ثنائي باعث للضوء برتقالي 611 نانومتر - تركيب عكسي - حزمة EIA - 30 مللي أمبير - 75 ميغاواط - ورقة البيانات

1. نظرة عامة على المنتج

يُفصّل هذا المستند مواصفات ثنائي باعث للضوء (LED) عالي السطوع من نوع Surface Mount Device (SMD) ذو التركيب العكسي. يستخدم الجهاز شريحة شبه موصلة من فوسفيد الألومنيوم إنديوم جاليوم (AlInGaP)، المشهورة بكفاءتها وأدائها في طيف الأطوال الموجية البرتقالية-الحمراء. يتم تغليف الثنائي في حزمة قياسية متوافقة مع معايير EIA مزودة بعدسة شفافة، مصممة للتطبيقات التي تتطلب إضاءة برتقالية موثوقة ومتسقة. تشمل مزايا تصميمه الرئيسية التوافق مع أنظمة التجميع الآلي (pick-and-place) وملاءمته لعمليات اللحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR) عالية الحرارة، مما يجعله مثالياً لتصنيع الإلكترونيات الحديثة بكميات كبيرة.

2. تحليل متعمق للمعاملات الفنية

2.1 المواصفات القصوى المطلقة

يتم تعريف الحدود التشغيلية للجهاز عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية. تجاوز هذه التقييمات قد يتسبب في تلف دائم.

• تبديد الطاقة (Pd):75 ميغاواط. هذه هي أقصى قدرة يمكن للجهاز تبديدها بأمان على شكل حرارة.
• تيار الأمام الذروي (I_FP):80 مللي أمبير. يُسمح بهذا التيار فقط في ظل ظروف النبض، وتحديداً عند دورة عمل 1/10 وعرض نبضة 0.1 مللي ثانية، مما يسمح بومضات عالية الكثافة قصيرة المدى.
• تيار الأمام المستمر (I_F):30 مللي أمبير. هذا هو الحد الأقصى الموصى به للتيار للتشغيل المستمر بالتيار المستمر، والذي يُحدد نقطة التشغيل القياسية لقياسات شدة الإضاءة.
• الجهد العكسي (V_R):5 فولت. تطبيق جهد عكسي يتجاوز هذا الحد يمكن أن يؤدي إلى انهيار وصلة PN الخاصة بالثنائي.
• نطاق درجة حرارة التشغيل والتخزين:من -55°C إلى +85°C. تم تصنيف الجهاز لتحمل درجات الحرارة من المستوى الصناعي.
• درجة الحرارة القصوى لإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء:260 درجة مئوية كحد أقصى لمدة 10 ثوانٍ، متوافقة مع متطلبات التجميع الخالي من الرصاص.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

يتم قياس معاملات الأداء الرئيسية عند Ta=25°C مع تيار أمامي (I_F) بقيمة 20 مللي أمبير، ما لم يُذكر خلاف ذلك.

• شدة الإضاءة (I_V):تتراوح من حد أدنى 45.0 مللي كانديلا إلى قيمة نموذجية 90.0 مللي كانديلا. يتم قياس الشدة باستخدام مستشعر مُرشح لمطابقة منحنى استجابة العين البشرية الضوئي (CIE).
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):130 درجة. تشير زاوية الرؤية الواسعة هذه، المُعرّفة على أنها الزاوية الكاملة التي تنخفض فيها الشدة إلى نصف قيمتها المحورية، إلى نمط انبعاث لامبرتي أو شبه لامبرتي، مناسب للإضاءة المساحية أو المؤشرات التي تتطلب رؤية واسعة.
• الطول الموجي الذروي (λ_P):611 نانومتر. هذا هو الطول الموجي الذي تصل فيه توزيع القدرة الطيفية إلى أقصى حد.
• الطول الموجي السائد (λ_d):605 نانومتر. مُشتق من إحداثيات اللونية CIE، يمثل هذا الطول الموجي الفردي بشكل أفضل اللون المُدرك (البرتقالي) للثنائي.
• عرض النطاق الطيفي (Δλ):17 نانومتر. هذا النطاق الضيق هو سمة مميزة لتكنولوجيا AlInGaP، مما يوفر نقاء لوني مشبع.
• جهد الأمام (V_F):عادةً 2.4 فولت، بحد أقصى 2.4 فولت عند I_F=20 مللي أمبير. يجب على المصممين مراعاة انخفاض الجهد هذا عند حساب مقاومات تحديد التيار التسلسلية.
• التيار العكسي (I_R):حد أقصى 10 ميكرو أمبير عند V_R=5 فولت، مما يشير إلى جودة وصلة جيدة.
• السعة (C):40 بيكوفاراد عند انحياز 0 فولت وتردد 1 ميغاهيرتز. هذه المعلمة ذات صلة بتطبيقات التبديل عالي التردد أو الإرسال المتعدد.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

