ورقة بيانات LED SMD LTST-C950RKRKT-5A - LED أحمر AlInGaP - 5mA - 180-710mcd - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

توفر هذه الوثيقة المواصفات التقنية الكاملة لـ LED عالي السطوع مصمم للتركيب الآلي. يستخدم الجهاز مادة شبه موصلة متطورة من AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم غاليوم) لإنتاج ضوء أحمر، مما يوفر كفاءة إضاءة ونقاء لوني متفوقين مقارنة بتقنيات LED التقليدية. مُغلف بعدسة قبة شفافة، ويأتي المنتج بتغليف قياسي متوافق مع معايير EIA، مما يجعله متوافقًا مع مجموعة واسعة من معدات اللحام الآلي وإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء الشائعة في التصنيع الإلكتروني الحديث.

تشمل المزايا الأساسية لهذا LED حجمه الصغير، وملاءمته للتطبيقات ذات المساحة المحدودة، وامتثاله لتوجيهات RoHS (تقييد المواد الخطرة). تم تصميمه ليكون موثوقًا في البيئات الصعبة، مع نطاق محدد لدرجة حرارة التشغيل. تشمل الأسواق والتطبيقات الرئيسية البنية التحتية للاتصالات، ومعدات أتمتة المكاتب، والأجهزة المنزلية، ولوحات التحكم الصناعية، والإلكترونيات الاستهلاكية. تشمل حالات الاستخدام المحددة الإضاءة الخلفية للأزرار ولوحات المفاتيح، ومؤشرات الحالة والطاقة، والتكامل في الشاشات الدقيقة، وإضاءة الإشارات أو الرموز في الأجهزة المختلفة.

2. التفسير العميق للمعايير التقنية

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد الحدود القصوى المطلقة حدود الإجهاد التي قد يتسبب تجاوزها في حدوث تلف دائم للجهاز. يتم تحديد هذه القيم عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25°C. الحد الأقصى للتيار الأمامي المستمر (DC) هو 30 مللي أمبير. للتشغيل النبضي، يُسمح بتيار أمامي ذروة يصل إلى 80 مللي أمبير تحت شروط محددة: دورة عمل 1/10 وعرض نبضة 0.1 مللي ثانية. الحد الأقصى لتبديد الطاقة هو 75 مللي واط. يمكن للجهاز العمل ضمن نطاق درجة حرارة محيطة من -30°C إلى +85°C ويمكن تخزينه بين -40°C و +85°C. تصنيف حاسم للتركيب هو حالة اللحام بالأشعة تحت الحمراء، حيث يتم تصنيفه لدرجة حرارة ذروة تبلغ 260°C لمدة أقصاها 10 ثوانٍ، وهو معيار لعمليات إعادة التدفق الخالية من الرصاص.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

يتم قياس الخصائص الكهروضوئية تحت ظروف الاختبار القياسية عند Ta=25°C وتيار أمامي (IF) قدره 5 مللي أمبير، ما لم يُذكر خلاف ذلك. شدة الإضاءة (Iv)، وهي مقياس رئيسي للسطوع، لها نطاق نموذجي واسع من 180.0 mcd (ملي كانديلا) إلى 710.0 mcd، ويتم تصنيفها بشكل أكبر إلى مجموعات محددة. زاوية الرؤية، المُعرَّفة على أنها 2θ1/2 حيث تكون الشدة نصف القيمة المحورية، هي 25 درجة، مما يشير إلى نمط حزمة ضوئية مركز نسبيًا. طول موجة الانبعاث الذروة (λP) هو نموذجيًا 639 نانومتر، ويقع ضمن الطيف الأحمر. الطول الموجي السائد (λd)، الذي يحدد اللون المُدرك، هو نموذجيًا 631 نانومتر. عرض النصف الطيفي (Δλ) هو 20.0 نانومتر، ويصف نقاء الطيف للضوء المنبعث. يتراوح الجهد الأمامي (VF) من حد أدنى 1.6 فولت إلى حد أقصى 2.2 فولت عند 5 مللي أمبير. يتم تحديد التيار العكسي (IR) بحد أقصى 10 ميكرو أمبير عند تطبيق جهد عكسي (VR) قدره 5 فولت.

