ورقة بيانات LED SMD طراز LTSA-E67RVEWTU - لون أحمر موزع بتقنية AlInGaP - تيار أمامي 70 مللي أمبير - استطاعة تبديد 185.5 مللي واط - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

توفر هذه الوثيقة المواصفات التقنية الكاملة لصمام ثنائي باعث للضوء (LED) من نوع جهاز مثبت على السطح (SMD). تم تصميم المكون لتجميع آلي على لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) وهو مناسب للتطبيقات ذات المساحة المحدودة. تشمل خصائصه الأساسية عدسة موزعة للضوء ومصدر ضوء أحمر يعتمد على تقنية أشباه الموصلات من فوسفيد الألومنيوم إنديوم غاليوم (AlInGaP).

1.1 الميزات الأساسية والسوق المستهدف

تم تصميم LED بميزات رئيسية تعزز موثوقيته وسهولة دمجه. وهو متوافق مع توجيهية تقييد المواد الخطرة (RoHS). يتم توريد المكون في تغليف قياسي للصناعة: على شريط بعرض 8 مم ملفوف على بكرات قطرها 7 بوصات، مما يسهل التجميع الآلي عالي السرعة بواسطة آلات الالتقاط والوضع (Pick-and-Place). وقد خضع لتكييف مسبق وفقًا لمستوى الحساسية للرطوبة JEDEC MSL 2a، مما يضمن متانته ضد التلف الناجم عن الرطوبة أثناء لحام إعادة التدفق. علاوة على ذلك، تم اعتماد المنتج وفقًا للمعيار AEC-Q101 الإصدار D، وهو معيار حاسم للمكونات المستخدمة في الإلكترونيات السيارات. تصميمه متوافق مع عمليات لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR). التطبيق المستهدف الأساسي هو أنظمة ملحقات السيارات، حيث تكون الموثوقية والأداء تحت ظروف بيئية متغيرة أمرًا بالغ الأهمية.

2. المعلمات التقنية: تفسير موضوعي متعمق

يقدم هذا القسم تفاصيل الحدود القصوى المطلقة والخصائص التشغيلية لـ LED. فهم هذه المعلمات ضروري لتصميم دائرة موثوقة وضمان عمل المكون ضمن نطاق التشغيل الآمن (SOA).

2.1 القيم القصوى المطلقة

تحدد القيم القصوى المطلقة حدود الإجهاد التي قد يتسبب تجاوزها في حدوث تلف دائم للجهاز. يتم تحديد هذه القيم عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية. الحد الأقصى للتيار الأمامي المستمر (IF) هو 70 مللي أمبير. في ظل ظروف النبض بدورة عمل 1/10 وعرض نبضة 0.1 مللي ثانية، يمكن للجهاز تحمل تيار أمامي ذروة يصل إلى 100 مللي أمبير. الحد الأقصى لاستطاعة التبديد (Pd) هو 185.5 مللي واط. تم تصنيف الجهاز لنطاق درجة حرارة تشغيل وتخزين يتراوح من -40 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية. بالنسبة لعمليات اللحام الخالية من الرصاص، يمكنه تحمل منحنى لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء بدرجة حرارة ذروة تبلغ 260 درجة مئوية لمدة أقصاها 10 ثوانٍ.

2.2 الخصائص الحرارية

إدارة الحرارة أمر بالغ الأهمية لأداء LED وعمره الافتراضي. المقاومة الحرارية من التقاطع (الوصلة) أشباه الموصلات إلى الهواء المحيط (RθJA) تبلغ عادةً 280 درجة مئوية/واط، مقاسة على لوحة دوائر مطبوعة (PCB) قياسية من نوع FR4 بسمك 1.6 مم ومساحة نقطة نحاسية (Pad) تبلغ 16 مم². المقاومة الحرارية من التقاطع إلى نقطة اللحام (RθJS) تبلغ عادةً 130 درجة مئوية/واط، مما يوفر مسارًا أكثر مباشرة لتبديد الحرارة. الحد الأقصى المسموح به لدرجة حرارة التقاطع (Tj) هو 125 درجة مئوية. تجاوز هذه الحرارة سيسرع من تدهور التدفق الضوئي (لومن) ويمكن أن يؤدي إلى فشل كارثي.

