ورقة بيانات ثنائي باعث للضوء SMD طراز LTST-108KSKT - مقاس 3.2x2.8x1.9 مم - جهد 1.8-2.4 فولت - لون أصفر - قدرة 72 ميغاواط - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

توفر هذه الوثيقة المواصفات التقنية الكاملة لثنائي باعث للضوء (LED) من نوع جهاز التثبيت السطحي (SMD). تم تصميم هذا المكون لعمليات تجميع لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) الآلية، مما يجعله مناسبًا للتصنيع بكميات كبيرة. شكله المصغر مثالي للتطبيقات التي يكون فيها المساحة قيدًا حرجًا. تم بناء الـ LED باستخدام تقنية أشباه الموصلات من فوسفيد الألومنيوم إنديوم جاليوم (AlInGaP)، والمعروفة بإنتاج ضوء عالي الكفاءة في طيف اللون الكهرماني إلى الأحمر. النوع المحدد المغطى هنا يبعث ضوءًا أصفر.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

تشمل المزايا الأساسية لهذا الـ LED حجمه الصغير، وتوافقه مع معدات الاختيار والوضع الآلية القياسية، وملاءمته لعمليات لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR)، وهي معيارية في التصنيع الإلكتروني الحديث. وهو متوافق مع لوائح RoHS البيئية. يتم تغليف الجهاز على شريط بعرض 8 مم ملفوف على بكرات قطرها 7 بوصات، مما يسهل التعامل الفعال في خطوط الإنتاج.

تطبيقاته المستهدفة واسعة النطاق، وتشمل مؤشرات الحالة، والإضاءة الخلفية للألواح الأمامية، وإضاءة الإشارات أو الرموز في مختلف المعدات الإلكترونية. تشمل أسواق الاستخدام النهائي النموذجية أجهزة الاتصالات (مثل الهواتف اللاسلكية والمحمولة)، ومعدات أتمتة المكاتب (مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة)، وأنظمة الشبكات، والأجهزة المنزلية، ولافتات الداخلية.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

يعد الفهم الشامل للخصائص الكهربائية والبصرية أمرًا ضروريًا لتصميم الدوائر بشكل صحيح وضمان الموثوقية على المدى الطويل.

2.1 القيم القصوى المطلقة

تحدد هذه القيم الحدود التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. يتم تحديدها عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية.

• تبديد الطاقة (Pd):72 ميغاواط. هذه هي أقصى قدرة يمكن لحزمة الـ LED تبديدها كحرارة دون تجاوز حدودها الحرارية.
• تيار التشغيل الأمامي المستمر (IF):30 مللي أمبير تيار مستمر. أقصى تيار ثابت يمكن تطبيقه.
• تيار التشغيل الأمامي الذروي:80 مللي أمبير. هذا مسموح به فقط في ظل ظروف النبض بدورة عمل 1/10 وعرض نبضة 0.1 مللي ثانية. تجاوز تصنيف التيار المستمر، حتى لفترة وجيزة، يمكن أن يسبب ارتفاع درجة الحرارة.
• نطاق درجة حرارة التشغيل:من -40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية. نطاق درجة الحرارة المحيطة الذي يضمن فيه عمل الجهاز.
• نطاق درجة حرارة التخزين:من -40 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية. نطاق درجة الحرارة للتخزين عندما لا يكون الجهاز قيد التشغيل.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

هذه هي معايير الأداء النموذجية المقاسة عند Ta=25 درجة مئوية وتيار تشغيل أمامي (IF) قدره 20 مللي أمبير، ما لم يُذكر خلاف ذلك.

