ورقة بيانات LED 2020-PA0501L-AM - حزمة SMD - كهرماني محول بالفوسفور - 12 لومن عند 50 مللي أمبير - 3.0 فولت - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

مصباح LED 2020-PA0501L-AM هو جهاز مثبت على السطح (SMD) مصمم خصيصًا لتطبيقات إضاءة السيارات المتطلبة. جوهر عرضه هو مصدر ضوء كهرماني محول بالفوسفور موثوق، يلبي معايير الصناعة الصارمة للأداء والقدرة على التحمل البيئي. السوق المستهدف الأساسي هو أنظمة الإضاءة الداخلية والخارجية للسيارات، حيث يكون إخراج اللون المتسق، والموثوقية طويلة الأمد تحت الظروف القاسية، والشكل المضغوط من المتطلبات الحاسمة.

تشمل المزايا الرئيسية للمصباح تأهيله وفقًا لمعيار AEC-Q102 لأجهزة البصريات الإلكترونية المنفصلة، مما يضمن قدرته على تحمل الضغوط الحرارية والميكانيكية والبيئية القاسية لبيئة السيارات. كما يفتخر بالتوافق مع توجيهات RoHS وREACH والخالية من الهالوجين، مما يجعله خيارًا واعيًا بيئيًا للمكونات. يوفر التدفق الضوئي النموذجي البالغ 12 لومن عند تيار تشغيل 50 مللي أمبير سطوعًا كافيًا لوظائف الإشارة والإضاءة المختلفة.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

2.1 الخصائص الضوئية والكهربائية

يتم تعريف المعلمات التشغيلية الأساسية تحت ظروف اختبار محددة، عادةً عند درجة حرارة التقاطع (Tj) 25°C وتيار أمامي (IF) 50 مللي أمبير.التدفق الضوئي النموذجي (IV)هو 12 لومن، بحد أدنى 8 لومن وحد أقصى 17 لومن. يتم التعامل مع هذا الاختلاف من خلال نظام التصنيف (Binning) المفصل لاحقًا.جهد التشغيل الأمامي (VF)له قيمة نموذجية 3.0 فولت، تتراوح من 2.50 فولت إلى 3.50 فولت. يجب على المصممين مراعاة نطاق الجهد هذا عند تصميم دائرة القيادة لضمان تنظيم تيار ثابت.

يتم تحديدزاوية الرؤيةعلى أنها 120 درجة، والتي تصف المدى الزاوي حيث تكون الشدة الضوئية على الأقل نصف قيمتها القصوى. هذه الزاوية الواسعة مفيدة للتطبيقات التي تتطلب إضاءة واسعة ومتساوية بدلاً من حزمة مركزة للغاية.

2.2 التقييمات الحرارية والحدود القصوى المطلقة

إدارة الحرارة أمر بالغ الأهمية لطول عمر LED واستقرار أدائه. توفر ورقة البيانات قيمتين لـالمقاومة الحرارية (Rth JS): قيمة 'حقيقية' 58 كلفن/واط (نموذجي) وقيمة 'كهربائية' 41 كلفن/واط (نموذجي). تُستخدم القيمة 'الكهربائية'، المشتقة من معامل درجة حرارة جهد التشغيل الأمامي، عادةً لتقدير درجة حرارة التقاطع في التطبيقات العملية. تشير المقاومة الحرارية الأقل إلى تبديد حرارة أفضل من تقاطع LED إلى نقطة اللحام.

الحدود القصوى المطلقةتحدد حدود الإجهاد التي بعدها قد يحدث تلف دائم. تشمل الحدود الرئيسية أقصىتيار أمامي (IF)120 مللي أمبير، أقصىدرجة حرارة تقاطع (TJ)150°C، ونطاق درجة حرارة التشغيل (Topr) من -40°C إلى +125°C. تم تصنيف الجهاز لـحساسية التفريغ الكهروستاتيكي (HBM)8 كيلو فولت، وهو أمر مهم لعمليات التعامل والتجميع. الحد الأقصى المسموح به لـتبديد الطاقة (Pd)هو 420 ملي واط.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

لضمان اتساق اللون والسطوع في الإنتاج، يتم فرز مصابيح LED إلى فئات (Bins). يستخدم هذا الجهاز ثلاثة معايير تصنيف منفصلة.

