ورقة بيانات ثنائي باعث للضوء LTST-C193KGKT-2A - أبعاد 1.6x0.8x0.35 مم - جهد 1.6-2.2 فولت - لون أخضر - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد LTST-C193KGKT-2A ثنائي باعث للضوء (SMD) مصممًا للتطبيقات الإلكترونية الحديثة المحدودة المساحة. وظيفته الأساسية هي توفير مصدر ضوء أخضر ساطع وموثوق. تكمن الميزة الأساسية لهذا المكون في سماكته الاستثنائية التي تبلغ 0.35 مم فقط، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تكون فيها المساحة الرأسية ثمينة، مثل شاشات العرض فائقة النحافة، والأجهزة المحمولة، وتقنية الأجهزة القابلة للارتداء. يستخدم مادة أشباه الموصلات AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم الغاليوم) للمنطقة الباعثة للضوء، والمعروفة بإنتاج ضوء عالي الكفاءة في الطيف من الأخضر إلى الكهرماني. يتم تعبئة الجهاز على شريط قياسي في الصناعة بعرض 8 مم على بكرات قطر 7 بوصات، مما يضمن التوافق مع معدات التجميع الآلي عالية السرعة (pick-and-place). يُصنف على أنه منتج أخضر ويتوافق مع توجيهات RoHS (تقييد المواد الخطرة).

2. التفسير العميق للمعايير التقنية

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد هذه التقييمات حدود الإجهاد التي قد يتسبب تجاوزها في حدوث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل عند هذه الحدود أو تجاوزها.

• تبديد الطاقة (Pd):75 ميلي واط. هذه هي أقصى كمية من الطاقة يمكن لحزمة LED تبديدها كحرارة عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25°م. يمكن أن يؤدي تجاوز ذلك إلى ارتفاع درجة الحرارة وتقليل العمر الافتراضي.
• تيار التوصيل الأمامي المستمر (IF):30 مللي أمبير. أقصى تيار مستمر يمكن تطبيقه على LED.
• تيار الذروة الأمامي:80 مللي أمبير، ولكن فقط في ظل ظروف النبض (دورة عمل 1/10، عرض النبضة 0.1 مللي ثانية). هذا يسمح بفترات قصيرة من السطوع الأعلى دون تلف حراري.
• التخفيض الحراري:يجب تقليل الحد الأقصى للتيار الأمامي خطيًا بمقدار 0.4 مللي أمبير لكل درجة مئوية ترتفع فيها درجة الحرارة المحيطة فوق 25°م. هذا أمر بالغ الأهمية لإدارة الحرارة في البيئات عالية الحرارة.
• الجهد العكسي (VR):5 فولت. يمكن أن يؤدي تطبيق جهد عكسي أعلى من هذا إلى فشل فوري وكارثي في وصلة LED.
• نطاق درجة حرارة التشغيل والتخزين:من -55°م إلى +85°م. تم تصنيف الجهاز للتشغيل والتخزين ضمن هذا النطاق الواسع لدرجات الحرارة الصناعية.
• تحمل درجة حرارة اللحام:يمكن لـ LED تحمل لحام إعادة التدفق بالموجات أو بالأشعة تحت الحمراء عند 260°م لمدة تصل إلى 5 ثوانٍ، ولحام الطور البخاري عند 215°م لمدة تصل إلى 3 دقائق. هذا يحدد توافقه مع عمليات تجميع لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) الشائعة.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

هذه هي معايير الأداء النموذجية المقاسة عند Ta=25°م وتيار اختبار قياسي (IF) قدره 2 مللي أمبير، ما لم يُذكر خلاف ذلك.