لضمان اتساق اللون والسطوع في الإنتاج، يتم فرز الثنائيات الباعثة للضوء إلى مجموعات (Bins) بناءً على شدة الإضاءة المقاسة عند 20 مللي أمبير.

• رمز المجموعة P:45.0 – 71.0 مللي كانديلا
• رمز المجموعة Q:71.0 – 112.0 مللي كانديلا
• رمز المجموعة R:112.0 – 180.0 مللي كانديلا
• رمز المجموعة S:180.0 – 280.0 مللي كانديلا

يتم تطبيق تسامح +/-15% داخل كل مجموعة شدة. لا تحدد ورقة البيانات مجموعات منفصلة للطول الموجي أو جهد الأمام لهذا الرقم المرجعي، مما يشير إلى تحكم دقيق في تلك المعلمات أو عرض مجموعة واحدة.

4. تحليل منحنيات الأداء

بينما يتم الإشارة إلى منحنيات رسومية محددة ولكنها غير معروضة في النص المقدم، يمكن استنتاج العلاقات النموذجية لمثل هذه الثنائيات وهي بالغة الأهمية للتصميم:

• منحنى I-V (التيار-الجهد):يظهر خاصية الثنائي الأسية القياسية. جهد الأمام له معامل درجة حرارة سالب، مما يعني أن V_Fينخفض قليلاً مع ارتفاع درجة حرارة الوصلة.
• شدة الإضاءة مقابل تيار الأمام:تكون الشدة متناسبة تقريباً مع تيار الأمام في نطاق التشغيل الطبيعي ولكنها ستشبع عند التيارات العالية جداً بسبب الانخفاض الحراري والكفاءة.
• شدة الإضاءة مقابل درجة الحرارة المحيطة:بالنسبة لثنائيات AlInGaP، تنخفض شدة الإضاءة عادةً مع زيادة درجة الحرارة المحيطة (ودرجة حرارة الوصلة). يجب أخذ هذا التخفيض الحراري في الاعتبار في البيئات عالية الحرارة.
• التوزيع الطيفي:منحنى ضيق يشبه غاوسي، يتركز حول 611 نانومتر (الذروة) بعرض نصف 17 نانومتر، مما يؤكد إخراجه البرتقالي أحادي اللون.

5. المعلومات الميكانيكية ومعلومات الحزمة

5.1 أبعاد الحزمة وقطبية الثنائي

يتوافق الثنائي مع مخطط حزمة EIA القياسي. تشمل الملاحظات الأبعاد الرئيسية ما يلي:

• يتم توفير جميع الأبعاد بالمليمترات، مع تسامح عام ±0.10 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك.
• يشير تعيين "التركيب العكسي" عادةً إلى أن الثنائي يتم تركيبه مع سطحه الباعث للضوء الرئيسي مواجهاً للوحة الدوائر المطبوعة (PCB)، مع خروج الضوء من خلال فتحة أو انعكاسه. سيوضح الرسم الميكانيكي الدقيق اتجاه العدسة بالنسبة لمسارات اللحام.
• يتم الإشارة إلى القطبية على حزمة الجهاز (على سبيل المثال، علامة الكاثود، أو شق، أو نقطة) ويجب محاذاتها بشكل صحيح مع بصمة PCB.

