ورقة بيانات LED من نوع ALFS1J-C0 - عبوة سيراميك SMD - 425 لومن عند 1000 مللي أمبير - 3.25 فولت - زاوية رؤية 120 درجة - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

ALFS1J-C0 هو LED عالي القدرة، مثبت على السطح، مصمم خصيصًا لتطبيقات الإضاءة الخارجية للسيارات المتطلبة. وهو موجود في عبوة سيراميكية قوية، توفر إدارة حرارية ممتازة وموثوقية تحت الظروف البيئية القاسية. الجهاز مؤهل وفقًا لمعايير AEC-Q102، مما يضمن تلبية المتطلبات الصارمة لمكونات السيارات الإلكترونية. تشمل تطبيقاته الرئيسية المصابيح الأمامية، ومصابيح النهار (DRL)، ومصابيح الضباب، حيث يكون الأداء المتسق، والإخراج الضوئي العالي، والمتانة طويلة الأمد أمرًا بالغ الأهمية.

تشمل المزايا الأساسية لهذا LED تدفقًا ضوئيًا نموذجيًا عاليًا يبلغ 425 لومن عند تيار تشغيل 1000 مللي أمبير، وزاوية رؤية واسعة 120 درجة لتوزيع ضوئي جيد، وبناءً قويًا مع حماية من التفريغ الكهروستاتيكي تصل إلى 8 كيلو فولت (HBM). وهو أيضًا متوافق مع لوائح RoHS و REACH وخالي من الهالوجين، مما يجعله مناسبًا لأسواق السيارات العالمية. تصنف مقاومة المنتج للكبريت على أنها A1، مما يشير إلى مقاومة عالية للأجواء المحتوية على الكبريت المسببة للتآكل والتي توجد عادةً في بيئات السيارات.

2. التفسير الموضوعي العميق للمعايير التقنية

2.1 الخصائص الضوئية والكهربائية

يتم تعريف المعايير التشغيلية الرئيسية تحت حالة اختبار تيار أمامي (I_F) بقيمة 1000 مللي أمبير مع الحفاظ على درجة حرارة الوسادة الحرارية عند 25 درجة مئوية. التدفق الضوئي النموذجي (Φ_v) هو 425 لومن، مع حد أدنى 400 لومن وحد أقصى 500 لومن، مع تسامح قياس ±8%. جهد التشغيل الأمامي (V_F) يقيس عادةً 3.25 فولت، يتراوح من 2.90 فولت إلى 3.80 فولت (تسامح ±0.05 فولت). الطول الموجي السائد أو درجة حرارة اللون المترابطة (CCT) يقع ضمن نطاق 5391 كلفن إلى 6893 كلفن، مما يصنفه على أنه LED أبيض بارد. يتم تحديد زاوية الرؤية بـ 120 درجة، مع تسامح ±5°.

2.2 القيم القصوى المطلقة والخصائص الحرارية

تحدد هذه التصنيفات الحدود التي بعدها قد يحدث تلف دائم. الحد الأقصى المطلق للتيار الأمامي هو 1500 مللي أمبير. الجهاز غير مصمم للعمل بجهد عكسي. الحد الأقصى لدرجة حرارة التقاطع (T_J) هو 150 درجة مئوية، مع نطاق درجة حرارة تشغيل من -40 درجة مئوية إلى +125 درجة مئوية. المقاومة الحرارية من التقاطع إلى نقطة اللحام هي معيار حراري حاسم لتبديد الحرارة. المقاومة الحرارية الحقيقية (R_{th JS real}) هي نموذجيًا 4.0 كلفن/واط (أقصى 4.4 كلفن/واط)، بينما المكافئ الكهربائي (R_{th JS el}) هو نموذجيًا 3.0 كلفن/واط (أقصى 3.4 كلفن/واط). الحد الأقصى لتبديد الطاقة هو 5700 ملي واط.

3. شرح نظام التصنيف

لضمان اتساق اللون والسطوع في الإنتاج، يتم فرز LEDs إلى مجموعات بناءً على المعايير الرئيسية.

3.1 تصنيف التدفق الضوئي

يتم تصنيف التدفق الضوئي في مجموعات، حيث تظهر البيانات المقدمة المجموعة "C". داخل هذه المجموعة، يتم تعريف التصنيفات: التصنيف 6 (400-425 لومن)، التصنيف 7 (425-450 لومن)، التصنيف 8 (450-475 لومن)، والتصنيف 9 (475-500 لومن). يتم إجراء الاختبار عند التيار الأمامي النموذجي بنبضة 25 مللي ثانية، وتسامح القياس هو ±8%.

