ورقة بيانات ثنائي باعث للضوء LTSA-S089ZWETU - عدسة صفراء، ضوء أبيض - 50 مللي أمبير - 170 ميغاواط - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

ثنائي باعث الضوء LTSA-S089ZWETU هو جهاز للتركيب السطحي (SMD) مصمم للتجميع الآلي للوحات الدوائر المطبوعة (PCB) والتطبيقات التي يكون فيها المساحة عاملاً حاسماً. يستخدم هذا المكون شبه موصل من نوع InGaN (إنديوم جاليوم نيتريد) لإنتاج ضوء أبيض، يتم بعد ذلك تصفيته عبر عدسة صفراء. تم تصميمه ليكون موثوقاً وعالي الأداء في مجموعة متنوعة من المعدات الإلكترونية.

1.1 الميزات والمزايا الأساسية

• الامتثال البيئي:المنتج متوافق مع توجيهية تقييد المواد الخطرة (RoHS).
• التعبئة والتغليف للأتمتة:يتم توريده على شكل شريط بعرض 8 مم ملفوف على بكرات قطرها 7 بوصات، مما يسهل عمليات التجميع عالية السرعة بواسطة آلات اللصق والتركيب.
• الحساسية للرطوبة:تمت معالجته مسبقاً ليلبي مستوى الحساسية للرطوبة JEDEC MSL 2a، مما يضمن الموثوقية أثناء عملية لحام إعادة التدفق.
• التأهيل للاستخدام في السيارات:تشير عملية التأهيل إلى المعيار AEC-Q102، وهو معيار اختبار الإجهاد لأشباه الموصلات البصرية المنفصلة في تطبيقات السيارات.
• عبوة قياسية:يتميز بمخطط عبوة قياسي وفقاً لـ EIA (تحالف الصناعات الإلكترونية).
• التوافق:الجهاز متوافق مع الدوائر المتكاملة (IC) ومناسب للاستخدام مع معدات التركيب الآلي.
• عملية اللحام:متوافق مع عمليات لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR)، وهي العملية القياسية للتجميع الخالي من الرصاص.

1.2 السوق المستهدف والتطبيقات

السوق الرئيسي المستهدف لهذا LED هو صناعة السيارات، وتحديداً لتطبيقات الملحقات. تصميمه المتين وتأهيله يجعله مناسباً للظروف البيئية القاسية الموجودة في المركبات. تشمل حالات الاستخدام المحتملة: الإضاءة الداخلية، ومؤشرات لوحة القيادة، وإضاءة الخلفية للأزرار، ووظائف الإضاءة الأخرى غير الحرجة داخل مقصورة السيارة.

2. المعلمات التقنية: تفسير موضوعي متعمق

2.1 القيم القصوى المطلقة

تحدد هذه القيم الحدود التي إذا تم تجاوزها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل تحت هذه الظروف.

• تبديد الطاقة (Pd):170 ميغاواط. هذه هي أقصى كمية من الطاقة يمكن لحزمة LED تبديدها كحرارة دون تجاوز حدودها الحرارية.
• تيار الذروة الأمامي (I_FP):100 مللي أمبير. هذا هو أقصى تيار لحظي مسموح به، يُحدد عادةً تحت ظروف النبض (دورة عمل 1/10، عرض النبضة 0.1 مللي ثانية) لمنع ارتفاع درجة الحرارة.
• التيار الأمامي المستمر (I_F):50 مللي أمبير. هذا هو أقصى تيار أمامي مستمر موصى به للتشغيل الموثوق على المدى الطويل.
• نطاق درجة حرارة التشغيل والتخزين:من -40°C إلى +100°C. يضمن هذا النطاق الواسع الوظيفة في البيئات القاسية، من بدء التشغيل البارد إلى حجرات المحرك الساخنة.

