ورقة بيانات ثنائية اللون LED SMD - عبوة 3.2x2.8x1.9mm - جهد 2.0 فولت - قدرة 75 ملي واط - أخضر/أصفر - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

توضح هذه الوثيقة مواصفات مصباح LED ثنائي اللون صغير الحجم للتركيب السطحي. تم تصميم الجهاز لعمليات التجميع الآلي للوحات الدوائر المطبوعة (PCB) وهو مناسب للتطبيقات التي يكون فيها المساحة قيدًا حرجًا. يحتوي الجهاز على شريحتي LED متميزتين داخل عبوة واحدة، مما يتيح الإشارة متعددة الحالات أو مزج الألوان في مساحة صغيرة جدًا.

1.1 الميزات الأساسية والسوق المستهدف

تشمل المزايا الأساسية لهذا المكون امتثاله لتوجيهات RoHS، واستخدامه لتقنية أشباه الموصلات عالية السطوع AlInGaP، وتعبئته المتوافقة مع تنسيقات الشريط والبكرة القياسية للتجميع بكميات كبيرة. تصميمه متوافق مع عمليات اللحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR). تشمل التطبيقات المستهدفة مجموعة واسعة من الإلكترونيات الاستهلاكية والصناعية، بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر: معدات الاتصالات (مثل الهواتف المحمولة)، وأجهزة الحوسبة المحمولة (مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة)، وأجهزة الشبكات، والأجهزة المنزلية، ولافتات العرض الداخلية، وإضاءة خلفية لوحات المفاتيح، ووظائف مؤشرات الحالة.

2. المعلمات التقنية: تفسير موضوعي متعمق

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تشغيل الجهاز خارج هذه الحدود قد يتسبب في تلف دائم. تشمل التقييمات الرئيسية أقصى تبديد للطاقة يبلغ 75 ملي واط لكل شريحة لون، وتيار أمامي مستمر قدره 30 ملي أمبير، وتيار أمامي ذروي قدره 80 ملي أمبير في ظل ظروف النبض (دورة عمل 1/10، عرض نبضة 0.1 مللي ثانية). أقصى جهد عكسي مسموح به هو 5 فولت. الجهاز مصنف للعمل في نطاق درجة حرارة من -30°C إلى +85°C ونطاق تخزين من -40°C إلى +85°C.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

يتم القياس عند تيار اختبار قياسي قدره 20 ملي أمبير ودرجة حرارة محيطة 25°C. الجهد الأمامي النموذجي (Vf) لكل من الشريحة الخضراء والصفراء هو 2.0 فولت، مع نطاق محدد من 1.5 فولت (الحد الأدنى) إلى 2.4 فولت (الحد الأقصى). شدة الإضاءة (Iv) هي مقياس أداء رئيسي. بالنسبة للشريحة الخضراء، القيمة النموذجية هي 35.0 ملي كانديلا (mcd)، مع حد أدنى 18.0 ملي كانديلا. تظهر الشريحة الصفراء إخراجًا نموذجيًا أعلى عند 75.0 ملي كانديلا، مع حد أدنى 28.0 ملي كانديلا. زاوية المشاهدة (2θ1/2)، والمعرفة على أنها الزاوية الكاملة التي تنخفض عندها الشدة إلى نصف قيمتها المحورية، تبلغ نموذجيًا 130 درجة، مما يشير إلى نمط مشاهدة واسع. الطول الموجي السائد (λd) يحدد اللون الملحوظ. بالنسبة للأخضر، يتركز نموذجيًا عند 571 نانومتر (نطاق 564-578 نانومتر)، وبالنسبة للأصفر، عند 589 نانومتر (نطاق 582-596 نانومتر). عرض النصف الطيفي (Δλ) هو نموذجيًا 15.0 نانومتر لكلا اللونين.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

يتم تصنيف المنتج وفقًا لمستويات أداء (Bins) لضمان الاتساق في التطبيق. يتم استخدام معلمتين رئيسيتين للتصنيف: شدة الإضاءة (Iv) والطول الموجي السائد (Hue).

