ورقة بيانات ثنائي LTST-C191KFKT البرتقالي SMD LED - الأبعاد 1.6x0.8x0.55mm - الجهد 2.4V - الطاقة 75mW - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

ثنائي LTST-C191KFKT هو ثنائي باعث للضوء (LED) من نوع السطح (SMD) مصمم للتطبيقات الإلكترونية الحديثة المحدودة المساحة. ينتمي إلى فئة ثنائيات LED الرقيقة للغاية، حيث يتميز بارتفاع منخفض بشكل ملحوظ يبلغ 0.55 مليمتر فقط. هذا يجعله خيارًا مثاليًا لمؤشرات الإضاءة الخلفية، وأضواء الحالة، والإضاءة الزخرفية في الإلكترونيات الاستهلاكية النحيفة، وداخل السيارات، والأجهزة المحمولة حيث تكون المساحة الرأسية محدودة.

يستخدم الثنائي مادة أشباه الموصلات AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم الغاليوم) لمنطقة إصدار الضوء. تشتهر هذه التقنية بإنتاج ضوء عالي الكفاءة في الطيف من الكهرماني إلى البرتقالي المحمر مع سطوع ممتاز واستقرار لوني. الجهاز مغلف بعلبة عدسة شفافة تمامًا تسمح بإخراج ضوء عالي وزاوية مشاهدة واسعة. وهو متوافق تمامًا مع توجيهات RoHS (تقييد المواد الخطرة)، مما يصنفه كمنتج صديق للبيئة مناسب للأسواق العالمية ذات اللوائح البيئية الصارمة.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

تنبع المزايا الأساسية لهذا الثنائي من الجمع بين التصغير والأداء. المظهر الفائق الرقة 0.55 مم هو أبرز ميزاته، مما يتيح التكامل في تصميم منتجات لا يمكن للثنائيات التقليدية أن تتسع فيها. على الرغم من صغر حجمه، فإنه يوفر شدة إضاءة عالية، حيث تصل القيم النموذجية إلى 90 ميللي كانديلا (mcd). العلبة تتوافق مع الأبعاد القياسية لـ EIA (تحالف الصناعات الإلكترونية)، مما يضمن التوافق مع مجموعة واسعة من معدات اللصق والوضع الآلي المستخدمة في التصنيع بكميات كبيرة. علاوة على ذلك، تم تصميمه لتحمل عمليات اللحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR)، وهي الطريقة القياسية لتجميع مكونات السطح على لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs). يستهدف هذا المزيج أسواقًا تشمل الإلكترونيات الاستهلاكية (الهواتف الذكية، الأجهزة اللوحية، الأجهزة القابلة للارتداء)، وإضاءة لوحة القيادة وألواح التحكم في السيارات، وألواح التحكم الصناعية، وتطبيقات المؤشرات العامة التي تتطلب مصادر ضوء مدمجة، ساطعة، وموثوقة.

2. المعلمات التقنية: تفسير موضوعي متعمق

يقدم هذا القسم تحليلاً مفصلاً للمعلمات الكهربائية والبصرية والحرارية التي تحدد حدود تشغيل الثنائي وأدائه.

2.1 التقييمات القصوى المطلقة

تحدد هذه التقييمات الحدود التي إذا تم تجاوزها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يُقصد بها التشغيل العادي.

