ورقة بيانات LED SMD طراز LTST-M140KSKT - أصفر AlInGaP - 30mA - 72mW - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

توفر هذه الوثيقة المواصفات التقنية الكاملة لـ LTST-M140KSKT، وهو صمام ثنائي باعث للضوء (LED) من نوع جهاز مُركَّب على السطح (SMD). ينتمي هذا المكون إلى عائلة من مصابيح LED المصممة للتجميع الآلي للوحات الدوائر المطبوعة (PCB)، ويتميز بأحجام مصغرة وتكوينات مناسبة للتطبيقات ذات المساحة المحدودة. يستخدم الصمام الثنائي مادة أشباه الموصلات AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم غاليوم) لإنتاج ضوء أصفر، مُغلفًا في عبوة عدسة شفافة تمامًا.

يتمحور فلسفة التصميم الأساسية حول التوافق مع التصنيع الإلكتروني الحديث عالي الحجم. تم تصميم الجهاز ليكون متوافقًا مع معدات الاختيار والوضع الآلي، ويتحمل الملف الحراري لعمليات لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR) القياسية، مما يجعله مثاليًا لخطوط الإنتاج المبسطة.

تتنوع الأسواق والتطبيقات المستهدفة، مما يعكس تنوع وموثوقية المكون. تشمل التطبيقات الرئيسية مؤشرات الحالة، والإضاءة الخلفية للألواح الأمامية، وإضاءة الإشارات أو الرموز داخل معدات الاتصالات، وأجهزة أتمتة المكاتب، والأجهزة المنزلية، ومختلف المعدات الصناعية.

2. الغوص العميق في المعلمات التقنية

2.1 القيم القصوى المطلقة

تُحدد 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 (DC) هو 30 مللي أمبير. في ظل ظروف النبض مع دورة عمل 1/10 وعرض نبضة 0.1 مللي ثانية، يمكن للجهاز التعامل مع تيار أمامي ذروة يصل إلى 80 مللي أمبير. أقصى جهد عكسي مسموح به يُطبق عبر الصمام الثنائي هو 5 فولت. يجب ألا تتجاوز تبديد الطاقة الكلي 72 ملي واط. تم تصنيف الجهاز للتشغيل ضمن نطاق درجة حرارة من -40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية ويمكن تخزينه في بيئات تتراوح من -40 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

يتم قياس الأداء الكهربائي والبصري النموذجي عند Ta=25 درجة مئوية مع تيار أمامي (IF) قدره 20 مللي أمبير، وهي حالة الاختبار القياسية. تشمل المعلمات الرئيسية:

• التدفق الضوئي (Φv):يتراوح من حد أدنى 0.42 لومن (lm) إلى حد أقصى نموذجي 1.35 لومن. يقيس هذا القوة الضوئية الكلية المُدرَكة المنبعثة.
• الشدة الضوئية (Iv):تتوافق مع التدفق الضوئي، بحد أدنى 140 ملي كانديلا (mcd) وحد أقصى نموذجي 450 ملي كانديلا. تُقاس الشدة على طول المحور المركزي.
• زاوية المشاهدة (2θ1/2):الزاوية الكاملة التي تكون عندها الشدة الضوئية نصف القيمة المحورية هي نموذجيًا 120 درجة، مما يشير إلى نمط مشاهدة واسع.
• الطول الموجي الذروي (λP):الطول الموجي الذي تكون عنده الانبعاثات الطيفية أقوى هو نموذجيًا 591 نانومتر (nm).
• الطول الموجي السائد (λd):الطول الموجي الفردي الذي يحدد اللون المُدرَك، محدد بين 584.5 نانومتر و 594.5 نانومتر، مما يضمن درجة لون أصفر متسقة.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):نموذجيًا 15 نانومتر، يصف النقاء الطيفي أو عرض النطاق الترددي للضوء المنبعث.
• الجهد الأمامي (VF):يتراوح من 1.8 فولت إلى 2.4 فولت عند 20 مللي أمبير، مع تسامح ±0.1 فولت للأجزاء المصنفة.
• التيار العكسي (IR):أقصى 10 ميكرو أمبير (μA) عند تطبيق انحياز عكسي 5 فولت.

