ورقة بيانات ثنائي باعث للضوء SMD طراز LTST-B680VEKT - أحمر AlInGaP - 20 مللي أمبير - 710-1400 مكد - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

توفر هذه الوثيقة المواصفات الفنية الكاملة لثنائي باعث للضوء من نوع جهاز مثبت على السطح (SMD). تم تصميم هذا المكون للتجميع الآلي على لوحات الدوائر المطبوعة (PCB)، ويتميز بحجم صغير مناسب للتطبيقات ذات المساحة المحدودة. يستخدم الـ LED مادة أشباه الموصلات من نوع AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم الغاليوم) لإنتاج ضوء أحمر. تصميمه متوافق مع عمليات اللحام بإعادة الانسياب بالأشعة تحت الحمراء القياسية، مما يجعله مثاليًا للتصنيع بكميات كبيرة.

1.1 الميزات

• متوافق مع توجيهات RoHS (تقييد المواد الخطرة).
• معبأ في شريط بعرض 8 مم على بكرات قطر 7 بوصات لمعدات التجميع الآلي (Pick-and-Place).
• مخطط العبوة القياسي وفقًا لـ EIA (تحالف الصناعات الإلكترونية).
• مدخلات متوافقة مع مستويات منطق الدوائر المتكاملة (IC).
• مصمم للتوافق مع ملفات اللحام بإعادة الانسياب بالأشعة تحت الحمراء.
• معالج مسبقًا لمستوى الحساسية للرطوبة JEDEC MSL 3.

1.2 التطبيقات

هذا الـ LED مناسب لمجموعة واسعة من المعدات الإلكترونية، بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر:

• أجهزة الاتصالات (مثل الهواتف اللاسلكية، الهواتف المحمولة).
• معدات أتمتة المكاتب (مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة، أنظمة الشبكات).
• الأجهزة المنزلية والإلكترونيات الاستهلاكية.
• لوحات التحكم الصناعي وأجهزة القياس.
• تطبيقات اللافتات والعروض الداخلية.

2. أبعاد العبوة والبيانات الميكانيكية

يتميز الـ LED بعلبة SMD قياسية. العدسة شفافة تمامًا. تشمل الأبعاد الحرجة الطول والعرض والارتفاع، مع تسامح عام يبلغ ±0.2 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك في الرسم التفصيلي للأبعاد. يُشار إلى القطبية بواسطة علامة الكاثود على العلبة. يتم توفير تخطيط وسادة التثبيت الموصى به على الـ PCB لللحام بإعادة الانسياب بالأشعة تحت الحمراء أو بالطور البخاري لضمان تكوين وصلة لحام سليمة وإدارة حرارية مناسبة.

3. الغوص العميق في المواصفات الفنية

3.1 القيم القصوى المطلقة

تحدد هذه القيم الحدود التي إذا تم تجاوزها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل تحت هذه الظروف.

• تبديد الطاقة (Pd):130 ملي واط عند درجة حرارة محيطية Ta=25°C.
• تيار التشغيل الأمامي الذروي (I_F(peak)):100 مللي أمبير (نبضي بدورة عمل 1/10، وعرض نبضة 0.1 مللي ثانية).
• تيار التشغيل الأمامي المستمر (I_F):50 مللي أمبير تيار مستمر.
• الجهد العكسي (V_R):5 فولت.ملاحظة: الجهاز غير مصمم للعمل تحت انحياز عكسي؛ هذه القيمة مخصصة بشكل أساسي لظروف الاختبار.
• نطاق درجة حرارة التشغيل (T_opr):-40°C إلى +100°C.
• نطاق درجة حرارة التخزين (T_stg):-40°C إلى +100°C.

3.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

هذه هي معايير الأداء النموذجية المقاسة عند درجة حرارة محيطية (T_a) قدرها 25°C وتيار تشغيل أمامي (I_F) قدره 20 مللي أمبير، ما لم يُذكر خلاف ذلك.

• شدة الإضاءة (I_V):تتراوح من حد أدنى 710 مكد إلى حد أقصى 1400 مكد. تم القياس باستخدام مستشعر مُرشح لمحاكاة منحنى استجابة العين الضوئي CIE.
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):120 درجة (نموذجي). هذه هي الزاوية الكاملة التي تكون عندها شدة الإضاءة نصف القيمة المقاسة على المحور المركزي.
• الطول الموجي السائد (λ_d):بين 617.0 نانومتر و 630.0 نانومتر، مما يحدد اللون الأحمر المُدرك. التسامح هو ±1 نانومتر.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):حوالي 15 نانومتر (نموذجي)، مما يشير إلى نقاء الطيف للضوء المنبعث.
• جهد التشغيل الأمامي (V_F):بين 1.8 فولت و 2.6 فولت عند 20 مللي أمبير.
• التيار العكسي (I_R):حد أقصى 10 ميكرو أمبير عند تطبيق جهد عكسي قدره 5 فولت.

