ورقة بيانات LED ثلاثي الألوان LTSN-N213EGBW - أبعاد العبوة - جهد 1.8-3.8 فولت - قدرة 75-76 ملي واط - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

توفر هذه الوثيقة المواصفات التقنية الكاملة لـ LTSN-N213EGBW، وهو صمام ثنائي باعث للضوء (LED) من نوع جهاز التركيب السطحي (SMD). يجمع هذا المكون ثلاث رقائق LED فردية (الأحمر، والأخضر، والأزرق) داخل عبوة واحدة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب إشارات متعددة الألوان أو مزج الألوان. تم تصميم الجهاز لعمليات التجميع الآلي والتطبيقات ذات المساحة المحدودة الشائعة في الإلكترونيات الحديثة.

1.1 الميزات

• متوافق مع توجيهات RoHS (تقييد المواد الخطرة).
• معبأ على شريط بعرض 8 مم لتوافقه مع بكرات قطر 7 بوصات، مما يسهل عملية التجميع الآلي (Pick-and-Place).
• مقاس قاعدة تركيب قياسي وفقًا لـ EIA (تحالف الصناعات الإلكترونية).
• مدخلات متوافقة مع مستويات المنطق القياسية للدوائر المتكاملة (IC).
• مصمم لتوافقه مع معدات التركيب الآلي ولحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR).
• معالج مسبقًا لمستوى الحساسية للرطوبة 3 وفقًا لـ JEDEC (المجلس المشترك لهندسة الأجهزة الإلكترونية).

1.2 التطبيقات

يُستخدم هذا LED في مجموعة واسعة من المعدات الإلكترونية التي تتطلب إشارات حالة متعددة الألوان وموثوقة. تشمل مجالات التطبيق النموذجية:

• معدات الاتصالات (مثل الموجهات، والمحولات، والمحطات الأساسية).
• أجهزة أتمتة المكاتب (مثل الطابعات، والماسحات الضوئية، والأجهزة متعددة الوظائف).
• الأجهزة المنزلية ذات شاشات عرض الحالة.
• لوحات التحكم الصناعية وأجهزة القياس.
• أنظمة اللافتات الداخلية وعرض المعلومات.

2. المعلمات التقنية: تفسير موضوعي متعمق

تقدم الأقسام التالية تفصيلًا دقيقًا لحدود تشغيل الجهاز وخصائص أدائه. جميع البيانات محددة عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية ما لم يُذكر خلاف ذلك.

2.1 الحدود القصوى المطلقة

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

• تبديد القدرة (Pd):75 ملي واط للرقاقة الحمراء، 76 ملي واط للرقاقتين الخضراء والزرقاء. هذه هي أقصى قدرة يمكن للجهاز تبديدها على شكل حرارة.
• تيار الأمام الذروي (I_FP):80 مللي أمبير لجميع الألوان. هذا هو أقصى تيار لحظي مسموح به، ويُحدد عادةً للتشغيل النبضي (دورة عمل 1/10، عرض النبضة 0.1 مللي ثانية).
• تيار الأمام المستمر (I_F):30 مللي أمبير للأحمر، 20 مللي أمبير للأخضر والأزرق. هذا هو أقصى تيار أمامي مستمر موصى به للتشغيل طويل الأمد الموثوق.
• نطاق درجة حرارة التشغيل:من -40°C إلى +85°C. يتم ضمان عمل الجهاز ضمن نطاق درجة الحرارة المحيطة هذا.
• نطاق درجة حرارة التخزين:من -40°C إلى +100°C. يمكن تخزين الجهاز دون تطبيق طاقة ضمن هذا النطاق.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

هذه هي معلمات الأداء النموذجية المقاسة تحت ظروف الاختبار القياسية (I_F= 20mA, Ta=25°C).

