مصباح LED برتقالي جانبي SMD 5A - فائق السطوع بتقنية AlInGaP - جهد عكسي 5 فولت - قدرة 75 مللي واط - ورقة بيانات تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُفصّل هذا المستند مواصفات مصباح LED عالي الأداء من نوع جهاز مُركّب على السطح (SMD) ذو إضاءة جانبية. يستخدم الجهاز شريحة شبه موصلة فائقة السطوع من فوسفيد الألومنيوم إنديوم جاليوم (AlInGaP) لإنتاج ضوء برتقالي. تم تصميمه بعبوة ذات عدسة شفافة تمامًا، مما يوفر زاوية رؤية واسعة مناسبة لتطبيقات المؤشرات والإنارة الخلفية المتنوعة التي تتطلب إشعاعًا جانبيًا. المنتج متوافق مع توجيهات RoHS (تقييد المواد الخطرة)، مما يصنفه كمنتج صديق للبيئة. تصميمه متوافق مع معدات التركيب الآلي القياسية وعمليات لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR)، مما يجعله مثاليًا للتصنيع بكميات كبيرة. يتم توريد مصابيح LED على شريط بعرض 8 مم مُثبت على بكرات قطرها 7 بوصات، متوافقًا مع التغليف القياسي لتحالف الصناعات الإلكترونية (EIA).

2. تحليل مُعمّق للمعايير التقنية

2.1 القيم القصوى المطلقة

تُحدد القيم القصوى المطلقة الحدود التي إذا تم تجاوزها قد يحدث تلف دائم للجهاز. يتم تحديد هذه القيم عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية ولا يجوز تجاوزها تحت أي ظروف تشغيل.

• تبديد الطاقة (Pd):75 مللي واط. هذه هي أقصى قدرة يمكن لحزمة LED تبديدها كحرارة دون تدهور الأداء أو التسبب في عطل.
• تيار الأمام المستمر (IF):30 مللي أمبير تيار مستمر. أقصى تيار ثابت يمكن تطبيقه بشكل مستمر.
• تيار الأمام الذروي:80 مللي أمبير. يُسمح بهذا فقط في ظروف النبض بدورة عمل 1/10 وعرض نبضة 0.1 مللي ثانية. يتيح تجاوز تصنيف التيار المستمر في وضع النبض سطوعًا لحظيًا أعلى.
• الجهد العكسي (VR):5 فولت. أقصى جهد يمكن تطبيقه في اتجاه الانحياز العكسي عبر LED. قد يتسبب تجاوز هذا في انهيار الوصلة.
• عتبة التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) (HBM):1000 فولت (نموذج جسم الإنسان). يشير هذا إلى حساسية الجهاز للكهرباء الساكنة؛ إجراءات التعامل مع ESD إلزامية.
• نطاق درجة حرارة التشغيل:من -30°C إلى +85°C. نطاق درجة الحرارة المحيطة الذي صُمم LED للعمل فيه بشكل صحيح.
• نطاق درجة حرارة التخزين:من -40°C إلى +85°C. نطاق درجة الحرارة للتخزين الآمن عندما لا يكون الجهاز مُشغلًا.
• ظروف لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء:درجة حرارة ذروية 260°C كحد أقصى لمدة 10 ثوانٍ. يحدد هذا الملف الحراري الذي يمكن للعبوة تحمله أثناء التجميع.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

يتم قياس هذه المعلمات عند Ta=25°C وتحدد الأداء النموذجي لـ LED تحت ظروف التشغيل العادية. تيار الاختبار (IF) لمعظم المعلمات البصرية هو 5 مللي أمبير.

