ورقة بيانات LED أحمر فائق PLCC-2 - 2.0x1.25x0.8mm - جهد 2.0 فولت - قدرة 40 مللي واط - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

تقدم هذه الوثيقة تفاصيل المواصفات التقنية لصمام ثنائي باعث للضوء (LED) أحمر فائق عالي السطوع للتركيب السطحي، بتغليف PLCC-2 (حامل الرقاقة الرصاصي البلاستيكي). مُصمم بشكل أساسي للتطبيقات الداخلية المتطلبة في السيارات، يجمع هذا المكون بين الأداء الموثوق والامتثال لمعايير الصناعة. يجعله شكله المدمج وبناؤه المتين مناسبًا لوظائف الإضاءة الحساسة والمحدودة المساحة داخل مقصورة السيارة.

تشمل المزايا الأساسية للـ LED زاوية رؤية واسعة تبلغ 120 درجة لإضاءة موحدة، وشدة إضاءة نموذجية تبلغ 600 مللي كانديلا (mcd) عند تيار تشغيل قياسي 20 مللي أمبير، والامتثال لمعايير السيارات والبيئة الصارمة مثل AEC-Q102، وRoHS، وREACH، ومتطلبات الخلو من الهالوجين. يجعل هذا المزيج منه خيارًا موثوقًا به للمصممين الذين يبحثون عن المتانة والأداء في بيئات السيارات.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

2.1 الخصائص الضوئية والكهربائية

تحدد المعايير التشغيلية الرئيسية نطاق أداء الـ LED. تيار التشغيل الأمامي (IF) له نقطة تشغيل نموذجية 20 مللي أمبير، مع حد أدنى 5 مللي أمبير وحد أقصى مطلق 50 مللي أمبير. عند 20 مللي أمبير، يكون جهد التشغيل الأمامي النموذجي (VF) 2.0 فولت، ويتراوح من حد أدنى 1.75 فولت إلى حد أقصى 2.75 فولت. يساهم التشغيل بجهد منخفض في استخدام طاقة فعال.

يتميز الناتج الضوئي الأساسي بشدة إضاءة (IV) تبلغ 600 مللي كانديلا (نموذجي)، مع حد أدنى 450 مللي كانديلا وحد أقصى يصل إلى 1120 مللي كانديلا تحت ظروف الاختبار القياسية. يكون انبعاث الضوء في طيف الأحمر الفائق، مع طول موجي سائد (λd) نموذجي عند 630 نانومتر، ويتغير بين 627 نانومتر و639 نانومتر. تضمن زاوية الرؤية الواسعة البالغة 120 درجة (بمُتحمّل ±5°) توزيعًا ضوئيًا واسعًا ومتساويًا، وهو أمر بالغ الأهمية لإضاءة اللوحات والمؤشرات.

2.2 درجات الحرارة والحدود القصوى المطلقة

إدارة الحرارة أمر بالغ الأهمية لطول عمر الـ LED. يتميز الجهاز بقيمتين للمقاومة الحرارية: مقاومة حرارية حقيقية (Rth JS real) تبلغ 160 كلفن/واط (الحد الأقصى) ومقاومة حرارية كهربائية (Rth JS el) تبلغ 125 كلفن/واط (الحد الأقصى). تشير هذه القيم إلى ارتفاع درجة الحرارة لكل واط من الطاقة المُبددة من الوصلة إلى نقطة اللحام.

تحدد الحدود القصوى المطلقة الحدود التشغيلية التي لا يجب تجاوزها لمنع تلف دائم. الحد الأقصى لتبديد الطاقة (Pd) هو 137 مللي واط. يمكن للجهاز تحمل تيار اندفاعي (IFM) قدره 100 مللي أمبير لنبضات ≤ 10 ميكروثانية مع دورة عمل منخفضة جدًا (0.005). يجب ألا تتجاوز درجة حرارة الوصلة (TJ) 125 درجة مئوية، بينما يتراوح نطاق درجة حرارة التشغيل والتخزين من -40 درجة مئوية إلى +110 درجة مئوية، مما يؤكد ملاءمته للتطبيقات في السيارات. حساسية التفريغ الكهروستاتيكي (HBM) مصنفة عند 2 كيلو فولت.

