ورقة بيانات LED الأحمر 2020 Cube Light - 2.0x2.0x0.8mm - 2.3V - 0.115W - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

مصباح 2020 Cube Light هو LED من نوع SMD عالي الموثوقية، مُصمم بشكل أساسي لتطبيقات الإضاءة المتطلبة في السيارات. هذا المكون جزء من عائلة منتجات مُهندسة لتلبية معايير صناعة السيارات الصارمة، بما في ذلك تأهيل AEC-Q102. يتميز الجهاز ببصمة مدمجة 2020 (2.0 مم × 2.0 مم) وبإصداره للضوء الأحمر، مما يجعله مناسبًا لوظائف الإشارة والإضاءة الداخلية المختلفة داخل المركبات. تشمل مزاياه الأساسية بناءً متينًا للبيئات القاسية، والامتثال للوائح البيئية (RoHS، REACH، خالٍ من الهالوجين)، وأداءً ثابتًا عبر نطاق واسع من درجات حرارة التشغيل.

2. تحليل المعلمات التقنية

2.1 الخصائص الضوئية والكهربائية

يتم تعريف المقاييس الرئيسية لأداء LED تحت ظروف التشغيل النموذجية لتيار أمامي (IF) بقيمة 50 مللي أمبير ودرجة حرارة وسادة حرارية 25°م. التدفق الضوئي النموذجي (IV) هو 8 لومن، بحد أدنى 5 لومن وحد أقصى 13 لومن، مع تسامح قياسي بنسبة 8%. الطول الموجي السائد (λd) هو نموذجيًا 616 نانومتر، مما يضعه في الطيف الأحمر، مع نطاق من 612 نانومتر إلى 627 نانومتر (تسامح ±1 نانومتر). يوفر الجهاز زاوية رؤية واسعة 120 درجة (φ)، مع تسامح ±5 درجة، مما يضمن رؤية جيدة من المواقع خارج المحور. كهربائيًا، الجهد الأمامي النموذجي (VF) هو 2.3 فولت عند 50 مللي أمبير، يتراوح من 1.75 فولت إلى 2.75 فولت (تسامح ±0.05 فولت).

2.2 الحدود القصوى المطلقة

تحدد هذه التصنيفات حدود الإجهاد التي قد يتسبب تجاوزها في حدوث تلف دائم. الحد الأقصى المطلق للتيار الأمامي (IF) هو 75 مللي أمبير. يمكن للجهاز التعامل مع تيار اندفاعي (IFM) بقيمة 400 مللي أمبير لنبضات ≤10 ميكروثانية مع دورة عمل منخفضة جدًا (D=0.005). الحد الأقصى لتبديد الطاقة (Pd) هو 206.25 مللي واط. يجب ألا تتجاوز درجة حرارة الوصلة (TJ) 150°م. يتم تحديد نطاق درجة حرارة التشغيل والتخزين من -40°م إلى +125°م، مما يؤكد ملاءمته لبيئات السيارات. لم يتم تصميم LED للعمل بجهد عكسي. لديه تصنيف حساسية للتفريغ الكهروستاتيكي (HBM) بقيمة 2 كيلو فولت.

2.3 الخصائص الحرارية

إدارة الحرارة أمر بالغ الأهمية لأداء LED وعمره الافتراضي. تحدد ورقة البيانات قيمتين للمقاومة الحرارية من الوصلة إلى نقطة اللحام: مقاومة حرارية "حقيقية" (Rth JS real) بقيمة 36 كلفن/واط (بحد أقصى 42 كلفن/واط) ومقاومة حرارية "كهربائية" (Rth JS el) بقيمة 25 كلفن/واط (بحد أقصى 29 كلفن/واط). الاختلاف على الأرجح ناتج عن طريقة القياس. يُظهر منحنى تخفيض التيار الأمامي بوضوح أنه يجب تقليل الحد الأقصى المسموح به للتيار الأمامي مع زيادة درجة حرارة وسادة اللحام فوق 25°م لمنع تجاوز درجة حرارة الوصلة القصوى.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

يتم فرز LED إلى مجموعات (Bins) بناءً على ثلاث معلمات رئيسية لضمان الاتساق في عمليات الإنتاج ولتطابق التصميم.

