ورقة بيانات ثنائي باعث للضوء SMD طراز LTST-B680VSKT - أصفر AlInGaP - 20 مللي أمبير - 120 مللي واط - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد LTST-B680VSKT ثنائي باعث للضوء (LED) من نوع أجهزة التثبيت السطحي (SMD) مُصممًا للتجميع الآلي للوحات الدوائر المطبوعة (PCB). ينتمي إلى عائلة مصابيح LED المصغرة المناسبة للتطبيقات ذات المساحات المحدودة. يستخدم الجهاز مادة شبه موصلة من فوسفيد الألومنيوم إنديوم غاليوم (AlInGaP) لإنتاج ضوء أصفر، مُغلفة في علبة عدسة شفافة تمامًا. تتمثل أهداف التصميم الأساسية له في التوافق مع عمليات التصنيع ذات الأحجام الكبيرة والموثوقية في البيئات الإلكترونية المختلفة.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

تشمل المزايا الرئيسية لهذا LED امتثاله لتوجيهات RoHS (تقييد المواد الخطرة)، مما يجعله صديقًا للبيئة في الإلكترونيات الحديثة. يتم تعبئته على شريط بعرض 8 مم ملفوف على بكرات قطرها 7 بوصات، وهو تنسيق قياسي (EIA) متوافق مع معدات الاختيار والوضع الآلية. تعمل هذه الميزة على تبسيط خطوط التجميع بشكل كبير. كما تم تصميم المكون ليكون متوافقًا مع عمليات لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR)، وهي الطريقة السائدة لتثبيت مكونات SMD. تتمثل الأسواق المستهدفة الرئيسية في معدات الاتصالات، وأجهزة أتمتة المكاتب، والأجهزة المنزلية، وأنظمة التحكم الصناعي، وتطبيقات اللافتات أو العروض الداخلية التي تتطلب إضاءة مؤشر موثوقة ومضغوطة.

2. المعلمات التقنية: تفسير موضوعي متعمق

يقدم هذا القسم تحليلاً مفصلاً لحدود التشغيل وخصائص أداء LED في ظل الظروف القياسية.

2.1 التقييمات القصوى المطلقة

تحدد التقييمات القصوى المطلقة حدود الإجهاد التي قد يتسبب تجاوزها في حدوث تلف دائم للجهاز. يتم تحديد هذه التقييمات عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية. الحد الأقصى لتيار التوصيل الأمامي المستمر (IF) هو 50 مللي أمبير. بالنسبة للتشغيل النبضي، يُسمح بتيار أمامي ذروة يبلغ 80 مللي أمبير تحت دورة عمل صارمة 1/10 وعرض نبضة 0.1 مللي ثانية. أقصى جهد عكسي (VR) يمكن تطبيقه هو 5 فولت. يمكن للجهاز تبديد ما يصل إلى 120 مللي واط من الطاقة. يتراوح نطاق درجة حرارة التشغيل والتخزين من -40 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية، مما يشير إلى متانة الاستخدام في البيئات القاسية.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

يتم قياس هذه المعلمات في ظل ظروف التشغيل النموذجية (Ta=25°C، IF=20mA) وتمثل الأداء المتوقع. تتراوح شدة الإضاءة (Iv) بشكل نموذجي من 900 مللي كانديلا (mcd) إلى 1800 مللي كانديلا، مما يشير إلى إخراج ساطع مناسب لأغراض المؤشر. زاوية الرؤية (2θ1/2) هي 120 درجة، مما يوفر نمط حزمة واسع جدًا. طول موجة الانبعاث الذروة (λp) هو نموذجيًا 591 نانومتر، يقع ضمن المنطقة الصفراء من الطيف المرئي. الطول الموجي السائد (λd)، الذي يحدد اللون المُدرك، محدد بين 584.0 نانومتر و 594.0 نانومتر. يتراوح الجهد الأمامي (VF) عند 20 مللي أمبير من حد أدنى 1.8 فولت إلى حد أقصى 2.4 فولت، مع وجود قيمة نموذجية ضمن هذا النطاق. التيار العكسي (IR) منخفض جدًا، بحد أقصى 10 ميكرو أمبير عند انحياز عكسي 5 فولت.

