ورقة بيانات LED أحمر PLCC-2 - زاوية رؤية 120° - جهد أمامي نموذجي 2.0 فولت - قدرة 40 مللي واط - درجة سيارات - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

توضح هذه الوثيقة مواصفات LED أحمر عالي الأداء مُركب على السطح في حزمة PLCC-2 (حامل الرقاقة الرصاصي البلاستيكي). تم تصميم هذا المكون بشكل أساسي للبيئة الصارمة للإلكترونيات السيارات، حيث يقدم مزيجًا من إخراج ضوئي عالٍ، وزاوية رؤية واسعة، وشهادات موثوقية قوية.

تشمل المزايا الأساسية لهذا المكون اعتماده بموجب معيار AEC-Q102 للأجهزة البصرية الإلكترونية المنفصلة، مما يضمن ملاءمته للتطبيقات السياراتية. ويتميز بمقاومة للكبريت مصنفة كـ A1، مما يجعله مقاومًا للأجواء المسببة للتآكل. علاوة على ذلك، يلتزم المنتج بتوجيهات RoHS وREACH والخالي من الهالوجين، متوافقًا مع اللوائح البيئية والسلامة العالمية. الأسواق المستهدفة الرئيسية هي أنظمة الإضاءة الداخلية والخارجية للسيارات، بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر: مجموعات لوحة القيادة، ومصابيح المؤشر، ووظائف الإضاءة المختلفة داخل المركبة.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

2.1 الخصائص الضوئية والبصرية

يتم تعريف الأداء الضوئي الرئيسي للـ LED تحت تيار أمامي نموذجي (I_F) بقيمة 20 مللي أمبير. شدة الإضاءة النموذجية (I_V) هي 1400 ملي كانديلا (مكد)، مع نطاق محدد من حد أدنى 900 مكد إلى حد أقصى 2240 مكد اعتمادًا على اختيار التصنيف (Binning). يتم تحقيق هذا السطوع العالي مع الحفاظ على زاوية رؤية واسعة جدًا (φ) تبلغ 120 درجة، مُعرَّفة على أنها الزاوية المحورية التي تنخفض فيها شدة الإضاءة إلى نصف قيمتها القصوى. الطول الموجي السائد (λ_d) يقع في الطيف الأحمر، ويتراوح من 612 نانومتر إلى 627 نانومتر، وهو ما يحدد اللون المُدرك للضوء المنبعث.

2.2 المعايير الكهربائية والحرارية

تتمحور الخصائص الكهربائية حول جهد أمامي نموذجي (V_F) بقيمة 2.00 فولت عند 20 مللي أمبير، مع حدود مسموح بها بين 1.75 فولت و2.75 فولت. تحدد التصنيفات القصوى المطلقة حدود التشغيل: أقصى تيار أمامي مستمر (I_F) 50 مللي أمبير، أقصى تبديد للطاقة (P_d) 137 مللي واط، وقدرة تيار الذروة (I_FM) 100 مللي أمبير لنبضات ≤ 10 ميكروثانية. الجهاز غير مصمم للعمل بجهد عكسي.

إدارة الحرارة أمر بالغ الأهمية لأداء LED وعمره الافتراضي. يتم تحديد المقاومة الحرارية من الوصلة (Junction) إلى نقطة اللحيم بطريقتين: قياس حقيقي (R_{th JS real}) بقيمة نموذجية 120 كلفن/واط (بحد أقصى 160 كلفن/واط) وقياس كهربائي (R_{th JS el}) بقيمة نموذجية 100 كلفن/واط (بحد أقصى 120 كلفن/واط). أقصى درجة حرارة مسموح بها للوصلة (T_J) هي 125°م، مع نطاق درجة حرارة تشغيل (T_opr) من -40°م إلى +110°م.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

لضمان الاتساق في تصميم التطبيق، يتم فرز مصابيح LED إلى مجموعات (Bins) بناءً على معايير رئيسية. وهذا يسمح للمصممين باختيار مكونات تلبي متطلبات التسامح المحددة لدوائرهم.

3.1 تصنيف شدة الإضاءة

يتم تجميع شدة الإضاءة في أربع مجموعات رئيسية: V2 (900-1120 مكد)، AA (1120-1400 مكد)، AB (1400-1800 مكد)، و BA (1800-2240 مكد). كما يتم توفير نطاقات التدفق الضوئي المقابلة للرجوع إليها، مقاسة بتسامح ±8%.

3.2 تصنيف الطول الموجي السائد

يتم تصنيف الطول الموجي السائد، الذي يحدد نقطة اللون، بخطوات 3 نانومتر. المجموعات مُوسومة بـ 1215 (612-615 نانومتر)، 1518 (615-618 نانومتر)، 1821 (618-621 نانومتر)، 2124 (621-624 نانومتر)، و 2427 (624-627 نانومتر)، مع تسامح قياس ±1 نانومتر.