3. شرح نظام التصنيف

لضمان الاتساق في الإنتاج الضخم، يتم فرز مصابيح LED إلى فئات بناءً على معلمات رئيسية. يسمح هذا للمصممين باختيار أجزاء تلبي متطلبات محددة لتطبيقهم.

3.1 تصنيف الجهد الأمامي (VF)

يتم تصنيف مصابيح LED إلى ثلاث فئات جهد (D2، D3، D4) عند 20 مللي أمبير. تغطي الفئة D2 من 1.8 فولت إلى 2.0 فولت، وتغطي D3 من 2.0 فولت إلى 2.2 فولت، وتغطي D4 من 2.2 فولت إلى 2.4 فولت. لكل فئة تسامح ±0.1 فولت. يمكن أن يساعد اختيار فئة جهد أضيق في تصميم دوائر تشغيل أكثر اتساقًا، خاصة عند توصيل عدة مصابيح LED على التوالي.

3.2 تصنيف التدفق الضوئي والشدة

يتم تصنيف الناتج الضوئي إلى خمس رموز رئيسية (C2، D1، D2، E1، E2). على سبيل المثال، تحدد الفئة C2 تدفقًا ضوئيًا بين 0.42 لومن و 0.54 لومن (ما يعادل 140-180 ملي كانديلا)، بينما تغطي أعلى فئة إنتاج، E2، من 1.07 لومن إلى 1.35 لومن (355-450 ملي كانديلا). التسامح لكل فئة شدة هو ±11%. هذا التصنيف حاسم للتطبيقات التي تتطلب سطوعًا موحدًا عبر مؤشرات متعددة أو مصفوفات إضاءة خلفية.

3.3 تصنيف درجة اللون (الطول الموجي السائد)

يتم تصنيف الطول الموجي السائد، الذي يحدد الظل الدقيق للأصفر، إلى أربع فئات: H (584.5-587.0 نانومتر)، J (587.0-589.5 نانومتر)، K (589.5-592.0 نانومتر)، و L (592.0-594.5 نانومتر). لكل فئة تسامح ±1 نانومتر. يسمح هذا بمطابقة لونية دقيقة في التطبيقات التي تتطلب درجات صفراء محددة، كما في إشارات المرور أو مؤشرات حالة محددة.

4. تحليل منحنيات الأداء

بينما يتم الإشارة إلى بيانات رسومية محددة في ورقة البيانات، توفر منحنيات الأداء النموذجية لمثل هذه المصابيح رؤى تصميمية أساسية. تشمل هذه عمومًا:

• منحنى التيار مقابل الجهد (I-V):يوضح العلاقة الأسية بين الجهد الأمامي والتيار. المنحنى حاسم لتحديد نقطة التشغيل وتصميم دائرة تحديد التيار.
• منحنى الشدة الضوئية مقابل التيار الأمامي (I-L):يوضح كيف يزداد الناتج الضوئي مع التيار، عادةً في علاقة شبه خطية ضمن نطاق التشغيل الموصى به. يساعد في اختيار تيار التشغيل للسطوع المطلوب.
• منحنى الشدة الضوئية مقابل درجة الحرارة المحيطة:يوضح انخفاض الناتج الضوئي مع ارتفاع درجة حرارة الوصلة. فهم هذا التخفيض في التصنيف حيوي للتطبيقات التي تعمل في بيئات مرتفعة الحرارة.
• منحنى التوزيع الطيفي:يرسم الشدة النسبية مقابل الطول الموجي، موضحًا الذروة عند ~591 نانومتر وعرض النصف 15 نانومتر، مؤكدًا الانبعاث الأصفر أحادي اللون.
• نمط زاوية المشاهدة:رسم قطبي يوضح التوزيع الزاوي للشدة الضوئية، مؤكدًا نموذجيًا زاوية مشاهدة 120 درجة بنمط انبعاث لامبرتي أو مشابه.

