ورقة بيانات LED LTW-Q35ZRGB RGB - حزمة SMD - أحمر 2.1 فولت / أخضر 2.9 فولت / أزرق 3.0 فولت - إجمالي الطاقة 0.18 واط - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد LTW-Q35ZRGB LED RGB (أحمر، أخضر، أزرق) مضغوطًا وسطحي التركيب، مصممًا لتطبيقات الإضاءة ذات الحالة الصلبة. يجمع بين ثلاث رقائق LED فردية (أحمر، أخضر، أزرق) داخل حزمة واحدة، مما يتيح توليد طيف واسع من الألوان من خلال مزج الألوان الجمعي. يمثل هذا الجهاز بديلاً موفرًا للطاقة للإضاءة التقليدية، حيث يقدم عمر تشغيلي طويل وموثوقية عالية.

1.1 المزايا الأساسية

تشمل المزايا الأساسية لهذا LED شكله المضغوط للغاية، وتوافقه مع معدات التجميع الآلي (pick-and-place)، وملاءمته لعمليات لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR) والطور البخاري القياسية. تم تصميمه كحزمة قياسية EIA وهو متوافق مع مستويات تشغيل الدوائر المتكاملة (I.C.). المنتج متوافق مع المبادرات الخضراء، حيث أنه خالٍ من الرصاص ومتوافق مع توجيهات RoHS.

1.2 التطبيقات المستهدفة

يستهدف هذا LED متعدد الاستخدامات مجموعة واسعة من تطبيقات الإضاءة. تشمل الأسواق الرئيسية: الإضاءة المحيطة للأجهزة المنزلية، حلول الإضاءة المحمولة مثل المصابيح اليدوية ومصابيح الدراجات، الإضاءة المعمارية للمساحات السكنية والتجارية الداخلية والخارجية (المصابيح المدمجة، إضاءة الكوف، إضاءة تحت الرف)، الإضاءة الزخرفية والترفيهية، إضاءة الأمان والحدائق (الأعمدة)، وتطبيقات الإشارات المتخصصة مثل منارات المرور، أضواء تقاطعات السكك الحديدية، واللافتات المضاءة من الحواف (مثل لافتات المخارج، شاشات نقاط البيع).

2. الغوص العميق في المعلمات التقنية

2.1 الخصائص الكهروضوئية

يتم تحديد جميع القياسات عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية. تحدد المعلمات الرئيسية أداء كل قناة لونية (أحمر، أخضر، أزرق) على حدة ومخرج الضوء الأبيض المجمع.

• التدفق الضوئي (Φv):التدفق الضوئي النموذجي للألوان الفردية عند تيار أمامي (IF) قدره 20 مللي أمبير هو 2.55 لومن (أحمر)، 7.35 لومن (أخضر)، و 0.95 لومن (أزرق). عند تشغيله بتيارات محددة لإنتاج ضوء أبيض (R=25mA, G=13mA, B=15mA)، يكون التدفق الضوئي المجمع النموذجي 10.50 لومن.
• الشدة الضوئية (Iv):الشدة الضوئية النموذجية عند IF=20mA هي 920 مللي كانديلا (أحمر)، 2500 مللي كانديلا (أخضر)، و 340 مللي كانديلا (أزرق). شدة الضوء الأبيض المجمع تحت ظروف التشغيل المحددة هي 3500 مللي كانديلا.
• زاوية المشاهدة (θ1/2):زاوية المشاهدة النموذجية لنصف الشدة للمخرج الأبيض المجمع هي 130 درجة، مما يشير إلى نمط حزمة واسع.
• الطول الموجي السائد (λd):يحدد اللون الملحوظ لكل رقاقة. النطاقات المحددة هي 618-628 نانومتر للأحمر، 520-530 نانومتر للأخضر، و 465-475 نانومتر للأزرق.
• الجهد الأمامي (VF):انخفاض الجهد عبر LED عند تيار الاختبار. القيم النموذجية هي 2.1 فولت (أحمر عند 20 مللي أمبير)، 2.9 فولت (أخضر عند 20 مللي أمبير)، و 3.0 فولت (أزرق عند 20 مللي أمبير). القيم القصوى هي 2.4 فولت، 3.5 فولت، و 3.5 فولت على التوالي.
• جهد تحمل التفريغ الكهروستاتيكي (ESD):يمكن للجهاز تحمل تفريغ كهروستاتيكي (ESD) بقدرة 8 كيلو فولت باستخدام نموذج جسم الإنسان (HBM)، على الرغم من التوصية بشدة باتخاذ احتياطات التعامل المناسبة مع ESD.

