ورقة بيانات LED أحمر 2020 مكعب ضوئي - حزمة SMD - 2.2 فولت نموذجي - 140 مللي أمبير - 26 لومن - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

توضح هذه الوثيقة مواصفات مصباح 2020 مكعب ضوئي، وهو LED أحمر عالي السطوع من نوع Surface-Mount Device (SMD) مُصمم في المقام الأول لبيئات الإضاءة الصارمة في السيارات. يتميز المكون بمساحة صغيرة (2020)، وبناء قوي، ومعايير أداء مُعدة خصيصًا للموثوقية تحت ظروف التشغيل القاسية. تشمل مزاياه الأساسية الامتثال لمعايير التأهيل الصارمة للسيارات، وزاوية رؤية واسعة لإضاءة موحدة، وشهادات الامتثال البيئي.

السوق المستهدف الرئيسي هو صناعة السيارات، حيث يُناسب وظائف إضاءة الإشارات الداخلية والخارجية المختلفة. يركز التصميم على الاستقرار طويل الأمد، والأداء الحراري، ومقاومة عوامل الإجهاد البيئي الشائعة في تطبيقات المركبات.

2. الغوص العميق في المعايير التقنية

2.1 الخصائص الضوئية والبصرية

يُحدد الأداء الضوئي الرئيسي للـ LED عند تيار اختبار قياسي قدره 140 مللي أمبير. ناتج التدفق الضوئي النموذجي هو 26 لومن (lm)، مع حد أدنى محدد 23 لومن وحد أقصى 39 لومن، مع الأخذ في الاعتبار التصنيف أثناء الإنتاج. الطول الموجي السائد نموذجيًا هو 614 نانومتر، مما يضعه بقوة في الطيف الأحمر، مع نطاق من 612 نانومتر إلى 627 نانومتر. تضمن زاوية رؤية واسعة 120 درجة (بمُتحمّل ±5°) نمط إشعاع واسع، وهو مفيد للتطبيقات التي تتطلب إضاءة لمنطقة واسعة أو وضوح الرؤية من زوايا متعددة.

2.2 المعايير الكهربائية

جهد التشغيل الأمامي (Vf) عند حالة الاختبار 140 مللي أمبير له قيمة نموذجية 2.2 فولت، تتراوح من حد أدنى 1.75 فولت إلى حد أقصى 2.75 فولت. الحد الأقصى المطلق للتيار الأمامي المستمر هو 250 مللي أمبير. بالنسبة لحالات التيار العالي المفاجئ (عرض النبضة ≤10 ميكروثانية، دورة عمل 0.005)، يمكن للجهاز تحمل تيار مفاجئ (IFM) يصل إلى 1000 مللي أمبير. من المهم ملاحظة أن هذا الـ LED غير مصمم للعمل بجهد عكسي.

2.3 التصنيفات الحرارية والموثوقية

الإدارة الحرارية حاسمة لطول عمر الـ LED. يتم تحديد المقاومة الحرارية من الوصلة إلى نقطة اللحام بقيمتين: نتيجة الطريقة الكهربائية 16-18 كلفن/واط ونتيجة الطريقة الحقيقية 23-26 كلفن/واط. أقصى درجة حرارة مسموح بها للوصلة (Tj) هي 150 درجة مئوية. الجهاز مُصنف لنطاق درجة حرارة تشغيل من -40 درجة مئوية إلى +125 درجة مئوية، بما يتطابق مع المتطلبات القصوى للاستخدام في السيارات. يتميز بحماية من التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) مُصنفة بـ 2 كيلو فولت (نموذج جسم الإنسان). المكون مؤهل أيضًا للحام بإعادة التدفق الخالي من الرصاص بدرجة حرارة ذروية 260 درجة مئوية لمدة 30 ثانية.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

لضمان الاتساق في الإنتاج، يتم فرز مصابيح LED إلى مجموعات أداء (Bins). فهم هذه المجموعات ضروري لاتساق التصميم.