5. المعلومات الميكانيكية ومواصفات العبوة

5.1 أبعاد العبوة

يأتي الصمام الثنائي في عبوة SMD قياسية. يتم توفير جميع الأبعاد بالمليمترات مع تسامح عام ±0.2 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. تتضمن ورقة البيانات رسمًا ميكانيكيًا تفصيليًا يوضح المنظر العلوي، والجانبي، والبصمة، بما في ذلك الأبعاد الرئيسية مثل طول الجسم، والعرض، والارتفاع، وموضع وحجم وسائد اللحام.

5.2 تصميم الوسادة وتحديد القطبية

يتم توفير نمط أرضية PCB موصى به (وسادة التثبيت) لكل من عمليات لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء والطور البخاري. تم تحسين هذا النمط لتكوين وصلة لحام موثوقة واستقرار ميكانيكي. يتميز المكون بعلامات قطبية، يُشار إليها عادةً بواسطة علامة الكاثود على العبوة نفسها (مثل شق، أو نقطة، أو طرف مقصوص). الاتجاه الصحيح ضروري لأن مصابيح LED هي ثنائيات وتسمح فقط بتدفق التيار في اتجاه واحد.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 ملف تعريف لحام إعادة التدفق

توفر ورقة البيانات ملف تعريف إعادة تدفق بالأشعة تحت الحمراء مقترحًا متوافقًا مع J-STD-020B للعمليات الخالية من الرصاص. تشمل المعلمات الرئيسية منطقة تسخين مسبق، وصعودًا مضبوطًا إلى درجة حرارة ذروية، ومرحلة تبريد مضبوطة. الحد الأقصى لدرجة الحرارة الذروية الموصى بها هو 260 درجة مئوية، مع التحكم بعناية في الوقت فوق 217 درجة مئوية (درجة حرارة السيولة للقصدير الخالي من الرصاص النموذجي) لمنع التلف الحراري لعبوة الصمام الثنائي أو رقاقة أشباه الموصلات.

6.2 احتياطات التخزين والتعامل

مصابيح LED هي أجهزة حساسة للرطوبة. عند تخزينها في عبوتها الأصلية المضادة للرطوبة مع مجفف، يجب تخزينها عند ≤30 درجة مئوية و ≤70% رطوبة نسبية (RH) واستخدامها خلال عام واحد. بمجرد فتح الكيس المغلق، تبدأ "مدة الصلاحية على الأرض". يجب تخزين المكونات عند ≤30 درجة مئوية و ≤60% رطوبة نسبية ويوصى بإعادة تدفقها بالأشعة تحت الحمراء خلال 168 ساعة (مستوى JEDEC 3). للتخزين لفترة أطول من ذلك، يلزم التحميص عند حوالي 60 درجة مئوية لمدة 48 ساعة على الأقل قبل اللحام لإزالة الرطوبة الممتصة ومنع ظاهرة "الفرقعة" أثناء إعادة التدفق.

6.3 التنظيف

إذا كان التنظيف بعد اللحام ضروريًا، فيجب استخدام المذيبات المحددة فقط. يُوصى بغمر الصمام الثنائي في كحول الإيثيل أو كحول الأيزوبروبيل في درجة حرارة الغرفة لأقل من دقيقة واحدة. قد تتسبب المنظفات الكيميائية غير المحددة في تلف عدسة الإيبوكسي أو مادة العبوة.

7. معلومات التعبئة والطلب

التعبئة القياسية للتجميع الآلي هي شريط ناقل بارز بعرض 12 مم ملفوف على بكرة قطرها 7 بوصات (178 مم). تحتوي كل بكرة على 3000 قطعة. تتوافق مواصفات الشريط والبكرة مع معايير ANSI/EIA-481. الحد الأدنى لكمية التعبئة المتاحة للطلبات المتبقية هو 500 قطعة. يتضمن الشريط شريط غطاء لإغلاق جيوب المكونات، والحد الأقصى المسموح به للمكونات المفقودة المتتالية في بكرة هو اثنان.