2.2 الخصائص الحرارية

إدارة الحرارة أمر بالغ الأهمية لأداء LED وعمره الافتراضي. تؤدي درجة حرارة التقاطع المفرطة إلى تدهور خرج الضوء وتسريع الفشل.

• المقاومة الحرارية، من التقاطع إلى المحيط (R_θJA):400 درجة مئوية/واط (نموذجي). تم قياسه على ركيزة FR4 مع وسادة نحاسية مساحتها 16 مم²، تشير هذه القيمة إلى مدى فعالية انتقال الحرارة من تقاطع أشباه الموصلات إلى الهواء المحيط. القيمة الأقل هي الأفضل.
• المقاومة الحرارية، من التقاطع إلى نقطة اللحام (R_θJS):220 درجة مئوية/واط (نموذجي). غالباً ما تكون هذه القياسية أكثر فائدة في التصميم، لأنها تقيس المقاومة من التقاطع إلى وسادات PCB، حيث يتم نقل الحرارة بعيداً بشكل أساسي. هذه القيمة حاسمة لحساب درجة حرارة التقاطع الفعلية أثناء التشغيل.
• أقصى درجة حرارة للتقاطع (T_J):125 درجة مئوية. الحد الأعلى المطلق لدرجة الحرارة عند تقاطع أشباه الموصلات.

2.3 الخصائص الكهروبصرية عند 25°C

يتم قياس هذه المعلمات تحت ظروف الاختبار القياسية (T_a=25°C, I_F=20mA) وتحدد أداء الجهاز.

• التدفق الضوئي (Φ_v):7 لومن (نموذجي)، مع نطاق من 6 إلى 8 لومن. هذه هي القوة الإدراكية الكلية للضوء المنبعث.
• الشدة الضوئية (I_v):2450 ميللي كانديلا (نموذجي)، مع نطاق من 2100 إلى 2800 ميللي كانديلا. هذه هي كمية قوة الضوء لكل زاوية صلبة (كانديلا) مقاسة على طول المحور المركزي. تشير القيمة العالية إلى خرج ساطع ومركّز.
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):120 درجة (نموذجي). هذه هي الزاوية الكاملة التي تنخفض عندها الشدة الضوئية إلى نصف قيمتها المحورية. توفر زاوية 120 درجة حزمة واسعة جداً، مناسبة لإضاءة المساحات.
• إحداثيات اللونية (x, y):(0.32, 0.31) نموذجي. تحدد هذه الإحداثيات CIE 1931 نقطة اللون الأبيض لـ LED. يتم تطبيق تسامح ±0.01 على هذه الإحداثيات في عملية الفرز.
• الجهد الأمامي (V_F):من 2.8 فولت إلى 3.4 فولت عند 20 مللي أمبير، مع قيمة نموذجية حول منتصف هذا النطاق. يتم تطبيق تسامح ±0.1 فولت داخل كل مجموعة فرعية.
• جهد تحمل التفريغ الكهروستاتيكي:2 كيلو فولت (نموذج جسم الإنسان، HBM). تشير هذه التقييم إلى مستوى معتدل من الحماية ضد التفريغ الكهروستاتيكي، وهو مناسب لبيئات التصنيع الخاضعة للرقابة.

3. شرح نظام الفرز

لضمان أداء متسق في الإنتاج، يتم فرز مصابيح LED إلى مجموعات فرعية بناءً على معلمات رئيسية. يستخدم LTSA-S089ZWETU نظاماً من ثلاثة رموز: Vf / Iv / اللون (مثال: D7/Y5/W30).

3.1 فرز الجهد الأمامي (Vf)

يتم تجميع مصابيح LED حسب انخفاض الجهد الأمامي عند 20 مللي أمبير لضمان سطوع موحد وسحب تيار موحد في الدوائر المتوازية أو عند تشغيلها بواسطة مصدر جهد ثابت.