3. شرح نظام التصنيف

3.1 تصنيف شدة الإضاءة

لضمان اتساق السطوع في التطبيقات الإنتاجية، يتم فرز مصابيح LED إلى مجموعات بناءً على شدة إضاءتها المقاسة عند 5 مللي أمبير. قائمة رموز المجموعات هي كما يلي: الرمز "S" يغطي الشدة من 180.0 mcd إلى 280.0 mcd. الرمز "T" يغطي الشدة من 280.0 mcd إلى 450.0 mcd. الرمز "U" يغطي الشدة من 450.0 mcd إلى 710.0 mcd. يتم تطبيق تفاوت +/- 15% على حدود كل مجموعة شدة إضاءة. يسمح هذا التصنيف للمصممين باختيار مصابيح LED ذات مستويات سطوع مضمونة كحد أدنى لمتطلبات تطبيقهم المحدد، مما يضمن التوحيد البصري في المنتجات التي تستخدم عدة مصابيح LED.

4. تحليل منحنيات الأداء

بينما يتم الإشارة إلى بيانات رسومية محددة في الوثيقة (مثل الشكل 1 للقياس الطيفي، الشكل 5 لزاوية الرؤية)، فإن منحنيات الأداء النموذجية لهذا النوع من الأجهزة ستشمل عمومًا عدة علاقات رئيسية. منحنى التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (I-V) سيظهر العلاقة الأسية المميزة للدايود، مع ارتفاع الجهد بشكل حاد بعد عتبة التشغيل. منحنى شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي سيظهر عمومًا زيادة شبه خطية في السطوع مع التيار حتى نقطة معينة، وبعدها قد تنخفض الكفاءة بسبب التأثيرات الحرارية. منحنى شدة الإضاءة مقابل درجة الحرارة المحيطة حاسم، حيث أن ناتج LED عمومًا ينخفض مع زيادة درجة حرارة التقاطع. بالنسبة لـ LED أحمر من AlInGaP، فإن تدهور الشدة مع الحرارة يكون عمومًا أقل حدة من بعض تقنيات LED الأخرى ولكنه لا يزال عاملاً تصميميًا حاسمًا. منحنى التوزيع الطيفي سيظهر ذروة واحدة مركزة حول 639 نانومتر مع عرض نصف محدد، مما يؤكد نقاء اللون.

5. معلومات الميكانيكا والتغليف

5.1 أبعاد التغليف والقطبية

يتم وضع LED داخل غلاف قياسي للتركيب السطحي (SMD). لون العدسة شفاف، ولون مصدر الضوء أحمر من شريحة AlInGaP. يتم توفير جميع الأبعاد الحرجة للتغليف بالمليمترات، مع تفاوت قياسي ±0.1 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. تتضمن ورقة البيانات رسمًا تفصيليًا للأبعاد يوضح الطول والعرض والارتفاع وتباعد الأطراف والميزات الميكانيكية الحرجة الأخرى. يتم الإشارة إلى القطبية من خلال التصميم المادي للغلاف، عادةً بعلامة الكاثود (مثل شق، أو نقطة، أو زاوية مائلة) في أحد الطرفين. الاتجاه الصحيح أثناء التركيب على لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) ضروري للتشغيل السليم.

5.2 مسند التثبيت الموصى به للـ PCB

يتم توفير نمط أرضي موصى به (بصمة) للـ PCB لضمان لحام موثوق واستقرار ميكانيكي. يحدد هذا النمط حجم وشكل الوسادات النحاسية للأنود والكاثود، وكذلك فتحة قناع اللحام الموصى بها. الالتزام بهذه البصمة الموصى بها يساعد في تحقيق تكوين حشوة لحام صحيحة، ويمنع ظاهرة "الشاهد القبري" (وقوف المكون على طرفه)، ويضمن اتصالًا حراريًا وكهربائيًا جيدًا.

