ورقة بيانات مصباح LED 313-2SUBC/C470/S400-A4 - اللون الأزرق - جهد أمامي 3.4 فولت - تيار تشغيل 20 مللي أمبير - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

توفر هذه الوثيقة المواصفات التقنية الكاملة لمصباح LED طراز 313-2SUBC/C470/S400-A4. هذا المكون هو ديود باعث للضوء أزرق عالي السطوع، مُصمم للتطبيقات التي تتطلب أداءً موثوقًا وقويًا. وهو متوافق مع اللوائح البيئية الرئيسية بما في ذلك RoHS، وEU REACH، ومعايير الخلو من الهالوجين، مما يضمن ملاءمته للتصاميم الإلكترونية الحديثة ذات متطلبات المواد الصارمة.

يُقدم الـ LED على شريط وبكرة (Tape and Reel) لعمليات التجميع الآلي، وهو متوفر بزوايا مشاهدة مختلفة لتناسب احتياجات التطبيقات المتنوعة. هدفه التصميمي الرئيسي هو تقديم شدة إضاءة أعلى في شكل عبوة مصباح قياسي.

2. الغوص العميق في المعلمات التقنية

2.1 القيم القصوى المطلقة

تحدد القيم القصوى المطلقة الحدود التي إذا تم تجاوزها قد يحدث تلف دائم للجهاز. يتم تحديد هذه القيم عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية.

• التيار الأمامي المستمر (IF):25 مللي أمبير. هذا هو أقصى تيار مستمر يمكن تطبيقه بشكل مستمر.
• تيار الذروة الأمامي (IFP):100 مللي أمبير. هذا مسموح به فقط في ظل ظروف النبض بدورة عمل 1/10 عند تردد 1 كيلو هرتز.
• الجهد العكسي (VR):5 فولت. تجاوز هذا الجهد في حالة الانحياز العكسي يمكن أن يسبب انهيار الوصلة.
• تبديد الطاقة (Pd):120 ملي واط. هذه هي أقصى طاقة يمكن للجهاز تبديدها.
• درجة حرارة التشغيل (Topr):من -40 إلى +85 درجة مئوية. النطاق الذي صُمم الجهاز للعمل ضمنه.
• درجة حرارة التخزين (Tstg):من -40 إلى +100 درجة مئوية.
• درجة حرارة اللحام (Tsol):260 درجة مئوية لمدة 5 ثوانٍ، تحدد تحمل ملف تعريف لحام الريفلو.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

يتم قياس الخصائص الكهروضوئية تحت ظروف الاختبار القياسية (Ta=25°C، IF=20mA) وتمثل الأداء النموذجي للجهاز.

• شدة الإضاءة (Iv):630 (الحد الأدنى)، 1000 (النموذجي) ميل كانديلا. هذا مقياس للسطوع الملحوظ للضوء الأزرق. عدم اليقين في القياس هو ±10%.
• زاوية المشاهدة (2θ1/2):20 درجة (النموذجي). هذا يُعرّف العرض الزاوي الذي تنخفض عنده شدة الإضاءة إلى نصف قيمتها القصوى.
• الطول الموجي الذروي (λp):468 نانومتر (النموذجي). الطول الموجي الذي يكون عنده الانبعاث الطيفي أقوى.
• الطول الموجي السائد (λd):470 نانومتر (النموذجي). الطول الموجي الوحيد الذي تدركه العين البشرية، مع عدم يقين يبلغ ±1.0 نانومتر.
• عرض نطاق الإشعاع الطيفي (Δλ):35 نانومتر (النموذجي). العرض الطيفي للضوء المنبعث.
• الجهد الأمامي (VF):3.4 (النموذجي)، 4.0 (الحد الأقصى) فولت. انخفاض الجهد عبر الـ LED عند التشغيل بتيار 20mA، مع عدم يقين يبلغ ±0.1V.
• التيار العكسي (IR):50 ميكرو أمبير (الحد الأقصى) عند VR=5V. تيار التسرب الصغير عندما يكون الجهاز في حالة انحياز عكسي.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

يستخدم المنتج نظام تصنيف (Binning) لتصنيف الوحدات بناءً على المعلمات البصرية والكهربائية الرئيسية، مما يضمن الاتساق للمستخدم النهائي. تشير الملصقات على العبوة إلى هذه التصنيفات:

• CAT:رتب شدة الإضاءة. يصنف مصابيح LED بناءً على ناتج Iv المقاس.
• HUE:رتب الطول الموجي السائد. يصنف مصابيح LED بناءً على λd لضمان اتساق اللون.
• REF:رتب الجهد الأمامي. يصنف مصابيح LED بناءً على VF للمساعدة في تصميم الدائرة لقيادة تيار متسقة.