• الشدة الضوئية (Iv):تتراوح من حد أدنى 1.80 مللي شمعة إلى حد أقصى 11.2 مللي شمعة. تعتمد القيمة الفعلية لوحدة معينة على رمز التصنيف المخصص لها (انظر القسم 3). يتم قياس الشدة باستخدام مرشح يقارب منحنى استجابة العين البشرية الضوئي.
• زاوية الرؤية (2θ1/2):130 درجة. هذه زاوية رؤية واسعة جدًا، مما يعني أن الضوء المنبعث ينتشر على مساحة واسعة بدلاً من أن يكون حزمة ضيقة. يتم تعريف الزاوية على أنها النقطة التي تنخفض فيها الشدة الضوئية إلى نصف قيمتها مباشرة على المحور (0 درجة).
• طول موجة الانبعاث الذروي (λP):574 نانومتر. هذا هو الطول الموجي المحدد الذي يصدر فيه LED أكبر قدر من الطاقة البصرية.
• الطول الموجي السائد (λd):يتراوح من 564.5 نانومتر إلى 573.5 نانومتر. هذا هو الطول الموجي الفردي الذي تدركه العين البشرية والذي يحدد اللون (الأخضر، في هذه الحالة). يتم اشتقاقه من الناتج الطيفي الكامل ومخطط لونية CIE. يتم تعريف تصنيفات محددة ضمن هذا النطاق.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):15 نانومتر. يشير هذا إلى نقاء الطيف أو عرض النطاق الترددي للضوء المنبعث. تشير القيمة الأصغر إلى مصدر أكثر أحادية اللون (لون نقي).
• الجهد الأمامي (VF):يتراوح من 1.60 فولت إلى 2.20 فولت عند IF=2 مللي أمبير. هذا هو انخفاض الجهد عبر LED عندما يكون موصلًا للتيار. إنه معيار حاسم لتصميم دائرة تحديد التيار.
• التيار العكسي (IR):أقصى 10 ميكرو أمبير عند VR=5 فولت. هذا هو تيار التسرب الصغير الذي يتدفق عندما يكون LED متحيزًا عكسيًا ضمن أقصى تصنيف له.
• السعة (C):40 بيكو فاراد مقاسة عند انحياز 0 فولت وتردد 1 ميجا هرتز. يمكن أن تكون هذه السعة الطفيلية ذات صلة في تطبيقات التبديل عالية التردد.
• عتبة التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) (HBM):1000 فولت (نموذج جسم الإنسان). يشير هذا إلى مستوى متوسط من حساسية ESD. إجراءات التعامل الآمنة من ESD إلزامية لمنع التلف الكامن أو الفوري.

3. شرح نظام التصنيف

لضمان الاتساق في الإنتاج الضخم، يتم فرز مصابيح LED إلى فئات أداء بناءً على معايير رئيسية. هذا يسمح للمصممين باختيار أجزاء تلبي متطلبات تطبيقية محددة للسطوع واللون.

3.1 تصنيف الشدة الضوئية

يتم تصنيف الوحدات إلى أربع فئات (G، H، J، K) بناءً على شدتها الضوئية المقاسة عند 2 مللي أمبير. لكل فئة قيمة دنيا وقصوى، مع تسامح +/-15% على كل فئة شدة.

• الفئة G:1.80 - 2.80 مللي شمعة
• الفئة H:2.80 - 4.50 مللي شمعة
• الفئة J:4.50 - 7.10 مللي شمعة
• الفئة K:7.10 - 11.20 مللي شمعة

3.2 تصنيف الطول الموجي السائد

يتم أيضًا تصنيف الوحدات إلى ثلاث مجموعات (B، C، D) بناءً على طولها الموجي السائد، والذي يحدد الدرجة الدقيقة للون الأخضر. التسامح لكل فئة هو +/- 1 نانومتر.

• الفئة B:564.5 - 567.5 نانومتر
• الفئة C:567.5 - 570.5 نانومتر
• الفئة D:570.5 - 573.5 نانومتر

يتضمن رقم الجزء الكامل (مثل LTST-C193KGKT-2A) رموز التصنيف هذه، مما يسمح بالاختيار الدقيق. يشير الحرف "K" إلى فئة الشدة والحرف التالي (ضمني في مثال ورقة البيانات) سيشير إلى فئة الطول الموجي.

