ورقة بيانات LED LTST-C150KEKT - 3.2x2.8x1.9mm - 2.4V - 75mW - أحمر - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد LTST-C150KEKT LED عالي الأداء مصممًا للتطبيقات التي تتطلب وضوحًا عاليًا وموثوقية. يستخدم شريحة AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم غاليوم)، والمعروفة بكفاءتها الإنارة العالية ونقاء لونها الممتاز، خاصة في الطيف الأحمر. يتم تغليف هذا LED بتنسيق قياسي متوافق مع EIA، مما يجعله مناسبًا لخطوط التجميع الآلي (pick-and-place) الشائعة في التصنيع الإلكتروني بالجملة.

تشمل مجالات التطبيق الرئيسية لهذا المكون مؤشرات الحالة، والإضاءة الخلفية للشاشات الصغيرة، وإضاءة المقصورة الداخلية للسيارات، ومختلف الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية حيث تكون هناك حاجة إلى إشارة حمراء ساطعة ومتسقة. يعطي تصميمه الأولوية للتوافق مع عمليات اللحام الحديثة، مما يضمن قدرته على تحمل الملامح الحرارية لللحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR) أو بالطور البخاري دون تدهور.

2. تحليل متعمق للمعاملات التقنية

2.1 القيم القصوى المطلقة

تحدد هذه القيم الحدود التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يُنصح بتشغيل LED بشكل مستمر عند هذه الحدود أو بالقرب منها.

• تبديد الطاقة (Pd):75 ملي واط. هذه هي أقصى قدرة يمكن لحزمة LED تبديدها كحرارة عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية. تجاوز هذا الحد يعرض تقاطع أشباه الموصلات لخطر ارتفاع درجة الحرارة.
• تيار الأمام المستمر (IF):30 مللي أمبير. أقصى تيار مستمر يمكن تطبيقه بشكل مستمر.
• تيار الأمام الذروي:80 مللي أمبير. هذا مسموح به فقط في ظل ظروف النبض (دورة عمل 1/10، عرض النبضة 0.1 مللي ثانية) لتحقيق إخراج ضوئي أعلى لفترة وجيزة دون ارتفاع درجة الحرارة.
• عامل التخفيض:0.4 مللي أمبير/درجة مئوية. لدرجات الحرارة المحيطة أعلى من 25 درجة مئوية، يجب تقليل أقصى تيار أمامي مستمر مسموح به خطيًا بهذا العامل لمنع الانحراف الحراري.
• الجهد العكسي (VR):5 فولت. تطبيق جهد عكسي أعلى من هذا يمكن أن يعطل تقاطع PN الخاص بـ LED.
• نطاق درجة حرارة التشغيل والتخزين:-55 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية. يشير هذا النطاق الواسع إلى أداء قوي في البيئات القاسية.
• تحمل درجة حرارة اللحام:يمكن لـ LED تحمل 260 درجة مئوية لمدة 5 ثوانٍ (IR/Wave) أو 215 درجة مئوية لمدة 3 دقائق (Vapor Phase)، مما يؤكد ملاءمته لعمليات إعادة التدفق الخالية من الرصاص.

2.2 الخصائص الكهربائية-البصرية

يتم قياس هذه المعلمات عند Ta=25 درجة مئوية مع تيار أمامي (IF) قدره 20 مللي أمبير، وهي حالة الاختبار القياسية.

