ورقة بيانات مصباح LED 1003SYGD/S530-E2 - 3 مم دائري - 2.0 فولت - 20 مللي أمبير - أصفر أخضر لامع - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد 1003SYGD/S530-E2 مصباح LED عالي السطوع من نوع "عبر الثقب"، مُصمم لتطبيقات المؤشرات العامة. يستخدم شريحة من مادة AlGaInP لإنتاج ضوء أصفر-أخضر لامع. يتميز الجهاز بالموثوقية والمتانة والامتثال للمعايير البيئية، حيث أنه خالٍ من الرصاص ومتوافق مع توجيهات RoHS. يتم توريده في غلاف قياسي دائري مُشتت بقطر 3 مم بلون راتنجي أخضر يتطابق مع الضوء المنبعث، مما يعزز التباين والرؤية.

1.1 المزايا الأساسية

• سطوع عالٍ:مُصمم خصيصًا للتطبيقات التي تتطلب شدة إضاءة أعلى.
• زاوية رؤية واسعة:يتميز بزاوية نصف شدة تبلغ 110 درجة (2θ1/2)، مما يضمن رؤية جيدة من منظورات مختلفة.
• خيارات التعبئة:متوفر على شريط وبكرة (Tape and Reel) لعمليات التجميع الآلي.
• الامتثال البيئي:المنتج خالٍ من الرصاص ويتوافق مع توجيهات RoHS.
• تنوع الألوان:جزء من سلسلة متوفرة بألوان وشدة إضاءة مختلفة لتلائم احتياجات التصميم المتنوعة.

1.2 السوق المستهدف والتطبيقات

يستهدف هذا الـ LED بشكل أساسي أسواق الإلكترونيات الاستهلاكية والتحكم الصناعي حيث تكون هناك حاجة إلى مؤشرات حالة موثوقة ومنخفضة التكلفة. تشمل تطبيقاته النموذجية، على سبيل المثال لا الحصر:

• مؤشرات الطاقة والحالة على أجهزة التلفزيون وشاشات الكمبيوتر.
• الإضاءة الخلفية للأزرار ولوحات المفاتيح على الهواتف.
• أضواء المؤشر على مختلف ملحقات الكمبيوتر والمكونات الداخلية.
• مؤشرات الألواح العامة في أجهزة القياس ولوحات التحكم.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

يقدم هذا القسم تفسيرًا تفصيليًا وموضوعيًا للمعايير الكهربائية والبصرية والحرارية الرئيسية المحددة في ورقة البيانات.

2.1 القيم القصوى المطلقة

تحدد هذه القيم حدود الإجهاد التي إذا تم تجاوزها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل تحت هذه الظروف.

• تيار الأمام المستمر (IF):25 مللي أمبير. أقصى تيار مستمر يمكن تطبيقه باستمرار على الـ LED.
• تيار الأمام الذروي (IFP):60 مللي أمبير. ينطبق فقط في ظروف النبض (دورة عمل 1/10 @ 1 كيلوهرتز) لتحقيق ناتج ضوئي أعلى لفترة وجيزة.
• الجهد العكسي (VR):5 فولت. تجاوز هذا الجهد في الانحياز العكسي يمكن أن يسبب انهيار الوصلة.
• تبديد الطاقة (Pd):60 ملي واط. أقصى قدرة يمكن للغلاف تبديدها، وتحسب كـ VF * IF.
• درجة حرارة التشغيل والتخزين:تتراوح من -40°C إلى +85°C و -40°C إلى +100°C على التوالي، مما يحدد الحدود البيئية للتشغيل الموثوق والتخزين غير التشغيلي.
• درجة حرارة اللحام (Tsol):260°C لمدة 5 ثوانٍ. يحدد الملف الحراري الأقصى الذي يمكن أن يتحمله الـ LED أثناء اللحام بالموجة أو اليدوي.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

يتم قياس هذه المعايير في حالة اختبار قياسية Ta=25°C و IF=20mA، مما يوفر أداء الأساس.

