ورقة بيانات LED طراز LTST-C171KGKT - ارتفاع 0.8 مم - جهد أمامي 2.4 فولت - لون أخضر - قدرة 75 ميغاواط - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد LTST-C171KGKT ثنائي باعث للضوء (LED) من نوع جهاز السطح المُركب (SMD)، مُصمم للتطبيقات الإلكترونية الحديثة ذات المساحة المحدودة. ينتمي إلى عائلة مصابيح LED الرقيقة جدًا، حيث يتميز بارتفاع منخفض بشكل ملحوظ يبلغ 0.80 مم فقط. مما يجعله خيارًا مثاليًا لمؤشرات الإضاءة الخلفية، وأضواء الحالة، والإضاءة الزخرفية في الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية النحيفة، ولوحات عدادات السيارات، والأجهزة المحمولة حيث يُعد ارتفاع المكون عاملاً تصميميًا حاسمًا.

يستخدم هذا الثنائي الباعث للضوء شريحة أشباه الموصلات من نوع فوسفيد الألومنيوم إنديوم جاليوم (AlInGaP)، وهي تقنية معروفة بإنتاج ضوء عالي الكفاءة في الطيف من اللون الكهرماني إلى الأخضر. هذا الطراز المحدد يُصدر ضوءًا أخضر. يتوافق تصميمه ومواده مع توجيهات RoHS (تقييد المواد الخطرة)، مما يصنفه كمنتج صديق للبيئة مناسب للأسواق العالمية ذات اللوائح البيئية الصارمة.

يتم تعبئة المكون على شريط بعرض 8 مم وتوريده على بكرات بقطر 7 بوصات، وهو متوافق تمامًا مع معدات التجميع الآلي عالية السرعة (pick-and-place). كما أنه مُصمم ليتحمل عمليات اللحام القياسية بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR) والطور البخاري، مما يسهل الإنتاج الضخم الفعال والموثوق.

2. الغوص العميق في المواصفات الفنية

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد هذه القيم الحدود القصوى للإجهاد التي إذا تم تجاوزها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يُنصح بالتشغيل عند هذه الحدود أو بالقرب منها لفترات طويلة.

• تبديد الطاقة (Pd):75 ميغاواط. هذه هي أقصى قدرة إجمالية يمكن لحزمة LED تبديدها كحرارة عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية.
• التيار الأمامي المستمر (IF):30 مللي أمبير. أقصى تيار أمامي مستمر يمكن تطبيقه.
• تيار الذروة الأمامي:80 مللي أمبير. هذا مسموح به فقط في ظل ظروف النبض (دورة عمل 1/10، عرض النبضة 0.1 مللي ثانية) لمنع ارتفاع درجة الحرارة.
• التخفيض بالاستناد لدرجة الحرارة:يجب تقليل أقصى تيار أمامي مستمر خطيًا بمقدار 0.4 مللي أمبير لكل درجة مئوية فوق درجة حرارة محيطة تبلغ 50 درجة مئوية. هذا أمر بالغ الأهمية لإدارة الحرارة في البيئات ذات درجات الحرارة العالية.
• الجهد العكسي (VR):5 فولت. تجاوز هذا الجهد في الانحياز العكسي يمكن أن يسبب انهيارًا فوريًا للوصلة.
• نطاق درجة حرارة التشغيل والتخزين:من -55 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية. تم تصنيف الجهاز للتشغيل والتخزين عبر هذا النطاق الواسع لدرجات الحرارة الصناعية.
• ظروف اللحام بالأشعة تحت الحمراء:يتحمل درجة حرارة ذروية تبلغ 260 درجة مئوية لمدة 10 ثوانٍ، وهو المعيار لملفات تعريف إعادة تدفق اللحام الخالي من الرصاص.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

هذه هي معايير الأداء النموذجية المقاسة عند Ta=25 درجة مئوية و IF بقيمة 20 مللي أمبير، وهي حالة الاختبار القياسية.