• تبديد الطاقة (Pd):75 ملي واط. هذه هي أقصى كمية من الطاقة يمكن للعلبة تبديدها كحرارة دون تدهور أدائها أو عمرها الافتراضي. تجاوز هذا الحد يعرض تقاطع أشباه الموصلات لخطر ارتفاع درجة الحرارة.
• تيار الأمام المستمر (IF):30 ملي أمبير. أقصى تيار أمامي مستمر يمكن تطبيقه على الثنائي في ظل ظروف التيار المستمر.
• تيار الأمام الذروي:80 ملي أمبير. يُسمح بهذا التيار الأعلى فقط في ظل ظروف النبض، تحديدًا بدورة عمل 1/10 وعرض نبضة 0.1 مللي ثانية. هذا التقييم ذو صلة بتطبيقات التعدد أو تخفيف السطوع بتعديل عرض النبضة (PWM).
• نطاق درجة حرارة التشغيل:من -30°C إلى +85°C. نطاق درجة الحرارة المحيطة الذي يُضمن فيه عمل الثنائي وفقًا لمواصفاته.
• نطاق درجة حرارة التخزين:من -40°C إلى +85°C. نطاق درجة الحرارة لتخزين الجهاز عندما لا يكون قيد التشغيل.
• ظروف اللحام بالأشعة تحت الحمراء:260°C لمدة 10 ثوانٍ. هذا يحدد درجة الحرارة القصوى ومنحنى الوقت الذي يمكن للثنائي تحمله أثناء عملية اللحام بإعادة التدفق الخالي من الرصاص دون تلف.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

يتم قياس هذه المعلمات عند درجة حرارة محيطة قياسية تبلغ 25°C وتحدد الأداء النموذجي للجهاز.

• شدة الإضاءة (Iv):45.0 (الحد الأدنى)، 90.0 (النموذجي) ميللي كانديلا عند IF=20mA. يقيس هذا السطوع الملحوظ للثنائي كما تراه العين البشرية. النطاق الواسع يشير إلى استخدام نظام تصنيف (انظر القسم 3).
• زاوية المشاهدة (2θ1/2):130 درجة (النموذجي). هذه هي الزاوية الكاملة التي تنخفض عندها شدة الإضاءة إلى نصف قيمتها عند المحور المركزي (0 درجة). تشير زاوية 130 درجة إلى نمط انبعاث ضوئي واسع جدًا ومنتشر مناسب للإضاءة المساحية أو المؤشرات ذات المشاهدة الواسعة.
• طول موجة الانبعاث الذروي (λP):611 نانومتر (النموذجي). الطول الموجي المحدد الذي يكون فيه ناتج الطاقة البصرية للثنائي في أقصى حد. بالنسبة لهذا الثنائي البرتقالي، يقع في الجزء البرتقالي المحمر من الطيف المرئي.
• الطول الموجي السائد (λd):605 نانومتر (النموذجي). هذا مشتق من مخطط لونية CIE ويمثل الطول الموجي الفردي الذي يصف بشكل أفضل اللون الملحوظ للضوء. إنه المعلمة الرئيسية لتحديد اللون.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):17 نانومتر (النموذجي). يشير هذا إلى نقاء الطيف أو عرض النطاق الترددي للضوء المنبعث. قيمة 17 نانومتر نموذجية لثنائيات AlInGaP وتنتج لونًا برتقاليًا مشبعًا.
• جهد الأمام (VF):2.0 (الحد الأدنى)، 2.4 (النموذجي) فولت عند IF=20mA. انخفاض الجهد عبر الثنائي عندما يمرر التيار المحدد. هذا أمر بالغ الأهمية لتصميم دائرة تحديد التيار.
• تيار العكس (IR):10 ميكرو أمبير (الحد الأقصى) عند VR=5V. تيار التسرب الصغير الذي يتدفق عند تطبيق جهد عكسي. تجاوز أقصى جهد عكسي (غير محدد، ولكن عادةً حوالي 5 فولت) يمكن أن يسبب تلفًا فوريًا.

3. شرح نظام التصنيف

لضمان الاتساق في الإنتاج الضخم، يتم فرز الثنائيات إلى فئات أداء. توفر ورقة البيانات قائمة رموز تصنيف خاصة بشدة الإضاءة.

