ورقة بيانات LED SMD أزرق عالي السطوع بتقنية InGaN - تركيب عكسي - جهد 2.8-3.8 فولت - شدة إضاءة 28-180 ميكروكانديلا

1. نظرة عامة على المنتج

يُفصّل هذا المستند مواصفات صمام ثنائي باعث للضوء (LED) عالي السطوع من نوع Surface Mount Device (SMD) بتركيب عكسي. يستخدم الجهاز شريحة أشباه موصلات من نوع InGaN (إنديوم جاليوم نيتريد) لإنتاج ضوء أزرق، وهو مُغلف بعلبة ذات عدسة شفافة تماماً متوافقة مع معايير EIA (تحالف الصناعات الإلكترونية). مُصمم لعمليات التجميع الآلي، وهو متوافق مع لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء. تشمل الميزات الرئيسية للمنتج التوافق مع توجيهات RoHS، وتصنيفه كمنتج صديق للبيئة، وعتبة عالية لمقاومة التفريغ الكهروستاتيكي (ESD).

2. تحليل مُتعمق للمعايير التقنية

2.1 الحدود القصوى المطلقة

يتم تعريف حدود تشغيل الجهاز عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية. قد يؤدي تجاوز هذه التقييمات إلى تلف دائم.

• تبديد الطاقة (Pd):76 ملي واط. هذه هي أقصى طاقة مستمرة يمكن للعلبة تبديدها كحرارة.
• تيار الأمام الذروي (I_FP):100 مللي أمبير. يُسمح بهذا فقط في ظل ظروف النبض بدورة عمل 1/10 وعرض نبضة 0.1 مللي ثانية لمنع ارتفاع درجة الحرارة.
• تيار الأمام المستمر (I_F):20 مللي أمبير. هذا هو الحد الأقصى الموصى به لتيار التشغيل المستمر لضمان أداء موثوق على المدى الطويل.
• عتبة التفريغ الكهروستاتيكي (ESD):8000 فولت (نموذج جسم الإنسان). يشير هذا التقييم العالي إلى حماية قوية ضد الكهرباء الساكنة التي قد تواجه أثناء التعامل.
• نطاق درجة حرارة التشغيل (T_opr):من -20 درجة مئوية إلى +80 درجة مئوية. يعمل الجهاز ضمن هذا المدى لدرجة الحرارة المحيطة.
• نطاق درجة حرارة التخزين (T_stg):من -30 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية.
• شرط لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء:يتحمل درجة حرارة ذروية تبلغ 260 درجة مئوية لمدة 10 ثوانٍ، وهو مناسب لعمليات التجميع الخالية من الرصاص.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

يتم قياس الأداء النموذجي عند Ta=25 درجة مئوية و I_F=20 مللي أمبير، ما لم يُذكر خلاف ذلك.

• شدة الإضاءة (I_V):28.0 - 180.0 ميكروكانديلا. تم القياس باستخدام مستشعر مُرشح لمنحنى استجابة العين الضوئي CIE. يتم إدارة النطاق الواسع من خلال نظام التصنيف (Binning).
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):130 درجة. هذه هي الزاوية الكاملة التي تنخفض عندها شدة الإضاءة إلى نصف قيمتها المحورية (على المحور)، مما يشير إلى نمط رؤية واسع.
• طول موجة الانبعاث الذروي (λ_P):468 نانومتر. الطول الموجي المحدد الذي يكون فيه الناتج الطيفي أقوى.
• الطول الموجي السائد (λ_d):465.0 - 475.0 نانومتر. هذا هو الطول الموجي الفردي الذي تدركه العين البشرية لتحديد اللون، والمستمد من مخطط لونية CIE.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):25 نانومتر. عرض النطاق الترددي لطيف الضوء المنبعث عند نصف أقصى شدته (العرض الكامل عند نصف الحد الأقصى - FWHM).
• جهد الأمام (V_F):2.80 - 3.80 فولت عند I_F=20 مللي أمبير. انخفاض الجهد عبر الصمام الثنائي الباعث للضوء عند مرور التيار.
• جهد العكس (V_R):0.6 - 1.2 فولت عند I_R=20 مللي أمبير. هذه حالة اختبار فقط؛ الجهاز غير مصمم للعمل تحت انحياز عكسي.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

لضمان اتساق اللون والسطوع في الإنتاج، يتم فرز الأجهزة إلى مجموعات (Bins) بناءً على المعايير الرئيسية. يتضمن رقم الجزء عادةً رموزاً تحدد مجموعته.

