ورقة بيانات ثنائي باعث للضوء SMD طراز LTST-C19DKFKT-NB - برتقالي AlInGaP - 20mA - 50mW - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

توفر هذه الوثيقة المواصفات التقنية الكاملة لثنائي باعث للضوء (LED) من نوع جهاز مُركَّب على السطح (SMD). يستخدم الجهاز شريحة شبه موصلة من فوسفيد الألومنيوم إنديوم جاليوم (AlInGaP) لإنتاج ضوء برتقالي. مُصمَّم للتركيب الآلي على لوحات الدوائر المطبوعة (PCB)، ويتم تعبئة هذا الـ LED في شريط قياسي بعرض 8 مم على بكرات قطر 7 بوصات، مما يجعله مناسبًا لبيئات الإنتاج الضخم. بصمته الصغيرة وبناؤه المتين يلبيان احتياجات التطبيقات ذات المساحة المحدودة والتركيز على الموثوقية عبر مختلف القطاعات الإلكترونية.

1.1 الميزات

• متوافق مع توجيهات تقييد المواد الخطرة (RoHS).
• يستخدم شريحة شبه موصلة AlInGaP فائقة السطوع لكفاءة إضاءة عالية.
• مُعبَّأ على شريط بعرض 8 مم ملفوف على بكرات قطر 7 بوصات لآلات التركيب والوضع الآلية.
• يتوافق مع الخطوط القياسية للغلاف وفقًا لتحالف الصناعات الإلكترونية (EIA).
• مستويات منطق الإدخال متوافقة مع مخرجات الدوائر المتكاملة (IC) القياسية.
• مُصمَّم ليكون متوافقًا مع معدات تركيب تقنية التركيب على السطح (SMT) الآلية.
• يتحمل ملفات تعريف لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR) القياسية المستخدمة في عمليات التجميع الخالية من الرصاص.

1.2 التطبيقات

صُمِّم الـ LED لمجموعة واسعة من المعدات الإلكترونية التي تتطلب مؤشرًا أو إضاءة خلفية موثوقة ومضغوطة. تشمل مجالات التطبيق الرئيسية:

• معدات الاتصالات:مؤشرات الحالة في الموجهات (الراوترات) والمودمات والهواتف المحمولة.
• أتمتة المكاتب:الإضاءة الخلفية للأزرار ولوحات المفاتيح وأضواء الحالة في الطابعات والماسحات الضوئية.
• الأجهزة الاستهلاكية:مؤشرات الطاقة أو الوضع أو الوظيفة في الأجهزة المنزلية.
• المعدات الصناعية:مؤشرات اللوحات للآلات وأنظمة التحكم.
• الشاشات الدقيقة واللافتات:إضاءة منخفضة المستوى للمؤشرات الرمزية أو الشاشات الإعلامية الصغيرة.

2. المعلمات التقنية: تفسير موضوعي متعمق

توفر الأقسام التالية تحليلاً مفصلاً لحدود تشغيل الجهاز وخصائص أدائه تحت ظروف محددة. يتم تحديد جميع التصنيفات والخصائص عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية ما لم يُذكر خلاف ذلك.

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد هذه التصنيفات حدود الإجهاد التي قد يتسبب تجاوزها في حدوث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل تحت أو عند هذه الحدود ويجب تجنبه في تصميم الدائرة.

