ورقة بيانات مصباح LED أبيض T-1 3 مم - قطر 3.0 مم × ارتفاع 5.0 مم - جهد أمامي 2.8-4.0 فولت - تيار مستمر 30 مللي أمبير - تبديد طاقة 110 مللي واط - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

تقدم هذه الوثيقة تفاصيل مواصفات ثنائي باعث للضوء الأبيض (LED) عالي اللمعان، مُغلف في غلاف دائري T-1 (3 مم) شائع الاستخدام. تم تصميم الجهاز لتقديم إخراج ضوئي متميز، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب سطوعًا عاليًا ووضوحًا في الرؤية. تستخدم التقنية الأساسية شريحة أشباه موصلات من نوع InGaN والتي تشع ضوءًا أزرق. يتم بعد ذلك تحويل هذا الانبعاث الأزرق إلى ضوء أبيض واسع الطيف من خلال طبقة فوسفور مُترسبة داخل الكوب العاكس الخاص بـ LED. وفقًا لمعيار فضاء الألوان CIE 1931، فإن إحداثيات اللون النموذجية الناتجة هي x=0.29، y=0.28، مما يشير إلى درجة حرارة لون أبيض محايدة إلى باردة. تم تصميم المكون ليكون موثوقًا ويتضمن ميزات مثل الحماية من التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) حتى 4 كيلو فولت (نموذج جسم الإنسان) والامتثال للوائح البيئية ذات الصلة.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

الميزة الأساسية لهذا الـ LED هي شدة إضاءته العالية ضمن عامل شكل T-1 القياسي في الصناعة والمضغوط. يوفر هذا المزيج من الحجم الصغير والسطوع العالي مرونة كبيرة لمهندسي التصميم. يتم توريد الجهاز بكميات كبيرة أو على شريط وبكرة لعمليات التجميع الآلي، مما يعزز كفاءة التصنيع. تتمحور تطبيقاته الرئيسية حول المجالات التي تتطلب إشارة أو إضاءة واضحة ومشرقة. تشمل الأسواق المستهدفة الإلكترونيات الاستهلاكية، ولوحات التحكم الصناعية، وإضاءة السيارات الداخلية، واللافتات العامة.

2. التعمق في المعلمات التقنية

يعد الفهم الشامل للحدود الكهربائية والبصرية أمرًا بالغ الأهمية لتصميم دائرة موثوقة وأداء طويل الأمد.

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد هذه التصنيفات حدود الإجهاد التي قد يتسبب تجاوزها في حدوث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل تحت أو عند هذه الحدود ويجب تجنبه لضمان أداء موثوق.

• التيار الأمامي المستمر (I_F): 30 مللي أمبير. هذا هو أقصى تيار مستمر يمكن تطبيقه باستمرار على الـ LED.
• التيار الأمامي الذروي (I_FP): 100 مللي أمبير. يُسمح بهذا التيار الأعلى فقط في ظل ظروف النبض، محددًا بدورة عمل 1/10 وتردد 1 كيلو هرتز.
• الجهد العكسي (V_R): 5 فولت. يمكن أن يتسبب تطبيق جهد انحياز عكسي يتجاوز هذه القيمة في انهيار الوصلة.
• تبديد الطاقة (P_d): 110 مللي واط. هذه هي أقصى قدرة يمكن للغلاف تبديدها كحرارة، وتحسب كحاصل ضرب الجهد الأمامي (V_F) في التيار الأمامي (I_F).
• درجة حرارة التشغيل والتخزين: يمكن للجهاز العمل في درجات حرارة محيطة تتراوح من -40°C إلى +85°C ويمكن تخزينه في درجات حرارة تتراوح من -40°C إلى +100°C.
• درجة حرارة اللحام: يمكن لأطراف التوصيل تحمل درجة حرارة لحام تبلغ 260°C لمدة أقصاها 5 ثوانٍ، وهو ما يتوافق مع عمليات إعادة التدفق واللحام اليدوي القياسية.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

يتم قياس هذه المعلمات تحت ظروف الاختبار القياسية (Ta=25°C) وتحدد الأداء النموذجي لـ LED.