• شدة الإضاءة (Iv):18.0 (الحد الأدنى) / 35.0 (النموذجي) مللي كانديلا. هذه هي السطوع المُدرك لخرج الضوء كما يقيسه مستشعر مُرشح لمطابقة استجابة العين البشرية الضوئية (منحنى CIE).
• زاوية الرؤية (2θ1/2):130 درجة (نموذجي). تشير زاوية الرؤية الواسعة هذه إلى أن LED يُصدر الضوء على مخروط عريض، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب إضاءة واسعة النطاق.
• طول موجة الذروة للانبعاث (λP):574 نانومتر (نموذجي). هذا هو الطول الموجي الذي يكون عنده ناتج القدرة الطيفية في أعلى مستوياته.
• الطول الموجي السائد (λd):571 نانومتر (نموذجي). هذا هو الطول الموجي الفردي الذي يمثل بشكل أفضل اللون المُدرك (الأخضر) لـ LED، والمستمد من حسابات كروماتيكية CIE.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):15 نانومتر (نموذجي). يقيس هذا نقاء الطيف؛ يشير العرض الأضيق إلى لون أكثر تشبعًا ونقاءً.
• الجهد الأمامي (VF):2.0 (الحد الأدنى) / 2.4 (النموذجي) فولت. انخفاض الجهد عبر LED عند توصيل تيار 20 مللي أمبير.
• التيار العكسي (IR):10 ميكرو أمبير (الحد الأقصى) عند VR=5V. يُفضل وجود تيار تسرب عكسي منخفض.
• السعة (C):40 بيكوفاراد (نموذجي) عند 0 فولت، 1 ميجاهرتز. يمكن أن تكون هذه السعة الطفيلية ذات صلة في تطبيقات التبديل عالية التردد.

3. شرح نظام التصنيف

لضمان الاتساق في الإنتاج الضخم، يتم فرز مصابيح LED إلى فئات أداء بناءً على معايير رئيسية. يستخدم LTST-C171KGKT نظام تصنيف ثلاثي الأبعاد.

3.1 تصنيف الجهد الأمامي

يتم تعريف الفئات بواسطة رمز رقمي (من 4 إلى 8) يمثل نطاقًا لـ VF عند 20 مللي أمبير. على سبيل المثال، يغطي رمز الفئة '5' مصابيح LED ذات VF بين 2.00 فولت و 2.10 فولت. يتم تطبيق تفاوت ±0.1 فولت على كل فئة. يساعد مطابقة فئات VF في الدائرة على تحقيق توزيع موحد للتيار عند توصيل مصابيح LED على التوازي.

3.2 تصنيف شدة الإضاءة

يتم تعريف الفئات بواسطة رمز أبجدي (M, N, P) يمثل نطاقًا لـ Iv عند 20 مللي أمبير. على سبيل المثال، تغطي الفئة 'M' من 18.0 إلى 28.0 مللي كانديلا، بينما تغطي الفئة 'N' من 28.0 إلى 45.0 مللي كانديلا. يتم تطبيق تفاوت ±15% على كل فئة. هذا يسمح للمصممين باختيار درجة سطوع مناسبة لتطبيقهم.

3.3 تصنيف الطول الموجي السائد

يتم تعريف الفئات بواسطة رمز أبجدي (C, D, E) يمثل نطاقًا لـ λd عند 20 مللي أمبير. على سبيل المثال، تغطي الفئة 'D' من 570.5 نانومتر إلى 573.5 نانومتر. يتم الحفاظ على تفاوت ضيق ±1 نانومتر لكل فئة، مما يضمن مظهر لوني متناسق جدًا عبر دفعة من مصابيح LED.