• شدة الإضاءة (Iv):تتراوح من 180 ميكروكانديلا (الحد الأدنى) إلى 450 ميكروكانديلا (الحد الأقصى)، بقيمة نموذجية ضمن هذا النطاق. يتم قياس الشدة باستخدام مستشعر مُرشح لمطابقة استجابة العين البشرية للضوء (منحنى CIE).
• زاوية الرؤية (2θ1/2):110 درجة (نموذجي). هذه هي الزاوية الكاملة التي تنخفض عندها شدة الإضاءة إلى نصف قيمتها المقاسة على المحور المركزي. تشير زاوية 110 درجة إلى نمط رؤية واسع.
• الطول الموجي لذروة الانبعاث (λp):حوالي 591 نانومتر. هذا هو الطول الموجي الذي يكون فيه الناتج الطيفي أقوى.
• الطول الموجي السائد (λd):محدد بين 584.5 نانومتر و 594.5 نانومتر. هذا هو الطول الموجي الفردي الذي تدركه العين البشرية والذي يحدد اللون (الأصفر). التسامح هو ±1 نانومتر لكل تصنيف (Bin).
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):حوالي 15 نانومتر. هذا يشير إلى نقاء الطيف؛ تشير القيمة الأصغر إلى ضوء أكثر أحادية اللون.
• جهد التشغيل الأمامي (VF):يتراوح من 1.8 فولت (الحد الأدنى) إلى 2.4 فولت (الحد الأقصى) عند 20 مللي أمبير. تقع القيمة النموذجية ضمن هذا النطاق. يجب حساب مقاومة تحديد التيار بناءً على جهد التشغيل الأمامي الفعلي (VF) وجهد الإمداد.
• التيار العكسي (IR):بحد أقصى 10 ميكرو أمبير عند تطبيق جهد عكسي (VR) قدره 5 فولت. لم يتم تصميم هذا الجهاز للعمل بالتحيز العكسي؛ هذه المعلمة لأغراض الاختبار فقط.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

لضمان اتساق اللون والسطوع في الإنتاج، يتم فرز مصابيح LED إلى تصنيفات أداء. يمكن للمصممين تحديد التصنيفات لمطابقة متطلبات التطبيق.

3.1 تصنيف جهد التشغيل الأمامي (VF)

الوحدات: فولت @ 20 مللي أمبير. التسامح لكل تصنيف: ±0.10 فولت.

• التصنيف D2:1.8 فولت (الحد الأدنى) إلى 2.0 فولت (الحد الأقصى)
• التصنيف D3:2.0 فولت (الحد الأدنى) إلى 2.2 فولت (الحد الأقصى)
• التصنيف D4:2.2 فولت (الحد الأدنى) إلى 2.4 فولت (الحد الأقصى)

3.2 تصنيف شدة الإضاءة (Iv)

الوحدات: ميكروكانديلا (mcd) @ 20 مللي أمبير. التسامح لكل تصنيف: ±11%.

• التصنيف S1:180 ميكروكانديلا (الحد الأدنى) إلى 224 ميكروكانديلا (الحد الأقصى)
• التصنيف S2:224 ميكروكانديلا (الحد الأدنى) إلى 280 ميكروكانديلا (الحد الأقصى)
• التصنيف T1:280 ميكروكانديلا (الحد الأدنى) إلى 355 ميكروكانديلا (الحد الأقصى)
• التصنيف T2:355 ميكروكانديلا (الحد الأدنى) إلى 450 ميكروكانديلا (الحد الأقصى)

3.3 تصنيف الطول الموجي السائد (WD)

الوحدات: نانومتر (nm) @ 20 مللي أمبير. التسامح لكل تصنيف: ±1 نانومتر.

• التصنيف H:584.5 نانومتر (الحد الأدنى) إلى 587.0 نانومتر (الحد الأقصى)
• التصنيف J:587.0 نانومتر (الحد الأدنى) إلى 589.5 نانومتر (الحد الأقصى)
• التصنيف K:589.5 نانومتر (الحد الأدنى) إلى 592.0 نانومتر (الحد الأقصى)
• التصنيف L:592.0 نانومتر (الحد الأدنى) إلى 594.5 نانومتر (الحد الأقصى)

يتضمن رقم الجزء الكامل عادةً رموزًا لتصنيفات جهد التشغيل الأمامي (VF)، وشدة الإضاءة (Iv)، والطول الموجي السائد (WD) (مثال: LTST-108KSKT-D3T1K).