2.2 القيم القصوى المطلقة

تحدد هذه القيم الحدود التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل تحت هذه الظروف.

• تبديد الطاقة (Po):الطاقة القصوى المسموح بها للقنوات الفردية هي 96 مللي واط (أحمر)، 144 مللي واط (أخضر وأزرق). يجب ألا يتجاوز تبديد الطاقة الإجمالي للحزمة بأكملها 180 مللي واط.
• التيار الأمامي:التيار الأمامي المستمر (IF) لكل قناة هو 40 مللي أمبير. التيار الأمامي الذروي (IFP) للتشغيل النبضي (≤1/10 دورة عمل، ≤10 مللي ثانية عرض النبضة) هو 100 مللي أمبير لكل قناة.
• الجهد العكسي (VR):حد أقصى 5 فولت. التشغيل تحت انحياز عكسي يمكن أن يسبب فشلًا.
• نطاقات درجة الحرارة:درجة حرارة التشغيل (Topr) هي من -40 درجة مئوية إلى +80 درجة مئوية. درجة حرارة التخزين (Tstg) هي من -40 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية.
• ظروف اللحام:يمكن للجهاز تحمل اللحام الخالي من الرصاص عند 260 درجة مئوية لمدة 5 ثوانٍ.

3. شرح نظام التصنيف

يتم فرز LED إلى فئات بناءً على التدفق الضوئي وإحداثيات نقاء اللون لضمان اتساق اللون والسطوع في التطبيقات الإنتاجية.

3.1 تصنيف التدفق الضوئي

يتم تصنيف مخرج الضوء الأبيض (عند التشغيل عند R=25mA, G=13mA, B=15mA) إلى فئات (من V3 إلى V6). على سبيل المثال، تغطي الفئة V3 تدفقًا ضوئيًا من 8.00 لومن (الحد الأدنى) إلى 10.50 لومن (الحد الأقصى). التسامح على كل فئة هو +/-10%.

3.2 تصنيف نقاء اللون

يتم تحديد نقاء اللون الأبيض المجمع على مخطط CIE 1931 (x, y). توفر ورقة البيانات جدولًا تفصيليًا لرتب الألوان (من A1 إلى D4)، يحدد كل منها منطقة رباعية على مخطط نقاء اللون محددة بأربعة أزواج من الإحداثيات (x, y). هذا يسمح للمصممين باختيار LEDs ذات إحداثيات نقطة بيضاء مضبوطة بإحكام. التسامح لكل فئة لونية هو +/- 0.01 في كل من إحداثيات x و y.

4. تحليل منحنيات الأداء

تتضمن ورقة البيانات منحنيات الخصائص النموذجية (غير مكررة في النص المقدم ولكن تمت الإشارة إليها). هذه المنحنيات ضرورية لتحليل التصميم.

• منحنيات I-V (التيار-الجهد):تُظهر العلاقة بين التيار الأمامي والجهد الأمامي لكل رقاقة لونية عبر نطاق من التيارات ودرجات الحرارة. هذا أمر بالغ الأهمية لتصميم دائرة تحديد التيار الصحيحة.
• الشدة الضوئية النسبية مقابل التيار الأمامي:توضح كيفية قياس مخرج الضوء مع زيادة تيار التشغيل، وتسليط الضوء على اللاخطيات المحتملة وانخفاض الكفاءة عند التيارات الأعلى.
• الشدة الضوئية النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطة:توضح الانخفاض الحراري لمخرج الضوء. مع ارتفاع درجة حرارة التقاطع، تنخفض الكفاءة الضوئية عادةً.
• توزيع القدرة الطيفية:سيظهر الشدة النسبية للضوء المنبعث عند كل طول موجي لرقائق الأحمر والأخضر والأزرق، مما يحدد نطاق الألوان الممكن مع هذا الجهاز.

5. المعلومات الميكانيكية ومواصفات الحزمة

5.1 الأبعاد الخارجية

للجهاز شكل خارجي محدد. جميع الأبعاد بالمليمترات مع تسامح نموذجي ±0.2 ملم. تشمل الملاحظات الميكانيكية الرئيسية موقع نقطة الحقن (التي يجب أن تكون فوق الأطراف) وحقيقة أن الوسادة الحرارية موصلة للكهرباء، وهو ما يجب مراعاته أثناء تخطيط اللوحة المطبوعة (PCB) لمنع حدوث دوائر قصر.