8. اقتراحات التطبيق

8.1 دوائر التطبيق النموذجية

طريقة التشغيل الأكثر شيوعًا هي مصدر تيار ثابت أو مقاومة متسلسلة بسيطة. يتم حساب قيمة المقاومة (R) باستخدام الصيغة: R = (Vsupply - VF) / IF، حيث VF هو الجهد الأمامي للصمام الثنائي عند التيار المطلوب IF. على سبيل المثال، مع مصدر طاقة 5 فولت، و VF بقيمة 2.0 فولت، و IF مستهدف 20 مللي أمبير، تكون المقاومة المتسلسلة المطلوبة هي (5V - 2.0V) / 0.02A = 150 أوم. يجب اختيار مقاومة مصنفة لتبديد طاقة لا تقل عن (5V-2.0V)*0.02A = 0.06 واط، مع كون مقاومة 1/8 واط أو 1/10 واط نموذجية.

8.2 اعتبارات التصميم

• تحديد التيار:استخدم دائمًا جهاز تحديد تيار (مقاومة أو دائرة متكاملة مشغلة). سيؤدي التوصيل مباشرة بمصدر جهد إلى تيار مفرط وفشل فوري.
• الإدارة الحرارية:بينما تبديد الطاقة منخفض، فإن ضمان مساحة نحاسية كافية في PCB أو ثقوب حرارية حول وسائد اللحام يمكن أن يساعد في تبديد الحرارة، خاصة في ظروف درجة الحرارة المحيطة العالية أو عند التشغيل بتيارات أعلى.
• حماية من الكهرباء الساكنة (ESD):على الرغم من عدم ذكرها صراحةً بأنها عالية الحساسية، يجب مراعاة احتياطات التعامل القياسية مع الكهرباء الساكنة أثناء التجميع.
• التصميم البصري:زاوية المشاهدة الواسعة البالغة 120 درجة تجعلها مناسبة للتطبيقات التي تتطلب رؤية واسعة. للضوء المركز، ستكون هناك حاجة إلى بصريات ثانوية (عدسات).

9. المقارنة والتمييز التقني

يتميز LTST-M140KSKT باستخدامه لتكنولوجيا AlInGaP للانبعاث الأصفر. مقارنةً بالتكنولوجيات الأقدم مثل GaAsP، تقدم مصابيح LED من نوع AlInGaP كفاءة ضوئية أعلى بكثير، مما يؤدي إلى ناتج أكثر سطوعًا عند نفس تيار التشغيل، واستقرار حراري أفضل. زاوية المشاهدة الواسعة البالغة 120 درجة هي ميزة رئيسية لتطبيقات المؤشرات. توافقه مع عمليات إعادة التدفق القياسية بالأشعة تحت الحمراء وتعبئة الشريط والبكرة يجعله خيارًا فعالاً من حيث التكلفة للتصنيع الآلي عالي الحجم مقارنة بمصابيح LED ذات الثقب المار التي تتطلب إدخالًا يدويًا.

10. الأسئلة الشائعة (FAQs)

س: ما الفرق بين التدفق الضوئي (لومن) والشدة الضوئية (ملي كانديلا)؟

ج: يقيس التدفق الضوئي إجمالي كمية الضوء المرئي المنبعث في جميع الاتجاهات. تقيس الشدة الضوئية السطوع في اتجاه محدد (عادة المحور المركزي). بالنسبة لصمام ثنائي باعث للضوء ذي زاوية واسعة مثل هذا، فإن قيمة ملي كانديلا هي نقطة مرجعية، ولكن الناتج الضوئي الكلي يمثله بشكل أفضل قيمة اللومن.

س: هل يمكنني تشغيل هذا الصمام الثنائي بمصدر طاقة 3.3 فولت؟

ج: نعم. باستخدام الصيغة مع VF نموذجي بقيمة 2.0 فولت وتيار مستهدف 20 مللي أمبير، ستكون المقاومة المتسلسلة المطلوبة هي (3.3V - 2.0V) / 0.02A = 65 أوم. تأكد من أن تصنيف قدرة المقاومة كافٍ.

س: لماذا التصنيف مهم؟

ج: يضمن التصنيف اتساق اللون والسطوع. إذا كنت تستخدم عدة مصابيح LED في منتج (مثل مصفوفة من أضواء الحالة)، فإن الطلب من نفس فئات الجهد، والشدة، والطول الموجي يضمن مظهرًا موحدًا.

