ورقة بيانات LED SMD أزرق ذو تركيب عكسي - حزمة EIA - 5mA - 45mcd - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

تحدد هذه الوثيقة مواصفات صمام ثنائي باعث للضوء (LED) من النوع السطحي (SMD) ذو التركيب العكسي، والذي يستخدم مادة أشباه الموصلات من نوع إنديوم جاليوم نيتريد (InGaN) لإنتاج الضوء الأزرق. يتميز الجهاز بعدسة شفافة تمامًا (Water-Clear) وهو معبأ بتنسيق قياسي متوافق مع معايير EIA. تم تصميمه لعمليات التجميع الآلي، بما في ذلك معدات الاختيار والوضع (Pick-and-Place) واللحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR Reflow)، مما يجعله مناسبًا للإنتاج بكميات كبيرة. يُصنف الـ LED كمنتج صديق للبيئة، متوافق مع توجيهات تقييد المواد الخطرة (RoHS).

1.1 المزايا الأساسية

• تصميم التركيب العكسي:يتم تركيب الشريحة في اتجاه محدد مُحسّن لتخطيطات لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) معينة واستخراج الضوء.
• التوافق مع الأتمتة:يتم توريده على شريط بعرض 8 مم على بكرات قطر 7 بوصات، متوافق بالكامل مع معدات التركيب واللحام الآلية القياسية.
• تحمل عالٍ للتفريغ الكهروستاتيكي (ESD):يتميز بعتبة تفريغ كهروستاتيكي تبلغ 8000 فولت تم اختبارها باستخدام نموذج جسم الإنسان (HBM)، مما يوفر متانة جيدة في التعامل.
• متوافق مع الدوائر المتكاملة (IC):تسمح الخصائص الكهربائية بالتشغيل المباشر من مخارج الدوائر المتكاملة ذات المستوى المنطقي القياسي.
• متوافق مع عمليات اللحام الخالية من الرصاص:يتحمل ملفات تعريف اللحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء المطلوبة للتجميع الخالي من الرصاص.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

يقدم القسم التالي تفصيلاً دقيقًا للحدود المطلقة وخصائص التشغيل للجهاز. يتم تحديد جميع المعلمات عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية ما لم يُذكر خلاف ذلك.

2.1 القيم القصوى المطلقة

تحدد هذه التقييمات حدود الإجهاد التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل عند أو تحت هذه الحدود.

• تبديد الطاقة (Pd):76 ملي واط. أقصى طاقة إجمالية يمكن للجهاز تبديدها كحرارة.
• تيار التشغيل الأمامي الذروي (I_FP):100 مللي أمبير. مسموح به في ظروف النبض (دورة عمل 1/10، عرض النبضة 0.1 مللي ثانية).
• تيار التشغيل الأمامي المستمر (I_F):20 مللي أمبير. أقصى تيار تشغيل أمامي مستمر للتشغيل الموثوق.
• نطاق درجة حرارة التشغيل (T_opr):من -20°C إلى +80°C.
• نطاق درجة حرارة التخزين (T_stg):من -30°C إلى +100°C.
• ظروف اللحام بالأشعة تحت الحمراء:يتحمل درجة حرارة ذروية تبلغ 260°C لمدة 10 ثوانٍ، وهي نموذجية لعمليات إعادة التدفق الخالية من الرصاص.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

هذه هي معلمات الأداء النموذجية تحت ظروف الاختبار القياسية (I_F= 5 مللي أمبير، Ta=25°C).

• شدة الإضاءة (I_V):تتراوح من حد أدنى 11.2 ملي شمعة (mcd) إلى حد أقصى 45.0 ملي شمعة (mcd). تعتمد القيمة النموذجية على التصنيف المحدد (انظر القسم 3). تم القياس بمستشعر مُرشح لمنحنى استجابة العين الضوئي CIE.
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):130 درجة. تشير زاوية الرؤية الواسعة هذه إلى نمط انبعاث ضوئي منتشر وغير مركز، مناسب لتطبيقات المؤشرات والإضاءة الخلفية التي تتطلب وضوحًا زاويًا واسعًا.
• الطول الموجي لذروة الانبعاث (λ_P):468 نانومتر. الطول الموجي المحدد الذي يكون عنده ناتج القدرة الطيفية في أعلى مستوياته.
• الطول الموجي السائد (λ_d):من 465.0 نانومتر إلى 475.0 نانومتر. هذا هو الطول الموجي الفردي الذي تدركه العين البشرية لتعريف اللون. يتم اشتقاقه من مخطط لونية CIE.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):25 نانومتر. تشير هذه المعلمة إلى نقاء الطيف أو عرض النطاق الترددي للضوء المنبعث. قيمة 25 نانومتر نموذجية لـ LED أزرق قياسي من نوع InGaN.
• جهد التشغيل الأمامي (V_F):من 2.65 فولت إلى 3.15 فولت. انخفاض الجهد عبر الـ LED عند تشغيله بتيار 5 مللي أمبير. يجب مراعاة هذا النطاق لحساب المقاوم المحدد للتيار في تصميم الدائرة.
• التيار العكسي (I_R):10 ميكرو أمبير كحد أقصى عند تطبيق جهد عكسي (V_R) بقيمة 0.55 فولت.ملاحظة هامة:لم يتم تصميم الجهاز للتشغيل تحت انحياز عكسي؛ حالة الاختبار هذه مخصصة لتوصيف التسرب فقط.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