• تبديد الطاقة (Pd):50 ملي واط. هذه هي أقصى طاقة إجمالية (تيار * جهد أمامي) يمكن للغلاف تبديدها كحرارة دون تجاوز أقصى درجة حرارة للوصلة.
• تيار الذروة الأمامي (I_FP):40 ملي أمبير. هذا هو أقصى تيار أمامي لحظي مسموح به، يُحدد عادةً تحت ظروف النبض (دورة عمل 1/10، عرض نبضة 0.1 مللي ثانية) لإدارة الارتفاع الحراري.
• التيار الأمامي المستمر (I_F):20 ملي أمبير. هذا هو أقصى تيار مستمر موصى به للتشغيل المستمر، مما يضمن موثوقية طويلة الأمد وإخراج ضوئي مستقر.
• الجهد العكسي (V_R):5 فولت. تطبيق جهد انحياز عكسي يتجاوز هذه القيمة يمكن أن يسبب انهيار الوصلة وفشل الجهاز.
• نطاق درجة حرارة التشغيل:من -30°C إلى +85°C. نطاق درجة الحرارة المحيطة الذي صُمِّم الجهاز للعمل فيه بشكل صحيح.
• نطاق درجة حرارة التخزين:من -40°C إلى +85°C. نطاق درجة الحرارة للتخزين غير التشغيلي دون تدهور.
• درجة حرارة اللحام:يتحمل 260°C لمدة 10 ثوانٍ، مما يحدد توافقه مع عمليات لحام إعادة التدفق الخالية من الرصاص.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

تحدد هذه المعلمات الأداء النموذجي للجهاز تحت ظروف التشغيل العادية (I_F= 5mA, Ta=25°C).

• شدة الإضاءة (I_V):من 8.2 إلى 28.0 ملي كانديلا (mcd). يتم قياسها على المحور باستخدام مستشعر مُرشَّح لمطابقة منحنى استجابة العين البشرية (الرؤية النهارية). يتم إدارة النطاق الواسع من خلال نظام تصنيف (binning).
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):50 درجة. هذه هي الزاوية الكاملة التي تنخفض عندها شدة الإضاءة إلى نصف قيمتها على المحور (0°)، مما يحدد انتشار الحزمة الضوئية.
• الطول الموجي لذروة الانبعاث (λ_P):حوالي 611 نانومتر. الطول الموجي الذي يكون فيه توزيع القدرة الطيفية للضوء المنبعث في أقصى حد.
• الطول الموجي السائد (λ_d):من 595 إلى 610 نانومتر. هذا هو الطول الموجي الفردي الذي تدركه العين البشرية لتمثيل لون الضوء، والمُستمد من إحداثيات اللونية CIE. إنه المعلمة الرئيسية لتحديد اللون.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):حوالي 17 نانومتر. عرض طيف الانبعاث عند نصف أقصى قدرة له، مما يشير إلى نقاء اللون.
• الجهد الأمامي (V_F):من 1.70 إلى 2.30 فولت. انخفاض الجهد عبر الـ LED عند تشغيله بتيار 5mA. يتم إدارة هذا النطاق أيضًا من خلال نظام التصنيف.
• التيار العكسي (I_R):10 ميكرو أمبير كحد أقصى. تيار التسرب الصغير الذي يتدفق عند تطبيق أقصى جهد عكسي (5V).

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

لضمان الاتساق في الإنتاج الضخم، يتم فرز (تصنيف) مصابيح LED بناءً على معلمات رئيسية. هذا يسمح للمصممين باختيار قطع تلبي متطلبات الجهد والسطوع واللون المحددة لتطبيقهم.

3.1 تصنيف الجهد الأمامي (V_F)

تحدد التصنيفات نطاق الجهد الأمامي عند تيار اختبار 5mA. هذا أمر بالغ الأهمية لتصميم دوائر تحديد التيار، خاصة عند توصيل عدة مصابيح LED على التوازي، لضمان توزيع موحد للتيار.

• التصنيف D1: V_F= 1.7V إلى 1.9V
• التصنيف D2: V_F= 1.9V إلى 2.1V
• التصنيف D3: V_F= 2.1V إلى 2.3V
• التسامح لكل تصنيف: ±0.1V

3.2 تصنيف شدة الإضاءة (I_V)

تصنف التصنيفات الحد الأدنى والحد الأقصى للإخراج الضوئي، مما يسمح بالاختيار بناءً على احتياجات السطوع.

• التصنيف K: I_V= 8.2 mcd إلى 11.0 mcd
• التصنيف L: I_V= 11.0 mcd إلى 18.0 mcd
• التصنيف M: I_V= 18.0 mcd إلى 28.0 mcd
• التسامح لكل تصنيف: ±15%

3.3 تصنيف الطول الموجي السائد (λ_d)

يضمن هذا التصنيف اتساق اللون عبر دفعات إنتاج مختلفة، وهو أمر حيوي للتطبيقات التي تتطلب ألوانًا متطابقة.