3.1 تصنيف جهد الأمام

الوحدات بالفولت (V) مقاسة عند 20 مللي أمبير. التسامح لكل مجموعة هو ±0.1 فولت.
المجموعة D7: 2.80 - 3.00 فولت
المجموعة D8: 3.00 - 3.20 فولت
المجموعة D9: 3.20 - 3.40 فولت
المجموعة D10: 3.40 - 3.60 فولت
المجموعة D11: 3.60 - 3.80 فولت

3.2 تصنيف شدة الإضاءة

الوحدات بالميكروكانديلا (mcd) مقاسة عند 20 مللي أمبير. التسامح لكل مجموعة هو ±15%.
المجموعة N: 28.0 - 45.0 ميكروكانديلا
المجموعة P: 45.0 - 71.0 ميكروكانديلا
المجموعة Q: 71.0 - 112.0 ميكروكانديلا
المجموعة R: 112.0 - 180.0 ميكروكانديلا

3.3 تصنيف الطول الموجي السائد

الوحدات بالنانومتر (nm) مقاسة عند 20 مللي أمبير. التسامح لكل مجموعة هو ±1 نانومتر.
المجموعة AC: 465.0 - 470.0 نانومتر
المجموعة AD: 470.0 - 475.0 نانومتر

4. تحليل منحنيات الأداء

تشير ورقة البيانات إلى منحنيات الأداء النموذجية الضرورية للتصميم. بينما لا يتم إعادة إنتاج رسوم بيانية محددة في النص، فإنها تشمل عادةً:

• شدة الإضاءة النسبية مقابل تيار الأمام (منحنى I_V/ I_F):يوضح كيف يزداد الناتج الضوئي مع التيار، عادةً في علاقة غير خطية تتشبع عند التيارات الأعلى.
• جهد الأمام مقابل تيار الأمام (منحنى V_F/ I_F):يوضح خاصية I-V للصمام الثنائي، وهي حاسمة لتصميم دوائر تحديد التيار.
• شدة الإضاءة النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطة:يوضح انخفاض الناتج الضوئي مع ارتفاع درجة حرارة الوصلة، وهو عامل رئيسي لإدارة الحرارة.
• التوزيع الطيفي:رسم بياني يظهر الطاقة النسبية المنبعثة عبر أطوال موجية مختلفة، متمركز حول الطول الموجي الذروي 468 نانومتر بعرض كامل عند نصف الحد الأقصى 25 نانومتر.

5. المعلومات الميكانيكية والعلبة

5.1 أبعاد الجهاز

يتوافق الصمام الثنائي الباعث للضوء مع مخطط علبة قياسي EIA. جميع الأبعاد بالميليمترات بتسامح قياسي ±0.10 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. تتميز العلبة بتصميم تركيب عكسي، مما يعني أن الانبعاث الضوئي الرئيسي يكون من خلال جانب الركيزة، مما يؤثر على تخطيط وسادات اللحام على اللوحة المطبوعة والتصميم البصري.

5.2 تخطيط وسادة اللحام الموصى به

يتم توفير نمط أرضي مقترح (Footprint) للوحة المطبوعة لضمان اللحام السليم، والاستقرار الميكانيكي، وتخفيف الحرارة. الالتزام بهذا النمط أمر بالغ الأهمية لتحقيق وصلات لحام موثوقة أثناء إعادة التدفق.

5.3 تحديد القطبية

مثل جميع الثنائيات، يحتوي الصمام الثنائي الباعث للضوء على أنود (+) وكاثود (-). يجب مراعاة القطبية الصحيحة أثناء التجميع. يشير رسم العلبة في ورقة البيانات إلى علامة القطبية على الجهاز، والتي يجب محاذاتها مع العلامة المقابلة على البصمة المطبوعة على اللوحة.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 ملف لحام إعادة التدفق

يتم توفير ملف مقترح لإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء للعمليات الخالية من الرصاص. تشمل المعايير الرئيسية:
- التسخين المسبق:150-200 درجة مئوية.
- وقت التسخين المسبق:بحد أقصى 120 ثانية لتسخين اللوحة والمكونات تدريجياً، وتفعيل المادة المساعدة للّحام وتقليل الصدمة الحرارية.
- درجة الحرارة الذروية:بحد أقصى 260 درجة مئوية.
- الوقت فوق نقطة السيولة:يجب أن يضمن الملف أن معجون اللحام يذوب بشكل صحيح. يمكن للمكون تحمل درجة الحرارة الذروية لمدة أقصاها 10 ثوانٍ، ويجب إجراء إعادة التدفق بحد أقصى مرتين.