• شدة الإضاءة (Iv):30.0 - 50.0 ملي كانديلا. يحدد هذا السطوع الملحوظ لـ LED كما تراه العين البشرية (باستخدام مرشح مطابق لـ CIE). القيمة النموذجية هي 50 ملي كانديلا، مما يشير إلى إخراج ساطع جدًا لـ LED مؤشر قياسي.
• زاوية الرؤية (2θ1/2):130 درجة. هذه زاوية رؤية واسعة جدًا، مما يعني أن LED يشع الضوء على مخروط واسع. الشدة عند نصف الزاوية (65° خارج المحور) هي 50% من الشدة المحورية (المركزية).
• طول موجة الانبعاث الذروي (λPeak):632 نانومتر (نموذجي). هذا هو الطول الموجي الذي يكون عنده ناتج القدرة الطيفية أعلى ما يمكن. يقع ضمن المنطقة الحمراء من الطيف المرئي.
• الطول الموجي السائد (λd):624 نانومتر (نموذجي). هذا مشتق من مخطط لونية CIE ويمثل الطول الموجي الفردي الذي يصف بشكل أفضل اللون الملحوظ للضوء. الفرق بين طول الموجة الذروي والطول الموجي السائد هو سمة لشكل الطيف لـ LED.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):20 نانومتر. يقيس هذا نقاء الطيف، مشيرًا إلى نطاق الأطوال الموجية المنبعثة عند 50% من شدة الذروة. قيمة 20 نانومتر نموذجية لـ LED أحادي اللون من نوع AlInGaP.
• جهد الأمام (VF):2.0 فولت (الحد الأدنى) - 2.4 فولت (نموذجي) عند IF=20mA. هذا هو انخفاض الجهد عبر LED أثناء التشغيل. وهو أمر بالغ الأهمية لتصميم المقاوم المحدد للتيار في دائرة القيادة.
• التيار العكسي (IR):100 ميكرو أمبير (الحد الأقصى) عند VR=5V. هذا هو تيار التسرب الصغير الذي يتدفق عندما يكون LED متحيزًا عكسيًا ضمن أقصى تصنيف له.
• السعة (C):40 بيكو فاراد (نموذجي) عند VF=0V، f=1MHz. هذه هي سعة التقاطع، والتي يمكن أن تكون ذات صلة في تطبيقات التبديل عالية التردد.

3. تحليل منحنيات الأداء

بينما لا يتم تفصيل رسوم بيانية محددة في النص المقدم، فإن المنحنيات النموذجية لمثل هذا LED ستشمل:

• منحنى IV (التيار مقابل الجهد):يوضح العلاقة الأسية بين جهد الأمام والتيار. جهد الركبة حوالي 2.0 فولت، وبعد ذلك يزداد التيار بسرعة مع زيادات صغيرة في الجهد.
• شدة الإضاءة مقابل تيار الأمام:يوضح أن ناتج الضوء يتناسب تقريبًا مع تيار الأمام حتى نقطة معينة، وبعدها قد تنخفض الكفاءة بسبب التسخين.
• شدة الإضاءة مقابل درجة الحرارة المحيطة:يوضح تخفيض ناتج الضوء مع زيادة درجة الحرارة المحيطة. عادةً ما يكون لـ LEDs من نوع AlInGaP أداء جيد في درجات الحرارة المرتفعة مقارنة بتقنيات أخرى.
• التوزيع الطيفي:رسم بياني للشدة النسبية مقابل الطول الموجي، يظهر ذروة عند 632 نانومتر ونصف عرض 20 نانومتر، مما يؤكد ناتج اللون الأحمر الأحادي.

4. معلومات الميكانيكا والتغليف

4.1 أبعاد العبوة

يأتي LED في عبوة سطحية قياسية. تشمل الأبعاد الرئيسية (بالمليمتر) حجم الجسم وتباعد الأطراف المتوافق مع التجميع الآلي. العدسة شفافة تمامًا، مما يزيد من ناتج الضوء إلى أقصى حد عن طريق تقليل الامتصاص الداخلي.

4.2 تحديد القطبية وتصميم الوسادة

عادةً ما يتم تمييز الكاثود على العبوة. تتضمن ورقة البيانات أبعاد وسادة اللحام المقترحة لضمان وصلة لحام موثوقة، ومحاذاة صحيحة، وتخفيف حراري كافٍ أثناء لحام إعادة التدفق.

4.3 التغليف بالشريط والبكرة

يتم توريد المكونات على شريط بعرض 8 مم ملفوف على بكرات قطرها 7 بوصات (178 مم). تحتوي كل بكرة على 3000 قطعة. هذا التغليف متوافق مع معايير ANSI/EIA 481-1-A-1994، مما يضمن التوافق مع مغذيات الأتمتة القياسية. يستخدم الشريط غطاء علوي لإغلاق الجيوب الفارغة والحفاظ على اتجاه المكون.