• التصنيف N: λ_d= 595 nm إلى 600 nm
• التصنيف P: λ_d= 600 nm إلى 605 nm
• التصنيف Q: λ_d= 605 nm إلى 610 nm
• التسامح لكل تصنيف: ±1 nm

4. تحليل منحنيات الأداء

توفر البيانات الرسومية نظرة ثاقبة على سلوك الجهاز تحت ظروف مختلفة. بينما يتم الإشارة إلى منحنيات محددة في ورقة البيانات، يتم وصف العلاقات النموذجية أدناه.

4.1 خاصية التيار مقابل الجهد (I-V)

يظهر الجهد الأمامي (V_F) علاقة لوغاريتمية مع التيار الأمامي (I_F). يزداد بشكل غير خطي، مع ارتفاع حاد عند التيارات المنخفضة جدًا (بالقرب من جهد التشغيل) وزيادة أكثر خطية عند التيارات الأعلى بسبب المقاومة التسلسلية داخل الشريحة والغلاف. تشغيل الـ LED ضمن نطاق التيار المحدد يضمن استقرار V_Fوأقصى كفاءة.

4.2 شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي

يكون إخراج الضوء (شدة الإضاءة) متناسبًا تقريبًا مع التيار الأمامي على مدى كبير. ومع ذلك، قد تنخفض الكفاءة (لومن لكل واط) عند التيارات العالية جدًا بسبب زيادة التأثيرات الحرارية والانخفاض (droop). تم اختيار حالة التشغيل النموذجية في ورقة البيانات وهي 5mA لتحقيق توازن بين السطوع والكفاءة والعمر الطويل.

4.3 الاعتماد على درجة الحرارة

أداء الـ LED حساس لدرجة الحرارة. مع زيادة درجة حرارة الوصلة:

- عادةً ما ينخفض الجهد الأمامي (V_F).

- تنخفض شدة الإضاءة لتيار معين.

- قد يتحول الطول الموجي السائد قليلاً (عادةً نحو أطوال موجية أطول لـ AlInGaP). إدارة الحرارة المناسبة في تصميم PCB ضرورية للحفاظ على أداء بصري ثابت على مدى نطاق درجة حرارة التشغيل.

5. المعلومات الميكانيكية ومواصفات الغلاف

5.1 أبعاد الغلاف

يتوافق الجهاز مع خطوط غلاف SMD القياسية. التسامحات الأبعاد الرئيسية هي ±0.1 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. العدسة شفافة مع غطاء أسود، مما يعزز التباين عن طريق تقليل انعكاس الضوء الشارد وتحسين السطوع الملحوظ للانبعاث البرتقالي.

5.2 نمط اللحام الموصى به على لوحة الدوائر المطبوعة (PCB)

يتم توفير تخطيط مقترح لوسادة اللحام لضمان تكوين وصلة لحام موثوقة أثناء إعادة التدفق. تم تصميم هذا النمط لتسهيل ترطيب جيد للحام، ومحاذاة مناسبة، وقوة ميكانيكية كافية مع تقليل الجسور اللحامية إلى الحد الأدنى. الالتزام بهذه التوصية أمر بالغ الأهمية لعائد التجميع.

5.3 تحديد القطبية

يتم عادةً تمييز القطب السالب على جسم الجهاز، غالبًا ما يُشار إليه بلون أخضر على العدسة، أو شق، أو نقطة. يجب مراعاة القطبية الصحيحة أثناء التركيب لضمان تشغيل الدائرة بشكل صحيح.

6. إرشادات اللحام والتركيب

6.1 معلمات لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (عملية خالية من الرصاص)

الجهاز مؤهل للحام خالي من الرصاص. المعلمة الحرجة هي ألا تتجاوز درجة حرارة الجسم القصوى 260°C لمدة أقصاها 10 ثوانٍ. يتضمن ملف تعريف إعادة التدفق الكامل:

- التسخين المسبق/المنحدر:منحدر مُتحكَّم فيه لتفعيل المادة المساعدة (flux) وتقليل الصدمة الحرارية إلى الحد الأدنى.

