ورقة بيانات LED من نوع CH2525-RGBY0401H-AM - عبوة سيراميك SMD - أحمر 623 نانومتر أخضر 527 نانومتر أزرق 460 نانومتر أصفر 590 نانومتر - 40 مللي أمبير - درجة سيارات

1. نظرة عامة على المنتج

يقدم هذا المستند تحليلاً فنياً شاملاً لمصباح LED عالي الأداء متعدد الألوان من نوع CH2525-RGBY0401H-AM، وهو جهاز مثبت على السطح (SMD). تم تصميم المكون ليكون موثوقاً وعالي الأداء في البيئات الصعبة، حيث يتميز بغلاف سيراميكي متين وأربعة باعثات ألوان متميزة مدمجة في وحدة واحدة. يستهدف تصميمه الأساسي التطبيقات التي تتطلب مزج ألوان دقيق، سطوعاً عالياً، واستقراراً طويل الأمد.

تكمن الميزة الأساسية لهذا المصباح في تكامله. من خلال دمج ثنائيات الأحمر والأخضر والأزرق والأصفر (RGBY) في عبوة SMD مدمجة واحدة، فإنه يبسط تصميم لوحة الدوائر المطبوعة (PCB)، ويقلل عدد المكونات، ويمكن من توليد ألوان متطورة تتجاوز نطاق ألوان RGB القياسي، مما يعزز بشكل خاص إنتاج درجات اللون الأبيض الدافئ والعنبر. تم تأهيل الجهاز خصيصاً وفقاً للمعيار الصارم AEC-Q101 لأشباه الموصلات المنفصلة، مما يجعله خياراً مناسباً للإلكترونيات السيارات حيث تكون الموثوقية التشغيلية في الظروف القاسية أمراً بالغ الأهمية.

السوق المستهدف هو بشكل أساسي صناعة السيارات، وتحديداً لأنظمة الإضاءة الداخلية مثل إضاءة خلفية لوحة القيادة، إضاءة المفاتيح، وإضاءة الأجواء المحيطة. تشمل التطبيقات الثانوية الإضاءة الزخرفية العامة، اللافتات، والإلكترونيات الاستهلاكية حيث تكون الوظائف متعددة الألوان والموثوقية العالية مطلوبة.

2. تحليل متعمق للمعايير الفنية

تحدد الخصائص الكهربائية والبصرية الحدود التشغيلية وتوقعات الأداء للمصباح LED.

2.1 خصائص القياس الضوئي واللون

يبعث المصباح LED أربعة ألوان متميزة، لكل منها خصائص بصرية محددة يتم قياسها عند تيار اختبار قياسي قدره 40 مللي أمبير ودرجة حرارة وسادة حرارية تبلغ 25 درجة مئوية. تختلف الشدة الضوئية، وهي مقياس السطوع المُدرك في اتجاه معين، حسب اللون: الأحمر ينتج عادةً 1200 ملي كانديلا (mcd)، الأخضر 2300 mcd، الأزرق 360 mcd، والأصفر 1300 mcd. من المهم ملاحظة أن التسامح في قياس الشدة الضوئية هو ±8%.

زاوية المشاهدة، المُعرَّفة على أنها الزاوية المحورية التي تنخفض فيها الشدة الضوئية إلى نصف قيمتها القصوى، هي 150 درجة لباعثي الأخضر والأزرق و 140 درجة لباعثي الأحمر والأصفر، مع تسامح يبلغ ±5 درجات. يشير هذا إلى نمط إشعاع واسع جداً، مناسب للإضاءة المساحية.

يتم تحديد اللون من خلال كل من الطول الموجي القياسي (λp) والطول الموجي السائد (λd). الأطوال الموجية السائدة النموذجية هي: الأحمر: 623 نانومتر، الأخضر: 527 نانومتر، الأزرق: 460 نانومتر، والأصفر: 590 نانومتر، مع تسامح ضيق يبلغ ±1 نانومتر للطول الموجي السائد. يظهر رسم التوزيع الطيفي قمماً متميزة ومنفصلة جيداً لكل لون، وهو أمر أساسي لمزج الألوان الدقيق.

