ورقة بيانات LED RGB SMD طراز LTST-S32F1KT-5A - شريحة ألوان كاملة - جهد 1.6-3.1 فولت - قدرة 75-80 ميغاواط - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد LTST-S32F1KT-5A مصباح LED مضغوطًا، جانبي الرؤية، وذا ألوان كاملة من نوع جهاز مثبت على السطح (SMD). فهو يدمج ثلاث شرائح شبه موصلة متميزة داخل عبوة واحدة: شريحة AlInGaP للإشعاع الأحمر، وشريحتي InGaN للإشعاع الأخضر والأزرق. يتيح هذا التكوين توليد طيف واسع من الألوان من خلال التحكم الفردي أو المشترك في القنوات الثلاث. تم تصميم الجهاز لعمليات تجميع لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) الآلية، ويتميز بأطراف مطلية بالقصدير لتحسين قابلية اللحام والتوافق مع ملفات اللحام بإعادة الانسياب الخالية من الرصاص (Pb-free).

الهدف التصميمي الأساسي هو توفير مصدر ضوء RGB عالي السطوع وموثوق للتطبيقات ذات المساحة المحدودة التي تتطلب إشارة حالة، إضاءة خلفية، أو إضاءة رمزية. بصمته المصغرة وملف عدسة الإشعاع الجانبي تجعله مناسبًا بشكل خاص للتكامل في الإلكترونيات الاستهلاكية النحيفة، وأجهزة الاتصالات، ولوحات التحكم الصناعية حيث تكون المساحة الأمامية محدودة لكن الرؤية الجانبية حاسمة.

1.1 الميزات

• متوافق مع توجيهات RoHS (تقييد المواد الخطرة).
• تصميم بصري جانبي الرؤية بعدسة شفافة تمامًا.
• يستخدم تقنية أشباه الموصلات فائقة السطوع InGaN (للأخضر/الأزرق) و AlInGaP (للأحمر).
• معبأ على شريط بعرض 8 مم موضوع على بكرات قياسية قطر 7 بوصات لمعدات الاختيار والوضع الآلية.
• يتوافق مع الخطوط القياسية للعبوات وفقًا لـ EIA (تحالف الصناعات الإلكترونية).
• متوافق منطقيًا مع المدخلات (متوافق مع الدوائر المتكاملة) لتسهيل الواجهة مع متحكم دقيق ودوائر القيادة.
• متوافق بالكامل مع عمليات اللحام بإعادة الانسياب بالأشعة تحت الحمراء (IR) عالية الحجم.

1.2 التطبيقات

• معدات الاتصالات (مثل محطات القاعدة الخلوية، الموجهات).
• أجهزة أتمتة المكاتب (مثل الطابعات، الماسحات الضوئية، الأجهزة متعددة الوظائف).
• لوحات مؤشرات الأجهزة المنزلية وواجهات التحكم.
• مؤشرات حالة وأعطال المعدات الصناعية.
• الإضاءة الخلفية للأزرار ولوحات المفاتيح في الأجهزة المحمولة.
• مؤشرات حالة وطاقة للأغراض العامة.
• شاشات العرض المصغرة وإضاءة الرموز.
• مصابيح الإشارة والرموز في لوحات التحكم.

2. المعلمات التقنية: تفسير موضوعي متعمق

يقدم هذا القسم تحليلاً مفصلاً لحدود تشغيل الجهاز وخصائص أدائه تحت ظروف اختبار محددة. جميع البيانات محددة عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25°C ما لم يُذكر خلاف ذلك.

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد هذه الحدود حدود الإجهاد التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يُنصح بالتشغيل المستمر عند أو بالقرب من هذه الحدود.

• تبديد الطاقة (Pd):الأحمر: 75 ميغاواط، الأخضر/الأزرق: 80 ميغاواط. هذا هو الحد الأقصى المسموح به لفقدان الطاقة كحرارة داخل العبوة.
• تيار الأمام الذروي (I_F(PEAK)):الأحمر: 80 مللي أمبير، الأخضر/الأزرق: 100 مللي أمبير. ينطبق فقط تحت ظروف النبض (دورة عمل 1/10، عرض نبضة 0.1 مللي ثانية) لمنع الحمل الحراري الزائد.
• تيار الأمام المستمر (I_F):الأحمر: 30 مللي أمبير، الأخضر/الأزرق: 20 مللي أمبير. الحد الأقصى لتيار الأمام المستمر الموصى به للتشغيل الموثوق طويل الأمد.
• نطاق درجة حرارة التشغيل:-20°C إلى +80°C. نطاق درجة الحرارة المحيطة الذي صُمم الجهاز للعمل ضمنه.
• نطاق درجة حرارة التخزين:-30°C إلى +100°C. نطاق درجة الحرارة المسموح به عندما لا يكون الجهاز موصولاً بالطاقة.
• ظروف اللحام بالأشعة تحت الحمراء:يتحمل درجة حرارة ذروية 260°C لمدة 10 ثوانٍ، مما يحدد مستوى حساسية الرطوبة (MSL) وقدرة إعادة الانسياب.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