3.1 تصنيف شدة الإضاءة

يتم قياس الشدة في ظروف الاختبار القياسية لتيار أمامي 20 ملي أمبير. يتم تعريف الفئات على النحو التالي:

• رمز الفئة P:45.0 ميللي كانديلا (الحد الأدنى) إلى 71.0 ميللي كانديلا (الحد الأقصى)
• رمز الفئة Q:71.0 ميللي كانديلا (الحد الأدنى) إلى 112.0 ميللي كانديلا (الحد الأقصى)
• رمز الفئة R:112.0 ميللي كانديلا (الحد الأدنى) إلى 180.0 ميللي كانديلا (الحد الأقصى)
• رمز الفئة S:180.0 ميللي كانديلا (الحد الأدنى) إلى 280.0 ميللي كانديلا (الحد الأقصى)

يتم تطبيق تسامح +/-15% على كل فئة شدة. هذا يعني أن الثنائي المسمى بالفئة Q يمكن أن يكون له شدة فعلية بين حوالي 60.4 ميللي كانديلا و 128.8 ميللي كانديلا. يجب على المصممين مراعاة هذا الاختلاف عند تحديد مستويات السطوع لتطبيقهم، وغالبًا ما يصممون للقيمة الدنيا للفئة المختارة لضمان الأداء.

4. تحليل منحنى الأداء

بينما يتم الإشارة إلى منحنيات رسومية محددة في ورقة البيانات (مثل الشكل 1، الشكل 6)، يمكن وصف سلوكها النموذجي بناءً على التقنية.

4.1 خاصية التيار مقابل الجهد (I-V)

مثل جميع الثنائيات، يحتوي الثنائي على منحنى I-V غير خطي. تحت عتبة جهد الأمام (حوالي 1.8-2.0 فولت لـ AlInGaP)، يتدفق تيار قليل جدًا. مع اقتراب الجهد وتجاوزه لـ VF (2.4 فولت نموذجيًا)، يزداد التيار بشكل أسي. هذا هو السبب في أنه يجب تشغيل الثنائيات بواسطة مصدر تيار أو عبر مصدر جهد مع مقاوم محدد للتيار على التوالي؛ يمكن أن يؤدي تغيير صغير في الجهد إلى تغيير كبير، وربما مدمر، في التيار.

4.2 شدة الإضاءة مقابل تيار الأمام

ناتج الضوء (شدة الإضاءة) يتناسب تقريبًا مع تيار الأمام على مدى كبير. ومع ذلك، قد تنخفض الكفاءة عند التيارات العالية جدًا بسبب زيادة توليد الحرارة داخل الشريحة. حالة الاختبار المقدرة 20 ملي أمبير هي نقطة قياسية توازن بين السطوع والكفاءة والموثوقية.

4.3 الاعتماد على درجة الحرارة

أداء الثنائيات حساس لدرجة الحرارة. مع زيادة درجة حرارة التقاطع:

• جهد الأمام (VF):ينخفض قليلاً.
• شدة الإضاءة (Iv):تنخفض. تظهر ثنائيات AlInGaP تثبيطًا حراريًا أقل من بعض الأنواع الأخرى، ولكن الناتج لا يزال ينخفض مع ارتفاع درجة الحرارة.
• الطول الموجي السائد (λd):قد يتحول قليلاً، عادةً إلى أطوال موجية أطول (انزياح نحو الأحمر).

الإدارة الحرارية المناسبة في تصميم التطبيق ضرورية للحفاظ على لون وسطوع ثابتين طوال عمر المنتج.

5. المعلومات الميكانيكية والتغليف

يستخدم LTST-C191KFKT تنسيق علبة ثنائي LED شريحي قياسي.

5.1 أبعاد العلبة

الأبعاد الرئيسية هي: الطول: 1.6 مم، العرض: 0.8 مم، الارتفاع: 0.55 مم. جميع التسامحات هي عادةً ±0.10 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. تحتوي العلبة على طرفين معدنيين (أنود وكاثود) في الأسفل للحام. عادةً ما يُشار إلى القطبية بواسطة علامة على الجزء العلوي من العلبة أو زاوية مشطوفة.