• شدة الإضاءة (I_V):خرج الضوء المقاس بوحدة الميلي كانديلا (mcd).
  • الأحمر: الحد الأدنى 345 mcd، الحد الأقصى 720 mcd.
  • الأخضر: الحد الأدنى 750 mcd، الحد الأقصى 1300 mcd.
  • الأزرق: الحد الأدنى 140 mcd، الحد الأقصى 280 mcd.
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):حوالي 120 درجة (نموذجي). هذه هي الزاوية الكاملة التي تكون عندها شدة الإضاءة نصف قيمتها المحورية القصوى، مما يشير إلى نمط رؤية واسع.
• طول موجة الانبعاث الذروي (λ_P):طول الموجة الذي يكون عنده توزيع القدرة الطيفية في أقصى حد.
  • الأحمر: 630 نانومتر (نموذجي).
  • الأخضر: 518 نانومتر (نموذجي).
  • الأزرق: 467 نانومتر (نموذجي).
• الطول الموجي السائد (λ_d):طول الموجة الوحيد الذي تدركه العين البشرية والذي يحدد اللون.
  • الأحمر: 617-627 نانومتر (نطاق نموذجي).
  • الأخضر: 517-527 نانومتر (نطاق نموذجي).
  • الأزرق: 462-472 نانومتر (نطاق نموذجي).
• عرض النصف الطيفي (Δλ):عرض النطاق الترددي للطيف المنبعث عند نصف شدته القصوى.
  • الأحمر: 25 نانومتر (نموذجي).
  • الأخضر: 35 نانومتر (نموذجي).
  • الأزرق: 20 نانومتر (نموذجي).
• جهد الأمام (V_F):انخفاض الجهد عبر LED عند تشغيله بتيار الاختبار.
  • الأحمر: 1.8 فولت (الحد الأدنى)، 2.5 فولت (الحد الأقصى).
  • الأخضر: 2.8 فولت (الحد الأدنى)، 3.8 فولت (الحد الأقصى).
  • الأزرق: 2.8 فولت (الحد الأدنى)، 3.8 فولت (الحد الأقصى).
• تيار العكس (I_R):الحد الأقصى 10 ميكرو أمبير لجميع الألوان عند جهد عكسي (V_R) بقيمة 5 فولت.ملاحظة:لم يتم تصميم هذا الجهاز للتشغيل تحت انحياز عكسي؛ هذه المعلمة لأغراض الاختبار فقط.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

لضمان اتساق اللون والسطوع في الإنتاج، يتم فرز LEDs إلى مجموعات (Bins) بناءً على معلمات رئيسية. يستخدم LTSN-N213EGBW نظام تصنيف ثنائي الأبعاد.

3.1 مجموعات شدة الإضاءة (I_V) Bins

يتم تصنيف LEDs بناءً على خرج الضوء عند 20 مللي أمبير.

• الأحمر:
  • المجموعة U1: 345.0 - 500.0 mcd
  • المجموعة U2: 500.0 - 720.0 mcd
• الأخضر:
  • المجموعة V1: 750.0 - 1000.0 mcd
  • المجموعة V2: 1000.0 - 1300.0 mcd
• الأزرق:
  • المجموعة R2: 140.0 - 200.0 mcd
  • المجموعة S1: 200.0 - 280.0 mcd

التسامح لكل مجموعة شدة هو +/-11%.

3.2 مجموعات الطول الموجي السائد (λ_d) Bins

يتم تصنيف LEDs بناءً على اللون المدرك (الطول الموجي السائد).

• الأحمر:
  • المجموعة V: 617.0 - 622.0 نانومتر
  • المجموعة W: 622.0 - 627.0 نانومتر
• الأخضر:
  • المجموعة AP: 517.0 - 522.0 نانومتر
  • المجموعة AQ: 522.0 - 527.0 نانومتر
• الأزرق:
  • المجموعة AC: 462.0 - 467.0 نانومتر
  • المجموعة AD: 467.0 - 472.0 نانومتر

التسامح لكل مجموعة طول موجي سائد هو +/- 1 نانومتر.

3.3 رمز التصنيف المشترك

يستخدم ملصق المنتج النهائي رمزًا مشتركًا (مثل A1، C2، D3) يشير إلى مجموعة محددة من مجموعات الشدة والطول الموجي لجميع الألوان الثلاثة، كما هو محدد في الجداول المتقاطعة المقدمة في ورقة البيانات. وهذا يضمن مجموعة متطابقة من الخصائص لرقائق الأحمر والأخضر والأزرق داخل وحدة واحدة.