5.2 تحديد القطبية وتصميم الوسادة

توفر ورقة البيانات تخطيطًا مقترحًا لوسادة التثبيت على اللوحة المطبوعة (PCB). يتضمن هذا حجم وشكل وتباعد وسائد اللحام للأطراف الأربعة (المصعد والمهبط لكل لون، على الأرجح بتكوين مهبط مشترك أو مصعد مشترك) والوسادة الحرارية المركزية (الوسادة الحرارية). يعد تصميم الوسادة الصحيح أمرًا بالغ الأهمية للحام الموثوق، وإدارة الحرارة، ومنع ظاهرة "اللوح القبري" (tombstoning).

6. دليل اللحام والتجميع

6.1 ملف تعريف لحام إعادة التدفق

تم توفير ملف تعريف مقترح لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR)، متوافق مع J-STD-020D للعمليات الخالية من الرصاص. يحدد هذا الملف مراحل التسخين المسبق، والنقع، وإعادة التدفق (درجة الحرارة القصوى)، والتبريد مع قيود زمنية ودرجة حرارة محددة لضمان وصلات لحام موثوقة دون الإضرار بحزمة LED.

6.2 التنظيف والتعامل

يجب إجراء التنظيف باستخدام المواد الكيميائية المحددة فقط. يمكن غمر LED في كحول الإيثيل أو كحول الأيزوبروبيل في درجة حرارة الغرفة لأقل من دقيقة واحدة إذا لزم الأمر. قد تتسبب المواد الكيميائية غير المحددة في إتلاف عدسة الإيبوكسي. يتم فرض احتياطات صارمة للتفريغ الكهروستاتيكي (ESD): يوصى باستخدام أساور المعصم، والقفازات المضادة للكهرباء الساكنة، والمعدات المؤرضة بشكل صحيح لمنع التلف الناتج عن التفريغ الكهروستاتيكي.

7. معلومات التعبئة والطلب

يتم توريد LEDs معبأة في شريط بعرض 12 ملم على بكرات قطرها 7 بوصات، متوافقة مع معدات التجميع الآلي. يتم تحديد أبعاد التعبئة بالشريط والبكرة لضمان التوافق مع المغذيات القياسية. رقم الجزء هو LTW-Q35ZRGB.

8. اقتراحات التطبيق

8.1 اعتبارات التصميم

• تشغيل التيار:استخدم مشغلات تيار ثابت لكل قناة لونية للحفاظ على مخرج لوني مستقر ومنع الانفجار الحراري. تجعل اختلافات الجهد الأمامي (انظر التصنيف) تشغيل الجهد الثابت غير عملي للتطبيقات الحساسة للألوان.
• إدارة الحرارة:على الرغم من كونه مضغوطًا، فإن تبديد الطاقة (حتى 180 مللي واط إجمالاً) يولد حرارة. يعد التصميم الحراري المناسب للوحة المطبوعة، بما في ذلك استخدام الوسادة الحرارية المتصلة بمنطقة نحاسية، أمرًا ضروريًا للحفاظ على درجة حرارة التقاطع ضمن الحدود وضمان موثوقية طويلة الأجل ومخرج ضوئي مستقر.
• تحكم في مزج الألوان:لتحقيق نقاط بيضاء أو ألوان محددة، يعد تعديل عرض النبضة (PWM) لكل قناة هو الطريقة المفضلة على التعتيم التناظري، حيث يحافظ على نقاء اللون عبر نطاق تعتيم واسع.

9. الموثوقية والاختبار

تحدد ورقة البيانات خطة اختبار موثوقية شاملة، توضح متانة المنتج. تشمل الاختبارات: مقاومة حرارة اللحام (RTSH)، اختبار العمر في الحالة المستقرة (SSLT) عند درجة حرارة وتيار مرتفعين لمدة 3000 ساعة، دورات درجة الحرارة (TC)، الصدمة الحرارية (TS)، والتخزين في درجة حرارة ورطوبة عالية (WHTS). يتم تعريف معايير الفشل بناءً على التغيرات في الجهد الأمامي (الحد الأقصى 110% من الحد الأعلى للمواصفات)، التدفق الضوئي (الحد الأدنى 50% من الحد الأدنى للمواصفات)، وإحداثيات نقاء اللون (تحول <0.02).

10. المقارنة التقنية والتحديد

مقارنة بـ LEDs أحادية اللون المنفصلة، توفر هذه الحزمة RGB المتكاملة مساحة كبيرة على اللوحة وتُبسط عملية التجميع. تجعل زاوية المشاهدة الواسعة البالغة 130 درجة منها مناسبة للإضاءة المساحية بدلاً من الإضاءة المركزة. يلبي تصنيف ESD المحدد والتوافق مع إعادة التدفق الخالية من الرصاص معايير التصنيع والموثوقية الحديثة. يسمح هيكل التصنيف التفصيلي لها بالمنافسة في التطبيقات التي تتطلب اتساقًا في اللون، مثل الإضاءة المعمارية واللافتات.

11. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

س: كيف يمكنني توليد ضوء أبيض نقي باستخدام هذا LED RGB؟

ج: الضوء الأبيض النقي ليس نقطة واحدة ولكنه نطاق على مخطط نقاء اللون. يجب عليك تشغيل قنوات الأحمر والأخضر والأزرق عند التيارات المحددة المدرجة في جدول تصنيف التدفق الضوئي (R=25mA, G=13mA, B=15mA) لتحقيق نقاط البيضاء المحددة في فئات رتب الألوان (A1-D4). ستكون نقطة البيضاء الدقيقة تعتمد على الفئة المحددة للـ LED.

س: هل يمكنني تشغيل LED عند أقصى تيار مستمر له (40 مللي أمبير لكل قناة) بشكل مستمر؟

ج: على الرغم من إمكانية ذلك، إلا أنه غير موصى به للحصول على أفضل عمر تشغيلي وكفاءة. سيؤدي التشغيل عند تيارات أقل (مثل حالة الاختبار 20 مللي أمبير أو حالة الضوء الأبيض المختلط) إلى انخفاض درجة حرارة التقاطع، وكفاءة أعلى (لومن لكل واط)، وعمر تشغيلي أطول بشكل ملحوظ. ضع دائمًا في اعتبارك حد تبديد الطاقة الإجمالي البالغ 180 مللي واط.

س: لماذا الوسادة الحرارية موصلة للكهرباء، وكيف أتعامل مع هذا؟

ج: الوسادة موصلة لنقل الحرارة بكفاءة من رقاقة LED إلى اللوحة المطبوعة. في تخطيط اللوحة المطبوعة الخاصة بك، يجب عزل الوسادة الخاصة بالوسادة كهربائيًا عن جميع مسارات الدائرة الأخرى ما لم يتم توصيلها عمدًا بجهد محدد (غالبًا الأرضي). إنشاء اتصال تخفيف حراري بمستوى أرضي كبير هو ممارسة شائعة.

12. دراسة حالة التصميم والاستخدام

السيناريو: تصميم لافتة مخرج مضاءة من الحواف.سيتم وضع عدة LEDs من نوع LTW-Q35ZRGB على طول حافة دليل ضوء الأكريليك. سيتحكم متحكم دقيق في القنوات الثلاث لكل LED. للإضاءة المستمرة، سيتم تشغيل LEDs عند التيارات المحددة للضوء الأبيض. تضمن زاوية المشاهدة الواسعة إضاءة متساوية عبر وجه اللافتة. يضمن اختيار فئة تدفق ضوئي محددة (مثل V3 أو V4) اتساق السطوع عبر جميع الوحدات. يضمن اختيار رتبة لونية ضيقة (مثل جميعها من الفئة B2) أن يكون لجميع اللافتات نفس اللون الأبيض، وهو أمر بالغ الأهمية لاتساق العلامة التجارية ومعايير السلامة. تتيح حزمة SMD تصميم لافتة مضغوط ومنخفض الارتفاع وتجميع آلي.

13. مبدأ التشغيل

يعمل LED على مبدأ الإضاءة الكهربائية في المواد شبه الموصلة. عند تطبيق جهد أمامي يتجاوز عتبة الصمام الثنائي، تتحد الإلكترونات مع الفجوات داخل المنطقة النشطة من رقاقة أشباه الموصلات (المكونة من مواد مثل AlInGaP للأحمر و InGaN للأخضر/الأزرق)، مما يؤدي إلى إطلاق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد فجوة النطاق المحددة لمادة أشباه الموصلات الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث. تجمع الحزمة RGB ثلاث رقائق من هذا القبيل، ويختلط ضوئها بشكل جمعي داخل عدسة الإيبوكسي لإنتاج لون المخرج الملحوظ.

14. اتجاهات التكنولوجيا

يعكس الجهاز الاتجاهات المستمرة في الإضاءة ذات الحالة الصلبة: زيادة التكامل (رقائق متعددة في حزمة واحدة)، تحسين الكفاءة (لومن أعلى لكل واط)، التصغير، وتعزيز الموثوقية للبيئات القاسية. يتناول نظام التصنيف التفصيلي طلب السوق لاتساق اللون في تطبيقات الإضاءة الاحترافية. قد يشمل التطور المستقبلي كثافة طاقة أعلى، مشغلات متكاملة أو دوائر تحكم داخل الحزمة، وحتى نطاقات ألوان أوسع لتطبيقات العرض.