يسمح هذا النظام للمصممين باختيار مصابيح LED التي تتطابق مع المتطلبات المحددة لتطبيقهم، وهو أمر مهم بشكل خاص للتطبيقات التي يكون فيها اتساق اللون أو السطوع حاسمًا.

4. تحليل منحنيات الأداء

تتضمن ورقة البيانات عدة منحنيات مميزة توضح سلوك الجهاز تحت ظروف مختلفة.

4.1 الشدة النسبية مقابل الطول الموجي

يُظهر هذا المنحنى توزيع القدرة الطيفية للضوء الأزرق المنبعث، المتمركز حول 468-470 نانومتر بعرض نطاق نموذجي يبلغ 35 نانومتر. يؤكد الطبيعة أحادية اللون لناتج الـ LED.

4.2 نمط التوجيهية

يُصور مخطط التوجيهية زاوية المشاهدة البالغة 20 درجة، ويوضح كيف تنخفض شدة الإضاءة مع تحرك زاوية المراقبة بعيدًا عن المحور المركزي (0 درجة).

4.3 التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى IV)

يُظهر هذا المنحنى الأساسي العلاقة الأسية بين التيار (I) والجهد (V) للديود شبه الموصل. يُشار بوضوح إلى الجهد الأمامي النموذجي البالغ 3.4V عند 20mA. المنحنى ضروري لتصميم دائرة تحديد التيار.

4.4 الشدة النسبية مقابل التيار الأمامي

يوضح هذا المنحنى أن ناتج الضوء (الشدة النسبية) يزداد مع زيادة التيار الأمامي. ومع ذلك، يجب أن يظل التشغيل ضمن القيم القصوى المطلقة (25mA مستمر) لمنع ارتفاع درجة الحرارة والتدهور المتسارع.

4.5 منحنيات الاعتماد على درجة الحرارة

يُظهر منحنيان رئيسيان تأثير درجة الحرارة المحيطة (Ta):
الشدة النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطة:يوضح أن ناتج الإضاءة عادةً ما ينخفض مع زيادة درجة حرارة الوصلة. هذا اعتبار بالغ الأهمية لإدارة الحرارة في التطبيقات عالية الطاقة أو ذات درجة الحرارة المحيطة العالية.
التيار الأمامي مقابل درجة الحرارة المحيطة:يوضح كيف يتحول منحنى الجهد الأمامي مع درجة الحرارة، مما يمكن أن يؤثر على التيار المسحوب إذا كان مدفوعًا بمصدر جهد ثابت.

5. المعلومات الميكانيكية ومواصفات العبوة

يستخدم الـ LED عبوة قياسية على شكل مصباح مع دبوسين (رجلين). يوفر الرسم التفصيلي للعبوة الأبعاد الحرجة لتصميم البصمة على لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) والتكامل الميكانيكي.

• جميع الأبعاد مُقدمة بالمليمترات.
• مواصفة رئيسية هي أن ارتفاع الحافة (Flange) يجب أن يكون أقل من 1.5 مم (0.059 بوصة).
• التحمل القياسي للأبعاد، ما لم يُذكر خلاف ذلك، هو ±0.25 مم.
• يوضح الرسم بوضوح القطب السالب (عادةً الرجل الأقصر أو جانب مسطح على العدسة) من أجل الاستقطاب الصحيح أثناء التثبيت.

الالتزام بهذه الأبعاد أمر بالغ الأهمية للتثبيت السليم في التجميع الآلي ولضمان جلوس الـ LED بشكل صحيح على الـ PCB.

6. إرشادات اللحام والتجميع

المناولة السليمة ضرورية للحفاظ على موثوقية الجهاز وأدائه.

6.1 تشكيل الأرجل (Lead Forming)

• يجب أن يحدث الانحناء على بعد 3 مم على الأقل من قاعدة لمبة الإيبوكسي لتجنب الإجهاد على الشريحة الداخلية وروابط الأسلاك.
• يجب أن يتم التشكيلقبل soldering.
• يجب قطع الأرجل في درجة حرارة الغرفة.
• يجب أن تتماشى ثقوب الـ PCB تمامًا مع أرجل الـ LED لتجنب إجهاد التثبيت.