3.1 تصنيفات التدفق الضوئي

يتم تصنيف مصابيح LED بناءً على قياس إخراج الضوء عند 50 مللي أمبير:
• الفئة E4:8 لومن (الحد الأدنى) إلى 10 لومن (الحد الأقصى)
• الفئة E5:10 لومن (الحد الأدنى) إلى 13 لومن (الحد الأقصى)
• الفئة E6:13 لومن (الحد الأدنى) إلى 17 لومن (الحد الأقصى)

يجب تأكيد الفئة المحددة لدُفعة إنتاج معينة أثناء الطلب.

3.2 تصنيفات جهد التشغيل الأمامي

يتم أيضًا تصنيف مصابيح LED حسب انخفاض جهد التشغيل الأمامي عند تيار الاختبار:
• الفئة 2527:2.50 فولت (الحد الأدنى) إلى 2.75 فولت (الحد الأقصى)
• الفئة 2730:2.75 فولت (الحد الأدنى) إلى 3.00 فولت (الحد الأقصى)
• الفئة 3032:3.00 فولت (الحد الأدنى) إلى 3.25 فولت (الحد الأقصى)
• الفئة 3235:3.25 فولت (الحد الأدنى) إلى 3.50 فولت (الحد الأقصى)

يمكن أن يبسط اختيار مصابيح LED من فئة جهد ضيقة تصميم السائق عن طريق تقليل نطاق جهد التغذية المطلوب.

3.3 هيكل تصنيف اللون

تتضمن ورقة البيانات مخططًا لونيًا (CIE 1931) يوضح إحداثيات اللون المستهدفة للكهرماني المحول بالفوسفور. تم تعريف فئتين أساسيتين،YAوYB، بحدود إحداثيات CIE x و CIE y محددة. الطول الموجي السائد النموذجي لهذا اللون الكهرماني يقع في نطاق 590-595 نانومتر. يضمن التصنيف الضيق (تفاوت ±0.005) حدًا أدنى من التباين اللوني بين مصابيح LED المختلفة في التجميع، وهو أمر بالغ الأهمية للإضاءة الجمالية والوظيفية في السيارات.

4. تحليل منحنيات الأداء

توفر الرسوم البيانية رؤى أساسية حول سلوك LED تحت ظروف مختلفة.

4.1 توزيع الطيف ونمط الإشعاع

يظهر رسمالتوزيع الطيفي النسبيقمة واحدة عريضة مميزة لـ LED محول بالفوسفور، مع الانبعاث الأساسي في المنطقة الكهرمانية/الصفراء من الطيف المرئي. يوضحمخطط خصائص الإشعاع النموذجيتوزيع الشدة المكانية، مؤكدًا زاوية الرؤية 120 درجة بنمط شبه لامبرتي.

4.2 الاعتمادات الكهربائية والحرارية

يظهرالتيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V)العلاقة الأسية النموذجية للدايود. منحنىالتدفق الضوئي النسبي مقابل التيار الأماميتحت خطي؛ حيث يؤدي زيادة التيار إلى عوائد متناقصة في إخراج الضوء مع توليد المزيد من الحرارة.

الرسم البيانيالتدفق الضوئي النسبي مقابل درجة حرارة التقاطعحرج: حيث ينخفض إخراج الضوء مع زيادة درجة حرارة التقاطع. التبريد الفعال ضروري للحفاظ على السطوع. منحنىالجهد الأمامي النسبي مقابل درجة حرارة التقاطعله معامل سالب، حوالي -2 مللي فولت/°C، والذي يمكن استخدامه لاستشعار درجة الحرارة.