ملاحظة:يعتمد الملف الأمثل على تصميم اللوحة المطبوعة المحدد، ومعجون اللحام، والفرن. يُوصى بإجراء توصيف للتطبيق المحدد.

6.2 اللحام اليدوي

إذا كان اللحام اليدوي ضرورياً (على سبيل المثال، للإصلاح)، استخدم مكواة لحام بدرجة حرارة لا تتجاوز 300 درجة مئوية. يجب أن يقتصر وقت اللحام على 3 ثوانٍ كحد أقصى لكل وصلة، ويجب القيام بذلك مرة واحدة فقط لمنع تلف العلبة.

6.3 ظروف التخزين

التخزين السليم أمر حيوي لمنع امتصاص الرطوبة، مما قد يتسبب في \"انفراج الذرة\" (تشقق العلبة) أثناء إعادة التدفق.
- العلبة المغلقة:قم بالتخزين عند ≤30 درجة مئوية و ≤90% رطوبة نسبية (RH). استخدم خلال عام واحد.
- العلبة المفتوحة:للمكونات التي تم إزالتها من كيسها المضاد للرطوبة، يجب ألا تتجاوز بيئة التخزين 30 درجة مئوية أو 60% رطوبة نسبية. يُوصى بإكمال لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء خلال 672 ساعة (28 يومًا، MSL 2a).
- التخزين الممتد (مفتوح):قم بالتخزين في حاوية محكمة الإغلاق مع مجفف أو في مجفف نيتروجين.
- إعادة الخبز:إذا تعرضت المكونات لأكثر من 672 ساعة، قم بخبزها عند حوالي 60 درجة مئوية لمدة 20 ساعة على الأقل قبل اللحام.

6.4 التنظيف

لا تستخدم مواد كيميائية غير محددة. إذا كان التنظيف مطلوباً بعد اللحام، انقع الصمام الثنائي الباعث للضوء في كحول الإيثيل أو كحول الأيزوبروبيل في درجة حرارة الغرفة لأقل من دقيقة واحدة. قد تتسبب المذيبات القوية في إتلاف مادة العلبة أو العدسة.

7. معلومات التعبئة والطلب

7.1 مواصفات الشريط والبكرة

يتم توريد الجهاز معبأً في شريط ناقل بارز بعرض 8 مم ملفوف على بكرات قطرها 7 بوصات (178 مم). هذا هو التنسيق القياسي لآلات اللصق والوضع الآلية.
- القطع لكل بكرة: 3000.
- الحد الأدنى لكمية التعبئة:500 قطعة للكميات المتبقية.
- شريط الغطاء:يتم إغلاق الجيوب الفارغة في الشريط الناقل بشريط غطاء علوي.
- المكونات المفقودة:يُسمح بحد أقصى اثنين من مصابيح LED مفقودة متتالية (جيوب فارغة) لكل مواصفات بكرة.
- المعيار:تتوافق التعبئة والتغليف مع مواصفات ANSI/EIA-481.

8. ملاحظات التطبيق واعتبارات التصميم

8.1 الاستخدام المقصود

تم تصميم هذا الصمام الثنائي الباعث للضوء لتطبيقات المعدات الإلكترونية العادية، بما في ذلك معدات المكاتب، وأجهزة الاتصالات، والأجهزة المنزلية. وهو غير مصنف للتطبيقات الحرجة للسلامة حيث قد يعرض الفشل الحياة أو الصحة للخطر (على سبيل المثال، الطيران، دعم الحياة الطبي، أنظمة سلامة النقل) دون استشارة وتأهيل مسبقين.