4. تحليل منحنيات الأداء

توفر البيانات الرسومية نظرة أعمق في سلوك الجهاز تحت ظروف مختلفة.

4.1 خاصية التيار مقابل الجهد (I-V)

يظهر منحنى التيار مقابل الجهد (I-V) لـ LED من نوع AlInGaP جهد تشغيل أمامي مستقر نسبيًا ولكنه يزداد قليلاً مع ارتفاع درجة حرارة الوصلة. يكون المنحنى أسيًا بالقرب من جهد التشغيل، ويصبح أكثر خطية عند التيارات الأعلى. يستخدم المصممون هذا لتحديد المقاومة الديناميكية ونمذجة تبديد الطاقة.

4.2 شدة الإضاءة مقابل تيار التشغيل الأمامي

هذه العلاقة خطية بشكل عام ضمن نطاق تيار التشغيل الموصى به (حتى 30 مللي أمبير). يؤدي زيادة التيار إلى زيادة إخراج الضوء، ولكنه يزيد أيضًا من توليد الحرارة. يؤدي التشغيل خارج القيم القصوى المطلقة إلى انخفاض الكفاءة (انخفاض إخراج الضوء لكل واط) وتدهور متسارع.

4.3 توزيع الطيف

يتمركز منحنى الناتج الطيفي حول 591 نانومتر (الذروة) بنصف عرض نموذجي يبلغ 15 نانومتر. سوف يقع الطول الموجي السائد، الذي يحدد اللون المدرك، ضمن نطاق التصنيف (مثال: 589.5-592.0 نانومتر للتصنيف K). الطيف ضيق نسبيًا، وهو سمة مميزة لمواد AlInGaP، مما يؤدي إلى لون أصفر مشبع.

4.4 الاعتماد على درجة الحرارة

تتأثر المعايير الرئيسية بدرجة الحرارة:

• جهد التشغيل الأمامي (VF):ينخفض مع زيادة درجة حرارة الوصلة. هذا له معامل درجة حرارة سالب، عادة حوالي -2 مللي فولت/درجة مئوية لـ AlInGaP.
• شدة الإضاءة (Iv):تنخفض أيضًا مع زيادة درجة الحرارة. منحنى تخفيض التصنيف مهم للتطبيقات التي تعمل في درجات حرارة محيطة عالية لضمان سطوع كافٍ.
• الطول الموجي السائد (λd):قد يتحول قليلاً مع درجة الحرارة، عادة نحو أطوال موجية أطول (انزياح نحو الأحمر).

5. معلومات الميكانيكا والتغليف

5.1 أبعاد الغلاف

يتم إيواء الـ LED في غلاف قياسي للتثبيت السطحي. الأبعاد الرئيسية (بالمليمترات) هي:

• الطول: 3.2 مم (تسامح ±0.2 مم)
• العرض: 2.8 مم (تسامح ±0.2 مم)
• الارتفاع: 1.9 مم (تسامح ±0.2 مم)

يجب الرجوع إلى الرسومات الميكانيكية التفصيلية لمسافات اللحام، وشكل العدسة، وعلامة تعريف القطب السالب/الموجب. يُشار إلى القطب السالب عادةً بعلامة خضراء على الغلاف أو بزاوية مشطوفة.

5.2 نمط اللحام الموصى به على لوحة الدوائر المطبوعة (PCB)

للحصول على لحام موثوق، يعد تصميم مساحة اللحام على لوحة الدوائر المطبوعة أمرًا بالغ الأهمية. يتضمن النمط الموصى به مساحتي لحام مستطيلتين للقطب الموجب والسالب، بمقاسات توفر كمية كافية من اللحام للقوة الميكانيكية والتوصيل الكهربائي مع منع الجسور اللحامية. تم تحسين تصميم مساحة اللحام لكل من عمليات لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء والطور البخاري.

