ورقة بيانات LED أحمر PLCC-2 - زاوية رؤية 120 درجة - شدة إضاءة نموذجية 3550 مللي كانديلا عند 50 مللي أمبير - جهد أمامي 2.2 فولت - درجة سيارات - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

تقدم هذه الوثيقة مواصفات LED أحمر عالي الأداء للتركيب السطحي في غلاف PLCC-2. تم تصميم الجهاز بشكل أساسي للتطبيقات المتطلبة في إضاءة المقصورة الداخلية للسيارات، حيث يوفر مزيجًا من خرج إضاءة عالي، وزاوية رؤية واسعة، وموثوقية قوية. تشمل مزاياه الأساسية الامتثال لمعايير السيارات الصارمة مثل AEC-Q102، ومقاومة ممتازة للكبريت (الفئة A1)، والالتزام بالتوجيهات البيئية مثل RoHS وREACH ومتطلبات الخلو من الهالوجين. السوق المستهدف هو الإلكترونيات السياراتية، وتحديدًا للإضاءة المحيطة الداخلية، والإضاءة الخلفية للمفاتيح، ووظائف المؤشرات الأخرى حيث تكون الموثوقية والأداء المتسق في الظروف القاسية أمرًا بالغ الأهمية.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

2.1 الخصائص الضوئية والكهربائية

يتم تعريف مقاييس الأداء الرئيسية للـ LED تحت ظروف الاختبار القياسية. الجهد الأمامي النموذجي (V_F) هو 2.20 فولت عند تيار أمامي (I_F) قدره 50 مللي أمبير، مع نطاق محدد من 1.75 فولت (الحد الأدنى) إلى 2.75 فولت (الحد الأقصى). يتم تصنيف شدة الإضاءة (I_V) عند 3550 مللي كانديلا (mcd) نموذجيًا تحت نفس حالة 50 مللي أمبير، مع حد أدنى 2800 mcd وحد أقصى 5600 mcd. الطول الموجي السائد (λ_d) يتركز عند 615 نانومتر، مما يحدد لونه الأحمر، مع تسامح ±1 نانومتر. يتميز الجهاز بزاوية رؤية واسعة جدًا تبلغ 120 درجة (φ)، مما يضمن رؤية جيدة من المواقع خارج المحور. الحد الأقصى المطلق للتيار الأمامي هو 70 مللي أمبير، ولم يتم تصميم الجهاز للعمل بجهد عكسي.

2.2 التصنيفات الحرارية والموثوقية

إدارة الحرارة أمر بالغ الأهمية لطول عمر الـ LED. المقاومة الحرارية من الوصلة إلى نقطة اللحام (R_{th JS}) لها قيمتان: 85 كلفن/واط (نموذجي، حقيقي) و 60 كلفن/واط (نموذجي، كهربائي). أقصى درجة حرارة مسموح بها للوصلة (T_J) هي 125 درجة مئوية، بينما يتراوح نطاق درجة حرارة التشغيل (T_opr) من -40 درجة مئوية إلى +110 درجة مئوية. يمكن للجهاز تحمل درجة حرارة لحام بإعادة التدفق تبلغ 260 درجة مئوية لمدة تصل إلى 30 ثانية. بالنسبة للحماية من التفريغ الكهروستاتيكي (ESD)، فهو مصنف لـ 2 كيلو فولت (نموذج جسم الإنسان). تبديد الطاقة (P_d) محدود بـ 192 ملي واط.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

لضمان اتساق اللون والسطوع في الإنتاج، يتم فرز مصابيح LED إلى مجموعات (Bins).

3.1 تصنيف شدة الإضاءة

يتم تصنيف شدة الإضاءة في هيكل تصنيف أبجدي رقمي مفصل. تتراوح المجموعات من L1 (11.2-14 mcd) إلى مجموعات الإخراج العالي مثل GA (18000-22400 mcd). الجهاز المحدد الذي تغطيه ورقة البيانات هذه، بناءً على تصنيفه النموذجي البالغ 3550 mcd، سيقع في مجموعة CA (2800-3550 mcd). يسمح هذا النظام للمصممين باختيار أجزاء ذات مستويات سطوع مضبوطة بدقة لتطبيقات الإضاءة الموحدة.