3.1 تصنيف التدفق الضوئي

يتم تسمية مجموعات التدفق الضوئي بالرموز من E2 إلى E5. على سبيل المثال، تغطي المجموعة E3 التدفق الضوئي من 6 لومن إلى 8 لومن، بينما تغطي المجموعة E4 من 8 لومن إلى 10 لومن. هذا يسمح للمصممين باختيار مصابيح LED ذات نطاق سطوع محدد لتطبيقهم.

3.2 تصنيف الجهد الأمامي

تصنف مجموعات الجهد، والمشفرة كـ 1720، 2022، 2225، و 2527، مصابيح LED بناءً على انخفاض الجهد الأمامي الخاص بها. على سبيل المثال، تتضمن المجموعة 2022 مصابيح LED ذات VF بين 2.0 فولت و 2.25 فولت. هذا أمر بالغ الأهمية لتصميم دوائر تشغيل فعالة وضمان توزيع تيار موحد في مصفوفات LED المتعددة.

3.3 تصنيف الطول الموجي السائد

تصنف مجموعات الطول الموجي، والمشفرة من 1215 إلى 2427، مصابيح LED حسب درجة اللون الأحمر المحددة. على سبيل المثال، تتضمن المجموعة 1518 مصابيح LED ذات طول موجي سائد بين 615 نانومتر و 618 نانومتر. هذا يضمن اتساق اللون في التطبيقات حيث يكون مطابقة الدرجة اللونية الدقيقة أمرًا مهمًا.

4. تحليل منحنيات الأداء

توفر ورقة البيانات عدة رسوم بيانية تفصيلية للأداء تحت ظروف متغيرة.

4.1 منحنى IV والتدفق الضوئي النسبي

يُظهر الرسم البياني للتيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي علاقة غير خطية، نموذجية لمصابيح LED. يزداد الجهد مع التيار. يشير الرسم البياني للتدفق الضوئي النسبي مقابل التيار الأمامي إلى أن ناتج الضوء يزداد بشكل شبه خطي مع التيار، مما يؤكد أهمية التشغيل عند أو بالقرب من تيار الاختبار الموصى به (50 مللي أمبير) للحصول على أفضل كفاءة.

4.2 الاعتماد على درجة الحرارة

يُظهر الرسم البياني للجهد الأمامي النسبي مقابل درجة حرارة الوصلة أن VF ينخفض خطيًا مع زيادة درجة الحرارة (معامل درجة حرارة سالب)، والذي يمكن استخدامه لتقدير درجة حرارة الوصلة. يُظهر الرسم البياني للتدفق الضوئي النسبي مقابل درجة حرارة الوصلة أن ناتج الضوء ينخفض مع ارتفاع درجة الحرارة، وهو عامل حاسم في التصميم الحراري. يُظهر الرسم البياني لانزياح الطول الموجي السائد مقابل درجة حرارة الوصلة انزياحًا إيجابيًا (نحو أطوال موجية أطول) مع زيادة درجة الحرارة.

4.3 التوزيع الطيفي وقدرة التعامل مع النبضات

يُظهر الرسم البياني لخصائص الطول الموجي ذروة واحدة ضيقة في المنطقة الحمراء (~616 نانومتر)، مما يؤكد مصدرًا أحادي اللون. يُحدد الرسم البياني لقدرة التعامل مع النبضات المسموح بها الحد الأقصى المسموح به للتيار الاندفاعي لأعرض نبضات ودورات عمل مختلفة، وهو أمر حيوي لتصميم الدوائر التي قد تتعرض لظروف عابرة.

5. معلومات الميكانيكية والعبوة

5.1 الأبعاد الفيزيائية

يحدد الرسم الميكانيكي أبعاد عبوة LED. حجم الجسم هو 2.0 مم × 2.0 مم بارتفاع نموذجي 0.8 مم. التسامح هو عمومًا ±0.1 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. يتضمن الرسم تفاصيل عن شكل العدسة وموقع الوسادة الحرارية والأطراف الكهربائية.