3.3 تصنيف الجهد الأمامي

يتم تصنيف الجهد الأمامي إلى أربع مجموعات للمساعدة في تصميم السائق (Driver) ومطابقة التيار في مصفوفات LED المتعددة: 1720 (1.75-2.00 فولت)، 2022 (2.00-2.25 فولت)، 2225 (2.25-2.50 فولت)، و 2527 (2.50-2.75 فولت). تسامح القياس هو ±0.05 فولت.

4. تحليل منحنيات الأداء

توفر ورقة البيانات عدة رسوم بيانية ضرورية لفهم سلوك LED تحت ظروف تشغيل مختلفة.

4.1 منحنى التيار-الجهد (IV) والشدة النسبية

يظهر رسم التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي العلاقة الأسية النموذجية للدايودات. يُظهر منحنى الشدة الضوئية النسبية مقابل التيار الأمامي أن إخراج الضوء يزداد بشكل فوق خطي مع التيار قبل أن يشبع محتملاً، مما يؤكد على أهمية القيادة بتيار ثابت.

4.2 الاعتماد على درجة الحرارة

توضح الرسوم البيانية الرئيسية حساسية LED لدرجة الحرارة. يُظهر منحنى الشدة الضوئية النسبية مقابل درجة حرارة الوصلة انخفاضًا في إخراج الضوء مع زيادة درجة الحرارة. على العكس من ذلك، يُظهر رسم الجهد الأمامي النسبي مقابل درجة حرارة الوصلة معامل درجة حرارة سالب، حيث ينخفض V_Fبشكل خطي مع ارتفاع درجة الحرارة. يمكن استخدام هذه الخاصية أحيانًا لاستشعار درجة الحرارة. يشير رسم انزياح الطول الموجي السائد مقابل درجة حرارة الوصلة إلى تحول نحو أطوال موجية أطول (انزياح أحمر) مع زيادة درجة الحرارة.

4.3 التوزيع الطيفي وتخفيض التصنيف (Derating)

يؤكد رسم التوزيع الطيفي النسبي على الإخراج الأحمر أحادي اللون مع ذروة في منطقة ~625 نانومتر. منحنى تخفيض تصنيف التيار الأمامي (Derating Curve) حاسم للتصميم الحراري، حيث يظهر أقصى تيار مستمر مسموح به كدالة لدرجة حرارة لوح اللحيم. على سبيل المثال، عند أقصى درجة حرارة للوح اللحيم وهي 110°م، يجب تخفيض التيار الأمامي إلى 34 مللي أمبير. يُعرِّف مخطط قدرة التعامل مع النبضات المسموح بها منطقة التشغيل الآمنة لتيارات النبضات عند دورات عمل مختلفة.

5. معلومات الميكانيكا والتغليف والتركيب

5.1 الأبعاد الميكانيكية وقطبية التوصيل

يستخدم المكون حزمة قياسية PLCC-2 للتركيب على السطح. الرسم الميكانيكي المحدد (المشار إليه بمرجع القسم) سيوضح بالتفصيل الطول والعرض والارتفاع وتباعد الأطراف. يتضمن رقم القطعة حرف "R" يشير إلى تكوين قطبية عكسية؛ يُشار إلى الكاثود (المهبط) عادةً بشق أو زاوية مُعلَّمة على الغلاف. يجب على المصممين الرجوع إلى رسم الأبعاد التفصيلي للقياسات الدقيقة ومساحة التركيب (Footprint).

5.2 تصميم لوح اللحيم وملف إعادة التدفق (Reflow Profile)

يتم توفير تخطيط مقترح لـ لوح اللحيم لضمان تكوين وصلة لحيم مناسبة، وتخفيف حراري، واستقرار ميكانيكي. يتم تحديد ملف إعادة التدفق (Reflow Profile) بدرجة حرارة ذروة 260°م لمدة 30 ثانية، وهو متوافق مع عمليات اللحيم الخالي من الرصاص القياسية. الالتزام بهذا الملف ضروري لمنع التلف الحراري لحزمة LED أو مادة تثبيت الرقاقة (Die Attach).

5.3 التغليف واحتياطات التعامل

يتمتع الجهاز بمستوى حساسية الرطوبة (MSL) 2. هذا يعني أنه يمكن تخزين المكون لمدة تصل إلى عام واحد عند ≤ 30°م / 60% رطوبة نسبية قبل أن يتطلب الخبز (Baking) قبل لحام إعادة التدفق. يجب مراعاة احتياطات التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) القياسية، حيث أن الجهاز مصنف لـ 2 كيلو فولت نموذج جسم الإنسان (HBM). توضح معلومات التغليف مواصفات البكرة (Reel) والشريط (Tape) للتجميع الآلي.

