وثيقة بيانات LED الأحمر الفائق 2820-SR3501H-AM - الحجم 2.8x2.0 مم - الجهد 2.45 فولت - الطاقة 0.86 واط - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

سلسلة 2820-SR3501H-AM هي LED أحمر فائق عالي السطوع، مثبت على السطح، مُصمم خصيصًا لتطبيقات إضاءة السيارات المتطلبة. هذا المكون هو جزء من عائلة منتجات مصممة لتلبية معايير الموثوقية والأداء الصارمة من الدرجة automotive. وظيفته الأساسية هي توفير مصدر ضوء أحمر موثوق وفعال وشديد للوظائف المختلفة للإشارة والإضاءة داخل المركبة.

تشمل المزايا الأساسية لهذا LED تأهيله وفقًا لمعايير AEC-Q102، مما يضمن متانته لبيئة السيارات، وإخراجه العالي للتدفق الضوئي النموذجي البالغ 45 لومن عند تيار تشغيل قياسي. يتميز الجهاز بزاوية مشاهدة واسعة تبلغ 120 درجة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب توزيعًا ضوئيًا زاويًا واسعًا. وهو متوافق مع توجيهات RoHS وREACH وخالي من الهالوجين، مما يعكس اللوائح البيئية والسلامة الحديثة.

السوق المستهدف حصريًا هو إضاءة السيارات، بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر: الإضاءة المحيطة الداخلية، ومصابيح الفرامل المركزية المرتفعة (CHMSL)، ومصابيح الخلفية المركبة، ووظائف الإشارة الأخرى حيث يكون اللون الأحمر المميز والموثوقية العالية أمران بالغا الأهمية.

2. الغوص العميق في المعلمات التقنية

2.1 الخصائص الضوئية والبصرية

يتمحور الأداء الضوئي حول تدفق ضوئي نموذجي (Φ_v) بقيمة 45 لومن عند تشغيله بتيار 350 مللي أمبير. هذا القياس له تسامح ±8% ويتم أخذه مع تثبيت اللوحة الحرارية عند 25°C. الطول الموجي السائد (λ_d) هو نموذجيًا 632 نانومتر، مما يحدد نقطة لونه الأحمر الفائق، مع نطاق محدد من 627 نانومتر إلى 639 نانومتر وتسامح قياس ±1 نانومتر. يتميز توزيع الضوء المكاني بزاوية مشاهدة واسعة (2φ) تبلغ 120 درجة، مع تسامح ±5 درجات. هذا الشعاع الواسع مثالي للتطبيقات التي تحتاج إلى رؤية جيدة من زوايا مختلفة.

2.2 الخصائص الكهربائية

جهد التشغيل الأمامي (V_F) هو معلمة كهربائية رئيسية، نموذجيًا 2.45 فولت عند 350 مللي أمبير، مع نطاق من 2.00 فولت إلى 2.75 فولت وتسامح قياس ±0.05 فولت. الجهاز مصنف لتيار أمامي مستمر (I_F) يصل إلى 500 مللي أمبير، مع حد أقصى مطلق 1500 مللي أمبير لظروف التدفق (عرض النبضة ≤10 ميكروثانية، دورة عمل 0.005). من المهم ملاحظة أن هذا LEDغير مصمم للعمل العكسي؛ تطبيق جهد عكسي يمكن أن يسبب تلفًا فوريًا.

2.3 الخصائص الحرارية

إدارة الحرارة أمر بالغ الأهمية لأداء LED وعمره الافتراضي. المقاومة الحرارية من الوصلة إلى نقطة اللحام (R_thJS) محددة من خلال طريقتين: قياس حقيقي يعطي 12.8 كلفن/وات نموذجي (16.2 كلفن/وات كحد أقصى) وقياس كهربائي يعطي 10 كلفن/وات نموذجي (13 كلفن/وات كحد أقصى). الحد الأقصى المسموح به لدرجة حرارة الوصلة (T_J) هو 150°C. يمكن للجهاز العمل والتخزين ضمن نطاق درجة حرارة محيطة من -40°C إلى +125°C. التبريد الحراري المناسب ضروري للحفاظ على درجة حرارة الوصلة ضمن الحدود الآمنة، خاصة عند التشغيل بتيارات أعلى.