5. إرشادات اللحام والتجميع

5.1 ظروف لحام إعادة التدفق

يتم تأهيل LED لعمليات اللحام الخالية من الرصاص. يبلغ ذروة الملف الحراري الموصى به 260 درجة مئوية لمدة 5 ثوانٍ للحام بالأشعة تحت الحمراء أو الموجة، و 215 درجة مئوية لمدة 3 دقائق للحام بالطور البخاري. من الأهمية بمكان اتباع هذه الملامح الحرارية لتجنب إتلاف عدسة الإيبوكسي أو روابط الأسلاك الداخلية بسبب الإجهاد الحراري المفرط.

5.2 التنظيف

إذا كان التنظيف ضروريًا بعد اللحام، فيجب استخدام المذيبات المحددة فقط. توصي ورقة البيانات بغمر LED في كحول الإيثيل أو كحول الأيزوبروبيل في درجة الحرارة العادية لأقل من دقيقة واحدة. يمكن أن يؤدي استخدام مواد كيميائية غير محددة أو قوية إلى إتلاف العبوة البلاستيكية، مما يؤدي إلى التشقق أو تغير اللون.

5.3 ظروف التخزين

يجب تخزين المكونات في أكياس الحاجز الرطوبة الأصلية في درجات حرارة بين -55 درجة مئوية و +85 درجة مئوية وفي رطوبة منخفضة لمنع امتصاص الرطوبة، مما قد يسبب \"انفجار\" أثناء لحام إعادة التدفق.

6. اقتراحات التطبيق واعتبارات التصميم

6.1 دوائر التطبيق النموذجية

طريقة القيادة الأكثر شيوعًا هي مقاوم متسلسل بسيط. يتم حساب قيمة المقاومة (R) باستخدام قانون أوم: R = (Vcc - VF) / IF، حيث Vcc هو جهد التغذية، VF هو جهد الأمام لـ LED (استخدم 2.4V هامش تصميم)، و IF هو تيار الأمام المطلوب (مثلاً 20mA). لتغذية 5V: R = (5 - 2.4) / 0.02 = 130 أوم. سيكون المقاوم القياسي 130 أو 150 أوم مناسبًا. للسطوع الثابت عبر نطاق من جهود التغذية أو درجات الحرارة، يوصى باستخدام محرك تيار ثابت.

6.2 إدارة الحرارة

على الرغم من أن تبديد الطاقة منخفض (75mW كحد أقصى)، إلا أن التصميم الحراري المناسب لا يزال مهمًا لطول العمر والأداء المستقر، خاصة عند التشغيل في درجات حرارة محيطة عالية أو بالقرب من أقصى تيار. تأكد من أن اللوحة PCB بها مساحة نحاسية كافية متصلة بوسادة الحرارة الخاصة بـ LED (إن وجدت) أو الأطراف لتعمل كمشتت حراري. اتبع إرشاد تخفيض التيار البالغ 0.4 مللي أمبير/درجة مئوية فوق 25 درجة مئوية.

6.3 الاعتبارات البصرية

تجعل زاوية الرؤية الواسعة البالغة 130 درجة هذا LED مثاليًا للتطبيقات التي تحتاج فيها إلى رؤية المؤشر من مجموعة واسعة من المواضع. للحصول على ضوء أكثر توجيهًا، يمكن استخدام عدسات خارجية أو أنابيب ضوئية. توفر العدسة الشفافة تمامًا أعلى ناتج ضوئي ممكن ولكن قد تظهر كمصدر نقطي ساطع؛ تتوفر عدسات منتشرة في متغيرات أخرى إذا كان المظهر الأكثر تجانسًا مطلوبًا.

7. المقارنة التقنية والتمييز

المميزات الرئيسية لـ LTST-C150KEKT هي تقنية AlInGaP ودرجة السطوع العالية. مقارنة بـ LEDs الحمراء القديمة من نوع GaAsP (فوسفيد زرنيخيد الغاليوم)، تقدم AlInGaP كفاءة إنارة أعلى بكثير، مما يعني ناتج ضوئي أكثر لنفس قدرة الإدخال الكهربائي. كما تحافظ على لونها وكثافتها بشكل أفضل في درجات الحرارة المرتفعة. تجعل زاوية الرؤية الواسعة والتوافق مع عمليات اللحام الآلي عالية الحرارة منه خيارًا حديثًا وفعالاً من حيث التكلفة للإلكترونيات المنتجة بكميات كبيرة.