6. إرشادات التطبيق واعتبارات التصميم

6.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

تم تصميم هذا LED صراحةً لتطبيقات السيارات:
الإضاءة الداخلية:إضاءة خلفية لوحة القيادة، إضاءة المفاتيح، الإضاءة المحيطة، ومؤشرات نظام الترفيه والمعلومات.
الإضاءة الخارجية:مصابيح الفرامل المركزية المرتفعة (CHMSL)، مصابيح العلامات الجانبية، ووظائف الإشارات الأخرى حيث يكون السطوع العالي والزاوية الواسعة مفيدين.
المجموعات (Clusters):مصابيح التحذير، مؤشرات الإشارة، وإضاءة العدادات.

6.2 اعتبارات التصميم الحرجة

• قيادة التيار:استخدم دائمًا سائق تيار ثابت (Constant-Current Driver) أو مقاومة محددة للتيار. نقطة التشغيل النموذجية هي 20 مللي أمبير، ولكن يجب أن يضمن التصميم ألا يتجاوز التيار الحد الأقصى المطلق البالغ 50 مللي أمبير تحت أي ظرف، مع مراعاة تخفيض التصنيف (Derating) لدرجة الحرارة.
• إدارة الحرارة:مسار المقاومة الحرارية يمر عبر ألواح اللحيم. تأكد من أن اللوحة المطبوعة (PCB) تحتوي على صب نحاسي كافٍ أو فتحات حرارية (Thermal Vias) لتبديد الحرارة، خاصة عند التشغيل في درجات حرارة محيطة أو تيارات عالية.
• حماية التفريغ الكهروستاتيكي (ESD):نفذ إجراءات التحكم في التفريغ الكهروستاتيكي القياسية أثناء التعامل والتجميع. على الرغم من تصنيفه لـ 2 كيلو فولت HBM، قد تكون هناك حاجة إلى حماية إضافية على اللوحة المطبوعة إذا كان LED معرضًا لواجهات يمكن للمستخدم الوصول إليها.
• التصميم البصري:توفر زاوية الرؤية 120 درجة حزمة ضوئية واسعة جدًا. بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب حزمة أكثر تركيزًا، ستكون هناك حاجة إلى بصريات ثانوية (عدسات).

7. معلومات الطلب وفك تشفير رقم القطعة

يتبع رقم القطعة هيكلًا محددًا:67-21R-UR0201H-AM.
67-21:عائلة المنتج.
R:قطبية عكسية.
UR:كود اللون (أحمر).
020:تيار الاختبار (20 مللي أمبير).
1:نوع إطار التوصيل (Lead Frame).
H:مستوى السطوع (عالي). المستويات الأخرى تشمل M (متوسط) و L (منخفض).
AM:يشير إلى درجة التطبيق السياراتي.

عند الطلب، قد تحتاج إلى تحديد رموز تصنيف (Binning) محددة لشدة الإضاءة والطول الموجي والجهد الأمامي للحصول على خصائص الأداء المطلوبة.

8. المقارنة التقنية والتمييز

مقارنةً بـ LED PLCC-2 التجارية القياسية، فإن المميزات الرئيسية لهذا الجهاز هي مؤهلاته السياراتية. يتضمن اعتماد AEC-Q102 اختبارات إجهاد صارمة لدورات درجة الحرارة والرطوبة وعمر التشغيل في درجات حرارة عالية وظروف أخرى خاصة ببيئات السيارات. مقاومة الكبريت (الفئة A1) هي ميزة حرجة أخرى للاستخدام السياراتي، حيث يمكن أن يؤدي التعرض للغازات المحتوية على الكبريت من الإطارات أو الوقود أو التلوث الجوي إلى تآكل المكونات المطلية بالفضة والتسبب في فشل. نطاق درجة حرارة التشغيل الواسع (-40°م إلى +110°م) يتجاوز أيضًا المواصفات التجارية النموذجية.

9. الأسئلة الشائعة (FAQ)

س: ما هو الحد الأدنى للتيار الأمامي لهذا LED؟
ج: تحدد ورقة البيانات الحد الأدنى للتيار الأمامي بـ 5 مللي أمبير. لا يُنصح بالتشغيل تحت هذا التيار كما هو موضح في رسم تخفيض التصنيف (Derating Graph).

س: هل يمكنني تشغيل هذا LED بمصدر طاقة 3.3 فولت بدون مقاومة؟
ج: لا. مع جهد أمامي نموذجي (V_F) بقيمة 2.0 فولت، فإن توصيله مباشرة بـ 3.3 فولت سيسبب تدفق تيار مفرط، ومن المحتمل أن يتجاوز الحد الأقصى للتصنيف ويدمر LED. دائمًا ما تكون هناك حاجة إلى مقاومة محددة للتيار على التوالي أو سائق تيار ثابت.