3. شرح نظام التصنيف إلى مجموعات (Binning)

لضمان الاتساق في الإنتاج الضخم، يتم فرز مصابيح LED إلى مجموعات أداء. وهذا يسمح للمصممين باختيار المكونات التي تلبي متطلبات عتبة محددة لتطبيقهم.

3.1 رتبة الجهد الأمامي (Vf)

يتم تصنيف مصابيح LED بناءً على انخفاض الجهد الأمامي عند 20 مللي أمبير. المجموعات هي: D2 (1.80V - 2.00V)، D3 (2.00V - 2.20V)، و D4 (2.20V - 2.40V). يتم تطبيق تسامح ±0.1V على كل مجموعة. يساعد اختيار مصابيح LED من نفس مجموعة Vf في الحفاظ على تجانس التيار عند تشغيل عدة مصابيح LED على التوازي من مصدر جهد مشترك.

3.2 رتبة شدة الإضاءة (Iv)

يتم تصنيف الناتج الضوئي إلى ثلاث مجموعات: V2 (900 - 1120 mcd)، W1 (1120 - 1400 mcd)، و W2 (1400 - 1800 mcd). ينطبق تسامح ±11% على كل مجموعة شدة. هذا التصنيف حاسم للتطبيقات التي تتطلب مستويات سطوع متسقة عبر مؤشرات متعددة.

3.3 رتبة الطول الموجي السائد (Wd)

يتم فرز اللون (الطول الموجي السائد) إلى أربع مجموعات: H (584.0 - 586.5 nm)، J (586.5 - 589.0 nm)، K (589.0 - 591.5 nm)، و L (591.5 - 594.0 nm). كل مجموعة لها تسامح ±1 نانومتر. وهذا يضمن اتساق اللون، وهو أمر حيوي للعروض متعددة LED أو مؤشرات الحالة حيث يكون مطابقة الألوان مهمة.

4. تحليل منحنيات الأداء

بينما يتم الإشارة إلى منحنيات رسومية محددة في ورقة البيانات، يتم وصف آثارها هنا. ستشمل المنحنيات النموذجية العلاقة بين التيار الأمامي (IF) والجهد الأمامي (VF)، مُظهرة خاصية I-V الأسية للثنائي. منحنى رئيسي آخر يرسم شدة الإضاءة النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطة، ويظهر عادةً انخفاضًا في الناتج مع زيادة درجة الحرارة. سيوضح منحنى التوزيع الطيفي عرض النطاق الضيق للانبعاث الضوئي المتمركز حول 591 نانومتر، وهي سمة مميزة لتقنية AlInGaP وتؤدي إلى لون أصفر مشبع.

5. المعلومات الميكانيكية وعلبة التغليف

يأتي LED في علبة SMD قياسية. لون العدسة شفاف تمامًا، ولون مصدر الضوء أصفر من شريحة AlInGaP. يتم توفير جميع أبعاد العلبة بالمليمترات مع تسامح قياسي ±0.2 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. تتضمن ورقة البيانات رسومات أبعاد مفصلة لـ LED نفسه، وتخطيط وسادة التثبيت الموصى بها على PCB للحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء أو بالطور البخاري، والتغليف (أبعاد الشريط والبكرة).

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 ملف تعريف إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء الموصى به

لعمليات اللحام الخالية من الرصاص، يُوصى بملف تعريف إعادة تدفق متوافق مع J-STD-020B. تشمل المعلمات الرئيسية درجة حرارة تسخين أولية بين 150 درجة مئوية و 200 درجة مئوية، ووقت تسخين أولي يصل إلى 120 ثانية كحد أقصى، ودرجة حرارة ذروة لجسم العلبة لا تتجاوز 260 درجة مئوية لمدة أقصاها 10 ثوانٍ. من المهم ملاحظة أن ملف التعريف الأمثل يعتمد على تصميم PCB المحدد، ومعجون اللحام، والفرن المستخدم.