هذه هي معلمات الأداء النموذجية المقاسة تحت ظروف الاختبار القياسية (I_F= 5mA, Ta=25°C).

• شدة الإضاءة (I_V):تُقاس بالميلي كانديلا (mcd). القيم الدنيا: الأحمر: 18.0 mcd، الأخضر: 45.0 mcd، الأزرق: 11.2 mcd. القيم القصوى: الأحمر: 45.0 mcd، الأخضر: 180.0 mcd، الأزرق: 45.0 mcd. يتم إدارة هذا النطاق الواسع من خلال نظام تصنيف.
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):عادة 130 درجة. هذه هي الزاوية الكاملة التي تكون عندها شدة الإضاءة نصف شدة الذروة، مما يحدد عرض الحزمة.
• طول موجة الانبعاث الذروي (λ_p):نموذجي: الأحمر: 632 نانومتر، الأخضر: 520 نانومتر، الأزرق: 468 نانومتر. الطول الموجي الذي يكون عنده توزيع القدرة الطيفية في أقصى حد.
• الطول الموجي السائد (λ_d):الطول الموجي الفردي الذي تدركه العين البشرية ويتطابق مع لون LED. النطاق: الأحمر: 617-631 نانومتر (نموذجي 624 نانومتر)، الأخضر: 520-540 نانومتر (نموذجي 527 نانومتر)، الأزرق: 463-477 نانومتر (نموذجي 470 نانومتر).
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):نموذجي: الأحمر: 17 نانومتر، الأخضر: 35 نانومتر، الأزرق: 26 نانومتر. عرض النطاق الطيفي المقاس عند نصف أقصى شدة، مما يشير إلى نقاء اللون.
• جهد الأمام (V_F):عند I_F=5mA. النطاق: الأحمر: 1.6 - 2.3 فولت، الأخضر: 2.7 - 3.1 فولت، الأزرق: 2.7 - 3.1 فولت. هذه المعلمة أيضًا مصنفة.
• تيار العكس (I_R):أقصى 10 ميكرو أمبير عند V_R= 5V. لم تُصمم مصابيح LED للعمل بتحيز عكسي؛ هذا الاختبار هو لضمان الجودة فقط.

3. شرح نظام التصنيف

لضمان اتساق اللون والسطوع في الإنتاج، يتم فرز مصابيح LED إلى فئات أداء. يستخدم LTST-S32F1KT-5A تصنيفًا منفصلًا لجهد الأمام (V_F) وشدة الإضاءة (I_V).

3.1 تصنيف جهد الأمام (V_F)

لشرائح الأخضر والأزرق (تم اختبارها عند I_F=5mA):

- رمز الفئة E7: V_F= 2.70V إلى 2.90V.

- رمز الفئة E8: V_F= 2.90V إلى 3.10V.

التسامح لكل فئة هو ±0.1V. جهد الأمام للشريحة الحمراء V_Fمحدد ولكنه غير مصنف في هذه الوثيقة.

3.2 تصنيف شدة الإضاءة (I_V)

مقاسًا عند I_F=5mA. التسامح لكل فئة هو ±15%.

الأزرق:L (11.2-18.0 mcd)، M (18.0-28.0 mcd)، N (28.0-45.0 mcd).

الأخضر:P (45.0-71.0 mcd)، Q (71.0-112.0 mcd)، R (112.0-180.0 mcd).

الأحمر:M (18.0-28.0 mcd)، N (28.0-45.0 mcd).

يتم وضع رمز الفئة على العبوة، مما يسمح للمصممين باختيار مصابيح LED ذات سطوع متطابق لمصفوفات LED المتعددة.