4. شرح نظام التصنيف (Binning)

لضمان الاتساق في التطبيق، يتم فرز (تصنيف) ثنائيات الـ LED بناءً على معايير رئيسية. هذا يسمح للمصممين باختيار قطع تلبي متطلبات جهد أو سطوع محددة لدائرتهم.

4.1 تصنيف جهد التشغيل الأمامي (V_F)

يتم التصنيف عند I_F= 20 مللي أمبير. كل تصنيف له تسامح قدره ±0.1 فولت.

• التصنيف D2: V_F= 1.8 فولت إلى 2.0 فولت
• التصنيف D3: V_F= 2.0 فولت إلى 2.2 فولت
• التصنيف D4: V_F= 2.2 فولت إلى 2.4 فولت
• التصنيف D5: V_F= 2.4 فولت إلى 2.6 فولت

4.2 تصنيف شدة الإضاءة (I_V)

يتم التصنيف عند I_F= 20 مللي أمبير. كل تصنيف له تسامح قدره ±11%.

• التصنيف V1: I_V= 710 مكد إلى 900 مكد
• التصنيف V2: I_V= 900 مكد إلى 1120 مكد
• التصنيف W1: I_V= 1120 مكد إلى 1400 مكد

5. تحليل منحنيات الأداء

توضح منحنيات الأداء النموذجية العلاقة بين المعلمات المختلفة. هذه المنحنيات ضرورية لفهم سلوك الجهاز تحت ظروف تشغيل مختلفة.

• التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V):يوضح العلاقة الأسية، وهي حاسمة لتصميم دوائر تحديد التيار.
• شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي:يوضح كيف يزداد خرج الضوء مع زيادة التيار، عادةً ما تكون علاقة شبه خطية ضمن نطاق التشغيل.
• شدة الإضاءة مقابل درجة حرارة المحيط:يوضح انخفاض خرج الضوء مع زيادة درجة حرارة الوصلة، وهو أمر بالغ الأهمية لإدارة الحرارة في التطبيقات عالية الطاقة أو ذات درجة الحرارة المحيطة العالية.
• التوزيع الطيفي:رسم بياني للقدرة الإشعاعية النسبية مقابل الطول الموجي، متمركز حول الطول الموجي السائد مع نصف عرض مميز.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 ملف اللحام بإعادة الانسياب الموصى به

لعمليات اللحام الخالية من الرصاص، اتبع ملفًا متوافقًا مع J-STD-020. تشمل المعلمات الرئيسية:

• التسخين المسبق:150°C إلى 200°C.
• زمن التسخين المسبق:حد أقصى 120 ثانية.
• درجة الحرارة القصوى:حد أقصى 260°C.
• الزمن فوق نقطة السيولة:وفقًا لمواصفات معجون اللحام، ولكن عادةً 10 ثوانٍ كحد أقصى.
• الحد الأقصى لعدد دورات إعادة الانسياب: Two.

ملاحظة: يجب تحديد الملف الفعلي خصيصًا لتصميم الـ PCB والمكونات ومعجون اللحام المستخدم.

6.2 اللحام اليدوي

إذا كان اللحام اليدوي ضروريًا:

• درجة حرارة مكواة اللحام:حد أقصى 300°C.
• زمن اللحام:حد أقصى 3 ثوانٍ لكل رجل توصيل.
• الحد الأقصى لمحاولات اللحام:مرة واحدة فقط.

6.3 التنظيف

استخدم فقط المذيبات التنظيفية المعتمدة. يُسمح بالغمر في الإيثانول أو كحول الأيزوبروبيل في درجة حرارة الغرفة لأقل من دقيقة واحدة إذا لزم التنظيف. تجنب السوائل الكيميائية غير المحددة.

7. التخزين والتعامل

7.1 الحساسية للرطوبة

يصنف هذا الجهاز بمستوى حساسية رطوبة MSL 3. عندما يكون الكيس الأصلي المضاد للرطوبة مغلقًا مع مجفف:

• قم بالتخزين عند ≤30°C و ≤70% رطوبة نسبية.
• مدة الصلاحية هي سنة واحدة من تاريخ ختم الكيس.

