ورقة بيانات ثنائية اللون LED SMD بتقنية AlInGaP - أبعاد العبوة - أخضر 2.0 فولت / برتقالي 2.0 فولت - طاقة 75 مللي واط - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

توضح هذه الوثيقة المواصفات التقنية لثنائي باعث للضوء (LED) عالي السطوع وثنائي اللون من نوع جهاز التركيب السطحي (SMD). يحتوي الجهاز على شريحتين شبه موصلتين متميزتين من نوع AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم الغاليوم) داخل عبوة واحدة، مما يتيح إصدار ضوء أخضر وبرتقالي. تم تصميمه ليكون متوافقًا مع عمليات التجميع الآلي وتقنيات اللحام الحديثة، مما يجعله مناسبًا للتصنيع الإلكتروني بكميات كبيرة.

تشمل المزايا الأساسية لهذا المنتج امتثاله للوائح البيئية (RoHS)، واستخدام تقنية AlInGaP المتقدمة للحصول على سطوع فائق، وتنسيق عبوة قياسي يضمن توافقًا واسعًا مع معدات التركيب واللحام الصناعية. تشمل الأسواق المستهدفة الرئيسية الإلكترونيات الاستهلاكية، ومؤشرات الصناعة، وإضاءة المقصورة الداخلية للسيارات، وتطبيقات الإشارات المختلفة التي تتطلب مؤشرًا ثنائي اللون موثوقًا.

2. تعمق في المعلمات التقنية

2.1 القيم القصوى المطلقة

تحدد هذه القيم حدود الإجهاد التي قد يتسبب تجاوزها في حدوث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل عند أو تحت هذه الحدود.

• تبديد الطاقة (P_d):75 مللي واط لكل شريحة لون عند درجة حرارة محيطة (T_a) تبلغ 25 درجة مئوية. يتجاوز هذه القيمة يعرض الجهاز لخطر الإجهاد الحراري الزائد.
• التيار الأمامي:أقصى تيار أمامي مستمر (I_F) هو 30 مللي أمبير. يُسمح بتيار أمامي ذروة أعلى يبلغ 80 مللي أمبير فقط في ظل ظروف النبض (دورة عمل 1/10، عرض النبضة 0.1 مللي ثانية) لمنع ارتفاع درجة الحرارة.
• تخفيض التيار:يقل أقصى تيار أمامي مستمر مسموح به بشكل خطي بمعدل 0.4 مللي أمبير/درجة مئوية مع ارتفاع درجة الحرارة المحيطة فوق 25 درجة مئوية. هذا اعتبار تصميم حاسم للبيئات عالية الحرارة.
• الجهد العكسي (V_R):5 فولت. تطبيق جهد انحياز عكسي أعلى من هذا يمكن أن يتسبب في انهيار الوصلة.
• نطاقات درجة الحرارة:يمكن للجهاز العمل والتخزين ضمن نطاق درجة حرارة واسع من -55 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية.
• تحمل اللحام:يمكن لـ LED تحمل اللحام بالموجات أو بالأشعة تحت الحمراء عند 260 درجة مئوية لمدة 5 ثوانٍ، أو اللحام بالطور البخاري عند 215 درجة مئوية لمدة 3 دقائق، مما يؤكد متانته لعمليات إعادة التدفق القياسية SMT.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

يتم قياس هذه المعلمات في ظل ظروف الاختبار القياسية (T_a=25 درجة مئوية، I_F=20 مللي أمبير) وتحدد أداء الجهاز.