3.2 تصنيف جهد التشغيل الأمامي

يتم تصنيف الجهد الأمامي إلى ثلاث مجموعات: المجموعة 1A (2.90 فولت - 3.20 فولت)، المجموعة 1B (3.20 فولت - 3.50 فولت)، والمجموعة 1C (3.50 فولت - 3.80 فولت). هذا يسمح للمصممين باختيار LEDs ذات V_Fمتشابهة لمطابقة تيار أفضل في مصفوفات LED المتعددة. تسامح القياس هو ±0.05 فولت.

3.3 تصنيف اللون (اللونية)

يتم تصنيف إحداثيات اللون على مخطط اللونية CIE 1931 إلى مناطق محددة. تظهر ورقة البيانات تصنيفات لـ LEDs البيضاء الباردة، بما في ذلك 63M، 61M، 58M، 56M، 65L، 65H، 61L، و 61H. يتم تعريف كل تصنيف بمنطقة رباعية على مخطط الإحداثيات x,y. على سبيل المثال، يغطي التصنيف 63M إحداثيات تقريبًا من (0.3127، 0.3093) إلى (0.3212، 0.3175). تسامح قياس الإحداثيات هو ±0.005.

4. تحليل منحنيات الأداء

4.1 التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى IV)

يظهر الرسم البياني العلاقة غير الخطية بين التيار الأمامي والجهد الأمامي عند 25 درجة مئوية. المنحنى نموذجي لـ LED عالي القدرة، حيث يزداد الجهد بشكل لوغاريتمي مع التيار. هذه البيانات ضرورية لتصميم دائرة القيادة لضمان عمل LED ضمن نطاق الجهد المحدد عند التيار المطلوب.

4.2 التدفق الضوئي النسبي مقابل التيار الأمامي

يوضح هذا الرسم البياني ناتج الضوء النسبي لقيمة 1000 مللي أمبير كدالة لتيار القيادة. يزداد التدفق الضوئي مع التيار ولكن قد يظهر نموًا دون خطي عند التيارات الأعلى بسبب انخفاض الكفاءة وزيادة درجة حرارة التقاطع.

4.3 الرسوم البيانية للأداء الحراري

تصور عدة رسوم بيانية الأداء مقابل درجة حرارة التقاطع (T_J) عند I_F=1000 مللي أمبير. يُظهر منحنىالتدفق الضوئي النسبي مقابل درجة حرارة التقاطعانخفاض ناتج الضوء مع ارتفاع درجة الحرارة، وهي خاصية تعرف بالتبريد الحراري. يُظهر منحنىالجهد الأمامي النسبي مقابل درجة حرارة التقاطعانخفاض V_Fبشكل خطي مع زيادة درجة الحرارة، والتي يمكن استخدامها لتقدير درجة حرارة التقاطع. يُظهر الرسم البيانيتحول إحداثيات اللونية مقابل درجة حرارة التقاطعكيف تتغير نقطة اللون (CIE x, y) مع درجة الحرارة، وهو أمر بالغ الأهمية للتطبيقات الحساسة للون.

4.4 منحنى تخفيض التيار الأمامي

هذا رسم بياني تصميمي حاسم. يرسم الحد الأقصى المسموح به للتيار الأمامي مقابل درجة حرارة لوحة اللحام (T_S). مع زيادة T_S، يجب تقليل الحد الأقصى المسموح به للتيار لمنع درجة حرارة التقاطع من تجاوز 150 درجة مئوية. يوفر المنحنى نقاط تخفيض محددة: على سبيل المثال، عند T_S=110 درجة مئوية، يمكن أن يكون I_F1500 مللي أمبير؛ عند T_S=125 درجة مئوية، يجب تقليل I_Fإلى 1200 مللي أمبير. لا يوصى بالتشغيل تحت 50 مللي أمبير.

4.5 توزيع الطيف

يظهر رسم توزيع القدرة الطيفية النسبي شدة الضوء المنبعث عبر الأطوال الموجية من حوالي 400 نانومتر إلى 800 نانومتر عند 25 درجة مئوية و 1000 مللي أمبير. وهو يصف الضوء الأبيض البارد لـ LED، والذي يتم إنتاجه عادةً بواسطة شريحة LED زرقاء مدمجة مع طبقة فوسفورية.