2.3 الخصائص الكهروضوئية

يتم قياس الخصائص الكهروضوئية عند Ta=25 درجة مئوية وتيار اختبار (IF) قدره 50 مللي أمبير، وهي نقطة تشغيل شائعة أقل من الحد الأقصى المطلق. تتراوح شدة الإضاءة (Iv) من حد أدنى 1800 ميللي كانديلا (mcd) إلى حد أقصى 3550 mcd. زاوية الرؤية (2θ½)، والمعرفة بأنها الزاوية الكاملة التي تنخفض عندها شدة الإضاءة إلى نصف قيمتها المحورية، هي 120 درجة، مما يشير إلى نمط انبعاث واسع وموزع. الطول الموجي لذروة الانبعاث (λP) هو 632 نانومتر. الطول الموجي السائد (λd)، الذي يحدد اللون المدرك، له نطاق محدد من 618 نانومتر إلى 630 نانومتر. عرض النطاق الطيفي (Δλ) هو حوالي 20 نانومتر. الجهد الأمامي (VF) عند 50 مللي أمبير يتراوح من 1.9 فولت إلى 2.65 فولت. التيار العكسي (IR) محدود بحد أقصى 10 ميكرو أمبير عند تطبيق جهد عكسي (VR) قدره 12 فولت؛ من المهم ملاحظة أن الجهاز غير مصمم للعمل في انحياز عكسي.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

لضمان اتساق اللون والسطوع في التطبيقات الإنتاجية، يتم فرز مصابيح LED إلى مجموعات أداء (Bins). يتم تسمية الدفعة برمز يمثل رتبة جهدها الأمامي (Vf)، وشدة إضاءتها (Iv)، وطولها الموجي السائد (Wd).

3.1 تصنيف الجهد الأمامي (Vf)

يتم تصنيف الجهد الأمامي بخطوات تبلغ حوالي 0.15 فولت. تتراوح رموز التصنيف من C (1.90V - 2.05V) إلى G (2.50V - 2.65V). يتم تطبيق تفاوت قدره ±0.1V على كل مجموعة. يساعد اختيار مصابيح LED من نفس مجموعة Vf في الحفاظ على توزيع تيار موحد عند توصيل عدة أجهزة على التوازي.

3.2 تصنيف شدة الإضاءة (Iv)

يتم تصنيف شدة الإضاءة إلى ثلاث مجموعات: X1 (1800-2240 mcd)، وX2 (2240-2800 mcd)، وY1 (2800-3550 mcd). ينطبق تفاوت قدره ±11% على كل مجموعة. وهذا يسمح للمصممين باختيار مستوى السطوع المناسب لتطبيقهم.

3.3 تصنيف الطول الموجي السائد (Wd)

يتم تصنيف الطول الموجي السائد، الذي يحدد الدرجة الدقيقة للون الأحمر، بخطوات 3 نانومتر. رموز التصنيف هي 5 (618-621 نانومتر)، و6 (621-624 نانومتر)، و7 (624-627 نانومتر)، و8 (627-630 نانومتر). التفاوت لكل مجموعة هو ±1 نانومتر. هذا التحكم الدقيق ضروري للتطبيقات التي تتطلب نقاط لون محددة.

4. تحليل منحنيات الأداء

توفر البيانات الرسومية نظرة ثاقبة حول كيفية تصرف LED تحت ظروف متغيرة، وهو أمر بالغ الأهمية لتصميم نظام قوي.