5.2 تصميم مسارات اللحام الموصى بها

يتم توفير نموذج مسارات لحام مقترح لضمان اللحام السليم، والاستقرار الميكانيكي، وتخفيف الحرارة أثناء إعادة التدفق. يعد اتباع هذه البصمة أمراً بالغ الأهمية لمنع ظاهرة "الشمعة" (وقوف المكون) أو تكوين وصلة لحام رديئة.

6. إرشادات التجميع والتعامل

6.1 عملية اللحام

الجهاز متوافق بالكامل مع عمليات اللحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR) باستخدام لحام خالٍ من الرصاص. يتم توفير ملف تعريف إعادة تدفق مقترح، يلتزم بمعايير JEDEC.

• التسخين المسبق:150–200 درجة مئوية كحد أقصى لمدة 120 ثانية لتسخين اللوحة تدريجياً وتنشيط المادة المساعدة على اللحام (Flux).
• درجة الحرارة القصوى:260 درجة مئوية كحد أقصى. يجب ألا يتجاوز الجهاز هذه درجة الحرارة.
• الوقت فوق نقطة السيولة:يجب أن يحدد ملف التعريف الوقت الذي يقضيه الجهاز فوق نقطة انصهار اللحام إلى ما هو ضروري للحصول على وصلة موثوقة، عادةً حوالي 10 ثوانٍ كحد أقصى عند درجة الحرارة القصوى.
• مكواة اللحام:إذا كان اللحام اليدوي ضرورياً للإصلاح، فمن المستحسن ألا تزيد درجة حرارة الطرف عن 300 درجة مئوية مع وقت تلامس 3 ثوانٍ أو أقل، ومرة واحدة فقط.

6.2 التنظيف

إذا كان التنظيف بعد اللحام مطلوباً، فيجب استخدام المذيبات المحددة فقط. العوامل الموصى بها هي الإيثانول أو كحول الأيزوبروبيل في درجة حرارة الغرفة، مع وقت غمر أقل من دقيقة واحدة. قد تتسبب المواد الكيميائية غير المحددة في تلف عدسة الإيبوكسي أو الحزمة.

6.3 التخزين والحساسية للرطوبة

الثنائيات حساسة للرطوبة (MSL 2a).

• الكيس المغلق:قم بالتخزين عند ≤30°C و ≤90% رطوبة نسبية. العمر الافتراضي هو سنة واحدة عندما يكون كيس الحاجز الرطوبي الأصلي مع مجفف غير مفتوح.
• الكيس المفتوح:بعد الفتح، يجب ألا تتجاوز بيئة التخزين 30°C / 60% رطوبة نسبية. يجب إخضاع المكونات لإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء خلال 672 ساعة (28 يوماً).
• التعرض الممتد:للتخزين لأكثر من 672 ساعة خارج الكيس الأصلي، قم بالتحميص عند حوالي 60 درجة مئوية لمدة 20 ساعة على الأقل قبل اللحام لإزالة الرطوبة الممتصة ومنع ظاهرة "الفرقعة" (تشقق الحزمة أثناء إعادة التدفق).

6.4 احتياطات التفريغ الكهروستاتيكي (ESD)

الثنائيات الباعثة للضوء عرضة للتلف بسبب التفريغ الكهروستاتيكي. تشمل احتياطات التعامل استخدام أساور معصم مؤرضة، وقفازات مضادة للكهرباء الساكنة، والتأكد من أن جميع المعدات وأسطح العمل مؤرضة بشكل صحيح.

7. التغليف والطلب

• الشريط والبكرة:يتم توريد الأجهزة على شريط ناقل بارز بعرض 8 مم ملفوف على بكرات قطرها 7 بوصات (178 مم).
• الكمية لكل بكرة:3000 قطعة.
• الحد الأدنى لكمية الطلب (MOQ):500 قطعة للكميات المتبقية.
• معايير التغليف:متوافق مع مواصفات ANSI/EIA-481. يحتوي الشريط على غطاء ختم، ويُسمح بحد أقصى جيبين فارغين متتاليين.