- منطقة النقع:عادةً من 150-200°C لمدة تصل إلى 120 ثانية لمعادلة درجة حرارة اللوحة.

- منطقة إعادة التدفق:درجة حرارة قصوى تبلغ 260°C كحد أقصى، مع التحكم في الوقت فوق السائل (TAL).

- منطقة التبريد:منحدر هبوط مُتحكَّم فيه لتصلب وصلات اللحام.

يجب تطوير ملفات التعريف بناءً على تجميع PCB المحدد، باتباع معايير JEDEC وتوصيات مُصنِّع معجون اللحام.

6.2 اللحام اليدوي

إذا كان اللحام اليدوي ضروريًا، استخدم مكواة ذات تحكم في درجة الحرارة مضبوطة على أقصى 300°C. يجب أن يقتصر وقت التلامس مع وسادة اللحام على 3 ثوانٍ أو أقل لكل وصلة، ويجب إجراؤه مرة واحدة فقط لمنع التلف الحراري لغلاف الـ LED أو وصلات الأسلاك.

6.3 التخزين والتعامل

- احتياطات التفريغ الكهروستاتيكي (ESD):مصابيح LED حساسة للتفريغ الكهروستاتيكي (ESD). تعامل معها باستخدام أساور معصم مؤرضة، وسجاد مضاد للكهرباء الساكنة، وفي بيئات مُتحكَّم فيها.

- حساسية الرطوبة:تم تصنيف الغلاف بمستوى حساسية الرطوبة (MSL) 3. إذا تم فتح كيس الحاجز الرطوبي الأصلي المغلق، فيجب تعريض المكونات لإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء في غضون أسبوع واحد (168 ساعة) من ظروف المصنع (≤30°C/60% رطوبة نسبية). للتخزين بعد هذه الفترة، يجب تجفيفها عند 60°C لمدة 20 ساعة على الأقل قبل اللحام.

- التخزين طويل الأمد:يجب تخزين الأكياس غير المفتوحة عند ≤30°C و ≤90% رطوبة نسبية، مع عمر تخزين موصى به لمدة عام واحد من تاريخ الإنتاج.

6.4 التنظيف

التنظيف بعد اللحام، إذا لزم الأمر، يجب أن يستخدم مذيبات كحولية معتدلة مثل كحول الأيزوبروبيل (IPA) أو الكحول الإيثيلي. يجب أن يكون الغمر في درجة حرارة الغرفة لأقل من دقيقة واحدة. يمكن للمواد الكيميائية القاسية أو غير المحددة أن تتلف العدسة البلاستيكية والغلاف.

7. معلومات التعبئة والطلب

7.1 مواصفات الشريط والبكرة

يتم توريد الجهاز في شريط حامل بارز مع شريط غطاء واقٍ، ملفوف على بكرات قطر 7 بوصات (178 مم). تحتوي التعبئة القياسية على 4000 قطعة لكل بكرة. بالنسبة للكميات الأقل من بكرة كاملة، تتوفر كمية تعبئة دنيا تبلغ 500 قطعة. تتوافق أبعاد الشريط والبكرة مع معايير ANSI/EIA-481 لضمان التوافق مع مغذيات الآلات الآلية.

7.2 تفسير رقم القطعة

يشفر رقم القطعة LTST-C19DKFKT-NB سمات محددة:

- LTST:معرف عائلة/سلسلة المنتج.

- C19DKFKT:كود داخلي يحدد نوع الغلاف واللون وخصائص الأداء.

- NB:لاحقة تشير غالبًا إلى مجموعات تصنيف محددة أو خيارات خاصة (مثل تصنيفات V_F/I_V/λ_dمحددة). يجب تأكيد رموز التصنيف الدقيقة لهذه اللاحقة مع المورد.