4. تحليل منحنيات الأداء

توضح منحنيات الأداء النموذجية العلاقة بين المعلمات الرئيسية. هذه ضرورية لتصميم الدائرة وإدارة الحرارة.

• شدة الإضاءة النسبية مقابل تيار الأمام:يوضح العلاقة غير الخطية بين تيار القيادة وإخراج الضوء لكل لون. التشغيل فوق تيار المستمر الموصى به يؤدي إلى عوائد متناقصة وزيادة الحرارة.
• شدة الإضاءة النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطة:يوضح تأثير التبريد الحراري، حيث ينخفض إخراج الضوء مع ارتفاع درجة حرارة التقاطع. التبريد المناسب أو تخفيض التيار ضروري للبيئات عالية الحرارة.
• جهد الأمام مقابل تيار الأمام:يعرض خاصية I-V للدايود. يمكن استنتاج المقاومة الديناميكية من ميل المنحنى فوق جهد التشغيل.
• التوزيع الطيفي:رسوم بيانية توضح القدرة الإشعاعية النسبية مقابل الطول الموجي لكل شريحة، مع إبراز الذروة (λ_p) وعرض الطيف (Δλ).

5. المعلومات الميكانيكية والعبوة

5.1 أبعاد العبوة

يتوافق الجهاز مع خطوط عبوة SMD القياسية. تشمل الأبعاد الحرجة طول الجسم، العرض، والارتفاع، بالإضافة إلى توصيات نمط اللحام (البصمة) لتصميم PCB. جميع الأبعاد بالميليمترات مع تسامح قياسي ±0.1 مم ما لم يُحدد خلاف ذلك. يحدد مخطط تفصيلي تخصيص الأطراف: الطرف 1 لمصعد الأحمر، الطرف 2 لمصعد الأخضر، والطرف 3 لمصعد الأزرق. المهبطات للشرائح الثلاثة متصلة داخليًا بالطرف 4.

5.2 تصميم وسادة PCB الموصى به والقطبية

يتم توفير مخطط لنمط اللحام لضمان تكوين وصلة لحام صحيحة أثناء إعادة الانسياب. يستوعب التصميم حشوات اللحام ويمنع ظاهرة "الشمعدان". يتم الإشارة إلى القطبية بوضوح بواسطة علامة على جسم الجهاز (عادة نقطة أو زاوية مشطوفة) تتوافق مع الطرف 1 (الأحمر).

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 ملف إعادة الانسياب بالأشعة تحت الحمراء الموصى به (عملية خالية من الرصاص)

يحدد رسم بياني للوقت-درجة الحرارة ملف اللحام بإعادة الانسياب المقترح:

- التسخين المسبق: 150-200°C لمدة تصل إلى 120 ثانية.

- إعادة الانسياب: درجة حرارة الذروة لا تتجاوز 260°C.

- الوقت فوق 260°C: أقصى 10 ثوانٍ.

- عدد المرات: أقصى دورتي إعادة انسياب.

للحام اليدوي بمكواة: درجة الحرارة ≤300°C، الوقت ≤3 ثوانٍ، مرة واحدة فقط.

6.2 التنظيف

إذا كان التنظيف ضروريًا بعد اللحام، فيجب استخدام المذيبات المعتمدة القائمة على الكحول فقط مثل الإيثانول أو الأيزوبروبانول. يجب أن يكون الغمر في درجة حرارة عادية لأقل من دقيقة واحدة. قد تتسبب المواد الكيميائية غير المحددة في تلف عدسة الإيبوكسي أو العبوة.

6.3 التخزين والتعامل

• احتياطات التفريغ الكهروستاتيكي (ESD):الجهاز حساس للتفريغ الكهروستاتيكي (ESD). يجب أن يتضمن التعامل أساور معصم مؤرضة، وسائد مضادة للكهرباء الساكنة، ومعدات مؤرضة بشكل صحيح.
• حساسية الرطوبة:معبأ كـ MSL 3. بمجرد فتح كيس الحاجز الأصلي للرطوبة، يجب لحام المكونات بإعادة الانسياب خلال أسبوع واحد (168 ساعة) تحت ظروف أرضية المصنع (≤30°C/60% رطوبة نسبية). للتخزين لفترات أطول خارج الكيس، استخدم خزانة جافة أو حاوية مجففة. تتطلب المكونات المعرضة لأكثر من أسبوع تجفيفًا (مثل 60°C لمدة 20 ساعة) قبل إعادة الانسياب لمنع ظاهرة "الفرقعة".