6.2 ظروف التخزين

يجب تخزين الأكياس المانعة للرطوبة غير المفتوحة والتي تحتوي على مجفف عند درجة حرارة ≤30 درجة مئوية ورطوبة نسبية ≤70% (RH)، مع عمر تخزين موصى به لمدة عام واحد. بمجرد فتح التغليف الأصلي، يجب تخزين مصابيح LED عند درجة حرارة ≤30 درجة مئوية ورطوبة نسبية ≤60%. يُوصى بشدة بإكمال عملية إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء خلال 168 ساعة (7 أيام) بعد الفتح. للتخزين بعد هذه الفترة، من الضروري الخبز عند حوالي 60 درجة مئوية لمدة 48 ساعة على الأقل قبل اللحام لإزالة الرطوبة الممتصة ومنع تلف \"انفجار الفشار\" أثناء إعادة التدفق.

6.3 التنظيف

إذا كان التنظيف مطلوبًا بعد اللحام، فيجب استخدام المذيبات القائمة على الكحول المحددة فقط مثل كحول الإيثيل أو كحول الأيزوبروبيل. يجب غمر LED في درجة حرارة عادية لأقل من دقيقة واحدة. يجب تجنب المنظفات الكيميائية غير المحددة لأنها قد تتلف مادة العلبة.

7. معلومات التغليف والطلب

التغليف القياسي هو شريط بعرض 8 مم على بكرات قطرها 7 بوصات (178 مم). تحتوي البكرة القياسية مقاس 13 بوصة على 8000 قطعة. الحد الأدنى لكمية الطلب للبقايا هو 500 قطعة. يتبع التغليف مواصفات ANSI/EIA 481، مع السماح بحد أقصى مكونين مفقودين متتاليين (جيوب فارغة) في الشريط.

8. اقتراحات التطبيق

8.1 دوائر التطبيق النموذجية

مصابيح LED هي أجهزة تعمل بالتيار. للتشغيل الموثوق والسطوع المنتظم عند تشغيل عدة مصابيح LED على التوازي، من الضروري استخدام مقاومة محددة للتيار على التوالي مع كل LED. وهذا يعوض عن الاختلافات الطفيفة في الجهد الأمامي (Vf) لكل جهاز، مما يمنع احتكار التيار حيث يسحب أحد مصابيح LED تيارًا أكثر ويظهر أكثر سطوعًا بينما تكون الأخرى خافتة. دائرة المقاومة التسلسلية البسيطة هي طريقة التشغيل الموصى بها والأكثر موثوقية.

8.2 اعتبارات التصميم

يجب على المصممين مراعاة إدارة الحرارة. بينما يمكن للجهاز العمل حتى 100 درجة مئوية، فإن الناتج الضوئي يقل مع زيادة درجة حرارة التقاطع. قد تكون هناك حاجة إلى مساحة نحاسية كافية في PCB أو فتحات حرارية للتطبيقات ذات التيار العالي أو درجة الحرارة المحيطة العالية. تجعل زاوية الرؤية الواسعة 120 درجة هذا LED مناسبًا للتطبيقات التي تحتاج فيها المؤشر إلى أن يكون مرئيًا من نطاق واسع من المواضع، ولكن ليس لتطبيقات الحزمة المركزة.

9. المقارنة التقنية والتمييز

مقارنةً بالتكنولوجيات الأقدم مثل فوسفيد الغاليوم (GaP)، تقدم مصابيح LED من نوع AlInGaP كفاءة أعلى وإخراجًا أكثر سطوعًا للألوان في النطاق من الأحمر إلى الأصفر. توفر العدسة الشفافة تمامًا، على عكس العدسة المنتشرة أو الملوّنة، أعلى إخراج ضوئي ممكن من الشريحة، مما يزيد من شدة الإضاءة إلى أقصى حد. يجمع هذا الجهاز بين علبة EIA القياسية، وتغليف الشريط والبكرة، والتوافق مع إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء، مما يجعله مناسبًا للغاية للتصنيع الإلكتروني الآلي الحديث، ويوفر مزايا في التكلفة وسرعة التجميع مقارنة بمصابيح LED ذات الثقب المار.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

س: هل يمكنني تشغيل هذا LED مباشرة من مصدر منطقي 3.3 فولت أو 5 فولت؟

ج: لا. يجب عليك دائمًا استخدام مقاومة محددة للتيار على التوالي. يمكن حساب قيمة المقاومة المطلوبة باستخدام قانون أوم: R = (V_supply - Vf_LED) / I_desired. على سبيل المثال، مع مصدر 5 فولت، و Vf بقيمة 2.2 فولت، وتيار مطلوب 20 مللي أمبير، R = (5 - 2.2) / 0.02 = 140 أوم.