• شدة الإضاءة (I_V):مقياس رئيسي للسطوع. تتمتع الشريحة الخضراء بشدة نموذجية تبلغ 35.0 مللي شمعة (الحد الأدنى 18.0 مللي شمعة)، بينما تكون الشريحة البرتقالية أكثر سطوعًا بشكل ملحوظ بشدة نموذجية تبلغ 90.0 مللي شمعة (الحد الأدنى 28.0 مللي شمعة). يتم قياس الشدة باستخدام مستشعر مُرشح لمطابقة استجابة العين البشرية للضوء (منحنى CIE).
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):حوالي 130 درجة لكلا اللونين. تشير زاوية الرؤية الواسعة هذه إلى نمط إشعاع منتشر، مناسب للتطبيقات التي تتطلب وضوح الرؤية من مجموعة واسعة من الزوايا.
• الطول الموجي:الطول الموجي السائد النموذجي (λ_d) للشريحة الخضراء هو 571 نانومتر، مع طول موجي ذروة انبعاث (λ_p) عند 574 نانومتر. تنبعث الشريحة البرتقالية عند λ_dنموذجي 605 نانومتر و λ_pعند 611 نانومتر. عرض النطاق النصفي الطيفي (Δλ) هو حوالي 15 نانومتر للأخضر و 17 نانومتر للبرتقالي، مما يحدد نقاء اللون.
• الجهد الأمامي (V_F):عادة 2.0 فولت لكلا اللونين عند 20 مللي أمبير، بحد أقصى 2.4 فولت. هذا الجهد المنخفض متوافق مع مصادر الطاقة الشائعة ذات مستوى المنطق.
• التيار العكسي (I_R):أقصى 10 ميكرو أمبير عند انحياز عكسي 5 فولت، مما يشير إلى جودة وصلة جيدة.
• السعة (C):عادة 40 بيكو فاراد عند انحياز 0 فولت و 1 ميجا هرتز. هذا ذو صلة بتطبيقات التبديل عالية التردد.

3. شرح نظام التصنيف

يتم فرز مصابيح LED إلى مجموعات بناءً على شدة الإضاءة والطول الموجي السائد لضمان الاتساق في عمليات الإنتاج. يمكن للمصممين تحديد مجموعات لتحقيق مظهر موحد في منتجاتهم.

3.1 تصنيف شدة الإضاءة

بالنسبة للشريحةالخضراء، تتراوح المجموعات من M (18.0-28.0 مللي شمعة) إلى Q (71.0-112.0 مللي شمعة). بالنسبة للشريحةالبرتقالية، تتراوح المجموعات من N (28.0-45.0 مللي شمعة) إلى R (112.0-180.0 مللي شمعة). ينطبق تسامح ±15% داخل كل مجموعة.

3.2 تصنيف الطول الموجي السائد (للأخضر فقط)

يتم تصنيف مصابيح LED الخضراء بشكل إضافي حسب الطول الموجي السائد: المجموعة C (567.5-570.5 نانومتر)، المجموعة D (570.5-573.5 نانومتر)، والمجموعة E (573.5-576.5 نانومتر)، مع تسامح ±1 نانومتر لكل مجموعة. هذا يسمح بمطابقة لون دقيقة في التطبيقات الحرجة.

4. تحليل منحنى الأداء

بينما يتم الإشارة إلى رسوم بيانية محددة في ورقة البيانات (الشكل 1، الشكل 6)، فإن المنحنيات النموذجية لمثل هذه الأجهزة توضح العلاقات التالية:

• منحنى I-V:يوضح العلاقة الأسية بين الجهد الأمامي والتيار. سيكون للمنحنى نقطة انحناء مميزة حول V_Fالنموذجي 2.0 فولت.
• شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي:تزداد الشدة بشكل عام بشكل خطي مع التيار في نطاق التشغيل العادي (حتى التيار المستمر المقنن).
• شدة الإضاءة مقابل درجة الحرارة المحيطة:تنخفض الشدة عادةً مع زيادة درجة الحرارة بسبب انخفاض الكفاءة الكمومية الداخلية. يتم استخدام عامل التخفيض 0.4 مللي أمبير/درجة مئوية للتعويض عن هذا التأثير كهربائيًا.
• التوزيع الطيفي:رسم بياني للقوة الإشعاعية النسبية مقابل الطول الموجي، يظهر ذروة واحدة عند λ_p(574 نانومتر للأخضر، 611 نانومتر للبرتقالي) مع العرض النصفي المحدد.

