مواصفات سلسلة T12 لمصابيح LED ذات الشريحة المقلوبة - 10 واط أبيض - 9 مصابيح على التوالي - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

تمثل سلسلة T12 وحدة مصابيح LED عالية القدرة للتركيب السطحي، وتستخدم تقنية الشريحة المقلوبة. توضح هذه الوثيقة مواصفات النوع الأبيض بقدرة 10 واط والمكون من 9 شرائح LED متصلة على التوالي. يوفر تصميم الشريحة المقلوبة أداءً حراريًا وموثوقية محسّنين من خلال ربط شبه الموصل مباشرة بالركيزة، مما يحسن تبديد الحرارة ويقلل المقاومة الحرارية.

تم تصميم وحدة LED هذه للتطبيقات التي تتطلب إخراجًا ضوئيًا عاليًا وأداءً قويًا، مثل الإضاءة الصناعية، وتركيبات الإضاءة العالية، وإضاءة المناطق الخارجية، والثريات المتخصصة. يبسط تكوينها على التوالي تصميم السائق من خلال الحاجة إلى جهد أمامي أعلى عند تيار محكم.

2. تحليل متعمق للمعاملات التقنية

2.1 القيم القصوى المطلقة (T_s=25°C)

تحدد المعلمات التالية الحدود التشغيلية التي إذا تجاوزتها قد يحدث تلف دائم لمصباح LED. هذه ليست ظروف تشغيل موصى بها.

• التيار الأمامي (I_F):700 مللي أمبير (تيار مستمر)
• تيار النبضة الأمامي (I_FP):700 مللي أمبير (عرض النبضة ≤10 مللي ثانية، دورة العمل ≤1/10)
• تبديد الطاقة (P_D):20300 ميلي واط (20.3 واط)
• درجة حرارة التشغيل (T_opr):-40°C إلى +100°C
• درجة حرارة التخزين (T_stg):-40°C إلى +100°C
• درجة حرارة الوصلة (T_j):125°C (الحد الأقصى)
• درجة حرارة اللحام (T_sld):لحام بإعادة التدفق عند 230°C أو 260°C لمدة أقصاها 10 ثوانٍ.

2.2 الخصائص الكهربائية-البصرية (T_s=25°C)

هذه هي القيم النموذجية والقصوى تحت ظروف الاختبار المحددة، وتمثل الأداء المتوقع.

• الجهد الأمامي (V_F):نموذجي 27 فولت، أقصى 29 فولت (عند I_F=350 مللي أمبير). الجهد العالي ناتج عن تكوين 9 مصابيح على التوالي.
• الجهد العكسي (V_R):5 فولت (الحد الأقصى)
• التيار العكسي (I_R):100 ميكرو أمبير (الحد الأقصى) عند V_R=5 فولت.
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):130° (نموذجي). يشير هذا إلى نمط حزمة واسع مناسب لإضاءة المناطق.

3. شرح نظام التصنيف

3.1 تصنيف درجة حرارة اللون المترابطة (CCT)

يُقدم المنتج في فئات CCT قياسية. كل فئة تتوافق مع منطقة لونية محددة على مخطط CIE، مما يضمن اتساق اللون داخل الدفعة. خيارات الطلب القياسية هي:

• 2700K:المناطق اللونية 8A، 8B، 8C، 8D (أبيض دافئ)
• 3000K:المناطق اللونية 7A، 7B، 7C، 7D (أبيض دافئ)
• 3500K:المناطق اللونية 6A، 6B، 6C، 6D (أبيض محايد)
• 4000K:المناطق اللونية 5A، 5B، 5C، 5D (أبيض محايد)
• 4500K:المناطق اللونية 4A، 4B، 4C، 4D، 4R، 4S، 4T، 4U (أبيض بارد)
• 5000K:المناطق اللونية 3A، 3B، 3C، 3D، 3R، 3S، 3T، 3U (أبيض بارد)
• 5700K:المناطق اللونية 2A، 2B، 2C، 2D، 2R، 2S، 2T، 2U (ضوء النهار)
• 6500K:المناطق اللونية 1A، 1B، 1C، 1D، 1R، 1S، 1T، 1U (ضوء النهار)

ملاحظة: يحدد التصنيف نطاق إحداثيات اللون المسموح به، وليس نقطة واحدة.