• شدة الإضاءة (Iv):تتراوح من حد أدنى 11.2 ملي كانديلا (mcd) إلى قيمة نموذجية 71.0 mcd عند 5 مللي أمبير. يتم قياس الشدة باستخدام مستشعر مُرشح لمطابقة منحنى استجابة العين البشرية الضوئي (CIE).
• زاوية الرؤية (2θ1/2):130 درجة. هذه هي الزاوية الكاملة التي تنخفض عندها شدة الإضاءة إلى نصف قيمتها المقاسة على المحور المركزي. الزاوية الواسعة للرؤية هي سمة مميزة لمصابيح LED الجانبية ذات العدسة الشفافة.
• طول موجة الانبعاث الذروي (λP):611 نانومتر (nm). هذا هو الطول الموجي الذي يكون عنده ناتج القدرة الطيفية لـ LED في أقصى حد له.
• الطول الموجي السائد (λd):605 نانومتر. مُشتق من مخطط لونية CIE، وهو الطول الموجي الفردي الذي يمثل بشكل أفضل اللون المُدرك (البرتقالي) لـ LED للعين البشرية.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):17 نانومتر. تشير هذه المعلمة إلى نقاء الطيف أو عرض النطاق الترددي للضوء المنبعث، ويُقاس بالعرض الكامل عند نصف أقصى شدة (FWHM).
• جهد الأمام (VF):بين 1.6 فولت (الحد الأدنى) و 2.3 فولت (الحد الأقصى) عند IF=5mA. هذا هو انخفاض الجهد عبر LED عندما يكون موصلًا للتيار.
• التيار العكسي (IR):بحد أقصى 10 ميكرو أمبير (μA) عند تطبيق جهد عكسي (VR) بقيمة 5 فولت. من المرغوب فيه تيار عكسي منخفض.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

يمكن أن تختلف شدة إضاءة مصابيح LED من دفعة إلى أخرى. لضمان الاتساق للمستخدم النهائي، يتم فرز الأجهزة إلى مجموعات (Bins) بناءً على الأداء المقاس عند 5 مللي أمبير. يحدد رمز المجموعة (Bin Code) الحد الأدنى والحد الأقصى المضمون لشدة الإضاءة لمصابيح LED المميزة بهذا الرمز. التسامح داخل كل مجموعة هو +/- 15%.

• رمز المجموعة L:11.2 mcd (الحد الأدنى) إلى 18.0 mcd (الحد الأقصى)
• رمز المجموعة M:18.0 mcd (الحد الأدنى) إلى 28.0 mcd (الحد الأقصى)
• رمز المجموعة N:28.0 mcd (الحد الأدنى) إلى 45.0 mcd (الحد الأقصى)
• رمز المجموعة P:45.0 mcd (الحد الأدنى) إلى 71.0 mcd (الحد الأقصى)

يسمح هذا النظام للمصممين باختيار مصابيح LED ذات نطاق سطوع معروف لتطبيقهم، مما يساعد في تحقيق إضاءة موحدة في التصاميم متعددة LED.

4. تحليل منحنيات الأداء

بينما يتم الإشارة إلى منحنيات رسومية محددة في ورقة البيانات (مثل الشكل 1 للتوزيع الطيفي، الشكل 6 لزاوية الرؤية)، يمكن وصف سلوكها النموذجي بناءً على فيزياء أشباه الموصلات وخصائص LED القياسية.

4.1 تيار الأمام مقابل جهد الأمام (منحنى I-V)

لمادة AlInGaP جهد أمامي مميز يتراوح عادةً بين 1.6 فولت و 2.3 فولت عند 5 مللي أمبير. منحنى I-V أسي؛ حيث تؤدي زيادة صغيرة في جهد الأمام إلى زيادة كبيرة في تيار الأمام. لذلك، يُوصى بشدة بتشغيل LED باستخدام مصدر تيار ثابت بدلاً من مصدر جهد ثابت لمنع الانحراف الحراري وضمان إخراج ضوئي مستقر.