3. تحليل منحنيات الأداء

3.1 العلاقة بين الطيف والجهد-التيار

يظهر رسم توزيع الطيف النسبي منحنى انبعاث ضيق وذروي يتركز حول 630 نانومتر، وهو ما يميز الـ LED الأحمر عالي النقاء. يُظهر منحنى التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (IF-VF) الخاصية الأسية للصمام الثنائي. يظهر رسم شدة الإضاءة النسبية مقابل التيار الأمامي زيادة شبه خطية في الناتج الضوئي مع التيار حتى نقطة 20 مللي أمبير النموذجية، مع انخفاض تدريجي عند التيارات الأعلى بسبب زيادة التأثيرات الحرارية.

3.2 الاعتماد على درجة الحرارة

يعد الأداء بالنسبة لدرجة الحرارة اعتبارًا تصميميًا رئيسيًا. يُظهر رسم شدة الإضاءة النسبية مقابل درجة حرارة الوصلة علاقة عكسية؛ فمع زيادة درجة الحرارة، ينخفض الناتج الضوئي. هذا سلوك نموذجي لمصابيح LED. على العكس من ذلك، يُظهر الجهد الأمامي معامل درجة حرارة سلبي، حيث ينخفض خطيًا مع ارتفاع درجة حرارة الوصلة. كما يتحول الطول الموجي السائد مع درجة الحرارة، عادةً ما يزداد (انزياح نحو الأحمر) مع ارتفاع حرارة الوصلة. هذه المنحنيات ضرورية لتصميم دوائر ذات تعويض حراري للحفاظ على سطوع ولون ثابتين.

3.3 تخفيض التصنيف والتشغيل بالنبضات

منحنى تخفيض تيار التشغيل الأمامي حاسم للموثوقية. يحدد الحد الأقصى المسموح به للتيار الأمامي المستمر بناءً على درجة حرارة لوحة اللحام (TS). على سبيل المثال، عند درجة حرارة لوحة لحام 110 درجة مئوية، الحد الأقصى المسموح به للتيار المستمر هو 35 مللي أمبير. يحدد الرسم أيضًا حدًا أدنى لتيار التشغيل يبلغ 5 مللي أمبير. يقدم مخطط قدرة التعامل مع النبضات المسموح بها إرشادات للتشغيل النبضي، ويظهر ذروة تيار النبضة المسموح به لأعرض نبضة ودورات عمل مختلفة، وهو مفيد لتطبيقات التعدد أو التعتيم باستخدام تعديل عرض النبضة (PWM).

4. شرح نظام التصنيف (Binning)

يتم فرز الـ LED إلى مجموعات (Bins) بناءً على ثلاثة معايير رئيسية لضمان الاتساق في عمليات الإنتاج ومطابقة التصميم.

4.1 تصنيف شدة الإضاءة

يتم تصنيف شدة الإضاءة إلى مجموعات أبجدية رقمية تتراوح من L1 (11.2-14 مللي كانديلا) حتى GA (18000-22400 مللي كانديلا). بالنسبة لرقم الجزء المحدد هذا (65-21-SR0200H-AM)، يتم تسليط الضوء على مجموعات الناتج المحتملة وتقع ضمن نطاقات U1 (450-560 مللي كانديلا) و U2 (560-710 مللي كانديلا)، بما يتماشى مع مواصفات 600 مللي كانديلا النموذجية. يسمح هذا للمصممين باختيار أجزاء ذات تحمل سطوع أضيق إذا لزم الأمر.