لضمان الاتساق في الإنتاج، يتم فرز مصابيح LED إلى مجموعات (Bins) بناءً على معايير رئيسية. يسمح ذلك للمصممين باختيار قطع تلبي متطلبات تطبيقية محددة لتوحيد اللون والسطوع.

3.1 تصنيف جهد التشغيل الأمامي

تضمن المجموعات أن لمصابيح LED انخفاضات جهد متشابهة، مما يمكنه تبسيط تصميم مصدر الطاقة في المصفوفات المتوازية. التسامح لكل مجموعة هو ±0.1 فولت.

• المجموعة 1: 2.65V - 2.75V
• المجموعة 2: 2.75V - 2.85V
• المجموعة 3: 2.85V - 2.95V
• المجموعة 4: 2.95V - 3.05V
• المجموعة 5: 3.05V - 3.15V

3.2 تصنيف شدة الإضاءة

يقوم هذا التصنيف بتجميع مصابيح LED حسب ناتج سطوعها عند 5 مللي أمبير. التسامح لكل مجموعة هو ±15%.

• L1: 11.2 ملي شمعة - 14.0 ملي شمعة
• L2: 14.0 ملي شمعة - 18.0 ملي شمعة
• M1: 18.0 ملي شمعة - 22.4 ملي شمعة
• M2: 22.4 ملي شمعة - 28.0 ملي شمعة
• N1: 28.0 ملي شمعة - 35.5 ملي شمعة
• N2: 35.5 ملي شمعة - 45.0 ملي شمعة

3.3 تصنيف الطول الموجي السائد

يتحكم هذا في اللون المُدرك (درجة اللون) للضوء الأزرق. التسامح لكل مجموعة هو ±1 نانومتر.

• المجموعة AC: 465.0 نانومتر - 470.0 نانومتر (أزرق مائل قليلاً للأخضر)
• المجموعة AD: 470.0 نانومتر - 475.0 نانومتر (أزرق أنقى قليلاً)

4. تحليل منحنيات الأداء

بينما يتم الإشارة إلى منحنيات رسومية محددة في ورقة البيانات (مثل الشكل 1، الشكل 6)، فإن آثارها حاسمة للتصميم.

4.1 شدة الإضاءة مقابل تيار التشغيل الأمامي

ناتج الضوء (I_V) يتناسب تقريبًا مع تيار التشغيل الأمامي (I_F) ضمن نطاق التشغيل. سيؤدي تشغيل الـ LED فوق 5 مللي أمبير إلى زيادة السطوع ولكنه يزيد أيضًا من تبديد الطاقة ودرجة حرارة التقاطع، مما قد يؤثر على العمر الافتراضي والطول الموجي. يوفر الحد الأقصى للتيار المستمر 20 مللي أمبير هامش سطوع كبير من نقطة الاختبار 5 مللي أمبير.

4.2 جهد التشغيل الأمامي مقابل تيار التشغيل الأمامي ودرجة الحرارة

جهد V_Fللصمام الثنائي له معامل درجة حرارة سالب؛ فهو ينخفض مع زيادة درجة حرارة التقاطع. هذه الخاصية مهمة لتصميمات التشغيل بالتيار الثابت، حيث يمكن لمصدر الجهد الثابت أن يؤدي إلى هروب حراري إذا لم يكن محدود التيار بشكل صحيح. يجب استخدام نطاق V_Fالمحدد عند 25°C كدليل، مع فهم أنه سيتحول مع درجة حرارة التشغيل.