4.1 منحنى التيار مقابل الجهد (I-V)

يظهر الجهد الأمامي علاقة لوغاريتمية مع التيار الأمامي. عند التيارات المنخفضة، يكون الجهد قريبًا من الجهد الكامن الثابت للديود. مع زيادة التيار، يرتفع الجهد بسبب المقاومة التسلسلية لمادة أشباه الموصلات ونقاط التلامس. يجب على المصممين استخدام هذا المنحنى لاختيار مقاومات تحديد التيار المناسبة أو دوائر القيادة لضمان عمل LED بالسطوع المطلوب دون تجاوز حدوده القصوى.

4.2 منحنى شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي

شدة الإضاءة تتناسب عمومًا مع التيار الأمامي في نطاق التشغيل الطبيعي. ومع ذلك، قد تنخفض الكفاءة عند التيارات العالية جدًا بسبب زيادة توليد الحرارة وعمليات إعادة التركيب غير المشعة الأخرى. تشغيل LED بشكل كبير فوق تياره الموصى به سيقلل من عمره الافتراضي.

4.3 الاعتماد على درجة الحرارة

أداء LED يعتمد بشدة على درجة الحرارة. مع زيادة درجة حرارة التقاطع، عادة ما ينخفض الجهد الأمامي قليلاً عند تيار معين. والأهم من ذلك، أن الناتج الضوئي ينخفض. قد يتحول الطول الموجي السائد أيضًا قليلاً مع درجة الحرارة. لذلك، فإن وجود بالوعة حرارة فعالة أمر ضروري للحفاظ على أداء بصري ثابت، خاصة في التطبيقات عالية الطاقة أو ذات درجة الحرارة المحيطة العالية مثل بيئات السيارات.

5. معلومات الميكانيكا والتغليف

5.1 الأبعاد الفيزيائية وتحديد القطبية

يتوافق LED مع مخطط عبوة قياسي من EIA. يتم توفير جميع الأبعاد الحرجة بالمليمترات، مع تفاوت عام قدره ±0.2 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. ملاحظة تصميم رئيسية هي أن إطار الرصاص الخاص بالمصعد (Anode) يعمل أيضًا كبالوعة حرارة أساسية لـ LED. تحديد المصعد (Anode) والمهبط (Cathode) بشكل صحيح أمر بالغ الأهمية أثناء تخطيط وتجميع PCB لضمان اتصال قطبية صحيح.

5.2 تخطيط النقاط الموصلة (Pad) الموصى به للوحة الدوائر المطبوعة (PCB)

يتم توفير نمط أرضي (Footprint) موصى به لـ PCB لضمان لحام موثوق وأداء حراري مثالي. تم تصميم هذا النمط لتكون متوافقًا مع عمليات لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء. الالتزام بهذا التخطيط الموصى به يساعد في تحقيق حشوات لحام (Solder Fillets) مناسبة، وضمان الاستقرار الميكانيكي، وتعظيم نقل الحرارة من النقطة الحرارية (Thermal Pad) الخاصة بـ LED (المصعد) إلى PCB.

6. إرشادات اللحام والتركيب

6.1 منحنى لحام إعادة التدفق (Reflow)

تم تحديد منحنى تفصيلي لللحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء للعمليات الخالية من الرصاص، وفقًا للمعيار J-STD-020. يتضمن المنحنى مراحل التسخين المسبق، والنقع الحراري، وإعادة التدفق، والتبريد. المعلمة الحرجة هي ألا تتجاوز درجة حرارة جسم العبوة الذروة 260 درجة مئوية، ويتم الحفاظ عليها لمدة أقصاها 10 ثوانٍ. اتباع هذا المنحنى ضروري لمنع التلف الحراري لعدسة الإيبوكسي الخاصة بـ LED وهيكل أشباه الموصلات الداخلي.