4.2 تصنيف الطول الموجي السائد

يتم تصنيف الطول الموجي السائد باستخدام رمز رباعي الأرقام. تغطي المجموعات طيفًا واسعًا من 459 نانومتر إلى 639 نانومتر. المجموعات ذات الصلة لهذا الـ LED الأحمر الفائق مظللة في نطاق 627-639 نانومتر، وتغطي على وجه التحديد الرموز 2730 (627-630 نانومتر)، 3033 (630-633 نانومتر)، 3336 (633-636 نانومتر)، و 3639 (636-639 نانومتر). يضمن هذا اتساق اللون عبر دفعات الإنتاج المختلفة.

4.3 تصنيف جهد التشغيل الأمامي

يتم تصنيف جهد التشغيل الأمامي باستخدام رمز رباعي الأرقام يمثل الحد الأدنى والأقصى للجهد بأعشار الفولت. تتراوح المجموعات من 1012 (1.00-1.25 فولت) إلى 2730 (2.70-3.00 فولت). بالنسبة لهذا الـ LED ذو الجهد الأمامي النموذجيVF البالغ 2.0 فولت، فمن المحتمل أن تكون المجموعات ذات الصلة هي 1720 (1.75-2.00 فولت) و 2022 (2.00-2.25 فولت). يمكن لمطابقة مجموعات الجهد تبسيط تصميم دائرة تحديد التيار في المصفوفات المتوازية.

5. معلومات الميكانيكية والتغليف

يتم وضع الـ LED داخل غلاف PLCC-2 قياسي للتركيب السطحي. من شأن الرسم الميكانيكي (المشار إليه ضمنيًا بمرجع قسم "الأبعاد الميكانيكية") أن يُظهر عادةً غلافًا به دليلين على جانبيين متقابلين. تشمل الأبعاد الحرجة الطول الإجمالي، والعرض، والارتفاع، وتباعد الدليلين، وحجم/موضع العدسة المصبوبة. تم تصميم الغلاف لتكون متوافقًا مع عمليات اللحام بالريفلو والتركيب الآلي (pick-and-place) الشائعة الاستخدام في تصنيع الإلكترونيات بالحجم الكبير.

6. إرشادات اللحام والتركيب

6.1 ملف تعريف لحام الريفلو

تحدد ورقة البيانات درجة حرارة لحام ريفلو قصوى تبلغ 260 درجة مئوية لمدة 30 ثانية. يشير هذا إلى درجة الحرارة القصوى المقاسة عند الدليلين/وصلات اللحام. عادةً ما يتم توفير ملف تعريف ريفلو موصى به، يوضح مراحل التسخين المسبق، والنقع، والريفلو، والتبريد لمنع الصدمة الحرارية وضمان وصلات لحام موثوقة دون الإضرار بالهيكل الداخلي للـ LED أو عدسة الإيبوكسي.

6.2 تخطيط لوحة اللحام الموصى به

يتم توفير تخطيط موصى به لطبقة اللحام (Pad) لضمان الاستقرار الميكانيكي المناسب وتشكيل حشوة اللحام (Solder Fillet). يحسن تصميم الطبقة هذا من قوة وصلة اللحام ومسار نقل الحرارة من طبقة الحرارة الخاصة بالـ LED (إن وجدت) أو الدليلين إلى لوحة الدوائر المطبوعة (PCB). يعد اتباع هذا التخطيط ضروريًا لعائد التصنيع والموثوقية طويلة المدى.

6.3 احتياطات الاستخدام

تشمل الاحتياطات العامة تجنب استخدام الأدوات الحادة أثناء التعامل لمنع تلف العدسة أو الدليلين. يجب أن يكون التخزين في بيئة جافة ومضادة للكهرباء الساكنة وفقًا لتصنيف مستوى الحساسية للرطوبة (MSL) 3، والذي يتطلب خبز المكونات إذا تعرضت للظروف البيئية بعد انتهاء عمرها الافتراضي قبل لحام الريفلو. يجب أيضًا تجنب التعرض المباشر للضوء فوق البنفسجي عالي الكثافة أو مواد كيميائية معينة.