• المجموعة الفرعية D7:Vf = من 2.8 فولت إلى 3.0 فولت
• المجموعة الفرعية D8:Vf = من 3.0 فولت إلى 3.2 فولت
• المجموعة الفرعية D9:Vf = من 3.2 فولت إلى 3.4 فولت

3.2 فرز الشدة/التدفق الضوئي (Iv)

يضمن هذا الفرز مستوى إخراج ضوئي متسق. يتم تحديد كل من التدفق الضوئي (لومن) والشدة الضوئية المحورية (ميللي كانديلا) لكل مجموعة فرعية.

• المجموعة الفرعية Y5:6.0-6.5 لومن / 2100-2275 ميللي كانديلا
• المجموعة الفرعية Y6:6.5-7.0 لومن / 2275-2450 ميللي كانديلا
• المجموعة الفرعية Y7:7.0-7.5 لومن / 2450-2625 ميللي كانديلا
• المجموعة الفرعية Y8:7.5-8.0 لومن / 2625-2800 ميللي كانديلا

يتم تطبيق تسامح ±10% على الشدة/التدفق داخل كل مجموعة فرعية.

3.3 فرز اللون (اللونية)

اتساق اللون أمر بالغ الأهمية في التطبيقات التي يتم فيها استخدام عدة مصابيح LED معاً. يتم الفرز بناءً على إحداثيات اللونية CIE 1931 (x, y).

• المجموعة الفرعية W30:يتم تعريف هذه المجموعة الفرعية بواسطة شكل رباعي على مخطط CIE مع نقاط الزاوية عند (x,y): النقطة1 (0.312, 0.283)، النقطة2 (0.306, 0.316)، النقطة3 (0.331, 0.340)، النقطة4 (0.331, 0.307). جميع مصابيح LED ضمن دفعة إنتاج واحدة سيكون لها إحداثيات لونية تقع ضمن هذه المنطقة، مع تسامح ±0.01.

4. تحليل منحنى الأداء

توفر ورقة البيانات مخطط التوزيع المكاني (الشكل 2). يمثل هذا الرسم البياني القطبي زاوية الرؤية البالغة 120 درجة بشكل مرئي، ويوضح كيف تنخفض الشدة الضوئية مع ابتعاد زاوية المراقبة عن المحور المركزي (0°). يكون النمط عادةً لامبرتيان أو جناح الخفاش لمصابيح LED واسعة الزاوية، مما يضمن إضاءة متساوية على مساحة واسعة بدلاً من بقعة ضيقة.

5. المعلومات الميكانيكية والخاصة بالعبوة

5.1 أبعاد العبوة

يأتي LED في عبوة SMD قياسية في الصناعة. جميع الأبعاد بالميليمترات مع تسامح قياسي ±0.2 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. تتميز العبوة بنسخة مطلية بالذهب لتعزيز قابلية اللحام ومقاومة التآكل. يتم تضمين الرسم الأبعاد المحدد في ورقة البيانات الأصلية، مع تفاصيل الطول والعرض والارتفاع وتباعد الأطراف/الوسادات.

5.2 تخطيط وسادة التثبيت الموصى بها على PCB

يتم توفير تصميم نمط وسادة التثبيت للحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء أو بالطور البخاري. يضمن هذا التصميم الموصى به تكوين وصلة لحام صحيحة، وتخفيف حراري، واستقرار ميكانيكي. الالتزام بهذا التصميم أمر بالغ الأهمية لتحقيق الأداء الحراري المحدد (R_θJS).