5. معلومات الميكانيكا والتعبئة

5.1 أبعاد العبوة والقطبية

يتوافق الجهاز مع مخطط عبوة SMD قياسي EIA. يتم تعريف تخصيص المسامير بوضوح: المسامير 1 و 3 للشريحة الخضراء، بينما المسامير 2 و 4 للشريحة البرتقالية. العدسة شفافة مثل الماء. جميع التسامحات الأبعاد هي ±0.10 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك.

5.2 تصميم وسادة اللحام الموصى به

يتم توفير توصية بنمط وسادة اللحام لضمان تكوين وصلة لحام موثوقة، ومحاذاة صحيحة، وقوة ميكانيكية كافية أثناء وبعد عملية إعادة التدفق. الالتزام بهذا النمط أمر بالغ الأهمية لعائد التصنيع.

6. دليل اللحام والتجميع

6.1 ملفات إعادة تدفق اللحام

يتم توفير ملفات مقترحة مفصلة لكل من عمليات اللحام القياسية (SnPb) والخالية من الرصاص (SnAgCu) باستخدام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR). تشمل المعلمات الرئيسية مناطق التسخين المسبق، والوقت فوق السائل، ودرجة الحرارة القصوى (يوصى بحد أقصى 240 درجة مئوية)، ومعدلات التبريد. هذه الملفات ضرورية لمنع الصدمة الحرارية وضمان اتصالات لحام موثوقة دون الإضرار بعلبة LED.

6.2 التخزين والتعامل

• التخزين:يجب تخزين مصابيح LED في ظروف لا تتجاوز 30 درجة مئوية و 70% رطوبة نسبية. يجب إعادة تدفق المكونات التي تمت إزالتها من عبوة الحاجز الرطوبة في غضون أسبوع واحد أو خبزها قبل الاستخدام إذا تم تخزينها لفترة أطول.
• التنظيف:إذا لزم الأمر، يجب إجراء التنظيف فقط باستخدام مذيبات محددة مثل الكحول الإيثيلي أو كحول الأيزوبروبيل في درجة حرارة الغرفة لأقل من دقيقة واحدة. قد تتسبب المواد الكيميائية غير المحددة في إتلاف عدسة الإيبوكسي.
• احتياطات التفريغ الكهروستاتيكي (ESD):الجهاز حساس للتفريغ الكهروستاتيكي. تشمل إجراءات التعامل استخدام أساور معصم مؤرضة، وسائد مضادة للكهرباء الساكنة، وضمان تأريض جميع المعدات بشكل صحيح.

7. معلومات التعبئة والطلب

يتم توريد مصابيح LED في شريط قياسي صناعي 8 مم على بكرات قطر 7 بوصات. تحتوي كل بكرة على 3000 قطعة. تتوافق مواصفات الشريط والبكرة مع ANSI/EIA 481-1-A-1994. تشمل ملاحظات التعبئة الرئيسية: إغلاق الجيوب الفارغة، وحد أدنى لكمية الطلب للبقايا هو 500 قطعة، ويُسمح بحد أقصى مكونين مفقودين متتاليين لكل بكرة.

8. توصيات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

هذا LED ثنائي اللون مثالي لمؤشرات الحالة، والإضاءة الخلفية للأزرار أو الرموز، وإضاءة لوحة عدادات السيارات، وعروض الأجهزة الاستهلاكية، وإشارات لوحة التحكم الصناعية حيث تحتاج حالتان متميزتان (مثل التشغيل/الاستعداد، نشط/إنذار) إلى الإشارة إليهما باللون.