يحددمنحنى تخفيض تصنيف التيار الأماميأقصى تيار مستمر مسموح به بناءً على درجة حرارة لوحة اللحام. على سبيل المثال، عند أقصى درجة حرارة تشغيل للوحة اللحام 125°C، يجب تقليل التيار الأمامي إلى 120 مللي أمبير. يحدد رسمالقدرة المسموح بها على التعامل مع النبضاتالتيار الذروة (IFM) الذي يمكن لـ LED التعامل معه لفترات نبض قصيرة عند دورات عمل مختلفة، وهو مفيد لتطبيقات التعتيم PWM أو الوميض.

5. معلومات الميكانيكا والحزمة

5.1 الأبعاد الميكانيكية

يستخدم LED بصمة حزمة قياسية "2020"، والتي تشير عادةً إلى أبعاد تقريبية 2.0 مم × 2.0 مم. يوفر الرسم الميكانيكي الدقيق في ورقة البيانات جميع الأبعاد الحرجة بما في ذلك الطول الإجمالي والعرض والارتفاع وحجم/موقع اللوحة الحرارية والاتصالات الكهربائية. التسامحات هي عمومًا ±0.1 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك.

5.2 تخطيط لوحة اللحام الموصى به

تم توفير تصميم نمط أرضي (Land Pattern) لتخطيط PCB. يتضمن ذلك أبعاد لوحات اللحام للأنود والكاثود واللوحة الحرارية المركزية. يعد اتباع هذا التخطيط الموصى به أمرًا ضروريًا لتحقيق وصلات لحام موثوقة، وتوصيل حراري سليم إلى PCB، ومنع ظاهرة "اللوحة القبرية" (Tombstoning) أثناء إعادة التدفق. تعتبر اللوحة الحرارية حاسمة لتبديد الحرارة ويجب توصيلها بشكل صحيح بمنطقة نحاسية (Copper Pour) على PCB.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 ملف تعريف لحام إعادة التدفق (Reflow)

تم تصنيف المكون لتحمل أقصى درجة حرارة لحام 260°C لمدة 30 ثانية. يمكن تطبيق ملف تعريف إعادة تدفق قياسي خالٍ من الرصاص. يجب اتخاذ احتياطات لتجنب الصدمة الحرارية المفرطة. مستوى حساسية الرطوبة (MSL) مصنف بالمستوى 2، مما يعني أنه يمكن تعريض الجهاز لظروف أرضية المصنع لمدة تصل إلى عام واحد قبل اللحام دون الحاجة إلى الخبز. إذا تم تجاوز ذلك، فإن الخبز وفقًا لمعايير IPC/JEDEC ضروري لمنع ظاهرة "الفرقعة" (Popcorning) أثناء إعادة التدفق.

6.2 احتياطات الاستخدام

• القطبية:لم يتم تصميم الجهاز للعمل العكسي. تطبيق جهد عكسي يمكن أن يسبب تلفًا فوريًا.
• الحماية من التفريغ الكهروستاتيكي:على الرغم من تصنيفه بـ 8 كيلو فولت HBM، يجب اتباع إجراءات التعامل القياسية للتفريغ الكهروستاتيكي أثناء التجميع.
• التحكم في التيار:مصابيح LED هي أجهزة تعمل بالتيار. يجب تشغيلها باستخدام سائق تيار ثابت، وليس مصدر جهد ثابت، لمنع الانحراف الحراري (Thermal Runaway).
• التلوث:يحتوي الجهاز على تصنيف فئة اختبار الكبريت A1، مما يشير إلى مقاومة جيدة للأجواء المحتوية على الكبريت، ولكن لا يزال يجب تقليل التعرض للملوثات الأخرى.

7. معلومات التعبئة والطلب

7.1 فك تشفير رقم القطعة

يتم هيكلة رقم القطعة2020-PA0501L-AMعلى النحو التالي:
• 2020:اسم عائلة المنتج (حجم الحزمة).
• PA:رمز اللون للكهرماني المحول بالفوسفور.
• 50:تيار الاختبار بالمللي أمبير (50 مللي أمبير).
• 1:نوع إطار التوصيل (1 = مطلي بالذهب).
• L:مستوى السطوع (L = منخفض، نسبة إلى الفئات الأخرى في هذه السلسلة).
• AM:يُشير إلى درجة تطبيق السيارات.