5. المعلومات الميكانيكية والخاصة بالعبوة

يستخدم LED عبوة سيراميكية مثبتة على السطح (SMD). يوفر السيراميك توصيلًا حراريًا فائقًا مقارنة بالعبوات البلاستيكية، مما يسهل نقل الحرارة بشكل أفضل من تقاطع LED إلى لوحة الدوائر المطبوعة (PCB). هذا أمر حيوي للحفاظ على الأداء والعمر الطويل في التطبيقات عالية القدرة مثل إضاءة السيارات. يتم تفصيل الأبعاد الميكانيكية المحددة، بما في ذلك الطول والعرض والارتفاع ومواقع اللوحات، في قسم الرسم الميكانيكي من ورقة البيانات. تتضمن العبوة لوحة حرارية للحام فعال على منطقة حرارية على PCB.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 تخطيط لوحة اللحام الموصى به

يتم توفير نمط أرضي موصى به (footprint) لتصميم PCB. يضمن هذا النمط تكوين وصلة لحام صحيحة، واتصال كهربائي، والأهم من ذلك، نقل حراري مثالي من اللوحة الحرارية لـ LED إلى المستوى النحاسي لـ PCB. الالتزام بهذا التخطيط أمر بالغ الأهمية للموثوقية.

6.2 ملف تعريف اللحام بإعادة الانصهار

تحدد ورقة البيانات ملف تعريف لحام بإعادة الانصهار بدرجة حرارة ذروة 260 درجة مئوية. يحدد هذا الملف منحنى الوقت-درجة الحرارة الذي يجب أن يتبعه التجميع أثناء عملية إعادة الانصهار. تشمل المعايير الرئيسية معدلات ومدة التسخين المسبق، والنقع، وإعادة الانصهار، والتبريد. يمنع اتباع هذا الملف الصدمة الحرارية للعبوة السيراميكية ويضمن وصلات لحام موثوقة دون الإضرار بالهيكل الداخلي لـ LED.

6.3 احتياطات الاستخدام

يتم تحديد احتياطات التعامل والاستخدام العامة. تشمل هذه التحذيرات ضد تطبيق جهد عكسي، وتجاوز القيم القصوى المطلقة، وتقنيات اللحام غير الصحيحة. كما تؤكد على أهمية الحماية من التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) أثناء التعامل، على الرغم من أن الجهاز يحتوي على حماية مدمجة من ESD تصل إلى 8 كيلو فولت.

7. معلومات التعبئة والطلب

يتم توريد المنتج في تعبئة شريط وبكرة مناسبة لآلات التجميع الآلي (pick-and-place). تفصل معلومات التعبئة أبعاد البكرة، وعرض الشريط، وتباعد الجيوب، واتجاه المكونات على الشريط. يرمز هيكل رقم الجزء (مثل ALFS1J-C010001H-AM) إلى سمات محددة مثل السلسلة، ورموز التصنيف للتدفق واللون، ومعلومات المتغيرات الأخرى. توجه معلومات الطلب المستخدم حول كيفية تحديد مجموعات التصنيف المطلوبة عند تقديم الطلب.

8. اقتراحات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

التطبيقات المصممة أساسًا هي أنظمةالإضاءة الخارجية للسيارات. وهذا يشمل:
- المصابيح الأمامية (الضوء المنخفض/المرتفع): حيث تكون هناك حاجة إلى شدة ضوئية عالية وتحكم دقيق في الحزمة الضوئية.
- مصابيح النهار (DRL): تتطلب كفاءة عالية ووضوحًا.
- مصابيح الضباب: تحتاج إلى اختراق جيد في الظروف الجوية السيئة.
زاوية الرؤية الواسعة والتدفق العالي يجعلها مناسبة لكل من مصادر الضوء الرئيسية ووظائف الإضاءة التكميلية.

8.2 اعتبارات التصميم

1. الإدارة الحرارية: هذا هو الجانب الأكثر أهمية. يجب أن يكون لـ PCB تصميم حراري كافٍ - باستخدام طبقات نحاسية سميكة، وثقاب حرارية، وربما مشتت حراري خارجي - للحفاظ على درجة حرارة لوحة اللحام (T_S) منخفضة قدر الإمكان. راجع منحنى التخفيض لحدود التيار.
2. تيار القيادة: بينما يمكن تشغيل LED حتى 1500 مللي أمبير، فإن التشغيل عند أو أقل من 1000 مللي أمبير النموذجية يوفر توازنًا أفضل لناتج الضوء والكفاءة والحمل الحراري، مما يعزز الموثوقية طويلة الأمد.
3. التصميم البصري: تتطلب زاوية الرؤية 120 درجة بصريات ثانوية مناسبة (عدسات، عواكس) لتشكيل الحزمة الضوئية للتطبيق المحدد (مثل حزمة مركزة للمصابيح الأمامية).
4. التصميم الكهربائي: استخدم سائق LED ثابت التيار متوافق مع تصنيف الجهد الأمامي. للمصفوفات، ضع في اعتبارك اختيار التصنيف واستخدام تقنيات موازنة التيار المحتملة.