6. إرشادات اللحام والتركيب

6.1 معلمات اللحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء

لعمليات التجميع الخالية من الرصاص، يُوصى بملف لحام إعادة تدفق محدد. يتضمن الملف مرحلة تسخين مسبق في نطاق 150°C إلى 200°C، مع وقت تسخين مسبق أقصى 120 ثانية لتسخين اللوحة والمكون تدريجيًا وتنشيط المادة المساعدة على اللحام. يجب ألا تتجاوز درجة حرارة الجسم الذروة 260°C. يجب التحكم في الوقت فوق درجة حرارة السيولة للقصدير (عادة حوالي 217°C لسبائك SAC) وتحديدًا الوقت ضمن 5°C من درجة الحرارة الذروة؛ تحدد ورقة البيانات حدًا أقصى قدره 10 ثوانٍ عند درجة الحرارة الذروة. يجب ألا يخضع الجهاز لأكثر من دورتي إعادة تدفق تحت هذه الظروف. يتم التأكيد على أن الملف الأمثل يعتمد على تصميم PCB المحدد، ومعجون اللحام، والفرن، ويجب توصيفه وفقًا لذلك، باستخدام معايير JEDEC كدليل.

6.2 اللحام اليدوي

إذا كان اللحام اليدوي بمكواة ضروريًا، فيجب توخي الحذر الشديد. يجب ألا تتجاوز درجة حرارة طرف مكواة اللحام 300°C، ويجب أن يقتصر وقت التلامس مع طرف LED على 3 ثوانٍ كحد أقصى لكل وصلة. يجب إجراء اللحام اليدوي مرة واحدة فقط لتجنب تلف الإجهاد الحراري للشريحة الداخلية وروابط الأسلاك.

6.3 التخزين والتعامل

مصابيح LED هذه أجهزة حساسة للرطوبة (MSL 3). عند تخزينها في كيسها الأصلي المحكم المضاد للرطوبة مع مجفف، يجب حفظها عند 30°C أو أقل ورطوبة نسبية 90% أو أقل، واستخدامها خلال عام واحد. بمجرد فتح التغليف الأصلي، يجب ألا تتجاوز بيئة التخزين 30°C و 60% رطوبة نسبية. يجب إعادة تدفق المكونات التي تم إخراجها من تغليفها الأصلي بالأشعة تحت الحمراء خلال أسبوع واحد بشكل مثالي. للتخزين لفترات أطول خارج الكيس الأصلي، يجب تخزينها في حاوية محكمة مع مجفف أو في مجفف نيتروجين. إذا تم تخزينها بدون تغليف لأكثر من أسبوع، يلزم تجفيفها عند حوالي 60°C لمدة 20 ساعة على الأقل قبل تجميع اللحام لإزالة الرطوبة الممتصة ومنع تلف "انفشار الذرة" أثناء إعادة التدفق.

6.4 التنظيف

إذا كان التنظيف بعد اللحام مطلوبًا، فيجب استخدام المذيبات المحددة فقط. غمر LED في كحول إيثيلي أو كحول أيزوبروبيلي في درجة الحرارة العادية لأقل من دقيقة واحدة مقبول. استخدام منظفات كيميائية غير محددة يمكن أن يتلف عدسة الإيبوكسي ومادة التغليف.

6.5 احتياطات التفريغ الكهروستاتيكي (ESD)

حساس LED للتفريغ الكهروستاتيكي والتيارات العابرة، مما قد يؤدي إلى تدهور أو تدمير التقاطع شبه الموصل. يجب تنفيذ ضوابط ESD مناسبة أثناء التعامل والتركيب. وهذا يشمل استخدام أسوار معصم مؤرضة، وقفازات مضادة للكهرباء الساكنة، وضمان تأريض جميع المعدات والأسطح العاملة بشكل صحيح.

7. معلومات التغليف والطلب

7.1 مواصفات الشريط والبكرة

يتم توريد مصابيح LED معبأة للتركيب الآلي. يتم تركيبها في شريط حامل بارز بعرض 12 مم. يتم لف الشريط على بكرة قياسية قطرها 7 بوصات (178 مم). تحتوي كل بكرة على 2000 قطعة. للكميات الأقل من بكرة كاملة، تتوفر كمية تعبئة دنيا قدرها 500 قطعة للمخزون المتبقي. يحتوي الشريط على غطاء علوي لحماية المكونات. يتوافق التغليف مع مواصفات ANSI/EIA-481. يُسمح بحد أقصى مكونين مفقودين متتاليين (جيوب فارغة) لكل بكرة.

