مواصفات الصمام الثنائي الباعث للضوء الأحمر RF-A4E27-R15E-R4 - الحجم 2.7x2.0x0.6 مم - جهد أمامي 2.0V إلى 2.6V - قدرة 520mW - ورقة بيانات تقنية إنجليزية

1. نظرة عامة على المنتج

إن الصمام RF-A4E27-R15E-R4 هو صمام ثنائي باعث للضوء (LED) أحمر عالي الأداء يعتمد على تقنية شبه الموصل من نوع AlGaInP على ركيزة. وهو موجود في عبوة EMC (مركب الإيبوكسي) المدمجة بأبعاد 2.7 مم × 2.0 مم × 0.6 مم، مصممة لتجميع تقنية التثبيت السطحي (SMT). يوفر هذا الصمام زاوية رؤية واسعة جدًا تبلغ 120 درجة، مما يجعله مثاليًا للتطبيقات التي تتطلب توزيعًا موحدًا للضوء. وهو مؤهل وفقًا لإرشادات اختبار الإجهاد AEC-Q102 لأشباه الموصلات المنفصلة من الدرجة automotive، مما يضمن الموثوقية في البيئات الصعبة. المنتج متوافق مع RoHS ومستوى حساسية الرطوبة 2 (MSL 2).

1.1 الميزات

• عبوة EMC لأداء ميكانيكي وحراري قوي
• زاوية رؤية واسعة جدًا (2θ_1/2= 120°)
• مناسبة لجميع عمليات التجميع واللحام SMT
• متوفرة على شريط وبكرة للتركيب الآلي
• مستوى حساسية الرطوبة: المستوى 2
• متوافق مع RoHS
• مؤهل وفقًا لإرشادات AEC-Q102

1.2 التطبيقات

إضاءة السيارات للتطبيقات الداخلية والخارجية، بما في ذلك مؤشرات لوحة القيادة، أضواء المجاملة، الإضاءة المحيطة، أضواء المؤخرة، ووظائف الإشارة الأخرى.

2. المواصفات الفنية

2.1 الخصائص الكهربائية والبصرية (عند Ts=25°C، IF=150mA)

2.2 التصنيفات القصوى المطلقة (عند Ts=25°C)

ملاحظات: - جميع القياسات تتم تحت ظروف موحدة في شركة Refond. - يجب تحديد التيار الأقصى بعد قياس درجة حرارة العبوة لضمان عدم تجاوز درجة حرارة الوصلة 150 درجة مئوية. - عند 25 درجة مئوية، يعطي اختبار النبضة كفاءة تحويل كهروضوئية ηe = 45%.

3. نظام التصنيف

لضمان الأداء المتسق، يتم فرز كل صمام إلى صناديق بناءً على الجهد الأمامي والتدفق الضوئي والطول الموجي السائد. نطاقات التصنيف عند IF=150mA و Ts=25°C هي كما يلي:

3.1 صناديق الجهد الأمامي

3.2 صناديق التدفق الضوئي

3.3 صناديق الطول الموجي السائد

4. تحليل منحنيات الأداء

تتضمن ورقة البيانات العديد من منحنيات الخصائص البصرية والكهربائية النموذجية المقاسة عند 25 درجة مئوية ما لم يُذكر خلاف ذلك. فهم هذه المنحنيات ضروري لتصميم الدوائر المناسب والإدارة الحرارية.

4.1 الجهد الأمامي مقابل التيار الأمامي (الشكل 1-6)

يوضح هذا المنحنى العلاقة الأسية بين VF و IF. عند 150 مللي أمبير، يكون الجهد الأمامي عادة حوالي 2.3 فولت (نقطة منتصف نطاق التصنيف). يساعد المنحنى في التنبؤ بتغيرات التيار بسبب تغيرات الجهد.

4.2 التيار الأمامي مقابل التدفق الضوئي النسبي (الشكل 1-7)

يزداد التدفق الضوئي النسبي مع التيار الأمامي ولكن ليس خطيًا. عند التيارات المنخفضة تكون الكفاءة أعلى؛ ويشبع المنحنى فوق 150 مللي أمبير. يشير هذا إلى أن التشغيل بالقرب من التيار المقنن يوفر إضاءة جيدة مع البقاء ضمن الحدود الحرارية الآمنة.

4.3 درجة حرارة الوصلة مقابل التدفق الضوئي النسبي (الشكل 1-8)

كلما ارتفعت درجة حرارة الوصلة، أصبح الصمام أقل كفاءة. عند Tj=125°C، ينخفض التدفق النسبي إلى حوالي 85% من القيمة عند 25°C. وهذا يستلزم تبديد حرارة كافٍ في بيئات السيارات ذات درجات الحرارة العالية.