• شدة الإضاءة (Iv):12.5 ميكروكنديلا (نموذجي). هذا هو الناتج الضوئي المقاس في الاتجاه الأمامي. الحد الأدنى المضمون للقيمة هو 6.3 ميكروكنديلا.
• زاوية الرؤية (2θ1/2):110° (نموذجي). المدى الزاوي حيث تكون شدة الإضاءة على الأقل نصف شدة الذروة. العدسة المشتتة تخلق هذا النمط الواسع والموحد للرؤية.
• الطول الموجي السائد (λd):573 نانومتر (نموذجي). اللون المُدرك للضوء، والذي يقع في المنطقة الصفراء-الخضراء من الطيف.
• الطول الموجي الذروي (λp):575 نانومتر (نموذجي). الطول الموجي الذي يكون فيه توزيع القدرة الطيفية في أقصى حد.
• جهد الأمام (VF):2.0 فولت (نموذجي)، مع نطاق من 1.7V إلى 2.4V عند 20mA. هذه المعلمة حاسمة لحساب المقاوم المحدد للتيار في تصميم الدائرة.
• التيار العكسي (IR):أقصى 10 ميكرو أمبير عند VR=5V. يشير إلى تيار التسرب عندما يكون الـ LED في انحياز عكسي.

ملاحظة على عدم اليقين في القياس:تحدد ورقة البيانات التفاوتات للقياسات الرئيسية: ±0.1V لـ VF، ±10% لـ Iv، و ±1.0nm لـ λd. يجب أخذ هذه في الاعتبار في التطبيقات الدقيقة.

3. تحليل منحنيات الأداء

توفر منحنيات الخصائص المقدمة رؤى قيمة حول سلوك الـ LED تحت ظروف مختلفة.

3.1 التوزيع الطيفي والتوجيهية

يُظهر منحنىالشدة النسبية مقابل الطول الموجيطيف انبعاث نطاق ضيق نموذجي متمركز حول 575 نانومتر، وهو سمة مميزة لمواد AlGaInP. بينما يُظهر منحنىالتوجيهيةبصريًا نمط الإشعاع الواسع الشبيه بـ Lambertian بزاوية نصفية تبلغ 110°.

3.2 العلاقة بين التيار والجهد (I-V)

منحنىتيار الأمام مقابل جهد الأمامأسي، وهو نموذجي للدايود. عند نقطة التشغيل الموصى بها 20mA، يكون الجهد حوالي 2.0V. يجب على المصممين استخدام مقاوم على التوالي لضبط التيار، حيث أن التغيير الصغير في الجهد يمكن أن يسبب تغييرًا كبيرًا في التيار.

3.3 الناتج الضوئي مقابل تيار القيادة

منحنىالشدة النسبية مقابل تيار الأماميكون خطيًا بشكل عام عند التيارات المنخفضة ولكنه قد يُظهر علامات على انخفاض الكفاءة (زيادة دون خطية) مع اقتراب التيار من الحد الأقصى المسموح به، بسبب زيادة التأثيرات الحرارية.

3.4 الاعتماد على درجة الحرارة

يُظهر منحنىالشدة النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطةأن الناتج الضوئي يتناقص مع زيادة درجة الحرارة. هذه خاصية أساسية لمصابيح LED. بينما يُظهر منحنىتيار الأمام مقابل درجة الحرارة المحيطةعند جهد ثابت أنه لمقاوم ثابت على التوالي، سينخفض التيار قليلاً مع ارتفاع درجة الحرارة بسبب معامل درجة الحرارة السالب لجهد الأمام.

4. معلومات الميكانيكية والتغليف

4.1 أبعاد الغلاف

يتم وضع الـ LED في غلاف قياسي دائري مُشتت بقطر 3 مم. تشمل الملاحظات الأبعاد الرئيسية من ورقة البيانات:

• جميع الأبعاد بالمليمترات (مم).
• يجب أن يكون ارتفاع الحافة أقل من 1.5 مم (0.059 بوصة).
• التفاوت الافتراضي للأبعاد غير المحددة هو ±0.25 مم.
• يحدد الرسم التفصيلي ذو الأبعاد في ورقة البيانات تباعد الأطراف، وقطر العدسة، والارتفاع الكلي، وأبعاد تشكيل الأطراف الحرجة لتصميم البصمة على لوحة الدوائر المطبوعة (PCB).

