ورقة بيانات LED SMD طراز LTST-416GEBW-P3 - عدسة بيضاء منتشرة - شريحة RGB - تيار تشغيل 5 مللي أمبير - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

توضح هذه الوثيقة مواصفات مصباح LED من نوع جهاز السطح المثبت (SMD) المصمم للتجميع الآلي على لوحات الدوائر المطبوعة. يتميز المكون بعدسة بيضاء منتشرة ويدمج ثلاثة مصادر ضوء شبه موصلة متميزة داخل عبوة واحدة: شريحة خضراء من نوع InGaN، وشريحة حمراء من نوع AlInGaP، وشريحة زرقاء من نوع InGaN. ينتج عن الخرج المشترك من خلال العدسة المنتشرة مظهر ضوء أبيض. يستهدف هذا التصميم التطبيقات ذات المساحة المحدودة عبر الإلكترونيات الاستهلاكية والاتصالات والمعدات الصناعية حيث تكون هناك حاجة إلى مؤشر حالة موثوق، أو إضاءة رموز، أو إضاءة خلفية للوحة الأمامية.

1.1 الميزات الرئيسية

• متوافق مع توجيهات RoHS البيئية.
• معبأ على شريط بعرض 12 مم داخل بكرات قطر 7 بوصات لأنظمة التجميع الآلي (Pick-and-Place).
• بصمة عبوة قياسية (EIA) لتوافق التصميم.
• تيار تشغيل متوافق مع مستوى الجهد المنطقي (Logic-Level).
• يتحمل عمليات لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء.
• مُعالج مسبقًا لمستوى الحساسية للرطوبة JEDEC المستوى 3.

1.2 التطبيقات المستهدفة

• مؤشرات الحالة في أجهزة الاتصالات والشبكات.
• إضاءة الإشارات والرموز في أتمتة المكاتب والأجهزة المنزلية.
• الإضاءة الخلفية للوحة الأمامية لمعدات التحكم الصناعي.
• إضاءة مؤشرات للأغراض العامة في الإلكترونيات الاستهلاكية.

2. المعلمات التقنية: تحليل موضوعي متعمق

يقدم القسم التالي تفصيلاً موضوعياً دقيقاً للخصائص الكهربائية والبصرية والحرارية للجهاز كما ورد في المادة المصدر. جميع البيانات مُشار إليها بدرجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية ما لم يُذكر خلاف ذلك.

2.1 القيم القصوى المطلقة

تمثل هذه القيم حدود الإجهاد التي قد يتسبب تجاوزها في حدوث تلف دائم للجهاز. لا يُنصح بالتشغيل المستمر عند هذه الحدود.

• تبديد الطاقة (Pd):90 ملي واط للشرائح الخضراء/الزرقاء؛ 69 ملي واط للشريحة الحمراء. هذه المعلمة حاسمة لتصميم إدارة الحرارة.
• تيار الأمامي الذروي (I_F(PEAK)):100 مللي أمبير لجميع الشرائح، في ظل ظروف النبض (دورة عمل 1/10، عرض النبضة 0.1 مللي ثانية).
• تيار الأمامي المستمر (I_F):30 مللي أمبير تيار مستمر لجميع الشرائح.
• نطاق درجة حرارة التشغيل:-40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية.
• نطاق درجة حرارة التخزين:-40 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

تم القياس عند تيار اختبار قياسي قدره I_F= 5 مللي أمبير لكل شريحة. هذه هي معلمات الأداء النموذجية في ظل ظروف التشغيل العادية.

• شدة الإضاءة (I_v):
  • الأخضر: 600 - 1200 ملي كانديلا (mcd)
  • الأحمر: 200 - 400 ملي كانديلا
  • الأزرق: 100 - 200 ملي كانديلا
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):عادة 120 درجة. هذه الزاوية الواسعة هي نتيجة للعدسة المنتشرة، مما يوفر توزيعًا أكثر انتظامًا للضوء مقارنة بمصابيح LED ذات العدسات الصافية.
• الطول الموجي السائد (λ_d):
  • الأخضر: 523 - 535 نانومتر
  • الأحمر: 617 - 630 نانومتر
  • الأزرق: 465 - 477 نانومتر
• جهد الأمامي (V_F):
  • الأخضر: 2.0 - 3.0 فولت
  • الأحمر: 1.4 - 2.3 فولت
  • الأزرق: 2.0 - 3.0 فولت
• تيار العكسي (I_R):أقصى 10 ميكرو أمبير عند V_R= 5 فولت. لم يتم تصميم الجهاز للعمل بتحيز عكسي؛ هذه المعلمة لأغراض الاختبار فقط.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

لضمان اتساق اللون والسطوع في الإنتاج، يتم فرز الأجهزة إلى مجموعات (Bins). ناتج الضوء الأبيض هو دالة للشرائح RGB مجتمعة، ويتم القياس مع تشغيل الشرائح الثلاثة جميعها عند 5 مللي أمبير.