4. تحليل منحنيات الأداء

بينما يتم الإشارة إلى منحنيات رسومية محددة في ورقة البيانات (الشكل 1، الشكل 6)، فإن آثارها قياسية. يُظهرمنحنى شدة الإضاءة النسبية مقابل التيار الأماميعلاقة شبه خطية عند التيارات المنخفضة، تميل إلى التشبع عند التيارات الأعلى بسبب التأثيرات الحرارية وتأثيرات الكفاءة. يُوضحنمط توزيع الشدة الزاوية(الشكل 6) زاوية الرؤية البالغة 130 درجة، موضحًا كيف تنخفض شدة الضوء من المحور المركزي. يعرضرسم توزيع الطيف(الشكل 1) منحنى يشبه غاوسيًا متمركزًا حول 574 نانومتر بعرض نصف 15 نانومتر، مؤكدًا انبعاث اللون الأخضر.

5. المعلومات الميكانيكية والتعبئة

5.1 أبعاد الحزمة

يتميز LED بمخطط حزمة قياسي في الصناعة (EIA). تشمل الأبعاد الرئيسية ارتفاعًا إجماليًا يبلغ 0.80 مم. تحدد الرسومات الميكانيكية التفصيلية الطول، والعرض، وتباعد الأطراف، وهندسة العدسة، كل ذلك بتفاوت قياسي ±0.10 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. هذه الأبعاد الدقيقة بالغة الأهمية لتصميم البصمة على لوحة الدوائر المطبوعة (PCB).

5.2 تحديد القطبية وتصميم وسادة اللحام

يحتوي المكون على أنود وكاثود. تتضمن ورقة البيانات نموذجًا مقترحًا لوسادة اللحام. تم تحسين هذا النموذج لتكوين وصلة لحام موثوقة أثناء إعادة التدفق، مما يضمن ترطيبًا مناسبًا وقوة ميكانيكية مع منع الجسور اللحامية. الالتزام بهذه البصمة الموصى بها أمر ضروري لعائد التصنيع.

5.3 التعبئة بالشريط والبكرة

يتم توريد مصابيح LED في شريط حامل بارز (بتباعد 8 مم) ملفوف على بكرات بقطر 7 بوصات (178 مم). تحتوي كل بكرة على 3000 قطعة. تتوافق التعبئة مع معايير ANSI/EIA 481-1-A-1994. تشمل الملاحظات الرئيسية: يتم إغلاق الجيوب الفارغة بشريط غطاء، الحد الأدنى لكمية الطلب للبقايا هو 500 قطعة، ويُسمح بحد أقصى مكونين مفقودين متتاليين لكل بكرة.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 ملف تعريف اللحام بإعادة التدفق

تم توفير ملف تعريف مقترح لإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء للعمليات الخالية من الرصاص. تشمل المعلمات الرئيسية: منطقة تسخين مسبق من 150-200 درجة مئوية، وقت تسخين مسبق يصل إلى 120 ثانية، درجة حرارة ذروة لا تتجاوز 260 درجة مئوية، ووقت فوق نقطة السيولة (عادة ~217 درجة مئوية) بحد أقصى 10 ثوانٍ. يمكن لـ LED تحمل هذا الملف الشخصي بحد أقصى مرتين.

6.2 اللحام اليدوي

إذا كان اللحام اليدوي ضروريًا، فيجب استخدام مكواة لحام بدرجة حرارة لا تتجاوز 300 درجة مئوية، مع تحديد وقت اللحام بـ 3 ثوانٍ لكل وصلة. يجب تنفيذ هذا مرة واحدة فقط لتجنب التلف الحراري للحزمة البلاستيكية.

6.3 التنظيف

يجب استخدام مواد التنظيف المحددة فقط. المذيبات الموصى بها هي الكحول الإيثيلي أو كحول الأيزوبروبيل في درجة حرارة الغرفة العادية. يجب غمر LED لأقل من دقيقة واحدة. قد تتسبب المواد الكيميائية غير المحددة في إتلاف عدسة الإيبوكسي أو الحزمة.

