وثيقة دورة حياة مكون LED - المراجعة الثالثة - تاريخ الإصدار 2014-12-11 - المواصفات الفنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

تتعلق هذه الوثيقة بمراجعة محددة لمكون LED، مُعرّفة كالمراجعة الثالثة. مرحلة دورة الحياة مُحددة كـ "مراجعة"، مما يشير إلى نسخة محدثة من المنتج. تاريخ إصدار هذه المراجعة مُوثق في 11 ديسمبر 2014، الساعة 19:03:32. فترة الانتهاء مُحددة كـ "للأبد"، مما يوحي بأن هذه الوثيقة والبيانات المرتبطة بالمنتج تظل سارية المفعول إلى أجل غير مسمى ما لم يتم استبدالها بمراجعة أحدث. تم تصميم هذا المكون للتكامل في مختلف التجميعات الإلكترونية التي تتطلب انبعاث ضوء موثوق.

تكمن الميزة الأساسية لهذا المكون في تاريخ مراجعاته الموثق والمستقر، مما يوفر إمكانية التتبع والاتساق لعمليات التصميم والتصنيع. يستهدف الأسواق والتطبيقات حيث تكون توافر المكونات على المدى الطويل واستقرار المواصفات أمرًا بالغ الأهمية، مثل الإضاءة الصناعية، وإضاءة السيارات الداخلية، واللافتات، والإلكترونيات الاستهلاكية.

2. التفسير الموضوعي المتعمق للمعايير الفنية

بينما يركز المقتطف المقدم على البيانات الإدارية، فإن الوثيقة الفنية الشاملة لمصباح LED ستتضمن عادةً فئات المعايير التالية، وهي ضرورية لمهندسي التصميم.

2.1 الخصائص الضوئية واللونية

تحدد المعايير الضوئية الرئيسية ناتج الضوء وجودته. التدفق الضوئي، المقاس باللومن (lm)، يشير إلى إجمالي القدرة المُدركة للضوء المنبعث. درجة حرارة اللون المترابطة (CCT)، المقاسة بالكلفن (K)، تصف المظهر اللوني للضوء الأبيض، تتراوح من الأبيض الدافئ (2700K-3000K) إلى الأبيض البارد (5000K-6500K). إحداثيات اللونية (x, y على مخطط CIE 1931) تحدد نقطة اللون بدقة. مؤشر تجسيد اللون (CRI) يقيس قدرة مصدر الضوء على إظهار ألوان الأشياء بأمانة مقارنة بمصدر ضوء طبيعي، حيث تكون القيم الأعلى (أقرب إلى 100) أفضل. الطول الموجي السائد أو الطول الموجي القمي يحدد لون مصابيح LED أحادية اللون.

2.2 المعايير الكهربائية

المواصفات الكهربائية حاسمة لتصميم الدائرة. جهد التشغيل الأمامي (Vf) هو انخفاض الجهد عبر مصباح LED عند التشغيل بتيار أمامي محدد (If). يتراوح عادةً من 2.8V إلى 3.6V لمصابيح LED البيضاء والزرقاء الشائعة. التيار الأمامي (If) هو تيار التشغيل الموصى به، غالبًا 20mA، 60mA، 150mA، أو أعلى لمصابيح LED عالية القدرة. يجب عدم تجاوز التصنيفات القصوى لجهد الانعكاس (Vr)، والتيار الأمامي، وتشتت القدرة لمنع التلف الدائم. تصنيف الحساسية للتفريغ الكهروستاتيكي (ESD) (مثل، Class 1C، 2kV HBM) يشير إلى متانة المكون ضد الكهرباء الساكنة.

2.3 الخصائص الحرارية

يتأثر أداء وعمر مصباح LED بشكل كبير بدرجة الحرارة. درجة حرارة التقاطع (Tj) هي درجة الحرارة عند شريحة أشباه الموصلات نفسها. المقاومة الحرارية من التقاطع إلى نقطة اللحام (Rth_j-sp) أو من التقاطع إلى المحيط (Rth_j-a) تقيس مدى فعالية انتقال الحرارة بعيدًا عن الشريحة. قيم المقاومة الحرارية الأقل هي الأفضل. درجة حرارة التقاطع القصوى المسموح بها (Tj_max) هي حد حرج؛ التشغيل فوق هذه الدرجة يقلل بشكل كبير من الناتج الضوئي وعمر التشغيل.

3. شرح نظام التصنيف (البينينج)

ينتج عن تصنيع مصابيح LED تباينات. يقوم نظام التصنيف (البينينج) بتجميع مصابيح LED ذات خصائص متشابهة لضمان الاتساق في المنتجات النهائية.