6.2 احتياطات التخزين والتعامل

تم تصنيف المنتج على أنه مستوى حساسية الرطوبة (MSL) 2a وفقًا لـ JEDEC J-STD-020. أثناء وجوده في كيس الحاجز الرطوبي الأصلي المغلق مع مجفف، يجب تخزينه عند درجة حرارة ≤30 درجة مئوية ورطوبة نسبية ≤70% واستخدامه خلال عام واحد. بمجرد فتح الكيس، يجب تخزين المكونات عند درجة حرارة ≤30 درجة مئوية ورطوبة نسبية ≤60%. يوصى بإكمال عملية إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء في غضون 4 أسابيع من فتح الكيس. بالنسبة للتخزين لأكثر من 4 أسابيع خارج التغليف الأصلي، يجب تخزين المكونات في وعاء محكم الغلق مع مجفف أو تجفيفها (Baking) عند حوالي 60 درجة مئوية لمدة 48 ساعة على الأقل قبل اللحام لإزالة الرطوبة الممتصة ومنع ظاهرة "الفشار" (Popcorning) أثناء إعادة التدفق.

6.3 التنظيف

إذا كان التنظيف بعد اللحام ضروريًا، فيجب استخدام المذيبات المحددة فقط. يُسمح بغمر LED في كحول الإيثيل أو كحول الأيزوبروبيل في درجة حرارة الغرفة لأقل من دقيقة واحدة. يمكن أن يؤدي استخدام المنظفات الكيميائية غير المحددة أو العدوانية إلى إتلاف العبوة البلاستيكية والعدسة البصرية لـ LED.

7. معلومات التغليف والطلب

7.1 مواصفات الشريط والبكرة (Tape and Reel)

يتم توريد مصابيح LED على شريط حامل بارز بعرض 8 مم. يتم لف الشريط على بكرة قياسية قطرها 7 بوصات (178 مم). تحتوي كل بكرة على 2000 قطعة. يتوافق التغليف مع مواصفات ANSI/EIA-481. يتم توفير أبعاد مفصلة لجيوب الشريط، وشريط الغطاء، والبكرة لضمان التوافق مع معدات التجميع الآلي.

8. ملاحظات التطبيق واعتبارات التصميم

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

التطبيق المقصود الأساسي هو لوظائف ملحقات السيارات. يمكن أن يشمل ذلك الإضاءة المحيطة الداخلية، وأضواء مؤشر لوحة القيادة، وإضاءة وحدة التحكم المركزية، أو أضواء العلامات الخارجية حيث يكون مطلوبًا انبعاث أحمر موزع عريض الزاوية. مؤهله AEC-Q101 يجعله مناسبًا للظروف البيئية القاسية (درجة الحرارة، الرطوبة، الاهتزاز) الموجودة في المركبات.

8.2 اعتبارات التصميم الحرجة

تحديد التيار:LED هو جهاز يعمل بالتيار. مقاومة على التوالي أو دائرة قيادة تيار ثابت إلزامية لتحديد التيار الأمامي إلى قيمة آمنة، عادة عند أو أقل من النطاق الموصى به 50-70 مللي أمبير، مع مراعاة تباينات مصدر الطاقة.
إدارة الحرارة:يجب عدم تجاوز درجة حرارة التقاطع القصوى. قم بتصميم تخطيط PCB لتوفير مسار حراري كافٍ من نقطة المصعد (Anode Pad). بالنسبة للتطبيقات عالية التيار أو ذات درجة الحرارة المحيطة العالية، فكر في استخدام مساحة نحاسية أكبر على PCB أو فتحات حرارية (Thermal Vias) إضافية لتبديد الحرارة.
حماية من التفريغ الكهروستاتيكي (ESD):على الرغم من عدم ذكر ذلك صراحةً لهذا الجهاز، إلا أن مصابيح LED من نوع AlInGaP يمكن أن تكون حساسة للتفريغ الكهروستاتيكي (ESD). يوصى بتنفيذ احتياطات التعامل القياسية لـ ESD أثناء التجميع.
التصميم البصري:توفر زاوية الرؤية 120 درجة والعدسة الموزعة حزمة ناعمة وعريضة. للتطبيقات التي تتطلب حزمة أكثر تركيزًا، ستكون البصريات الثانوية (مثل العدسات، أدلة الضوء) ضرورية.