8. الأسئلة الشائعة (FAQ)

س: هل يمكنني تشغيل هذا LED مباشرة من دبوس متحكم دقيق 3.3V؟

ج: ربما، لكن ذلك يعتمد على قدرة دبوس المتحكم الدقيق على توفير التيار. جهد الأمام VF لـ LED هو ~2.4V، مما يترك فقط 0.9V عبر المقاوم المحدد للتيار عند 3.3V. لتحقيق 20mA، يجب أن تكون المقاومة 45 أوم (0.9V/0.02A). تحقق مما إذا كان دبوس المتحكم الدقيق الخاص بك يمكنه توفير 20mA. غالبًا ما يكون ترانزستور المخزن المؤقت (buffer transistor) حلاً أكثر أمانًا وموثوقية.

س: ما الفرق بين الطول الموجي الذروي والطول الموجي السائد؟

ج: الطول الموجي الذروي هو الذروة الفيزيائية لطيف الضوء المنبعث. الطول الموجي السائد هو قيمة محسوبة تعتمد على إدراك اللون البشري (مخطط CIE) والتي تطابق بشكل أفضل اللون الملحوظ. غالبًا ما يكونان متقاربين ولكن ليسا متطابقين، خاصة إذا لم يكن الطيف متماثلًا تمامًا.

س: كيف أفسر القيم \"النموذجية\" في ورقة البيانات؟

ج: تمثل القيم \"النموذجية\" الأداء الأكثر شيوعًا أو المتوقع في ظل الظروف المحددة. لا يتم ضمانها. لأغراض التصميم، استخدم دائمًا حدود \"الحد الأدنى\" و \"الحد الأقصى\" لضمان أن دارتك ستعمل بشكل صحيح عبر جميع الاختلافات المحتملة للمكون.

9. أمثلة عملية للتصميم والاستخدام

المثال 1: مؤشر حالة على مصدر طاقة:استخدم LED مع مقاوم 150 أوم على التوالي متصل بخط 5V. يضمن سطوعه العالي وضوح الرؤية حتى في البيئات المضاءة جيدًا. تسمح زاوية الرؤية الواسعة برؤية الحالة من زوايا مختلفة في رف أو على منضدة.

المثال 2: إضاءة خلفية لوحة مفاتيح غشائية:يمكن ترتيب عدة LEDs خلف لوحة شفافة. يضمن اللون المتسق (الطول الموجي السائد 624 نانومتر) والسطوع إضاءة موحدة. يسمح التوافق مع لحام إعادة التدفق بلحام جميع LEDs والمكونات السطحية الأخرى في خطوة واحدة، مما يقلل من تكلفة التجميع.

10. مقدمة عن مبدأ التشغيل

LED هو ثنائي أشباه الموصلات. عندما يتم تطبيق جهد أمامي عبر تقاطع PN الخاص به، تندمج الإلكترونات من المادة من النوع N مع الفجوات من المادة من النوع P في المنطقة النشطة. يطلق هذا الاندماج الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يتم تحديد الطول الموجي (اللون) المحدد للضوء بواسطة طاقة فجوة النطاق لمادة أشباه الموصلات. تمتلك AlInGaP فجوة نطاق تتوافق مع الضوء الأحمر والبرتقالي والأصفر. تعمل عبوة الإيبوكسي الشفافة تمامًا كعدسة، تشكل ناتج الضوء وتحمي شريحة أشباه الموصلات الدقيقة.

11. اتجاهات التكنولوجيا

الاتجاه في LEDs المؤشر مثل هذا هو نحو كفاءة أعلى دائمًا (المزيد من لومن لكل واط)، مما يسمح بنفس السطوع عند تيار أقل، مما يوفر الطاقة ويقلل الحرارة. هناك أيضًا اتجاه نحو التصغير مع الحفاظ على الأداء البصري أو تحسينه. علاوة على ذلك، فإن تعزيز الموثوقية والتأهيل الأوسع لنطاقات درجة حرارة السيارات والصناعية هي أهداف شائعة. يمثل استخدام مواد مثل AlInGaP تحولًا مستمرًا من التقنيات القديمة الأقل كفاءة لتوفير أداء أفضل في عبوات قياسية.