4.3 توزيع الطيف

سيظهر الرسم البياني الطيفي المشار إليه (الشكل 1) توزيعًا يشبه غاوسيًا متمركزًا عند الطول الموجي الذروي 468 نانومتر، بعرض كامل عند نصف القيمة القصوى (FWHM) يبلغ 25 نانومتر. هذا العرض الطيفي ذو صلة بالتطبيقات الحساسة لأطوال موجية محددة، مثل أجهزة الاستشعار أو أنظمة الإضاءة المختلطة الألوان.

5. المعلومات الميكانيكية ومعلومات الحزمة

5.1 أبعاد الحزمة وقطبية التوصيل

يتوافق الجهاز مع مخطط حزمة قياسي EIA. تعيين "التركيب العكسي" حاسم لتصميم بصمة لوحة الدوائر المطبوعة (PCB). يقع الكاثود والأنود على جوانب محددة من الحزمة. يوفر الرسم الميكانيكي الأبعاد الدقيقة (بالمليمتر) لتصميم نمط اللحام، بما في ذلك حجم اللوحة والتباعد لضمان اللحام والمحاذاة المناسبة. التسامح لمعظم الأبعاد هو ±0.10 مم.

5.2 تخطيط لوحة اللحام المقترح

يتم توفير نمط لوحة PCB موصى به (هندسة لوحة اللحام) لضمان تكوين وصلة لحام موثوقة أثناء إعادة التدفق. الالتزام بهذا النمط يساعد في منع ظاهرة "الشمعدان" (وقوف المكون على طرفه) ويضمن الاتصال الحراري والكهربائي المناسب.

6. إرشادات اللحام والتركيب

6.1 ملف تعريف اللحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR Reflow)

تم تضمين ملف تعريف إعادة تدفق مقترح للعمليات الخالية من الرصاص. تشمل المعلمات الرئيسية:

• التسخين المسبق:نطاق 150–200°C.
• وقت التسخين المسبق:120 ثانية كحد أقصى للسماح باستقرار درجة الحرارة وتنشيط المادة المساعدة للّحام (Flux).
• درجة الحرارة الذروية:260°C كحد أقصى.
• الوقت فوق درجة السيولة:يمكن للجهاز تحمل درجة الحرارة الذروية لمدة أقصاها 10 ثوانٍ. يجب إجراء إعادة التدفق بحد أقصى مرتين.

ملاحظة:يجب توصيف ملف التعريف لمجموعة PCB المحددة، حيث أن سمك اللوحة وكثافة المكونات ومعجون اللحام تؤثر على نقل الحرارة.

6.2 اللحام اليدوي

إذا كان اللحام اليدوي ضروريًا:

• درجة حرارة المكواة:300°C كحد أقصى.
• وقت اللحام:3 ثوانٍ كحد أقصى لكل طرف توصيل.
• التكرار:يجب إجراؤه مرة واحدة فقط لتجنب الإجهاد الحراري.

6.3 التنظيف

إذا كان التنظيف بعد اللحام مطلوبًا:

• استخدم المذيبات المحددة فقط: كحول الإيثيل أو كحول الأيزوبروبيل في درجة حرارة الغرفة العادية.
• يجب أن يكون وقت الغمر أقل من دقيقة واحدة.
• قد تتسبب المواد الكيميائية غير المحددة في إتلاف مادة حزمة الـ LED (عدسة الإيبوكسي).

7. التخزين والتعامل

7.1 احتياطات التفريغ الكهروستاتيكي (ESD)

على الرغم من تصنيف 8000 فولت HBM، يُوصى باحتياطات ESD القياسية: استخدم أسوار معصم مؤرضة، وسجاد مضاد للكهرباء الساكنة، ومعدات مؤرضة بشكل صحيح عند التعامل.

7.2 الحساسية للرطوبة

يتمتع الجهاز بتصنيف مستوى الحساسية للرطوبة (MSL) 2a.

• الكيس المغلق:قم بالتخزين عند ≤30°C و ≤90% رطوبة نسبية. العمر الافتراضي هو سنة واحدة عند التخزين في كيس الحاجز الرطوبي الأصلي مع مجفف.
• بعد الفتح:قم بالتخزين عند ≤30°C و ≤60% رطوبة نسبية. يجب تعريض الأجهزة لإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء خلال 672 ساعة (28 يومًا) من التعرض لظروف المصنع المحيطة.
• التخزين الممتد (مفتوح):قم بالتخزين في حاوية محكمة الإغلاق مع مجفف أو في مجفف نيتروجين.
• إعادة التجفيف (Rebaking):إذا تم التعرض لأكثر من 672 ساعة، قم بالتجفيف عند حوالي 60°C لمدة 20 ساعة على الأقل قبل اللحام لإزالة الرطوبة الممتصة ومنع ظاهرة "الفرقعة" (Popcorning) أثناء إعادة التدفق.