3.1 تصنيف التدفق الضوئي

يتم تجميع مصابيح LED بناءً على ناتجها الضوئي عند 140 مللي أمبير. المجموعات الأساسية هي E9 (23-27 لومن)، F1 (27-33 لومن)، و F2 (33-39 لومن). القيمة النموذجية 26 لومن تقع ضمن مجموعة E9.

3.2 تصنيف جهد التشغيل الأمامي

يتم أيضًا تصنيف المكونات وفقًا لانخفاض جهد التشغيل الأمامي. تشمل المجموعات الرئيسية 1720 (1.75-2.0 فولت)، 2022 (2.0-2.25 فولت)، 2225 (2.25-2.5 فولت)، و 2527 (2.5-2.75 فولت). القيمة النموذجية 2.2 فولت تتوافق مع مجموعة 2022.

3.3 تصنيف الطول الموجي السائد

يتم التحكم في اللون (الطول الموجي) بدقة من خلال مجموعات مثل 1215 (612-615 نانومتر)، 1518 (615-618 نانومتر)، حتى 2427 (624-627 نانومتر). القيمة النموذجية 614 نانومتر موجودة في مجموعة 1215.

4. تحليل منحنيات الأداء

4.1 منحنى التيار-الجهد والتدفق الضوئي النسبي

يُظهر الرسم البياني للتيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي علاقة أسية مميزة. يشير منحنى التدفق الضوئي النسبي مقابل التيار الأمامي إلى أن ناتج الضوء يزداد مع التيار ولكنه سيشبع في النهاية ويمكن أن يقلل الكفاءة والعمر التشغيلي عند التيارات الأعلى من الموصى بها.

4.2 الاعتماد على درجة الحرارة

الرسم البياني للتدفق الضوئي النسبي مقابل درجة حرارة الوصلة حاسم للتصميم الحراري. يُظهر أن ناتج الضوء ينخفض مع زيادة درجة حرارة الوصلة. يشير الرسم البياني لانزياح الطول الموجي السائد مقابل درجة حرارة الوصلة إلى أن اللون سيتغير (نموذجيًا نحو أطوال موجية أطول) مع ارتفاع درجة الحرارة، وهو ما يجب مراعاته في التطبيقات الحساسة للألوان.

4.3 التوزيع الطيفي وتخفيض التصنيف (Derating)

يؤكد الرسم البياني للتوزيع الطيفي النسبي على وجود ذروة انبعاث أحمر ذو نطاق ضيق. يفرض منحنى تخفيض تصنيف التيار الأمامي تقليل أقصى تيار مستمر مسموح به مع زيادة درجة حرارة وسادة اللحام لمنع تجاوز أقصى درجة حرارة للوصلة. على سبيل المثال، عند درجة حرارة وسادة 125 درجة مئوية، يجب تخفيض التيار إلى 250 مللي أمبير.

5. معلومات الميكانيكا والحزمة

يستخدم المكون حزمة SMD قياسية 2020 (مساحة 2.0 مم × 2.0 مم). يحدد الرسم الميكانيكي الأبعاد الدقيقة، بما في ذلك الارتفاع الكلي، وتفاصيل إطار التوصيل، وهندسة العدسة. التسامحات عادةً ±0.1 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. يتم توفير تخطيط وسادة لحام موصى به لضمان تكوين وصلة لحام سليمة، ونقل حراري مناسب، واستقرار ميكانيكي أثناء إعادة التدفق والتشغيل. يُشار إلى القطبية بواسطة علامة محددة أو تكوين دبوس على جسم المكون، والتي يجب مراعاتها أثناء التركيب.

6. إرشادات اللحام والتركيب

الـ LED متوافق مع عمليات إعادة التدفق الخالية من الرصاص القياسية. يتم توفير ملف تعريف لحام بإعادة التدفق مفصل، يحدد المعايير الحرجة: منحنى التسخين المسبق، وقت ودرجة حرارة النقع، الوقت فوق السائل (TAL)، درجة الحرارة القصوى (260 درجة مئوية كحد أقصى لمدة 30 ثانية)، ومعدل التبريد. الالتزام بهذا الملف الشخصي ضروري لمنع الصدمة الحرارية، أو عيوب وصلة اللحام، أو تلف حزمة الـ LED. تشمل الاحتياطات العامة استخدام حماية ESD مناسبة أثناء التعامل، وتجنب الإجهاد الميكانيكي على العدسة، وضمان خلو بيئة اللحام من الملوثات مثل الكبريت.