9. المقارنة التقنية والتمييز

يقدم LED الأحمر هذا القائم على AlInGaP مزايا محددة. مقارنةً بالتكنولوجيات الأقدم مثل فوسفيد زرنيخيد الغاليوم (GaAsP)، يوفر AlInGaP كفاءة إضاءة أعلى، مما يؤدي إلى سطوع أكبر لنفس تيار الإدخال. تخلق العدسة الموزعة نمط انبعاث موحد وعريض مثالي للإضاءة المساحية بدلاً من الإضاءة المركزة. مؤهل AEC-Q101 وتصنيف MSL 2a هما من المميزات الرئيسية لتطبيقات السيارات والتطبيقات الأخرى المتطلبة، مما يشير إلى اختبارات موثوقية محسنة ومقاومة للرطوبة مقارنة بمصابيح LED التجارية القياسية.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

س: هل يمكنني تشغيل هذا LED مباشرة من مصدر طاقة 5 فولت أو 12 فولت؟
ج: لا. يجب عليك استخدام آلية تحديد تيار. لمصدر طاقة 5 فولت، عادةً ما يتم استخدام مقاومة على التوالي (R = (Vsupply - Vf) / If). لمصدر طاقة 12 فولت، ستتبدد المقاومة حرارة مفرطة؛ يوصى باستخدام دائرة قيادة تيار ثابت أو منظم تبديل (Switching Regulator).

س: ما الفرق بين الطول الموجي الذروة والطول الموجي السائد؟
ج: الطول الموجي الذروة (λP) هو الطول الموجي الذي يكون عنده توزيع القدرة الطيفية في أقصى حد (632 نانومتر). الطول الموجي السائد (λd) هو الطول الموجي الفردي للضوء أحادي اللون الذي يتطابق مع اللون المدرك لـ LED (618-630 نانومتر). λd أكثر صلة بتحديد المواصفات اللونية.

س: لماذا المقاومة الحرارية مهمة؟
ج: إنها تقيس مدى فعالية خروج الحرارة من تقاطع LED. تعني المقاومة الحرارية الأقل تبديد حرارة أفضل، مما يسمح لك بتشغيل LED عند تيارات أعلى أو في بيئات أكثر سخونة مع الحفاظ على درجة حرارة التقاطع ضمن الحدود الآمنة، وبالتالي ضمان موثوقية طويلة الأمد وإخراج ضوئي مستقر.

س: تذكر ورقة البيانات اختبار جهد عكسي. هل يمكنني استخدام هذا LED في دائرة تيار متردد (AC) أو مع حماية من انعكاس القطبية؟
ج: تصنيف الجهد العكسي 12 فولت هو لأغراض الاختبار فقط. الجهاز غير مصمم للعمل في انحياز عكسي مستمر. في دائرة تيار متردد أو لحماية القطبية، يجب استخدام ديود خارجي على التوالي لحجب الجهد العكسي عبر LED.

11. مثال عملي للتصميم والاستخدام

السيناريو:تصميم مؤشر حالة أحمر لوحدة تحكم سيارات. تعمل الوحدة من نظام بطارية السيارة 12 فولت (اسمي 14 فولت عند التشغيل). يجب أن يكون المؤشر مرئيًا بوضوح في ضوء النهار.
خطوات التصميم:
1. اختيار التيار:اختر نقطة تشغيل 50 مللي أمبير لتوازن جيد بين السطوع وطول العمر.
2. اختيار دائرة القيادة:بسبب جهد الإمداد العالي، ستضيع المقاومة البسيطة أكثر من 0.5 واط من الطاقة. الحل الأفضل هو استخدام دائرة متكاملة (IC) لقيادة LED بتيار ثابت من نوع انخفاض منخفض (LDO) مضبوطة على 50 مللي أمبير.
3. التصميم الحراري:قد تكون الوحدة موجودة في حجرة المحرك. قم بتقدير أقصى درجة حرارة محيطة (مثلاً 85 درجة مئوية). احسب ارتفاع درجة حرارة التقاطع المتوقع: ΔTj = Pd * RθJA = (VF * IF) * RθJA. باستخدام VF النموذجي = 2.2 فولت و RθJA = 280 درجة مئوية/واط، Pd = 0.11 واط، لذا ΔTj ≈ 31 درجة مئوية. Tj = Ta + ΔTj = 85 درجة مئوية + 31 درجة مئوية = 116 درجة مئوية، وهي أقل من الحد الأقصى 125 درجة مئوية. هذا مقبول ولكنه هامشي. لتحسين الموثوقية، قم بزيادة مساحة النحاس على نقطة PCB المتصلة بالمصعد لتقليل RθJA الفعال.
4. اختيار المجموعة (Bin):لمظهر متسق عبر وحدات متعددة في لوحة القيادة، حدد مجموعات ضيقة للطول الموجي السائد (مثل Bin 7) وشدة الإضاءة (مثل Bin X2 أو Y1).