4.2 شدة الإضاءة مقابل تيار الأمام

ناتج الضوء (شدة الإضاءة) يتناسب تقريبًا مع تيار الأمام على مدى كبير. ومع ذلك، تميل الكفاءة إلى الانخفاض عند التيارات العالية جدًا بسبب زيادة توليد الحرارة داخل الشريحة (تأثير Droop). يضمن التشغيل عند أو أقل من التيار المستمر الموصى به الكفاءة المثلى والعمر الطويل.

4.3 الاعتماد على درجة الحرارة

مثل جميع أشباه الموصلات، أداء LED حساس لدرجة الحرارة. مع زيادة درجة حرارة الوصلة:

• جهد الأمام (VF):ينخفض قليلاً.
• شدة الإضاءة (Iv):تنخفض. ناتج الضوء لمصابيح LED من نوع AlInGaP له معامل درجة حرارة سالب.
• الطول الموجي السائد (λd):قد يتحول قليلاً، عادةً نحو أطوال موجية أطول (انزياح أحمر) مع ارتفاع درجة الحرارة.

الإدارة الحرارية المناسبة في التطبيق (مثل مساحة نحاس كافية في اللوحة PCB لتبديد الحرارة) أمر بالغ الأهمية للحفاظ على أداء وعمر افتراضي ثابتين.

4.4 التوزيع الطيفي

سيظهر منحنى الناتج الطيفي ذروة أساسية عند حوالي 611 نانومتر (برتقالي-أحمر). يشير نصف العرض البالغ 17 نانومتر إلى طيف انبعاث ضيق نسبيًا مقارنة بمصابيح LED البيضاء أو واسعة الطيف، وهو أمر نموذجي لأجهزة AlInGaP أحادية اللون.

5. المعلومات الميكانيكية والخاصة بالعبوة

5.1 أبعاد العبوة

تتضمن ورقة البيانات رسمًا تفصيليًا لأبعاد عبوة SMD. تشمل الميزات الرئيسية هندسة العدسة الجانبية، وموقع وحجم أطراف القطب السالب والموجب، والبصمة الكلية للعبوة. يتم توفير جميع الأبعاد بالمليمترات بتسامح قياسي ±0.10 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. يوجه التصميم ذو الرؤية الجانبية الضوء موازيًا لمستوى تركيب اللوحة PCB.

5.2 تحديد القطبية وتصميم الوسادات (Pads)

يحتوي LED على طرف موجب (+) وطرف سالب (-). توفر ورقة البيانات تخطيطًا مقترحًا لوسادات اللحام (Land Pattern) لتصميم اللوحة PCB. تم تحسين هذا التخطيط للحصول على لحام موثوق واستقرار ميكانيكي. كما يشير إلى اتجاه اللحام الموصى به لضمان حبات لحام متجانسة ومنع ظاهرة "الشمعدان" (رفع أحد الأطراف عن الوسادة أثناء إعادة التدفق). اتباع هذه الإرشادات ضروري لتحقيق إنتاجية عالية.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 ملف لحام إعادة التدفق

يتم توفير ملف مقترح لإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR) لعمليات اللحام الخالية من الرصاص. تشمل المعلمات الرئيسية لهذا الملف:

• منطقة التسخين المسبق/النقع:الارتفاع التدريجي إلى 150-200 درجة مئوية لتفعيل المادة المساعدة (Flux) وتسخين التجميع تدريجيًا، مما يقلل من الصدمة الحرارية.
• منطقة إعادة التدفق:ترتفع درجة الحرارة إلى ذروة قصوى تبلغ 260 درجة مئوية. الوقت فوق نقطة السيولة (عادةً ~217 درجة مئوية لحام SnAgCu) والوقت ضمن 5 درجات مئوية من درجة الحرارة القصوى أمران بالغا الأهمية لتشكيل الوصلة.
• درجة الحرارة القصوى والوقت:يجب ألا تتجاوز العبوة 260 درجة مئوية لأكثر من 10 ثوانٍ. هذا الحد بالغ الأهمية لمنع تلف عدسة الإيبوكسي الخاصة بـ LED والوصلات السلكية الداخلية.
• منطقة التبريد:تبريد مُتحكم فيه لتصلب وصلات اللحام بشكل صحيح.