4.2 تحديد القطبية

يتم تحديد الكاثود (القطب السالب) عادةً عن طريق بقعة مسطحة على حافة عدسة الـ LED و/أو عن طريق الطرف الأقصر. يجب مراعاة القطبية الصحيحة أثناء التثبيت.

5. إرشادات اللحام والتركيب

التعامل السليم ضروري للحفاظ على أداء وموثوقية الـ LED.

5.1 تشكيل الأطراف

• يجب أن يحدث الانحناء على الأقل 3 مم من قاعدة لمبة الإيبوكسي لتجنب الإجهاد على الغلاف.
• شكل الأطرافقبل soldering.
• تجنب تطبيق إجهاد على الغلاف. قص الأطراف في درجة حرارة الغرفة.
• تأكد من محاذاة ثقوب PCB تمامًا مع أطراف الـ LED لمنع إجهاد التركيب.

5.2 ظروف التخزين

• قم بالتخزين عند ≤30°C و ≤70% رطوبة نسبية (RH). العمر الافتراضي للتخزين هو 3 أشهر تحت هذه الظروف.
• للتخزين لفترات أطول (حتى سنة واحدة)، استخدم حاوية محكمة الغلق تحتوي على نيتروجين ومجفف.
• تجنب التغيرات السريعة في درجة الحرارة في البيئات الرطبة لمنع التكثيف.

5.3 توصيات اللحام

حافظ على مسافة لا تقل عن 3 مم من نقطة اللحام إلى لمبة الإيبوكسي.

• اللحام اليدوي:درجة حرارة طرف المكواة ≤300°C (لحد أقصى 30 واط)، وقت اللحام ≤3 ثوانٍ.
• اللحام بالموجة/الغمس:التسخين المسبق ≤100°C لمدة ≤60 ثانية. حمام اللحام عند ≤260°C لمدة ≤5 ثوانٍ.
• تجنب الإجهاد على الأطراف أثناء مراحل درجات الحرارة العالية. قصر اللحام بالغمس/اليدوي على دورة واحدة.
• احمِ الـ LED من الصدمات الميكانيكية حتى يبرد إلى درجة حرارة الغرفة بعد اللحام.
• استخدم أقل درجة حرارة لحام ممكنة تحقق وصلة موثوقة.

5.4 التنظيف

• إذا لزم الأمر، نظف فقط باستخدام كحول الأيزوبروبيل في درجة حرارة الغرفة لمدة ≤1 دقيقة.
• تجنب التنظيف بالموجات فوق الصوتية. إذا كان مطلوبًا تمامًا، فقم بتأهيل العملية مسبقًا لضمان عدم حدوث أي تلف.

5.5 إدارة الحرارة

على الرغم من أن هذا جهاز منخفض الطاقة، إلا أن التصميم الحراري السليم لا يزال مهمًا للموثوقية طويلة المدى، خاصة إذا تم تشغيله بالقرب من الحدود القصوى المطلقة. يجب تخفيض تصنيف التيار بشكل مناسب في درجات الحرارة المحيطة الأعلى، مع الرجوع إلى أي منحنيات تخفيض التصنيف إذا كانت متوفرة.

6. معلومات التعبئة والطلب

6.1 مواصفات التعبئة

يتم تعبئة مصابيح LED لضمان الحماية من التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) والرطوبة.

• التعبئة الأولية:200-500 قطعة لكل كيس مضاد للكهرباء الساكنة.
• التعبئة الثانوية:5 أكياس لكل صندوق داخلي.
• التعبئة الثالثية:10 صناديق داخلية لكل صندوق رئيسي (خارجي).

6.2 شرح الملصق

تشمل الملصقات على العبوة معلومات مثل رقم جزء العميل (CPN)، ورقم الإنتاج (P/N)، وكمية التعبئة (QTY)، ورتب الجودة (CAT)، والطول الموجي السائد (HUE)، والمرجع (REF)، ورقم الدفعة (LOT No.).