بمجرد فتح الكيس الأصلي:

• قم بالتخزين عند ≤30°C و ≤60% رطوبة نسبية.
• يوصى بإكمال لحام إعادة الانسياب بالأشعة تحت الحمراء خلال 168 ساعة (7 أيام).
• للتخزين لأكثر من 168 ساعة، قم بالتخزين في وعاء محكم الغلق مع مجفف أو في مجفف نيتروجين.
• يجب تجفيف الأجهزة المعرضة لأكثر من 168 ساعة عند حوالي 60°C لمدة 48 ساعة على الأقل قبل اللحام لإزالة الرطوبة الممتصة ومنع ظاهرة "الانفجار" (popcorning) أثناء إعادة الانسياب.

7.2 التفريغ الكهروستاتيكي (ESD)

على الرغم من عدم تصنيفه صراحةً كجهاز حساس للـ ESD في ورقة البيانات هذه، إلا أن الممارسة القياسية في الصناعة هي التعامل مع جميع مكونات أشباه الموصلات، بما في ذلك ثنائيات الـ LED، مع احتياطات ESD مناسبة (مثل محطات العمل المؤرضة، أسوار المعصم) لمنع التلف من الكهرباء الساكنة أو طفرات الطاقة.

8. اعتبارات تصميم التطبيق

8.1 تصميم دائرة التشغيل

ثنائيات الـ LED هي أجهزة تعمل بالتيار. لضمان سطوع موحد ومنع استنزاف التيار، خاصة عند توصيل عدة ثنائيات LED على التوازي، يجب استخدام مقاومة تحديد تيار على التوالي مع كل LED. لا يُنصح بتشغيل الـ LED مباشرة من مصدر جهد بدون تنظيم للتيار، حيث أن الاختلافات الصغيرة في جهد التشغيل الأمامي (V_F) يمكن أن تؤدي إلى اختلافات كبيرة في التيار، وبالتالي السطوع بين الأجهزة.

8.2 إدارة الحرارة

الحد الأقصى لتبديد الطاقة هو 130 ملي واط. التشغيل عند أو بالقرب من الحد الأقصى لتيار التشغيل الأمامي المستمر (50 مللي أمبير) سيولد حرارة. تخطيط الـ PCB المناسب، بما في ذلك مساحة نحاسية كافية لوسائد التثبيت لتعمل كمشتت حراري، أمر مهم للحفاظ على درجة حرارة الوصلة ضمن الحدود الآمنة، مما يضمن موثوقية طويلة الأمد وخرج ضوء مستقر.

8.3 التصميم البصري

زاوية الرؤية الواسعة البالغة 120 درجة تجعل هذا الـ LED مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب إضاءة منطقة واسعة أو وضوح الرؤية من زوايا واسعة. بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب حزمة ضوء مركزة أكثر، ستكون البصريات الثانوية (مثل العدسات) ضرورية.

9. التعبئة والطلب

التعبئة القياسية هي شريط ناقل بارز بعرض 8 مم على بكرات قطر 7 بوصات (178 مم). تحتوي كل بكرة على 2000 قطعة. جيوب الشريط مغلقة بشريط غطاء علوي. تتبع التعبئة مواصفات ANSI/EIA-481. قد ينطبق حد أدنى لكمية الطلب يبلغ 500 قطعة للكميات المتبقية.

10. المقارنة الفنية وإرشادات الاختيار

عند اختيار هذا الـ LED، تشمل المميزات الرئيسية تقنية AlInGaP الخاصة به، والتي توفر عادةً كفاءة أعلى واستقرارًا أفضل لدرجة الحرارة للألوان الأحمر والبرتقالي والكهرماني مقارنة بالتكنولوجيات الأقدم مثل GaAsP. مزيج شدة الإضاءة المرتفعة نسبيًا (حتى 1400 مكد) مع زاوية رؤية واسعة جدير بالملاحظة. يجب على المصممين مقارنة تصنيف V_Fوتصنيف I_Vمع هامش الجهد المتبقي في دائرة اتهم ومتطلبات اتساق السطوع. التوافق مع عمليات تجميع SMD القياسية (لحام إعادة الانسياب، الشريط والبكرة) يمثل ميزة كبيرة للإنتاج الآلي.

11. الأسئلة الشائعة (FAQ)

11.1 هل يمكنني تشغيل هذا الـ LED بدون مقاومة تحديد تيار؟

الإجابة:غير موصى به بشدة. جهد التشغيل الأمامي له معامل درجة حرارة سالب ويمكن أن يختلف بين الوحدات. التشغيل مباشرة من مصدر جهد يمكن أن يؤدي إلى هروب حراري، حيث يؤدي التيار المتزايد إلى مزيد من الحرارة، مما يخفض V_F، مما يسمح بتدفق تيار أكبر، مما قد يدمر الـ LED. استخدم دائمًا مقاومة على التوالي أو مشغل تيار ثابت.