يستند الملف إلى معايير JEDEC، ولكن يُوصى بإجراء ملف حراري نهائي على مستوى اللوحة بسبب الاختلافات في تصميم اللوحة PCB، معجون اللحام، وخصائص الفرن.

6.2 اللحام اليدوي

إذا كان اللحام اليدوي ضروريًا، فاستخدم مكواة لحام ذات تحكم في درجة الحرارة. يجب ألا تتجاوز درجة حرارة طرف المكواة 300 درجة مئوية، ويجب أن يقتصر وقت اللحام لكل طرف على 3 ثوانٍ كحد أقصى. يجب إجراء اللحام اليدوي مرة واحدة فقط لتجنب الإجهاد الحراري.

6.3 التنظيف

إذا كان التنظيف بعد اللحام مطلوبًا، فاستخدم المذيبات المحددة فقط. يُسمح بغمر LED في كحول الإيثيل أو كحول الأيزوبروبيل في درجة الحرارة العادية لأقل من دقيقة واحدة. لا تستخدم منظفات كيميائية غير محددة لأنها قد تتلف مادة العبوة أو العدسة.

6.4 التخزين والتعامل

• احتياطات ESD:الجهاز حساس للتفريغ الكهروستاتيكي (ESD). استخدم دائمًا أسوار المعصم، وسُجاد مضاد للكهرباء الساكنة، ومعدات مؤرضة بشكل صحيح عند التعامل.
• حساسية الرطوبة:بينما يحمي التغليف الأصلي المُحكم مع مجفف الأجهزة، بمجرد الفتح، يجب تخزين مصابيح LED في بيئة لا تتجاوز 30 درجة مئوية و 60% رطوبة نسبية. للتخزين الممتد خارج الكيس الأصلي، استخدم حاوية محكمة الإغلاق مع مجفف. إذا تم تخزينها مفتوحة لأكثر من أسبوع، يُوصى بالخبز عند حوالي 60 درجة مئوية لمدة 20 ساعة على الأقل قبل لحام إعادة التدفق لإزالة الرطوبة الممتصة ومنع ظاهرة "الفرقعة" (تشقق العبوة أثناء إعادة التدفق).

7. معلومات التغليف والطلب

7.1 مواصفات الشريط والبكرة

يتم توريد مصابيح LED على شريط حامل بارز بشريط غطاء واقي. تشمل المواصفات الرئيسية:

• عرض الشريط الحامل:8 مم.
• قطر البكرة:7 بوصات.
• الكمية لكل بكرة:4000 قطعة (بكرة كاملة).
• الحد الأدنى لكمية التعبئة:500 قطعة للكميات المتبقية.
• إغلاق الجيوب:يتم إغلاق الجيوب الفارغة على الشريط بشريط الغطاء.
• المصابيح المفقودة:يُسمح بحد أقصى مصباحين LED مفقودين متتاليين (جيوب فارغة) وفقًا للمواصفات.

يتوافق التغليف مع مواصفات ANSI/EIA-481، مما يضمن التوافق مع معدات التجميع الآلي القياسية.

8. ملاحظات التطبيق واعتبارات التصميم

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

هذا المصباح LED البرتقالي الجانبي مناسب لمجموعة متنوعة من التطبيقات التي تتطلب نمط إضاءة جانبي واسع، بما في ذلك:

• مؤشرات الحالة:على الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية، لوحات التحكم الصناعية، ومعدات الشبكات حيث تكون زاوية الرؤية الواسعة مفيدة.
• الإضاءة الخلفية:لللوحات المضاءة من الحواف، أو تراكبات مفاتيح الغشاء، أو الرموز حيث يجب توجيه الضوء جانبياً.
• إضاءة المقصورة الداخلية للسيارات:لإضاءة لوحة القيادة أو الكونسول (خاضع للتأهيل الخاص بدرجة السيارات).
• شاشات الأجهزة:للإشارة إلى الطاقة، الوضع، أو الوظيفة على الأجهزة المنزلية.