3.1 تصنيف الطول الموجي / درجة حرارة اللون

يتم فرز مصابيح LED إلى مجموعات (بينز) بناءً على إحداثياتها اللونية أو درجة حرارة اللون المترابطة (CCT). قد يتم تعريف هيكل مجموعة نموذجي على مخطط CIE بواسطة شكل رباعي صغير أو قطع ناقص. المجموعات الأكثر ضيقًا (مساحات أصغر) توفر تجانس لوني أفضل ولكن قد يكون لها عائد أقل وتكلفة أعلى.

3.2 تصنيف التدفق الضوئي

يتم تصنيف مصابيح LED حسب ناتجها الضوئي عند تيار اختبار قياسي (مثلاً، If=20mA، T_sp=25°C). يتم تعريف المجموعات (البينز) بقيم دنيا و/أو قصوى للتدفق الضوئي (مثلاً، 7-8 lm، 8-9 lm). هذا يسمح للمصممين باختيار مكونات تلبي متطلبات سطوع محددة.

3.3 تصنيف جهد التشغيل الأمامي

يتم فرز مصابيح LED حسب انخفاض جهد التشغيل الأمامي عند تيار اختبار محدد. قد تكون المجموعات الشائعة مثل Vf @ 20mA: 3.0-3.2V، 3.2-3.4V. تساعد مجموعات Vf المتسقة في تصميم دوائر تشغيل مستقرة وإدارة توزيع الطاقة في المصفوفات.

4. تحليل منحنيات الأداء

4.1 منحنى خاصية التيار-الجهد (I-V)

منحنى I-V غير خطي. تحت جهد العتبة، يتدفق تيار ضئيل جدًا. بمجرد الوصول إلى Vf، يزداد التيار بسرعة مع زيادة صغيرة في الجهد. هذا هو السبب في أن مصابيح LED تُشغل عادةً بواسطة مصدر تيار ثابت، وليس مصدر جهد ثابت، لمنع الانحراف الحراري. يتحول المنحنى مع درجة الحرارة؛ Vf ينخفض مع زيادة درجة حرارة التقاطع.

4.2 الخصائص الحرارية

ينخفض التدفق الضوئي مع ارتفاع درجة حرارة التقاطع. غالبًا ما يتم عرض هذه العلاقة في رسم بياني للتدفق الضوئي النسبي مقابل درجة حرارة التقاطع. جهد التشغيل الأمامي (Vf) له أيضًا معامل حراري سالب. فهم هذه المنحنيات أمر حيوي لتصميم إدارة الحرارة للحفاظ على استقرار السطوع واللون.

4.3 توزيع القدرة الطيفية

يُظهر هذا الرسم البياني الشدة النسبية للضوء المنبعث عند كل طول موجي. بالنسبة لمصابيح LED البيضاء (عادةً شريحة زرقاء + مادة فسفورية)، يُظهر قمة زرقاء من الشريحة وانبعاث أوسع أصفر/أحمر من المادة الفسفورية. يحدد توزيع القدرة الطيفية (SPD) درجة حرارة اللون المترابطة (CCT) ومؤشر تجسيد اللون (CRI). يمكن أن يتحول قليلاً مع تيار التشغيل ودرجة الحرارة.

5. معلومات الميكانيكا والتغليف

5.1 رسم الأبعاد

يوفر الرسم الميكانيكي التفصيلي جميع الأبعاد الحرجة: الطول، العرض، الارتفاع، شكل وحجم العدسة، وتباعد الأطراف/نقاط اللحام. يتم تحديد التسامحات. تشمل عبوات الأجهزة السطحية الشائعة (SMD) 2835، 3528، 5050، إلخ، حيث تمثل الأرقام غالبًا الطول والعرض بأعشار المليمتر (مثلاً، 2835 هي 2.8mm x 3.5mm).

5.2 تصميم تخطيط اللحام (باد)

يتم توفير البصمة الموصى بها (نمط الأرضية) لتصميم لوحة الدوائر المطبوعة (PCB)، بما في ذلك حجم وشكل وتباعد نقاط اللحام. يضمن هذا تكوين وصلة لحام صحيحة أثناء عملية الريفلو. يتم تفصيل تصميمات الوسادة الحرارية، إذا كانت موجودة، لتسهيل تبديد الحرارة.

5.3 تحديد القطبية

علامات واضحة تشير إلى الأنود (+) والكاثود (-). يمكن أن يكون هذا شقًا، أو نقطة، أو علامة خضراء، أو طول/شكل طرف مختلف. القطبية الصحيحة ضرورية لعمل الدائرة.

