ورقة بيانات تقنية لمصباح LED من سلسلة Shwo(F) - عبوة 3535 - أزرق ملكي 452.5 نانومتر - طاقة 2 واط

1. نظرة عامة على المنتج

تمثل سلسلة Shwo(F) أحدث جيل من عبوات LED عالية الطاقة ذات التركيب السطحي (SMD) ذات البصمة 3535. تم تصميمها بعدسة مُحسّنة خصيصًا لتحقيق سطوع وكفاءة انبعاث فوتوني استثنائيين. تُصنف هذه السلسلة كواحدة من الحلول الأكثر كفاءة وتنافسية المتاحة لتطبيقات الإضاءة المتخصصة، مع تركيز رئيسي على مجال الإضاءة النباتية.

اسم "Shwo" مشتق من الكلمة الصينية التي تعني "الوميض"، مما يرمز إلى سطوع هذه العبوة وصغر حجمها وطبيعتها النجمية. تشمل مزاياها الأساسية بناءً سيراميكيًا مضغوطًا من نوع SMD، وحماية مدمجة من الكهرباء الاستاتيكية (ESD)، والامتثال لمعايير السلامة والبيئة الرئيسية بما في ذلك RoHS، وREACH التابع للاتحاد الأوروبي، ومتطلبات الخلو من الهالوجين.

2. تحليل مُعمّق للمعايير التقنية

2.1 القيم القصوى المطلقة

تحدد هذه المعايير الحدود التشغيلية التي إذا تم تجاوزها قد يحدث تلف دائم لمصباح LED. لا يُقصد بها التشغيل العادي.

• أقصى تيار أمامي مستمر (I_F): 1000 مللي أمبير (بدورة عمل 1/10 @ 1 كيلو هرتز).
• أقصى تيار أمامي ذروي نابض (I_Pulse): 1250 مللي أمبير.
• أقصى مقاومة للكهرباء الاستاتيكية (HBM): 8000 فولت، مما يوفر حماية قوية أثناء التعامل.
• الجهد العكسي (V_R): لم يتم تصميم مصابيح LED للعمل بجهد عكسي. تطبيق جهد عكسي قد يتسبب في عطل فوري.
• المقاومة الحرارية (R_th): تتراوح من 10°C/W إلى 12°C/W اعتمادًا على تقنية الشريحة، مما يشير إلى مدى فعالية نقل الحرارة من الوصلة إلى الوسادة الحرارية.
• أقصى درجة حرارة للوصلة (T_J): 125°C. تجاوز هذه الحرارة سيقلل بشكل كبير من العمر الافتراضي وقد يتسبب في عطل كارثي.
• درجة حرارة التشغيل (T_Opr): من -40°C إلى +100°C، تحدد نطاق درجة الحرارة المحيطة للتشغيل الموثوق.
• أقصى درجة حرارة للحام (T_Sol): 260°C، متوافقة مع برامج إعادة التدفق القياسية الخالية من الرصاص.
• الحد الأقصى لدورات إعادة التدفق المسموح بها: دورتان، تشير إلى عدد المرات التي يمكن للمكون أن يخضع فيها لعملية لحام بإعادة التدفق.

2.2 الخصائص البصرية والكهربائية

هذه هي معايير الأداء النموذجية المقاسة تحت ظروف اختبار محددة (T_pad= 25°C، I_F= 700 مللي أمبير).

• اللون والطول الموجي: أزرق ملكي بطول موجي سائد 452.5 نانومتر. هذا الطول الموجي فعال للغاية في تحفيز امتصاص الكلوروفيل وهو حاسم لنمو النبات في تطبيقات الإضاءة النباتية.
• التدفق الإشعاعي (القدرة البصرية): القيمة النموذجية هي 1500 ملي واط. الحد الأدنى المضمون للتدفق الإشعاعي هو 1300 ملي واط.
• تدفق الفوتون الضوئي التمثيلي (PPF): 5.28 ميكرومول/ثانية. يقيس هذا المقياس عدد الفوتونات النشطة ضوئيًا المنبعثة في الثانية، وهو ذو صلة مباشرة بفعالية الإضاءة النباتية.
• الكفاءة الإشعاعية: 57.1%. يتم حسابها كـ (التدفق الإشعاعي / الطاقة الكهربائية الداخلة) وهي مؤشر رئيسي لأداء تحويل الطاقة الكهربائية إلى بصرية لمصباح LED.
• زاوية الرؤية: نموذجيًا 120 درجة، توفر نمط إشعاع واسعًا مناسبًا لإضاءة المساحات الواسعة.

