ورقة بيانات LED الأحمر 2820 - حزمة SMD مقاس 2.8x2.0 مم - جهد أمامي نموذجي 2.4 فولت - 70 لومن عند 350 مللي أمبير - درجة سيارات

1. نظرة عامة على المنتج

تمثل سلسلة 2820 ثنائي باعث للضوء (LED) أحمر عالي السطوع ومركب على السطح، مصمم خصيصًا لتطبيقات الإضاءة في السيارات المتطلبة. تم تصميم هذا المكون لتلبية معايير صناعة السيارات الصارمة، حيث يقدم أداءً موثوقًا في حزمة SMD مدمجة. تطبيقه الأساسي هو في إضاءة الإشارات والداخلية للسيارات، حيث يكون ناتج اللون المتساقط، والموثوقية العالية، وعمر التشغيل الطويل من المتطلبات الحاسمة.

تشمل المزايا الأساسية لهذا الـ LED تأهيله وفقًا لمعيار AEC-Q102 المراجعة A، مما يضمن تلبية متطلبات الجودة والموثوقية الصارمة لقطاع السيارات. كما أنه متوافق مع توجيهات RoHS وREACH البيئية وخالي من الهالوجين، مما يجعله مناسبًا للتصاميم الحديثة الواعية بيئيًا. تم تصنيف حساسية الرطوبة للحزمة بـ MSL 2، مما يشير إلى حساسية معتدلة للرطوبة، وهو أمر قياسي للعديد من مكونات SMD.

2. الغوص العميق في المعلمات التقنية

2.1 الخصائص الضوئية والكهربائية

يتم تعريف مقاييس الأداء الرئيسية تحت ظروف الاختبار القياسية للتيار الأمامي (I_F) بقيمة 350 مللي أمبير. التدفق الضوئي النموذجي هو 70 لومن (lm)، بحد أدنى 60 لومن وحد أقصى 90 لومن، مع تسامح قياس ±8%. يتم تحقيق هذا الناتج العالي بجهد أمامي نموذجي (V_F) بقيمة 2.4 فولت، يتراوح من 2.00 فولت إلى 2.75 فولت (تسامح ±0.05 فولت). الطول الموجي السائد (λ_d) هو نموذجيًا 614 نانومتر (nm)، مما يحدد لونه الأحمر، مع نطاق من 612 نانومتر إلى 624 نانومتر (تسامح ±1 نانومتر). يوفر الجهاز زاوية رؤية واسعة تبلغ 120 درجة (φ)، مع تسامح ±5 درجة، مما يوفر إضاءة واسعة وموحدة.

2.2 التقييمات الحرارية والحدود القصوى المطلقة

إدارة الحرارة أمر بالغ الأهمية لطول عمر الـ LED. يتم تحديد المقاومة الحرارية من الوصلة إلى نقطة اللحام (R_{th JS}) من خلال طريقتين: قياس حقيقي بقيمة 12.8 كلفن/واط (نموذجي) وقياس بالطريقة الكهربائية بقيمة 10 كلفن/واط (نموذجي). تحدد الحدود القصوى المطلقة حدود التشغيل: أقصى تبديد للطاقة (P_d) بقيمة 1375 ملي واط، أقصى تيار أمامي مستمر (I_F) بقيمة 500 مللي أمبير، وتيار اندفاعي (I_FM) بقيمة 1500 مللي أمبير للنبضات ≤10 ميكروثانية بدورة عمل 0.005. أقصى درجة حرارة للوصلة (T_J) هي 150 درجة مئوية، بينما يتراوح نطاق درجة حرارة التشغيل والتخزين من -40 درجة مئوية إلى +125 درجة مئوية، وهو مناسب لبيئات السيارات. يمكن للجهاز تحمل حساسية ESD بقيمة 2 كيلو فولت (HBM، R=1.5 كيلو أوم، C=100 بيكو فاراد) ودرجة حرارة لحام الريفلو 260 درجة مئوية لمدة 30 ثانية.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

لضمان اتساق اللون والسطوع في الإنتاج، يتم فرز مصابيح LED إلى مجموعات (Bins). يستخدم هذا المنتج نظام تصنيف ثلاثي الأبعاد.