7. التعبئة ومعلومات الطلب

7.1 مواصفات الشريط والبكرة

يتم توريد الجهاز في شريط حامل بارز مع شريط غطاء واقٍ، ملفوف على بكرات قطر 7 بوصات (178 مم).

- الكمية لكل بكرة: 3000 قطعة.

- الحد الأدنى لكمية الطلب للبقايا: 500 قطعة.

- عرض الشريط: 8 مم.

- تباعد الجيوب وأبعاد البكرة تتوافق مع معايير ANSI/EIA-481.

- الحد الأقصى المسموح به للمكونات المفقودة المتتالية في الشريط هو اثنان.

8. اقتراحات التطبيق

8.1 دوائر التطبيق النموذجية

يجب قيادة كل قناة لونية (أحمر، أخضر، أزرق) بشكل مستقل عبر مقاومة محددة للتيار أو، يُفضل، قائد تيار ثابت. يختلف جهد الأمام لكل لون (الأحمر ~2.0V، الأخضر/الأزرق ~3.0V)، لذلك يلزم حسابات منفصلة لضبط التيار إذا تم استخدام مصدر جهد مشترك مع مقاومات متسلسلة. للتعتيم بتعديل عرض النبضة (PWM) أو مزج الألوان، تأكد من أن القائد يمكنه التعامل مع التردد والتيار المطلوبين.

8.2 اعتبارات التصميم

• إدارة الحرارة:على الرغم من أن تبديد الطاقة منخفض، تأكد من وجود مساحة نحاسية كافية في PCB أو فتحات حرارية تحت وسادة الحرارة الخاصة بالجهاز (إن وجدت) لتصريف الحرارة، خاصة عند القيادة عند أو بالقرب من أقصى تيار.
• تخفيض التيار:للتشغيل بالقرب من الطرف العلوي لنطاق درجة الحرارة (+80°C)، قلل تيار الأمام للحفاظ على الموثوقية ومنع تسارع انخفاض التدفق الضوئي.
• التصميم البصري:ملف الإشعاع الجانبي مثالي لتطبيقات أنابيب الضوء أو الموجهات الموجية. ضع في الاعتبار زاوية الرؤية 130 درجة عند تصميم أدلة الضوء لضمان إضاءة موحدة.

9. المقارنة التقنية والتمييز

تكمن المميزات الرئيسية لـ LTST-S32F1KT-5A في مجموعته المحددة من الميزات:

- جانبي الرؤية مقابل علوي الرؤية:على عكس مصابيح LED العلوية الشائعة، يشع هذا الجهاز الضوء من الجانب، مما يتيح تكاملًا ميكانيكيًا فريدًا للوحات مضاءة من الحافة أو مؤشرات الحالة على السطح الرأسي لـ PCB.

- ألوان كاملة في عبوة واحدة:يدمج ثلاث شرائح ألوان أساسية، مما يوفر مساحة على اللوحة مقارنة باستخدام ثلاث مصابيح LED منفصلة أحادية اللون.

- مزيج التقنيات:يستخدم المادة شبه الموصلة المثلى لكل لون: AlInGaP عالي الكفاءة للأحمر و InGaN عالي السطوع للأخضر/الأزرق، مما يؤدي إلى كفاءة إضاءة جيدة بشكل عام.

- بناء قوي:الأطراف المطلية بالقصدير والتوافق مع ملفات إعادة الانسياب القاسية بالأشعة تحت الحمراء تجعله مناسبًا للتصنيع الحديث عالي الحجم.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

س1: هل يمكنني قيادة الألوان الثلاثة من مصدر طاقة واحد 5 فولت؟

ج: نعم، لكن يجب عليك استخدام مقاومات محددة للتيار منفصلة لكل قناة. احسب قيمة المقاومة كـ R = (V_supply- V_F) / I_F. استخدم أقصى V_Fمن ورقة البيانات لتصميم آمن. على سبيل المثال، لقناة الأزرق عند 20mA: R = (5V - 3.1V) / 0.02A = 95 أوم (استخدم 100 أوم).

س2: لماذا يختلف الحد الأقصى لتيار المستمر للأحمر (30mA) عن الأخضر/الأزرق (20mA)؟

ج: هذا يرجع في المقام الأول إلى الاختلافات في الكفاءة الكمية الداخلية والخصائص الحرارية لمواد أشباه الموصلات AlInGaP (الأحمر) و InGaN (الأخضر/الأزرق). يمكن للشريحة الحمراء عادة التعامل مع كثافات تيار أعلى ضمن نفس قيود الحرارة للعبوة.