2.3 مواصفات الحرارة والموثوقية

• مستوى الحساسية للرطوبة (MSL): المستوى 1. هذا هو المستوى الأكثر قوة، مما يشير إلى عمر تخزين غير محدود عند ≤30°C/85% رطوبة نسبية ولا يتطلب تجفيفًا إلزاميًا قبل لحام إعادة التدفق، مما يبسط إدارة المخزون.
• ظروف التخزين: من -40°C إلى +100°C. التخزين السليم ضمن هذا النطاق ضروري للحفاظ على قابلية اللحام والأداء.

3. شرح نظام التصنيف

يتبع تسمية المنتج نظام ترميز تفصيلي:ELSWF – ABCDE – FGHIJ – V1234.

• AB: يمثل تصنيف أداء الحد الأدنى للتدفق الضوئي (لومن) أو التدفق الإشعاعي (ملي واط).
• C: يشير إلى نمط الإشعاع (مثل "1" لنمط لامبرتيان).
• D: يدل على اللون (مثل "L" للأزرق الملكي، 445-460 نانومتر).
• E: يحدد استهلاك الطاقة (مثل "2" لـ 2 واط).
• H: يحدد نوع التغليف (مثل "P" للشريط).
• V1234: يرمز إلى تصنيف الجهد الأمامي وتصنيف اللون/درجة حرارة اللون.

على سبيل المثال، رقم القطعةELSWF-S41L2-6FPNM-DB4B6يفك إلى مصباح LED من سلسلة Shwo(F) ذو تصنيف تدفق إشعاعي S41، نمط لامبرتيان (1)، لون أزرق ملكي (L)، طاقة 2 واط (2)، مُزود على شريط (P)، مع تصنيفات محددة للجهد الأمامي واللون DB4B6.

4. تحليل منحنيات الأداء

بينما يسرد مقتطف PDF المقدم هذه المنحنيات في جدول المحتويات، فإن بيانات الرسم البياني المحددة غير مدرجة في النص المعطى. عادةً، تحتوي ورقة البيانات هذه على مخططات الأداء الأساسية التالية:

• المخرجات الضوئية مقابل درجة حرارة الوسادة الحرارية: يوضح هذا المنحنى كيف ينخفض التدفق الإشعاعي مع زيادة درجة حرارة الوسادة الحرارية لمصباح LED. الإدارة الحرارية الفعالة أمر بالغ الأهمية للحفاظ على المخرجات.
• التدفق الضوئي/الإشعاعي النسبي مقابل التيار الأمامي: يوضح العلاقة شبه الخطية بين تيار القيادة والمخرجات الضوئية، مسلطًا الضوء على انخفاض الكفاءة عند التيارات الأعلى.
• الجهد الأمامي مقابل التيار الأمامي (منحنى I-V): أساسي لتصميم السائق، يظهر الجهد المطلوب لتحقيق تيار مستهدف.
• الطول الموجي مقابل التيار الأمامي: يظهر أي تحول في الطول الموجي السائد مع تغير تيار القيادة.
• توزيع القدرة الطيفية: رسم بياني يرسم القدرة الإشعاعية مقابل الطول الموجي، يحدد خصائص اللون لانبعاث الأزرق الملكي.
• منحنيات تخفيض التيار: رسوم بيانية تحدد أقصى تيار أمامي مسموح به كدالة لدرجة حرارة الوسادة الحرارية لضمان عدم تجاوز T_J.
• أنماط الإشعاع: مخططات قطبية تُظهر التوزيع المكاني لشدة الضوء (مثل لامبرتيان).

5. معلومات الميكانيكا والتغليف

5.1 الأبعاد الميكانيكية

يستخدم مصباح LED عبوة تركيب سطحي مقاس 3535 (بصمة 3.5 مم × 3.5 مم). يوفر الرسم الميكانيكي التفصيلي في ورقة البيانات الأبعاد الدقيقة لجسم العبوة، وارتفاع العدسة، والتفاوتات المسموح بها، وهي أمور بالغة الأهمية لتخطيط اللوحة المطبوعة (PCB) والتصميم البصري.