6.2 التخزين

• التخزين الموصى به: ≤ 30 درجة مئوية و ≤ 70% رطوبة نسبية.
• العمر الافتراضي بعد الشحن: 3 أشهر تحت هذه الظروف.
• للتخزين لفترات أطول (حتى سنة واحدة)، استخدم حاوية محكمة الغلق تحتوي على نيتروجين ومجفف.
• بمجرد الفتح، استخدم خلال 24 ساعة لمنع امتصاص الرطوبة.
• تجنب التغيرات السريعة في درجة الحرارة في البيئات الرطبة لمنع التكثيف.

6.3 عملية اللحام

قاعدة حرجة:الحفاظ على مسافة لا تقل عن 3 مم من نقطة اللحام إلى لمبة الإيبوكسي.

اللحام اليدوي:
درجة حرارة طرف المكواة: 300 درجة مئوية كحد أقصى (مكواة 30 واط كحد أقصى).
زمن اللحام لكل رجل: 3 ثوانٍ كحد أقصى.

لحام الموجة (DIP):
درجة حرارة التسخين المسبق: 100 درجة مئوية كحد أقصى (60 ثانية كحد أقصى).
درجة حرارة وحوض اللحام والزمن: 260 درجة مئوية كحد أقصى لمدة 5 ثوانٍ كحد أقصى.
يتم توفير ملف تعريف درجة حرارة لحام موصى به، مع التأكيد على التسخين التدريجي المتحكم فيه، ووقت محدد فوق نقطة السيولة، والتبريد المتحكم فيه.

ملاحظات مهمة:
تجنب الإجهاد على الأرجل أثناء عمليات درجات الحرارة العالية.
لا تقم بلحام (غمس أو يدوي) أكثر من مرة واحدة.
احمِ الـ LED من الصدمات الميكانيكية حتى يبرد إلى درجة حرارة الغرفة بعد اللحام.
استخدم أدنى درجة حرارة ممكنة تحقق وصلة لحام موثوقة.

6.4 التنظيف

• إذا لزم الأمر، نظف فقط باستخدام كحول الأيزوبروبيل في درجة حرارة الغرفة لمدة ≤ 1 دقيقة.
• جفف في درجة حرارة الغرفة قبل الاستخدام.
• لا يُنصح عمومًا بالتنظيف بالموجات فوق الصوتية. إذا كان مطلوبًا بشكل مطلق، فإن التأهيل المسبق الشامل ضروري لضمان عدم حدوث تلف، حيث يعتمد ذلك على الطاقة والتردد وظروف التجميع.

7. معلومات التعبئة والطلب

7.1 مواصفات التعبئة

يتم تعبئة مصابيح LED لمنع التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) وتلف الرطوبة:
1. توضع مصابيح LED في أكياس مضادة للكهرباء الساكنة.
2. تُعبأ الأكياس في صناديق داخلية.
3. تُعبأ الصناديق الداخلية في صناديق خارجية رئيسية.

كمية التعبئة:
200 إلى 500 قطعة لكل كيس.
5 أكياس لكل صندوق داخلي.
10 صناديق داخلية لكل صندوق خارجي.

7.2 شرح الملصقات

تتضمن ملصقات التعبئة:
CPN:رقم قطعة العميل.
P/N:رقم قطعة الشركة المصنعة (مثال: 313-2SUBC/C470/S400-A4).
QTY:الكمية في العبوة.
CAT/HUE/REF:رموز التصنيف (Binning) لشدة الإضاءة، والطول الموجي السائد، والجهد الأمامي، على التوالي.
LOT No:رقم دفعة التصنيع القابل للتتبع.

8. اقتراحات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

بناءً على سطوعه العالي ولونه الأزرق، فإن هذا الـ LED مناسب لـ:
•مؤشرات الحالة:مؤشرات التشغيل، أو الاستعداد، أو تفعيل الوظيفة في الإلكترونيات الاستهلاكية والصناعية.
•الإضاءة الخلفية:لشاشات LCD الصغيرة، لوحات المفاتيح، أو الإضاءة الزخرفية في أجهزة مثل الشاشات، التلفزيونات، أو الهواتف (كما هو مذكور في ورقة البيانات).
•إضاءة اللوحات:إضاءة المفاتيح، لوحات التحكم، أو أدوات القياس.