5.3 تحديد القطبية

يتم عادةً تمييز القطب السالب على جسم الجهاز، غالباً بلون أخضر، أو شق، أو زاوية مقطوعة على العدسة أو العبوة. يجب أن يشير طبقة الحرير على PCB بوضوح إلى وسادة القطب السالب لمنع التركيب العكسي أثناء التجميع.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 ملف تعريف لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء

يتم توفير ملف تعريف مفصل لإعادة التدفق، متوافق مع J-STD-020 للعمليات الخالية من الرصاص. تشمل المعلمات الرئيسية:

• التسخين المسبق:الارتفاع التدريجي إلى 150-200°C.
• زمن النقع/التسخين المسبق:بحد أقصى 120 ثانية للسماح بتساوي درجة الحرارة وتنشيط المادة المساعدة على اللحام.
• درجة الحرارة القصوى:بحد أقصى 260°C. يجب التحكم في الوقت فوق درجة حرارة السيولة (مثلاً 217°C) لتقليل الإجهاد الحراري على عبوة LED وعدسة الإيبوكسي.
• معدل التبريد:يتم التحكم فيه لمنع الصدمة الحرارية.

6.2 التخزين والتعامل

كجهاز بمستوى حساسية الرطوبة (MSL) 2a:

• الكيس المغلق:قم بالتخزين عند ≤30°C و ≤70% رطوبة نسبية. استخدم خلال سنة واحدة من تاريخ ختم الكيس.
• بعد الفتح:قم بالتخزين عند ≤30°C و ≤60% رطوبة نسبية. يوصى بإكمال لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء خلال 4 أسابيع من التعرض للهواء.
• التخزين الممتد (مفتوح):قم بالتخزين في وعاء محكم الغلق مع مجفف أو في مجفف نيتروجين.
• إعادة التجفيف:إذا تم التعرض لأكثر من 4 أسابيع، قم بالتجفيف عند 60°C لمدة 48 ساعة على الأقل قبل اللحام لإزالة الرطوبة الممتصة ومنع ظاهرة \"الفرقعة\" أثناء إعادة التدفق.

6.3 التنظيف

إذا كان التنظيف ضرورياً بعد اللحام، استخدم فقط المذيبات المحددة. من المقبول غمر LED في كحول الإيثيل أو كحول الأيزوبروبيل في درجة حرارة الغرفة لأقل من دقيقة واحدة. تجنب المواد الكيميائية العدوانية أو غير المحددة التي قد تتلف عدسة الإيبوكسي أو علامات العبوة.

7. معلومات التعبئة والتغليف والطلب

7.1 مواصفات الشريط والبكرة

يتم تعبئة مصابيح LED في شريط ناقل بارز بعرض 8 مم. يتم لف الشريط على بكرة قياسية قطرها 7 بوصات (178 مم). تحتوي كل بكرة على 2000 قطعة. يتوافق التعبئة والتغليف مع مواصفات ANSI/EIA-481. يتم توفير تفاصيل الأبعاد الرئيسية لحجم الجيب، وتباعد الشريط، ومحور البكرة في رسومات ورقة البيانات.

7.2 معلومات الملصق

يتضمن ملصق البكرة رقم الجزء (LTSA-S089ZWETU) ورموز المجموعات الفرعية المحددة للجهد (Vf)، والشدة (Iv)، واللون (مثال: D7/Y5/W30). هذا يسمح بإمكانية التتبع الدقيق والاختيار وفقاً لمتطلبات التطبيق.

8. اقتراحات التطبيق واعتبارات التصميم

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

• إضاءة داخلية للسيارات:أضواء الخريطة، أضواء القراءة، إضاءة منطقة القدمين، والإضاءة المحيطة العامة للمقصورة.
• المؤشرات وإضاءة الخلفية:إضاءة خلفية للأزرار، والمفاتيح، ورسومات لوحة العدادات. مؤشرات الحالة لأنظمة الترفيه أو التحكم في المناخ.
• الإلكترونيات الاستهلاكية:مناسبة للأجهزة التي تتطلب إضاءة بيضاء ساطعة وزاوية رؤية واسعة حيث يتم استخدام التجميع الآلي.