5.2 تكوين الوسادة والقطبية

يظهر مخطط البصمة تخطيط وسادة الأنود والكاثود. القطبية الصحيحة حيوية للتشغيل. تصميم الوسادة الحرارية حاسم لتبديد الحرارة؛ تحدد ورقة البيانات نمط استنسل معجون اللحام الموصى به والتغطية لهذه الوسادة لضمان نقل حراري أمثل إلى اللوحة المطبوعة.

6. إرشادات اللحام والتجميع

• لحام إعادة التدفق: المكون مصنف لأقصى درجة حرارة ذروة للحام تبلغ 260°C، متوافقة مع برامج إعادة التدفق القياسية الخالية من الرصاص (SnAgCu). يُسمح بحد أقصى دورتين لإعادة التدفق.
• التعامل: على الرغم من تصنيفه العالي للكهرباء الاستاتيكية (8 كيلو فولت)، يجب مراعاة احتياطات الكهرباء الاستاتيكية القياسية أثناء التعامل والتجميع.
• التخزين: باعتباره جهازًا من مستوى MSL 1، لا يلزم تغليف جاف أو تجفيف محدد تحت ظروف المصنع القياسية (<30°C/85% رطوبة نسبية).

7. معلومات التغليف والطلب

تتوفر مصابيح LED في تغليف صناعي قياسي:

• تغليف الشريط للمصدر: توضع المكونات في شريط حامل بارز للتجميع الآلي (pick-and-place).
• تغليف البكرة للمصدر: يُلف الشريط على بكرات. تحدد ورقة البيانات الكمية لكل بكرة، وعرض الشريط، وتباعد الجيوب، وأبعاد البكرة.
• توسيم المنتج: يتم توسيم البكرات والصناديق برقم القطعة، والكمية، ورمز التاريخ، ومعلومات التتبع الأخرى.

8. توصيات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

• الإضاءة النباتية: التطبيق الرئيسي. الطول الموجي الأزرق الملكي 452.5 نانومتر هو الأمثل لتعزيز النمو الخضري، والتحكم في مورفولوجيا النبات، وتعزيز إنتاج المستقلبات الثانوية في الزراعة في البيئات المحكمة (CEA)، والمزارع العمودية، والإضاءة التكميلية للبيوت المحمية.
• الإضاءة الزخرفية والترفيهية: تُستخدم في الإضاءة المعمارية، وإضاءة المسرح، والبيئات ذات الطابع الخاص حيث يُراد تأثيرات زرقاء مشبعة.
• إضاءة الإشارات والرموز: مناسبة لإضاءة الخلفية للمؤشرات، واللافتات، والتطبيقات الأخرى التي تتطلب مصدر ضوء أزرق عالي الشدة.

8.2 اعتبارات التصميم

• الإدارة الحرارية: هذا هو عامل التصميم الأكثر أهمية. بمقاومة حرارية تبلغ حوالي 10-12°C/W، يلزم وجود مسار حراري عالي الجودة من الوسادة الحرارية إلى المبرد. استخدم لوحة مطبوعة (PCB) ذات فتحات حرارية كافية وربما لوحة ذات قلب معدني (MCPCB) أو ركيزة معدنية معزولة (IMS) للتطبيقات عالية الطاقة. حافظ على درجة حرارة الوسادة الحرارية منخفضة قدر الإمكان للحصول على أقصى مخرجات ضوئية وطول عمر.
• القيادة الكهربائية: استخدم سائق LED بتيار ثابت. تيار التشغيل النموذجي هو 700 مللي أمبير، ولكن يجب أن تشير التصاميم إلى منحنيات تخفيض التيار بناءً على درجة حرارة التشغيل المتوقعة. تأكد من توافق السائق مع نطاق الجهد الأمامي للتصنيف المحدد.
• التصميم البصري: نمط لامبرتيان 120 درجة مناسب للتغطية الواسعة. قد تُستخدم البصريات الثانوية (عدسات، عواكس) لجعل الحزمة متوازية أو تشكيلها لتطبيقات محددة.