8.2 تصميم الدائرة

مقاومة خارجية لتحديد التيار أو دائرة قيادة تيار ثابت إلزامية. لجهد الأمام نطاق (2.8-3.8 فولت)، لذا لا يجب أن تفترض التصميمات قيمة V_Fثابتة. يجب تصميم الدائرة للحد من I_Fإلى 20 مللي أمبير تيار مستمر أو أقل في جميع ظروف التشغيل، مع مراعاة اختلافات مصدر الطاقة وتأثيرات درجة الحرارة.

8.3 إدارة الحرارة

بينما يمكن للعلبة تبديد 76 ملي واط، فإن التبريد الفعال عبر وسادات اللوحة المطبوعة أمر ضروري للحفاظ على درجة حرارة الوصلة منخفضة. تقلل درجة حرارة الوصلة العالية من الناتج الضوئي (انخفاض اللومن) وتقصر العمر التشغيلي. تأكد من أن تخطيط اللوحة المطبوعة يوفر ثقوباً حرارية كافية ومساحة نحاسية، خاصة عند التشغيل في درجات حرارة محيطة عالية أو بالقرب من أقصى تيار.

8.4 احتياطات التفريغ الكهروستاتيكي

على الرغم من التقييم العالي 8000 فولت HBM، يجب اتباع احتياطات التعامل القياسية للتفريغ الكهروستاتيكي دائماً. استخدم أساور معصم مؤرضة، وسجاد مضاد للكهرباء الساكنة، ومعدات مؤرضة بشكل صحيح عند التعامل مع هذه الأجهزة.

9. المقارنة التقنية والتمييز

يقدم هذا الجهاز عدة مزايا مميزة في فئته:
1. تصميم التركيب العكسي:يسمح بالتكامل البصري الفريد حيث ينبعث الضوء من الجانب المثبت مقابل اللوحة المطبوعة، مما يتيح تصميمات منتجات أرق أو اقتران دليل ضوئي محدد.
2. سطوع عالي (حتى 180 ميكروكانديلا):يوفر شدة إضاءة عالية من علبة صغيرة، ومناسب لتطبيقات المؤشرات التي تتطلب وضوحاً عالياً.
3. زاوية رؤية واسعة (130 درجة):يوفر إضاءة واسعة ومتساوية مثالية لألواح الإضاءة الخلفية أو مؤشرات الحالة التي تُشاهد من زوايا متعددة.
4. حماية قوية ضد التفريغ الكهروستاتيكي:يتجاوز تقييم 8000 فولت HBM المستويات النموذجية في الصناعة، مما يوفر متانة أكبر في التعامل والتطبيق.
5. التوافق مع لحام إعادة التدفق الخالي من الرصاص:معتمد لعمليات التجميع الخالية من الرصاص القياسية بتقييم درجة حرارة ذروية 260 درجة مئوية.

10. الأسئلة الشائعة (FAQ)

س: ما الفرق بين الطول الموجي الذروي والطول الموجي السائد؟
أ: الطول الموجي الذروي (λ_P=468 نانومتر) هو النقطة الفيزيائية لأعلى انبعاث طيفي. الطول الموجي السائد (λ_d=465-475 نانومتر) هو قيمة محسوبة تعتمد على إدراك اللون البشري (مخطط CIE) وهو ما يحدد اللون \"الأزرق\" الذي تراه.

س: هل يمكنني تشغيل هذا الصمام الثنائي الباعث للضوء بمصدر طاقة 3.3 فولت بدون مقاومة؟
أ: لا. يتراوح جهد الأمام بين 2.8 فولت و 3.8 فولت. قد يؤدي التوصيل مباشرة بـ 3.3 فولت إلى تيار مفرط إذا كان V_Fأقل من 3.3 فولت، مما قد يدمر الصمام الثنائي الباعث للضوء. استخدم دائماً آلية تحديد التيار.

س: ماذا تعني \"MSL 2a\" في قسم التخزين؟
أ: مستوى الحساسية للرطوبة (MSL) 2a يشير إلى أن المكون يمكن تعريضه لظروف أرضية المصنع (≤30 درجة مئوية / 60% رطوبة نسبية) لمدة 4 أسابيع (672 ساعة) قبل أن يحتاج إلى خبز قبل لحام إعادة التدفق.