8.2 اعتبارات التصميم الحرجة

• قيادة التيار:قم دائماً بتشغيل LED بواسطة مصدر تيار ثابت، وليس مصدر جهد ثابت. تيار التشغيل الموصى به هو 20 مللي أمبير للحصول على الخصائص البصرية المحددة. تجاوز 50 مللي أمبير مستمر سينتهك القيم القصوى المطلقة.
• التصميم الحراري:احسب درجة حرارة التقاطع المتوقعة (T_J) باستخدام الصيغة: T_J= T_A+ (R_θJA× P_D)، حيث P_D= V_F× I_F. تأكد من بقاء T_Jأقل بكثير من 125°C لضمان الموثوقية. استخدم تخطيط وسادة PCB الموصى به ومساحة نحاسية كافية لتبديد الحرارة.
• التصميم البصري:توفر زاوية الرؤية 120 درجة تشتيتاً واسعاً جداً. للحصول على ضوء أكثر تركيزاً، ستكون هناك حاجة إلى بصريات ثانوية (عدسات أو عواكس).
• حماية التفريغ الكهروستاتيكي:على الرغم من تصنيفه بـ 2 كيلو فولت HBM، فإن تنفيذ إجراءات الحماية القياسية من التفريغ الكهروستاتيكي على PCB (مثل ثنائيات قمع الجهد العابر) هو ممارسة جيدة، خاصة في بيئات السيارات.

9. المقارنة التقنية والتمييز

يتميز LTSA-S089ZWETU من خلال مجموعة صفاته المصممة خصيصاً لأسواق ملحقات السيارات:

• التأهيل لمستوى السيارات:الإشارة إلى AEC-Q102 هي ميزة تمييز رئيسية عن مصابيح LED ذات المستوى التجاري، مما يعني الاختبار تحت ظروف إجهاد بيئي أكثر صرامة (دورات درجة الحرارة، الرطوبة، إلخ).
• نطاق تشغيل حراري واسع:يُعد نطاق -40°C إلى +100°C أوسع من مواصفات LED التجارية النموذجية، التي غالباً ما تصل إلى +85°C كحد أقصى.
• فرز لوني محدد (W30):يوفر نقطة بيضاء محددة، وهو أمر بالغ الأهمية للتطبيقات التي تتطلب اتساقاً في اللون عبر وحدات متعددة.
• شدة ضوئية عالية:قيمة نموذجية تبلغ 2450 ميللي كانديلا عند 20 مللي أمبير هي إخراج مرتفع نسبياً لـ LED SMD واسع الزاوية، مما يوفر كفاءة سطوع جيدة.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

10.1 هل يمكنني تشغيل هذا LED عند 50 مللي أمبير بشكل مستمر؟

بينما تبلغ القيمة القصوى المطلقة للتيار الأمامي المستمر 50 مللي أمبير، يتم تحديد الخصائص الكهروبصرية عند 20 مللي أمبير. التشغيل عند 50 مللي أمبير سينتج المزيد من الضوء ولكنه سيولد أيضاً حرارة أكبر بكثير (تبديد الطاقة ~ Vf * 50mA). هذا سيرفع درجة حرارة التقاطع، مما قد يقلل من العمر الافتراضي ويتسبب في تدهور إخراج الضوء بشكل أسرع. من الضروري إجراء تحليل حراري شامل إذا كان القصد هو التشغيل بالقرب من الحد الأقصى للتيار.

10.2 ما الفرق بين التدفق الضوئي (لومن) والشدة الضوئية (ميللي كانديلا)؟

يقيس التدفق الضوئي (لومن) إجمالي كمية الضوء المرئي المنبعث من LED في جميع الاتجاهات. تقيس الشدة الضوئية (كانديلا) مدى سطوع LED من اتجاه محدد، عادةً على طول محوره المركزي. يتميز هذا LED بشدة محورية عالية (ميللي كانديلا) ولكنه أيضاً ذو حزمة واسعة (120°)، مما يؤدي إلى تدفق ضوئي إجمالي معتدل (لومن). لإضاءة المساحات، يكون التدفق الضوئي أكثر أهمية؛ للمؤشر الموجه، تكون الشدة أكثر أهمية.