3.2 تصنيف التدفق الضوئي

يتم تصنيف التدفق الضوئي بناءً على القيم الدنيا عند تيار اختبار قدره 350 مللي أمبير. قد يتجاوز التدفق الفعلي الحد الأدنى للقيمة المطلوبة ولكن سيبقى ضمن فئة CCT المحددة.

• أبيض دافئ (2700K-3700K)، مؤشر تجسيد اللون CRI ≥70:
  • الرمز 3H: 800 لومن (الحد الأدنى)، 900 لومن (نموذجي)
  • الرمز 3J: 900 لومن (الحد الأدنى)، 1000 لومن (نموذجي)
• أبيض محايد (3700K-5000K)، مؤشر تجسيد اللون CRI ≥70:
  • الرمز 3H: 800 لومن (الحد الأدنى)، 900 لومن (نموذجي)
  • الرمز 3J: 900 لومن (الحد الأدنى)، 1000 لومن (نموذجي)
• أبيض بارد (5000K-10000K)، مؤشر تجسيد اللون CRI ≥70:
  • الرمز 3J: 900 لومن (الحد الأدنى)، 1000 لومن (نموذجي)
  • الرمز 3K: 1000 لومن (الحد الأدنى)، 1100 لومن (نموذجي)

التحمُّلات:التدفق الضوئي: ±7%؛ مؤشر تجسيد اللون (CRI): ±2؛ إحداثيات اللونية: ±0.005.

4. تحليل منحنيات الأداء

4.1 التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V)

منحنى I-V غير خطي، وهو نموذجي للدايود. عند تيار التشغيل الموصى به وهو 350 مللي أمبير، يكون الجهد الأمامي النموذجي 27 فولت. يُظهر المنحنى أن زيادة صغيرة في الجهد بعد نقطة الركبة تؤدي إلى زيادة سريعة في التيار، مما يبرز أهمية القيادة بتيار ثابت للتشغيل المستقر وطول العمر.

4.2 التيار الأمامي مقابل التدفق الضوئي النسبي

يُظهر هذا المنحنى العلاقة بين تيار القيادة وإخراج الضوء. يزداد التدفق الضوئي تقريبًا بشكل خطي مع التيار في نطاق التشغيل الطبيعي. ومع ذلك، قد يؤدي تشغيل LED عند تيارات أعلى من الموصى بها (مثل 700 مللي أمبير) إلى عوائد متناقصة في الكفاءة (الفعالية بوحدة لومن/واط) وزيادة كبيرة في درجة حرارة الوصلة، مما يُسرع من تدهور اللومن ويقلل من العمر الافتراضي.

4.3 درجة حرارة الوصلة مقابل القدرة الطيفية النسبية

مع زيادة درجة حرارة الوصلة (T_j)، يمكن أن يتحول توزيع القدرة الطيفية لـ LED الأبيض (عادة شريحة زرقاء مع مادة فسفورية). غالبًا ما يتجلى ذلك كانخفاض في القدرة الإشعاعية عند أطوال موجية معينة وتغيير محتمل في درجة حرارة اللون المترابطة (CCT). الإدارة الحرارية الفعالة ضرورية للحفاظ على ثبات اللون وإخراج الضوء بمرور الوقت.

4.4 توزيع القدرة الطيفية النسبية

يُظهر المنحنى الطيفي لـ LED الأبيض ذروة مهيمنة في المنطقة الزرقاء (من شريحة InGaN) ونطاق انبعاث أوسع في المنطقة الصفراء/الخضراء/الحمراء (من الطلاء الفسفوري). الشكل الدقيق هو الذي يحدد CCT وCRI. يساهم الانبعاث الفسفوري الأوسع والأكثر سلاسة في تحقيق CRI أعلى.

5. المعلومات الميكانيكية والتعبئة

5.1 رسم مخطط العلبة

يتم توفير الأبعاد الفيزيائية لوحدة LED في مخطط ورقة البيانات. تشمل الميزات الميكانيكية الرئيسية الطول والعرض والارتفاع الإجماليين، بالإضافة إلى موقع وحجم وسادات اللحام. تم تصميم العلبة لتجميع تقنية التركيب السطحي (SMT).

5.2 نمط الوسادة الموصى به وتصميم الاستنسل

يتم توفير رسومات مفصلة لنمط أرضية PCB (البصمة) واستنسل معجون اللحام. الالتزام بهذه التوصيات أمر بالغ الأهمية لتحقيق تكوين وصلة لحام صحيحة، ومحاذاة، وربط ميكانيكي موثوق. يضمن تصميم الوسادة الاتصال الكهربائي الصحيح ويساعد في نقل الحرارة من LED إلى PCB. التسامح لهذه الأبعاد هو عادة ±0.10 مم.