4. تحليل منحنى الأداء

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

4.1 التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V)

يظهر LED من نوع AlInGaP منحنى I-V مميزًا بجهد أمامي (VF) في نطاق 1.6-2.2 فولت عند تيار منخفض (2 مللي أمبير). مع زيادة التيار الأمامي، يزداد VF بشكل لوغاريتمي. هذه العلاقة غير الخطية هي السبب في أنه يجب تشغيل مصابيح LED بواسطة مصدر تيار أو مع مقاوم محدد للتيار على التوالي، وليس مصدر جهد ثابت.

4.2 الشدة الضوئية مقابل التيار الأمامي

ناتج الضوء (الشدة الضوئية) يتناسب تقريبًا مع التيار الأمامي على مدى تشغيل كبير. ومع ذلك، عند التيارات العالية جدًا، تنخفض الكفاءة بسبب زيادة توليد الحرارة (تأثير الهبوط). يحدد التيار المستمر المقنن البالغ 30 مللي أمبير نقطة تشغيل آمنة للحفاظ على الكفاءة والعمر الطويل.

4.3 خصائص درجة الحرارة

يحتوي الجهد الأمامي (VF) لـ LED على معامل درجة حرارة سالب، مما يعني أنه ينخفض مع زيادة درجة حرارة الوصلة. على العكس من ذلك، فإن الشدة الضوئية والطول الموجي السائد يتحولان أيضًا مع درجة الحرارة؛ عادةً، تنخفض الشدة وقد يزداد الطول الموجي قليلاً (انزياح نحو الأحمر) مع ارتفاع درجة الحرارة. مواصفة التخفيض الحراري (0.4 مللي أمبير/°م) هي نتيجة مباشرة للحاجة إلى إدارة هذه التأثيرات الحرارية.

5. المعلومات الميكانيكية والتعبئة

5.1 أبعاد العبوة

يحتوي LED على شكل عامل قياسي لعبوة شريحة EIA. تشمل الأبعاد الرئيسية طول 1.6 مم، وعرض 0.8 مم، والارتفاع الحرج 0.35 مم. جميع تسامحات الأبعاد هي عادةً ±0.10 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. تتميز العبوة بعدسة شفافة بالماء، والتي لا تغير لون شريحة AlInGaP الأساسية، مما يسمح للضوء الأخضر الأصلي بالمرور.

5.2 تحديد القطبية وتصميم الوسادة

تتضمن ورقة البيانات تخطيطًا مقترحًا لوسادة اللحام (نمط الأرضية) لتصميم PCB. الالتزام بهذا النمط ضروري لتحقيق وصلات لحام موثوقة ومحاذاة صحيحة أثناء إعادة التدفق. يحتوي LED نفسه على علامات الأنود والكاثود (عادةً شق، حافة مائلة، أو نقطة بالقرب من الكاثود). يجب مراعاة القطبية الصحيحة أثناء التجميع، حيث أن الاتصال العكسي سيمنع التشغيل وقد يتلف الجهاز إذا تم تجاوز تصنيف الجهد العكسي.

5.3 التعبئة بالشريط والبكرة

يتم توريد المكونات على شريط ناقل بارز بعرض 8 مم ملفوف على بكرات قطر 7 بوصات (178 مم). تحتوي كل بكرة على 5000 قطعة. تتوافق التعبئة مع معايير ANSI/EIA 481-1-A-1994، مما يضمن التوافق مع مغذيات التشغيل الآلي. يحتوي الشريط على غطاء ختم لحماية المكونات من التلوث. تسمح المواصفات بحد أقصى مكونين مفقودين متتاليين وحد أدنى لكمية التعبئة تبلغ 500 قطعة للبكرات المتبقية.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 ملفات تعريف لحام إعادة التدفق

توفر ورقة البيانات ملفات تعريف مقترحة لإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR) لكل من عمليات اللحام العادية (القصدير-الرصاص) والخالية من الرصاص (SnAgCu). تشمل المعايير الرئيسية:

• التسخين المسبق:منحدر تدريجي إلى درجة حرارة النقع (مثل 120-150°م) لتفعيل المادة المساعدة وتقليل الصدمة الحرارية.
• درجة حرارة الذروة:لا تتجاوز 260°م. يجب التحكم في الوقت فوق السائل (للحام الخالي من الرصاص، ~217°م) والوقت عند درجة حرارة الذروة لمنع تلف العبوة البلاستيكية لـ LED والوصلات السلكية الداخلية. التوصية هي أقصى 5 ثوانٍ عند 260°م.
• معدل التبريد:مرحلة التبريد المتحكم فيها مهمة أيضًا لموثوقية الوصلة.

6.2 لحام الموجة واللحام اليدوي

للحام الموجة، يُقترح تسخين مسبق يصل إلى 100°م لمدة 60 ثانية كحد أقصى، مع موجة اللحام بحد أقصى 260°م لمدة تصل إلى 10 ثوانٍ. للإصلاح اليدوي بمكواة لحام، يجب ألا تتجاوز درجة حرارة الطرف 300°م، ويجب تقليل وقت التلامس إلى 3 ثوانٍ لكل وصلة، لمرة واحدة فقط، لمنع نقل الحرارة المفرط.

6.3 التنظيف

إذا كان التنظيف بعد اللحام ضروريًا، فيجب استخدام المذيبات المعتمدة القائمة على الكحول فقط مثل الإيثانول أو الأيزوبروبانول. يجب غمر LED في درجة حرارة عادية لأقل من دقيقة واحدة. قد تتلف المنظفات الكيميائية غير المحددة العدسة الإيبوكسية أو مادة العبوة.

6.4 التخزين والتعامل

يجب تخزين مصابيح LED في بيئة لا تتجاوز 30°م و 70% رطوبة نسبية. بمجرد إزالتها من كيس الحاجز الرطوبي الأصلي، يجب لحام المكونات بإعادة التدفق خلال 672 ساعة (28 يومًا) لتجنب امتصاص الرطوبة، مما قد يسبب "انفجار الذرة" أثناء إعادة التدفق. للتخزين الأطول خارج الكيس الأصلي، يجب الاحتفاظ بها في حاوية محكمة الغلق مع مجفف أو في جو نيتروجين. إذا تم تخزينها لأكثر من 672 ساعة، يلزم تجفيفها عند 60°م لمدة 24 ساعة على الأقل قبل التجميع لطرد الرطوبة.

7. اقتراحات التطبيق

7.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

هذا LED الأخضر الساطع فائق الرقة مثالي لـ:

• مؤشرات الحالة:مؤشرات الطاقة، الاتصال، أو الوضع في الإلكترونيات الاستهلاكية (الهواتف الذكية، الأجهزة اللوحية، أجهزة الكمبيوتر المحمولة، الأجهزة القابلة للارتداء).
• الإضاءة الخلفية:إضاءة الحواف لألواح العرض رقيقة جدًا أو إضاءة لوحة المفاتيح.
• إضاءة المقصورة الداخلية للسيارات:مؤشرات لوحة القيادة، إضاءة خلفية للمفاتيح (حيث تكون المساحة محدودة).
• لوحات التحكم الصناعية:مؤشرات الحالة والعطل على وحدات التحكم والواجهات بين الإنسان والآلة (HMIs).