7. اقتراحات التطبيق

7.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

كما هو موضح في ملف PDF، التطبيق الأساسي هوإضاءة داخلية للسيارات. يشمل هذا الإضاءة لمفاتيح لوحة القيادة، ومقابض الأبواب، ومؤشرات ناقل الحركة، وضوابط نظام الصوت، والإضاءة المحيطة. التطبيق الرئيسي الثاني هو إضاءةلوحة العدادات، في إشارة إلى مجموعات العدادات أو مقاييس لوحة القيادة، حيث تكون هناك حاجة إلى إضاءة خلفية متسقة وموثوقة للرموز، والإبر، ورموز التحذير.

7.2 اعتبارات التصميم

عند التصميم باستخدام هذا الـ LED، ضع في الاعتبار ما يلي: استخدم دائمًا مقاومًا محددًا للتيار على التوالي أو محرك تيار ثابت لضبط تيار التشغيل الأمامي، عادةً عند 20 مللي أمبير للسطوع الاسمي. ضع في الاعتبار مجموعة جهد التشغيل الأمامي وتحملها عند حساب قيمة المقاوم أو جهد خرج المحرك. ضع في اعتبارك إدارة الحرارة، خاصة في المساحات المغلقة أو درجات الحرارة المحيطة العالية؛ استخدم منحنى تخفيض التصنيف لضبط الحد الأقصى لتيار التشغيل. للإضاءة الموحدة عبر عدة مصابيح LED، اختر مكونات من نفس مجموعات شدة الإضاءة والطول الموجي أو المجموعات المجاورة. تقلل زاوية الرؤية الواسعة من الحاجة إلى بصريات ثانوية في العديد من تطبيقات الإضاءة المنتشرة.

8. المقارنة والتمييز التقني

مقارنة بمصابيح LED من نوع PLCC-2 العامة غير المخصصة للسيارات، فإن المميزات الرئيسية لهذا المكون هي مؤهلاته الرسمية. يشير تأهيل AEC-Q102 إلى أنه اجتاز مجموعة من اختبارات الإجهاد المحددة للأجهزة البصرية الإلكترونية المنفصلة في تطبيقات السيارات، بما في ذلك عمر التشغيل في درجات الحرارة العالية، ودورات الحرارة، ومقاومة الرطوبة. يشير تصنيف متانة التآكل من الفئة B1 إلى مقاومة محسنة للغازات المسببة للتآكل مثل الكبريت، والتي قد تكون موجودة في بعض بيئات السيارات. يوفر الجمع بين زاوية رؤية واسعة تبلغ 120 درجة وشدة نموذجية تبلغ 600 مللي كانديلا توازنًا جيدًا بين السطوع والتشتت للتطبيقات الداخلية.

9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

س: هل يمكنني تشغيل هذا الـ LED عند 30 مللي أمبير للحصول على سطوع أكثر؟

ج: بينما الحد الأقصى المطلق هو 50 مللي أمبير، فإن تيار التشغيل النموذجي هو 20 مللي أمبير. التشغيل عند 30 مللي أمبير ممكن ولكنه سيزيد من درجة حرارة الوصلة ويسرع من انخفاض التدفق الضوئي. يجب عليك الرجوع إلى منحنى تخفيض التصنيف بناءً على درجة حرارة لوحة اللحام في تطبيقك لضمان بقاء درجة حرارة الوصلة أقل من 125 درجة مئوية.

س: ما الفرق بين المقاومة الحرارية الحقيقية والكهربائية؟

ج: المقاومة الحرارية الحقيقية (Rth JS real) تُقاس باستخدام مستشعر درجة حرارة مادي. المقاومة الحرارية الكهربائية (Rth JS el) تُحسب باستخدام معامل درجة حرارة الجهد الأمامي للـ LED. لأغراض التصميم، يجب استخدام القيمة الأكثر تحفظًا (الأعلى)، وهي 160 كلفن/واط في هذه الحالة، لتحليل حراري في أسوأ الحالات.