7. اعتبارات تصميم التطبيق

7.1 تصميم الدائرة

استخدم دائمًا مقاومًا محددًا للتيار على التوالي مع الـ LED. يمكن حساب قيمة المقاومة (R) باستخدام قانون أوم: R = (Vcc - VF) / IF، حيث Vcc هو جهد الإمداد، VF هو جهد الأمام للـ LED (استخدم 2.0V نموذجي أو 2.4V كحد أقصى لتصميم متحفظ)، و IF هو تيار الأمام المطلوب (مثلاً 20mA). تأكد من أن تصنيف قدرة المقاوم كافٍ (P = (Vcc - VF) * IF).

7.2 تخطيط لوحة الدوائر المطبوعة (PCB)

اتبع أبعاد الغلاف الموصى بها لنمط الثقوب. تأكد من وجود مساحة كافية حول قبة الـ LED لتجنب التداخل الميكانيكي. للتصاميم التي تتطلب سطوعًا متسقًا عبر عدة مصابيح LED، فكر في فرز (binning) جهد الأمام وشدة الإضاءة.

7.3 العمر الافتراضي والموثوقية

يُعرَّف عمر الـ LED الافتراضي عادةً كنقطة تدهور فيها شدة الإضاءة إلى 50% من قيمتها الأولية (L70، L50). تشغيل الـ LED تحت حدوده القصوى المطلقة، خاصة من حيث التيار ودرجة الحرارة، هو الطريقة الأساسية لتعظيم عمر التشغيل الافتراضي.

8. المقارنة التقنية والتمييز

يميز 1003SYGD/S530-E2 نفسه في سوق مصابيح LED عبر الثقب 3 مم من خلال مزيجه المحدد من السمات:

• المادة:يوفر استخدام مادة أشباه الموصلات AlGaInP كفاءة عالية في نطاق الطيف الأصفر-الأخضر إلى الأحمر، مقارنة بالتكنولوجيات الأقدم.
• السطوع مقابل زاوية الرؤية:يقدم توازنًا بين شدة الإضاءة النموذجية العالية (12.5 ميكروكنديلا) وزاوية رؤية واسعة جدًا (110°)، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تكون فيها الرؤية من زوايا غير مباشرة مهمة.
• التركيز البيئي:يتوافق بناؤه الخالي من الرصاص والمتوافق مع RoHS مع اللوائح البيئية الحديثة للمنتجات الإلكترونية.

9. الأسئلة الشائعة (FAQs)

9.1 ما المقاوم الذي يجب استخدامه لمصدر طاقة 5 فولت؟

باستخدام VF النموذجي 2.0V و IF مستهدف 20mA: R = (5V - 2.0V) / 0.02A = 150 أوم. الطاقة المبددة في المقاوم هي (5V-2.0V)*0.02A = 0.06W، لذا فإن مقاوم قياسي 1/8W (0.125W) أو 1/4W مناسب. لتصميم متحفظ باستخدام VF(الحد الأقصى)=2.4V، R = (5V-2.4V)/0.02A = 130 أوم.

9.2 هل يمكن تشغيل هذا الـ LED بمصدر طاقة 3.3 فولت؟

نعم. باستخدام VF(نموذجي)=2.0V و IF=20mA: R = (3.3V - 2.0V) / 0.02A = 65 أوم. تحقق من أن انخفاض الجهد عبر الـ LED (VF) أقل من جهد إمدادك، حتى مع الأخذ في الاعتبار الحد الأقصى لـ VF وهو 2.4V (3.3V > 2.4V، لذا فهو ممكن).

9.3 كيف تؤثر درجة الحرارة على السطوع؟

مع زيادة درجة الحرارة المحيطة، تتناقص شدة إضاءة الـ LED. هذه خاصية فيزيائية لمصادر الضوء لأشباه الموصلات. للتطبيقات الحرجة التي تتطلب سطوعًا متسقًا على مدى درجة حرارة، قد يكون التحكم بالتغذية الراجعة أو التعويض الحراري ضروريًا.

9.4 هل هذا الـ LED مناسب للاستخدام في الهواء الطلق؟

نطاق درجة حرارة التشغيل (-40°C إلى +85°C) يسمح بالاستخدام في العديد من البيئات الخارجية. ومع ذلك، فإن الغلاف ليس مصنفًا خصيصًا لمقاومة الماء أو الأشعة فوق البنفسجية العالية. للتعرض الخارجي المباشر، ستكون هناك حاجة إلى حماية بيئية إضافية (طلاء مطابق، علب محكمة الغلق) لمنع دخول الرطوبة وتدهور العدسة.