11.2 ما الفرق بين الطول الموجي السائد والطول الموجي القمي؟

الإجابة:الطول الموجي السائد (λ_d) مشتق من مخطط لونية CIE ويمثل الطول الموجي الفردي للضوء أحادي اللون الذي سيبدو له نفس لون خرج الـ LED للعين البشرية. الطول الموجي القمي هو الطول الموجي الذي يكون عنده توزيع القدرة الطيفية في أقصى حد. بالنسبة لثنائيات الـ LED، فإن الطول الموجي السائد هو المعلمة الأكثر صلة بتحديد اللون.

11.3 لماذا تكون ظروف التخزين بعد فتح الكيس صارمة جدًا؟

الإجابة:يمكن لعبوات SMD امتصاص الرطوبة من الغلاف الجوي. أثناء عملية لحام إعادة الانسياب عالية الحرارة، يمكن لهذه الرطوبة المحتبسة أن تتبخر بسرعة، مما يخلق ضغطًا داخليًا قد يؤدي إلى تقشير العبوة أو تشقق القطعة (ظاهرة "الانفجار" أو popcorning). مدة الصلاحية بعد الفتح البالغة 168 ساعة ومتطلبات التجفيف هي طرق قياسية (JEDEC MSL) لإدارة هذه المخاطر.

12. مثال تصميمي عملي

السيناريو:تصميم لوحة مؤشر حالة تحتوي على 5 ثنائيات LED حمراء موصلة على التوازي، تعمل بواسطة مصدر طاقة 5 فولت تيار مستمر. تيار التشغيل الأمامي المستهدف لكل LED هو 20 مللي أمبير.

1. حساب المقاومة التسلسلية:باستخدام V_Fالنموذجي = 2.2 فولت (التصنيف D3). R = (V_المصدر- V_F) / I_F= (5V - 2.2V) / 0.02A = 140 أوم. القيمة القياسية الأقرب وهي 150 أوم ستؤدي إلى I_F≈ 18.7 مللي أمبير.
2. تصنيف قدرة المقاومة:P = I²* R = (0.0187)²* 150 ≈ 0.052 واط. مقاومة قياسية بقدرة 1/8 واط (0.125 واط) أو 1/10 واط كافية.
3. تخطيط الدائرة:ضع مقاومة واحدة 150 أوم على التوالي مع كل من الـ 5 ثنائيات LED. لا تشارك مقاومة واحدة بين عدة ثنائيات LED موصلة على التوازي، لأن اختلافات V_Fستسبب سطوعًا غير متساوٍ.
4. التصميم الحراري للـ PCB:تأكد من أن وسائد الـ LED لديها مساحة نحاسية كافية متصلة لتبديد الحرارة، خاصة إذا كانت درجة حرارة المحيط مرتفعة أو إذا كان الغلاف يحد من تدفق الهواء.

13. مبدأ التشغيل

يعتمد هذا الـ LED على وصلة أشباه موصلات p-n مصنوعة من مواد AlInGaP. عند تطبيق جهد انحياز أمامي يتجاوز حاجز الجهد للوصلة، يتم حقن الإلكترونات من المنطقة من النوع n والفجوات من المنطقة من النوع p في المنطقة النشطة. عندما تتحد هذه حاملات الشحنة، يتم إطلاق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد التركيب المحدد لسبيكة AlInGaP طاقة فجوة النطاق، والتي تحدد مباشرة الطول الموجي السائد للضوء المنبعث - في هذه الحالة، في الطيف الأحمر (617-630 نانومتر). تغلف عدسة الإيبوكسي الشفافة تمامًا القطعة شبه الموصلة، وتوفر الحماية الميكانيكية، وتشكل نمط خرج الضوء.

14. اتجاهات التكنولوجيا

تستمر ثنائيات الـ LED من نوع SMD في التطور نحو كفاءة أعلى (مزيد من اللومن لكل واط)، وتحسين اتساق اللون من خلال تصنيف أكثر دقة، وزيادة الموثوقية. هناك اتجاه نحو التصغير مع الحفاظ على خرج الضوء أو زيادته. علاوة على ذلك، تهدف التطورات في مواد التغليف إلى تعزيز الأداء الحراري، مما يسمح بتيارات تشغيل وكثافات طاقة أعلى. أدى الاعتماد الواسع النطاق لتكنولوجيا AlInGaP للألوان الأحمر والبرتقالي والكهرماني إلى استبدال المواد الأقدم والأقل كفاءة إلى حد كبير، مما يوفر أداءً أفضل على مدى درجات الحرارة وعمر تشغيلي أطول. يمثل دمج ثنائيات الـ LED مع دوائر التحكم المدمجة (مثل مشغلات التيار الثابت، ثنائيات LED RGB القابلة للعنونة) اتجاهًا مهمًا آخر، مما يبسط تصميم النظام للمستخدم النهائي.