6.4 التخزين والحساسية للرطوبة

يجب تخزين مصابيح LED في بيئة لا تتجاوز 30 درجة مئوية و 70% رطوبة نسبية. بمجرد إزالتها من كيس الحاجز الرطوبي الأصلي، يجب تعريض المكونات لإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء خلال 672 ساعة (28 يومًا، MSL 2a). للتخزين لفترات أطول خارج الكيس الأصلي، يجب الاحتفاظ بها في حاوية محكمة الإغلاق مع مجفف أو في جو نيتروجين. تتطلب المكونات المخزنة لأكثر من 672 ساعة الخبز عند حوالي 60 درجة مئوية لمدة 24 ساعة على الأقل قبل اللحام لإزالة الرطوبة الممتصة ومنع ظاهرة \"الفرقعة\" أثناء إعادة التدفق.

7. ملاحظات التطبيق واعتبارات التصميم

7.1 تصميم دائرة القيادة

مصابيح LED هي أجهزة تعمل بالتيار. لضمان سطوع موحد عند تشغيل عدة مصابيح LED، خاصة على التوازي،يُوصى بشدةباستخدام مقاومة محددة للتيار على التوالي مع كل LED. توضح ورقة البيانات هذا كـ \"النموذج الدائري أ.\" يُنصح بعدم محاولة تشغيل عدة مصابيح LED على التوازي من مقاومة واحدة (\"النموذج الدائري ب\") لأن الاختلافات الصغيرة في خاصية الجهد الأمامي (VF) لكل LED ستسبب اختلالات كبيرة في توزيع التيار، مما يؤدي إلى سطوع غير متكافئ وإجهاد محتمل لبعض الأجهزة.

7.2 الحماية من التفريغ الكهروستاتيكي (ESD)

هيكل أشباه الموصلات AlInGaP حساس للتفريغ الكهروستاتيكي. يمكن أن يظهر تلف ESD كتيار تسرب عكسي مرتفع، أو جهد أمامي منخفض بشكل غير طبيعي، أو فشل في الإضاءة عند التيارات المنخفضة. لمنع تلف ESD:

• يجب على المشغلين ارتداء أساور معصم موصلة أو قفازات مضادة للكهرباء الساكنة.
• يجب تأريض جميع محطات العمل والمعدات وأرفف التخزين بشكل صحيح.
• استخدام مؤين لتحييد الشحنات الساكنة التي قد تتراكم على العدسة البلاستيكية أثناء التعامل.

لاختبار تلف ESD المحتمل، تحقق مما إذا كان LED يضيء وقم بقياس VF الخاص به عند تيار منخفض جدًا (مثل 0.1 مللي أمبير). يجب أن يكون لـ LED AlInGaP السليم Vf أكبر من 1.4 فولت في هذه الحالة.

7.3 نطاق التطبيق

تم تصميم هذا LED للمعدات الإلكترونية ذات الأغراض العامة، بما في ذلك أجهزة أتمتة المكاتب، ومعدات الاتصالات، والأجهزة المنزلية. بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب موثوقية استثنائية حيث قد يعرض الفشل الحياة أو الصحة للخطر (مثل الطيران، والأنظمة الطبية، وأجهزة السلامة)، تكون المؤهلات المحددة والاستشارة مع الشركة المصنعة ضرورية قبل التصميم.

8. المقارنة الفنية والتمييز

الميزات التمييزية الأساسية لـ LTST-C171KGKT هيارتفاعه المنخفض للغاية 0.8 ممواستخدامتقنية AlInGaP للضوء الأخضر. مقارنة بالتكنولوجيات الأقدم أو الحزم الأكثر سمكًا، فإنه يتيح تصميمات منتجات أكثر نحافة. يقدم AlInGaP كفاءة عالية واستقرارًا جيدًا لدرجة الحرارة للألوان الخضراء/الكهرمانية. توفر زاوية رؤيته الواسعة 130 درجة إضاءة واسعة ومتساوية مقارنة بمصابيح LED ذات الزاوية الضيقة، والتي تكون أكثر ملاءمة لتطبيقات الحزمة المركزة. يسمح نظام التصنيف الشامل بمطابقة لون وسطوع أكثر إحكامًا في عمليات الإنتاج مقارنة بالمكونات غير المصنفة أو المصنفة بشكل فضفاض.