س: هل هذا الصمام الثنائي الباعث للضوء مناسب للتشغيل المستمر عند 20 مللي أمبير؟
أ: نعم، 20 مللي أمبير هو تيار الأمام المستمر المقنن. ومع ذلك، فإن إدارة الحرارة عبر اللوحة المطبوعة أمر بالغ الأهمية للحفاظ على درجة حرارة الوصلة ضمن الحدود الآمنة لموثوقية طويلة الأجل.

11. دراسة حالة التصميم والاستخدام

السيناريو: إضاءة خلفية لوحة مفاتيح الغشاء
يحتاج المصمم إلى إضاءة خلفية لوحة مفاتيح غشاء كبيرة ومنحنية بإضاءة زرقاء متساوية. تصميم التركيب العكسي لهذا الصمام الثنائي الباعث للضوء مثالي. يتم وضع مصابيح LED على اللوحة المطبوعة المرنة (دائرة مرنة) مع مواجهة السطح الباعث للضوء لأسفل نحو طبقة دليل الضوء. تضمن زاوية الرؤية البالغة 130 درجة انتشار الضوء بالتساوي عبر الدليل. يختار المصمم مجموعات من نطاق شدة الإضاءة الأعلى (على سبيل المثال، المجموعة Q أو R) لتحقيق السطوع المطلوب ويحدد مجموعة طول موجي سائد ضيقة (على سبيل المثال، AC أو AD) لاتساق اللون عبر اللوحة. تتيح التعبئة والتغليف الآلية بالشريط والبكرة وضعاً سريعاً وموثوقاً به بواسطة آلة التجميع. يوفر تقييم التفريغ الكهروستاتيكي العالي الحماية أثناء التعامل مع الدائرة المرنة.

12. مقدمة عن مبدأ التكنولوجيا

يعتمد هذا الصمام الثنائي الباعث للضوء على تقنية أشباه الموصلات InGaN. في الصمام الثنائي الباعث للضوء، يتم إنتاج الضوء من خلال عملية تسمى الانبعاث الكهربائي الضوئي. عند تطبيق جهد أمامي عبر وصلة p-n لأشباه الموصلات (InGaN)، يتم حقن الإلكترونات من المنطقة من النوع n والثقوب من المنطقة من النوع p في المنطقة النشطة. عندما تتحد هذه الإلكترونات والثقوب، فإنها تطلق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يتم تحديد الطول الموجي المحدد (اللون) للضوء بواسطة طاقة فجوة النطاق لمادة أشباه الموصلات. لدى InGaN فجوة نطاق مناسبة لإنتاج الضوء في المناطق الزرقاء والخضراء من الطيف. عادةً ما تكون العدسة \"الشفافة تماماً\" مصنوعة من الإيبوكسي أو السيليكون ومصممة لاستخراج الضوء الناتج داخل شريحة أشباه الموصلات بكفاءة.

13. اتجاهات وتطورات الصناعة

يستمر سوق مصابيح LED SMD في التطور نحو كفاءة أعلى، وعلب أصغر، وتكامل أكبر. تشمل الاتجاهات ذات الصلة بهذا النوع من الأجهزة:
1. زيادة الكفاءة (لومن/واط):تؤدي التحسينات المستمرة في النمو الطبقي الخارجي وتصميم الرقاقة إلى إنتاج ناتج ضوئي أكبر لكل وحدة من الطاقة الكهربائية، مما يقلل من استهلاك الطاقة والحمل الحراري.
2. التصغير:يدفع السعي نحو منتجات نهائية أصغر إلى استخدام مصابيح LED في بصمات علب أصغر مع الحفاظ على الناتج الضوئي أو زيادته.
3. تحسين اتساق اللون:تسمح التطورات في التحكم في التصنيع واستراتيجيات التصنيف الأكثر دقة بتسامحات لونية أضيق في عمليات الإنتاج، وهو أمر مهم لمصفوفات LED المتعددة.
4. موثوقية محسنة:تؤدي التحسينات في مواد العلبة (على سبيل المثال، السيلكونات عالية الحرارة) وتقنيات ربط الرقاقة إلى فترات تشغيل أطول وأداء أفضل في ظل الظروف البيئية القاسية.
5. التكامل الذكي:على الرغم من أن هذا مكون منفصل، إلا أن الاتجاه الأوسع هو نحو وحدات متكاملة تجمع بين مصابيح LED والسواقات والمتحكمات وأجهزة الاستشعار في علبة واحدة.