3.1 تصنيف شدة الإضاءة

يتوفر LED الأخضر في مستويات شدة M (18.0-28.0 ملي كانديلا)، وN (28.0-45.0 ملي كانديلا)، وP (45.0-71.0 ملي كانديلا). يتوفر LED الأصفر في مستويات N (28.0-45.0 ملي كانديلا)، وP (45.0-71.0 ملي كانديلا)، وQ (71.0-112.0 ملي كانديلا)، وR (112.0-180.0 ملي كانديلا). يتم تطبيق تسامح +/-15% داخل كل مستوى.

3.2 تصنيف اللون (الطول الموجي)

بالنسبة لـ LED الأخضر، يتم تصنيف الطول الموجي السائد إلى C (567.5-570.5 نانومتر)، وD (570.5-573.5 نانومتر)، وE (573.5-576.5 نانومتر)، مع تسامح +/-1 نانومتر لكل مستوى. يضمن هذا التحكم الدقيق اتساق اللون عبر دفعات الإنتاج، وهو أمر بالغ الأهمية للتطبيقات التي تتطلب مظهرًا موحدًا.

4. تحليل منحنيات الأداء

بينما يتم الإشارة إلى بيانات رسومية محددة في الوثيقة الأصلية (مثل الشكل 1 للانبعاث الطيفي، الشكل 5 لزاوية المشاهدة)، فإن المنحنيات النموذجية لمثل هذه الأجهزة توضح علاقات مهمة. يظهر منحنى التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (I-V) العلاقة الأسية المميزة للثنائيات. يُظهر منحنى شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي نموذجيًا زيادة شبه خطية في إخراج الضوء مع التيار حتى نقطة معينة، وبعدها قد تنخفض الكفاءة. سيظهر منحنى التوزيع الطيفي قمة واحدة لكل شريحة أحادية اللون، مع عرض النصف الذي يحدد نقاء اللون. فهم هذه المنحنيات ضروري لتصميم الدائرة، خاصة لقيادة LED بكفاءة مثالية والتنبؤ بإخراج الضوء تحت ظروف تشغيل مختلفة.

5. المعلومات الميكانيكية والعبوة

5.1 أبعاد العبوة وتعيين الأطراف (Pins)

يتميز الجهاز بمساحة تركيب SMD قياسية. تشمل الأبعاد الحرجة حجم جسم يبلغ طوله حوالي 3.2 ملم وعرضه 2.8 ملم، بارتفاع نموذجي 1.9 ملم. التسامحات النموذجية هي ±0.1 ملم. تستخدم العبوة عدسة شفافة. تعيين الأطراف كما يلي: الطرفان 1 و3 مخصصان للشريحة الخضراء AlInGaP، بينما الطرفان 2 و4 مخصصان للشريحة الصفراء AlInGaP. يتيح هذا التكوين التحكم المستقل في كل لون.

5.2 التخطيط الموصى به لمساند اللحام على PCB

يتم توفير نمط أرضي (Footprint) موصى به لضمان لحام موثوق ومحاذاة ميكانيكية صحيحة. يتضمن هذا النمط عادةً مساند أكبر قليلاً من أطراف الجهاز لتسهيل تكوين حشوة لحام جيدة، وهو أمر بالغ الأهمية لقوة الوصلة وتبديد الحرارة.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 معلمات اللحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR)

لعمليات التجميع الخالية من الرصاص، يوصى بملف إعادة تدفق محدد. يجب ألا تتجاوز درجة حرارة الجسم القصوى 260°C، ويجب ألا يزيد الوقت فوق 260°C عن 10 ثوانٍ كحد أقصى. يُنصح بمرحلة تسخين مسبق تصل إلى 200°C. يجب توصيف ملف الحرارة لتصميم PCB المحدد، معجون اللحام، والفرن المستخدم. الجهاز مؤهل لتحمل حد أقصى دورتين إعادة تدفق تحت هذه الظروف.

6.2 اللحام اليدوي

إذا كان اللحام اليدوي باستخدام المكواة ضروريًا، فيجب التحكم في درجة حرارة الطرف بحيث لا تتجاوز 300°C، ويجب ألا يتجاوز وقت اللحام لكل طرف 3 ثوانٍ. يجب إجراء اللحام اليدوي مرة واحدة فقط.