• الجهد الأمامي (V_F): يتراوح من 2.8 فولت (الحد الأدنى) إلى 4.0 فولت (الحد الأقصى) عند تيار اختبار 20 مللي أمبير. تقع القيمة النموذجية ضمن هذا النطاق. من الضروري استخدام مقاومة محددة للتيار على التوالي مع الـ LED للتحكم في التيار بناءً على جهد الإمداد والقيمة المحددة لـ V_F الخاصة بـ LED.
• شدة الإضاءة (I_V): لها قيمة دنيا تبلغ 1800 ملي كانديلا (mcd) عند 20 مللي أمبير. يمكن أن تصل الشدة إلى 4500 mcd اعتمادًا على التصنيف المحدد (انظر القسم 3). هذه الشدة العالية هي ميزة رئيسية.
• زاوية المشاهدة (2θ_1/2): زاوية المشاهدة الكاملة النموذجية عند نصف الشدة هي 25 درجة. يشير هذا إلى نمط حزمة ضوئية مركز نسبيًا، وهو مثالي للإشارة الاتجاهية.
• التيار العكسي (I_R): يقتصر على حد أقصى 50 ميكرو أمبير عند تطبيق انحياز عكسي 5 فولت، مما يشير إلى سلامة جيدة للوصلة.
• ميزة الصمام الثنائي زينر: تلاحظ ورقة البيانات وجود جهد عكسي زينر (V_Z) بقيمة نموذجية 5.2 فولت عند 5 مللي أمبير وتصنيف تيار عكسي زينر (I_Z) بقيمة 100 مللي أمبير. يشير هذا إلى أن بعض الوحدات قد تتضمن صمامًا ثنائيًا زينرًا مدمجًا للحماية من الجهد العكسي، ولكن يجب على المصممين التأكد من توفر هذه الميزة ومواصفاتها للتطبيق المحدد.

3. شرح نظام التصنيف

بسبب التباينات في التصنيع، يتم فرز مصابيح LED إلى تصنيفات أداء. يعد فهم هذه التصنيفات أمرًا بالغ الأهمية لتحقيق لون وسطوع متسقين في التطبيق.

3.1 تصنيف شدة الإضاءة

يتم تصنيف مصابيح LED إلى أربعة تصنيفات للشدة (M، N، P، Q) بناءً على إخراجها الضوئي المقاس عند 20 مللي أمبير. التسامح لشدة الإضاءة هو ±10% داخل كل تصنيف.

• التصنيف M: من 1800 mcd إلى 2250 mcd
• التصنيف N: من 2250 mcd إلى 2850 mcd
• التصنيف P: من 2850 mcd إلى 3600 mcd
• التصنيف Q: من 3600 mcd إلى 4500 mcd

3.2 تصنيف الجهد الأمامي

يتم أيضًا تصنيف مصابيح LED وفقًا لانخفاض الجهد الأمامي عند 20 مللي أمبير، مع عدم يقين قياس يبلغ ±0.1 فولت. يساعد هذا في تصميم دوائر دفع تيار متسقة، خاصة عند توصيل عدة مصابيح LED على التوازي.

• التصنيف 0: من 2.8 فولت إلى 3.0 فولت
• التصنيف 1: من 3.0 فولت إلى 3.5 فولت
• التصنيف 2: من 3.5 فولت إلى 4.0 فولت

3.3 تصنيف إحداثيات اللون (اللونية)

يتم تعريف لون الضوء الأبيض من خلال إحداثياته على مخطط اللونية CIE 1931. يتم تجميع مصابيح LED في ثماني رتب لونية (A1، A2، B1، B2، C1، C2، D1، D2)، لكل منها حدود دنيا وقصوى محددة لكل من الإحداثيين x و y. الإحداثي النموذجي هو x=0.29، y=0.28، والذي سيقع ضمن التصنيفات C1 أو C2. عدم اليقين في قياس إحداثيات اللون هو ±0.01. يضمن هذا التصنيف اتساق اللون للتطبيقات التي يكون فيها المظهر الأبيض الموحد مهمًا.