7.2 اعتبارات التصميم

• قيادة التيار:مصابيح LED هي أجهزة تعمل بالتيار. لضمان سطوع موحد عند استخدام عدة مصابيح LED على التوازي، يجب استخدام مقاوم محدد للتيار منفصل على التوالي مع كل LED (نموذج الدائرة A). لا يُنصح بتوصيل مصابيح LED مباشرة على التوازي (نموذج الدائرة B) بسبب الاختلافات في جهدها الأمامي (VF)، مما سيسبب توزيعًا غير متساوٍ للتيار وبالتالي سطوعًا غير متساوٍ.
• الإدارة الحرارية:حتى مع انخفاض طاقتها، فإن تخطيط PCB المناسب لتبديد الحرارة مهم، خاصة عند التشغيل بالقرب من الحدود القصوى أو في درجات حرارة محيطة عالية. اتبع منحنى التخفيض الحراري للتيار.
• حماية ESD:نفذ إجراءات حماية ESD في الدائرة إذا كان LED في موقع مكشوف (مثل مؤشر اللوحة الأمامية). اتبع دائمًا إجراءات التعامل الآمنة من ESD أثناء التجميع: استخدم أسوار معصم مؤرضة، وسجاد مضاد للكهرباء الساكنة، ومعدات مؤرضة بشكل صحيح.

8. المقارنة التقنية والتمييز

عوامل التمييز الأساسية لـ LTST-C193KGKT-2A هيارتفاع 0.35 مموتقنية AlInGaP. مقارنةً بالتقنيات الأقدم مثل مصابيح LED الخضراء القياسية من نوع GaP (فوسفيد الغاليوم)، تقدم AlInGaP كفاءة ضوئية أعلى بكثير، مما يؤدي إلى ناتج أكثر سطوعًا لنفس تيار القيادة. المظهر فائق النحافة هو ميزة رئيسية على العديد من مصابيح LED الشريطية القياسية (التي غالبًا ما تكون 0.6 مم أو أكثر)، مما يتيح التصميم في أجهزة الجيل القادم النحيفة. كما أن توافقها مع عمليات إعادة التدفق الخالية من الرصاص وعالية الحرارة يجعلها مناسبة أيضًا لخطوط التصنيع الحديثة المتوافقة مع RoHS.

9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

س1: هل يمكنني تشغيل هذا LED مباشرة من مصدر منطقي 3.3 فولت أو 5 فولت؟

ج: لا. يجب عليك استخدام مقاوم على التوالي لتحديد التيار. على سبيل المثال، مع مصدر 3.3 فولت و VF نموذجي 1.9 فولت عند 2 مللي أمبير، قيمة المقاوم المطلوبة هي R = (3.3V - 1.9V) / 0.002A = 700 أوم. احسب دائمًا بناءً على أقصى VF لضمان ألا يتجاوز التيار القيمة المطلوبة.

س2: لماذا يوجد مثل هذا النطاق الواسع في الشدة الضوئية (من 1.8 إلى 11.2 مللي شمعة)؟

ج: هذا هو الانتشار الكلي للإنتاج. يسمح لك نظام التصنيف (G، H، J، K) باختيار نطاق سطوع محدد وأضيق لتطبيقك لضمان الاتساق عبر جميع الوحدات في منتجك.

س3: هل هذا LED مناسب للاستخدام في الهواء الطلق؟

ج: نطاق درجة حرارة التشغيل (من -55°م إلى +85°م) يدعم العديد من البيئات الخارجية. ومع ذلك، قد تكون العبوة البلاستيكية عرضة للتدهور بسبب الأشعة فوق البنفسجية وتسلل الرطوبة على فترات طويلة جدًا. بالنسبة للتطبيقات الخارجية القاسية، يجب النظر في مصابيح LED ذات عبوات خارجية مؤهلة خصيصًا.

س4: ماذا يحدث إذا تجاوزت جهد العكس 5 فولت؟

ج: من المحتمل أن تتعرض وصلة LED لانهيار الانهيار الجليدي، مما يتسبب في فشل فوري ودائم (دائرة مفتوحة أو قصيرة). تأكد دائمًا من أن تصميم الدائرة يمنع الانحياز العكسي الذي يتجاوز هذا التصنيف.

10. حالة تصميم عملية

السيناريو:تصميم مؤشر حالة لوحدة استشعار إنترنت الأشياء (IoT) التي تعمل بالبطارية. يجب أن يكون المؤشر صغيرًا جدًا، منخفض الطاقة، وواضح الرؤية. تم اختيار LED أخضر لحالة "نشط/طبيعي".