5.2 تخطيط وسادة اللحام المقترح

تتضمن ورقة البيانات تصميمًا موصى به لنمط الأرضية (وسادة اللحام) لـ PCB. اتباع هذا الإرشاد أمر بالغ الأهمية لتحقيق وصلات لحام موثوقة، ومنع ظاهرة "شاهد القبر" (حيث يرتفع أحد الطرفين)، وضمان المحاذاة الصحيحة أثناء التجميع الآلي. يأخذ تصميم الوسادة في الاعتبار حشوة اللحام اللازمة ويمنع الجسر اللحامي بين الطرفين المتقاربين.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 منحنى لحام إعادة التدفق

الثنائي متوافق مع عمليات لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR)، وهي القياسية لتجميع SMD. يتم توفير منحنى مقترح، متوافق مع معايير JEDEC للقصدير الخالي من الرصاص (SnAgCu). تشمل المعلمات الرئيسية:

• التسخين المسبق:150-200°C لتسخين اللوحة والمكونات تدريجيًا، وتنشيط المادة المساعدة وتقليل الصدمة الحرارية.
• وقت التسخين المسبق:120 ثانية كحد أقصى.
• درجة الحرارة القصوى:260°C كحد أقصى.
• الوقت فوق السائل:الوقت الذي يكون فيه اللحام منصهرًا، عادةً 60-90 ثانية، مع ذروة 10 ثوانٍ كحد أقصى عند 260°C.

يجب توصيف المنحنى لتصميم PCB المحدد، ومعجون اللحام، والفرن المستخدم.

6.2 اللحام اليدوي

إذا كان اللحام اليدوي ضروريًا، فيجب توخي الحذر الشديد:

• درجة حرارة مكواة اللحام:300°C كحد أقصى.
• وقت اللحام:3 ثوانٍ كحد أقصى لكل وصلة.
• الحد:يوصى بدورة لحام واحدة فقط لمنع التلف الحراري للعلبة البلاستيكية والروابط السلكية الداخلية.

6.3 التنظيف

يجب استخدام مواد التنظيف المحددة فقط. قد تتلف المواد الكيميائية غير المحددة العدسة البلاستيكية أو مادة التغليف الإيبوكسية. إذا كان التنظيف مطلوبًا بعد اللحام، يوصى بالغمر في الكحول الإيثيلي أو كحول الأيزوبروبيل في درجة الحرارة العادية لأقل من دقيقة واحدة.

6.4 التخزين والتعامل

الثنائيات أجهزة حساسة للرطوبة (MSD). العلبة مغلقة بمادة مجففة. بمجرد الفتح، يجب استخدام المكونات خلال 672 ساعة (28 يومًا) تحت رطوبة محكومة (<60% RH) أو خبزها قبل الاستخدام لإزالة الرطوبة الممتصة، والتي يمكن أن تسبب "انفجار الفشار" (تشقق العلبة) أثناء إعادة التدفق. احتياطات ESD (التفريغ الكهروستاتيكي) المناسبة، مثل استخدام أساور المعصم الموصولة بالأرض ومحطات العمل، إلزامية لمنع التلف من الكهرباء الساكنة.

7. التغليف ومعلومات الطلب

7.1 مواصفات الشريط والبكرة

يتم توريد الثنائيات في شريط ناقل بارز قياسي في الصناعة على بكرات قطر 7 بوصات (178 مم) لتسهيل التجميع الآلي.

• تباعد الجيوب:شريط قياسي 8 مم.
• الكمية لكل بكرة:5000 قطعة.
• الحد الأدنى لكمية الطلب (MOQ):500 قطعة للكميات المتبقية.
• شريط الغطاء:يتم إغلاق الجيوب الفارغة بشريط غطاء علوي.
• المصابيح المفقودة:يُسمح بحد أقصى ثنائيين متتاليين مفقودين وفقًا للمواصفة (ANSI/EIA 481).

8. اقتراحات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

• مؤشرات الحالة:مؤشرات الطاقة، الاتصال، شحن البطارية، والوضع في أجهزة الكمبيوتر المحمولة والأجهزة اللوحية والهواتف الذكية فائقة الرقة.
• الإضاءة الخلفية:إضاءة مفاتيح الغشاء، لوحات المفاتيح، والرموز على لوحات قيادة السيارات، وألواح التحكم الصناعية، والأجهزة الطبية.
• الإضاءة الزخرفية:إضاءة بارزة في الإلكترونيات الاستهلاكية حيث يكون الشكل النحيف ضروريًا.