س: لماذا يوجد نظام تصنيف إلى مجموعات لـ Vf و Iv و Wd؟

ج: تصنيع أشباه الموصلات به اختلافات طبيعية. يقوم نظام التصنيف إلى مجموعات بفرز الأجزاء إلى مجموعات أداء، مما يسمح للمصممين باختيار مستوى الاتساق المطلوب لتطبيقهم، مما يضمن سلوكًا يمكن التنبؤ به في المنتج النهائي.

س: ماذا يحدث إذا تجاوزت التقييمات القصوى المطلقة؟

ج: يمكن أن يتسبب تجاوز هذه الحدود، حتى للحظة، في حدوث تلف فوري أو كامن، مما يقلل من العمر الافتراضي أو يتسبب في فشل كارثي. قم دائمًا بالتصميم بهامش أمان.

11. مثال عملي على حالة الاستخدام

فكر في تصميم لوحة تحكم لجهاز صناعي يحتوي على مؤشرات حالة صفراء متعددة. يختار المصمم مصابيح LED من مجموعة شدة W1 (1120-1400 mcd) ومجموعة الطول الموجي K (589.0-591.5 nm) لضمان سطوع ولون موحدين. يتم وضع مصابيح LED على PCB بتخطيط الوسادة الموصى به. يقوم دبوس GPIO لوحدة التحكم الدقيقة، المُهيأ كمخرج تصريف مفتوح، بتشغيل كل LED من خلال مقاومة تسلسلية 150 أوم متصلة بسكة 3.3 فولت. يوفر هذا الإعداد تيارًا يبلغ حوالي 18 مللي أمبير ((3.3V - 2.2V)/150Ω ≈ 7.3mA، تحتاج إلى إعادة حساب Vf الفعلي)، مما يضمن تشغيلًا موثوقًا ضمن المواصفات. يتم تجميع اللوحة باستخدام عملية إعادة تدفق بالأشعة تحت الحمراء بملف تعريف يلتزم بإرشادات ورقة البيانات.

12. مقدمة عن مبدأ التشغيل

LED هو ثنائي تقاطع p-n شبه موصل. عند تطبيق جهد أمامي يتجاوز عتبة الثنائي، تتحد الإلكترونات من المنطقة من النوع n مع الفجوات من المنطقة من النوع p داخل الطبقة النشطة (في هذه الحالة، مصنوعة من AlInGaP). تطلق عملية إعادة التركيب هذه الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يتم تحديد الطول الموجي المحدد (اللون) للضوء المنبعث بواسطة طاقة فجوة النطاق للمادة شبه الموصلة. تمتلك AlInGaP فجوة نطاق تتوافق مع الضوء في المناطق الطيفية الحمراء والبرتقالية والعنبرية والصفراء.

13. اتجاهات التكنولوجيا

الاتجاه العام في تكنولوجيا LED من نوع SMD هو نحو كفاءة إضاءة أعلى (مزيد من الناتج الضوئي لكل واط من المدخلات الكهربائية)، وتحسين تجسيد الألوان وتشبعها، وزيادة كثافة الطاقة في علب أصغر. هناك أيضًا دفع مستمر لتحقيق موثوقية أعلى وعمر تشغيلي أطول. علاوة على ذلك، أصبح التكامل مع الإلكترونيات التحكمية، مثل منظمات التيار المدمجة أو مشغلات تعديل عرض النبضة (PWM)، أكثر شيوعًا في علب LED المتقدمة، على الرغم من أن الجهاز الموصوف هنا هو مكون منفصل أساسي.