س: ماذا يحدث إذا تجاوزت الحد الأقصى المطلق للجهد العكسي البالغ 5 فولت؟

ج: تطبيق جهد عكسي يتجاوز التصنيف يمكن أن يتسبب في انهيار مفاجئ وكارثي للوصلة PN في الصمام الثنائي، مما يؤدي إلى فشل فوري ودائم.

11. مثال عملي على حالة الاستخدام

السيناريو: تصميم لوحة مؤشر حالة لموجه شبكة.تتطلب اللوحة أربعة مصابيح LED صفراء لإظهار نشاط الارتباط على منافذ مختلفة. السطوع واللون الموحدان أمران بالغا الأهمية لتجربة المستخدم.

خطوات التصميم:

1. اختيار LTST-M140KSKT للونه الأصفر، وسطوعه المناسب، وعامل شكله SMD.

2. تحديد الفئات: اختر فئة شدة ضوئية واحدة (مثل D2 لـ 224-280 ملي كانديلا) وفئة طول موجي سائد واحدة (مثل J لـ 587.0-589.5 نانومتر) لضمان الاتساق. فئة الجهد المتوسطة (D3) مقبولة.

3. تصميم الدائرة: استخدم خط طاقة مشترك 3.3 فولت على PCB الموجه. احسب المقاومة المتسلسلة لكل صمام ثنائي. بافتراض VF بقيمة 2.1 فولت (منتصف فئة D3) وتيار مستهدف 20 مللي أمبير: R = (3.3V - 2.1V) / 0.02A = 60 أوم. استخدم مقاومة قياسية 62 أوم، 1/10 واط.

4. التخطيط: ضع مصابيح LED بشكل متناظر على اللوحة الأمامية لـ PCB. اتبع نمط الأرضية الموصى به من ورقة البيانات لضمان قابلية لحام جيدة.

5. التجميع: اتبع ملف تعريف إعادة التدفق الموصى به. تأكد من استخدام بكرة مصابيح LED المفتوحة خلال مدة الصلاحية على الأرض البالغة 168 ساعة أو تحميصها بشكل صحيح إذا تم تخزينها لفترة أطول.

12. مبدأ التشغيل

يعتمد انبعاث الضوء في هذا الصمام الثنائي على الإضاءة الكهربائية في وصلة PN لأشباه الموصلات المصنوعة من مواد AlInGaP. عند تطبيق جهد أمامي يتجاوز الجهد المدمج في الوصلة، يتم حقق الإلكترونات من المنطقة من النوع N والفجوات من المنطقة من النوع P في المنطقة النشطة. عندما تتحد هذه حاملات الشحنة، فإنها تطلق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد التركيب المحدد لسبيكة AlInGaP طاقة فجوة النطاق، والتي تتوافق مباشرة مع الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث - في هذه الحالة، الأصفر (~591 نانومتر). تقوم عدسة الإيبوكسي الشفافة تمامًا بتغليف رقاقة أشباه الموصلات، وتوفر الحماية الميكانيكية، وتشكل نمط الناتج الضوئي.

13. اتجاهات التكنولوجيا

يعد تطوير مصابيح LED من نوع SMD مثل LTST-M140KSKT جزءًا من الاتجاه الأوسع في الإلكترونيات نحو التصغير، وزيادة الموثوقية، والتصنيع الآلي. تمثل تكنولوجيا AlInGaP حلاً ناضجًا وفعالاً لمصابيح LED الحمراء والبرتقالية والصفراء. تشمل الاتجاهات المستمرة في الصناعة السعي لتحقيق كفاءة ضوئية أعلى (مزيد من الناتج الضوئي لكل واط من المدخلات الكهربائية)، وتحسين اتساق اللون من خلال تصنيف أكثر دقة، وتطوير أحجام عبوات أصغر (مثل عبوات على مستوى الرقاقة) لتمكين تكامل أكثر كثافة. علاوة على ذلك، هناك تركيز على تعزيز الموثوقية في ظل الظروف البيئية القاسية، مثل نطاقات أعلى لدرجة الحرارة والرطوبة، لتلبية متطلبات التطبيقات السياراتية والصناعية.