9. المقارنة والتمييز التقني

مقارنة بـ LEDs التجارية أو الصناعية القياسية، يقدم ALFS1J-C0 عدة مميزات رئيسية أساسية لاستخدام السيارات:
- تأهيل AEC-Q102: هذا معيار موثوقية إلزامي لـ LEDs السياراتية، يتضمن اختبارات صارمة لدورات درجة الحرارة، والرطوبة، ومقاومة حرارة اللحام، والمزيد.
- عبوة سيراميكية: توفر أداءً حراريًا أفضل واستقرارًا طويل الأمد تحت درجات الحرارة والرطوبة العالية مقارنة بالعبوات البلاستيكية (مثل PPA، PCT).
- مقاومة الكبريت (الفئة A1): تم اختبارها وضمانها خصيصًا لمقاومة التآكل من الغازات المحتوية على الكبريت، وهو نمط فشل شائع في بيئات السيارات.
- تصنيف ESD عالي (8 كيلو فولت HBM): يوفر حماية أكبر ضد التفريغ الكهروستاتيكي أثناء التعامل والتجميع.
- نطاق درجة حرارة موسع (-40 درجة مئوية إلى +125 درجة مئوية): يضمن التشغيل في درجات الحرارة القصوى التي تواجهها المركبات.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

س: ما هو ناتج الضوء الفعلي الذي يمكنني توقعه من التصنيف C7؟
أ: يحدد التصنيف C7 نطاق تدفق ضوئي من 425-450 لومن عند القياس عند I_F=1000 مللي أمبير و T_s=25 درجة مئوية. مع الأخذ في الاعتبار تسامح القياس ±8%، يمكن أن تكون القيمة المقاسة الفعلية لـ LED محدد بين حوالي 391 لومن و 486 لومن تحت ظروف الاختبار المثالية تلك. في تطبيق حقيقي بدرجة حرارة أعلى، سيكون الناتج أقل.

س: كيف أحدد المشتت الحراري المطلوب بناءً على البيانات الحرارية؟
أ: تحتاج إلى إجراء حساب حراري. المعيار الرئيسي هو المقاومة الحرارية الحقيقية، R_{th JS real}(نموذجيًا 4.0 كلفن/واط). هذه هي المقاومة من التقاطع إلى نقطة اللحام. يجب عليك إضافة المقاومة الحرارية من نقطة اللحام إلى المحيط (من خلال PCB، ومادة الواجهة الحرارية، والمشتت الحراري) لحساب إجمالي R_{th JA}. باستخدام الصيغة T_J= T_A+ (R_{th JA}× تبديد الطاقة)، يمكنك التأكد من بقاء T_Jأقل من 150 درجة مئوية، ويفضل مع هامش أمان. يوفر منحنى التخفيض دليلًا مبسطًا بناءً على درجة حرارة لوحة اللحام.

س: هل يمكنني تشغيل هذا LED بمصدر جهد ثابت؟
أ: هذا غير موصى به بشدة. LEDs هي أجهزة تعمل بالتيار. جهد التشغيل الأمامي لها له معامل درجة حرارة سالب ويختلف من وحدة إلى أخرى (كما يظهر في تصنيفات الجهد). يمكن أن يؤدي مصدر الجهد الثابت إلى هروب حراري: مع ارتفاع حرارة LED، ينخفض V_F، مما يتسبب في زيادة التيار، مما يولد المزيد من الحرارة، مما يخفض V_Fبشكل أكبر ويزيد التيار حتى الفشل. استخدم دائمًا سائق تيار ثابت أو دائرة تنظم التيار بنشاط.