التنفيذ:

1. اختيار المكون:تم اختيار LTST-C193KGKT-2A لارتفاعه 0.35 مم وسطوعه الجيد عند تيار منخفض.

2. تصميم الدائرة:تستخدم الوحدة بطارية زرية 3.0 فولت. للحفاظ على الطاقة، تم اختيار تيار قيادة 2 مللي أمبير. باستخدام أقصى VF وهو 2.20 فولت لتصميم متحفظ: R = (3.0V - 2.20V) / 0.002A = 400 أوم. تم استخدام مقاوم قياسي 390 أوم.

3. تخطيط PCB:تم استخدام أبعاد وسادة اللحام الموصى بها من ورقة البيانات. تم وضع LED بالقرب من حافة اللوحة لسهولة الرؤية. تم تجنب صب أرضي صغير تحت LED لمنع مشاكل امتصاص اللحام أثناء إعادة التدفق.

4. النتيجة:يوفر المؤشر سطوعًا كافيًا مع استهلاك طاقة ضئيل (حوالي 6 ميلي واط إجمالاً لـ LED والمقاوم)، وتناسب العبوة فائقة النحافة داخل غلاف الجهاز النحيف.

11. مقدمة عن المبدأ

يعتمد انبعاث الضوء في LED من نوع AlInGaP على الإضاءة الكهربائية في وصلة أشباه الموصلات p-n. عند تطبيق جهد أمامي، يتم حقن الإلكترونات من المنطقة من النوع n والثقوب من المنطقة من النوع p في المنطقة النشطة (بئر الكم). عندما يعيد الإلكترون الاتحاد مع ثقب، يتم إطلاق الطاقة في شكل فوتون. يتم تحديد الطول الموجي المحدد (اللون) لهذا الفوتون بواسطة طاقة فجوة النطاق لتركيبة سبيكة AlInGaP المستخدمة في المنطقة النشطة. تنتج فجوة النطاق الأوسع ضوءًا بطول موجي أقصر (أكثر زرقة)؛ تم تصميم السبيكة المحددة لهذا LED لإنتاج ضوء أخضر بذروة حوالي 574 نانومتر. تغلف العدسة الإيبوكسية الشفافة بالماء الشريحة، وتوفر الحماية الميكانيكية، وتساعد في تشكيل ناتج الضوء إلى زاوية الرؤية الواسعة البالغة 130 درجة.

12. اتجاهات التطوير

يستمر الاتجاه في مصابيح LED الشريطية للإلكترونيات الاستهلاكية والصناعية نحو:

1. زيادة الكفاءة (لومن/واط):تحسينات علوم المواد المستمرة في تقنيات AlInGaP و InGaN (للأزرق/الأبيض) تدفع لمزيد من ناتج الضوء لكل وحدة مدخل كهربائي، مما يقلل من استهلاك الطاقة وتوليد الحرارة.

2. التصغير:يدفع السعي نحو أجهزة أرق وأصغر إلى الحاجة لمصابيح LED ذات بصمات (أبعاد XY) وارتفاعات (بعد Z) متناقصة باستمرار. يمثل ارتفاع 0.35 مم لهذا LED هذا الاتجاه.

3. تحسين اتساق اللون والتصنيف:أصبحت تسامحات تصنيف أكثر ضيقًا للطول الموجي والشدة معيارًا، مما يسمح بمظهر بصري أكثر تجانسًا في التطبيقات التي تستخدم عدة مصابيح LED.

4. موثوقية محسنة:تحسينات في مواد العبوة (الإيبوكسي، السيليكون) لتحمل ملفات تعريف إعادة التدفق ذات درجات الحرارة الأعلى (للتجميع الخالي من الرصاص) وظروف بيئية أكثر قسوة.

5. التكامل:بينما تبقى مصابيح LED المنفصلة حيوية، هناك اتجاه موازٍ نحو وحدات LED متكاملة مع مشغلات مدمجة، وحدات تحكم، وألوان متعددة في عبوة واحدة لتطبيقات الإضاءة الذكية.