8. التعبئة والطلب

8.1 مواصفات الشريط والبكرة

• عرض الشريط الحامل:8 مم.
• قطر البكرة:7 بوصات.
• الكمية لكل بكرة:3000 قطعة.
• الحد الأدنى لكمية الطلب (MOQ):500 قطعة للكميات المتبقية.
• تغطية الجيوب:يتم إغلاق الجيوب الفارغة بشريط غطاء.
• المكونات المفقودة:يُسمح بحد أقصى اثنين من مصابيح LED مفقودة متتالية لكل مواصفة (ANSI/EIA 481).

9. ملاحظات التطبيق واعتبارات التصميم

9.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

• مؤشرات الحالة:على الإلكترونيات الاستهلاكية، والأجهزة المنزلية، ولوحات التحكم الصناعية، مستفيدة من زاوية الرؤية الواسعة.
• الإضاءة الخلفية:لشاشات LCD الصغيرة، لوحات المفاتيح، أو مفاتيح الغشاء.
• الإضاءة الزخرفية:في الإضاءة التكميلية منخفضة الطاقة أو اللافتات.
• تفعيل أجهزة الاستشعار:كمصدر ضوء لأجهزة الاستشعار البصرية (القرب، كشف الأشياء).

إخلاء المسؤولية الهام:هذا الـ LED مخصص للمعدات الإلكترونية العادية. لم يتم تصنيفه أو التوصية به للتطبيقات الحرجة للسلامة (مثل الطيران، دعم الحياة الطبي، تحكم النقل) حيث قد يعرض الفشل الحياة أو الصحة للخطر.

9.2 اعتبارات تصميم الدائرة الكهربائية

1. تحديد التيار:استخدم دائمًا مقاومًا على التوالي أو مشغل تيار ثابت. احسب قيمة المقاوم باستخدام أقصى V_Fمن المجموعة (مثل 3.15 فولت) وأدنى جهد إمداد لضمان ألا يتجاوز التيار الحد الأقصى المطلق للتصنيف، حتى في أسوأ الظروف.
2. إدارة الحرارة:بينما تبديد الطاقة منخفض، تأكد من وجود نحاس PCB كافٍ أو تخفيف حراري إذا كان التشغيل بالقرب من الحد الأقصى للتيار أو في درجات حرارة محيطة عالية للحفاظ على درجة حرارة التقاطع ضمن الحدود.
3. حماية الجهد العكسي:نظرًا لأن الجهاز لم يتم تصميمه للانحياز العكسي، ففكر في إضافة صمام ثنائي حماية على التوازي (الكاثود إلى الأنود) إذا كان الـ LED قد يتعرض لتقلبات جهد عكسي في الدائرة.

10. الأسئلة الشائعة (FAQs)

10.1 ماذا يعني "التركيب العكسي"؟

يشير التركيب العكسي إلى الاتجاه المادي لشريحة أشباه الموصلات للـ LED داخل الحزمة. في الـ LED القياسي، ينبعث الضوء بشكل أساسي من الأعلى. في تصميم التركيب العكسي، يتم توجيه الشريحة لتحسين انبعاث الضوء من الجوانب أو عبر لوحة الدوائر المطبوعة، وغالبًا ما يستخدم عندما يتم تركيب الـ LED في تجويف أو يتطلب مسارًا ضوئيًا محددًا. ستختلف بصمة PCB عن الـ LED القياسي ذو المنظر العلوي.

10.2 هل يمكنني تشغيل هذا الـ LED بتيار 20 مللي أمبير بشكل مستمر؟

نعم، 20 مللي أمبير هو الحد الأقصى المطلق لتصنيف تيار التشغيل الأمامي المستمر. للحصول على عمر افتراضي مثالي وأداء مستقر، من الممارسات الشائعة تشغيل مصابيح LED أقل من الحد الأقصى المطلق لها، غالبًا عند 10-15 مللي أمبير. ارجع دائمًا إلى منحنيات تخفيض التصنيف (إن وجدت) للتشغيل في درجات حرارة محيطة عالية.