3.1 تصنيف شدة الإضاءة (I_v)

يتم تصنيف الأجهزة بناءً على إجمالي ناتج شدة الإضاءة. مجموعة T1: 900 - 1300 ملي كانديلا (حوالي 2.7 - 3.9 لومن) مجموعة T2: 1300 - 1800 ملي كانديلا (حوالي 3.9 - 5.4 لومن) التسامح لكل مجموعة هو ±11%.

3.2 تصنيف اللونية (CIE)

يتم تصنيف الأجهزة وفقًا لإحداثيات ألوانها على مخطط اللونية CIE 1931، الذي يحدد اللون المدرك للضوء الأبيض. تمثل رموز المجموعات (مثل H4، J5، K6، L4) مناطق رباعية محددة على مستوى الإحداثيات x,y. لكل مجموعة أربع نقاط زاوية محددة (النقطة 1-4) لإحداثيات x و y. التسامح للتنسيب داخل مجموعة لونية محددة هو ±0.01 في كل من إحداثيات x و y. يسمح هذا التصنيف الدقيق للمصممين باختيار مصابيح LED ذات اتساق لوني شديد الضيق لتطبيقاتهم.

4. المعلومات الميكانيكية والتعبئة

4.1 أبعاد العبوة وتعيين الأطراف (Pin Assignment)

يتوافق الجهاز مع بصمة SMD قياسية. تشمل الأبعاد الحرجة حجم الجسم وتباعد المساند. جميع تسامحات الأبعاد هي ±0.2 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. تعيين الأطراف لتفعيل الألوان الفردية هو كما يلي: الأنود (الموجب المشترك) متصل بالطرف 1. كاثود اللون الأخضر هو الطرف 2، وكاثود اللون الأحمر هو الطرفين 3 و 4 (متصلان داخليًا)، وكاثود اللون الأزرق هو الطرف 6. قد تكون الأطراف 5 وغيرها غير متصلة (NC) أو مراسي ميكانيكية.

4.2 نمط اللحام الموصى به على لوحة الدوائر المطبوعة (PCB Land Pattern)

يتم توفير رسم منظر علوي لنمط مساند اللحام المقترح لضمان اللحام السليم والاستقرار الميكانيكي. الالتزام بهذا النمط يساعد في منع ظاهرة "اللوح القبري" (Tombstoning) (ارتفاع أحد الطرفين أثناء إعادة التدفق) ويضمن تشكيل حشوات لحام جيدة.

4.3 التعبئة على شريط وبكرة (Tape and Reel)

يتم توريد المكونات على شريط حامل بارز مع شريط غطاء واقٍ. تشمل مواصفات التعبئة الرئيسية:

• عرض الشريط الحامل: 12 مم.
• قطر البكرة: 7 بوصات (178 مم).
• الكمية لكل بكرة كاملة: 2000 قطعة.
• الحد الأدنى لكمية الطلب للبكرات الجزئية: 500 قطعة.
• الحد الأقصى للمكونات المفقودة المتتالية (الجيوب): 2.
• تتوافق التعبئة مع معايير EIA-481-1-B.

5. إرشادات اللحام والتركيب

5.1 ملف لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (عملية خالية من الرصاص)

يتبع الملف الموصى به معيار J-STD-020B للحام الخالي من الرصاص.

• التسخين المسبق:150 درجة مئوية إلى 200 درجة مئوية.
• زمن التسخين المسبق:أقصى 120 ثانية.
• درجة حرارة الجسم الذروية:أقصى 260 درجة مئوية.
• الزمن فوق درجة السيولة (Liquidus):يوصى بأقصى 10 ثوانٍ.
• عدد دورات إعادة التدفق:أقصى مرتين.

يتم عادةً توفير ملف بياني لدرجة الحرارة مقابل الزمن لتصور مراحل التسخين التدريجي والنقع وإعادة التدفق والتبريد.

5.2 اللحام اليدوي

إذا كان اللحام اليدوي ضروريًا:

• درجة حرارة المكواة:أقصى 300 درجة مئوية.
• زمن التلامس:أقصى 3 ثوانٍ لكل وصلة.
• هام:يجب إجراء اللحام اليدوي مرة واحدة فقط لتجنب الإجهاد الحراري.