6. إرشادات اللحام والتركيب

6.1 ملف تعريف لحام الريفلو

يتم توفير ملف تعريف درجة حرارة الريفلو الموصى به، بما في ذلك مناطق التسخين المسبق، والنقع، والانصهار، والتبريد. المعايير الرئيسية هي درجة الحرارة القصوى (عادةً 245-260°C كحد أقصى)، والوقت فوق نقطة الانصهار (TAL)، ومعدلات الارتفاع. تجاوز هذه الحدود يمكن أن يتلف غلاف مصباح LED البلاستيكي، أو وصلات الأسلاك الداخلية، أو المادة الفسفورية.

6.2 احتياطات

يجب مراعاة احتياطات التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) أثناء التعامل. تجنب الإجهاد الميكانيكي على العدسة. لا تنظف بمذيبات قد تؤثر على عدسة السيليكون أو الجسم البلاستيكي. تأكد من نظافة لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) وأن بقايا المواد المساعدة على اللحام متوافقة.

6.3 ظروف التخزين

يجب تخزين مصابيح LED في بيئة جافة ومظلمة عند مستويات درجة الحرارة والرطوبة الموصى بها (غالبًا<30°C/85%RH). يتم شحنها عادةً في أكياس أجهزة حساسة للرطوبة (MSD) مع مجفف وبطاقات مؤشر الرطوبة. إذا تعرضت لرطوبة عالية، قد تكون هناك حاجة للخبز قبل عملية الريفلو لمنع ظاهرة "الفرقعة".

7. معلومات التغليف والطلب

7.1 مواصفات التغليف

يتم توريد المكونات على شريط وبكرة للتجميع الآلي. أبعاد البكرة، وعرض الشريط، وحجم الجيوب، واتجاه المكون موحدة (مثل، EIA-481). يتم تحديد الكمية لكل بكرة (مثلاً، 2000 قطعة/بكرة، 4000 قطعة/بكرة).

7.2 وصف الملصق

يحتوي ملصق البكرة على معلومات مثل رقم القطعة، الكمية، رقم الدفعة، رمز التاريخ، ورموز التصنيف (البين) للتدفق الضوئي، واللون، و Vf.

7.3 قواعد ترقيم الموديلات

يقوم رقم القطعة بتشفير السمات الرئيسية. قد يكون الهيكل النموذجي: رمز السلسلة - حجم العبوة - مجموعة اللون/التدفق الضوئي - مجموعة الجهد - درجة حرارة اللون - خيار خاص. هذا يسمح بالتعريف الدقيق لخصائص المكون.

8. اقتراحات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

بناءً على مواصفاتها الضمنية (مصباح LED سطحي شائع)، فإن هذا المكون مناسب لوحدات الإضاءة الخلفية (BLU) في الشاشات، ومصابيح المؤشر العامة، والإضاءة الزخرفية، وإضاءة السيارات الداخلية (لوحات القيادة، المفاتيح)، واللافتات.

8.2 اعتبارات التصميم

استخدم دائمًا مقاومة تحديد تيار أو مشغل تيار ثابت. ضع في اعتبارك إدارة الحرارة مبكرًا في تخطيط لوحة الدوائر المطبوعة (PCB)؛ استخدم الثقوب الحرارية ومساحة نحاسية كافية لتبديد الحرارة، خاصة لمصابيح LED عالية القدرة. للتطبيقات الحساسة للون، حدد مجموعات لونية ضيقة وضع في اعتبارك التغذية الراجعة من أجهزة استشعار اللون. ضع في الحسبان تباين جهد التشغيل الأمامي والتخفيض الحراري لناتج الضوء في حسابات سطوع النظام.

9. المقارنة الفنية

مقارنة بالمراجعات السابقة (مثل، المراجعة الثانية)، قد تقدم المراجعة الثالثة تحسينات مثل كفاءة ضوئية أعلى (المزيد من اللومن لكل واط)، تجانس لوني أفضل (تصنيف أضيق)، بيانات موثوقية محسنة، أو تغليف محدث. تشير فترة الانتهاء "للأبد" لهذه الوثيقة إلى أنها تمثل نسخة منتج ناضجة ومستقرة بدعم طويل الأمد، على عكس بعض المكونات سريعة التطور حيث يتم تحديث أو إهمال أوراق البيانات بشكل متكرر.