8. ملاحظات التطبيق واعتبارات التصميم

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

هذا الثنائي البرتقالي مناسب لمجموعة واسعة من تطبيقات المؤشرات والإضاءة، بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر:

• مؤشرات الحالة على الإلكترونيات الاستهلاكية، ولوحات التحكم الصناعية، ومعدات الشبكات.
• الإضاءة الخلفية للنقوش على المفاتيح، لوحات المفاتيح، أو الألواح الغشائية.
• إضاءة داخلية للسيارات (غير حرجة).
• لافتات وإضاءة زخرفية حيث يكون اللون البرتقالي مطلوباً.

إشعار مهم:الجهاز مخصص للمعدات الإلكترونية القياسية. تتطلب التطبيقات التي تتطلب موثوقية استثنائية حيث قد يعرض الفشل الحياة أو الصحة للخطر (على سبيل المثال، الطيران، دعم الحياة الطبي، أنظمة سلامة النقل) استشارة وتأهيل مسبقين.

8.2 تصميم دائرة القيادة

الثنائي الباعث للضوء هو جهاز يعمل بالتيار. مقاومة تحديد التيار التسلسلية إلزامية عند القيادة من مصدر جهد لضبط تيار التشغيل المطلوب ومنع الانفجار الحراري. يمكن حساب قيمة المقاومة (R_s) باستخدام قانون أوم: R_s= (V_المصدر- V_F) / I_F. للتشغيل المستقر عبر درجات الحرارة، يوصى باستخدام مشغلات التيار الثابت، خاصة للتصميمات التي تعمل بالقرب من التقييمات القصوى أو في بيئات حرارية متغيرة.

8.3 إدارة الحرارة

على الرغم من أن الحزمة صغيرة، إلا أن إدارة تبديد الطاقة القصوى البالغة 75 ميغاواط أمر مهم لطول العمر والحفاظ على إخراج الضوء. تساعد مساحة النحاس الكافية على اللوحة المطبوعة المتصلة بمسارات الحرارة (إن وجدت) أو وصلات اللحام الخاصة بالثنائي في توصيل الحرارة بعيداً عن الوصلة. يعمل التشغيل بتيارات أقل من الحد الأقصى 30 مللي أمبير على تقليل تبديد الطاقة ودرجة حرارة الوصلة بشكل كبير، مما يطيل العمر التشغيلي.

9. المقارنة الفنية والتمييز

تشمل المزايا الرئيسية لمنصة الثنائي هذه:

• قابلية التركيب العكسي:يوفر مرونة في التصميم لإنشاء تأثيرات بصرية محددة أو تحقيق تركيب منخفض الارتفاع حيث يكون مصدر الضوء مخفياً.
• تكنولوجيا AlInGaP:يوفر كفاءة أعلى واستقراراً أفضل لدرجة الحرارة للألوان البرتقالية/الحمراء مقارنة بالتكنولوجيات الأقدم مثل GaAsP.
• زاوية رؤية واسعة (130°):يوفر إضاءة واسعة ومتساوية مثالية لمؤشرات اللوحات.
• توافق قوي مع التجميع:معتمد للتركيب الآلي وملفات تعريف إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء الخالية من الرصاص القياسية، مما يقلل من تعقيد التصنيف والتكلفة.

10. الأسئلة الشائعة (FAQ)

س1: ما الفرق بين الطول الموجي الذروي (611 نانومتر) والطول الموجي السائد (605 نانومتر)؟

ج1: الطول الموجي الذروي هو الذروة الفيزيائية للطيف الضوئي المنبعث. الطول الموجي السائد هو قيمة محسوبة تعتمد على إدراك اللون البشري (مخطط CIE) والتي تطابق بشكل أفضل درجة اللون المُدركة. بالنسبة للثنائيات أحادية اللون مثل هذا، فهي قريبة ولكنها ليست متطابقة.

س2: هل يمكنني تشغيل هذا الثنائي عند 30 مللي أمبير بشكل مستمر؟

ج2: نعم، 30 مللي أمبير هو الحد الأقصى لتصنيف تيار الأمام المستمر بالتيار المستمر. ومع ذلك، للحصول على عمر افتراضي وموثوقية مثاليين، غالباً ما يُوصى بالتشغيل بتيار أقل (على سبيل المثال، 20 مللي أمبير)، لأنه يقلل من درجة حرارة الوصلة والإجهاد.