9. الأسئلة المتكررة (FAQ)

س: هل يمكنني تشغيل هذا LED مباشرة من خرج منطقي 3.3 فولت أو 5 فولت؟

ج: لا. يجب عليك دائمًا استخدام مقاومة محددة للتيار على التوالي. يتم حساب قيمة المقاومة كـ R = (Vcc - VF) / IF. على سبيل المثال، مع مصدر طاقة 5 فولت (Vcc)، و VF بقيمة 2.4 فولت، و IF مطلوب بقيمة 20 مللي أمبير، R = (5 - 2.4) / 0.02 = 130 أوم. ستكون مقاومة قياسية 130 أو 150 أوم مناسبة.

س: ما الفرق بين طول موجة الذروة والطول الموجي السائد؟

ج: طول موجة الذروة (λP) هو الطول الموجي الفيزيائي حيث يصدر LED أكبر قدر من الطاقة الضوئية. الطول الموجي السائد (λd) هو قيمة محسوبة تتوافق مع اللون المُدرك بالعين البشرية على مخطط CIE. غالبًا ما يكون λd أكثر صلة بتطبيقات الإشارة اللونية.

س: كيف أفسر رمز الفئة في رقم الجزء (مثل KGKT)؟

ج: يشير لاحق رقم الجزء عادةً إلى اختيارات الفئة للشدة، والطول الموجي، وأحيانًا الجهد. يتم تعريف تعيين الفئة المحدد (مثل 'K' للشدة، 'G' للطول الموجي) في نظام الترميز الداخلي للشركة المصنعة ويجب الرجوع إليه مع قائمة رموز الفئة في ورقة البيانات للحصول على نطاق الأداء الدقيق.

س: هل الخبز مطلوب دائمًا قبل اللحام؟

ج: الخبز مطلوب فقط إذا تعرضت المكونات للهواء المحيط خارج كيسها الأصلي المحكم الإغلاق والحاجز للرطوبة لفترة أطول من \"العمر الأرضي\" المحدد (672 ساعة لـ MSL 2a). إذا تم استخدامها خلال هذه الفترة من كيس محكم الإغلاق بشكل صحيح، فإن الخبز ليس ضروريًا.

10. مثال دراسة حالة للتصميم

السيناريو:تصميم لوحة مؤشرات حالة لجهاز طبي محمول. تحتوي اللوحة على مساحة لـ 10 مصابيح LED خضراء في صف واحد، تشير إلى أوضاع تشغيل مختلفة. يحتوي غلاف الجهاز على قيد ارتفاع داخلي إجمالي يبلغ 2.5 مم.

مبررات اختيار المكون:تم اختيار LTST-C171KGKT بشكل أساسي لارتفاعه البالغ 0.8 مم، والذي يتناسب بسهولة مع القيد الميكانيكي مع مساحة لـ PCB والموزع. تضمن زاوية رؤيته الواسعة 130 درجة رؤية المؤشرات من زوايا مختلفة عند حمل الجهاز أو وضعه على الطاولة. اللون الأخضر (الطول الموجي السائد 571 نانومتر) هو معيار لحالة \"جاهز\" أو \"تشغيل\".

تصميم الدائرة:تقوم وحدة التحكم الدقيقة (MCU) ذات 10 دبابيس GPIO بتشغيل مصابيح LED. يتم توصيل كل دبوس GPIO بأنود LED واحد من خلال مقاومة 150 أوم على التوالي. جميع الكاثودات موصولة بالأرض. يتم استخدام هذا التكوين \"مقاومة فردية لكل LED\" (الدائرة أ) على الرغم من استخدام المزيد من المقاومات لأنه يضمن تيارًا متطابقًا وبالتالي سطوعًا متطابقًا لكل LED، بغض النظر عن الاختلافات الطفيفة في VF. تم تكوين دبابيس MCU كمخرجات مفتوحة المصرف أو دفع-سحب لتوفير التيار المطلوب (~20 مللي أمبير).