4. تحليل منحنيات الأداء

تتضمن ورقة البيانات منحنيات الخصائص النموذجية الضرورية لفهم سلوك الجهاز تحت ظروف مختلفة. بينما لا يتم إعادة إنتاج الرسوم البيانية المحددة هنا، فإنها تشمل عادةً:

• شدة الإضاءة النسبية مقابل تيار الأمام (منحنى I-V):يوضح كيف يزداد خرج الضوء مع التيار، عادةً في علاقة غير خطية. قد يؤدي التشغيل بالقرب من أقصى تيار مستمر إلى عوائد متناقصة في السطوع مع زيادة الحرارة والإجهاد.
• جهد الأمام مقابل تيار الأمام:يوضح الخاصية الأسية لمنحنى I-V للصمام الثنائي. لجهد الأمام معامل درجة حرارة سالب، مما يعني أنه ينخفض قليلاً مع ارتفاع درجة حرارة التقاطع.
• شدة الإضاءة النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطة:يوضح تأثير التبريد الحراري، حيث ينخفض خرج الضوء مع زيادة درجة الحرارة المحيطة (وبالتالي درجة حرارة التقاطع). هذا مهم بشكل خاص للتطبيقات عالية القدرة أو درجة الحرارة.
• التوزيع الطيفي:رسوم بيانية توضح القدرة النسبية المنبعثة عبر الأطوال الموجية لكل لون، مع إبراز أطوال الموجات الذروية والسائدة وعرض الطيف.

5. المعلومات الميكانيكية والعبوة

5.1 أبعاد العبوة

يتوافق الجهاز مع مقاس قاعدة تركيب SMD قياسي. تشمل الملاحظات الأبعادية الرئيسية:

• جميع الأبعاد بالمليمترات.
• التسامح القياسي هو ±0.2 مم ما لم يُحدد خلاف ذلك في رسم الأبعاد التفصيلي.
• تحتوي العبوة على عدسة منتشرة لكل رقاقة لون لتوسيع زاوية الرؤية.

5.2 تعيين الأطراف (Pin Assignment)

يحتوي LED ثلاثي الألوان على تكوين كاثود مشترك أو أنود مشترك (يجب التحقق من التكوين المحدد من مخطط العبوة). تشير ورقة البيانات إلى تعيين الأطراف لأنود الأحمر (الطرف 2)، والأخضر (الطرف 3)، والأزرق (الطرف 4)، مع كاثود مشترك على الأرجح على الطرف 1. تحديد القطبية الصحيحة أمر بالغ الأهمية أثناء تخطيط وتجميع لوحة الدوائر المطبوعة (PCB).

5.3 وسادة التثبيت الموصى بها على PCB

يتم توفير رسم لنمط وسادة التثبيت (Land Pattern) لضمان تكوين وصلة لحام صحيحة واستقرار ميكانيكي. الالتزام بهذا المقاس الموصى به أمر بالغ الأهمية لنجاح لحام إعادة التدفق والموثوقية طويلة الأمد.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 ملف تعريف لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR)

الجهاز متوافق مع عمليات لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR) باستخدام لحام خالي من الرصاص. يتوافق الملف الموصى به مع J-STD-020B. تشمل المعلمات الرئيسية عادةً:

• معدل ارتفاع مرحلة التسخين المسبق.
• درجة حرارة ووقت النقع (التسخين المسبق) لتفعيل المادة المساعدة (Flux) وتقليل الصدمة الحرارية.
• درجة حرارة السيولة والوقت فوق السيولة (TAL).
• درجة حرارة إعادة التدفق القصوى (يجب ألا تتجاوز الحد الأقصى لتحمل الجهاز، عادة حوالي 260°C لفترة قصيرة).
• معدل التبريد.