8. اقتراحات تطبيقية واعتبارات تصميمية

8.1 تحديد التيار

الـ LED هو جهاز يعمل بالتيار. استخدم دائمًا مقاومة تحديد تيار على التوالي أو دائرة قيادة تيار ثابت. يمكن حساب قيمة المقاومة باستخدام قانون أوم: R = (V_supply- V_F) / I_F. استخدم أقصى قيمة V_Fمن ورقة البيانات (أو التصنيف المحدد) لضمان ألا يتجاوز التيار الحد الأقصى المسموح به حتى مع اختلافات جهد الإمداد وتسامحات المكونات.

8.2 إدارة الحرارة

على الرغم من أن تبديد الطاقة منخفض، فإن تبديد الحرارة الفعال من خلال وسادات النحاس على PCB يحسن العمر الافتراضي ويحافظ على إخراج ضوئي مستقر. استخدم مساحة نحاسية كافية متصلة بالوسادات الحرارية، وفكر في استخدام الفتحات الحرارية (thermal vias) للطبقات الداخلية أو السفلية لتحسين انتشار الحرارة، خاصة في بيئات درجة الحرارة المحيطة العالية أو عند التشغيل بالقرب من أقصى تيار.

8.3 التصميم البصري

توفر زاوية الرؤية البالغة 50 درجة حزمة واسعة. للتطبيقات التي تتطلب حزمة أكثر تركيزًا، يمكن استخدام بصريات ثانوية (عدسات). يقلل الغطاء الأسود من الوهج الجانبي، مما يجعل الـ LED مناسبًا لمؤشرات اللوحة الأمامية حيث يجب تقليل الرؤية خارج المحور إلى الحد الأدنى.

9. المقارنة التقنية والتمييز

يقدم هذا الـ LED البرتقالي من نوع AlInGaP مزايا مميزة مقارنة بالتكنولوجيات الأخرى:

- مقارنة بـ GaAsP/GaP التقليدي:يوفر AlInGaP كفاءة إضاءة وسطوعًا أعلى بكثير لنفس تيار القيادة، مما يؤدي إلى استهلاك طاقة أقل لنفس إخراج الضوء أو وضوح أكبر.

- مقارنة بمصابيح LED المحولة بالفوسفور:عادةً ما يكون لمصابيح LED الباعثة مباشرة من نوع AlInGaP نطاق طيفي أضيق (≈17 نانومتر)، مما يوفر لونًا برتقاليًا أكثر تشبعًا ونقاءً مقارنة بالأطياف الأوسع من مصابيح LED البيضاء المحولة بالفوسفور والمُرشَّحة لتظهر برتقالية.

- مقارنة بأحجام غلاف أخرى:يضمن الغلاف القياسي EIA توافقًا واسعًا مع بصمات PCB القياسية في الصناعة وفوهات آلات التركيب والوضع، مما يقلل من تعقيد التصميم والتجميع.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

س1: هل يمكنني تشغيل هذا الـ LED مباشرة من مخرج منطقي 3.3V أو 5V؟

ج: لا، ليس بدون مقاومة تحديد تيار. الجهد الأمامي هو ~1.8V، لذا فإن توصيله مباشرة بـ 3.3V أو 5V سيسبب تدفق تيار مفرط، مما يدمر الـ LED. احسب دائمًا واستخدم مقاومة على التوالي مناسبة.

س2: لماذا يوجد نطاق واسع جدًا في شدة الإضاءة (من 8.2 إلى 28.0 mcd)؟

ج: هذا بسبب الاختلافات الطبيعية في تصنيع أشباه الموصلات. يسمح نظام التصنيف (K, L, M) لك باختيار درجة السطوع المطلوبة لتطبيقك، مما يضمن الاتساق داخل دفعة إنتاج واحدة.

س3: ما الفرق بين الطول الموجي للذروة والطول الموجي السائد؟

ج: الطول الموجي للذروة (λ_P) هو الذروة الفيزيائية لطيف الضوء. الطول الموجي السائد (λ_d) يُحسب من إحداثيات اللونية CIE ويمثل الطول الموجي الفردي الذي تدركه العين البشرية للون. λ_dهو المعلمة الأكثر صلة بتحديد اللون ومطابقته.