8.2 اعتبارات تصميم الدائرة

• تحديد التيار:استخدم دائمًا مقاومة محددة للتيار على التوالي أو محرك LED ثابت التيار مخصص. يمكن حساب قيمة المقاومة باستخدام قانون أوم: R = (Vsupply - VF) / IF. تأكد من أن قدرة المقاومة كافية (P = IF² * R).
• حماية الجهد العكسي:على الرغم من أن LED يمكنه تحمل 5 فولت في الاتجاه العكسي، إلا أنه من الممارسات الجيدة تجنب تطبيق أي انحياز عكسي. في الدوائر المترددة أو ثنائية القطب، فكر في إضافة صمام ثنائي على التوازي العكسي للحماية.
• الإدارة الحرارية:للتشغيل عند أو بالقرب من أقصى تيار مستمر، تأكد من أن اللوحة PCB توفر تخفيفًا حراريًا كافيًا. يساعد توصيل وسادات LED بمناطق صب النحاس على تبديد الحرارة.
• التعتيم:للتحكم في السطوع، تعد تعديل عرض النبضة (PWM) هي الطريقة المفضلة على تقليل التيار التناظري، لأنها تحافظ على درجة حرارة لونية ثابتة.

9. المقارنة التقنية والتمييز

يقدم هذا المصباح LED البرتقالي من نوع AlInGaP مزايا محددة:

• مقارنة بمصابيح LED البرتقالية التقليدية (مثل GaAsP):توفر تقنية AlInGaP كفاءة إضاءة وسطوعًا أعلى بكثير، واستقرارًا حراريًا أفضل، وعمر تشغيلي أطول.
• مقارنة بمصابيح LED البرتقالية المحولة بالفوسفور:كمادة شبه موصلة تنبعث مباشرة، فإنه يوفر لونًا برتقاليًا أكثر تشبعًا ونقاءً (طيف ضيق عند ~605 نانومتر طول موجي سائد) مقارنة بالطيف الأوسع للأنواع المحولة بالفوسفور. كما أن له عادةً أوقات استجابة أسرع.
• العبوة الجانبية مقابل العبوة ذات الرؤية العلوية:المُفرّق الأساسي هو اتجاه انبعاث الضوء. تم تصميم هذه العبوة خصيصًا لإصدار الضوء موازيًا للوحة PCB، مما يحل تحديات التصميم حيث تكون المساحة الرأسية محدودة أو حيث تكون هناك حاجة لإضاءة سطح جانبي.

10. الأسئلة الشائعة (FAQ)

10.1 ما الفرق بين الطول الموجي الذروي والطول الموجي السائد؟

الطول الموجي الذروي (λP)هو الطول الموجي الفيزيائي حيث يصدر LED أكبر قدر من الطاقة الضوئية.الطول الموجي السائد (λd)هي قيمة محسوبة تعتمد على إدراك اللون البشري (مخطط CIE) والتي تمثل بشكل أفضل اللون الذي نراه. بالنسبة لمصابيح LED أحادية اللون مثل هذا البرتقالي، غالبًا ما تكون قريبة ولكنها ليست متطابقة.

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

نعم. الحد الأقصى المطلق لتيار الأمام المستمر هو 30 مللي أمبير. التشغيل عند 20 مللي أمبير ضمن المواصفات. تذكر إعادة حساب قيمة مقاومة تحديد التيار المطلوبة بناءً على جهد الأمام عند 20 مللي أمبير (والذي قد يكون أعلى قليلاً منه عند 5 مللي أمبير).