9. المقارنة والتمايز التقني

بينما لا يتم تقديم مقارنة مباشرة جنبًا إلى جنب مع منتجات أخرى في ورقة البيانات، يمكن استنتاج ميزات التمايز الرئيسية لسلسلة Shwo(F):

• كفاءة إشعاعية عالية (57.1%): تشير إلى تحويل ممتاز للطاقة الكهربائية إلى طاقة بصرية مفيدة (فوتونات زرقاء ملكية)، مما يعني استهلاكًا أقل للطاقة وتقليل الحمل الحراري لنفس المخرجات الضوئية في الإضاءة النباتية.
• حماية مدمجة من الكهرباء الاستاتيكية 8 كيلو فولت: تقدم متانة فائقة مقارنة بالعديد من مصابيح LED التي لا تحتوي على حماية مدمجة، مما يقلل من معدلات الفشل في التصنيع والاستخدام الميداني.
• عبوة سيراميك: توفر أداءً حراريًا وموثوقية طويلة الأمد أفضل مقارنة بالعبوات البلاستيكية، خاصة تحت القيادة عالية الطاقة والدورات الحرارية.
• الامتثال الشامل: تفي بمعايير RoHS وREACH والخلو من الهالوجين، مما يسهل استخدامها في الأسواق العالمية ذات اللوائح البيئية الصارمة.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

س: ما الفرق بين التدفق الإشعاعي (ملي واط) وتدفق الفوتون الضوئي التمثيلي (PPF)؟
ج: يقيس التدفق الإشعاعي إجمالي القدرة البصرية المنبعثة بالواط. يقيس PPF عدد الفوتونات في الثانية ضمن نطاق الإشعاع النشط ضوئيًا (PAR، 400-700 نانومتر) التي يمكن للنباتات استخدامها. بالنسبة لمصباح LED أحادي اللون أزرق ملكي، فهما مرتبطان مباشرة، لكن PPF هو المقياس المفضل لفعالية الإضاءة النباتية.

س: هل يمكنني تشغيل هذا المصباح LED عند 1000 مللي أمبير بشكل مستمر؟
ج: لا. يتم تحديد القيمة القصوى المطلقة البالغة 1000 مللي أمبير عند دورة عمل 1/10. للتشغيل المستمر (تيار مستمر)، يجب عليك استخدام منحنيات تخفيض التيار. عند درجة حرارة وسادة حرارية نموذجية تبلغ 85°C، سيكون أقصى تيار مستمر مسموح به أقل بكثير من 1000 مللي أمبير للحفاظ على درجة حرارة الوصلة أقل من 125°C.

س: لماذا مستوى الحساسية للرطوبة (MSL 1) مهم؟
ج: يعني MSL 1 أن المكون غير معرض للتلف الناجم عن الرطوبة (ظاهرة "الفشار") أثناء لحام إعادة التدفق. لا يتطلب تغليفًا في أكياس جافة أو تجفيفًا قبل الاستخدام، مما يبسط العمليات اللوجستية والتصنيعية مقارنة بمكونات MSL الأعلى (مثل MSL 2a، 3).

س: كيف أفسر رقم القطعة للطلب؟
ج: يجب عليك تحديد رقم القطعة الكامل، مثل ELSWF-S41L2-6FPNM-DB4B6، الذي يحدد جميع الخصائص الرئيسية: تصنيف التدفق، واللون، والطاقة، والتغليف، والتصنيفات الكهربائية. الطلب باسم السلسلة العام غير كافٍ.

11. حالة عملية للتصميم والاستخدام

الحالة: تصميم وحدة LED لإكثار الشتلات
يقوم مصنع لمصابيح النمو بتصميم وحدة مضغوطة لتعزيز نمو شتلات قوية ومضغوطة. يختارون مصباح LED Shwo(F) الأزرق الملكي لطول موجته المستهدف.

