مصباح LED أحمر 3.0x3.0x0.55mm – جهد أمامي 2.3V – طاقة 1.09W – طول موجي سائد 612.5-625nm – ورقة بيانات تقنية

1. نظرة عامة على المنتج

إن مصباح RF-A4E31-R15H-S1 هو صمام ثنائي باعث للضوء أحمر عالي الأداء مصمم لتطبيقات الإضاءة الداخلية والخارجية الصعبة في السيارات. يستخدم هيكلًا فوقيًا متقدمًا من AlGaInP (ألومنيوم-غاليوم-إنديوم-فوسفيد) مزروع على ركيزة، مما يوفر سطوعًا ممتازًا وموثوقية عالية. الجهاز مغلف في حزمة EMC (مركب صب الإيبوكسي) مدمجة بحجم 3.0 مم × 3.0 مم × 0.55 مم، والتي توفر إدارة حرارية فائقة وقوة ميكانيكية متينة.

هذا المصباح معتمد وفقًا لاختبار الإجهاد AEC-Q102 لأشباه الموصلات المنفصلة من الدرجة المخصصة للسيارات، مما يجعله مناسبًا للبيئات القاسية. يوفر زاوية رؤية واسعة جدًا تبلغ 120°، مما يضمن توزيعًا متجانسًا للضوء. المنتج متوافق مع توجيه RoHS وله مستوى حساسية للرطوبة 2 (MSL-2). يتم تزويده على شريط وبكرة (4000 قطعة/بكرة) لتجميع فعال على السطح.

2. المعايير الفنية

2.1 الخصائص الكهربائية والبصرية (عند Ts=25 °C، IF=350 mA)

يلخص الجدول التالي المعلمات الكهربائية والبصرية الرئيسية المقاسة تحت ظروف نبضية عند 25 °C:

• الجهد الأمامي (V_F): الحد الأدنى 2.0 V، النموذجي 2.3 V، الحد الأقصى 2.6 V عند IF=350 mA (تفاوت القياس ±0.1 V).
• التيار العكسي (I_R): ≤10 µA عند V_R=5 V.
• التدفق الضوئي (Φ): الحد الأدنى 55.3 lm، الحد الأقصى 93.2 lm عند IF=350 mA (تفاوت ±10%).
• الطول الموجي السائد (λ_D): الحد الأدنى 612.5 nm، الحد الأقصى 625 nm عند IF=350 mA.
• زاوية الرؤية (2θ_1/2): النموذجي 120°.
• المقاومة الحرارية (من الوصلة إلى اللحام): R_{th JS real}النموذجي 12 °C/W (الحد الأقصى 19 °C/W); R_th JS elالنموذجي 6 °C/W (الحد الأقصى 10 °C/W) – مقاسة عند 350 mA، 25 °C.

عند 25 °C، كفاءة التحويل الكهروضوئي η_eهي 47% (وضع النبض). أقصى تبديد طاقة هو 1092 mW، وأقصى تيار أمامي هو 420 mA (700 mA ذروة مع دورة عمل 1/10، عرض نبضة 10 ms). يجب ألا تتجاوز درجة حرارة الوصلة 150 °C.

2.2 التصنيفات القصوى المطلقة

يجب تشغيل الجهاز ضمن الحدود التالية:

• تبديد الطاقة (P_D: 1092 mW
• التيار الأمامي (I_F: 420 mA
• التيار الأمامي الذروة (I_FP: 700 mA
• الجهد العكسي (V_R: 5 V
• التفريغ الكهروستاتيكي (HBM): 2000 V
• درجة حرارة التشغيل (T_OPR: −40 إلى +125 °C
• درجة حرارة التخزين (T_STG: −40 إلى +125 °C
• درجة حرارة الوصلة (T_J: 150 °C

3. نظام التصنيف

3.1 تصنيف الجهد الأمامي والتدفق الضوئي (IF=350 mA)

يتم تصنيف المصباح إلى فئات بناءً على الجهد الأمامي (V_F) والتدفق الضوئي (Φ):

• V_Fفئات الجهد (V): C0 (2.0–2.2), D0 (2.2–2.4), E0 (2.4–2.6).
• فئات التدفق الضوئي (lm): PA (55.3–61.2), PB (61.2–67.8), QA (67.8–75.3), QB (75.3–83.7), RA (83.7–93.2).
• فئات الطول الموجي (nm): C2 (612.5–615), D1 (615–617.5), D2 (617.5–620), E1 (620–622.5), E2 (622.5–625).