5.3 التنظيف

يجب إجراء التنظيف بعد اللحام بعناية. يجب استخدام المذيبات المحددة فقط. العوامل الموصى بها هي كحول الإيثيل أو كحول الأيزوبروبيل في درجة حرارة الغرفة. يجب غمر LED لأقل من دقيقة واحدة. قد تتسبب المواد الكيميائية غير المحددة في تلف عدسة الإيبوكسي أو العبوة.

6. احتياطات التخزين والتعامل

6.1 ظروف التخزين

كيس حاجز الرطوبة المغلق (MBP):قم بالتخزين عند ≤30 درجة مئوية و ≤70% رطوبة نسبية (RH). العمر الافتراضي داخل الكيس المغلق مع مجفف هو سنة واحدة.بعد فتح الكيس:يبدأ "عمر الأرضية" (Floor Life). قم بالتخزين عند ≤30 درجة مئوية و ≤60% رطوبة نسبية. يوصى بشدة بإكمال عملية إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء خلال 168 ساعة (7 أيام) من التعرض. للتخزين لفترة تتجاوز هذه الفترة، يجب وضع المكونات في وعاء مغلق مع مجفف جديد أو في مجفف نيتروجين. تتطلب المكونات المعرضة لأكثر من 168 ساعة إجراء خبز (حوالي 60 درجة مئوية لمدة 48 ساعة على الأقل) قبل اللحام لإزالة الرطوبة الممتصة ومنع ظاهرة "الفرقعة" (Popcorning) (تشقق العبوة بسبب ضغط البخار أثناء إعادة التدفق).

6.2 ملاحظات وتقييدات التطبيق

هذا LED مخصص للاستخدام في المعدات الإلكترونية التجارية والصناعية القياسية. لم يتم تصميمه أو تأهيله للتطبيقات التي قد يؤدي فيها الفشل إلى خطر مباشر على الحياة أو الصحة أو السلامة - مثل الطيران، أو دعم الحياة الطبي، أو أنظمة التحكم الحرجة في النقل. لمثل هذه التطبيقات عالية الموثوقية، فإن التشاور مع الشركة المصنعة للمكونات للحصول على بيانات التأهيل المحددة إلزامي.

7. اعتبارات التصميم ومقترحات التطبيق

7.1 تحديد التيار (Current Limiting)

بسبب اختلاف جهود الأمامي (V_F) للشرائح الحمراء والخضراء والزرقاء، فإن تشغيلها من مصدر جهد مشترك يتطلب مقاومات منفصلة لتحديد التيار لكل قناة لونية. يتم حساب قيمة المقاوم باستخدام قانون أوم: R = (V_supply- V_F) / I_F. باستخدام V_Fالنموذجي وتيار التشغيل المطلوب (مثل 5 مللي أمبير للتوافق مع المواصفات، حتى 30 مللي أمبير كحد أقصى) سينتج المقاومة المناسبة وتصنيف الطاقة.

7.2 إدارة الحرارة (Thermal Management)

على الرغم من أن تبديد الطاقة منخفض نسبيًا، إلا أن تصميم PCB السليم ضروري لطول العمر. تأكد من استخدام مساند اللحام الموصى بها لتوفير توصيل حراري كافٍ بعيدًا عن وصلة LED. بالنسبة للتطبيقات التي تشغل LED عند أو بالقرب من أقصى تيار مستمر له (30 مللي أمبير)، فإن الاهتمام بدرجة الحرارة المحيطة وتخطيط اللوحة مهم للبقاء ضمن نطاق درجة حرارة التشغيل المحدد.

7.3 التكامل البصري (Optical Integration)

توفر العدسة البيضاء المنتشرة زاوية رؤية واسعة وموحدة (120 درجة)، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات التي قد يتم فيها مشاهدة LED من زوايا خارج المحور. تقلل الطبيعة المنتشرة من البقع الساخنة (Hotspots) والوهج. بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب حزمة ضوئية أكثر توجيهًا، ستكون البصريات الثانوية الخارجية (العدسات، أنابيب الضوء) ضرورية.

8. تحليل منحنيات الأداء النموذجية

تتضمن ورقة البيانات تمثيلات بيانية للعلاقات الرئيسية، وهي حيوية لفهم سلوك الجهاز في ظل ظروف غير قياسية.