س: كيف تتغير شدة الإضاءة مع درجة الحرارة؟
ج: كما هو موضح في رسوم الأداء، تنخفض شدة الإضاءة مع زيادة درجة حرارة الوصلة. عند أقصى درجة حرارة للوصلة وهي 125°م، تكون الشدة الضوئية النسبية أقل بكثير مما هي عليه عند 25°م. التصميم الحراري أمر بالغ الأهمية للحفاظ على السطوع.

س: ماذا يعني "MSL: 2" لعملية الإنتاج الخاصة بي؟
ج: MSL 2 يعني أن المكونات معبأة في كيس حاجز للرطوبة مع بطاقة مؤشر رطوبة. بمجرد فتح الكيس، يجب لحام المكونات خلال عام واحد إذا تم تخزينها عند ≤ 30°م / 60% رطوبة نسبية. إذا تعرضت لرطوبة أعلى أو تجاوزت مدة الصلاحية (Floor Life)، فإن الخبز (Baking) مطلوب قبل إعادة التدفق لمنع تلف "انفجار الفشار" (Popcorning) أثناء اللحام.

10. دراسة حالة للتصميم والاستخدام

السيناريو: تصميم مؤشر تحذير عالي الموثوقية للوحة القيادة.
يحتاج المصمم إلى ضوء تحذير أحمر "فحص المحرك" يكون مرئيًا بوضوح من مجموعة واسعة من مواقع السائق، ويعمل بموثوقية على مدار عمر المركبة البالغ 15 عامًا، ويعمل في المناخات القاسية.

اختيار المكون:تم اختيار هذا LED المعتمد بموجب AEC-Q102 لموثوقيته، وزاوية الرؤية الواسعة 120° التي تضمن الرؤية، وبنائه المتين.
تصميم الدائرة:يتم تشغيل LED بواسطة نظام 12 فولت للمركبة عبر دائرة متكاملة (IC) لسائق تيار ثابت مضبوط على 20 مللي أمبير. يوفر السائق الحماية ضد التغيرات العابرة لتفريغ الحمل (Load Dump) وأحداث القطبية العكسية الشائعة في الأنظمة الكهربائية للسيارات.
التصميم الحراري:تم تصميم اللوحة المطبوعة (PCB) بلوح حراري متصل بمستوى نحاسي كبير لتبديد الحرارة، مما يحافظ على درجة حرارة لوح اللحيم أقل بكثير من 110°م حتى في بيئة المقصورة الساخنة.
التصميم البصري:يتم وضع عدسة موزعة بسيطة فوق LED لتلطيف نقطة الضوء ودمجها جمالياً في لوحة المجموعات (Cluster Panel).
تستفيد هذه الطريقة من المواصفات الرئيسية لـ LED لإنشاء حل متين وعالي الأداء يلبي معايير السيارات.

11. مقدمة عن مبدأ التشغيل

هذا الجهاز هو ديود باعث للضوء (LED)، وهو عبارة عن وصلة أشباه موصلات من النوع p-n. عند تطبيق جهد أمامي يتجاوز عتبة الدايود، تندمج الإلكترونات من المنطقة من النوع n مع الفجوات (Holes) من المنطقة من النوع p داخل الطبقة النشطة. تُطلق عملية إعادة الاندماج هذه الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد التركيب المادي المحدد لأشباه الموصلات (عادةً على أساس فوسفيد الألومنيوم الغاليوم الإنديوم - AlGaInP لمصابيح LED الحمراء) الطول الموجي، وبالتالي لون الضوء المنبعث. تحتوي حزمة PLCC-2 على الرقاقة شبه الموصلة، وتوفر اتصالات كهربائية عبر أطراف التوصيل (Lead Frames)، وتتضمن عدسة إيبوكسي مصبوبة تشكل إخراج الضوء وتحمي الرقاقة.

12. اتجاهات وتطورات التكنولوجيا

يستمر اتجاه إضاءة LED للسيارات نحو كفاءة أعلى (مزيد من اللومن لكل واط)، وزيادة كثافة الطاقة، وتكامل أكبر. بينما هذا المكون هو جهاز منفصل، هناك استخدام متزايد لحزم متعددة الرقائق (Multi-Die Packages) ووحدات LED التي تدمج إلكترونيات السائق والبصريات. علاوة على ذلك، فإن التقدم في تكنولوجيا الفوسفور وأشباه المواصل الباعثة مباشرة (Direct-Emitting) يوسع نطاق الألوان ويحسن تجسيد اللون للإضاءة المحيطة الداخلية. يستمر الطلب على موثوقية محسّنة، وعمر افتراضي أطول، وأداء تحت أغطية محركات ذات درجة حرارة أعلى (للتطبيقات الخارجية) في دفع علم المواد والابتكار في التغليف لمصابيح LED من درجة السيارات.