6.2 التنظيف

إذا كان التنظيف بعد اللحام ضروريًا، فيجب استخدام المواد الكيميائية المحددة فقط. توصي ورقة البيانات بالغمر في كحول الإيثيل أو كحول الأيزوبروبيل في درجة الحرارة العادية لأقل من دقيقة واحدة. قد تتسبب المواد الكيميائية غير المحددة في إتلاف عبوة LED أو العدسة.

6.3 التخزين والتعامل

• العبوة المغلقة:يتم شحن الأجهزة في كيس حاجز للرطوبة مع مجفف. يجب تخزينها عند ≤30°C و ≤70% رطوبة نسبية (RH) واستخدامها في غضون عام واحد من تاريخ ختم الكيس.
• العبوة المفتوحة:بمجرد فتح كيس الحاجز للرطوبة، تتعرض المكونات للرطوبة المحيطة. يجب تخزينها عند ≤30°C و ≤60% رطوبة نسبية.
• العمر الافتراضي خارج العبوة (Floor Life):يوصى بأن تخضع الأجهزة التي تم إزالتها من تغليفها الأصلي لعملية لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء في غضون 168 ساعة (7 أيام). للتخزين لفترة أطول خارج الكيس الأصلي، يجب وضعها في حاوية محكمة الغلق مع مجفف مناسب أو خبزها وفقًا لإجراءات مستوى الحساسية للرطوبة المناسب (MSL) قبل الاستخدام.

7. معلومات التعبئة والطلب

7.1 مواصفات الشريط والبكرة

يتم توريد الجهاز في شريط حامل بارز للتجميع الآلي.

• عرض الشريط: 8 مم.
• قطر البكرة: 7 بوصات.
• يتم تحديد تباعد وأبعاد الجيوب لضمان التوافق مع معدات التركيب القياسية.
• كمية التعبئة: 3000 قطعة لكل بكرة كاملة.
• الحد الأدنى لكمية الطلب للبقايا: 500 قطعة.
• تتوافق التعبئة مع مواصفات ANSI/EIA-481.

8. اقتراحات التطبيق واعتبارات التصميم

8.1 تحديد التيار

تعتبر LEDs أجهزة تعمل بالتيار. مقاومة تحديد تيار على التوالي إلزامية لكل قناة لون عند التشغيل من مصدر جهد. يمكن حساب قيمة المقاومة (R) باستخدام قانون أوم: R = (V_المصدر- V_F) / I_F، حيث V_Fهو جهد الأمام لرقاقة اللون المحددة عند التيار المطلوب I_F. استخدم دائمًا الحد الأقصى لـ V_Fمن ورقة البيانات لتصميم متحفظ لمنع التيار الزائد.

8.2 إدارة الحرارة

على الرغم من أن هذا جهاز منخفض القدرة، إلا أن التصميم الحراري المناسب يطيل العمر الافتراضي ويحافظ على استقرار خرج الضوء. تأكد من أن لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) تحتوي على مساحة نحاسية كافية متصلة بوسادة الحرارة الخاصة بـ LED (إن وجدت) أو وسادات التثبيت لتبديد الحرارة. تجنب التشغيل عند الحدود القصوى المطلقة لفترات طويلة في درجات حرارة محيطة عالية.

8.3 مزج الألوان والتحكم

للتطبيقات التي تتطلب ألوانًا محددة (مثل الأبيض، الكهرماني، البنفسجي) من خلال المزج الجمعي لرقائق الأحمر والأخضر والأزرق، فإن التحكم المستقل بتعديل عرض النبضة (PWM) لكل قناة هو الطريقة الأكثر فعالية. وهذا يسمح بالتحكم الدقيق في اللون والشدة دون الانزياح اللوني المرتبط بالتعتيم التناظري (تقليل التيار).