7.2 مواصفات التعبئة

يتم توريد مصابيح LED على شريط وبكرة للتجميع الآلي. ستفصل قسم معلومات التعبئة أبعاد البكرة وعرض الشريط وتباعد الجيوب واتجاه المكونات على الشريط. هذه البيانات ضرورية لبرمجة آلات الالتقاط والوضع (Pick-and-Place).

8. توصيات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

التطبيق الأساسي هوإضاءة السيارات. تشمل الاستخدامات المحددة:
• الخارجية:إشارات الانعطاف، أضواء العلامات الجانبية، أضواء التشغيل النهارية (DRLs) باللون الكهرماني، أضواء الفرامل المركزية المرتفعة التركيب (CHMSL).
• الداخلية:الإضاءة الخلفية للوحة القيادة، إضاءة المفاتيح، الإضاءة المحيطة، أضواء التحذير والإشارة.

8.2 اعتبارات التصميم

• إدارة الحرارة:يجب أن تحتوي PCB على ثقوب حرارية كافية تحت اللوحة الحرارية متصلة بمستويات أرضية داخلية أو مشتتات حرارة مخصصة للحفاظ على درجة حرارة التقاطع منخفضة، مما يضمن عمرًا طويلاً وإخراج ضوء مستقر.
• التصميم البصري:قد تكون هناك حاجة إلى عدسات أو أدلة ضوئية لتشكيل الحزمة 120 درجة لتطبيقات محددة.
• اختيار السائق:اختر دائرة متكاقة (IC) لسائق LED من درجة السيارات قادرة على توفير 50 مللي أمبير ثابتة (أو حسب المطلوب) على نطاق جهد السيارة الكامل (مثل 9V-16V مع حماية من تفريغ الحمل). غالبًا ما تكون قدرة التعتيم PWM مرغوبة.
• تكوين التوالي/التوازي:لقيادة مصابيح LED متعددة، يُفضل الاتصال على التوالي لأنه يضمن مرور نفس التيار عبر كل وحدة، مما يضمن سطوعًا موحدًا. تتطلب الاتصالات على التوازي مطابقة دقيقة لجهد التشغيل الأمامي أو تحديد تيار فردي.

9. المقارنة والتمييز التقني

مقارنة بمصابيح LED التجارية القياسية، فإن المميزات الرئيسية لـ 2020-PA0501L-AM هيتأهيل AEC-Q102ونطاقدرجة حرارة التشغيل الموسع (-40°C إلى +125°C). هذا يجعله مناسبًا لتطبيقات حجرة المحرك أو الخارجية حيث تكون درجات الحرارة القصوى شائعة. تقدم تكنولوجيا الكهرماني المحول بالفوسفور عادةً استقرارًا واتساقًا لونيًا أفضل مع مرور الوقت ودرجة الحرارة مقارنة بمصابيح LED الكهرمانية القديمة المصنوعة من الراتنج المصبوغ. يوفر تصنيف التفريغ الكهروستاتيكي 8 كيلو فولت ومقاومة الكبريت متانة إضافية لبيئات السيارات القاسية.

10. الأسئلة الشائعة (FAQs)

س1: ما الفرق بين المقاومة الحرارية 'الحقيقية' و'الكهربائية'؟
ج1: المقاومة الحرارية 'الحقيقية' (Rth JS real) تُقاس باستخدام مستشعر درجة حرارة فيزيائي. المقاومة الحرارية 'الكهربائية' (Rth JS el) تُحسب من تغير جهد التشغيل الأمامي مع درجة الحرارة، وهي طريقة أكثر عملية لتقدير درجة حرارة التقاطع في الموقع داخل دائرة عاملة.

س2: هل يمكنني تشغيل هذا LED بمصدر طاقة 3.3 فولت؟
ج2: ليس مباشرة. يتطلب LED تحكمًا في التيار. استخدام مقاوم بسيط من مصدر 3.3 فولت ممكن ولكنه غير فعال وسيختلف السطوع مع فئة جهد التشغيل الأمامي لـ LED. يوصى بشدة باستخدام سائق تيار ثابت مخصص لأداء مستقر.