7. معلومات التغليف والطلب

يتم توريد القطع في تغليف شريط وبكرة قياسي مناسب لآلات التجميع الآلي (pick-and-place). تفصل معلومات التغليف أبعاد البكرة، وتباعد الجيوب، والتوجيه. يتبع رقم الجزء هيكلًا محددًا:2020 - UR - 140 - D - M - AM.
- 2020: عائلة المنتج.
- UR: اللون (أحمر).
- 140: تيار الاختبار بالمللي أمبير.
- D: نوع إطار التوصيل (ذهب + غراء أبيض).
- M: مستوى السطوع (متوسط).
- AM: تسمية التطبيق في السيارات.

8. اقتراحات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

التطبيق الأساسي هو إضاءة السيارات. وهذا يشمل، على سبيل المثال لا الحصر، مصابيح الفرامل المركزية المرتفعة (CHMSL)، ومصابيح الخلفية المركبة (ذيل/فرامل)، ومصابيح العلامات الجانبية، والإضاءة المحيطة الداخلية. تأهيله AEC-Q102 ونطاق درجة الحرارة الواسع يجعله مناسبًا لهذه البيئات القاسية.

8.2 اعتبارات التصميم

دائرة القيادة (السائق):يُوصى بشدة باستخدام سائق تيار ثابت لضمان ناتج ضوئي مستقر ومنع الانحراف الحراري، حيث أن جهد التشغيل الأمامي للـ LED له معامل درجة حرارة سالب.
الإدارة الحرارية:يجب أن يسهل تخطيط اللوحة PCB تبديد الحرارة. استخدم تصميم وسادة اللحام الموصى به، ووفر مساحة نحاسية كافية متصلة بالوسادة الحرارية، وفكر في المسار الحراري العام للنظام للحفاظ على درجة حرارة وسادة اللحام ضمن الحدود الآمنة لتيار التشغيل المطلوب.
التصميم البصري:قد تتطلب زاوية الرؤية 120 درجة بصريات ثانوية (عدسات، موجهات ضوئية) لتشكيل الحزمة الضوئية لتطبيقات محددة. يجب تقييم احتمالية تغير الطول الموجي مع درجة الحرارة للاستخدامات الحساسة للألوان.

9. المقارنة التقنية والتمييز

مقارنةً بمصابيح LED التجارية العامة، فإن المميزات الرئيسية لهذا المكون هي تأهيلاته من الدرجة الصناعية للسيارات (AEC-Q102)، ونطاق درجة حرارة التشغيل الموسع (-40°C إلى +125°C)، واختبارات الموثوقية المحددة (مثل اختبار الكبريت Class A1). كما أنه يتوافق مع متطلبات الخلو من الهالوجين، وهو أمر مهم بشكل متزايد لأسباب بيئية وموثوقية في الإلكترونيات السيارة. يجمع المزيج بين مستوى سطوع متوسط (26 لومن نموذجي) وبناء قوي على حل متوازن للتطبيقات التي تُعطي الأولوية للموثوقية على السطوع النهائي.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

س: هل يمكنني تشغيل هذا الـ LED عند أقصى تيار له وهو 250 مللي أمبير بشكل مستمر؟
ج: ليس بالضرورة. تصنيف 250 مللي أمبير هو الحد الأقصى المطلق تحت ظروف محددة. تيار التشغيل المستمر الآمن يعتمد على التصميم الحراري. يجب عليك استخدام منحنى تخفيض تصنيف التيار الأمامي بناءً على درجة حرارة وسادة اللحام المقاسة أو المقدرة (Ts). على سبيل المثال، إذا كانت Ts هي 100 درجة مئوية، فإن أقصى تيار مستمر مسموح به أقل بكثير من 250 مللي أمبير.