3.2 تصنيف الطول الموجي السائد

يتم أيضًا تصنيف الطول الموجي السائد، الذي يحدد اللون المُدرك. يتم تعريف المجموعات بواسطة رموز مكونة من أربعة أرقام تمثل الحد الأدنى والحد الأقصى للطول الموجي بالنانومتر. على سبيل المثال، تغطي المجموعة '1215' الأطوال الموجية من 612 نانومتر إلى 615 نانومتر. يضع الطول الموجي النموذجي للجهاز البالغ 615 نانومتر في المجموعة '1518' (615-618 نانومتر) أو ربما المجموعة '1215'، اعتمادًا على الدفعة الإنتاجية المحددة. هذا التصنيف الدقيق أمر بالغ الأهمية للتطبيقات التي تتطلب نقاط لون محددة أو خلط الألوان.

4. تحليل منحنيات الأداء

4.1 التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V)

يظهر الرسم البياني المقدم العلاقة بين التيار الأمامي والجهد الأمامي عند 25 درجة مئوية. المنحنى مميز للدايود، ويظهر زيادة أسية في التيار بمجرد تجاوز الجهد الأمامي عتبة معينة (حوالي 1.7 فولت لهذا الـ LED). هذا المنحنى ضروري لتصميم دائرة تحديد التيار لضمان التشغيل المستقر.

4.2 الخصائص الحرارية

توضح عدة رسوم بيانية تباين الأداء مع درجة الحرارة. يظهر الرسم البيانيشدة الإضاءة النسبية مقابل درجة حرارة الوصلةأن خرج الضوء ينخفض مع زيادة درجة الحرارة، وهو سلوك نموذجي لمصابيح LED. يوضح الرسم البيانيالجهد الأمامي النسبي مقابل درجة حرارة الوصلةأن V_Fله معامل درجة حرارة سالب، حيث يتناقص خطيًا مع ارتفاع درجة الحرارة. تظهر الرسوم البيانيةالطول الموجي السائد مقابل درجة حرارة الوصلةوالطول الموجي النسبي مقابل درجة حرارة الوصلةتحولًا طفيفًا في الطول الموجي (عادةً بضعة نانومترات) مع درجة الحرارة، وهو أمر مهم للتطبيقات الحساسة للألوان.

4.3 التوزيع الطيفي ونمط الإشعاع

يؤكد الرسم البيانيالتوزيع الطيفي النسبيعلى خرج اللون الأحمر أحادي اللون، مع ذروة حول 615 نانومتر وانبعاث ضئيل جدًا في أجزاء أخرى من الطيف. يُظهر الرسم البيانيخصائص الإشعاع النموذجية(غير مفصل بالكامل في المقتطف) عادةً التوزيع المكاني للضوء، موضحًا زاوية الرؤية 120 درجة حيث تنخفض الشدة إلى نصف قيمتها القصوى.

4.4 تخفيض التصنيف ومعالجة النبضات

يعدمنحنى تخفيض التيار الأماميأمرًا بالغ الأهمية للموثوقية. يظهر أقصى تيار أمامي مستمر مسموح به كدالة لدرجة حرارة وسادة اللحام (T_S). على سبيل المثال، عند درجة حرارة T_Sتساوي 110 درجة مئوية، يتم تخفيض الحد الأقصى لـ I_Fإلى 55 مللي أمبير. يحدد الرسم البيانيالقدرة المسموح بها على معالجة النبضاتأقصى تيار نبضي غير متكرر أو متكرر مسموح به لأعرض نبضة مختلفة (t_p) ودورات عمل (D)، وهو مفيد لتعتيم PWM أو الظروف العابرة.

5. معلومات الميكانيكية والغلاف

يستخدم الـ LED غلافًا قياسيًا للتركيب السطحي من نوع PLCC-2 (حامل الرقاقة الرصاصي البلاستيكي). بينما يتم الرجوع إلى الأبعاد الميكانيكية الدقيقة (الطول، العرض، الارتفاع) في القسم 7 من ورقة البيانات ولكن لم يتم توفيرها في المقتطف، إلا أن هذا النوع من الغلاف مستخدم على نطاق واسع ويسمح بالتجميع الآلي (Pick-and-Place). سيكون للجهاز علامات واضحة للأنود والكاثود للتوجيه الصحيح للوحة الدوائر المطبوعة (PCB). يتم توفير تخطيط موصى به لوسادة اللحام لضمان تكوين وصلة لحام مناسبة وتبديد حراري مناسب أثناء إعادة التدفق.

6. إرشادات اللحام والتجميع

الجهاز مناسب لعمليات لحام بإعادة التدفق. يسمح الملف المحدد بدرجة حرارة ذروة تبلغ 260 درجة مئوية كحد أقصى لمدة 30 ثانية. يجب على المصممين الالتزام بهذا الملف لمنع التلف الحراري للغلاف البلاستيكي أو شريحة أشباه الموصلات. تشمل الاحتياطات للاستخدام على الأرجح إجراءات التعامل القياسية لتجنب الإجهاد الميكانيكي على الأطراف، والحماية من الرطوبة (مستوى MSL 2)، وتجنب التفريغ الكهروستاتيكي المفرط. يجب أن تتوافق ظروف التخزين المناسبة مع نطاق درجة حرارة التخزين المحدد من -40 درجة مئوية إلى +110 درجة مئوية في بيئة جافة.