8.2 اعتبارات تصميم الدائرة

طريقة القيادة:مصابيح LED هي أجهزة تعمل بالتيار. لضمان سطوع موحد عند تشغيل عدة مصابيح LED على التوازي، يُوصىبشدةباستخدام مقاومة محددة للتيار على التوالي مع كل LED (نموذج الدائرة أ). لا يُنصح بتشغيل مصابيح LED على التوازي بدون مقاومات فردية (نموذج الدائرة ب)، حيث يمكن أن تؤدي الاختلافات الطفيفة في خاصية الجهد الأمامي (V_F) بين مصابيح LED الفردية إلى اختلال كبير في التيار وعدم انتظام السطوع.

يمكن حساب قيمة المقاومة التسلسلية (R_s) باستخدام قانون أوم: R_s= (V_المصدر- V_F) / I_F، حيث I_Fهو تيار التشغيل المطلوب (مثل 20 مللي أمبير).

9. المقارنة التقنية والتمييز

عوامل التمييز الرئيسية لهذا LED هيقدرته ثنائية اللون في عبوة SMD مدمجة واحدةواستخدامتقنية AlInGaP. مقارنةً بالتقنيات الأقدم مثل GaP القياسي، تقدم AlInGaP كفاءة إضاءة أعلى بكثير، مما يؤدي إلى سطوع أكبر لنفس تيار الإدخال. يوفر دمج شريحتين مساحة على اللوحة ويبسط التجميع مقارنة باستخدام مصباحي LED أحاديي اللون منفصلين.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

س: هل يمكنني تشغيل كل من الشريحة الخضراء والبرتقالية في وقت واحد بأقصى تيار مستمر (30 مللي أمبير لكل منهما)؟

ج: لا. أقصى تبديد للطاقة المطلق هو 75 مللي واط لكل شريحة. عند 30 مللي أمبير و V_Fنموذجي 2.0 فولت، الطاقة لكل شريحة هي 60 مللي واط، وهي ضمن الحدود. ومع ذلك، فإن تشغيل كلاهما في وقت واحد بكامل طاقتهما يولد 120 مللي واط من الحرارة الكلية في عبوة صغيرة جدًا، مما قد يتجاوز قدرة تبديد الحرارة الإجمالية للجهاز ولوحة الدوائر المطبوعة. استشر منحنيات تخفيض التيار الحراري وفكر في تيارات تشغيل أقل أو تشغيل نبضي لكلا اللونين في وقت واحد.

س: لماذا تحتاج كل LED على التوازي إلى مقاومة محددة للتيار؟

ج: الجهد الأمامي (V_F) لمصابيح LED له تباين طبيعي، حتى داخل نفس المجموعة. في اتصال توازي بدون مقاومات فردية، سيسحب LED ذو V_Fالأقل قليلاً تيارًا غير متناسب أكثر، ليصبح أكثر سطوعًا وسخونة، مما قد يؤدي إلى فشله وتحويل المزيد من التيار إلى مصابيح LED المتبقية في تأثير متتالي. تضمن المقاومات التسلسلية أن التيار يتم تحديده بشكل أساسي من خلال قيمة المقاومة وجهد المصدر، مما يجعل النظام أكثر استقرارًا وموثوقية.

س: ماذا تعني عدسة "شفافة مثل الماء" لمظهر اللون؟

ج: العدسة الشفافة (غير المنتشرة) لا تبعثر الضوء داخليًا. يؤدي هذا إلى مظهر أكثر تركيزًا، "نقطة ساخنة" عند النظر إليها مباشرة على المحور، مع ظهور هيكل الشريحة غالبًا. فهي تعظم شدة الإضاءة المحورية ولكنها توفر "نقطة مثالية" أضيق للمشاهدة مقارنة بعدسة منتشرة (حليبية) تبعثر الضوء للحصول على زاوية مشاهدة أوسع وأكثر اتساقًا مع ظهور أقل لهيكل الشريحة.

11. دراسة حالة تصميم عملية

السيناريو:تصميم مؤشر حالة مزدوج لجهاز محمول. يشير الأخضر إلى "مشحون بالكامل"، ويشير البرتقالي إلى "يتم الشحن". يعمل الجهاز بجهد 3.3 فولت.