6.3 التخزين والتعامل

أجهزة LED حساسة للرطوبة (MSL 3). عند تخزينها في كيس الحاجز الرطوبي الأصلي المغلق مع مجفف، يجب حفظها عند ≤30°C و ≤90% رطوبة نسبية واستخدامها خلال عام واحد. بمجرد فتح الكيس، يجب تخزين المكونات عند ≤30°C و ≤60% رطوبة نسبية. يُوصى بإكمال عملية إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء خلال أسبوع واحد من فتح الكيس. بالنسبة للمكونات المخزنة خارج العبوة الأصلية لأكثر من أسبوع، يلزم إجراء عملية تجفيف (على سبيل المثال، 60°C لمدة 20 ساعة على الأقل) قبل اللحام لإزالة الرطوبة الممتصة ومنع تلف \"انفجار الفشار\" (Popcorning) أثناء إعادة التدفق.

6.4 التنظيف

إذا كان التنظيف بعد اللحام مطلوبًا، فيجب استخدام المذيبات المحددة فقط. يُسمح بغمر LED في كحول الإيثيل أو كحول الأيزوبروبيل في درجة حرارة الغرفة لأقل من دقيقة واحدة. قد تتسبب المواد الكيميائية غير المحددة في إتلاف مادة العبوة.

7. معلومات التعبئة والطلب

يتم توريد المكونات على شريط ناقل بارز بعرض 8 ملم ملفوف على بكرات قطر 7 بوصة (178 ملم)، وفقًا لمعايير EIA-481. تحتوي كل بكرة على 3000 قطعة. يستخدم الشريط شريط غطاء لإغلاق جيوب المكونات. بالنسبة للكميات الأقل من بكرة كاملة، ينطبق حد أدنى لتعبئة 500 قطعة للدفعات المتبقية.

8. اقتراحات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

هذا LED ثنائي اللون مثالي للإشارة متعددة الحالات. على سبيل المثال، في جهاز توجيه شبكة، يمكن للشريحة الخضراء الإشارة إلى \"التشغيل/العمل الطبيعي\"، بينما يمكن للشريحة الصفراء الإشارة إلى \"نشاط البيانات\" أو \"تنبيه النظام\". في الإلكترونيات الاستهلاكية، يمكن أن يعمل كمؤشر شحن/حالة مشترك. حجمه الصغير يجعله مناسبًا للإضاءة الخلفية لوحات المفاتيح المصغرة أو الرموز على الأجهزة المحمولة.

8.2 اعتبارات التصميم

تحديد التيار:استخدم دائمًا مقاومة تحديد تيار على التوالي لكل شريحة LED. يمكن حساب قيمة المقاومة باستخدام قانون أوم: R = (Vsupply - Vf_LED) / I_desired. باستخدام Vf النموذجي 2.0V وتيار مرغوب 20 ملي أمبير مع مصدر طاقة 5V، R = (5V - 2.0V) / 0.020A = 150 أوم.

إدارة الحرارة:على الرغم من أن تبديد الطاقة منخفض، فإن ضمان وجود كمية كافية من النحاس حول مساند التوصيل الحرارية (إن وجدت) أو الأطراف يساعد على تبديد الحرارة، خاصة في بيئات درجة الحرارة المحيطة العالية، مما يحافظ على طول عمر LED واستقرار إخراج الضوء.

الحماية من الكهرباء الساكنة (ESD):الجهاز حساس للتفريغ الكهروستاتيكي (ESD). يجب استخدام ضوابط ESD مناسبة (أساور المعصم، محطات عمل مؤرضة، رغوة موصلة) أثناء التعامل والتجميع.

9. المقارنة التقنية والتمييز

مقارنةً بـ LED SMD أحادي اللون، يوفر هذا الجهاز توفيرًا في المساحة من خلال دمج وظيفتين في عبوة واحدة، مما يقلل المساحة المستخدمة على PCB ووقت التجميع. يوفر استخدام تقنية AlInGaP عادةً كفاءة إضاءة أعلى واستقرارًا أفضل لدرجة الحرارة مقارنة ببعض تقنيات LED الأخرى لهذه الألوان المحددة (الأخضر والأصفر)، مما يؤدي إلى إخراج أكثر سطوعًا واتساقًا عبر نطاق درجة حرارة التشغيل.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

س: هل يمكنني تشغيل كل من LED الأخضر والأصفر في وقت واحد عند أقصى تيار مستمر لهما (30 ملي أمبير لكل منهما)؟

ج: تقنيًا نعم، لكن يجب مراعاة إجمالي تبديد الطاقة. التشغيل المتزامن عند 30 ملي أمبير لكل منهما سيؤدي إلى تبديد طاقة مجتمعة قد يتجاوز الحدود الموصى بها إذا كانت الجهود الأمامية في الطرف الأعلى من نطاقها. من الأكثر أمانًا التشغيل تحت الحدود القصوى المطلقة، ربما عند 20 ملي أمبير لكل منهما، وضمان تصميم حراري كافٍ.