8. اقتراحات التطبيق

8.1 تصميم دائرة القيادة

LED هو جهاز يعمل بالتيار. لضمان سطوع ثابت وعمر أطول، يجب تشغيله بتيار مضبوط، وليس بجهد ثابت. أبسط طريقة قيادة وأكثرها توصية هي استخدام مقاومة محددة للتيار على التوالي لكل LED، كما هو موضح في "الدائرة أ" في ورقة البيانات. يضمن هذا التكوين، المُغذى من مصدر جهد (Vcc)، أن الاختلافات في الجهد الأمامي (VF) لمصابيح LED الفردية لا تسبب اختلافات كبيرة في التيار، وبالتالي السطوع، عند توصيل عدة مصابيح LED على التوازي. يتم حساب قيمة المقاومة (R) باستخدام قانون أوم: R = (Vcc - VF) / IF، حيث IF هو التيار الأمامي المطلوب (مثل 5 مللي أمبير للاختبار، حتى 30 مللي أمبير كحد أقصى مستمر).

8.2 إدارة الحرارة

على الرغم من أن التغليف صغير، إلا أن إدارة الحرارة مهمة للحفاظ على الأداء والموثوقية. تتناقص شدة الإضاءة مع زيادة درجة حرارة التقاطع. في التطبيقات التي يتم فيها تشغيل LED عند أو بالقرب من أقصى تيار له، أو في درجات حرارة محيطة عالية، يجب الانتباه إلى تخطيط PCB. توفير مساحة نحاسية كافية حول وسادات LED يمكن أن يعمل كمشتت حراري، مما يساعد على تبديد الحرارة من الجهاز. يُنصح أيضًا بتجنب التركيب بالقرب من المكونات الأخرى المولدة للحرارة.

8.3 قيود التطبيق

يُقصد بالجهاز استخدامه في المعدات الإلكترونية العادية. بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب موثوقية استثنائية حيث قد يعرض الفشل الحياة أو الصحة للخطر (كما في الطيران، أو دعم الحياة الطبي، أو الأنظمة الحرجة للسلامة)، يلزم استشارة وتأهيل محددين، حيث قد لا تكون المكونات التجارية القياسية مناسبة.

9. المقارنة والتمييز التقني

مقارنةً بالتقنيات الأقدم مثل مصابيح LED الحمراء GaAsP (فوسفيد زرنيخيد الغاليوم)، فإن شريحة AlInGaP المستخدمة في هذا الجهاز توفر كفاءة إضاءة أعلى بكثير، مما يؤدي إلى سطوع أكبر بكثير لنفس تيار القيادة. العدسة الشفافة، على عكس العدسة المنتشرة أو الملونة، تعظم ناتج الضوء وتوفر نقطة لون أكثر حيوية وتشبعًا. يضمن التغليف القياسي EIA توافقًا واسعًا مع خطوط التجميع القياسية في الصناعة ومكتبات البصمات، مما يقلل من تعقيد التصميم والتصنيع. توافق الجهاز مع اللحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء ومستوى حساسيته للرطوبة (MSL 3) نموذجي للمكونات السطحية الحديثة، مما يجعله متوافقًا مع عمليات التصنيع السائدة ذات الحجم الكبير.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

س: ما الفرق بين الطول الموجي الذروة والطول الموجي السائد؟
ج: الطول الموجي الذروة (λP) هو الطول الموجي الذي يكون فيه توزيع القدرة الطيفية في أقصى حد (639 نانومتر). الطول الموجي السائد (λd) مشتق من مخطط لونية CIE ويمثل الطول الموجي الفردي للضوء أحادي اللون الذي يطابق لون LED (631 نانومتر). الطول الموجي السائد يرتبط ارتباطًا وثيقًا باللون المُدرك.

س: هل يمكنني تشغيل هذا LED عند 20 مللي أمبير بشكل مستمر؟
ج: نعم. الحد الأقصى للتيار الأمامي المستمر هو 30 مللي أمبير. تشغيله عند 20 مللي أمبير ضمن المواصفات. لاحظ أن شدة الإضاءة تزداد عادةً مع التيار، ولكن القيمة الدقيقة عند 20 مللي أمبير يجب تقديرها من منحنيات الأداء النموذجية أو قياسها، حيث تحدد ورقة البيانات الشدة عند 5 مللي أمبير.

س: لماذا مقاومة التوالي ضرورية حتى إذا كان جهد مصدر الطاقة يطابق جهد LED الأمامي؟
ج: الجهد الأمامي (VF) له نطاق (1.6V إلى 2.2V). إذا كان جهد الإمداد ثابتًا عند، على سبيل المثال، 2.0V، فإن LED ذو VF قدره 1.6V سيتعرض لتيار أعلى بكثير من المقصود، مما قد يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة والفشل. توفر مقاومة التوالي تيارًا مستقرًا وقابلًا للتنبؤ بغض النظر عن التباين الطبيعي في VF من LED إلى آخر.