11. حالة عملية للتصميم والاستخدام

الحالة: تصميم وحدة مصابيح النهار (DRL)
يقوم مصمم بإنشاء وحدة DRL لسيارة ركاب. يتطلب التصميم 6 LEDs لتحقيق السطوع وعامل الشكل المطلوبين.
1. اختيار التصنيف: لضمان مظهر موحد، يحدد المصمم تصنيفات لونية ضيقة (مثل 61M ± 1 خطوة) وتصنيف تدفق ضوئي واحد (مثل C7). قد يحددون أيضًا تصنيف جهد أمامي ضيق (مثل 1A) لتحسين تقاسم التيار في تكوين سلسلة بسيط.
2. التصميم الحراري: سيتم تركيب الوحدة في مساحة محدودة. يستخدم المصمم PCB أساس معدني (MCPCB) بطبقة نحاسية 2 أونصة. يتم تشغيل محاكاة حرارية للتأكد من أن درجة حرارة لوحة اللحام لا تتجاوز 110 درجة مئوية في أسوأ حالة درجة حرارة محيطة (مثل 85 درجة مئوية داخل تجميع المصباح الأمامي). وفقًا لمنحنى التخفيض، عند T_S=110 درجة مئوية، يُسمح بـ 1500 مللي أمبير بالكامل، لكن المصمم يختار التشغيل عند 1000 مللي أمبير للحصول على كفاءة وعمر أطول.
3. التصميم الكهربائي: يتم وضع الـ 6 LEDs في سلسلة. سيكون إجمالي الجهد الأمامي عند 1000 مللي أمبير حوالي 6 × 3.25 فولت = 19.5 فولت (نموذجيًا)، ولكن يمكن أن يتراوح من ~17.4 فولت إلى 22.8 فولت بناءً على التصنيف. يتم اختيار سائق LED ثابت التيار من نوع buck-boost لاستيعاب نطاق الجهد هذا من نظام بطارية السيارة 12 فولت (اسمي 12 فولت، ولكن يعمل من 9 فولت إلى 16 فولت).
4. التصميم البصري: يتم تصميم بصريات ثانوية (عدسة TIR) فوق كل LED لتجميع الانبعاث 120 درجة إلى حزمة مروحية أفقية مسيطر عليها مناسبة لتوقيع DRL.

12. مقدمة عن المبدأ

ALFS1J-C0 هو LED أبيض محول بالفوسفور. يتضمن المبدأ الأساسي شريحة أشباه موصلات (مصنوعة عادةً من نيتريد الغاليوم الإنديوم - InGaN) تنبعث منها ضوء أزرق عند انحياز أمامي (إضاءة كهربائية). يمتص هذا الضوء الأزرق جزئيًا بواسطة طبقة فوسفورية من الإيتريوم ألومنيوم غارنت المطعمة بالسيريوم (YAG:Ce) المترسبة فوق الشريحة. يحول الفوسفور جزءًا من الفوتونات الزرقاء إلى أطوال موجية أطول، بشكل أساسي في المنطقة الصفراء. يدرك العين البشرية خليط الضوء الأزرق المتبقي والضوء الأصفر المحول على أنه ضوء أبيض. تحدد النسبة الدقيقة للون الأزرق إلى الأصفر، وإدراج فوسفورات أخرى، درجة حرارة اللون المترابطة (CCT) ومؤشر تجسيد اللون (CRI). تعمل العبوة السيراميكية كركيزة قوية لتركيب الشريحة والفوسفور، وكموزع حراري فعال.

13. اتجاهات التطوير

يتبع تطور LEDs السياراتية مثل ALFS1J-C0 عدة اتجاهات صناعية واضحة:
1. زيادة الفعالية الضوئية (لومن/واط): تهدف التحسينات المستمرة في تصميم الشريحة، وكفاءة الفوسفور، وإدارة الحرارة للعبوة إلى تقديم ناتج ضوئي أكبر لنفس طاقة الإدخال الكهربائية، مما يقلل استهلاك الطاقة والحمل الحراري.
2. كثافة طاقة أعلى والتقليص: هناك دفع لتحقيق تدفق أعلى من بصمات عبوات أصغر، مما يتيح تصميمات إضاءة أكثر إحكامًا وأسلوبية.
3. تحسين اتساق اللون والاستقرار: تؤدي التطورات في تكنولوجيا الفوسفور وعمليات التصنيف إلى تسامحات لونية أضيق وتقليل تحول اللون مع درجة الحرارة والعمر.
4. تعزيز الموثوقية والمتانة: تتطور معايير مثل AEC-Q102 باستمرار، ويتم إضافة اختبارات جديدة لمعالجة أنماط الفشل في العالم الحقيقي، مثل مقاومة الكبريت، والتي أصبحت متطلبًا رئيسيًا.
5. التكامل والإضاءة الذكية: تشير المستقبل نحو وحدات متكاملة تجمع بين LEDs، والسواقات، وأجهزة الاستشعار، وواجهات الاتصال لأنظمة الإضاءة الأمامية التكيفية (AFS) والتواصل عبر الضوء (Li-Fi أو إشارات V2X).
6. أطياف متخصصة: تطوير أطياف محسنة لأغراض محددة، مثل تحسين الرؤية في الضباب أو تقليل الوهج للحركة المرورية القادمة، هو مجال بحث نشط.