8.2 اعتبارات التصميم

• تشغيل التيار:الثنائيات أجهزة تعمل بالتيار. استخدم دائمًا مقاوم محدد للتيار على التوالي عند التشغيل من مصدر جهد. يمكن حساب قيمة المقاومة باستخدام قانون أوم: R = (Vcc - VF) / IF، حيث Vcc هو جهد الإمداد، VF هو جهد أمامي الثنائي، وIF هو تيار الأمام المطلوب (مثل 20 ملي أمبير).
• التوصيل على التوازي:تجنب توصيل عدة ثنائيات مباشرة على التوازي من مصدر تيار واحد. يمكن أن تسبب الاختلافات الصغيرة في VF بين الثنائيات الفردية اختلالًا شديدًا في التيار، حيث يستهلك ثنائي واحد معظم التيار وربما يتعطل. استخدم مقاومًا محددًا للتيار منفصلاً لكل ثنائي أو دوائر IC سائق LED مخصصة بقنوات متعددة.
• الإدارة الحرارية:تأكد من أن تخطيط PCB يوفر تخفيفًا حراريًا كافيًا. على الرغم من أن الطاقة منخفضة (75 ملي واط كحد أقصى)، فإن التشغيل المستمر في درجات حرارة محيطة عالية يمكن أن يقلل من ناتج الضوء والعمر الافتراضي. تجنب وضع الثنائي بالقرب من مكونات أخرى تولد الحرارة.

9. المقارنة التقنية والتمييز

يتمثل التمييز الأساسي لـ LTST-C191KFKT في مظهره الفائق الرقة 0.55 مم. مقارنة بثنائيات LED ذات العلبة القياسية 0603 أو 0402 والتي يبلغ ارتفاعها عادةً 0.6-0.8 مم، يوفر هذا الجهاز انخفاضًا في الارتفاع بنسبة ~30%. هذه ميزة حاسمة في الاتجاه نحو المنتجات الإلكترونية الأكثر رقة. يوفر استخدامه لتقنية AlInGaP كفاءة أعلى واستقرار لوني أفضل في النطاق البرتقالي/الكهرماني مقارنة بالتقنيات الأقدم مثل GaAsP. علاوة على ذلك، فإن توافقه مع عمليات إعادة التدفق IR القياسية وعمليات اللصق والوضع يعني أنه يمكن دمجه في خطوط التصنيع عالية الحجم الحالية دون الحاجة إلى معدات أو إجراءات خاصة، على عكس بعض المكونات الفائقة الرقة المتخصصة.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

10.1 هل يمكنني تشغيل هذا الثنائي عند 30 ملي أمبير بشكل مستمر؟

بينما التقييم الأقصى المطلق لتيار الأمام المستمر هو 30 ملي أمبير، فإن حالة الاختبار القياسية ونقطة التشغيل النموذجية هي 20 ملي أمبير. التشغيل عند 30 ملي أمبير بشكل مستمر سيولد المزيد من الحرارة، مما قد يقلل من الكفاءة الضوئية والموثوقية طويلة المدى. يُوصى عمومًا بالتصميم لـ 20 ملي أمبير أو أقل للحصول على أفضل أداء وعمر افتراضي.

10.2 لماذا يوجد نطاق واسع جدًا في مواصفة شدة الإضاءة (45-280 ميللي كانديلا)؟

يمثل هذا النطاق الانتشار الكلي عبر جميع رموز الفئات (من P إلى S). سيتم طلب محدد لفئة واحدة (مثل الفئة Q: 71-112 ميللي كانديلا). يسمح نظام التصنيف للمصنعين بفرز الأجزاء حسب الأداء، مما يمكن العملاء من اختيار درجة السطوع التي تناسب تطبيقهم ومتطلبات التكلفة. حدد دائمًا رمز الفئة المطلوب عند الطلب.