5.2 تخطيط وسادة اللحام الموصى به

يوفر رسم منفصل البصمة المثلى لتصميم لوحة الدوائر المطبوعة (PCB). يوضح أبعاد الوسادة للأنود والكاثود والوسادة الحرارية المركزية. الالتزام بهذا التخطيط أمر ضروري للحصول على لحام موثوق، وتوصيل حراري جيد إلى PCB، ومنع ظاهرة "اللوح القبري" (tombstoning) أثناء إعادة التدفق.

5.3 تحديد القطبية

على الرغم من عدم تفصيله صراحةً في النص المقدم، تستخدم مصابيح LED من نوع SMD عادةً علامة (مثل نقطة، أو شق، أو حجم/شكل مختلف للوسادة) على العبوة أو في رسم البصمة للإشارة إلى الكاثود. يجب على المصمم الرجوع إلى الرسم الميكانيكي الكامل لهذه المعلومات الحرجة.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 ملف إعادة تدفق اللحام

تم تصنيف الجهاز لدرجة حرارة إعادة تدفق لحام تبلغ 260°م لمدة 30 ثانية. يشير هذا إلى درجة الحرارة القصوى عند نقاط اللحام. يجب اتباع ملف إعادة تدفق مناسب مع مراحل التسخين المسبق، والنقع، وإعادة التدفق، والتبريد لتجنب الصدمة الحرارية وضمان نقاط لحام موثوقة دون الإضرار بشريحة LED أو العبوة.

6.2 احتياطات الاستخدام

تشمل الاحتياطات العامة تجنب الإجهاد الميكانيكي على العدسة، ومنع التلوث، واستخدام إجراءات التعامل المناسبة للأجهزة الحساسة للتفريغ الكهروستاتيكي. تتوافق ظروف التخزين مع نطاق درجة حرارة التشغيل (-40°م إلى +125°م) في بيئة منخفضة الرطوبة. تم تصنيف مستوى حساسية الرطوبة (MSL) عند المستوى 2، مما يعني أنه يمكن تعريض العبوة لظروف أرضية المصنع لمدة تصل إلى عام واحد قبل أن تتطلب الخبز قبل إعادة التدفق.

7. معلومات التعبئة والطلب

7.1 معلومات التعبئة

يتم توريد مصابيح LED على شريط وبكرة للتجميع الآلي. سيتم تحديد تفاصيل التعبئة (عرض الشريط، أبعاد الجيوب، حجم البكرة، الكمية لكل بكرة) في قسم معلومات التعبئة الكامل، مما يضمن التوافق مع معدات الاختيار والوضع القياسية.

7.2 نظام ترقيم الأجزاء

يتم فك تشفير رقم الجزء 2020-UR050DL-AM على النحو التالي:2020: عائلة المنتج/حجم العلبة.UR: اللون (أحمر).050: تيار الاختبار (50 مللي أمبير).D: نوع إطار التوصيل (ذهب + غراء أبيض).L: مستوى السطوع (منخفض).AM: تطبيق السيارات. يسمح هذا النظام بالتعريف الدقيق لخصائص المكون المحددة.

8. اقتراحات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

التطبيق الأساسي هو إضاءة السيارات. وهذا يشمل التطبيقات الداخلية مثل مؤشرات لوحة القيادة، وإضاءة الخلفية للمفاتيح، والإضاءة المحيطة. قد يكون مناسبًا أيضًا لوظائف الإشارة الخارجية مثل مصابيح الفرامل المركزية المرتفعة (CHMSL) أو تطبيقات أخرى غير المصابيح الأمامية حيث تكون إشارة حمراء مطلوبة، بشرط أن يلبي التصميم البصري متطلبات القياسات الضوئية التنظيمية.