2.4 الموثوقية وتصنيفات البيئة

يلبي LED عدة معايير موثوقية رئيسية. لديه تصنيف حساسية للتفريغ الكهروستاتيكي (ESD) بقيمة 2 كيلو فولت (نموذج جسم الإنسان، HBM)، وهو معيار لمكونات السيارات. وهو مؤهل وفقًا لـ AEC-Q102 التنقيح A، المعيار العالمي لأشباه الموصلات الضوئية المنفصلة في تطبيقات السيارات. علاوة على ذلك، يلبي معايير اختبار الكبريت الفئة A1، مما يشير إلى مقاومته لبيئات الكبريت المسببة للتآكل. المكون متوافق أيضًا مع RoHS وREACH، وخالي من الهالوجين (Br<900 جزء في المليون، Cl<900 جزء في المليون، Br+Cl<1500 جزء في المليون). مستوى حساسية الرطوبة (MSL) الخاص به هو 2.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

لضمان اتساق اللون والسطوع في الإنتاج، يتم فرز LEDs إلى مجموعات (Bins). يستخدم 2820-SR3501H-AM ثلاثة معايير تصنيف مستقلة.

3.1 تصنيف التدفق الضوئي

يتم تجميع LEDs بناءً على إخراجها الضوئي عند 350 مللي أمبير. المجموعة القياسية لهذه السلسلة هي F3، مع نطاق تدفق ضوئي من 39 لومن (الحد الأدنى) إلى 45 لومن (الحد الأقصى). المجموعات الأخرى المتاحة تشمل F4 (45-52 لومن) وF5 (52-60 لومن). هذا يسمح للمصممين باختيار مستوى سطوع مناسب لتطبيقهم.

3.2 تصنيف جهد التشغيل الأمامي

يتم تصنيف جهد التشغيل الأمامي للمساعدة في تصميم الدائرة ومطابقة مصدر الطاقة. تشمل المجموعات 2022 (2.00-2.25 فولت)، 2225 (2.25-2.50 فولت)، و2527 (2.50-2.75 فولت). معرفة مجموعة V_Fيساعد في التنبؤ باستهلاك الطاقة والحمل الحراري بدقة أكبر.

3.3 تصنيف الطول الموجي السائد

يتم التحكم بإحكام في اللون (الطول الموجي السائد) من خلال التصنيف. يتم تعريف المجموعات على أنها 2730 (627-630 نانومتر)، 3033 (630-633 نانومتر)، 3336 (633-636 نانومتر)، و3639 (636-639 نانومتر). هذا يضمن حدًا أدنى من الانزياح اللوني بين LEDs الفردية في مصفوفة، وهو أمر بالغ الأهمية للتطبيقات الجمالية وتطبيقات الإشارة.

4. تحليل منحنيات الأداء

4.1 منحنى التيار-الجهد والتدفق الضوئي النسبي

يظهر الرسم البياني للتيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي علاقة أسية مميزة. عند 350 مللي أمبير، V_Fالنموذجي هو 2.45 فولت. يوضح منحنى التدفق الضوئي النسبي مقابل التيار الأمامي أن إخراج الضوء يكون دون خطي عند التيارات المنخفضة ويصبح أكثر خطية مع زيادة التيار، مقتربًا من هضبة بالقرب من الحد الأقصى للتيار المقنن. يسلط هذا الضوء على أهمية تشغيل LED عند أو بالقرب من تياره الموصى به للحصول على أفضل كفاءة.