س3: لماذا يوجد نظام تصنيف (Binning) لشدة الإضاءة؟

ج3: تسبب الاختلافات التصنيعية اختلافات طفيفة في إخراج الضوء. يقوم نظام التصنيف بفرز الثنائيات إلى مجموعات ذات أداء متشابه، مما يسمح للمصممين باختيار مجموعة تلبي متطلبات السطوع لديهم وتضمن الاتساق عبر وحدات متعددة في المنتج.

س4: ما مدى أهمية عمر الأرضية البالغ 672 ساعة بعد فتح الكيس؟

ج4: إنه مهم جداً للحصول على لحام موثوق. يمكن أن يؤدي تجاوز وقت التعرض هذا دون دورة تحميص إلى تبخر الرطوبة الممتصة أثناء إعادة التدفق، مما قد يتسبب في انفصال داخلي أو تشققات في حزمة الثنائي.

11. دراسة حالة للتصميم والاستخدام

السيناريو: تصميم لوحة مؤشرات حالة لموجه (راوتر) صناعي.

يحتاج المصمم إلى عدة ثنائيات برتقالية "نشاط" على اللوحة الأمامية. يختار هذا الثنائي لسطوعه، وزاوية رؤيته الواسعة، وتوافقه مع التجميع الآلي. يستخدم التصميم خط إمداد 3.3 فولت. استهداف تيار تشغيل قياسي 20 مللي أمبير، يتم حساب المقاوم التسلسلي: R = (3.3V - 2.4V) / 0.020A = 45 أوم. يتم اختيار مقاوم قياسي 47 أوم. يستخدم تخطيط اللوحة المطبوعة بصمة مسارات اللحام الموصى بها ويتضمن وصلة تخفيف حراري صغيرة لمستوى التأريض لتبديد الحرارة. يتم تحديد الثنائيات من رمز المجموعة Q (71-112 مللي كانديلا) لضمان سطوع كافٍ وموحد. تمر اللوحات المجمعة عبر فرن إعادة تدفق خالٍ من الرصاص قياسي باستخدام ملف تعريف متوافق مع JEDEC، مما يؤدي إلى وصلات لحام موثوقة دون تلف حراري للمكونات.

12. مقدمة عن مبدأ التكنولوجيا

يعتمد هذا الثنائي على مادة شبه موصلة من فوسفيد الألومنيوم إنديوم جاليوم (AlInGaP) تنمو على ركيزة. عند تطبيق جهد أمامي عبر وصلة PN، تتحد الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات - وهي عملية تسمى الانبعاث الكهروضوئي. تحدد النسبة المحددة للألومنيوم، والإنديوم، والجاليوم في الشبكة البلورية طاقة فجوة النطاق، والتي تحدد مباشرة الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث - في هذه الحالة، البرتقالي (~605-611 نانومتر). تقوم عدسة الإيبوكسي الشفافة بتغليف الشريحة، مما يوفر حماية ميكانيكية، ويشكل حزمة إخراج الضوء (زاوية رؤية 130 درجة)، ويعزز كفاءة استخراج الضوء.

13. اتجاهات وتطورات الصناعة

يستمر اتجاه ثنائيات SMD المؤشرة نحو كفاءة أعلى (مزيد من إخراج الضوء لكل وحدة مدخل كهربائي)، وتحسين اتساق اللون من خلال تصنيف أكثر دقة، وتعزيز الموثوقية تحت ظروف اللحام والتشغيل ذات درجات الحرارة الأعلى. هناك أيضاً دفع نحو التصغير مع الحفاظ على الأداء البصري أو زيادته. علاوة على ذلك، أصبح التكامل مع الإلكترونيات المدمجة (مثل مقاومات تحديد التيار المدمجة أو دوائر التشغيل المتكاملة) في حزم أكثر تطوراً أكثر شيوعاً لتبسيط التصميم. يظل استخدام AlInGaP للألوان البرتقالية/الحمراء/الكهرمانية التكنولوجيا عالية الأداء المهيمنة، على الرغم من أن الأبحاث الجارية حول مواد جديدة مثل البيروفسكايت قد تقدم بدائل مستقبلية.