يمكن للعملاء تحديد تركيبات الفئات المطلوبة لضمان أداء متسق في تطبيقاتهم.

4. منحنيات الأداء

يتم توفير الخصائص البصرية النموذجية التالية كمرجع للتصميم. جميع المنحنيات مقاسة عند 25 °C ما لم يُذكر خلاف ذلك.

4.1 الجهد الأمامي مقابل التيار الأمامي (الشكل 1‑6)

عند التيار المنخفض، يرتفع الجهد الأمامي بشكل حاد من حوالي 1.6 V عند 0 mA إلى 2.0 V عند 50 mA؛ فوق 100 mA يصبح المنحنى خطيًا تقريبًا. الجهد الأمامي النموذجي عند 350 mA هو 2.3 V.

4.2 التيار الأمامي مقابل التدفق الضوئي النسبي (الشكل 1‑7)

يزداد التدفق الضوئي النسبي بشكل خطي تقريبًا مع التيار الأمامي حتى 350 mA، ليصل إلى 100% من التدفق النسبي عند 350 mA. بعد 350 mA، يتسطح المنحنى تدريجيًا بسبب التأثيرات الحرارية.

4.3 درجة حرارة الوصلة مقابل التدفق الضوئي النسبي (الشكل 1‑8)

مع ارتفاع درجة حرارة الوصلة من −40 °C إلى 150 °C، ينخفض التدفق الضوئي النسبي بنحو 40%. عند 125 °C، ينخفض التدفق إلى حوالي 70% من قيمته عند 25 °C.

4.4 درجة حرارة اللحام مقابل التيار الأمامي (الشكل 1‑9)

لتجنب تجاوز أقصى درجة حرارة للوصلة، يجب تخفيض التيار الأمامي عندما تتجاوز درجة حرارة اللحام 25 °C. عند درجة حرارة لحام 125 °C، يكون الحد الأقصى للتيار المسموح به حوالي 150 mA.

4.5 انزياح الجهد مقابل درجة حرارة الوصلة (الشكل 1‑10)

انزياح الجهد الأمامي (ΔV_F) خطي تقريبًا مع درجة الحرارة: حوالي −0.3 V عند 150 °C و +0.3 V عند −40 °C بالنسبة إلى 25 °C.

4.6 مخطط الإشعاع (الشكل 1‑11)

يصدر المصباح ضوءًا بتوزيع واسع شبه لامبرتي. تبلغ شدة الإضاءة النسبية عند ±60° حوالي 50% من الشدة على المحور، وهو ما يتوافق مع عرض كامل عند نصف الحد الأقصى (FWHM) يبلغ 120°.

4.7 انزياح الطول الموجي السائد مقابل درجة حرارة الوصلة (الشكل 1‑12)

ينزاح الطول الموجي السائد نحو أطوال موجية أطول مع زيادة درجة الحرارة. عند 150 °C، يكون الانزياح حوالي +8 nm بالنسبة إلى 25 °C؛ عند −40 °C، يكون الانزياح حوالي −7 nm.

4.8 توزيع الطيف (الشكل 1‑13)

طول الموجة الانبعاثية الذروة حوالي 620 nm مع عرض كامل عند نصف الحد الأقصى (FWHM) ضيق يبلغ حوالي 20 nm. يظهر الطيف قمم ثانوية ضئيلة، مما يضمن لونًا أحمر نقيًا.

5. معلومات العبوة الميكانيكية

5.1 أبعاد العبوة

الجهاز عبارة عن عبوة للتثبيت السطحي بأبعاد 3.0 mm × 3.0 mm وارتفاع إجمالي 0.55 mm. السطح العلوي مصنوع من السيليكون الشفاف بصريًا، بينما يحتوي الجزء السفلي على وسادة معدنية للتوصيل الحراري والكهربائي. يُشار إلى القطبية بواسطة شق في أحد الزوايا (الكاثود).