2.2 المعايير الكهربائية

نطاق تشغيل التيار الأمامي (I_F) هو من 10 مللي أمبير إلى 80 مللي أمبير، حيث يعتبر 40 مللي أمبير حالة الاختبار النموذجية. لا يُنصح بالتشغيل تحت 10 مللي أمبير. يختلف الجهد الأمامي (V_F) عند 40 مللي أمبير لكل لون بسبب خصائص مادة أشباه الموصلات: الأحمر عادةً 2.00 فولت، الأخضر 2.80 فولت، الأزرق 3.00 فولت، والأصفر 2.40 فولت، مع تسامح قياس يبلغ ±0.05 فولت. لم يتم تصميم الجهاز للعمل بتحيز عكسي.

2.3 معايير الحرارة والموثوقية

إدارة الحرارة أمر بالغ الأهمية لأداء وعمر المصباح LED. يتم تقديم المقاومة الحرارية من الوصلة إلى نقطة اللحام (Rth_JS) بقيمتين: حقيقية ومكافئة كهربائياً. على سبيل المثال، لدى باعث الأحمر Rth_JS_real بقيمة 33 كلفن/وات و Rth_JS_el بقيمة 25 كلفن/وات. تُستخدم هذه القيم لحساب ارتفاع درجة حرارة الوصلة بناءً على تبديد الطاقة.

تحدد التقييمات القصوى المطلقة الحدود الصارمة: تبديد الطاقة (P_d) هو 220 ملي واط للأحمر/الأصفر و 280 ملي واط للأخضر/الأزرق. أقصى درجة حرارة للوصلة (T_J) هي 125 درجة مئوية. نطاق درجة حرارة التشغيل (T_opr) هو من -40 درجة مئوية إلى +110 درجة مئوية، مما يؤكد ملاءمته لدرجة السيارات. يمكن للجهاز تحمل التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) حتى 8 كيلو فولت (نموذج جسم الإنسان).

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

تتضمن ورقة البيانات هيكل تصنيف للشدة الضوئية لتصنيف مصابيح LED بناءً على ناتجها. يتم تسمية التصنيفات برموز أبجدية رقمية (L1, L2, M1... R1) تمثل نطاقاً من الحد الأدنى والحد الأقصى للشدة الضوئية. على سبيل المثال، يغطي التصنيف L1 مصابيح LED ذات شدة من 11.2 mcd إلى 14 mcd، بينما يبدأ التصنيف R1 من 112 mcd. يسمح هذا النظام للمصممين باختيار مكونات ذات مستويات سطوع متسقة لمظهر موحد في مصفوفة أو نظام. يبدو أن الجدول المقدم هو قالب عام، وسيتم تحديد التصنيفات المحددة لكل لون من CH2525-RGBY0401H-AM في مواصفات المنتج التفصيلية أو أدلة الطلب.

4. تحليل منحنيات الأداء

توفر الرسوم البيانية المميزة رؤى حيوية حول سلوك المصباح LED في ظل ظروف مختلفة.

4.1 منحنى التيار-الجهد (IV) والفعالية الضوئية

يظهر رسم التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي العلاقة الأسية النموذجية للثنائيات. لكل أثر لون جهد ركبة مختلف. يظهر رسم الشدة الضوئية النسبية مقابل التيار الأمامي أن الناتج يزداد مع التيار ولكن قد لا يكون خطياً تماماً، خاصة عند التيارات الأعلى حيث تنخفض الكفاءة بسبب التسخين.

4.2 الاعتماد على درجة الحرارة

رسم الشدة الضوئية النسبية مقابل درجة حرارة الوصلة أمر بالغ الأهمية للتصميم الحراري. يظهر أن الناتج الضوئي ينخفض مع زيادة درجة حرارة الوصلة. يختلف معدل الانخفاض (الإخماد الحراري) حسب مادة أشباه الموصلات؛ على سبيل المثال، تظهر مصابيح LED الحمراء والصفراء عادةً حساسية أقل لدرجة الحرارة مقارنة بمصابيح LED الزرقاء والخضراء. يظهر رسم الطول الموجي السائد مقابل درجة حرارة الوصلة تحولاً في اللون (عادةً نحو أطوال موجية أطول) مع ارتفاع درجة الحرارة، وهو ما يجب مراعاته في التطبيقات الحساسة للألوان.