س3: كيف أفسر رموز التصنيف (Binning) عند الطلب؟
ج3: يجب عليك تحديد فئة التدفق الضوئي المطلوبة (مثل E5)، وفئة جهد التشغيل الأمامي (مثل 2730)، وفئة اللون (مثل YA) بناءً على تحمل التطبيق للتباين. سيوفر المصنع قطعًا تلبي معايير الفئات الثلاث المحددة.

س4: هل هذا LED مناسب للتعتيم PWM؟
ج4: نعم، مصابيح LED مثالية للتعتيم PWM. يجب الرجوع إلى رسم قدرة التعامل مع النبضات لضمان ألا يتجاوز التيار الذروة في شكل موجة PWM الحدود لعرض النبضة المختار ودورة العمل.

11. دراسة حالة تصميمية عملية

السيناريو:تصميم ضوء علامة جانبي كهرماني لمركبة.
المتطلبات:تلبية معايير التداخل الكهرومغناطيسي/التوافق الكهرومغناطيسي للسيارات، العمل من 9V-16V، تحمل دورات درجة الحرارة، والحفاظ على لون وسطوع متسقين.
التنفيذ:سيتضمن الرسم التخطيطي مرشح إدخال، دائرة متكاقة لسائق LED من نوع Buck-Boost أو خطي مصنفة للاستخدام في السيارات، مضبوطة لتقديم 50 مللي أمبير. سيتم توصيل أربعة مصابيح LED من نوع 2020-PA0501L-AM على التوالي بمخرج السائق. ستحتوي PCB على منطقة لوحة حرارية صلبة على الطبقة العلوية تحت مصابيح LED، متصلة عبر ثقوب حرارية متعددة بمستوى أرضي داخلي كبير لنشر الحرارة. ستتضمن دائرة السائق المتكاقة إدخال تعتيم PWM متصل بوحدة التحكم في هيكل السيارة. سيتم اختيار جميع المكونات من عائلات مؤهلة بـ AEC-Q.

12. مبدأ التشغيل

مصباح LED 2020-PA0501L-AM هو مصدر ضوء ذو حالة صلبة يعتمد على شريحة أشباه موصلات، عادةً ما تكون مصنوعة من نيتريد الغاليوم الإنديوم (InGaN) أو مواد مماثلة، تنبعث منها ضوء أزرق عند انحياز أمامي. يمتص هذا الضوء الأزرق بواسطة طبقة من طلاء الفوسفور (جزء "المحول بالفوسفور") المترسب مباشرة على الشريحة. يعيد الفوسفور إصدار الضوء بأطوال موجية أطول، بشكل أساسي في المنطقة الكهرمانية. ينتج عن مزيج الضوء الأزرق المتبقي والانبعاث الكهرماني واسع الطيف من الفوسفور اللون الكهرماني النهائي الذي تدركه العين البشرية. تتيح هذه الطريقة تحكمًا دقيقًا في نقطة اللون وكفاءة عالية.

13. اتجاهات التكنولوجيا

يتجه تطور إضاءة LED للسيارات نحو كفاءة أعلى (المزيد من اللومن لكل واط)، وكثافة طاقة أعلى، وموثوقية محسنة. هذا يقود تطوير تقنيات شرائح جديدة، وفوسفور متقدم بمقاومة أفضل للخمود الحراري، وتصاميم حزم محسنة بمقاومة حرارية أقل. هناك أيضًا اتجاه نحو وحدات متكاملة تجمع بين مصابيح LED متعددة وسائقين وبصريات في وحدة واحدة. علاوة على ذلك، يتزايد الطلب على أنظمة الإضاءة الذكية والتكيفية، مما يتطلب مصابيح LED يمكن التحكم فيها رقميًا بسرعة ودقة عاليتين. تستمر التكنولوجيا الأساسية في التطور لتوفير تجسيد ألوان أفضل، وعمر أطول، وتكاليف نظام أقل لمصنعي السيارات.