4. تحليل منحنيات الأداء

توفر البيانات الرسومية نظرة ثاقبة حول كيفية تصرف LED تحت ظروف مختلفة.

4.1 الشدة النسبية مقابل الطول الموجي

يظهر منحنى توزيع القدرة الطيفية الشدة النسبية للضوء المنبعث عبر أطوال موجية مختلفة. بالنسبة لـ LED أبيض يستخدم نظام شريحة زرقاء + فوسفور، يُظهر هذا المنحنى عادةً ذروة مهيمنة في المنطقة الزرقاء (حوالي 450-460 نانومتر من شريحة InGaN) وذروة أو هضبة أوسع في المنطقة الصفراء/الخضراء/الحمراء (من الفوسفور). يُنظر إلى الناتج المجمع على أنه ضوء أبيض.

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

هذا المنحنى غير خطي، وهو خاصية للصمام الثنائي. يزداد الجهد تدريجيًا مع التيار في البداية ثم بشكل أكثر حدة. تشغيل LED عند 20 مللي أمبير الموصى بها يضمن وجوده على الجزء الفعال والمستقر من هذا المنحنى.

4.3 الشدة النسبية مقابل التيار الأمامي

الإخراج الضوئي يتناسب طرديًا مع التيار الأمامي، لكن العلاقة ليست خطية تمامًا، خاصة عند التيارات الأعلى بسبب انخفاض الكفاءة والتأثيرات الحرارية. لن يؤدي زيادة التيار إلى ما بعد الحد الأقصى الموصى به إلى زيادات متناسبة في الضوء وسيولد حرارة مفرطة.

4.4 إحداثيات اللونية مقابل التيار الأمامي

يوضح هذا الرسم البياني كيف قد يتحول نقطة اللون (إحداثيات x، y) قليلاً مع تغيرات تيار الدفع. عادةً، يمكن أن تسبب التيارات الأعلى انزياحًا أزرقًا صغيرًا بسبب زيادة درجة حرارة الشريحة وتغيرات في كفاءة تحويل الفوسفور.

4.5 التيار الأمامي مقابل درجة الحرارة المحيطة

ينخفض أقصى تيار أمامي مسموح به لـ LED مع زيادة درجة الحرارة المحيطة. هذا التخفيض ضروري لمنع درجة حرارة الوصلة من تجاوز حدها، مما من شأنه أن يسرع من تدهور اللومن ويقلل من العمر الافتراضي. يجب على المصممين مراعاة درجة حرارة بيئة التشغيل عند ضبط تيار الدفع.

5. المعلومات الميكانيكية والتعبئة

5.1 أبعاد الغلاف

يتوافق LED مع أبعاد الغلاف الدائري القياسي T-1 3 مم. تشمل القياسات الرئيسية قطر جسم نموذجي يبلغ 3.0 مم وارتفاع يبلغ حوالي 5.0 مم من أسفل الحافة إلى أعلى العدسة. يبلغ قطر أطراف التوصيل 0.45 مم وتباعدها 2.54 مم (تباعد قياسي 0.1 بوصة). العدسة شفافة مثل الماء. جميع التسامحات الأبعاد هي ±0.25 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. يتم قياس تباعد الأطراف حيث تخرج الأطراف من جسم الغلاف. يُسمح ببروز أقصى للراتنج يبلغ 1.5 مم تحت الحافة.

5.2 تحديد القطبية

الـ LED هو مكون مستقطب. الطرف الأطول هو عادةً الأنود (الموجب)، والطرف الأقصر هو الكاثود (السالب). بالإضافة إلى ذلك، غالبًا ما يكون جانب الكاثود به بقعة مسطحة على الحافة البلاستيكية أو شق في الحافة. يجب مراعاة القطبية الصحيحة أثناء تجميع الدائرة.

6. إرشادات اللحام والتجميع

المناولة السليمة ضرورية لمنع التلف وضمان الموثوقية.