4.4 درجة حرارة اللحام مقابل التيار الأمامي (الشكل 1-9)

يوضح منحنى التخفيض هذا الحد الأقصى المسموح به للتيار الأمامي كدالة لدرجة حرارة نقطة اللحام. على سبيل المثال، عند Ts=100°C يتناقص التيار المسموح به إلى حوالي 150 مللي أمبير. يجب على المصممين التأكد من أن نقطة التشغيل الفعلية تقع أسفل هذا المنحنى.

4.5 انزياح الجهد مقابل درجة حرارة الوصلة (الشكل 1-10)

ينخفض الجهد الأمامي بحوالي 0.2 فولت عندما ترتفع درجة الحرارة من -40°C إلى 125°C. يجب مراعاة معامل درجة الحرارة السلبي هذا في محركات التيار الثابت لتجنب زيادة التيار عند درجات الحرارة العالية.

4.6 مخطط الإشعاع (الشكل 1-11)

يتميز الصمام بنمط إشعاع واسع بزاوية نصف شدة تبلغ ±60° (إجمالي 120°). تكون الشدة موحدة نسبيًا عبر الحزمة، مما يجعله مناسبًا للإضاءة المساحية بدون بصريات ثانوية في بعض الحالات.

4.7 انزياح الطول الموجي السائد مقابل درجة حرارة الوصلة (الشكل 1-12)

ينزاح الطول الموجي السائد نحو الأطوال الموجية الأطول (انزياح أحمر) مع زيادة درجة الحرارة. يبلغ الانزياح حوالي +8 نانومتر من -40°C إلى 125°C. يجب مراعاة هذا الانزياح اللوني في التطبيقات الحرجة لونيًا.

4.8 توزيع الطيف (الشكل 1-13)

يبلغ ذروة طيف الانبعاث حوالي 620 نانومتر مع عرض كامل عند نصف القيمة القصوى (FWHM) يبلغ حوالي 20 نانومتر. النقاء عالٍ، وهو أمر نموذجي للصمامات الحمراء AlGaInP.

5. معلومات ميكانيكية وتعبئة

5.1 أبعاد العبوة

أبعاد عبوة الصمام هي 2.70 مم (طول) × 2.00 مم (عرض) × 0.60 مم (ارتفاع). تُظهر الرؤية العلوية منطقة باعثة للضوء بأبعاد 1.70 مم × 2.40 مم. تُظهر الرؤية السفلية وسادتين أنود ووسادتين كاثود لتحسين الاتصال الحراري والكهربائي. تشمل أنماط اللحام الموصى بها وسادة مركزية لتبديد الحرارة.

5.2 شريط النقل والبكرة

يتم توفير الصمامات في شريط ناقل بعرض 8 مم ومسافة 4 مم، ملفوف على بكرة بقطر 180 مم. تحتوي كل بكرة على 4000 قطعة. يشتمل الشريط على شريط تغطية ومختوم في كيس حاجز للرطوبة مع مادة مجففة وبطاقة مؤشر رطوبة.

5.3 معلومات الملصق

يتم وضع ملصق على كل بكرة يحتوي على رقم القطعة ورقم المواصفات ورقم الدفعة ورمز التصنيف (التدفق الضوئي، اللونية، الجهد الأمامي، الطول الموجي) والكمية وتاريخ التصنيع.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 ملف تعريف لحام إعادة التدفق SMT

تم تصميم الصمام لتحمل دورتين إعادة تدفق مع درجة حرارة ذروة 260 درجة مئوية (بحد أقصى 10 ثوانٍ عند الذروة). ملف تعريف إعادة التدفق الموصى به:

• التسخين المسبق: 150°C إلى 200°C لمدة 60–120 ثانية
• الوقت فوق 217°C: 60 ثانية كحد أقصى
• درجة حرارة الذروة: 260°C
• معدل التبريد: 6°C/ثانية كحد أقصى
• الوقت الإجمالي من 25°C إلى الذروة: 8 دقائق كحد أقصى

لا تقم بأكثر من دورتين إعادة تدفق. إذا تجاوزت الفترة الفاصلة بين الدورتين 24 ساعة، فقد تمتص الصمامات الرطوبة وتحتاج إلى تجفيف.

6.2 الإصلاح والمناولة

لا يُنصح بإصلاح الصمامات الملحومة. إذا كان لا مفر، استخدم مكواة لحام مزدوجة الرأس. لا تقم بتطبيق إجهاد ميكانيكي على مادة السيليكون المانعة للتسرب أثناء أو بعد اللحام. تجنب التبريد السريع والتواء لوحة الدوائر المطبوعة.