9. المقارنة التقنية والتمييز

يقدم LTSN-N213EGBW مزايا محددة في فئته:

• حل ثلاثي الألوان متكامل:يجمع ثلاثة ألوان منفصلة في عبوة واحدة ذات 4 أطراف، مما يوفر مساحة على PCB ويبسط التجميع مقارنة باستخدام ثلاثة LEDs SMD منفصلة.
• زاوية رؤية واسعة (120°):توفر العدسة المنتشرة نمط إضاءة واسعًا ومتساويًا مناسبًا لمؤشرات اللوحة الأمامية التي يجب أن تكون مرئية من زوايا مختلفة.
• تعبئة موحدة:التوافق مع شريط 8 مم والبكرات، ومقاس قاعدة قياسي وفقًا لـ EIA، يضمن التكامل السلس في خطوط التصنيع الآلي ذات الحجم الكبير.
• تصنيف شامل:يسمح التصنيف التفصيلي للشدة والطول الموجي للمصممين باختيار مستويات الاتساق المناسبة لتطبيقهم، من الإشارات العامة إلى شاشات العرض الحساسة للألوان.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

س: هل يمكنني تشغيل LEDs الأحمر والأخضر والأزرق في وقت واحد عند أقصى تيار مستمر لها (30mA، 20mA، 20mA)؟

ج: لا. يجب مراعاة الحد الأقصى المطلق لتبديد القدرة الإجمالية (75-76 ملي واط لكل رقاقة). من المحتمل أن يؤدي تشغيل الثلاثة في وقت واحد بأقصى تيار إلى تجاوز السعة الحرارية الإجمالية للعبوة، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة، وتقليل العمر الافتراضي، واحتمال الفشل. قلل التيارات بناءً على التحليل الحراري لتطبيقك المحدد.

س: ما الفرق بين الطول الموجي الذروي والطول الموجي السائد؟

ج: الطول الموجي الذروي (λ_P) هو الطول الموجي الفعلي الذي يصدر فيه LED أكبر قدر من الطاقة الضوئية. الطول الموجي السائد (λ_d) هو قيمة محسوبة تعتمد على حساسية العين البشرية (تباين لون CIE) وتمثل اللون المدرك. بالنسبة لـ LEDs ذات الطيف الضيق (مثل هذه)، غالبًا ما تكون قريبة، لكن λ_dهو المعلمة ذات الصلة لتحديد اللون.

س: تم تحديد تيار العكس بحد أقصى 10μA عند 5V. هل يمكنني استخدام هذا LED في دائرة تعدد الإرسال (Multiplexing) ذات الانحياز العكسي؟

ج:غير موصى به بشدة.تنص ورقة البيانات صراحةً على أن الجهاز لم يتم تصميمه للتشغيل العكسي. معلمة I_Rهي لأغراض الاختبار فقط. قد يؤدي تطبيق انحياز عكسي في تشغيل الدائرة إلى سلوك غير متوقع وتدهور مبكر.

س: ما مدى أهمية الالتزام بالعمر الافتراضي البالغ 168 ساعة بعد فتح كيس الحاجز للرطوبة؟

ج: إنه إرشاد موثوقية بالغ الأهمية. تمتص مكونات SMD الرطوبة من الهواء. أثناء إعادة التدفق، يمكن أن تتحول هذه الرطوبة إلى بخار بسرعة، مما يتسبب في انفصال داخلي أو ظاهرة \"الفشار\" (Popcorning)، والتي تشقق العبوة. إذا تم تجاوز وقت التعرض، فيجب خبز المكونات وفقًا لملف تعريف MSL3 قبل اللحام لطرد الرطوبة.

11. دراسة حالة تطبيقية عملية

السيناريو: تصميم مؤشر حالة لمحول شبكة (Network Switch).

يتطلب الجهاز مؤشرًا واحدًا متعدد الألوان لإظهار حالة الاتصال (الأخضر = 1 جيجابت/ثانية، الكهرماني = 100 ميجابت/ثانية، الأحمر = لا يوجد اتصال/خطأ) والنشاط (الوميض).