10.3 ما الفرق بين الطول الموجي الذروي (611 نانومتر) والطول الموجي السائد (605 نانومتر)؟

الطول الموجي الذروي (λP) هو الطول الموجي الفيزيائي حيث يكون ناتج الطاقة البصرية في أعلى مستوى. الطول الموجي السائد (λd) هو قيمة محسوبة بناءً على إدراك اللون البشري (مخطط CIE) والتي تطابق بشكل أفضل اللون الملحوظ. بالنسبة لمصدر أحادي اللون مثل الثنائي، غالبًا ما يكونان متقاربين، لكن λd هو المعلمة القياسية المستخدمة لتحديد لون الثنائي لأغراض التصميم.

11. حالة تصميم واستخدام عملية

السيناريو: تصميم مؤشر حالة لمكبر صوت بلوتوث نحيف.يتطلب التصميم ثنائي LED برتقالي منخفض الطاقة للإشارة إلى وضع الاقتران. المساحة المتاحة خلف الشبكة الأمامية هي 0.6 مم فقط. لن يتسع ثنائي LED قياسي. تم اختيار LTST-C191KFKT بارتفاع 0.55 مم. تستخدم الدائرة دبوس GPIO لوحدة تحكم دقيقة بجهد 3.3 فولت. يتم حساب المقاوم على التوالي: R = (3.3V - 2.4V) / 0.020A = 45 أوم. تم اختيار مقاوم قياسي 47 أوم، مما ينتج عنه تيار ~19 ملي أمبير. تم تصميم نمط أرضية PCB وفقًا لتوصية ورقة البيانات. يتم وضع الثنائي في موقع به حد أدنى من الحرارة من IC مضخم الصوت. رمز الفئة المختار هو "Q" لضمان تحقيق سطوع كافٍ حتى في الطرف الأدنى من نطاق الفئة. يستخدم التجميع منحنى إعادة تدفق خالي من الرصاص قياسي بدرجة حرارة قصوى 250°C.

12. مقدمة عن مبدأ التشغيل

الثنائي هو ثنائي تقاطع p-n أشباه الموصلات. عند تطبيق جهد أمامي، يتم حقق الإلكترونات من المنطقة من النوع n والفجوات من المنطقة من النوع p في منطقة التقاطع (الطبقة النشطة المصنوعة من AlInGaP). عندما تتحد هذه الإلكترونات والفجوات مرة أخرى، فإنها تطلق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). الطول الموجي المحدد (اللون) للضوء المنبعث يتحدد بفجوة النطاق الطاقي لمادة أشباه الموصلات المستخدمة في الطبقة النشطة. AlInGaP له فجوة نطاق تتوافق مع الضوء في الأجزاء الحمراء والبرتقالية والكهرمانية والصفراء من الطيف. عدسة الإيبوكس الشفافة تغلف الشريحة، وتوفر الحماية الميكانيكية، وتشكل حزمة إخراج الضوء.

13. اتجاهات التكنولوجيا

يستمر اتجاه ثنائيات LED المؤشر والإضاءة الخلفية نحو مزيد من التصغير، وكفاءة أعلى (مزيد من ناتج الضوء لكل واط كهربائي)، وتحسين تجسيد اللون والاتساق. هناك أيضًا دافع نحو التكامل، مثل ثنائيات LED ذات المقاومات المحددة للتيار المدمجة أو دوائر IC السائق. بالنسبة للتطبيقات فائقة الرقة، تمثل ثنائيات LED ذات علبة مقياس الشريحة (CSP)، والتي هي في الأساس القالب شبه الموصل العاري مع طلاء واقي، الحد التالي في تقليل حجم وارتفاع العلبة. ومع ذلك، تقدم أجهزة مثل LTST-C191KFKT توازنًا ممتازًا بين التصغير الشديد، والقابلية للتصنيع، والموثوقية، والتكلفة لمجموعة واسعة من التطبيقات الحالية.