3.1 تصنيفات التدفق الضوئي

يتم تصنيف مصابيح LED حسب ناتجها الضوئي عند 350 مللي أمبير:
• المجموعة F6: من 60 لومن (الحد الأدنى) إلى 70 لومن (الحد الأقصى)
• المجموعة F7: من 70 لومن (الحد الأدنى) إلى 80 لومن (الحد الأقصى)
• المجموعة F8: من 80 لومن (الحد الأدنى) إلى 90 لومن (الحد الأقصى)

3.2 تصنيفات الجهد الأمامي

يتم فرز مصابيح LED حسب خصائصها الكهربائية:
• المجموعة 2022: من 2.00 فولت (الحد الأدنى) إلى 2.25 فولت (الحد الأقصى)
• المجموعة 2225: من 2.25 فولت (الحد الأدنى) إلى 2.50 فولت (الحد الأقصى)
• المجموعة 2527: من 2.50 فولت (الحد الأدنى) إلى 2.75 فولت (الحد الأقصى)

3.3 تصنيفات الطول الموجي السائد

يتم تجميع مصابيح LED حسب نقطة اللون الأحمر الدقيقة:
• المجموعة 1215: من 612 نانومتر (الحد الأدنى) إلى 615 نانومتر (الحد الأقصى)
• المجموعة 1518: من 615 نانومتر (الحد الأدنى) إلى 618 نانومتر (الحد الأقصى)
• المجموعة 1821: من 618 نانومتر (الحد الأدنى) إلى 621 نانومتر (الحد الأقصى)
• المجموعة 2124: من 621 نانومتر (الحد الأدنى) إلى 624 نانومتر (الحد الأقصى)

جميع قياسات التصنيف لها تسامحات محددة: ±8% للتدفق الضوئي، ±0.05 فولت للجهد الأمامي، و±1 نانومتر للطول الموجي السائد، باستخدام نبضة تيار مدتها 25 مللي ثانية.

4. تحليل منحنيات الأداء

4.1 التوزيع الطيفي ونمط الإشعاع

يظهر الرسم البياني للتوزيع الطيفي النسبي ذروة في المنطقة الحمراء حول 614 نانومتر، مع انبعاث ضئيل في النطاقات الطيفية الأخرى، مما يؤكد اللون الأحمر النقي. يوضح مخطط نمط الإشعاع التوزيع المكاني النموذجي للضوء، والذي يرتبط بمواصفات زاوية الرؤية 120 درجة حيث تنخفض الشدة إلى النصف عند ±60 درجة من الخط المركزي.

4.2 العلاقة بين التيار والجهد (I-V) والعلاقة بين التيار والتدفق الضوئي

يظهر الرسم البياني للتيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي المنحنى الأسي المميز للدايود. عند نقطة التشغيل النموذجية 350 مللي أمبير، يكون الجهد حوالي 2.4 فولت. يظهر الرسم البياني للتدفق الضوئي النسبي مقابل التيار الأمامي أن ناتج الضوء يزداد بشكل شبه خطي مع التيار، مما يؤكد على أهمية القيادة بتيار ثابت لتحقيق سطوع مستقر.

4.3 الاعتماد على درجة الحرارة

يظهر الرسم البياني للجهد الأمامي النسبي مقابل درجة حرارة الوصلة معامل درجة حرارة سالب؛ حيث ينخفض V_Fمع زيادة درجة الحرارة، وهو أمر نموذجي لمصابيح LED. يشير الرسم البياني للتدفق الضوئي النسبي مقابل درجة حرارة الوصلة إلى أن ناتج الضوء ينخفض مع ارتفاع درجة حرارة الوصلة، مما يسلط الضوء على الحاجة الماسة لإدارة حرارية فعالة للحفاظ على السطوع. يظهر الرسم البياني للانزياح الطيفي النسبي مقابل درجة حرارة الوصلة تحولًا طفيفًا في الطول الموجي السائد (عادةً بضعة نانومترات) مع درجة الحرارة، وهو أمر مهم للتطبيقات الحساسة للون.

4.4 تخفيض التصنيف (Derating) والتعامل مع النبضات

يحدد منحنى تخفيض التيار الأمامي أقصى تيار مستمر مسموح به بناءً على درجة حرارة لوحة اللحام (T_S). على سبيل المثال، عند أقصى T_Sبقيمة 125 درجة مئوية، يكون أقصى I_Fهو 500 مللي أمبير. يحدد الرسم البياني أيضًا حدًا أدنى لتيار التشغيل بقيمة 50 مللي أمبير. يحدد الرسم البياني لقدرة التعامل مع النبضات المسموح بها ذروة تيار النبضة (I_F) المسموح به لعرض نبضة معين (t_p) ودورة عمل (D) عند 25 درجة مئوية، وهو مفيد لأنظمة القيادة النبضية أو المتعددة.