5.2 نمط وسادة اللحام الموصى به

لتحقيق أداء حراري وكهربائي جيد، يوصى بنمط أرضية اللوحة المطبوعة (PCB) بحجم 2.4 mm × 2.3 mm لوسادة الأنود و 1.5 mm × 0.65 mm لوسادة الكاثود، مع فجوة 0.55 mm. جميع الأبعاد ±0.2 mm.

6. إرشادات التجميع واللحام

6.1 ملف لحام إعادة التدفق

المصباح متوافق مع لحام إعادة التدفق القياسي لتقنية التثبيت السطحي (SMT). يُسمح بحد أقصى دورتين لإعادة التدفق. معلمات الملف الموصى بها هي:

• التسخين المسبق: 150 °C → 200 °C، 60–120 ثانية
• الوقت فوق 217 °C (T_L): الحد الأقصى 60 ثانية
• درجة الحرارة القصوى (T_P): 260 °C، زمن الثبات ≤10 ثوانٍ (ضمن 5 °C من الذروة، الحد الأقصى 30 ثانية)
• معدل الارتفاع: ≤3 °C/ثانية (من T_Smaxإلى T_P)
• معدل التبريد: ≤6 °C/ثانية
• الوقت الإجمالي من 25 °C إلى T_P: ≤8 دقائق

إذا مر أكثر من 24 ساعة بين عمليتي إعادة تدفق، يجب إعادة تجفيف المصابيح لمنع تلف الرطوبة.

6.2 المناولة والتنظيف

التغليف السيليكوني ناعم؛ تجنب الضغط الميكانيكي على العدسة. استخدم فقط كحول الأيزوبروبيل للتنظيف. لا يُوصى بالتنظيف بالموجات فوق الصوتية. لا تستخدم مواد لاصقة تنبعث منها أبخرة عضوية، لأنها قد تسبب تغير لون السيليكون.

7. معلومات التعبئة والطلب

يتم تعبئة المصابيح في أكياس مضادة للكهرباء الساكنة وحاجزة للرطوبة. كل بكرة تحتوي على 4000 قطعة. شريط الناقل (عرض 8 mm) له أبعاد: A₀= 3.30 mm, B₀= 3.50 mm, K₀= 0.90 mm. قطر البكرة 180 mm. تشمل الملصقات رقم القطعة، رقم الدفعة، رمز الفئة، الكمية، والتاريخ. ظروف التخزين قبل فتح الكيس: ≤30 °C ورطوبة نسبية ≤75% لمدة تصل إلى سنة واحدة. بعد الفتح، استخدم خلال 24 ساعة أو قم بالتجفيف عند 60±5 °C لمدة ≥24 ساعة.

8. ملاحظات التطبيق

8.1 التطبيقات النموذجية

هذا المصباح الأحمر مثالي لإضاءة السيارة الداخلية (مجموعة العدادات، الإضاءة المحيطة) والإضاءة الخارجية (الأضواء الخلفية، أضواء الفرامل، إشارات الانعطاف). كما أن سطوعه العالي وزاوية رؤيته الواسعة مناسبان لتطبيقات المؤشرات واللافتات العامة حيث تكون نقاء اللون الأحمر أمرًا بالغ الأهمية.

8.2 الإدارة الحرارية

نظرًا لأن خرج الضوء والطول الموجي للمصباح يعتمدان على درجة حرارة الوصلة، فإن تبديد الحرارة المناسب أمر ضروري. يجب تصميم المقاومة الحرارية للوحة الدوائر المطبوعة وأي مشتت حراري إضافي للحفاظ على T_Jأقل من 150 °C في ظروف التشغيل الأسوأ. يجب توصيل وسادة اللحام بمساحة نحاسية كبيرة.

8.3 تخفيض التيار

عند التشغيل في درجات حرارة محيطة مرتفعة، يجب تخفيض التيار الأمامي وفقًا لمنحنى درجة حرارة اللحام مقابل التيار الأمامي. على سبيل المثال، عند T_s= 100 °C، يكون الحد الأقصى للتيار الأمامي المسموح به حوالي 200 mA.

9. مقارنة تقنية

بالمقارنة مع مصابيح LED الحمراء القياسية القائمة على AlGaAs أو GaAsP، توفر تقنية AlGaInP المستخدمة في هذا الجهاز كفاءة إضاءة أعلى واستقرارًا حراريًا أفضل. زاوية الرؤية الواسعة 120° أوسع بكثير من العديد من مصابيح LED الحمراء المنافسة مقاس 3.0 mm × 3.0 mm التي عادةً ما يكون لها زاوية نصفية تتراوح بين 90° و100°. يوفر اعتماد AEC-Q102 موثوقية أعلى للاستخدام في السيارات، مع اختبارات إجهاد أكثر صرامة من النظائر التجارية.