1. التصميم الكهربائي: يستهدفون PPF بقيمة 50 ميكرومول/ثانية لكل وحدة، ويحسبون أنهم بحاجة إلى حوالي 10 مصابيح LED (50 / 5.28 ≈ 9.5). يختارون تشغيل كل مصباح LED عند 700 مللي أمبير من سائق تيار ثابت. يختارون رقم قطعة ذو تصنيف جهد أمامي (V_f) يتطابق مع نطاق جهد خرج سائقهم عند توصيل 10 مصابيح LED على التوالي.
2. التصميم الحراري: سيتم تبريد الوحدة تبريدًا سلبيًا. يصممون لوحة MCPCB من الألومنيوم بطبقة نحاسية سميكة ومجموعة من الفتحات الحرارية تحت الوسادة الحرارية لكل مصباح LED. يقومون بمحاكاة درجة حرارة الوسادة الحرارية المتوقعة لتكون 75°C في التركيبة النهائية. بالرجوع إلى منحنى تخفيض التيار لـ 75°C، يؤكدون أن التشغيل عند 700 مللي أمبير يقع ضمن منطقة التشغيل الآمنة.
3. التصميم الميكانيكي والبصري: توضع مصابيح LED على شبكة 3.5 مم. نظرًا لزاوية الحزمة البالغة 120 درجة، لا تُستخدم بصريات ثانوية، حيث يُراد تغطية واسعة ومتساوية فوق صينية الشتلات.
4. النتيجة: توفر الوحدة الطيف الأزرق المستهدف بكفاءة، مما يعزز نمو شتلات صحي دون استطالة مفرطة للساق، بينما يضمن التصميم الحراري الموثوق الأداء طويل الأمد.

12. مقدمة عن مبدأ التشغيل

مصباح LED Shwo(F) هو مصدر ضوء شبه موصل يعتمد على تقنية مادة نيتريد الغاليوم الإنديوم (InGaN). عند تطبيق جهد أمامي عبر الأنود والكاثود، يتم حقق الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة لشريحة أشباه الموصلات. تتحد هذه الجسيمات، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات. يحدد التركيب المحدد لهيكل البئر الكمومي InGaN الطول الموجي للضوء المنبعث - في هذه الحالة، الأزرق الملكي عند حوالي 452.5 نانومتر. توفر العبوة السيراميكية الدعم الميكانيكي، والوصلات الكهربائية، وعدسة أولية تشكل المخرجات الضوئية في نمط لامبرتيان. يحمي الصمام الثنائي المدمج للكهرباء الاستاتيكية (ESD) الوصلة شبه الموصلة الحساسة من أحداث التفريغ الكهروستاتيكي.

13. اتجاهات وتطورات التكنولوجيا

يتم دفع تطوير مصابيح LED مثل سلسلة Shwo(F) من خلال عدة اتجاهات رئيسية في الصناعة:

• زيادة الكفاءة (لومن/واط أو الكفاءة الإشعاعية): تستمر تحسينات علوم المواد وتصميم الشرائح في دفع كفاءة تحويل الطاقة الكهربائية إلى ضوئية إلى مستويات أعلى، مما يقلل من استهلاك الطاقة ومتطلبات الإدارة الحرارية لنفس المخرجات الضوئية.
• كثافة طاقة أعلى: يتم تشغيل عبوات مثل 3535 بتيارات أعلى لتقديم المزيد من الضوء من مساحة أصغر، مما يتيح تركيبات إضاءة أكثر إحكاما وكثافة.
• التحسين للتطبيقات المحددة: بدلاً من مصابيح LED البيضاء العامة، هناك اتجاه قوي نحو مصابيح LED مُحسّنة لنطاقات طيفية محددة. الإضاءة النباتية هي مثال رئيسي، مع مصابيح LED مصممة خصيصًا لأطوال موجية دقيقة تتطابق مع المستقبلات الضوئية للنباتات (مثل الأزرق الملكي لامتصاص الكلوروفيل، والأحمر البعيد لاستجابة الفيتوكروم).
• تحسين الموثوقية والمتانة: أصبحت ميزات مثل تصنيفات الكهرباء الاستاتيكية العالية، والعبوات السيراميكية، والتصاميم المقاومة للرطوبة معيارية للمكونات ذات الدرجة الاحترافية، مما يضمن أعمارًا افتراضية أطول في التطبيقات المتطلبة.
• التكامل والتوحيد القياسي: يبسط استخدام البصمات القياسية (مثل 3535) والتغليف التصميم ويسمح بالتوافق مع مصادر ثانية، بينما تضيف دوائر الحماية المدمجة قيمة وموثوقية.