تحديد القطبية:يتم تحديد أطراف الأنود (+) والكاثود (-) بوضوح على العلبة أو الإشارة إليها في مخطط البصمة. القطبية الصحيحة ضرورية للتشغيل.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 معلمات لحام إعادة التدفق

يتوافق LED مع عمليات لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء أو الحمل الحراري القياسية. الحد الأقصى المسموح به لدرجة حرارة الجسم أثناء اللحام هو 230°C أو 260°C، مع ألا يتجاوز وقت التعرض لدرجة الحرارة القصوى 10 ثوانٍ. من الضروري اتباع ملف درجة حرارة يقوم بتسخين المكونات مسبقًا بشكل كافٍ لتقليل الصدمة الحرارية.

6.2 احتياطات التعامل والتخزين

• حساسية الكهرباء الساكنة (ESD):مصابيح LED هي أجهزة حساسة للكهرباء الساكنة. استخدم احتياطات ESD المناسبة أثناء التعامل والتجميع.
• حساسية الرطوبة:قد يكون للعلبة مستوى حساسية للرطوبة (MSL). إذا تم تحديد ذلك، التزم بمتطلبات التجفيف والعمر الافتراضي قبل إعادة التدفق.
• ظروف التخزين:قم بالتخزين في بيئة جافة ومظلمة ضمن نطاق درجة الحرارة المحدد (-40°C إلى +100°C). تجنب التعرض للغازات المسببة للتآكل.
• التنظيف:إذا كان التنظيف ضروريًا بعد اللحام، استخدم المذيبات والطرق المتوافقة التي لا تضر بعدسة LED أو مادة السيليكون.

7. اقتراحات التطبيق

7.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

• الإضاءة العالية والصناعية:يستفيد من إخراج اللومن العالي والبناء القوي.
• إضاءة المناطق الخارجية:أضواء الشوارع، أضواء مواقف السيارات، إضاءة الملاعب.
• الثريات المتخصصة عالية التدفق:أضواء الزراعة، أجهزة العرض، إضاءة المسرح.
• الإضاءة المعمارية والتجارية:حيث تكون الأولوية للكفاءة العالية والعمر الطويل.

7.2 اعتبارات التصميم

• الإدارة الحرارية:هذا هو العامل الأكثر أهمية للأداء والعمر الافتراضي. صمم PCB والمشتت الحراري للحفاظ على درجة حرارة وصلة LED (T_j) أقل بكثير من الحد الأقصى المسموح به وهو 125°C، ويفضل أن تكون أقل من 85°C للحصول على عمر افتراضي أمثل. استخدم الثقوب الحرارية، أو لوحات الدوائر المطبوعة ذات القلب المعدني (MCPCBs)، أو التبريد النشط حسب الحاجة.
• تيار القيادة:استخدم سائق LED بتيار ثابت مصنف لنطاق الجهد المطلوب (بناءً على V_F). يُوصى بالتشغيل عند أو أقل من تيار 350 مللي أمبير النموذجي لتحقيق توازن بين الإخراج والكفاءة والعمر الافتراضي. تقليل التيار يزيد من العمر الافتراضي بشكل كبير.
• التصميم البصري:قد تتطلب زاوية الرؤية الواسعة البالغة 130° بصريات ثانوية (عدسات، عواكس) لتحقيق نمط الحزمة المطلوب للتطبيق.
• الحماية الكهربائية:ضع في اعتبارك الحماية ضد القطبية العكسية، والارتفاعات العابرة للجهد الزائد، والتفريغ الكهروستاتيكي (ESD) على خطوط الإدخال.

8. المقارنة التقنية والتمييز

LED ذو الشريحة المقلوبة مقابل LED التقليدي ذو الوصلات السلكية:

• الأداء الحراري:يوفر ربط الشريحة المقلوبة مسارًا حراريًا أقصر وأكثر مباشرة من الوصلة النشطة إلى الركيزة/المشتت الحراري، مما يؤدي إلى مقاومة حرارية أقل (R_th). هذا يسمح بتيارات قيادة أعلى أو تحسين العمر الافتراضي عند نفس التيار.
• الموثوقية:يُزيل الوصلات السلكية، والتي يمكن أن تكون نقاط فشل بسبب الدورات الحرارية، أو الاهتزاز، أو هجرة الإلكترونات.
• انتشار التيار:غالبًا ما يتضمن طبقة انتشار تيار أفضل تحت الشريحة، مما يؤدي إلى انبعاث ضوئي أكثر تجانسًا وكفاءة محتملة أعلى.
• التصميم البصري:يمكن أن يسمح بعلبة أكثر إحكاما أو ميزات استخراج ضوء مختلفة.