10.3 لماذا تعتبر إجراءات التخزين والتجفيف مهمة جداً؟

يمكن للعبوة القائمة على الإيبوكسي امتصاص الرطوبة من الهواء. أثناء عملية لحام إعادة التدفق عالية الحرارة، يمكن لهذه الرطوبة المحتبسة أن تتبخر بسرعة، مما يخلق ضغطاً داخلياً. يمكن أن يتسبب هذا في انفصال الطبقات بين الإيبوكسي وإطار الأطراف أو حتى تشقق العبوة (\"الفرقعة\")، مما يؤدي إلى فشل فوري أو كامن. يمنع اتباع إجراءات التعامل MSL 2a هذا النمط من الفشل.

11. دراسة حالة تطبيقية عملية

السيناريو: تصميم إضاءة خلفية لوحة التحكم المركزية في السيارة.يحتاج المصمم إلى إضاءة عدة أزرار وشاشة عرض رسومية صغيرة. يختار LTSA-S089ZWETU لتأهيله للسيارات، وضوءه الأبيض، وزاوية رؤيته الواسعة. يقوم بتصميم PCB بتخطيط الوسادة الموصى به، باستخدام دائرة متكاملة لقيادة تيار ثابت بقيمة 20 مللي أمبير لكل LED. يختار مصابيح LED من نفس مجموعة الشدة الفرعية (مثلاً Y6) ومجموعة اللون الفرعية (W30) لضمان سطوع ولون موحدين عبر جميع الأزرار. تم تصميم PCB مع مستوى أرضي متصل بوسادات LED للمساعدة في تبديد الحرارة. أثناء التجميع، يتم استخدام البكرة المغلقة خلال فترة صلاحيتها، ويتم اتباع ملف تعريف إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء بدقة. يوفر المنتج النهائي إضاءة متسقة وموثوقة تلبي متطلبات درجة الحرارة والعمر الطويل للسيارات.

12. مقدمة عن مبدأ التكنولوجيا

يعتمد LTSA-S089ZWETU على تكنولوجيا أشباه الموصلات من نوع InGaN (إنديوم جاليوم نيتريد). في LED الأبيض، يتم طلاء شريحة InGaN الزرقاء بطبقة فسفورية. عندما تشع الشريحة ضوءاً أزرق، يمتص الفسفور جزءاً منه ويعيد إشعاع الضوء بأطوال موجية أطول (أصفر، أحمر). يبدو مزيج الضوء الأزرق المتبقي والضوء المحول بواسطة الفسفور أبيضاً للعين البشرية. تعمل العدسة الصفراء بعد ذلك كمرشح نهائي، مما قد يضبط درجة حرارة اللون أو يوفر جمالية محددة. تكنولوجيا LED الأبيض المحول بالفسفور هذه فعالة وتسمح بإنشاء نقاط بيضاء متنوعة.

13. اتجاهات وتطورات الصناعة

يستمر الاتجاه في مصابيح LED SMD للسيارات والإضاءة العامة نحو كفاءة أعلى (المزيد من اللومن لكل واط)، وتحسين مؤشر تجسيد اللون (CRI)، وموثوقية أكبر عند درجات حرارة تقاطع أعلى. هناك أيضاً اتجاه نحو تصغير العبوات مع الحفاظ على إخراج الضوء أو زيادته. علاوة على ذلك، أصبحت أنظمة الإضاءة الذكية التي تدمج إلكترونيات التحكم مباشرة مع مصابيح LED أكثر انتشاراً. بالنسبة للداخلية في السيارات، فإن الإضاءة المحيطة الديناميكية ذات القدرات متعددة الألوان والتعتيم هي اتجاه متزايد، على الرغم من أن هذا المكون المحدد هو حل أحادي اللون وثابت مناسب لتطبيقات الإضاءة الوظيفية ذات التكلفة الفعالة.