10. مثال دراسة حالة للتصميم

السيناريو:تصميم لوحة مؤشر حالة لموجه شبكة (router) يحتوي على عدة مصابيح LED (الطاقة، LAN، WAN، Wi-Fi). تحتاج اللوحة إلى أن تكون قابلة للقراءة من زاوية واسعة في بيئة مكتبية نموذجية.

اختيار المكونات:تم اختيار 1003SYGD/S530-E2 لزاوية رؤيته الواسعة البالغة 110°، مما يضمن الرؤية من مواضع مكتبية مختلفة. يوفر اللون الأصفر-الأخضر تباينًا بصريًا عاليًا ضد الألواح السوداء أو الرمادية وهو متميز عن مؤشرات الأحمر/الأخضر الشائعة.

تنفيذ الدائرة:يتوفر خط طاقة 3.3V على لوحة الدوائر الرئيسية للموجه. يتم وضع مقاوم محدد للتيار بقيمة 68 أوم (قيمة قياسية قريبة من 65 أوم المحسوبة) على التوالي مع كل LED، مما يضبط التيار إلى حوالي 19mA، مما يوفر سطوعًا كافيًا مع البقاء ضمن الحد الأقصى المسموح به وهو 25mA. يتم تركيب مصابيح LED على لوحة ابنية صغيرة بتباعد أطراف مناسب.

النتيجة:توفر المؤشرات إضاءة واضحة وموحدة عبر مخروط الرؤية المطلوب، مع تشغيل موثوق مضمون من خلال الالتزام بإرشادات اللحام والتخزين المحددة أثناء التصنيع.

11. مقدمة عن مبدأ التشغيل

الصمامات الثنائية الباعثة للضوء (LEDs) هي أجهزة أشباه موصلات تشع الضوء من خلال عملية تسمى الإضاءة الكهربائية (electroluminescence). عندما يتم تطبيق جهد أمامي عبر وصلة p-n، تتحد الإلكترونات من المنطقة من النوع n مع الفجوات من المنطقة من النوع p داخل الطبقة النشطة (في هذه الحالة، مصنوعة من AlGaInP). يطلق هذا الاتحاد الطاقة في شكل فوتونات (جزيئات ضوء). يتم تحديد الطول الموجي المحدد (اللون) للضوء المنبعث من خلال فجوة النطاق الطاقي لمادة أشباه الموصلات. تنتج فجوة النطاق الأوسع أطوال موجية أقصر (ضوء أزرق أكثر)، بينما تنتج فجوة النطاق الأضيق أطوال موجية أطول (ضوء أحمر أكثر). نظام مادة AlGaInP فعال بشكل خاص لإنتاج الضوء في الطيف الأصفر والبرتقالي والأحمر. تعمل عدسة الإيبوكسي على تشكيل حزمة الناتج الضوئي وحماية شريحة أشباه الموصلات.

12. اتجاهات التكنولوجيا

تعتبر تكنولوجيا LED عبر الثقب الممثلة بهذا المكون حلاً ناضجًا وراسخًا. تُظهر اتجاهات الصناعة الحالية تحولًا قويًا نحو مصابيح LED من نوع الأجهزة المركبة على السطح (SMD) لمعظم التصاميم الجديدة بسبب حجمها الأصغر، وملاءمتها للتجميع الآلي (pick-and-place)، وغالبًا أداء حراري أفضل. ومع ذلك، تظل مصابيح LED عبر الثقب مثل النوع الدائري 3 مم ذات صلة للتطبيقات التي تتطلب سطوعًا أعلى للنقطة الواحدة، أو النماذج الأولية والإصلاح اليدوي الأسهل، أو المتانة في بيئات الاهتزاز العالي، أو حيث يوفر التركيب عبر الثقب اتصالاً ميكانيكيًا أكثر أمانًا. تستمر تكنولوجيا مادة أشباه الموصلات الأساسية (AlGaInP) في رؤية تحسينات تدريجية في الكفاءة والعمر الافتراضي.