يحدد منحنى تخفيض التيار الأمامي أقصى تيار أمامي مسموح به بناءً على درجة حرارة وسادة اللحام. لضمان بقاء درجة حرارة الوصلة أقل من 125 درجة مئوية، يجب تقليل التيار مع زيادة درجة حرارة البيئة/الوسادة. يوفر الرسم خطوط تخفيض محددة لمجموعات الألوان (الأحمر/الأصفر، الأخضر، الأزرق).

4.3 التوزيع المكاني والطيفي

يؤكد رسم الخصائص النموذجية للإشعاع (الرسوم القطبية) لكل لون بصرياً على زوايا المشاهدة الواسعة. يرسم رسم التوزيع الطيفي النسبي الشدة الطبيعية مقابل الطول الموجي، موضحاً بوضوح قمة الانبعاث الرئيسية لكل ثنائي لون، وهو أمر أساسي لفهم إمكانية مزج الألوان ومتطلبات الترشيح.

5. معلومات الميكانيكا والتغليف

يستخدم المصباح LED عبوة سيراميك من نوع جهاز مثبت على السطح (SMD). توفر عبوات السيراميك موصلية حرارية فائقة ومتانة ميكانيكية مقارنة بالعبوات البلاستيكية، وهو ما يفيد التطبيقات عالية الطاقة أو عالية الموثوقية. يتم تفصيل الأبعاد الميكانيكية المحددة، بما في ذلك الطول والعرض والارتفاع وتباعد الأطراف/الوسائد، في قسم "الأبعاد الميكانيكية" (المشار إليه بالصفحة 17). يتم توفير تخطيط وسادة لحام موصى به (الصفحة 18) لضمان تكوين وصلة لحام صحيحة، نقل حراري مناسب، واستقرار ميكانيكي أثناء إعادة التدفق والتشغيل. سيتم تعريف قطبية أو تعيين دبابيس القنوات الأربعة وأي تكوين كاثود/أنود مشترك في هذا القسم.

6. إرشادات اللحام والتجميع

تم تصنيف الجهاز للحام بإعادة التدفق بدرجة حرارة قصوى تبلغ 260 درجة مئوية لمدة تصل إلى 30 ثانية، وهو متوافق مع عمليات اللحام الخالية من الرصاص القياسية. يجب الرجوع إلى رسم ملف تعريف لحام بإعادة التدفق التفصيلي (الصفحة 18)، والذي يظهر عادةً مراحل تسخين درجة الحرارة، التسخين المسبق، السيولة، القمة، والتبريد. الالتزام بهذا الملف الشخصي ضروري لمنع الصدمة الحرارية، عيوب اللحام، أو تلف شريحة أو عبوة LED. تم تصنيف مستوى الحساسية للرطوبة (MSL) عند المستوى 2، مما يشير إلى أنه يمكن تعريض العبوة لظروف أرضية المصنع لمدة تصل إلى عام واحد قبل أن تتطلب الخبز قبل لحام إعادة التدفق. تشمل الاحتياطات للاستخدام (الصفحة 21) على الأرجح التعامل لتجنب ESD، ظروف التخزين، وتوصيات التنظيف.

7. معلومات التغليف والطلب

تحدد معلومات التغليف (الصفحة 19) كيفية توريد مصابيح LED، عادةً على شريط وبكرة للتجميع الآلي بالالتقاط والوضع. تشمل التفاصيل أبعاد البكرة، تباعد الجيوب، والتوجيه. يتبع رقم الجزء "CH2525-RGBY0401H-AM" نظام ترميز داخلي محتمل حيث قد يشير "CH2525" إلى نوع/حجم العبوة، "RGBY" إلى الألوان، "0401" قد يتعلق بتصنيف أداء أو إصدار، و"AM" قد تشير إلى درجة السيارات. ستوضح معلومات الطلب (الصفحة 16) كيفية تحديد تصنيفات أو متغيرات مختلفة.