التكوين على التوالي (9 مصابيح على التوالي):يبسط تصميم السائق للتطبيقات ذات الجهد العالي والتيار المنخفض، مما يحسن غالبًا كفاءة السائق مقارنة بتشغيل سلاسل متوازية متعددة.

9. الأسئلة الشائعة (FAQs)

9.1 ما هو تيار التشغيل الموصى به؟

تحدد ورقة البيانات الخصائص عند 350 مللي أمبير، وهي نقطة التشغيل النموذجية الموصى بها. يمكن تشغيله حتى الحد الأقصى المطلق وهو 700 مللي أمبير، ولكن هذا سيزيد بشكل كبير من درجة حرارة الوصلة ويقلل من العمر الافتراضي. للحصول على عمر افتراضي وكفاءة أمثلين، يُنصح بالتشغيل عند أو أقل من 350 مللي أمبير.

9.2 لماذا الجهد الأمامي مرتفع جدًا (~27 فولت)؟

تحتوي الوحدة على 9 شرائح LED فردية متصلة على التوالي. تضاف الجهود الأمامية لكل شريحة. شريحة LED بيضاء نموذجية لها V_Fحوالي 3 فولت؛ 9 * 3 فولت = 27 فولت.

9.3 كيف أختار فئة CCT الصحيحة؟

اختر CCT الاسمي (مثل 4000K) بناءً على الجو المطلوب لتطبيقك وتجسيد اللون. تضمن المناطق اللونية المرتبطة (مثل 5A-5D) اتساق اللون. لتطبيقات مطابقة الألوان الحرجة، اطلب تصنيفًا أضيق أو اختر من دفعة إنتاج واحدة.

9.4 ما هو المشتت الحراري المطلوب؟

يعتمد المشتت الحراري المطلوب على تيار التشغيل، ودرجة الحرارة المحيطة، و T_jالمطلوبة، والمقاومة الحرارية لـ PCB ومواد الواجهة الخاصة بك. يجب إجراء حساب حراري بناءً على تبديد الطاقة الإجمالي (V_F* I_F) والمقاومة الحرارية المستهدفة من الوصلة إلى المحيط (R_θJA).

9.5 هل يمكنني استخدام PWM للتعتيم؟

نعم، تعديل عرض النبضة (PWM) هو طريقة فعالة لتعتيم مصابيح LED. تأكد من أن تردد PWM مرتفع بدرجة كافية (عادة >100 هرتز) لتجنب الوميض المرئي. يجب تصميم السائق لإدخال PWM أو أن يكون له واجهة تعتيم مخصصة.

10. دراسة حالة تصميم عملية

السيناريو:تصميم ثريا إضاءة عالية بقدرة 100 واط باستخدام وحدات T12 متعددة.

خطوات التصميم:

1. عدد الوحدات:الهدف 100 واط إجمالي. تستهلك كل وحدة عند 350 مللي أمبير حوالي 9.45 واط (27 فولت * 0.35 أمبير). استخدم 10 وحدات للحصول على حوالي 94.5 واط.
2. اختيار السائق:تحتاج إلى سائق بتيار ثابت لـ 10 وحدات متصلة على التوالي. نطاق جهد الخرج المطلوب: 10 * (27 فولت إلى 29 فولت) = 270 فولت إلى 290 فولت. التيار المطلوب: 350 مللي أمبير. اختر سائقًا مصنفًا لـ >290 فولت، 350 مللي أمبير.
3. التصميم الحراري:تبديد الطاقة الإجمالي حوالي 94.5 واط. استخدم لوحة دوائر مطبوعة ذات قلب معدني (MCPCB) مثبتة على مشتت حراري ألومنيوم كبير. احسب R_θSAالمطلوب (من المشتت إلى المحيط) بناءً على أقصى درجة حرارة محيطة (مثل 50°C) و T_jالمستهدفة (مثل 90°C)، مع الأخذ في الاعتبار R_θJCو R_θCSمن LED والواجهة.
4. البصريات:للإضاءة العالية، غالبًا ما تكون زاوية الحزمة المتوسطة (مثل 60°-90°) مرغوبة. اختر عدسات ثانوية أو عواكس متوافقة مع بصمة الوحدة لتضييق الحزمة من 130° الأصلية.
5. تخطيط PCB:اتبع تخطيط الوسادة الموصى به. تأكد من وجود مسارات نحاسية سميكة لحمل التيار. نفذ أنماط تخفيف حرارية لللحام ولكن قم بتوسيع مساحة النحاس لانتشار الحرارة.