6.1 تشكيل الأطراف

• يجب أن يحدث الانحناء عند نقطة تبعد 3 مم على الأقل عن قاعدة المصباح الإيبوكسي لتجنب الإجهاد على روابط الأسلاك الداخلية والشريحة.
• يجب دائمًا إجراء التشكيلقبل soldering.
• يجب تجنب الإجهاد المفرط على الغلاف أثناء الانحناء.
• يجب إجراء قطع الأطراف في درجة حرارة الغرفة.
• يجب أن تتماشى ثقوب اللوحة المطبوعة (PCB) بدقة مع أطراف LED لتجنب إجهاد التركيب.

6.2 ظروف التخزين

مصابيح LED هي أجهزة حساسة للرطوبة. بعد الاستلام، يجب تخزينها عند 30°C أو أقل ورطوبة نسبية 70% أو أقل. العمر التخزيني الموصى به تحت هذه الظروف هو 3 أشهر. للتخزين لفترات أطول (حتى عام واحد)، يجب الاحتفاظ بالأجهزة في كيس محكم مانع للرطوبة مع مجفف وفي جو نيتروجين إذا أمكن. يجب تجنب التغيرات السريعة في درجة الحرارة في البيئات الرطبة لمنع التكثيف.

6.3 توصيات اللحام

يجب الحفاظ على مسافة لا تقل عن 3 مم بين نقطة اللحام والمصباح الإيبوكسي لمنع التلف الحراري.

• اللحام اليدوي: استخدم مكواة بدرجة حرارة طرف لا تتجاوز 300°C (لمكواة بقدرة قصوى 30 واط). يجب أن يكون وقت التلامس 3 ثوانٍ أو أقل لكل طرف.
• اللحام بالموجة أو الغمس: يجب ألا تتجاوز درجة حرارة التسخين المسبق 100°C لمدة أقصاها 60 ثانية. يجب ألا تتجاوز درجة حرارة حمام اللحام 260°C، مع وقت تلامس 5 ثوانٍ أو أقل.

7. معلومات التعبئة والطلب

7.1 مواصفات التعبئة

يتم تعبئة مصابيح LED في أكياس مضادة للكهرباء الساكنة للحماية من التفريغ الكهروستاتيكي. التسلسل الهرمي للتعبئة كما يلي:

1. التعبئة الداخلية: يتم وضع ما لا يقل عن 200 إلى 500 قطعة كحد أقصى في كيس مضاد للكهرباء الساكنة واحد.
2. الصندوق الداخلي: يتم تعبئة خمسة أكياس مضادة للكهرباء الساكنة في صندوق داخلي واحد.
3. الصندوق الرئيسي (الخارجي): يتم تعبئة عشرة صناديق داخلية في صندوق شحن رئيسي واحد.

7.2 معلومات الملصق

تتضمن ملصقات التعبئة عدة رموز: رقم إنتاج العميل (CPN)، ورقم الإنتاج (P/N)، وكمية التعبئة (QTY)، والرتب المجمعة لشدة الإضاءة والجهد الأمامي (CAT)، والرتبة اللونية (HUE)، والمرجع (REF)، ورقم الدفعة (LOT No.).

8. اقتراحات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

• لوحات الرسائل واللافتات: مثالي للإضاءة الخلفية أو كمؤشرات حالة فردية في شاشات العرض المعلوماتية بسبب السطوع العالي.
• المؤشرات الضوئية: مثالي لمؤشرات الطاقة، أو الحالة، أو التنبيه في الإلكترونيات الاستهلاكية، والمعدات الصناعية، ولوحات عدادات السيارات.
• الإضاءة الخلفية: يمكن استخدامه للإضاءة الخلفية صغيرة الحجم للمفاتيح، أو لوحات المفاتيح، أو لوحات LCD.
• أضواء العلامات: مناسب للإضاءة الزخرفية أو الوضعية.