7. احتياطات المناولة

• التحكم في الكبريت والهالوجين:يجب أن تحتوي البيئة والمواد الملامسة على أقل من 100 جزء في المليون من الكبريت وأقل من 900 جزء في المليون من البروم أو الكلور بشكل فردي، وإجمالي Br+Cl أقل من 1500 جزء في المليون.
• انبعاث الغازات:يمكن للمركبات العضوية المتطايرة اختراق عدسة السيليكون وتسبب تغير اللون. استخدم مواد لاصقة لا تنبعث منها أبخرة عضوية.
• المناولة الميكانيكية:استخدم ملقطًا على الأسطح الجانبية. لا تلمس أو تضغط على عدسة السيليكون، فقد يؤدي ذلك إلى تلف الدوائر الداخلية.
• حماية التفريغ الكهروستاتيكي (ESD):الصمام حساس للتفريغ الكهروستاتيكي (HBM 2000V). استخدم التأريض المناسب واحتياطات مقاومة الكهرباء الساكنة.
• التصميم الحراري:تأكد دائمًا من أن درجة حرارة الوصلة لا تتجاوز 150 درجة مئوية. استخدم محاكاة حرارية أو قياسات للتحقق من تبديد الحرارة المناسب.
• التنظيف:إذا كان التنظيف مطلوبًا، استخدم كحول الأيزوبروبيل. لا تستخدم التنظيف بالموجات فوق الصوتية، فقد يتلف الصمام.
• التخزين:الأكياس غير المفتوحة:<30°C،<رطوبة 75%، استخدم خلال عام واحد. بعد الفتح، استخدم خلال 24 ساعة تحت<30°C و<رطوبة 60%. إذا تجاوزت، قم بالتجفيف عند 60±5°C لمدة 24 ساعة على الأقل قبل الاستخدام.

8. اعتبارات التطبيق

عند التصميم باستخدام RF-A4E27-R15E-R4، انتبه للنقاط التالية:

• تنظيم التيار:استخدم مشغل تيار ثابت لتجنب الانفلات الحراري. يتطلب تباين الجهد الأمامي (2.0V إلى 2.6V) مشغلًا يمكنه استيعاب النطاق.
• الإدارة الحرارية:المقاومة الحرارية للصمام (Rth JS real = 40°C/W نموذجية) تعني أنه عند 150 مللي أمبير، مع جهد أمامي 2.3 فولت، يبلغ تبديد القدرة حوالي 345 مللي واط، مما يسبب ارتفاع درجة حرارة الوصلة إلى اللحام بحوالي 13.8 درجة مئوية. في بيئة بدرجة حرارة 85 درجة مئوية، ستكون الوصلة حوالي 99 درجة مئوية، وهو آمن. ومع ذلك، إذا كانت العديد من الصمامات متقاربة، فإن هناك حاجة إلى تبديد حرارة إضافي.
• التصميم البصري:قد تكون زاوية الرؤية الواسعة 120 درجة مفيدة للإضاءة العامة، ولكن بالنسبة للحزم المركزة، يجب مراعاة البصريات الخارجية مثل العدسات أو العاكسات. لا يحتوي الطيف على مكونات فوق بنفسجية أو تحت حمراء، لذا لا حاجة لتصفية خاصة.
• الامتثال للسيارات:يغطي تأهيل AEC-Q102 اختبارات الإجهاد مثل الصدمة الحرارية واختبار العمر والرطوبة العالية. ومع ذلك، يجب على المصممين التحقق من صحة الصمام في بيئة التركيب الخاصة بهم، خاصة فيما يتعلق بالاهتزاز والتعرض للمواد الكيميائية.

9. الموثوقية وضمان الجودة

تتبع خطة اختبار تأهيل المنتج إرشادات AEC-Q102. تشمل اختبارات الموثوقية:

• إعادة التدفق (260°C، 10 ثوانٍ، دورتان): يُسمح بفشل 0/1
• MSL 2 (85°C/60%RH، 168 ساعة): فشل 0/1
• الصدمة الحرارية (-40°C إلى 125°C، 1000 دورة): فشل 0/1
• اختبار العمر (Ta=105°C، IF=150mA، 1000 ساعة): فشل 0/1
• اختبار درجة الحرارة العالية والرطوبة العالية (85°C/85%RH، IF=150mA، 1000 ساعة): فشل 0/1

معايير الفشل: الجهد الأمامي > 1.1×USL، التيار العكسي > 2×USL، التدفق الضوئي<0.7×LSL.

لاحظ أن هذه الاختبارات تتم في ظروف تبديد حرارة جيدة على صمامات فردية. في تطبيقات المصفوفات، قد يكون التخفيض مطلوبًا.