5. المعلومات الميكانيكية ومواصفات الحزمة

5.1 أبعاد الحزمة

يأتي الـ LED في حزمة جهاز مركب على السطح (SMD) بالتعيين الصناعي 2820، وهو ما يتوافق مع أبعاد تقريبية تبلغ 2.8 مم في الطول و 2.0 مم في العرض. يوفر الرسم الميكانيكي التفصيلي في ورقة البيانات جميع الأبعاد الحرجة، بما في ذلك الارتفاع الكلي، وتباعد الأطراف، ومواقع لوحات التلامس. جميع الأبعاد بالمليمترات مع تسامح قياسي ±0.1 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك.

5.2 تخطيط لوحة اللحام الموصى به

يتم توفير مخطط مخصص لشكل الأرضية (Land Pattern) لتوجيه تصميم لوحة الدوائر المطبوعة (PCB). يعد الالتزام بتخطيط لوحة اللحام الموصى به أمرًا ضروريًا لتحقيق وصلات لحام موثوقة، وتبديد حراري سليم من لوحة التلامس الحرارية، ومحاذاة صحيحة للـ LED. يتضمن الرسم البياني أبعاد فتحة قناع اللحام ولوحة النحاس، مما يضمن تكوين حشوة لحام مثالية واستقرار ميكانيكي.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 ملف تعريف لحام الريفلو (Reflow)

المكون متوافق مع عمليات لحام الريفلو (Reflow) القياسية بالأشعة تحت الحمراء أو الحمل الحراري. تتضمن ورقة البيانات ملف تعريف لحام يحدد المعلمات الحرجة: أقصى درجة حرارة ذروة 260 درجة مئوية، والتي يمكن للحزمة تحملها لمدة تصل إلى 30 ثانية. يوضح الملف التفصيلي مراحل التسخين المسبق، والنقع، واللحام، والتبريد لمنع الصدمة الحرارية وضمان وصلات لحام موثوقة دون الإضرار بشريحة الـ LED أو الحزمة.

6.2 احتياطات الاستخدام

تشمل احتياطات التعامل والاستخدام الرئيسية: تجنب الإجهاد الميكانيكي على عدسة الـ LED، ومنع تلويث السطح البصري، وضمان اتباع إجراءات التعامل مع الكهرباء الساكنة (ESD) المناسبة بسبب تصنيف 2 كيلو فولت HBM، ومراعاة مستوى حساسية الرطوبة (MSL 2) عن طريق تجفيف المكونات إذا تم فتح كيس الحاجز الرطوبي لفترة أطول من الوقت المحدد قبل عملية اللحام.

7. معلومات التغليف والطلب

7.1 نظام ترقيم القطع

يتم فك تشفير رقم القطعة 2820-UR3501H-AM على النحو التالي:
• 2820: عائلة المنتج وحجم الحزمة.
• UR: رمز اللون للأحمر.
• 350: تيار الاختبار بالمللي أمبير (350 مللي أمبير).
• 1: نوع إطار التوصيل (1 = مطلي بالذهب).
• H: مستوى السطوع (H = عالي).
• AM: يشير إلى سلسلة التطبيقات الخاصة بالسيارات.

توفر ورقة البيانات أيضًا قائمة شاملة لرموز الألوان الأخرى المتاحة (مثل UB للأزرق، وUG للأخضر، وUA للعنبر، ودرجات حرارة بيضاء متنوعة) لمنصة 2820.

7.2 مواصفات التغليف

يتم توريد مصابيح LED على شريط وبكرة لتتوافق مع معدات التجميع الآلي (Pick-and-Place). يوضح قسم معلومات التغليف أبعاد البكرة، وعرض الشريط، وتباعد الجيوب، واتجاه المكونات على الشريط، وهو أمر بالغ الأهمية لإعداد خطوط التجميع بشكل صحيح.

8. اقتراحات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

التطبيق الأساسي والمعلن عنه هوإضاءة السيارات. وهذا يشمل مجموعة واسعة من الاستخدامات:
• إشارات خارجية: مصابيح الخلفية المركبة (أضواء الذيل/الفرامل)، وأضواء الفرامل المركزية المرتفعة (CHMSL)، وأضواء العلامات الجانبية.
• إضاءة داخلية: إضاءة خلفية لوحة القيادة، وإضاءة المفاتيح، والإضاءة المحيطة، وأضواء القراءة.
• تأهيله لمعيار AEC-Q102، ونطاق درجة الحرارة الواسع، ومقاومته للكبريت (الفئة A1) تجعله قويًا للبيئة القاسية للسيارات المعرضة لدورات الحرارة، والاهتزاز، والأجواء المسببة للتآكل المحتملة.