5.3 التغليف بالشريط والبكرة

يتم توريد المكونات في شريط حامل بارز بشريط غطاء واقي. المواصفات الرئيسية:

• عرض الشريط الحامل: 8 مم
• قطر البكرة: 7 بوصات (178 مم)
• الكمية لكل بكرة: 4000 قطعة
• الحد الأدنى لكمية الطلب: 500 قطعة للبكرات المتبقية
• تباعد الجيوب: وفقًا للرسم الأبعاد
• المعايير: متوافق مع مواصفات ANSI/EIA-481.

6. إرشادات اللحام والتركيب

6.1 ملف تعريف لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (خالي من الرصاص)

الجهاز متوافق مع عمليات اللحام الخالية من الرصاص. يتضمن ملف تعريف إعادة التدفق الموصى به، المتوافق مع J-STD-020، ما يلي:

• التسخين المسبق:من المحيط إلى 150-200 درجة مئوية على مدى 120 ثانية كحد أقصى.
• النقع/التنشيط:الحفاظ على درجة حرارة بين 150-200 درجة مئوية للسماح بتنشيط المادة المساعدة على اللحام ومعادلة درجة الحرارة.
• إعادة التدفق:الارتفاع إلى درجة حرارة ذروة لا تتجاوز 260 درجة مئوية. يجب التحكم في الوقت فوق 217 درجة مئوية (درجة الانصهار لسبيكة SnAgCu).
• التبريد:مرحلة تبريد مضبوطة.

يجب تحديد ملف التعريف المحدد لتجميع لوحة الدوائر المطبوعة الفعلي، مع مراعاة سمك اللوحة، وكثافة المكونات، ومواصفات معجون اللحام.

6.2 اللحام اليدوي

إذا كان اللحام اليدوي ضروريًا، فيجب توخي الحذر الشديد:

• درجة حرارة مكواة اللحام: بحد أقصى 300 درجة مئوية.
• وقت اللحام لكل طرف: بحد أقصى 3 ثوانٍ.
• المحاولات: يُوصى بمحاولة لحام واحدة فقط لكل مساحة لحام لتجنب الإجهاد الحراري.

6.3 التنظيف

إذا كان التنظيف بعد اللحام مطلوبًا، فيجب استخدام المذيبات المحددة فقط لتجنب إتلاف العدسة البلاستيكية أو الغلاف. تشمل المنظفات المقبولة الكحول الإيثيلي أو كحول الأيزوبروبيل. يجب غمر الـ LED في درجة حرارة عادية لأقل من دقيقة واحدة. يجب تجنب المنظفات الكيميائية القاسية.

7. احتياطات التخزين والتعامل

7.1 الحساسية للرطوبة

غلاف الـ LED البلاستيكي حساس للرطوبة. كما يتم تسليمه في كيس حاجز للرطوبة (MBB) مغلق مع مجفف، وله مدة صلاحية تبلغ عامًا واحدًا عند تخزينه عند ≤30 درجة مئوية و ≤70% رطوبة نسبية. بمجرد فتح الكيس الأصلي، تتعرض المكونات للرطوبة المحيطة.

7.2 مدة الصلاحية خارج الكيس والخبز

• مدة الصلاحية خارج الكيس:بعد فتح كيس الحاجز للرطوبة (MBB)، يجب إخضاع المكونات لللحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء خلال 168 ساعة (7 أيام) في ظل ظروف ≤30 درجة مئوية و ≤60% رطوبة نسبية.
• التخزين الممتد:للتخزين لأكثر من 168 ساعة خارج كيس الحاجز للرطوبة (MBB)، يجب تخزين المكونات في حاوية مغلقة مع مجفف أو في مجفف نيتروجين.
• الخبز:إذا تم تجاوز مدة الصلاحية البالغة 168 ساعة خارج الكيس، فإن الخبز مطلوب قبل اللحام لإزالة الرطوبة الممتصة ومنع ظاهرة "الفرقعة" (تشقق الغلاف أثناء إعادة التدفق). حالة الخبز الموصى بها: 60 درجة مئوية لمدة 48 ساعة على الأقل.