4.2 الاعتماد على درجة الحرارة

تظهر الرسوم البيانية للأداء بوضوح تأثير درجة الحرارة. منحنى الجهد الأمامي النسبي مقابل درجة حرارة الوصلة له ميل سلبي، مما يعني أن V_Fينخفض مع زيادة درجة الحرارة (نموذجيًا -2 مللي فولت/°C لـ LEDs الحمراء). يمكن استخدام هذا لمراقبة درجة حرارة الوصلة. يظهر منحنى التدفق الضوئي النسبي مقابل درجة حرارة الوصلة انخفاضًا كبيرًا في إخراج الضوء مع ارتفاع درجة الحرارة، وهي ظاهرة تُعرف بالترهل الحراري. يشير منحنى الطول الموجي النسبي مقابل درجة حرارة الوصلة إلى تحول طفيف في الطول الموجي السائد (نموذجيًا 0.03-0.05 نانومتر/°C لـ LEDs AlInGaP الحمراء) مع درجة الحرارة، وهو بشكل عام ضئيل لهذا النظام المادي.

4.3 تخفيض التيار الأمامي والتعامل مع النبضات

منحنى تخفيض التيار الأمامي بالغ الأهمية للتصميم الحراري. يظهر الحد الأقصى المسموح به للتيار الأمامي المستمر كدالة لدرجة حرارة لوحة اللحام (T_S). عند الحد الأقصى لدرجة حرارة التشغيل T_S125°C، الحد الأقصى I_Fهو 500 مللي أمبير. يجب تقليل التيار عند درجات حرارة أعلى للوحة اللحام لمنع تجاوز حد الوصلة 150°C. يوفر الرسم البياني لقدرة التعامل مع النبضات المسموح بها إرشادات للعمل النبضي، ويظهر ذروة تيار النبضة (I_FP) المسموح به لعرض نبضة معين (t_p) ودورة عمل (D)، مع تثبيت نقطة اللحام عند 25°C.

4.4 توزيع الطيف

يؤكد الرسم البياني للتوزيع الطيفي النسبي الطبيعة أحادية اللون لهذا LED الأحمر الفائق. الانبعاث يتركز في نطاق ضيق يتركز حول 632 نانومتر، مع عدم وجود انبعاث فعليًا في المناطق الزرقاء أو الخضراء. ينتج عن هذا لون أحمر مشبع للغاية، مثالي لوظائف إشارة السيارات حيث يتم تنظيم نقاء اللون.

5. المعلومات الميكانيكية والغلاف

5.1 الأبعاد الفيزيائية

يستخدم LED غلاف جهاز مثبت على السطح (SMD) مقاس 2820. الاسم يشير إلى الأبعاد التقريبية: 2.8 مم طولاً و 2.0 مم عرضاً. يقدم الرسم الميكانيكي الدقيق أبعادًا مفصلة، بما في ذلك الارتفاع الكلي، وهندسة العدسة، وموضع الإطار الرصاصي. التسامحات نموذجيًا ±0.1 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. تم تصميم الغلاف لتوافقه مع معدات التجميع الآلي (pick-and-place).

5.2 تخطيط لوحة اللحام الموصى به

يتم توفير نمط أرضي مخصص (footprint) لتصميم لوحة الدوائر المطبوعة (PCB). تم تحسين هذا النمط لتشكيل وصلة لحام موثوقة أثناء لحام إعادة التدفق ولنقل الحرارة الفعال من اللوحة الحرارية لـ LED إلى PCB. الالتزام بهذا التخطيط الموصى به أمر ضروري للاستقرار الميكانيكي، والأداء الكهربائي، والأهم من ذلك، إدارة الحرارة. يتضمن تصميم اللوحة ثقوب حرارية مكشوفة أو صب نحاسي ليعمل كمشتت حراري.

5.3 تحديد القطبية

يشير الرسم الميكانيكي في ورقة البيانات إلى أطراف الأنود والكاثود. عادةً، قد يحتوي الغلاف على علامة مثل شق، أو نقطة، أو زاوية مشطوفة لتحديد الكاثود. يجب مراعاة القطبية الصحيحة أثناء التجميع، حيث أن الاتصال العكسي سيمنع التشغيل ومن المحتمل أن يتلف الجهاز.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 ملف تعريف لحام إعادة التدفق (Reflow)

يتم توفير ملف تعريف مفصل لللحام بإعادة التدفق لضمان تثبيت موثوق دون إتلاف LED. يحدد الملف المعلمات الرئيسية: منحنى التسخين المسبق، وقت ودرجة حرارة النقع، الوقت فوق السائل (TAL)، درجة الحرارة القصوى، ومعدل التبريد. الحد الأقصى المطلق لدرجة حرارة اللحام هو 260°C لمدة 30 ثانية. اتباع هذا الملف أمر بالغ الأهمية لتجنب الصدمة الحرارية، أو التقشير، أو عيوب وصلة اللحام.