س: كيف أختار المجموعة الصحيحة لتطبيقي؟
ج: اختر مجموعة بناءً على الحد الأدنى للسطوع المطلوب لتصميمك تحت ظروف القيادة المحددة. إذا كان التوحيد حاسمًا (مثل في مجموعة من مصابيح الحالة)، فإن تحديد مجموعة واحدة أضيق (مثل T أو U) وطلب جميع الوحدات من تلك المجموعة سيضمن مظهرًا متسقًا. للتطبيقات الأقل حرجًا، قد تكون المجموعة الأوسع أو المجموعات المختلطة مقبولة لتوفير التكاليف.

11. حالة تصميم واستخدام عملية

الحالة: تصميم لوحة مؤشرات حالة لموجه شبكة
يقوم مصمم بإنشاء لوحة بأربعة مصابيح LED حمراء تشير إلى نشاط "الطاقة"، "الإنترنت"، "Wi-Fi"، و"الإيثرنت". يجب أن تكون مصابيح LED مرئية بوضوح في بيئة مكتب مضاءة جيدًا. خط طاقة النظام هو 3.3V. يختار المصمم هذا LED لسطوعه العالي وتغليفه القياسي. لتحقيق إشارة ساطعة، يقرر تشغيل كل LED عند 10 مللي أمبير. باستخدام VF النموذجي البالغ 1.9V، يحسب مقاومة التوالي: R = (3.3V - 1.9V) / 0.01A = 140 أوم. يتم اختيار مقاومة قياسية 150 أوم. لضمان أن يكون لجميع مصابيح LED الأربعة سطوع متطابق، يحدد المصمم المجموعة "T" (280-450 mcd) في قائمة المواد. يتضمن تخطيط PCB النمط الأرضي الموصى به وكمية صغيرة من النحاس حول الوسادات لتخفيف حراري طفيف. تستخدم ورشة التجميع ملف إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء المقدم، ويظهر المنتج النهائي مؤشرات حالة متسقة وساطعة وموثوقة.

12. مقدمة المبدأ

الصمامات الثنائية الباعثة للضوء (LED) هي أجهزة شبه موصلة تشع الضوء عندما يمر تيار كهربائي عبرها. يستخدم هذا LED المحدد شبه موصل مركب من AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم غاليوم) لمنطقته النشطة. عند تطبيق جهد أمامي، يتم حقن الإلكترونات من المادة من النوع n والفجوات من المادة من النوع p في المنطقة النشطة. عندما تتحد حاملات الشحنة هذه، فإنها تطلق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). طاقة فجوة النطاق المحددة لمادة AlInGaP تحدد الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث، والذي في هذه الحالة يكون في الجزء الأحمر من الطيف المرئي (حوالي 631-639 نانومتر). تغلف عدسة الإيبوكسي الشفافة الشريحة، وتحميها من البيئة، وتشكل حزمة ناتج الضوء.

13. اتجاهات التطوير

يستمر الاتجاه العام في تقنية LED السطحية نحو كفاءة أعلى (المزيد من لومن لكل واط)، مما يسمح إما بزيادة السطوع عند نفس الطاقة أو تقليل استهلاك الطاقة لنفس ناتج الضوء. هناك أيضًا اتجاه نحو التصغير، مع تصغير أحجام التغليف مع الحفاظ على الأداء البصري أو تحسينه. تحسين الموثوقية وفترات التشغيل الأطول هي أهداف دائمة، تتحقق من خلال تحسينات في تصميم الشريحة، ومواد التغليف، وإدارة الحرارة. علاوة على ذلك، أصبح التصنيف الأكثر دقة واتساق لوني أفضل أكثر أهمية للتطبيقات التي تتطلب جودة بصرية عالية، مثل الإضاءة الخلفية للشاشات وإضاءة السيارات. دمج الإلكترونيات التحكمية، مثل مشغلات التيار الثابت، داخل غلاف LED نفسه هو اتجاه متزايد آخر، مما يبسط تصميم الدائرة للمستخدم النهائي.