7. معلومات التعبئة والطلب

رقم الجزء لهذا الجهاز هو 57-21R-UR0501H-AM. يتم تغطية معلومات الطلب وتفاصيل التعبئة (مثل مواصفات الشريط والبكرة، الكمية لكل بكرة) في القسمين 6 و10 من ورقة البيانات. قد يشفر هيكل رقم الجزء معلومات مثل اللون (R للأحمر)، ونوع الغلاف، وربما رموز التصنيف (Binning)، مما يسمح بالطلب الدقيق لدرجة الأداء المطلوبة.

8. توصيات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

التطبيق الأساسي هوإضاءة المقصورة الداخلية للسيارات. وهذا يشمل الإضاءة الخلفية للوحة القيادة، والإضاءة المحيطة لأرضية المقصورة، والإضاءة الخلفية لأزرار التحكم والمفاتيح، ومؤشرات الحالة على وحدة التحكم المركزية. يجعل تأهيله لـ AEC-Q102 ومقاومته للكبريت مناسبًا بشكل خاص للبيئة القاسية داخل السيارة، والتي يمكن أن تشمل درجات حرارة عالية، ودورات حرارية، والتعرض للغازات المسببة للتآكل.

8.2 اعتبارات التصميم

عند التصميم باستخدام هذا الـ LED، يجب على المهندسين مراعاة عدة عوامل:
1. قيادة التيار:يوصى باستخدام محرك تيار ثابت للحفاظ على خرج ضوء مستقر، حيث أن سطوع الـ LED هو دالة للتيار، وليس الجهد. يجب أن تقيد الدائرة I_Fإلى 50 مللي أمبير للتشغيل النموذجي ولا تتجاوز أبدًا 70 مللي أمبير.
2. إدارة الحرارة:يجب أن يسهل تخطيط لوحة الدوائر المطبوعة تبديد الحرارة من وسادات اللحام لمنع تجاوز درجة حرارة الوصلة 125 درجة مئوية، خاصة في بيئات درجة الحرارة المحيطة العالية. يُنصح باستخدام تخطيط وسادة اللحام الموصى به وربما الثقوب الحرارية (Thermal Vias).
3. حماية ESD:على الرغم من تصنيفه لـ 2 كيلو فولت HBM، فإن تنفيذ حماية أساسية من التفريغ الكهروستاتيكي على خطوط الإدخال هو ممارسة جيدة، خاصة أثناء التعامل والتجميع.
4. التصميم البصري:توفر زاوية الرؤية 120 درجة انبعاثًا واسعًا. للضوء المركز، قد تكون البصريات الثانوية (العدسات) مطلوبة.

9. المقارنة التقنية والتمييز

مقارنةً بمصابيح LED التجارية القياسية، فإن المميزات الرئيسية لهذا الجهاز هي شهادات موثوقية درجة السيارات. يتضمن تأهيل AEC-Q102 مجموعة من الاختبارات الصارمة للتشغيل في درجات حرارة عالية، والصدمة الحرارية، ومقاومة الرطوبة، وطول العمر. يشير تصنيف مقاومة الكبريت من الفئة A1 إلى مقاومة فائقة للأجواء المحتوية على الكبريت، وهو نمط فشل شائع في بيئات السيارات بسبب بعض مركبات المطاط ومواد التشحيم. يتجاوز نطاق درجة حرارة التشغيل الواسع (-40 درجة مئوية إلى +110 درجة مئوية) ذلك الخاص بمصابيح LED الاستهلاكية النموذجية، مما يضمن الوظيفة في جميع الظروف المناخية التي قد تواجهها السيارة.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

س: هل يمكنني تشغيل هذا الـ LED مباشرة بمصدر طاقة 3.3 فولت؟
ج: لا. الجهد الأمامي النموذجي هو 2.2 فولت، ولكن يمكن أن يصل إلى 1.75 فولت. توصيله مباشرة بمصدر 3.3 فولت بدون مقاومة تحديد تيار أو محرك سيؤدي إلى تدفق تيار مفرط، مما قد يتجاوز الحد الأقصى المطلق البالغ 70 مللي أمبير ويدمر الـ LED. مقاومة على التوالي أو محرك تيار ثابت إلزاميان.