10. مبادئ التشغيل

يستخدم الصمام بنية متعددة الآبار الكمومية من AlGaInP (ألومنيوم-غاليوم-إنديوم-فوسفيد) مزروعة على ركيزة GaAs. يُعرف نظام المواد هذا بكفاءته العالية في النطاق الطيفي من الأحمر إلى العنبر. توفر عبوة EMC صلابة ميكانيكية وتوصيل حراري جيد، مما يسمح للصمام بالعمل بتيارات أعلى من العبوات الإيبوكسية التقليدية. يتم تحقيق زاوية الرؤية الواسعة من خلال شكل التغليف وتصميم الشريحة.

11. مقارنة مع التقنيات البديلة

بالمقارنة مع الصمامات الحمراء التقليدية ذات الفتحات، يوفر RF-A4E27-R15E-R4 مساحة أصغر بكثير، وملفًا أقل، وتوافقًا مع التجميع الآلي SMT. توفر عبوتها EMC مقاومة أفضل للرطوبة وموثوقية أعلى تحت الدورات الحرارية. يجعلها تأهيل AEC-Q102 مناسبة للاستخدام في السيارات، وهو ليس متاحًا دائمًا للصمامات العامة. ومع ذلك، قد تكون التكلفة لكل لومن أعلى من بعض صمامات المستهلك عالية الكمية، ولكنها مبررة للتطبيقات الحرجة.

12. الأسئلة المتكررة

س: هل يمكن استخدام هذا الصمام مع مصدر جهد ثابت؟
ج: يُوصى باستخدام مشغل تيار ثابت لأن الجهد الأمامي متغير. يمكن أن يؤدي الجهد الثابت إلى تجاوز التيار الحد الأقصى إذا كان الجهد عند الطرف العلوي من التصنيف.

س: ما هو العمر النموذجي عند 150 مللي أمبير؟
ج: على الرغم من عدم توفير بيانات محددة L70/B10 في ورقة البيانات هذه، فإن اختبار العمر AEC-Q102 عند 105°C لمدة 1000 ساعة دون فشل يشير إلى طول عمر جيد. لتطبيقات السيارات الداخلية، يُتوقع عمر يزيد عن 10000 ساعة تحت إدارة حرارية مناسبة.

س: هل يمكنني استخدام هذه الصمامات على التوازي؟
ج: التوازي ممكن ولكن يجب أن يتم مع مقاومات موازنة التيار أو مصدر تيار ثابت مشترك لتجنب سرقة التيار بسبب تباين VF.

س: هل هذه الصمامات متوافقة مع اللحام الخالي من الرصاص؟
ج: نعم، درجة حرارة الذروة 260°C متوافقة مع ملفات تعريف اللحام الخالية من الرصاص النموذجية.

س: كيف يجب تجفيف الصمامات قبل الاستخدام إذا كان كيس حاجز الرطوبة مفتوحًا لفترة طويلة؟
ج: قم بالتجفيف عند 60±5°C لمدة 24 ساعة على الأقل. لا تتجاوز 48 ساعة لتجنب التلف.

13. مثال تصميم عملي

فكر في وحدة ضوء النهار (DRL) تتطلب 50 لومن لكل وحدة. باستخدام أعلى صندوق (MB: 33.4-37.0 لومن)، فإن صمامين على التوالي سيحققان ~70 لومن عند 150 مللي أمبير. مع جهد أمامي نموذجي 2.3 فولت لكل منهما، يصبح إجمالي الجهد الأمامي 4.6 فولت. يمكن لمشغل تيار ثابت من نوع التعزيز مع دخل 12 فولت من ناقل السيارة تشغيل السلسلة بكفاءة. يجب أن تشمل لوحة الدوائر المطبوعة وسادة حرارية متصلة بالنواة المعدنية للوحة للحفاظ على درجة حرارة الوصلة أقل من 100 درجة مئوية في بيئة تحت غطاء المحرك (درجة حرارة محيطة تصل إلى 85 درجة مئوية). يُظهر المحاكاة البصرية باستخدام مخطط الإشعاع أن ناشرًا بسيطًا يمكنه تحقيق النمط الضوئي المطلوب بدون عاكسات ثانوية.

14. اتجاهات الصناعة

تستمر صناعة إضاءة السيارات في التحول نحو الحلول شبه الموصلة بالكامل، حيث تحل الصمامات الحمراء محل المصابيح المتوهجة لإشارات التوقف/المؤخرة وإشارات الانعطاف. أصبح تأهيل AEC-Q102 متطلبًا أساسيًا. تشمل التطورات المستقبلية كفاءة أعلى (هدف > 150 لومن/واط للأحمر) والتكامل مع مشغلات ذكية للإضاءة التكيفية. يمثل RF-A4E27-R15E-R4 خيارًا ناضجًا وموثوقًا يلبي متطلبات السيارات الحالية بأداء جيد وسهولة في التجميع.