س: ما الفرق بين المقاومة الحرارية الحقيقية والكهربائية (Rth JS)؟
ج: تستخدم الطريقة الكهربائية المعايير الكهربائية الحساسة لدرجة الحرارة في الـ LED لتقدير درجة حرارة الوصلة، بينما قد تستخدم الطريقة الحقيقية مستشعرًا فيزيائيًا. تعتبر قيمة الطريقة الحقيقية (23-26 كلفن/واط) بشكل عام أكثر تحفظًا وموثوقية لحسابات التصميم الحراري.

س: تذكر ورقة البيانات اختبار الكبريت. لماذا هذا مهم؟
ج: يمكن للأجواء المحتوية على الكبريت (مثل تلك الصادرة عن بعض المطاط، أو الحشيات، أو البيئات الصناعية) أن تسبب تآكلًا لأطراف التوصيل القائمة على الفضة، مما يؤدي إلى الفشل. يشير تصنيف اختبار الكبريت Class A1 إلى أن الجهاز اجتاز اختبارات محددة لمقاومة التآكل الكبريتي، وهو أمر حاسم للموثوقية طويلة الأمد في تجميعات السيارات المغلقة.

11. دراسة حالة تصميم عملية

فكر في تصميم وحدة مصباح فرامل خلفي باستخدام هذا الـ LED. مجموعة من 10 مصابيح LED على التوالي ستتطلب سائقًا قادرًا على توفير 140 مللي أمبير عند جهد تقريبي 22 فولت (10 * 2.2 فولت نموذجي)، بالإضافة إلى هامش أمان. يجب تصميم اللوحة PCB بفتحات حرارية (thermal vias) تحت الوسادة الحرارية لكل LED، متصلة بمستوى أرضي داخلي كبير لنشر الحرارة. يجب الرجوع إلى منحنى تخفيض التصنيف: إذا وصلت درجة حرارة اللوحة PCB بالقرب من مصابيح LED إلى 80 درجة مئوية في أسوأ حالة بيئية محيطة، فيجب التحقق من أقصى تيار مسموح به لكل LED وتقليله محتملًا من 140 مللي أمبير لضمان بقاء درجة حرارة الوصلة أقل من 150 درجة مئوية. سيتم استخدام المحاكاة البصرية لترتيب مصابيح LED وتصميم موزع ضوئي لتلبية معايير توزيع وكثافة الشدة الضوئية المطلوبة لمصابيح فرامل السيارات.

12. مقدمة عن مبدأ التشغيل

هذا هو ثنائي باعث للضوء قائم على أشباه الموصلات. عند تطبيق جهد أمامي يتجاوز جهد التشغيل الأمامي المميز له (Vf)، تتحد الإلكترونات والثقوب داخل المنطقة النشطة لشريحة أشباه الموصلات، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد التركيب المادي المحدد لأشباه الموصلات (المحتمل أن يكون قائمًا على AlInGaP للانبعاث الأحمر) الطول الموجي السائد للضوء المنبعث. تحتوي حزمة SMD على إطار توصيل للاتصال الكهربائي والتوصيل الحراري، وعدسة سيليكونية لحماية الشريحة وتشكيل ناتج الضوء، وتجويف عاكس أبيض لتعزيز كفاءة استخراج الضوء.

13. اتجاهات التكنولوجيا

يستمر اتجاه إضاءة LED في السيارات نحو كفاءة أعلى (المزيد من اللومن لكل واط)، وكثافة طاقة أكبر، وتحسين الموثوقية. هذا يسمح بوحدات إضاءة أصغر حجمًا وأكثر كفاءة في استهلاك الطاقة. هناك أيضًا تركيز على الوظائف المتقدمة مثل الحزم التكيفية للقيادة (ADB) والتواصل عبر الضوء (Li-Fi)، على الرغم من أن هذه تتطلب عادةً مكونات أكثر تعقيدًا. بالنسبة لوظائف الإشارات القياسية، يظل التركيز على المكونات المُحسّنة من حيث التكلفة، وعالية الموثوقية، والمؤهلة مثل الموصوف، مع تحسينات مستمرة في الأداء الحراري والعمر التشغيلي تحت التشغيل بدرجات حرارة عالية.