8. اعتبارات تصميم التطبيق

8.1 تحديد التيار

المقاومة التسلسلية إلزامية لتحديد تيار التشغيل الأمامي إلى قيمة آمنة، عادة 20 مللي أمبير للأداء الأمثل وطول العمر. يتم حساب قيمة المقاومة (R) باستخدام قانون أوم: R = (جهد_الإمداد - جهد_التشغيل_الأمامي_للـLED) / التيار_المطلوب. استخدم دائمًا أقصى جهد تشغيل أمامي (VF) من ورقة البيانات (2.4 فولت) لتصميم أسوأ حالة لضمان عدم تجاوز التيار للحدود.

8.2 إدارة الحرارة

على الرغم من أن تبديد الطاقة منخفض (72 ميغاواط كحد أقصى)، إلا أن التصميم الحراري المناسب يطيل عمر الـ LED ويحافظ على السطوع. تأكد من أن لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) تحتوي على مساحة نحاسية كافية متصلة بمساحات لحام الـ LED لتعمل كمشتت حراري. تجنب وضع الـ LED بالقرب من مكونات أخرى تولد الحرارة. لتطبيقات درجة الحرارة المحيطة العالية، قم بتخفيض تصنيف أقصى تيار تشغيل أمامي.

8.3 التصميم البصري

زاوية الرؤية الواسعة البالغة 110 درجة تجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب رؤية واسعة. للضوء المركز أو الموجه، قد تكون هناك حاجة إلى بصريات ثانوية (عدسات، أدلة ضوئية). تسمح العدسة الشفافة برؤية اللون الأصفر الجوهري لشريحة AlInGaP مباشرة.

9. المقارنة والتمييز

مقارنة بتقنيات LED الصفراء الأخرى:

• مقارنة بـ GaAsP التقليدي:يقدم AlInGaP كفاءة إضاءة أعلى بكثير واستقرارًا حراريًا أفضل، مما يؤدي إلى إخراج ضوء أكثر سطوعًا واتساقًا.
• مقارنة بالأبيض/الأصفر المحول بالفوسفور:هذا هو أشباه موصلات انبعاث مباشر، لذا فهو يتمتع بطيف أضيق (لون أكثر تشبعًا) ولا يعاني من تدهور الفوسفور مع مرور الوقت.
• الميزة الرئيسية:يجعل الجمع بين بصمة الغلاف القياسية EIA، والتوافق مع إعادة التدفق الخالية من الرصاص، والسطوع العالي في حجم مصغر، خيارًا متعدد الاستخدامات للإلكترونيات الحديثة.

10. الأسئلة الشائعة (FAQs)

10.1 ما الفرق بين الطول الموجي القمة والطول الموجي السائد؟

الطول الموجي القمة (λp) هو الطول الموجي الفيزيائي حيث يبعث الـ LED أكبر قدر من الطاقة الضوئية. الطول الموجي السائد (λd) هو قيمة محسوبة بناءً على نظام قياس الألوان CIE الذي يمثل الطول الموجي الفردي الذي تدركه العين البشرية على أنه اللون. لمصدر أحادي اللون مثل هذا الـ LED الأصفر، يكونان قريبين ولكن ليسا متطابقين. يجب على المصممين المهتمين بمطابقة الألوان استخدام تصنيف الطول الموجي السائد.

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

لا. الـ LED هو ثنائي ذو خاصية تيار مقابل جهد غير خطية. سيؤدي توصيله مباشرة بمصدر جهد يتجاوز جهد تشغيله الأمامي إلى ارتفاع التيار بشكل لا يمكن السيطرة عليه، مما يتجاوز بسرعة الحد الأقصى للتصنيف ويدمر الجهاز. دائمًا ما تكون هناك حاجة إلى مقاومة تسلسلية أو محرك تيار ثابت.