10. الأسئلة الشائعة

س1: هل يمكن استخدام هذا المصباح عند تيارات أعلى من 420 mA؟
لا. التصنيف الأقصى المطلق للتيار الأمامي هو 420 mA (700 mA ذروة مع دورة عمل). التشغيل فوق هذا الحد سيسبب ضررًا دائمًا.

س2: ما هو العمر الافتراضي النموذجي لهذا المصباح؟
على الرغم من عدم تحديده مباشرة في ورقة البيانات، إلا أن مصابيح LED المعتمدة وفقًا لـ AEC-Q102 عادةً ما تكون ذات عمر طويل جدًا (>50,000 ساعة) عند تشغيلها ضمن التصنيفات ومع الإدارة الحرارية المناسبة.

س3: كيف يجب التعامل مع حساسية التفريغ الكهروستاتيكي؟
الجهاز مصنف لـ 2 kV HBM. استخدم الاحتياطات القياسية للتفريغ الكهروستاتيكي: أساور معصم أرضية، محطات عمل موصلة، وتعبئة مضادة للكهرباء الساكنة.

س4: هل يمكنني خلط فئات تدفق مختلفة في نفس التطبيق؟
قد يتسبب خلط الفئات في اختلافات ملحوظة في السطوع. يُوصى باستخدام فئة واحدة للحصول على مظهر موحد ما لم يتحمل التطبيق التباين.

11. دراسة حالة تصميمية

مصباح خلفي مركب للسيارة (RCL)
صمم أحد العملاء وحدة مصباح LED أحمر لضوء التوقف باستخدام 6 قطع من RF‑A4E31‑R15H‑S1. تم ترتيب المصابيح في 3 سلاسل متسلسلة من اثنين متوازيين (3S2P) لتحقيق التوافق مع 12 V. تم تغذية كل سلسلة بتيار إجمالي 350 mA (175 mA لكل مصباح) باستخدام مشغل تيار ثابت مخصص. تم استخدام لوحة دوائر مطبوعة ذات قلب نحاسي (سمك 1.6 mm، نحاس 2 oz) للحفاظ على درجة حرارة اللحام أقل من 85 °C. اجتازت الوحدة اختبارات الصدمة الحرارية (−40 °C إلى 125 °C، 1000 دورة) واختبارات الرطوبة (85 °C/85% RH، 1000 ساعة) دون أعطال.

12. مبدأ العمل

يعتمد المصباح على طبقة نشطة مزدوجة التركيب غير المتجانس من AlGaInP مزروعة على ركيزة شفافة (GaAs). عند تطبيق انحياز أمامي، تتحد الإلكترونات والفجوات بشكل إشعاعي في المنطقة النشطة، مما ينبعث منها فوتونات بطاقة تتوافق مع فجوة الحزمة للمادة (~2.0 eV، مما يعطي ضوءًا أحمر ~620 nm). تغلف حزمة EMC الشريحة وتوفر عدسة لاستخراج الضوء بكفاءة. يحدث التبديد الحراري من خلال الوسادة السفلية الكبيرة والمسارات النحاسية للوحة الدوائر المطبوعة.

13. اتجاهات التكنولوجيا والتوقعات

تواصل تقنية AlGaInP التحسن في الكفاءة والاستقرار الحراري. تشمل الاتجاهات المستقبلية فئات تدفق أعلى من خلال تحسين النمو الفوقي وتصميم الشريحة الأفضل (مثل الركائز المنقوشة). بالنسبة لتطبيقات السيارات، أصبح اعتماد شهادة AEC-Q102 هو المعيار، وهذا المصباح يفي بالفعل بهذا المعيار. التصغير (مثل العبوات مقاس 2.0 mm × 2.0 mm) هو اتجاه مستمر، لكن العبوات مقاس 3.0 mm × 3.0 mm لا تزال شائعة لمصابيح LED الحمراء عالية القدرة نظرًا لتوازنها بين معالجة الطاقة ومساحة استخراج الضوء.