س4: كم مرة يمكنني إعادة تدفق هذا الـ LED؟

ج: تحدد ورقة البيانات أن حالة اللحام (260°C لمدة 10 ثوانٍ) يمكن تطبيقها بحد أقصى مرتين. هذا يأخذ في الاعتبار الإصلاح المحتمل. من أفضل الممارسات تقليل دورات إعادة التدفق.

11. مثال تطبيقي عملي

السيناريو: تصميم مؤشر حالة لمحول شبكة (سويتش).

سيشير الـ LED إلى "رابط نشط" على كل منفذ. يستخدم التصميم خط إمداد طاقة 3.3V.

1. اختيار التيار:اختر I_F= 5mA لسطوع كافٍ وعمر طويل.

2. حساب المقاومة:بافتراض قيمة V_Fمحافظة تبلغ 2.3V (الحد الأقصى من ورقة البيانات)، R = (3.3V - 2.3V) / 0.005A = 200Ω. ستوفر مقاومة قياسية 220Ω تيارًا I_F≈ (3.3-1.8)/220 ≈ 6.8mA، وهو ما يزال آمنًا ويوفر سطوعًا جيدًا.

3. التصنيف:لمظهر موحد عبر جميع المنافذ على لوحة، حدد تصنيف طول موجي سائد ضيق (مثل التصنيف P: 600-605nm) وتصنيف شدة إضاءة ثابت (مثل التصنيف L: 11-18mcd).

4. تخطيط PCB:استخدم نمط اللحام الموصى به. قم بتوصيل وسادة القطب السالب بمنطقة نحاسية أكبر قليلاً لتبديد حرارة طفيف.

5. التجميع:اتبع إرشادات ملف تعريف إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء. تأكد من تجفيف اللوحة إذا تعرضت مصابيح LED للهواء بعد انتهاء عمر MSL 3.

12. مبدأ التشغيل

يعمل هذا الـ LED على مبدأ الإضاءة الكهربائية (electroluminescence) في وصلة p-n شبه موصلة. المنطقة النشطة مكونة من فوسفيد الألومنيوم إنديوم جاليوم (AlInGaP). عندما يتم تطبيق جهد انحياز أمامي يتجاوز جهد تشغيل الوصلة، يتم حقن الإلكترونات من المنطقة من النوع n والفجوات من المنطقة من النوع p في المنطقة النشطة. هنا، تتحد بشكل إشعاعي، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات. تحدد طاقة فجوة النطاق المحددة لسبيكة AlInGaP الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث، والذي في هذه الحالة يكون في الطيف البرتقالي (≈605 نانومتر طول موجي سائد). يعمل غلاف العدسة الإيبوكسي على حماية الشريحة شبه الموصلة، وتوفير الاستقرار الميكانيكي، وتشكيل نمط الضوء المنبعث.

13. اتجاهات التكنولوجيا

تطوير مصابيح LED من نوع SMD مثل هذا هو جزء من اتجاهات أوسع في الإلكترونيات الضوئية:

- زيادة الكفاءة:يهدف البحث المستمر في علوم المواد إلى تحسين الكفاءة الكمية الداخلية وكفاءة استخراج الضوء لـ AlInGaP وأشباه الموصلات المركبة الأخرى، مما يؤدي إلى لومن أعلى لكل واط.

- التصغير:يستمر السعي نحو إلكترونيات أصغر وأكثر كثافة في دفع أحجام الغلاف للأسفل (مثل من بصمات 0603 إلى 0402 المترية)، مع الحفاظ على الأداء البصري أو تحسينه.

- التكامل:تشمل الاتجاهات دمج عدة شرائح LED (RGB) في غلاف واحد لخلط الألوان، أو دمج دوائر التحكم المتكاملة (IC) مع مصابيح LED لحلول إضاءة "ذكية".

- الموثوقية والتوحيد القياسي:التركيز على معايير الجودة الصارمة، وعمليات تشغيل أطول، ومقاييس اختبار/أداء موحدة (مثل TM-21 لتوقع العمر الافتراضي) لتلبية متطلبات تطبيقات الإضاءة السياراتية والصناعية والمهنية.