8.2 اعتبارات التصميم

• تحديد التيار: استخدم دائمًا مقاومة على التوالي أو مشغل تيار ثابت لضبط التيار الأمامي. احسب قيمة المقاومة باستخدام R = (V_{الإمداد}- V_F) / I_F.
• الإدارة الحرارية: على الرغم من انخفاض الطاقة، تأكد من وجود تهوية كافية إذا تم استخدام عدة مصابيح LED في مساحة ضيقة أو إذا كان التشغيل في درجات حرارة محيطة عالية.
• الحماية من الجهد العكسي: إذا لم يتم تأكيد ميزة زينر المدمجة أو إذا لم تكن كافية، ففكر في إضافة صمام ثنائي حماية خارجي على التوازي (الكاثود إلى الأنود) مع LED إذا تعرضت الدائرة لتقلبات جهد عكسي.
• التصنيف لتحقيق الاتساق: للتطبيقات التي تتطلب سطوعًا أو لونًا موحدًا، حدد تصنيفات الشدة واللون المطلوبة عند الطلب.

9. المقارنة التقنية والتمييز

مقارنةً بمصابيح LED المؤشر القياسية، فإن المميز الأساسي لهذا الجهاز هو شدته الضوئية العالية جدًا (تصل إلى 4500 mcd) داخل الغلاف الشائع T-1. تقدم العديد من مصابيح LED البيضاء القياسية T-1 شدة في نطاق 200-1000 mcd. هذا يجعله بديلاً مباشرًا للتطبيقات التي تتطلب زيادة كبيرة في السطوع دون تغيير البصمة أو بصريات العدسة. كما أن تضمين الحماية من ESD (4KV HBM) يعزز أيضًا متانته مقارنة بمصابيح LED الأساسية بدون مثل هذه الحماية، مما يجعله أكثر ملاءمة للبيئات التي توجد فيها مخاوف من المناولة أو التفريغ الساكن.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

10.1 ما المقاومة التي أحتاجها لمصدر طاقة 5 فولت؟

باستخدام أسوأ حالة للجهد الأمامي الأقصى (V_F= 4.0 فولت) وتيار مستهدف 20 مللي أمبير، يكون الحساب: R = (5V - 4.0V) / 0.020A = 50 أوم. أقرب قيمة قياسية هي 51 أوم. الطاقة المبددة في المقاومة هي P = I²R = (0.02)²* 51 = 0.0204 واط، لذا فإن مقاومة قياسية 1/4 واط كافية. تحقق دائمًا من القيمة الفعلية لـ V_F لتصنيف LED المحدد الخاص بك للحصول على التيار الأمثل.

10.2 هل يمكنني تشغيله عند 30 مللي أمبير بشكل مستمر؟

نعم، 30 مللي أمبير هو الحد الأقصى المطلق لتصنيف التيار الأمامي المستمر. ومع ذلك، للحصول على أقصى عمر افتراضي ومراعاة الارتفاعات المحتملة في درجة الحرارة في التطبيق، يُوصى بالتشغيل عند أو أقل قليلاً من 20 مللي أمبير النموذجية. عند 30 مللي أمبير، تأكد من أن درجة الحرارة المحيطة ليست عند الحد الأعلى 85°C.

10.3 كيف أفسر التصنيفات اللونية (A1، B2، إلخ)؟

يشير الحرف (A، B، C، D) عمومًا إلى منطقة على مخطط CIE، وغالبًا ما يرتبط بدرجة حرارة اللون المترابطة (CCT). تكون التصنيفات 'A' عادةً بيضاء أكثر دفئًا (أكثر صفراء/حمراء)، وتتقدم إلى التصنيفات 'D' التي تكون بيضاء أكثر برودة (أكثر زرقة). يقوم الرقم (1، 2) بتقسيم المنطقة بشكل أكبر. بالنسبة لمعظم التطبيقات العامة، يعد تحديد نطاق مثل B-C كافيًا. بالنسبة للتطبيقات الحرجة لمطابقة الألوان، يجب تحديد التصنيف الدقيق والتحكم فيه.