8.2 اعتبارات التصميم

• دائرة القيادة: استخدم دائمًا قائد تيار ثابت لضمان ناتج ضوئي مستقر ومنع الانفجار الحراري. يجب مراعاة مجموعة الجهد الأمامي عند تصميم القائد.
• إدارة الحرارة:** المقاومة الحرارية المنخفضة (10-13 كلفن/واط) هي من الوصلة إلى نقطة اللحام. تعتمد درجة حرارة الوصلة الفعلية بشكل كبير على التصميم الحراري للوحة الدوائر المطبوعة (مساحة النحاس، الثقوب الموصلة، مادة اللوحة). استخدم منحنى تخفيض التصنيف لتصميم حل تبريد مناسب عبر لوحة الدوائر المطبوعة للحفاظ على T_Jضمن الحدود الآمنة، خاصة في درجات الحرارة المحيطة العالية.
• التصميم البصري: زاوية الرؤية 120 درجة مفيدة للتطبيقات التي تتطلب إضاءة واسعة. للحصول على ضوء أكثر تركيزًا، ستكون هناك حاجة إلى بصريات ثانوية (عدسات).
• مقاومة الكبريت: يشير تصنيف معايير اختبار الكبريت من الفئة A1 إلى درجة من المقاومة للأجواء المحتوية على الكبريت، وهو أمر مفيد للتطبيقات في مناطق جغرافية معينة أو بيئات صناعية، وإن كان موجهاً في المقام الأول للسيارات.

9. المقارنة التقنية والتمييز

بينما توجد العديد من مصابيح LED الحمراء SMD، فإن سلسلة 2820 هذه تتميز عن غيرها من خلالتأهيلها لدرجة السيارات (AEC-Q102). هذا ليس مجرد مصطلح تسويقي؛ بل يعني أن المكون قد اجتاز مجموعة من اختبارات الإجهاد الصارمة التي حددتها صناعة السيارات للموثوقية طويلة الأمد في ظل ظروف قاسية. مقارنة بمصابيح LED ذات الدرجة التجارية، تقدم هذه السلسلة أداءً مضمونًا على النطاق المحدد من -40 درجة مئوية إلى +125 درجة مئوية، وتحمل أعلى لتيار الاندفاع، ومقاومة موثقة للكبريت. يجعل الجمع بين التدفق الضوئي العالي (70 لومن نموذجيًا)، وزاوية الرؤية الواسعة، وحزمة الموثوقية هذه، المرشح القوي لمصممي السيارات الذين لا يمكنهم المساومة على معدلات فشل المكونات.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

س: ما هو تيار التشغيل الموصى به لهذا الـ LED؟
ج: تحدد ورقة البيانات الأداء عند 350 مللي أمبير، وهو ما يعتبر نقطة التشغيل النموذجية. يمكن تشغيله من 50 مللي أمبير إلى الحد الأقصى المطلق وهو 500 مللي أمبير تيار مستمر، لكن السطوع والكفاءة سيتغيران. راجع دائمًا منحنى تخفيض التصنيف إذا كنت تعمل في درجات حرارة محيطة عالية.

س: كيف يمكنني تفسير تصنيف التدفق الضوئي (F6، F7، F8)؟
ج: يسمح لك هذا باختيار درجة السطوع لتطبيقك. على سبيل المثال، الطلب من المجموعة F7 يضمن أن الـ LED سينتج ما بين 70 و 80 لومن عند تشغيله بتيار 350 مللي أمبير تحت ظروف الاختبار القياسية. وهذا يضمن اتساق السطوع في منتجك النهائي.

س: مجموعة الجهد الأمامي هي 2225. ماذا يعني هذا لتصميم قائدي؟
ج: هذا يعني أن V_Fلمصابيح LED الخاصة بك سيكون بين 2.25 فولت و 2.50 فولت عند 350 مللي أمبير. يجب أن يكون قائد التيار الثابت الخاص بك قادرًا على توفير التيار المطلوب مع توفير جهد يساوي أو أعلى من أقصى V_Fفي السلسلة (مع مراعاة التوصيلات التسلسلية) بالإضافة إلى أي هامش أمان للقائد نفسه.

س: هل المشتت الحراري (Heatsink) ضروري؟
ج> بينما لا يحتوي الـ LED نفسه على مشتت حراري مرفق، فإن الإدارة الحرارية الفعالة هيأساسية. يجب نقل الحرارة بعيدًا عن لوحات اللحام عبر لوحة الدوائر المطبوعة. للتشغيل بالتيار الكامل (350-500 مللي أمبير) أو في درجات حرارة محيطة عالية، يوصى بشدة باستخدام لوحة دوائر مطبوعة ذات مساحة نحاسية حرارية كبيرة (تعمل كمشتت حراري) للحفاظ على الموثوقية طويلة الأمد ومنع تدهور التدفق الضوئي.