• اختيار المكون:يعتبر LTSN-N213EGBW مثاليًا، حيث يحل محل ثلاثة LEDs منفصلة.
• تصميم الدائرة:ثلاثة أطراف GPIO من وحدة تحكم إدارة المحول، كل منها متصل بقناة لون عبر مقاومة تحديد تيار. يتم حساب القيم بشكل منفصل للأحمر (V_F~2.5V)، والأخضر (V_F~3.8V)، والأزرق (لا يستخدم للكهرماني؛ يتم إنشاء اللون الكهرماني عن طريق تشغيل الأحمر والأخضر في وقت واحد بنسب محددة).
• التحكم بالبرمجيات:تقوم وحدة التحكم بتشغيل الأطراف لإنشاء أخضر ثابت، أو أحمر ثابت، أو مزيج PWM من الأحمر والأخضر للكهرماني. يتم تنفيذ وميض النشاط عن طريق تبديل أطراف GPIO ذات الصلة.
• التخطيط (Layout):يتم اتباع تخطيط وسادة PCB الموصى به. يساعد وجود فتحات تخفيف حرارية صغيرة على وسادة اتصال الأرضية في تسهيل اللحام دون إنشاء مبدد حراري كبير قد يؤثر على إعادة التدفق.
• النتيجة:مؤشر حالة مضغوط وموثوق وواضح بصريًا يبسط التجميع (جزء واحد بدلاً من ثلاثة) ويقلل من تعقيد قائمة المواد (BOM).

12. مقدمة عن مبدأ التشغيل

الصمامات الثنائية الباعثة للضوء (LEDs) هي أجهزة أشباه موصلات تصدر الضوء من خلال الوميض الكهربائي (Electroluminescence). عندما يتم تطبيق جهد أمامي عبر تقاطع p-n، تتحد الإلكترونات من المادة من النوع n مع الفجوات من المادة من النوع p في المنطقة النشطة. يطلق هذا الاتحاد الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يتم تحديد الطول الموجي المحدد (اللون) للضوء المنبعث بواسطة فجوة النطاق الطاقي لمواد أشباه الموصلات المستخدمة:

• LED الأحمر:يستخدم عادةً مادة فوسفيد الألومنيوم إنديوم جاليوم (AlInGaP)، والتي لها فجوة نطاق طاقي أقل تتوافق مع أطوال موجية أطول (أحمر/برتقالي).
• LEDs الأخضر والأزرق:تستخدم عادةً مادة نيتريد الإنديوم جاليوم (InGaN). من خلال تغيير نسبة الإنديوم/الجاليوم، يمكن ضبط فجوة النطاق الطاقي لإصدار ضوء أخضر أو أزرق (يتطلب الأزرق فجوة نطاق طاقي أوسع).

تشتت العدسة المنتشرة فوق الرقاقة الضوء، مما يخلق زاوية رؤية أوسع وأكثر انتظامًا مقارنة بالعدسة الشفافة التي تنتج حزمة أكثر تركيزًا.

13. اتجاهات التكنولوجيا

يستمر مجال LEDs من نوع SMD في التطور مع عدة اتجاهات ملحوظة:

• زيادة الكفاءة:تؤدي التحسينات المستمرة في علم المواد والنمو الطبقي البلوري إلى كفاءة إضاءة أعلى (مزيد من خرج الضوء لكل واط كهربائي)، مما يسمح بمؤشرات أكثر سطوعًا أو استهلاكًا أقل للطاقة.
• التصغير:تستمر العبوات في التقلص (مثلًا من مقاس 0603 إلى 0402 متري) لتناسب الإلكترونيات الاستهلاكية الأصغر حجمًا، مع الحفاظ على الأداء البصري أو تحسينه.
• تحسين تجسيد الألوان والاتساق:توفر تسامحات تصنيف (Binning) أضيق وعمليات تصنيع محسّنة اتساقًا لونيًا أفضل عبر دفعات الإنتاج، وهو أمر بالغ الأهمية لتطبيقات العرض والإضاءة.
• الحلول المتكاملة:بعد تعدد الألوان، هناك اتجاه نحو LEDs مع مشغلات متكاملة (IC داخل العبوة) أو تنظيم تيار مدمج، مما يبسط تصميم الدائرة بشكل أكبر.
• التركيز على الموثوقية:تعمل مواد وتصاميم العبوات المحسّنة على تعزيز المقاومة للدورات الحرارية والرطوبة وغيرها من الضغوط البيئية، مما يطيل العمر التشغيلي في التطبيقات المتطلبة.