س3: كيف أحقق ضوءًا أبيض باستخدام LED RGB هذا؟

ج: يتم إنشاء الضوء الأبيض عن طريق قيادة الشرائح الحمراء والخضراء والزرقاء في وقت واحد بنسب تيار محددة. تعتمد النسبة الدقيقة على نقطة البيضاء المطلوبة (مثل الأبيض البارد، الأبيض الدافئ) والفئة المحددة لمصابيح LED المستخدمة. يتطلب هذا المعايرة أو استخدام حلقة تغذية مرتدة بمستشعر لون للحصول على نتائج دقيقة.

س4: ما أهمية رموز الفئات؟

ج: تضمن رموز الفئات اتساق اللون والسطوع. للتطبيقات التي تستخدم عدة مصابيح LED (مثل شريط ضوئي)، فإن تحديد واستخدام مصابيح LED من نفس فئات V_Fو I_Vأمر بالغ الأهمية لتجنب الاختلافات المرئية في درجة اللون أو السطوع بين الأجهزة المتجاورة.

11. حالة استخدام عملية

السيناريو: مؤشر حالة لموجه شبكة

يحتاج مصمم إلى مؤشر حالة متعدد الألوان لموجه يظهر الطاقة (أخضر ثابت)، النشاط (أخضر وامض)، الخطأ (أحمر)، ووضع الإعداد (أزرق). يوفر استخدام LTST-S32F1KT-5A مساحة مقارنة بثلاثة مصابيح LED منفصلة. يسمح التصميم الجانبي الإشعاع بتوصيل الضوء في أنبوب ضوء يمتد إلى اللوحة الأمامية لعلبة الموجه النحيفة. تتحكم دبابيس الإدخال/الإخراج العامة لمتحكم دقيق، كل منها مع مقاومة متسلسلة (محسوبة لقيادة 5-10mA)، في الألوان الفردية. تضمن زاوية الرؤية الواسعة رؤية المؤشر من زوايا مختلفة في الغرفة.

12. مقدمة عن مبدأ التشغيل

مصابيح الثنائيات الباعثة للضوء (LED) هي أجهزة تقاطع p-n شبه موصلة. عند تطبيق جهد أمامي، تتحد الإلكترونات من المنطقة من النوع n مع الفجوات من المنطقة من النوع p داخل الطبقة النشطة، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يتم تحديد الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث من خلال فجوة النطاق الطاقي لمادة أشباه الموصلات. يستخدم LTST-S32F1KT-5A:

- AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم غاليوم):نظام مادة بفجوة نطاق تتوافق مع الضوء الأحمر والعنبر. يوفر كفاءة عالية في الطيف الأحمر-البرتقالي.

- InGaN (نتريد الإنديوم غاليوم):نظام مادة بفجوة نطاق قابلة للضبط قادرة على إشعاع الضوء من الأشعة فوق البنفسجية مرورًا بالأزرق إلى الأخضر، اعتمادًا على محتوى الإنديوم. إنه المعيار لمصابيح LED الزرقاء والخضراء عالية السطوع.

13. اتجاهات التكنولوجيا

المسار العام لمصابيح LED SMD مثل هذا يشمل:

- زيادة الكفاءة:التحسينات المستمرة في النمو الطبقي وتصميم الشريحة تؤدي إلى لومن أعلى لكل واط (lm/W)، مما يقلل استهلاك الطاقة لنفس إخراج الضوء.

- التصغير:الاستمرار في تقليل حجم العبوة مع الحفاظ على القوة البصرية أو زيادتها.

- تحسين تجسيد اللون والاتساق:تسامحات تصنيف أكثر ضيقًا وتقنيات فوسفورية جديدة (لمصابيح LED البيضاء) تنتج نقاط لون أكثر اتساقًا ومؤشر تجسيد لون (CRI) أعلى.

- الذكاء المتكامل:نمو وحدات "LED الذكية" مع قائديين ومتحكمين وواجهات اتصال مدمجة (مثل I2C، SPI) لتبسيط تصميم النظام. بينما LTST-S32F1KT-5A هو مكون منفصل، فإن الصناعة تتجه نحو حلول أكثر تكاملاً للمهام الإضاءة المعقدة.