10. الأسئلة الشائعة

10.1 ماذا يعني "مرحلة دورة الحياة: مراجعة"؟

يشير إلى أن هذا ليس إصدارًا أوليًا أو منتجًا قديمًا، بل نسخة نشطة ومحدثة من وثائق ومواصفات المكون.

10.2 كيف يجب أن أفسر "فترة الانتهاء: للأبد"؟

هذه الوثيقة ليس لها تاريخ انتهاء مخطط. تعتبر المواصفات سارية المفعول إلى أجل غير مسمى. ومع ذلك، تحقق دائمًا من وجود مراجعة أحدث قد تحل محلها.

10.3 هل يمكنني خلط مصابيح LED من مجموعات تصنيف (بين) مختلفة في منتجي؟

يمكن أن يؤدي خلط المجموعات إلى اختلافات مرئية في السطوع أو اللون داخل منتج واحد، وهو أمر غير مرغوب فيه غالبًا. للمظهر الموحد، استخدم مصابيح LED من نفس مجموعة التدفق الضوئي ومجموعة اللون. للمؤشرات غير الحرجة، قد يكون الخلط مقبولاً.

10.4 لماذا مصباح LED الخاص بي أقل سطوعًا من المتوقع؟

تشمل الأسباب الشائعة التشغيل بتيار أقل من المحدد، درجة حرارة تقاطع عالية بسبب سوء تبديد الحرارة، تباين جهد التشغيل الأمامي المؤثر على التيار في دائرة تشغيل مقاومية بسيطة، أو انخفاض اللومن الطبيعي مع مرور الوقت.

11. حالة استخدام عملية

حالة تصميم: مصفوفة مؤشرات لوحة التحكم

تتطلب لوحة تحكم 20 مصباح LED مؤشر أبيض مرتبة في شبكة. باستخدام معلومات التصنيف (البينينج)، يختار المصمم جميع مصابيح LED من نفس مجموعة التدفق الضوئي (مثلاً، 8-9 lm) ونفس مجموعة اللون ذات القطع الناقص 3 خطوات MacAdam لضمان سطوع ولون موحدين. يتم اختيار دائرة متكاملة مشغل تيار ثابت لتزويد 20mA لكل مصباح LED، مرتبة في تكوين متسلسل-متوازي يأخذ في الاعتبار مجموعة جهد التشغيل الأمامي (3.2-3.4V). يتضمن تخطيط لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) وسادة تخفيف حرارة تحت كل مصباح LED متصلة بمستوى أرضي عبر ثقوب حرارية لإدارة الحرارة. يتم برمجة ملف تعريف الريفلو من القسم 6.1 في آلة الاختيار والوضع.

12. مقدمة عن المبدأ

مصباح LED هو ثنائي أشباه الموصلات. عند تطبيق جهد أمامي، تتحد الإلكترونات من أشباه الموصلات من النوع n مع الفجوات من أشباه الموصلات من النوع p في المنطقة النشطة، مُطلقة الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد الطول الموجي (اللون) للضوء فجوة النطاق الطاقي لمادة أشباه الموصلات (مثل، InGaN للأزرق/الأخضر، AlInGaP للأحمر/الكهرماني). يتم إنشاء مصابيح LED البيضاء عادةً عن طريق طلاء شريحة LED زرقاء بمادة فسفورية صفراء؛ يتم تحويل بعض الضوء الأزرق إلى أصفر، ويُدرك خليط الضوء الأزرق والأصفر على أنه أبيض. تولد خلطات الفسفور المختلفة درجات بيضاء مختلفة (CCT).

13. اتجاهات التطوير

تستمر صناعة مصابيح LED في التطور نحو كفاءة أعلى (المزيد من اللومن لكل واط)، حيث تحقق قيمًا تتجاوز 200 lm/W في المختبرات. هناك تركيز قوي على تحسين جودة اللون، حيث أصبحت مصابيح LED عالية مؤشر تجسيد اللون (CRI>90، R9>50) أكثر شيوعًا للإضاءة المتميزة. يستمر التصغير مع أحجام عبوات أصغر دائمًا للتطبيقات عالية الكثافة. تشكل مصابيح LED الذكية والمتصلة مع دوائر تشغيل وتحكم مدمجة قطاعًا متناميًا. علاوة على ذلك، يمثل البحث في مواد جديدة مثل البيروفسكايت لمصابيح LED والتقدم في تقنية ميكرو LED للشاشات من الجيل التالي اتجاهات مستقبلية مهمة. تظل الموثوقية وعمر التشغيل تحت ظروف تشغيل مختلفة مجالات دراسة وتحسين مستمرين.