• شدة الإضاءة النسبية مقابل تيار الأمامي:يظهر هذا المنحنى كيف يزداد ناتج الضوء مع زيادة تيار التشغيل، عادةً بطريقة شبه خطية، مما يسلط الضوء على تغيرات الكفاءة.
• جهد الأمامي مقابل تيار الأمامي:يوضح الخاصية الأسية للتيار-الجهد (I-V) للدايود.
• شدة الإضاءة النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطة:يظهر تخفيض تصنيف ناتج الضوء مع زيادة درجة حرارة الوصلة. هذا أمر بالغ الأهمية لتصميمات البيئات عالية الحرارة.
• التوزيع الطيفي:على الرغم من عدم تفصيله دائمًا لمصابيح LED البيضاء، فإن فهم الأطوال الموجية الذروية وعرض النطاق النصفي الطيفي (Δλ: ~30 نانومتر للأخضر، ~20 نانومتر للأحمر، ~25 نانومتر للأزرق) للشرائح الفردية يُعلم بتقديم اللون واختيار المرشح.

تسمح هذه المنحنيات للمصممين باستقراء الأداء لنقاط تشغيل غير حالة الاختبار القياسية البالغة 5 مللي أمبير عند 25 درجة مئوية.

9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

س: هل يمكنني تشغيل الألوان الثلاثة في وقت واحد للحصول على ضوء أبيض أكثر سطوعًا؟ج: نعم، ولكن يجب عليك التأكد من أن إجمالي تبديد الطاقة لا يتجاوز أدنى تصنيف أقصى بين الشرائح النشطة (69 ملي واط للشريحة الحمراء، في هذه الحالة) وأن درجة حرارة الوصلة تبقى ضمن الحدود. يجب التحكم في تيار كل قناة بشكل مستقل.

س: لماذا يختلف جهد الأمامي لكل لون؟ج: جهد الأمامي هو خاصية أساسية لفجوة النطاق (Bandgap) لمادة أشباه الموصلات. تحتوي مصابيح LED الحمراء من نوع AlInGaP على فجوة نطاق أقل من مصابيح LED الخضراء والزرقاء من نوع InGaN، مما يؤدي إلى V_F.

س: ماذا يعني "المعالجة المسبقة لمستوى JEDEC 3"؟ج: يعني ذلك أن المكونات تم تصنيفها على أنها مستوى الحساسية للرطوبة 3 (MSL 3). يشير هذا إلى أن الحد الأقصى المسموح به لعمر الأرضية بعد فتح كيس حاجز الرطوبة هو 168 ساعة عند ≤30 درجة مئوية / 60% رطوبة نسبية قبل أن تتطلب الخبز لإعادة التدفق.

س: كيف أختار المجموعة (Bin) الصحيحة لتطبيقي؟ج: بالنسبة للتطبيقات التي يكون فيها اتساق اللون أمرًا بالغ الأهمية (مثل أشرطة حالة LED متعددة أو إضاءة خلفية)، حدد رمز مجموعة CRI واحدًا وضيقًا (مثل J5) ومجموعة شدة إضاءة واحدة (مثل T1). بالنسبة للتطبيقات الأقل أهمية، قد يكون اختيار مجموعة أوسع مقبولاً وربما أكثر فعالية من حيث التكلفة.

10. مبدأ التشغيل والسياق التكنولوجي

يعمل هذا LED على مبدأ الإضاءة الكهربائية (Electroluminescence) في المواد شبه الموصلة. عند تطبيق جهد أمامي عبر وصلة p-n لكل شريحة، تتحد الإلكترونات والثقوب، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات. يتم تحديد الطول الموجي (اللون) للضوء بواسطة طاقة فجوة النطاق للمادة شبه الموصلة المحددة: AlInGaP للأحمر، و InGaN للأخضر والأزرق. لا يتم إنتاج الضوء "الأبيض" بواسطة فوسفور أبيض واحد (كما في LED أبيض محول بالفوسفور) ولكنه خليط لوني جمعي للأضواء الملونة الأولية الثلاثة (الأحمر، الأخضر، الأزرق) أثناء مرورها عبر المادة المغلقة البيضاء المنتشرة. تسمح طريقة RGB هذه بالتحكم المحتمل في اللون عن طريق تغيير التيار لكل شريحة، على الرغم من أن ورقة البيانات هذه تحدد التشغيل لنقطة بيضاء ثابتة.

يمثل شكل عبوة SMD المعيار الصناعي للتجميع الآلي بكميات كبيرة. يؤدي استخدام عدسة إيبوكسي منتشرة إلى دمج جزيئات التشتيت لتوسيع زاوية الرؤية وتليين ناتج الضوء، مما يجعلها مثالية لأغراض المؤشرات حيث يكون المشاهدة المباشرة شائعة. يوفر دمج ثلاث شرائح في عبوة واحدة مساحة على لوحة الدوائر المطبوعة مقارنة باستخدام ثلاثة مصابيح LED منفصلة أحادية اللون.