6.2 احتياطات الاستخدام

تشمل الاحتياطات العامة: تجنب الإجهاد الميكانيكي على العدسة، منع تلويث السطح البصري، استخدام إجراءات التعامل مع ESD المناسبة (حيث أنه مصنف لـ 2 كيلو فولت HBM)، وضمان تخزين الجهاز في بيئة جافة وفقًا لتصنيف MSL 2 قبل الاستخدام. لا يجب تشغيل LED تحت 50 مللي أمبير كما هو موضح في منحنى التخفيض.

6.3 ظروف التخزين

يجب تخزين المكونات في أكياس الحاجز للرطوبة الأصلية مع مجفف في درجات حرارة بين -40°C و +125°C، في بيئة غير مسببة للتآكل. بمجرد فتح الكيس، يجب تجميع المكونات المصنفة MSL 2 ضمن إطار زمني محدد (عادةً سنة واحدة عند<30°C/60% رطوبة نسبية) أو إعادة تجفيفها وفقًا لتعليمات الشركة المصنعة لإزالة الرطوبة الممتصة ومنع ظاهرة "الفشار" أثناء إعادة التدفق.

7. معلومات التعبئة والطلب

7.1 مواصفات التعبئة

يتم توريد LEDs على شريط وبكرة، وهو المعيار لتجميع SMD الآلي. توضح معلومات التعبئة أبعاد البكرة، وعرض الشريط، وتباعد الجيوب، واتجاه المكون. يضمن هذا التوافق مع أنظمة التغذية القياسية على خطوط التجميع.

7.2 نظام ترقيم الأجزاء

يتم فك رموز رقم الجزء 2820-SR3501H-AM على النحو التالي:

• 2820: عائلة المنتج وحجم الغلاف (2.8 مم × 2.0 مم).
• SR: اللون (أحمر فائق).
• 350: تيار الاختبار بالمللي أمبير (350 مللي أمبير).
• 1: نوع الإطار الرصاصي (1 = مطلي بالذهب).
• H: مستوى السطوع (H = عالي).
• AM: يحدد درجة تطبيق السيارات.

يسمح هذا الاصطلاح التسميبي بالتعريف الدقيق للسمات الرئيسية للمكون.

8. توصيات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

التطبيق الأساسي هو إضاءة السيارات. تشمل الاستخدامات المحددة:

• الإشارات الخارجية: مصابيح الذيل الخلفية، مصابيح الفرامل، مصابيح الفرامل المركزية المرتفعة (CHMSL)، إشارات الانعطاف.
• الإضاءة الداخلية: إضاءة خلفية لوحة القيادة، إضاءة المفاتيح، الإضاءة المحيطة، مؤشرات التحذير.

تأهيله لـ AEC-Q102 ومقاومته للكبريت تجعله مناسبًا للمواقع القاسية تحت الغطاء أو الخارجية حيث تكون درجات الحرارة القصوى والرطوبة والتعرض الكيميائي مصدر قلق.

8.2 اعتبارات التصميم

دائرة التشغيل (السائق): يوصى بشدة باستخدام سائق تيار ثابت بدلاً من مصدر جهد ثابت لضمان إخراج ضوئي مستقر ومنع الانفلات الحراري. يجب تصميم السائق لاستيعاب نطاق مجموعة V_F.