11. دراسة حالة للتصميم والاستخدام

السيناريو: تصميم ضوء فرامل سيارة عالي السطوع.
1. المتطلبات: يجب أن تفي مجموعة من مصابيح LED لضوء الفرامل بأنظمة شدة ضوئية محددة، وأن تتحمل دورات حرارة السيارات (من -40 درجة مئوية إلى 85 درجة مئوية محيطة)، وأن يكون عمرها الافتراضي أكثر من 10,000 ساعة.
2. اختيار المكون: تم اختيار 2820-UR3501H-AM لتأهيله لمعيار AEC-Q102، وناتجه الضوئي العالي (70 لومن نموذجيًا)، وقدرته على العمل عند درجة حرارة وصلة 125 درجة مئوية.
3. التصميم الحراري: تم تصميم لوحة الدوائر المطبوعة بطبقة نحاسية 2 أونصة في الأعلى والأسفل، متصلة بعدة ثقوب موصلة حرارية تحت لوحة التلامس الحرارية للـ LED. تم إجراء محاكاة حرارية للتأكد من بقاء درجة حرارة الوصلة أقل من 110 درجة مئوية عند تطبيق الفرامل بشكل مستمر في أقصى درجة حرارة للمقصورة.
4. التصميم الكهربائي: يتم ترتيب مصابيح LED في تكوين سلسلة-توازي. تم اختيار دائرة متكاملة (IC) قائدة لـ LED بتيار ثابت ووضع تخفيض (Buck-mode) يمكنها التعامل مع نطاق جهد الإدخال (9-16 فولت) وتوفير ناتج ثابت 350 مللي أمبير، مع تصنيف جهدها يتجاوز مجموع أقصى V_F(المجموعة 2527) للسلسلة التسلسلية.
5. النتيجة: اجتاز التجميع النهائي جميع اختبارات موثوقية السيارات (دورات الحرارة، الرطوبة، الاهتزاز) وقدم ناتج ضوء أحمر ساطع ومتسق طوال عمر السيارة.

12. مبدأ التشغيل

هذا الجهاز هو ثنائي باعث للضوء (LED). يعتمد تشغيله على ظاهرة الإضاءة الكهربائية (Electroluminescence) في مادة شبه موصلة. عند تطبيق جهد أمامي يتجاوز عتبة الدايود (حوالي 2.0 فولت لهذا الـ LED الأحمر)، يتم حقن الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة من طبقات أشباه الموصلات من النوع n والنوع p، على التوالي. تتحد حاملات الشحنة هذه، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). الطول الموجي المحدد (اللون) للضوء المنبعث، في هذه الحالة الأحمر حول 614 نانومتر، يتم تحديده بواسطة طاقة فجوة النطاق (Bandgap) للمواد شبه الموصلة المستخدمة في المنطقة النشطة لشريحة الـ LED. ثم يتم استخراج الضوء من خلال عدسة الإيبوكسي للحزمة، والتي تم تشكيلها لتحقيق زاوية الرؤية المطلوبة البالغة 120 درجة.

13. اتجاهات التكنولوجيا

The development of LEDs for automotive lighting follows several clear trends. There is a continuous push forأعلى كفاءة ضوئية(المزيد من اللومن لكل واط) لتقليل الحمل الكهربائي وتحسين كفاءة الطاقة، وهو أمر بالغ الأهمية للسيارات الكهربائية.تحسين اتساق اللون واستقرارهعبر درجة الحرارة وعمر التشغيل يظلان مهمين، خاصة مع اعتماد أنظمة مساعدة السائق المتقدمة (ADAS) القائمة على الكاميرا والتي يجب أن تكتشف أضواء الإشارة بشكل موثوق.التصغيريستمر، مما يسمح بتصميمات مصابيح أكثر نحافة وأكثر أناقة. علاوة على ذلك، فإن دمجالوظائف الذكية، مثل الإضاءة التكيفية والتواصل عبر الضوء (Li-Fi)، هو مجال ناشئ، على الرغم من أنه يتضمن عادةً وحدات معبأة أكثر تعقيدًا بدلاً من مصابيح LED منفصلة مثل 2820. تقع سلسلة 2820 ضمن اتجاه توفير مكونات منفصلة قوية وعالية الأداء تعمل كوحدات بناء موثوقة لهذه أنظمة الإضاءة المتقدمة.