س: هل صمام ثنائي للحماية العكسية ضروري؟

ج: تنص ورقة البيانات على أن الجهاز "غير مصمم للتشغيل العكسي". تطبيق جهد عكسي يمكن أن يتلفه. في الدوائر حيث يكون الجهد العكسي ممكنًا (على سبيل المثال، في سيناريوهات تفريغ الحمل في السيارات)، يوصى بشدة باستخدام حماية خارجية مثل صمام ثنائي على التوالي أو صمام ثنائي لقمع الجهد العابر (TVS).

10. حالة تصميم عملية

فكر في تصميم إضاءة خلفية للوحة تحكم المناخ في السيارة بها 10 مؤشرات متطابقة. يستخدم كل مؤشر LED واحدًا. جهد التغذية هو نظام السيارة الاسمي 12 فولت. لضمان طول العمر، يستهدف التصميم درجة حرارة قصوى للوحة اللحام تبلغ 85 درجة مئوية. من منحنى تخفيض التصنيف، عند 85 درجة مئوية، الحد الأقصى للتيار المستمر هو حوالي 45 مللي أمبير. اختيار نقطة تشغيل آمنة تبلغ 15 مللي أمبير لكل LED يوفر هامشًا ويقلل من الإجهاد الحراري. مع جهد تشغيل أمامي نموذجيVF يبلغ 2.0 فولت، قيمة المقاوم التسلسلي المطلوبة لكل LED على مصدر 12 فولت هي (12 فولت - 2.0 فولت) / 0.015 أمبير = 667 أوم (استخدم القيمة القياسية 680 أوم). تبديد الطاقة لكل مقاوم هو (10 فولت)^2 / 680 أوم ≈ 0.147 واط، لذا فإن مقاوم 1/4 واط كافٍ. لضمان اتساق اللون والسطوع، حدد مصابيح LED من نفس مجموعة شدة الإضاءة (مثل U1) ومجموعة الطول الموجي السائد (مثل 2730) أثناء الشراء.

11. مبدأ التشغيل

هذا هو صمام ثنائي باعث للضوء (LED)، وهو جهاز تقاطع شبه موصل من النوع p-n. عند تطبيق جهد أمامي يتجاوز الجهد المدمج للوصلة، يتم حقن الإلكترونات والثقوب عبر الوصلة. عندما تتحد حاملات الشحنة هذه، يتم إطلاق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد التركيب المادي المحدد لطبقات أشباه الموصلات (عادةً ما يعتمد على زرنيخيد ألومنيوم جاليوم - AlGaAs لمصابيح LED الحمراء) الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث. يقوم غلاف PLCC-2 بتغليف الرقاقة شبه الموصلة، ويوفر حماية ميكانيكية، ويضم عدسة إيبوكسي مصبوبة تشكل الناتج الضوئي لتحقيق زاوية رؤية 120 درجة، ويوفر دليلين للتوصيل الكهربائي وتبديد الحرارة.

12. اتجاهات الصناعة

يستمر الاتجاه في إضاءة السيارات الداخلية نحو تكامل أعلى، وتحكم أكثر ذكاءً، وتجربة مستخدم محسنة. يتم استخدام مصابيح LED بشكل متزايد ليس فقط للوظيفة ولكن أيضًا للجو والعلامة التجارية. وهذا يدفع الطلب على مصابيح LED ذات كفاءة أعلى (مزيد من اللومن لكل واط)، وتصنيف أضيق للون والسطوع لضمان مظهر متسق، ومقاييس موثوقية محسنة لتتناسب مع ضمانات المركبات الأطول. هناك أيضًا تكامل متزايد لمصابيح LED مع محركات مدمجة أو دوائر متكاملة للتحكم (مثل iC-LEDs) لتبسيط تصميم الدوائر وتمكين ميزات متقدمة مثل قابلية التوجيه الفردي لتأثيرات الإضاءة الديناميكية. المكون الموصوف هنا، بمؤهلاته للسيارات وأدائه المتسق، يناسب الطبقة الأساسية لهذا النظام البيئي المتطور، حيث يوفر مصدر الضوء الخام الموثوق لكل من أنظمة الإضاءة البسيطة والمعقدة.