الإدارة الحراريةهي الجانب الأكثر أهمية في التصميم. يجب أن توفر PCB مسارًا حراريًا كافيًا من لوحات لحام LED إلى مشتت حراري أو مستوى أرضي للوحة. استخدم المقاومة الحرارية المقدمة (R_thJS) ومنحنى التخفيض لحساب التصميم الحراري اللازم للحفاظ على T_Jأقل من 150°C تحت أسوأ الظروف.

التصميم البصري: قد تتطلب زاوية المشاهدة 120 درجة بصريات ثانوية (عدسات، أدلة ضوئية) لتشكيل الشعاع لتطبيقات محددة مثل إنشاء مظهر إضاءة موحد أو إشارة مركزة.

9. المقارنة التقنية والتمييز

مقارنة بـ LEDs الحمراء التجارية القياسية، تقدم سلسلة 2820-SR3501H-AM مزايا مميزة للاستخدام في السيارات:

• الموثوقية: يتضمن تأهيل AEC-Q102 اختبارات إجهاد صارمة (حياة التشغيل في درجة حرارة عالية، دورات الحرارة، مقاومة الرطوبة، إلخ.) تتجاوز بكثير المواصفات التجارية.
• نطاق درجة حرارة موسع: التشغيل من -40°C إلى +125°C ضروري لبيئات السيارات، بينما تصل LEDs التجارية عادةً إلى +85°C كحد أقصى.
• تصنيف اللون والتدفق الضوئي: يضمن التصنيف الأكثر إحكامًا الاتساق في المظهر والأداء عبر جميع الوحدات في تجميع إضاءة المركبة.
• مقاومة الكبريت: الامتثال لاختبار الكبريت الفئة A1 يحمي من التآكل الناتج عن الغازات المحتوية على الكبريت الموجودة في بعض بيئات السيارات (مثل الإطارات أو بعض الأختام).
• القدرة على التتبع: عادةً ما يكون لمكونات الدرجة automotive متطلبات تتبع أكثر صرامة عبر سلسلة التوريد.

المميز الأساسي له هو هذه المتانة المعتمدة للنظام البيئي للسيارات.

10. الأسئلة الشائعة (FAQ)

س: هل يمكنني تشغيل هذا LED مباشرة من بطارية سيارة 12 فولت؟

ج: لا. يتطلب LED سائق تيار ثابت. توصيله مباشرة بـ 12 فولت سيسبب تيارًا زائدًا كارثيًا وفشلاً فوريًا. دائرة سائق (خطي أو تبديل) تنظم التيار إلى 350 مللي أمبير (أو مستوى آخر مرغوب ضمن المواصفات) إلزامية.

س: ما هو الغرض من الإطار الرصاصي المطلي بالذهب (النوع "1")؟

ج: الطلاء بالذهب يوفر مقاومة فائقة للتآكل وقابلية لحام ممتازة مع مرور الوقت، وهو أمر مهم للموثوقية طويلة المدى في بيئات السيارات القاسية. كما يضمن اتصالاً كهربائيًا مستقرًا ومنخفض المقاومة.

س: كيف أفسر قيمتي المقاومة الحرارية المختلفتين (الحقيقية مقابل الكهربائية)؟

ج: القيمة "الحقيقية" (12.8 كلفن/وات) يتم قياسها مباشرة باستخدام طريقة اختبار حراري. القيمة "الكهربائية" (10 كلفن/وات) مشتقة من خاصية جهد التشغيل الأمامي الحساسة لدرجة الحرارة. للتصميم الحراري المحافظ، يُنصح باستخدام القيمة "الحقيقية" الأعلى أو القيمة القصوى المحددة (16.2 كلفن/وات) في الحسابات.

س: هل مبرد حراري مطلوب دائمًا؟

ج: يعتمد ذلك على تيار التشغيل، ودرجة الحرارة المحيطة، وتصميم PCB. عند تيار التشغيل الكامل 500 مللي أمبير و/أو في درجات حرارة محيطة عالية، مسار حراري فعال (عبر PCB إلى مبرد حراري أو منطقة نحاسية كبيرة) ضروري تمامًا للبقاء ضمن حد درجة حرارة الوصلة. عند التيارات المنخفضة وفي البيئات الباردة، قد تكون PCB نفسها كافية.