10.3 لماذا توجد متطلبات للتخزين والخبز؟

يمكن للراتنج الإيبوكسي البلاستيكي المستخدم في غلاف الـ LED امتصاص الرطوبة من الهواء. أثناء عملية لحام إعادة التدفق عالية الحرارة، يمكن لهذه الرطوبة المحتبسة أن تتبخر بسرعة، مما يخلق ضغطًا داخليًا يمكن أن يؤدي إلى تقشير الغلاف أو تشقق الشريحة (ظاهرة "الفرقعة"). تتحكم إجراءات التخزين والخبز في محتوى الرطوبة لمنع هذا النمط من الفشل.

11. مثال تطبيقي عملي

السيناريو:تصميم مؤشر حالة لجهاز محمول يعمل بجهد 3.3 فولت.

1. اختيار التيار:اختر 20 مللي أمبير لتوازن جيد بين السطوع واستهلاك الطاقة.
2. حساب المقاومة:باستخدام أسوأ حالة لجهد التشغيل الأمامي (الحد الأقصى) = 2.4 فولت. R = (3.3 فولت - 2.4 فولت) / 0.020 أمبير = 45 أوم. أقرب قيمة قياسية هي 47 أوم. إعادة حساب التيار الفعلي: I = (3.3 فولت - 2.2 فولت_النموذجي) / 47 أوم = ~23.4 مللي أمبير (آمن).
3. تخطيط لوحة الدوائر المطبوعة (PCB):ضع المقاومة 47Ω بالقرب من الـ LED. استخدم نمط اللحام الموصى به. وفر مساحة نحاسية صغيرة تحت الـ LED لتبديد الحرارة.
4. التصنيع:تأكد من أن ورشة التجميع تتبع إرشادات ملف تعريف إعادة التدفق الخالي من الرصاص. احتفظ بالبكرات المفتوحة في خزانة جافة إذا لم تُستخدم خلال 168 ساعة.

12. مقدمة عن المبدأ التقني

يعتمد هذا الـ LED على مادة أشباه الموصلات من فوسفيد الألومنيوم إنديوم جاليوم (AlInGaP) المزروعة على ركيزة. عندما يتم تطبيق جهد تشغيل أمامي عبر وصلة p-n، يتم حقن الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة حيث تتحد. في أشباه الموصلات ذات الفجوة المباشرة مثل AlInGaP، يطلق هذا الاتحاد الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يتم تحديد الطول الموجي المحدد (اللون) للضوء المنبعث من خلال طاقة فجوة النطاق لمادة أشباه الموصلات، والتي يتم هندستها أثناء عملية نمو البلورة عن طريق ضبط نسب الألومنيوم، والإنديوم، والجاليوم، والفوسفور. تغلف العدسة الإيبوكسية الشفافة الشريحة، مما يوفر الحماية الميكانيكية، ويشكل إخراج الضوء، ويعزز استخراج الضوء.

13. اتجاهات الصناعة

يستمر الاتجاه في مصابيح LED من نوع SMD لتطبيقات المؤشرات نحو كفاءة أعلى (مزيد من إخراج الضوء لكل مللي أمبير)، وأحجام غلاف أصغر لزيادة مرونة التصميم، وتحسين الموثوقية في ظل الظروف القاسية (درجة حرارة أعلى، رطوبة). هناك أيضًا تركيز على تحملات تصنيف (binning) أضيق للون والسطوع لتمكين نتائج جمالية أكثر اتساقًا في المنتجات الاستهلاكية. يدفع السعي نحو التصغير نحو تطوير مصابيح LED ذات غلاف بحجم الشريحة (CSP)، على الرغم من أن الأغلفة القياسية مثل هذا تظل مهيمنة للتطبيقات الحساسة للتكلفة والعالية الحجم بسبب عمليات تصنيعها الناضجة وتوافقها مع بنية التجميع الحالية.