10.3 لماذا يُوصى باستخدام محرك تيار ثابت؟

جهد الأمام لـ LED له معامل درجة حرارة سالب ويمكن أن يختلف من وحدة إلى أخرى. يوفر مصدر الجهد الثابت مع مقاومة على التوالي تحديدًا أساسيًا للتيار، ولكن التيار لا يزال يمكن أن ينحرف مع درجة الحرارة. يضمن مصدر التيار الثابت إخراج ضوئي مستقر ويحمي LED من ظروف التيار الزائد بغض النظر عن اختلافات VF.

10.4 كيف أفسر رمز المجموعة (Bin Code) عند الطلب؟

يحدد رمز المجموعة (مثل L، M، N، P) نطاق شدة الإضاءة المضمون عند 5 مللي أمبير. للتطبيقات التي تتطلب سطوعًا موحدًا، حدد واستخدم مصابيح LED من نفس رمز المجموعة. للتطبيقات الأقل أهمية، قد يكون الخليط مقبولاً.

11. دراسة حالة للتصميم والاستخدام

السيناريو: إضاءة خلفية لزر ملموس مرتفع على لوحة جهاز طبي.غطاء الزر معتم مع أيقونة شبه شفافة، ويقع على ارتفاع 2 مم فوق اللوحة PCB. كان مصباح LED ذو رؤية علوية سيضيء لأعلى، مما يهدر الضوء. يمكن لمصباح LED جانبي مُركّب بجوار الزر توجيه حزمته ذات 130 درجة جانبياً إلى حافة غطاء الزر، مما يضيء الأيقونة بكفاءة من الداخل. تضمن زاوية الرؤية الواسعة إضاءة متساوية عبر الأيقونة. يوفر اللون البرتقالي إشارة واضحة لـ "الاستعداد" أو "التحذير". تتيح عبوة SMD تجميعًا مدمجًا ومنخفض الارتفاع متوافقًا مع عمليات الإنتاج الآلي والتنظيف المطلوبة للمعدات الطبية.

12. مقدمة عن مبدأ التكنولوجيا

يعتمد هذا LED على مادة شبه موصلة من فوسفيد الألومنيوم إنديوم جاليوم (AlInGaP) تمت زراعتها بشكل طبقي على ركيزة. عند تطبيق جهد أمامي، يتم حقق الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة حيث تتحد، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). تحدد النسبة المحددة للألومنيوم، الإنديوم، والجاليوم في الشبكة البلورية طاقة فجوة النطاق، والتي تحدد مباشرة الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث - في هذه الحالة، البرتقالي (~605-611 نانومتر). يتم تحقيق خاصية "فائق السطوع" من خلال تصميم شريحة متقدم واستخراج ضوئي كفء من المادة شبه الموصلة إلى العبوة. يتم إنشاء التأثير الجانبي من خلال هندسة العدسة المصبوبة المحددة التي تستخدم الانعكاس الداخلي والانكسار لإعادة توجيه الضوء من الشريحة الباعثة من الأعلى إلى خارج العبوة من الجانب.

13. اتجاهات وتطورات الصناعة

يستمر اتجاه مصابيح LED للإشارة والمؤشرات نحو كفاءة أعلى، عبوات أصغر، وموثوقية أكبر. تقنية AlInGaP ناضجة ولكنها تستمر في رؤية تحسينات تدريجية في ناتج لومن لكل واط. هناك أيضًا تركيز متزايد على التصنيف الدقيق للألوان وتسامحات أضيق للتطبيقات التي تتطلب اتساقًا في اللون، مثل شاشات الألوان الكاملة أو مجموعات السيارات. يزداد اعتماد العبوات الجانبية والزوايا القائمة مع تصغير الإلكترونيات، مما يسمح بحلول مبتكرة للإضاءة الخلفية وإشارات الحالة في التصاميم محدودة المساحة. علاوة على ذلك، فإن التكامل مع وحدات التحكم المدمجة (LEDs الذكية) وتحسين التوافق مع عمليات اللحام عالية الحرارة هي مجالات تطوير مستمرة لتلبية متطلبات التطبيقات الصناعية والسيارات المتقدمة.