12. مقدمة عن مبدأ التشغيل

الصمامات الثنائية الباعثة للضوء (LEDs) هي أجهزة أشباه موصلات ذات وصلة p-n. عند تطبيق جهد أمامي، يتم حقق الإلكترونات من المنطقة من النوع n والفجوات من المنطقة من النوع p عبر الوصلة. تعيد هذه حاملات الشحنة التركيب في المنطقة النشطة من أشباه الموصلات. في أشباه الموصلات ذات فجوة النطاق المباشرة مثل AlInGaP، يتم إطلاق جزء كبير من حدث إعادة التركيب هذا للطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد طاقة فجوة النطاق لمادة أشباه الموصلات الطول الموجي المحدد (اللون) للضوء المنبعث. يتم هندسة سبائك AlInGaP لإنتاج ضوء في الأجزاء الحمراء والبرتقالية والصفراء من الطيف المرئي. العدسة الموزعة مصنوعة من مادة إيبوكسي أو سيليكون تحتوي على جسيمات مبعثرة. تعيد هذه الجسيمات توجيه الضوء المنبعث من شريحة أشباه الموصلات بشكل عشوائي، مما يوسع زاوية الحزمة ويخلق مظهرًا أكثر اتساقًا ونعومة من خلال القضاء على "البقعة الساخنة" المركزية الساطعة النموذجية لـ LED ذو العدسة الشفافة.

13. اتجاهات وتطورات التكنولوجيا

مجال تكنولوجيا LED يتطور باستمرار. بالنسبة لتطبيقات المؤشرات والإشارات مثل هذا المكون، تركز الاتجاهات على عدة مجالات رئيسية.زيادة الكفاءة:يهدف البحث المستمر في علوم المواد إلى تحسين الكفاءة الكمية الداخلية (IQE) لـ AlInGaP ومواد أشباه الموصلات الأخرى، مما ينتج عنه ناتج إضاءة أعلى لكل وحدة من قوة الإدخال الكهربائية (لومن/واط).تعزيز الموثوقية:تتطلب أسواق السيارات والصناعية تحسينات في مواد التغليف (مثل السيليكونات عالية الحرارة) وتقنيات تثبيت الشريحة (Die-Attach) لتحمل درجات حرارة تقاطع أعلى ودورات حرارية أكثر تطرفًا.التصغير:هناك دفع مستمر لتصغير بصمة العبوة مع الحفاظ على القوة البصرية أو زيادتها، مما يتيح تكاملاً أكثر كثافة في الأجهزة الإلكترونية الحديثة.اتساق اللون والتصنيف (Binning):تسمح التطورات في النمو الطبقي (Epitaxial Growth) والتحكم في عملية التصنيع بتوزيعات أضيق للطول الموجي وشدة الإضاءة، مما يقلل الحاجة إلى تصنيف مكثف ويبسط إدارة المخزون للمصنعين.الحلول المتكاملة:الاتجاه المتزايد هو دمج شريحة LED مع دوائر القيادة المتكاملة (Driver ICs)، ومكونات الحماية (مثل ثنائيات ESD)، وحتى منطق التحكم في وحدات عبوات ذكية واحدة.