8.2 اعتبارات التصميم

• تحديد التيار:استخدم دائمًا مقاومة على التوالي أو محرك تيار ثابت لتحديد التيار الأمامي إلى القيمة المطلوبة (مثال: 20mA للسطوع النموذجي)، ولا تصل مباشرة بمصدر جهد أبدًا.
• إدارة الحرارة:على الرغم من أن تبديد الطاقة منخفض (120 ملي واط كحد أقصى)، تأكد من التهوية الكافية إذا تم استخدام عدة مصابيح LED أو إذا كانت درجات الحرارة المحيطة عالية، حيث تنخفض الكفاءة مع درجة الحرارة.
• تخطيط لوحة الدوائر المطبوعة (PCB Layout):اتبع أبعاد العبوة بدقة. تأكد من أن علامة الاستقطاب على الـ PCB تتطابق مع القطب السالب للـ LED.
• الحماية من التفريغ الكهروستاتيكي (ESD):على الرغم من عدم ذكرها صراحةً بأنها عالية الحساسية، إلا أنه يُوصى باحتياطات المناولة القياسية للـ ESD لأشباه الموصلات أثناء التجميع.

9. المقارنة التقنية والتمييز

ميزات التمييز الرئيسية لهذا الـ LED بناءً على ورقة البيانات هي:
1. السطوع العالي:شدة إضاءة نموذجية تبلغ 1000 ميل كانديلا عند 20mA ملحوظة لمصباح LED أزرق بعبوة مصباح قياسية.
2. الامتثال البيئي:الامتثال الكامل لمعايير RoHS، وREACH، والخلو من الهالوجين يجعله مناسبًا للأسواق العالمية ذات اللوائح البيئية الصارمة.
3. البناء القوي:مصمم للموثوقية، مع إرشادات واضحة لللحام والمناولة لضمان طول العمر.
4. نظام التصنيف (Binning):توفير تصنيفات الشدة، والطول الموجي، والجهد يسمح بتحكم تصميمي أكثر دقة في التطبيقات التي تتطلب اتساقًا.

مقارنةً بمصابيح LED غير المصنفة أو ذات الشدة الأقل، يقدم هذا الجزء اتساقًا وأداءً أفضل للتطبيقات التي تكون فيها هذه العوامل حاسمة.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

س: هل يمكنني تشغيل هذا الـ LED بتيار 30mA للحصول على سطوع أكثر؟
ج: لا. القيمة القصوى المطلقة للتيار الأمامي المستمر هي 25mA. يتجاوز هذا التصنيف يخاطر بتلف دائم بسبب ارتفاع درجة الحرارة والتدهور المتسارع. للحصول على سطوع أعلى، اختر مصباح LED مصنف لتيار أعلى.

س: ما قيمة المقاومة التي يجب أن أستخدمها مع مصدر طاقة 5 فولت؟
ج: باستخدام قانون أوم: R = (Vsupply - Vf) / If. مع Vf نموذجي 3.4V و If مستهدف 20mA: R = (5 - 3.4) / 0.02 = 80 أوم. استخدم أقصى Vf (4.0V) لحساب أقل قيمة مقاومة آمنة: R_min = (5 - 4.0) / 0.02 = 50 أوم. ستكون قيمة قياسية مثل 68 أو 75 أوم مناسبة، مما يضمن بقاء التيار أقل من 20mA حتى مع مصباح LED ذو Vf منخفض.

س: لماذا زاوية المشاهدة 20 درجة فقط؟
ج: زاوية المشاهدة البالغة 20 درجة هي خاصية تصميمية لهذا الـ LED المحدد، تم تحقيقها من خلال شكل عدسة الإيبوكسي. فهي تركز الضوء في حزمة أضيق، مما يؤدي إلى شدة إضاءة محورية أعلى (ميل كانديلا). للإضاءة الأوسع، سيكون مطلوبًا مصباح LED بزاوية مشاهدة أوسع (مثال: 60° أو 120°).

س: كيف تؤثر درجة الحرارة على الأداء؟
ج: كما هو موضح في المنحنيات، فإن زيادة درجة الحرارة المحيطة تسبب انخفاضًا في ناتج الضوء وتحولًا في الجهد الأمامي. للتشغيل المستقر، خاصة في بيئات درجات الحرارة العالية، يجب النظر في التصميم الحراري المناسب (مثال: مساحة النحاس على الـ PCB، التهوية) وربما تعويض درجة الحرارة في دائرة القيادة.