س: ما الفرق بين الطول الموجي القمي والطول الموجي السائد؟

ج: الطول الموجي القمي (λp) هو الطول الموجي الذي يكون فيه توزيع القدرة الطيفية في أقصى حد. الطول الموجي السائد (λd) هو الطول الموجي الواحد للضوء أحادي اللون الذي يتطابق مع اللون الملحوظ لـ LED عند مقارنته بضوء أبيض مرجعي. λd أكثر صلة بتحديد اللون في التطبيقات التي تركز على الإنسان.

س: لماذا حالة التخزين بعد فتح الكيس مهمة جدًا؟

ج: يمكن للعبوات SMD امتصاص الرطوبة من الهواء. أثناء عملية اللحام بإعادة التدفق عالية الحرارة، يمكن لهذه الرطوبة المحبوسة أن تتبخر بسرعة، مما يخلق ضغطًا داخليًا يمكن أن يؤدي إلى تقشير العبوة أو تشقق الشريحة، وهو عطل يُعرف باسم \"انفجار الفشار\" (Popcorning). تمنع ظروف التخزين المحددة وإجراءات التجفيف حدوث ذلك.

11. حالة تطبيق عملية

السيناريو: تصميم مؤشر ثنائي الحالة لجهاز محمول

يقوم مصمم بإنشاء مشغل وسائط مضغوط بمؤشر LED واحد. المتطلبات هي: أخضر ثابت لـ \"التشغيل\"، أخضر وامض لـ \"الإيقاف المؤقت\"، وأصفر ثابت لـ \"الشحن/الاستعداد\". استخدام هذا LED ثنائي اللون يبسط التصميم. يمكن لوحدة تحكم دقيقة (Microcontroller) بها دبوسي GPIO التحكم بشكل مستقل في الشريحتين الخضراء والصفراء عبر مفاتيح ترانزستور بسيطة أو مباشرة إذا كان بإمكان GPIO استيعاب تيار كافٍ. تضمن زاوية المشاهدة الواسعة 130 درجة رؤية الحالة من زوايا مختلفة. يختار المصمم المكونات من نفس مستوى شدة الإضاءة واللون لضمان اتساق اللون والسطوع عبر جميع وحدات الإنتاج.

12. مقدمة عن المبدأ

الثنائيات الباعثة للضوء (LEDs) هي أجهزة أشباه موصلات تشع الضوء عندما يمر تيار كهربائي عبرها. تُسمى هذه الظاهرة بالانبعاث الكهروضوئي (Electroluminescence). في LED من نوع AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم جاليوم)، تتسبب الطاقة الكهربائية في إعادة اتحاد الإلكترونات والفجوات داخل المنطقة النشطة لأشباه الموصلات، مما يطلق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يتم تحديد اللون المحدد للضوء بواسطة طاقة فجوة النطاق (Bandgap) لمادة أشباه الموصلات، والتي يتم هندستها عن طريق ضبط نسب العناصر المكونة. تحتوي عبوة LED ثنائية اللون على شريحتين من أشباه الموصلات من هذا النوع بفجوات نطاق مختلفة، معزولة كهربائيًا ولكنها تشترك في هيكل ميكانيكي مشترك.

13. اتجاهات التطور

يستمر الاتجاه العام في تقنية LED SMD نحو كفاءة أعلى (مزيد من اللومن لكل واط)، مما يتيح شاشات أكثر سطوعًا أو استهلاكًا أقل للطاقة. يظل التصغير محركًا رئيسيًا، مما يتيح تعبئة أكثر كثافة وأشكالًا جديدة في الإلكترونيات الاستهلاكية. هناك أيضًا تركيز على تحسين تجسيد الألوان واتساقها، بالإضافة إلى تحسين الموثوقية تحت الظروف البيئية القاسية. التكامل، مثل دمج دوائر التحكم IC مع LEDs في عبوة واحدة (\"LEDs الذكية\")، هو مجال آخر متنامٍ لتبسيط تصميم النظام.