8.2 اعتبارات التصميم

دائرة التشغيل:مشغل تيار ثابت إلزامي لضمان ناتج ضوئي مستقر ومنع الانفجار الحراري. يجب تصميم المشغل للعمل ضمن الحدود القصوى المطلقة، مع مراعاة التخفيض في درجات الحرارة العالية.
الإدارة الحرارية:يجب تصميم PCB لتوصيل الحرارة بعيدًا عن الوسادة الحرارية لـ LED بشكل فعال. قد يتضمن ذلك استخدام ثقوب حرارية (thermal vias)، أو صب نحاسي، أو الاتصال بنواة معدنية أكبر أو مشتت حراري.
التصميم البصري:قد تكون هناك حاجة إلى بصريات ثانوية (عدسات، أدلة ضوئية) لتشكيل الحزمة بزاوية 120 درجة للتطبيق المحدد.
حماية التفريغ الكهروستاتيكي:على الرغم من تصنيفه بـ 2 كيلو فولت HBM، فإن دمج حماية أساسية للتفريغ الكهروستاتيكي على PCB هو ممارسة جيدة لتعزيز المتانة.

9. المقارنة التقنية والتمييز

مقارنة بمصابيح LED التجارية القياسية، يتميز متغير 2020 Cube Light AM بـتأهيل السيارات (AEC-Q102), والذي يتضمن اختبارات صارمة لدورات درجة الحرارة، والرطوبة، والتشغيل في درجات حرارة عالية، وإجهادات أخرى. كما يتميز أيضًا بـمقاومة الكبريت (الفئة A1), وهو أمر بالغ الأهمية في بيئات السيارات حيث يمكن للغازات المحتوية على الكبريت أن تسبب تآكل المكونات القائمة على الفضة. نطاق درجة حرارة التشغيل الواسع (-40°م إلى +125°م) وهيكل التصنيف التفصيلي يزيدان من تمييزه كمكون مصمم لتطبيقات عالية الموثوقية وطويلة العمر حيث يكون اتساق الأداء أمرًا بالغ الأهمية.

10. الأسئلة الشائعة (FAQs)

س: ما الفرق بين المقاومة الحرارية "الحقيقية" و"الكهربائية"؟
ج: على الأرجح يتم قياس المقاومة الحرارية "الحقيقية" (Rth JS real) باستخدام طريقة استشعار درجة الحرارة المباشرة على الوصلة. عادةً ما يتم حساب المقاومة الحرارية "الكهربائية" (Rth JS el) باستخدام التغيير في الجهد الأمامي مع درجة الحرارة (طريقة عامل K). غالبًا ما تكون الطريقة الكهربائية أقل لأنها قد لا تلتقط جميع المسارات الحرارية. للتصميم الحراري المحافظ، يجب استخدام القيمة "الحقيقية" الأعلى.

س: هل يمكنني تشغيل هذا LED بمصدر جهد ثابت؟
ج: هذا غير موصى به بشدة. مصابيح LED هي أجهزة تعمل بالتيار. يمكن أن يتسبب تغيير صغير في الجهد الأمامي (بسبب درجة الحرارة أو اختلاف التصنيف) في تغيير كبير في التيار مع مصدر جهد ثابت، مما قد يؤدي إلى تيار زائد، وارتفاع درجة الحرارة، وفشل. استخدم دائمًا مشغل تيار ثابت أو مقاومة محددة للتيار مع مصدر جهد منظم بدقة.

س: لماذا توجد ملاحظة "لا تستخدم تيارًا أقل من 5 مللي أمبير" على منحنى التخفيض؟
ج: عند التيارات المنخفضة جدًا، يصبح ناتج الضوء لـ LED غير خطي وغير مستقر للغاية. يتم ضمان المعلمات الضوئية واللونية المحددة (التدفق الضوئي، الطول الموجي السائد) فقط عند أو بالقرب من تيار الاختبار البالغ 50 مللي أمبير. قد يؤدي التشغيل بأقل من 5 مللي أمبير إلى أداء غير متوقع وغير متسق.

س: كيف أفسر رموز التصنيف (Bins) عند الطلب؟
ج: يتم تحديد المجموعة المحددة من تصنيف التدفق الضوئي (مثل E4)، وتصنيف الجهد (مثل 2022)، وتصنيف الطول الموجي (مثل 1518) التي تتلقاها على بكرة من خلال التوزيع الإنتاجي للشركة المصنعة. لتطبيقات مطابقة اللون أو السطوع الحرجة، قد تحتاج إلى تحديد متطلبات "تصنيف ضيق" أو "تصنيف متطابق"، مما قد يؤثر على التوافر والتكلفة.