تخطيط PCB:يتم استخدام أبعاد وسادة اللحام الموصى بها من ورقة البيانات في بصمة PCB. يتم الحفاظ على مسافة كافية بين الوسادات لمنع الجسور اللحامية. يتم وضع مصابيح LED على الجانب العلوي من PCB، ويتم وضع دليل ضوئي أو فيلم موزع فوقها لدمج الضوء بالتساوي عبر نافذة المؤشر على الغلاف.

11. مقدمة عن المبدأ التكنولوجي

يعتمد LTST-C171KGKT على تقنية أشباه الموصلات فوسفيد الألومنيوم إنديوم جاليوم (AlInGaP). يتشكل نظام المواد هذا عن طريق خلط فوسفيد الألومنيوم جاليوم إنديوم، مما يسمح للمهندسين بضبط طاقة فجوة النطاق عن طريق تعديل نسب هذه العناصر. تتوافق فجوة النطاق الأكبر مع انبعاث ضوء ذي طول موجي أقصر (طاقة أعلى). للضوء الأخضر (~571 نانومتر)، يتم استخدام تركيبة محددة.

عند تطبيق جهد أمامي يتجاوز جهد تشغيل الثنائي (حوالي 2 فولت لـ AlInGaP الأخضر)، يتم حقن الإلكترونات من المنطقة من النوع n إلى المنطقة من النوع p، ويتم حقن الفجوات في الاتجاه المعاكس. تتحد حاملات الشحن هذه في المنطقة النشطة من أشباه الموصلات. في مادة ذات فجوة نطاق مباشرة مثل AlInGaP، يطلق هذا الاتحاد الطاقة في شكل فوتونات (ضوء) من خلال عملية تسمى الوميض الكهربائي. يتم تحديد الطول الموجي (اللون) للفوتون المنبعث بواسطة طاقة فجوة النطاق لمادة أشباه الموصلات في المنطقة النشطة. تعمل عدسة الإيبوكسي على حماية الشريحة، وتشكيل حزمة خرج الضوء، وتعزيز كفاءة استخراج الضوء.

12. اتجاهات وتطورات الصناعة

يستمر الاتجاه في مصابيح LED من نوع SMD لتطبيقات المؤشرات والإضاءة الخلفية نحوالتصغير وزيادة الكفاءة. تتقلص ارتفاعات الحزم إلى أقل من 0.8 مم لتمكين منتجات نهائية أرق. هناك أيضًا دفع لتحقيق فعالية إضاءة أعلى (مزيد من خرج الضوء لكل واط كهربائي مدخل)، مما يقلل من استهلاك الطاقة وتوليد الحرارة. يتم تحقيق ذلك من خلال تحسينات في تصميم الشريحة (مثل هياكل الشريحة المقلوبة)، وعواكس داخلية أفضل، وتقنيات فسفور متقدمة لمصابيح LED البيضاء. بينما يعتبر AlInGaP تقنية ناضجة وفعالة للأحمر-الكهرماني-الأخضر، تهيمن تقنية نيتريد الإنديوم جاليوم (InGaN) على أسواق LED الزرقاء والخضراء والبيضاء وتشهد تحسينات مستمرة في كفاءة اللون الأخضر، مما قد يشكل تحديًا لـ AlInGaP في بعض التطبيقات الخضراء. علاوة على ذلك، فإن التكامل هو اتجاه، حيث يتم دمج حزم LED متعددة وبرامج تشغيل LED في وحدات مفردة لتبسيط التصميم وتوفير مساحة اللوحة.