خطوات التصميم:

1. اختيار التيار:اختر تيار تشغيل. من أجل وضوح رؤية جيد وطول عمر، تم اختيار 15 مللي أمبير، وهو أقل بكثير من الحد الأقصى 30 مللي أمبير.

2. حساب المقاومة:

- للأخضر: R_{s_green}= (3.3 فولت - 2.0 فولت) / 0.015 أمبير = 86.7 أوم. استخدم مقاومة قياسية 86.6 أوم (1%) أو 91 أوم (5%).

- للبرتقالي: R_{s_orange}= (3.3 فولت - 2.0 فولت) / 0.015 أمبير = 86.7 أوم. استخدم نفس القيمة.

3. الدائرة:قم بتوصيل الأنود الأخضر (الدبوس 1 أو 3) بجهد 3.3 فولت عبر ترانزستور/MOSFET يتم التحكم فيه بواسطة إشارة المنطق "مشحون"، مع مقاومة 87 أوم على التوالي. قم بتوصيل الأنود البرتقالي (الدبوس 2 أو 4) بشكل مشابه، يتم التحكم فيه بواسطة إشارة "الشحن". قم بتوصيل جميع الكاثودات بالأرضي.

4. التخطيط:اتبع تخطيط وسادة اللحام الموصى به. تأكد من أن لوحة الدوائر المطبوعة لديها مساحة نحاسية كافية حول وسادات LED لتعمل كمشتت حراري، خاصة إذا كان من الممكن أن يكون كلا LED قيد التشغيل لفترة وجيزة أثناء انتقالات الحالة.

12. مقدمة مبدأ التقنية

AlInGaP هو مركب شبه موصل من النوع III-V يُستخدم في المنطقة النشطة لمصابيح LED عالية السطوع التي تنبعث في الطيف الأحمر والبرتقالي والأصفر والأخضر. من خلال ضبط نسب الألومنيوم والإنديوم والغاليوم والفوسفور، يمكن هندسة فجوة النطاق للمادة بدقة، مما يحدد مباشرة الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث. عند تطبيق جهد أمامي عبر وصلة p-n، تتحد الإلكترونات والثقوب، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات. كفاءة إعادة التركيب الإشعاعي هذه في AlInGaP عالية جدًا، مما يؤدي إلى فعالية إضاءة فائقة مقارنة بالتقنيات الأقدم. تحتوي العبوة ثنائية اللون على شريحتين شبه موصلتين مستقلتين من هذا القبيل يمكن الوصول إليهما بشكل مستقل، مثبتتين على إطار توصيل ومغلفتين في عدسة إيبوكسي شفافة.

13. اتجاهات وتطورات الصناعة

تواصل صناعة الإلكترونيات الضوئية السعي لتحقيق كفاءة أعلى (المزيد من لومن لكل واط)، وتحسين تجسيد الألوان، وتصغير أكبر. بينما تهيمن AlInGaP على الطيف المرئي ذي الطول الموجي الطويل، فإن تقنية InGaN (نتريد إنديوم الغاليوم) سائدة لمصابيح LED الزرقاء والخضراء والبيضاء. تشمل الاتجاهات ذات الصلة بهذا المنتج زيادة اعتماد عمليات اللحام الخالية من الرصاص (التي تمت معالجتها من خلال الملف المقدم)، والطلب على بصمات عبوات أصغر مع الحفاظ على القوة البصرية أو زيادتها، ودمج وظائف أكثر تعقيدًا (مثل الدوائر المتكاملة المدمجة لمصابيح LED RGB القابلة للعنونة) في عبوات LED. كما أن التركيز على الموثوقية والاختبار القياسي للتطبيقات السياراتية والصناعية يدفع أيضًا إجراءات تصنيف وتأهيل أكثر صرامة لمكونات مثل هذا LED ثنائي اللون.