8. توصيات التطبيق

التطبيقات الأساسية المذكورة هي الإضاءة الداخلية للسيارات والإضاءة المحيطة. في داخل السيارات، يمكن استخدام هذا المصباح LED للإضاءة الخلفية متعددة الألوان لمجموعات الأدوات، عناصر التحكم في أنظمة الترفيه، وإنشاء مناطق إضاءة محيطة قابلة للتخصيص داخل المقصورة. بالنسبة للإضاءة المحيطة، تتيح قدرته RGBY توليد نطاق أوسع من الألوان، بما في ذلك درجات اللون الأبيض الأكثر تشبعاً ودفئاً، مقارنة بمصابيح LED RGB القياسية.

اعتبارات التصميم:

• دائرة القيادة:يتطلب سائق تيار ثابت قادر على التحكم بشكل مستقل في أربع قنوات. يجب مراعاة الفروق في الجهد الأمامي، مما قد يتطلب منظمات تيار منفصلة أو دائرة متكاملة (IC) متطورة متعددة القنوات لقيادة LED.
• إدارة الحرارة:يتطلب تبديد الطاقة، خاصة عند تشغيل عدة ألوان في وقت واحد، مساحة نحاسية كافية في PCB (وسادة حرارية) وربما اتصال بمشتت حراري للحفاظ على درجة حرارة وصلة منخفضة للحصول على ناتج ضوئي مثالي، استقرار لوني، وعمر أطول.
• البصريات:قد تتطلب زاوية المشاهدة الواسعة بصريات ثانوية (عدسات، موزعات) لتشكيل حزمة الضوء لتطبيقات محددة.
• مزج الألوان والتحكم:يتطلب تحقيق ألوان متسقة ومرغوبة معايرة وربما استخدام ملاحظات لونية مغلقة باستخدام أجهزة استشعار، حيث يختلف ناتج كل قناة مع التيار ودرجة الحرارة.

9. المقارنة الفنية والتمييز

مقارنة بمصابيح LED RGB القياسية من نوع SMD البلاستيكية، فإن المميزات الرئيسية لهذا المكون هي عبوته السيراميكية (لتبديد حرارة أفضل وموثوقية أعلى) وإضافة باعث أصفر مخصص. تعمل الشريحة الصفراء على تحسين مؤشر تجسيد اللون (CRI) للضوء الأبيض المُنتج بشكل كبير وتسمح بإنشاء ألوان عنبر مباشرة دون مزج الأحمر والأخضر، وهو ما يكون غالباً غير فعال وقد ينتج لوناً باهتاً. يعتبر تأهيل AEC-Q101 ميزة تمييز رئيسية للتطبيقات السيارات، حيث يتحقق من الأداء عبر اختبارات درجة الحرارة والرطوبة وعمر التشغيل التي لا تخضع لها مصابيح LED التجارية القياسية.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير الفنية)

س: لماذا تكون الشدة الضوئية للباعث الأزرق (360 mcd) أقل بكثير من الأخضر (2300 mcd) عند نفس تيار 40 مللي أمبير؟

ج: هذا يرجع في المقام الأول إلى منحنى حساسية العين البشرية للضوء النهاري (V(λ)). العين أكثر حساسية للضوء الأخضر (~555 نانومتر) وأقل حساسية للضوء الأزرق (~460 نانومتر). لذلك، بالنسبة لنفس القدرة الإشعاعية (واط بصري)، سيظهر الضوء الأخضر أكثر سطوعاً من حيث وحدات القياس الضوئي (لومن، كانديلا). كما يلعب الفرق في الكفاءة الكمومية الداخلية لمواد أشباه الموصلات دوراً أيضاً.

س: هل يمكنني تشغيل هذا المصباح LED بمصدر جهد ثابت؟

ج: هذا غير موصى به بشدة. مصابيح LED هي أجهزة تعمل بالتيار. جهدها الأمامي له تسامح ويختلف مع درجة الحرارة. قد يؤدي مصدر الجهد الثابت إلى تيار مفرط، ارتفاع درجة الحرارة، وفشل سريع. استخدم دائماً سائق تيار ثابت أو دائرة تحديد تيار.