11. دراسة حالة تصميمية عملية

السيناريو: تصميم مصفوفة لمصباح فرامل مرتفع (CHMSL).

يحتاج مصمم إلى إنشاء CHMSL باستخدام 10 LEDs. الهدف هو سطوع ولون موحدين، يعملان من نظام 12 فولت للمركبة، مع أقصى درجة حرارة لنقطة اللحام تبلغ 100°C.

الخطوات:

1. التصميم الكهربائي: اختر سائق تيار ثابت قادر على توفير ~3.5 أمبير إجمالي (10 × 350 مللي أمبير). يجب أن يكون جهد خرج السائق أعلى من مجموع أقصى V_Fلسلسلة LEDs المتصلة على التوالي. لـ 10 LEDs على التوالي مع V_F(max)=2.75 فولت، يحتاج السائق إلى خرج >27.5 فولت. بدلاً من ذلك، استخدم سلاسل متوازية مع مقاومات موازنة أو سائقين فرديين.
2. التصميم الحراري: باستخدام منحنى التخفيض، عند T_S=100°C، الحد الأقصى I_Fالمستمر هو ~520 مللي أمبير، لذا 350 مللي أمبير آمن. احسب المعاوقة الحرارية المطلوبة من الوصلة إلى المحيط: ΔT = T_J(max)- T_S= 150°C - 100°C = 50°C. الطاقة لكل LED P_D≈ I_F* V_F= 0.35A * 2.45V = 0.8575W. المطلوب R_thJA≤ ΔT / P_D= 50°C / 0.8575W ≈ 58.3 K/W. بما أن R_thJSهو ~12.8 K/W، يجب أن توفر PCB والبيئة R_thSA≤ 45.5 K/W.
3. البصري/الميكانيكي: ضع LEDs على PCB وفقًا لتخطيط اللوحة الموصى به. صمم دليل ضوئي أو موزع ضوئي لدمج الضوء من المصادر العشر المنفصلة في شريط ضوئي واحد وموحد كما تتطلبه اللوائح.
4. التصنيف (Binning): حدد مجموعات ضيقة للتدفق الضوئي (مثل F3 أو F4) والطول الموجي السائد (مثل 3033) لضمان تطابق جميع الـ 10 LEDs بشكل وثيق.

12. مبدأ التشغيل

يعتمد 2820-SR3501H-AM على نظام مادة أشباه الموصلات فوسفيد الألومنيوم إنديوم جاليوم (AlInGaP). عندما يتم تطبيق جهد أمامي يتجاوز طاقة فجوة النطاق للمادة عبر وصلة p-n، يتم حقن الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة. إعادة اتحادها تطلق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). التركيب المحدد لطبقات AlInGaP مُصمم هندسيًا لإنتاج فوتونات بطول موجي يتركز حول 632 نانومتر، والذي تدركه العين البشرية كلون أحمر مشبع. تغلف العدسة الإيبوكسية شريحة أشباه الموصلات، وتوفر حماية بيئية، وتشكل الضوء المنبعث إلى زاوية مشاهدة 120 درجة.

13. اتجاهات التكنولوجيا

الاتجاه في إضاءة LED للسيارات، بما في ذلك وظائف الإشارة الحمراء، هو نحو كفاءة أعلى (المزيد من اللومن لكل واط)، وكثافة طاقة متزايدة (أغلفة أصغر مع إخراج ضوئي أعلى)، وموثوقية محسنة. هناك أيضًا اتجاه نحو سائقات LED ذكية متكاملة مع قدرات تشخيص واتصال (عبر ناقل LIN أو CAN مثلاً). علاوة على ذلك، فإن الدفع نحو وحدات إضاءة قياسية وقابلة للتوسع يؤثر على تصميم الغلاف والبصريات. يمثل غلاف 2820 منصة ناضجة وموثوقة، بينما قد تركز التصميمات الأحدث على أغلفة بحجم الشريحة (CSP) أو وحدات متعددة الشرائح المتكاملة لمزيد من مرونة التصميم والأداء.