س: كيف يتغير خرج الضوء إذا قمت بتشغيله عند 30 مللي أمبير بدلاً من 50 مللي أمبير؟
ج: بالرجوع إلى الرسم البيانيشدة الإضاءة النسبية مقابل التيار الأمامي، فإن الخرج ليس متناسبًا خطيًا مع التيار. عند 30 مللي أمبير، تكون الشدة النسبية حوالي 0.6 (أو 60٪) من قيمتها عند 50 مللي أمبير. لذلك، ستكون شدة الإضاءة تقريبًا 2130 mcd (0.6 * 3550 mcd).

س: هل هذا الـ LED مناسب للتعتيم باستخدام PWM؟
ج: نعم، تعتبر مصابيح LED مثالية للتعتيم باستخدام PWM. يجب الرجوع إلى الرسم البيانيالقدرة المسموح بها على معالجة النبضاتللتأكد من أن تيار الذروة المختار وعرض النبضة ودورة العمل ضمن حدود التشغيل الآمنة. عادةً، لترددات التعتيم أعلى من 100 هرتز، يسمح الرسم البياني لتيارات النبضة أن تكون أعلى من الحد الأقصى للتيار المستمر، ولكن يجب إدارة متوسط الطاقة.

11. حالة عملية للتصميم والاستخدام

الحالة: تصميم إضاءة خلفية لمفتاح سيارة.يحتاج مصمم إلى إضاءة صف من 5 مفاتيح ضغط على وحدة التحكم المركزية. يتطلب كل مفتاح إضاءة حمراء موحدة ومنخفضة المستوى. يختار المصمم هذا الـ LED لموثوقيته. باستخدام مصدر طاقة السيارة 12 فولت، يتم تصميم دائرة حيث يتم تشغيل كل LED بواسطة منظم تيار ثابت مخصص مضبوط على 50 مللي أمبير. يتم وضع مصابيح LED على لوحة الدوائر المطبوعة خلف دليل ضوء لتوزيع الحزمة بزاوية 120 درجة بالتساوي عبر أيقونة المفتاح. يؤكد التحليل الحراري أنه في أسوأ حالة لدرجة حرارة المقصورة البالغة 85 درجة مئوية، تظل درجة حرارة وسادة اللحام أقل من 100 درجة مئوية، مما يحافظ على التيار الأمامي ضمن الحد المخفض من الرسم البياني، وبالتالي ضمان الموثوقية طويلة الأجل.

12. مقدمة عن مبدأ التشغيل

مصابيح الثنائيات الباعثة للضوء (LEDs) هي أجهزة أشباه موصلات تشع الضوء من خلال الوميض الكهربائي. عندما يتم تطبيق جهد أمامي عبر وصلة p-n، تندمج الإلكترونات من المادة من النوع n مع الفجوات من المادة من النوع p في المنطقة النشطة. تطلق عملية إعادة التركيب هذه الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يتم تحديد الطول الموجي المحدد (اللون) للضوء المنبعث بواسطة فجوة النطاق الطاقي لمواد أشباه الموصلات المستخدمة في بناء شريحة الـ LED. في هذا الـ LED الأحمر، تُستخدم عادةً مواد مثل ألومنيوم جاليوم زرنيخيد (AlGaAs) أو مركبات مماثلة لإنتاج فوتونات بطول موجي حوالي 615 نانومتر، والذي تدركه العين البشرية على أنه أحمر.

13. اتجاهات وتطورات التكنولوجيا

يتجه تطور إضاءة السيارات بمصابيح LED نحو كفاءة أعلى (المزيد من اللومن لكل واط)، مما يقلل من استهلاك الطاقة والحمل الحراري. هناك أيضًا اتجاه نحو أحجام غلاف أصغر بكثافة طاقة أعلى، مما يتيح تصاميم أكثر إحكاما وعصرية. علاوة على ذلك، أصبح دمج الإلكترونيات التحكمية مباشرة مع غلاف الـ LED (مثل محركات LED، دوائر الحماية) أكثر شيوعًا، مما يبسط تصميم النظام للمهندسين. كما أن الطلب على نطاق ألوان أوسع ومؤشرات تجسيد لون (CRI) أعلى للإضاءة المحيطة الداخلية يدفع أيضًا نحو تطورات في تكنولوجيا الفوسفور وتصاميم الرقائق المتعددة، على الرغم من أن هذا الجهاز المحدد هو LED أحادي اللون أحمر. تستمر معايير الموثوقية في التطور، مع متطلبات عمر أطول واختبارات لعوامل الإجهاد البيئية الجديدة.