س: ما الفرق بين Rth_JS_real و Rth_JS_el المذكورين في معايير المقاومة الحرارية؟

ج: Rth_JS_real هي المقاومة الحرارية الفعلية المقاسة من الوصلة شبه الموصلة إلى نقطة اللحام. Rth_JS_el هي قيمة "كهربائية" مكافئة غالباً ما تُشتق من معامل الجهد الأمامي الحساس لدرجة الحرارة. يستخدم المصممون عادةً Rth_JS_real للنمذجة الحرارية، بينما قد تُستخدم Rth_JS_el لتقنيات تقدير درجة حرارة الوصلة داخل الدائرة.

11. أمثلة عملية للتصميم والاستخدام

المثال 1: وحدة تحكم الإضاءة المحيطة للسيارات:تستخدم وحدة أربعة من هذه المصابيح LED، واحد في كل ركن من أركان حجرة أقدام السيارة. يقوم متحكم دقيق (مايكروكونترولر) بمخرجات PWM بتشغيل سائق تيار ثابت رباعي القنوات. يسمح البرنامج الثابت (Firmware) للمستخدم بالاختيار من بين ألوان محددة مسبقاً (مثل الأبيض البارد، الأبيض الدافئ، الأزرق، البرتقالي) أو إنشاء ألوان مخصصة عن طريق ضبط دورة العمل لكل قناة. تضمن العبوة السيراميكية الموثوقية على الرغم من احتمالية ارتفاع درجات الحرارة المحيطة بالقرب من أرضية السيارة.

المثال 2: مصباح داونلايت معماري قابل لضبط اللون:في مصباح داونلايت مغمور، يتم تركيب مصفوفة من هذه المصابيح LED على لوحة دوائر مطبوعة ذات قلب معدني (MCPCB) لتبديد الحرارة. يتم استخدام سائق متقدم مع معايرة لونية وتعويض حراري. يمكن للنظام أن يغير نقطة اللون الأبيض ديناميكياً من أبيض بارد ومنشط (مزيج عالي من الأزرق/الأخضر) في الصباح إلى أبيض دافئ ومريح (مزيج عالي من الأحمر/الأصفر) في المساء، مع الحفاظ على تجسيد ألوان عالي.

12. مبدأ التشغيل

يعمل الجهاز على مبدأ الإضاءة الكهربائية (الإلكترولومينيسنس) في مواد أشباه الموصلات. عند تطبيق جهد تحيز أمامي يتجاوز طاقة فجوة النطاق للثنائي، تتحد الإلكترونات والفجوات في المنطقة النشطة من أشباه الموصلات، مما يطلق الطاقة على شكل فوتونات (ضوء). يتم تحديد الطول الموجي المحدد (اللون) للضوء المنبعث بواسطة طاقة فجوة النطاق لمادة أشباه الموصلات المستخدمة لكل شريحة: يتم استخدام أشباه موصلات مركبة مختلفة (مثل AlInGaP للأحمر/الأصفر، InGaN للأخضر/الأزرق) لتحقيق الألوان المطلوبة. يتم إيواء الشرائح الأربع في عبوة سيراميكية واحدة مع توصيلات كهربائية منفصلة للتحكم المستقل.

13. اتجاهات التكنولوجيا والسياق

يعد دمج باعثات ألوان متعددة (أكثر من RGB) في عبوة واحدة اتجاهاً متزايداً، مدفوعاً بالطلب على إضاءة عالية الجودة وتحكم لوني أكثر مرونة في تطبيقات السيارات والإضاءة الاحترافية والعروض. يحسن تضمين باعث أبيض أو عنبر مخصص، أو في هذه الحالة الأصفر، تجسيد الألوان والكفاءة لألوان معينة. هناك أيضاً دفعة مستمرة نحو كثافة طاقة أعلى وكفاءة أكبر (المزيد من اللومن لكل واط)، مما يضع تركيزاً أكبر على إدارة الحرارة، مما يجعل مواد التغليف السيراميكية والمتقدمة الأخرى أكثر انتشاراً. علاوة على ذلك، فإن دمج الإلكترونيات التحكمية (مثل دوائر IC للسائق) مباشرة مع عبوة LED هو اتجاه ناشئ لتبسيط تصميم النظام.