11. دراسة حالة تصميمية

السيناريو:تصميم مصفوفة LED متعددة لإضاءة محيطة لمقبض باب السيارة الداخلي.
المتطلبات:توهج أحمر موحد، سطوع مستقر عبر نطاق درجة حرارة المقصورة من -40°م إلى 85°م، عمر افتراضي 10 سنوات.
عملية التصميم:
1. اختيار LED:تم اختيار 2020-UR050DL-AM لامتثاله لـ AEC-Q102، ومقاومته للكبريت، ونطاق درجة حرارته الواسع.
2. التصنيف (Binning):لضمان اتساق اللون والسطوع، يتم طلب مصابيح LED من نفس أو مجموعات التصنيف المجاورة للتدفق الضوئي والطول الموجي (على سبيل المثال، جميعها من تصنيف التدفق الضوئي E3/E4 وتصنيف الطول الموجي 1518).
3. تصميم الدائرة:يقوم مشغل تيار ثابت واحد بتشغيل جميع مصابيح LED على التوالي. يضمن التكوين التسلسلي تيارًا متطابقًا عبر كل LED، مما يعزز سطوعًا موحدًا. يتم ضبط تيار المشغل على 50 مللي أمبير (نموذجي) أو أقل قليلاً (مثل 45 مللي أمبير) لتعزيز طول العمر وتوفير هامش حراري.
4. التصميم الحراري:لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) عبارة عن لوحة مزدوجة الطبقات مع صب نحاسي كبير في الطبقة العليا متصل بالوسادة الحرارية لكل LED عبر عدة ثقوب حرارية (thermal vias) إلى الطبقة السفلية، والتي تعمل كمشتت حراري.
5. التحقق:يتم اختبار التجميع لاتساق ناتج الضوء عند 25°م، 85°م، و -30°م. يتم إجراء اختبارات دورات درجة الحرارة للتحقق من موثوقية نقاط اللحام والمكونات.

12. مبدأ التشغيل

هذا LED هو جهاز أشباه موصلات يعتمد على وصلة p-n. عندما يتم تطبيق جهد أمامي يتجاوز الجهد المدمج للوصلة (حوالي 1.75-2.75 فولت لهذا LED الأحمر)، يتم حقن الإلكترونات من المنطقة من النوع n والثقوب من المنطقة من النوع p عبر الوصلة. عندما تتحد هذه حاملات الشحنة في المنطقة النشطة من مادة أشباه الموصلات (عادةً ما تعتمد على فوسفيد الألومنيوم الغاليوم الإنديوم - AlGaInP لمصابيح LED الحمراء)، يتم إطلاق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد التركيب المحدد لطبقات أشباه الموصلات الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث. تقوم العدسة الإيبوكسية بتغليف الشريحة، وتوفر حماية ميكانيكية، وتشكل حزمة ناتج الضوء.

13. اتجاهات التكنولوجيا

الاتجاه في مصابيح LED من نوع SMD للسيارات مثل 2020 Cube Light هو نحوكفاءة أعلى(المزيد من اللومن لكل واط)، مما يسمح باستهلاك طاقة أقل وتقليل الحمل الحراري.تحسين اتساق اللون وتصنيف أكثر ضيقًاهما أولويات مستمرة للتطبيقات الجمالية. هناك أيضًا دفع نحوموثوقية أعلى وعمر افتراضي أطولتحت ظروف تشغيل قاسية بشكل متزايد، بما في ذلك تصنيفات درجة حرارة وصلة أعلى. علاوة على ذلك، فإن التكامل معالتحكم الذكي(تعديل عرض النبض للتعتيم، مصابيح LED قابلة للعنونة) أصبح أكثر شيوعًا. تستمر مواد أشباه الموصلات الأساسية وتقنيات التعبئة في التطور لدعم هذه المتطلبات، مع تقدم في تصميم الشرائح، وتقنية الفوسفور (للأبيض والألوان الأخرى)، ومركبات القولبة المتقدمة لأداء حراري وبيئي أفضل.