11. دراسة حالة تصميم عملية

السيناريو: تصميم لوحة مؤشر حالة عالية الوضوح لخزانة اتصالات خارجية.تحتوي اللوحة على 10 مؤشرات يجب أن تكون مرئية بوضوح في ضوء الشمس المباشر. المساحة محدودة، مما يتطلب مكونًا صغيرًا. تم اختيار غلاف T-1 لحجمه. تم اختيار هذا الـ LED عالي الشدة (باستخدام التصنيف Q لأقصى سطوع). يتوفر مصدر طاقة 12 فولت في الخزانة. خطوات التصميم: 1) حساب المقاومة التسلسلية. باستخدام V_F(التصنيف 1 نموذجي ~3.2 فولت) و I_F=20 مللي أمبير: R = (12V - 3.2V) / 0.02A = 440 أوم (استخدم 470 أوم قياسي، مما يؤدي إلى I_F≈ 18.7 مللي أمبير). 2) حساب قدرة المقاومة: P = (0.0187)²* 470 ≈ 0.164 واط (مقاومة 1/4 واط كافية ولكن مقاومة 1/2 واط توفر هامشًا). 3) التخطيط: تأكد من تباعد 3 مم من ثقب اللوحة المطبوعة (PCB) إلى جسم LED للحام. 4) فكر في إضافة صمام ثنائي كبت الجهد العابر على خط 12 فولت إذا كانت البيئة بها ضوضاء كهربائية.

12. مقدمة عن مبدأ التشغيل

هذا هو LED أبيض محول بالفوسفور. قلب الجهاز هو شريحة أشباه موصلات مصنوعة من نيتريد الغاليوم الإنديوم (InGaN). عند تطبيق جهد أمامي، تتحد الإلكترونات والفجوات داخل المنطقة النشطة لبنية InGaN، مُطلقة فوتونات. تم تصميم فجوة النطاق لمادة InGaN لإنتاج ضوء أزرق بطول موجي حوالي 450-460 نانومتر. يصطدم هذا الضوء الأزرق بعد ذلك بطبقة من الفوسفور، وهي مادة خزفية مطعمة بعناصر أرضية نادرة (غالبًا جرنيت الألومنيوم الإيتريوم المطعم بالسيريوم، أو YAG:Ce). يمتص الفوسفور جزءًا من الفوتونات الزرقاء ويعيد إصدار الضوء بأطوال موجية أطول وأوسع عبر الطيف الأصفر والأحمر. تدرك العين البشرية مزيج الضوء الأزرق المباشر المتبقي والضوء الأصفر/الأحمر المحول بالفوسفور على أنه ضوء أبيض. تحدد النسب المحددة للون الأزرق إلى الأصفر/الأحمر درجة حرارة اللون وإحداثيات اللونية.

13. الاتجاهات والسياق التكنولوجي

مكّن تطوير مصابيح LED الزرقاء InGaN الفعالة، والتي حصلت على جائزة نوبل في الفيزياء عام 2014، من إنشاء مصابيح LED بيضاء عملية عبر التحويل بالفوسفور. كان الاتجاه في الصناعة نحو كفاءة أعلى دائمًا (المزيد من اللومن لكل واط)، وموثوقية أعلى، وتقديم ألوان أفضل. بينما تصف ورقة البيانات هذه LED متوسط الطاقة في غلاف مثقوب، شهد السوق الأوسع تحولًا هائلاً نحو أغلفة الأجهزة المركبة على السطح (SMD) (مثل 2835، 3030، 5050) لمعظم تطبيقات الإضاءة العامة والإضاءة الخلفية بسبب الأداء الحراري الأفضل وملاءمته للتجميع الآلي. ومع ذلك، تظل مصابيح LED المثقوبة مثل غلاف T-1 هذا حيوية للنماذج الأولية، والاستخدام التعليمي، وأسواق الإصلاح، والتطبيقات التي يُفضل فيها التجميع اليدوي أو متانة التوصيل بالأطراف. يمثل دمج ميزات مثل الحماية من ESD والتصنيف الأكثر دقة، كما هو موضح في ورقة البيانات هذه، تطورًا لأنواع الأغلفة الناضجة هذه لتلبية متطلبات الموثوقية والأداء الحديثة.