10.3 كيف أفسر قيمة شدة الإضاءة؟

شدة الإضاءة (ملي شمعة) هي مقياس للسطوع المُدرك في اتجاه محدد (على طول المحور). تعني زاوية الرؤية 130 درجة أن هذا السطوع يُحافظ عليه على مخروط واسع جدًا. للتطبيقات التي تتطلب حزمة ضوئية مركزة، ستكون هناك حاجة إلى بصريات ثانوية (عدسات). يسمح لك نظام التصنيف (من L1 إلى N2) باختيار حد أدنى للسطوع لتصميمك.

10.4 لماذا تعتبر ظروف التخزين مهمة جدًا؟

تمتص مكونات SMD الرطوبة من الهواء. أثناء عملية اللحام بإعادة التدفق عالية الحرارة، يمكن لهذه الرطوبة المحبوسة أن تتبخر بسرعة، مما يسبب انفصالًا داخليًا، تشققًا، أو "فرقعة" (Popcorning)، مما يدمر المكون. يعتبر تصنيف MSL وتعليمات التجفيف بالفرن (Baking) أمران بالغا الأهمية لعائد التجميع والموثوقية.

11. مثال تصميمي عملي

السيناريو:تصميم مؤشر تشغيل بسيط لدائرة 5 فولت.

1. اختيار المجموعة:اختر مجموعة شدة (مثل M1 لـ 18-22.4 ملي شمعة) ومجموعة جهد (مثل المجموعة 3 لـ ~2.9 فولت) للحساب.
2. حساب المقاوم على التوالي:الهدف I_F= 10 مللي أمبير لتوازن بين السطوع والعمر الافتراضي.
   R = (V_supply- V_F) / I_F= (5V - 2.9V) / 0.01A = 210 أوم.
   استخدم مقاومًا قياسيًا 220 أوم. تحقق من تصنيف الطاقة: P_R= I²R = (0.01)²* 220 = 0.022 واط، لذا فإن مقاوم 1/10 واط أو 1/8 واط كافٍ.
3. تخطيط PCB:استخدم أبعاد لوحة اللحام المقترحة من ورقة البيانات. تأكد من أن القطبية صحيحة وفقًا لمخطط علامات الحزمة.
4. التجميع:اتبع ملف تعريف إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء الموصى به. إذا تم تجميع اللوحات في بيئة رطبة ولم يتم استخدامها على الفور، ففكر في تجفيف مصابيح LED قبل التجميع إذا كانت خارج الكيس المغلق لأكثر من 28 يومًا.

12. مقدمة تقنية

يعتمد هذا الـ LED على تقنية أشباه الموصلات من نوع InGaN (إنديوم جاليوم نيتريد) التي تنمو على ركيزة، عادةً من الياقوت أو كربيد السيليكون. عند تطبيق جهد أمامي، تتحد الإلكترونات والثقوب في منطقة البئر الكمومي النشطة، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات. تحدد النسبة المحددة للإنديوم إلى الجاليوم في السبيكة طاقة فجوة النطاق وبالتالي الطول الموجي الذروي للضوء المنبعث، والذي في هذه الحالة يكون في الطيف الأزرق (~468 نانومتر). تقوم عدسة الإيبوكسي الشفافة بتغليف الشريحة، وتوفر الحماية الميكانيكية، وتشكل ناتج الضوء (زاوية رؤية 130 درجة)، وتعزز كفاءة استخراج الضوء.

13. اتجاهات الصناعة

كان تطوير مصابيح LED الزرقاء، والتي مُنحت عنها جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2014، اختراقًا أساسيًا مكّن من إنتاج مصابيح LED البيضاء (عبر تحويل الفوسفور) والشاشات الملونة الكاملة. تركز الاتجاهات الحالية في مصابيح LED السطحية مثل هذه على:

• زيادة الكفاءة:فعالية إضاءة أعلى (مزيد من ناتج الضوء لكل واط كهربائي مدخل).
• التصغير:أحجام حزم أصغر (مثل 0201، 01005) للإلكترونيات الأكثر كثافة.
• تحسين اتساق اللون:تسامحات تصنيف أضيق للطول الموجي السائد والشدة، وهو أمر بالغ الأهمية لتطبيقات مثل الإضاءة الخلفية للشاشات.
• تعزيز الموثوقية:درجات حرارة تشغيل قصوى أعلى وتحسين مقاومة الرطوبة للتطبيقات السياراتية والصناعية.
• التعبئة المتقدمة:دمج رقائق LED متعددة (RGB، أبيض) في حزمة واحدة، أو حزم بمقاومات تحديد تيار مدمجة أو دوائر متكاملة تحكم ("مصابيح LED الذكية").