11. مقدمة عن مبدأ التكنولوجيا

تقنية LED ذات الشريحة المقلوبة:في LED تقليدي، تُزرع الطبقات شبه الموصلة على ركيزة، وتتم الوصلات الكهربائية عبر وصلات سلكية إلى أعلى الشريحة. في تصميم الشريحة المقلوبة، بعد النمو، يتم "قلب" الشريحة وربطها مباشرة على ركيزة حاملة (مثل قاعدة فرعية من السيراميك أو السيليكون) باستخدام نتوءات لحام. هذا يضع منطقة الانبعاث الضوئي النشطة أقرب إلى المسار الحراري. ينبعث الضوء عبر الركيزة (التي يجب أن تكون شفافة، مثل الياقوت) أو من الجانب إذا تمت إزالة الركيزة. يحسن هذا الهيكل تبديد الحرارة، ويسمح بكثافة تيار أعلى، ويعزز الموثوقية من خلال إزالة الوصلات السلكية الهشة.

توليد الضوء الأبيض:تستخدم معظم مصابيح LED البيضاء شريحة نيتريد الغاليوم الإنديوم (InGaN) زرقاء الانبعاث. يتم امتصاص جزء من الضوء الأزرق بواسطة طبقة من مادة فسفورية (عادة جرنيت الألومنيوم الإيتريوم المطعم بالسيريوم، YAG:Ce) مطليّة على أو حول الشريحة. تقوم المادة الفسفورية بتحويل بعض الضوء الأبيض إلى ضوء أصفر. يدرك العين البشرية خليط الضوء الأزرق المتبقي والضوء الأصفر المتولد على أنه أبيض. يتحكم تعديل تركيب وسمك المادة الفسفورية في CCT وCRI.

12. اتجاهات الصناعة والتطور

نمو الكفاءة (لومن/واط):لا يزال الاتجاه الأساسي هو زيادة الفعالية الضوئية، وتقليل الطاقة المطلوبة لكل وحدة ضوء. يتم تحقيق ذلك من خلال تحسينات في الكفاءة الكمية الداخلية (IQE)، وكفاءة استخراج الضوء، وكفاءة التحويل الفسفوري.

كثافة الطاقة العالية والتصغير:هناك اتجاه نحو حزم المزيد من اللومن في علب أصغر، مدفوعًا بتطبيقات مثل مصابيح السيارات الأمامية، وأجهزة العرض الدقيقة، والثريات فائقة الصغر. تعد تقنيات الشريحة المقلوبة وعلب مقياس الشريحة (CSP) عوامل تمكين رئيسية.

تحسين جودة اللون واتساقه:يزداد الطلب على CRI عالٍ (Ra >90، R9 >50) ونقطة لونية متسقة عبر الدُفَع وعبر العمر الافتراضي، خاصة في إضاءة التجزئة والمتاحف والرعاية الصحية.

الموثوقية والعمر الافتراضي:التركيز على فهم وتخفيف آليات الفشل تحت ظروف الإجهاد العالي لدرجة الحرارة والرطوبة والتيار لضمان أعمار افتراضية أطول لـ L70/B50 (الوقت للحفاظ على 70% من اللومن لـ 50% من العينات).

الإضاءة الذكية والمتصلة:أصبح دمج الإلكترونيات التحكمية، وأجهزة الاستشعار، وواجهات الاتصال مباشرة مع وحدات LED أكثر شيوعًا، مما يتيح أنظمة إضاءة قائمة على إنترنت الأشياء.

الأطياف المتخصصة:تطوير مصابيح LED بمخرجات طيفية مصممة خصيصًا للإضاءة المتمحورة حول الإنسان (HCL)، والبستنة (أضواء الزراعة)، والتطبيقات الطبية.