11. مثال عملي لحالة استخدام

السيناريو: تصميم لوحة مؤشرات حالة لموجه شبكة (Router).
تتطلب اللوحة مصباح LED أزرق ساطع ومميز للإشارة إلى حالة "نشاط شبكة WAN". هناك حاجة إلى أربعة مصابيح LED متطابقة للتماثل.

خطوات التصميم:
1. الاختيار:تم اختيار طراز 313-2SUBC/C470/S400-A4 لسطوعه العالي (1000 ميل كانديلا نموذجي) ولونه الأزرق.
2. تصميم الدائرة:مصدر الطاقة المنطقي الداخلي للموجه هو 3.3 فولت. استخدام Vf النموذجي البالغ 3.4V يمثل تحديًا، حيث أن 3.3V أقل من Vf المطلوب. لذلك، لا يمكن تشغيل الـ LED مباشرة من 3.3V. ستكون هناك حاجة إلى مضخة شحن بسيطة أو دائرة رفع (Boost) لتوليد جهد >4.0V، أو يجب اختيار مصباح LED بديل ذو Vf أقل. يسلط هذا الضوء على أهمية التحقق من جهد الإمداد مقابل الجهد الأمامي مبكرًا في التصميم.
3. تخطيط لوحة الدوائر المطبوعة (PCB Layout):يتم استخدام رسم العبوة لإنشاء البصمة (Footprint). تتم إضافة علامة استقطاب (مثال: وسادة مربعة للقطب السالب) إلى الطباعة الحريرية (Silkscreen) للـ PCB.
4. التجميع:يتم طلب مصابيح LED على شريط وبكرة (Tape and Reel). تتم برمجة آلة الاختيار والوضع (Pick-and-Place) بإحداثيات المركز الصحيحة من البصمة. يتبع ملف تعريف لحام الريفلو (Reflow) ذروة 260 درجة مئوية الموصى بها لمدة 5 ثوانٍ.
5. التصنيف (Binning):لضمان أن يكون للمصابيح الأربعة نفس اللون والسطوع، يتم تقديم طلب يطلب وحدات من نفس تصنيفات HUE و CAT.

12. مقدمة عن مبدأ التشغيل

هذا الـ LED هو مصدر ضوء شبه موصل. نواته عبارة عن شريحة مصنوعة من مواد إنيديوم جاليوم نيتريد (InGaN)، كما هو موضح في دليل اختيار الجهاز. عندما يتم تطبيق جهد أمامي يتجاوز عتبة الديود (حوالي 3.4 فولت)، يتم حقن الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة من الوصلة شبه الموصلة. عندما تتحد حاملات الشحن هذه، فإنها تطلق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد التركيب المحدد لسبيكة InGaN طاقة فجوة النطاق، والتي بدورها تحدد الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث - في هذه الحالة، الأزرق (~470 نانومتر). تعمل عبوة راتنج الإيبوكسي على حماية الشريحة شبه الموصلة الدقيقة، وتعمل كعدسة لتشكيل حزمة ناتج الضوء (مما يخلق زاوية مشاهدة 20 درجة)، ويتم صياغتها لتكون صافية مثل الماء لتعظيم نقل الضوء.

13. اتجاهات التكنولوجيا والسياق

تمثل مصابيح LED الزرقاء القائمة على تقنية InGaN تقدمًا كبيرًا في الإضاءة ذات الحالة الصلبة. كان تطوير مصابيح LED زرقاء فعالة إنجازًا علميًا رئيسيًا، مما مكّن من إنشاء مصابيح LED بيضاء (عن طريق الجمع بين الأزرق والفسفور الأصفر) وشاشات RGB كاملة الألوان. يمثل هذا المكون المحدد نسخة ناضجة ومحسنة تجاريًا من هذه التكنولوجيا. تركز الاتجاهات الحالية في تطوير الـ LED على زيادة الكفاءة (لومن لكل واط)، وتحسين مؤشر تجسيد اللون (CRI) للضوء الأبيض، وتحقيق كثافات طاقة أعلى، والمزيد من التصغير. بينما هذه عبوة مصباح قياسية، فإن الصناعة تتحرك بشكل متزايد نحو عبوات الأجهزة المركبة على السطح (SMD) مثل 2835 أو 3030 لأداء حراري أفضل وتجميع آلي. الامتثال البيئي (RoHS، الخالي من الهالوجين) المبرز في ورقة البيانات هذه أصبح الآن متطلبًا قياسيًا، مما يعكس تركيز صناعة الإلكترونيات على الاستدامة وسلامة المواد.