سلسلة 57-21: ثنائي باعث للضوء أحمر SMD جانبي المشاهدة - أبعاد العبوة 2.0x1.25x0.7مم - جهد أمامي 1.75-2.35 فولت - شدة إضاءة 45-112 ميكروكانديلا - وثيقة تقنية

1. نظرة عامة على المنتج

تمثل سلسلة 57-21 عائلة من ثنائيات الإضاءة الباعثة للضوء (LED) ذات المشاهدة الجانبية والتركيب السطحي (SMD). توضح هذه الوثيقة المحددة النوع الأحمر، الذي يستخدم رقاقة شبه موصلة من فوسفيد الألومنيوم جاليوم إنديوم (AlGaInP) لإنتاج ضوء أحمر ساطع. يتميز الجهاز بعبوة مضغوطة ومنخفضة الارتفاع مصممة خصيصًا للتطبيقات التي يكون فيها المساحة محدودة ومطلوب إضاءة جانبية.

1.1 المزايا الأساسية وتحديد موقع المنتج

تنبع مزايا التصميم الأساسية لهذه السلسلة من LED من هندسة عبوتها. فهي تتميز بزاوية مشاهدة واسعة، تبلغ عادة 120 درجة، يتم تحقيقها من خلال تصميم عاكس داخلي محسن. هذا يجعل المكون مناسبًا بشكل استثنائي لتطبيقات دليل الضوء أو الأنابيب الضوئية، حيث يكون الاقتران الفعال والإضاءة الجانبية الموحدة أمرًا بالغ الأهمية. علاوة على ذلك، يعمل الجهاز عند مستويات تيار منخفضة، مما يجعله مثاليًا للإلكترونيات المحمولة التي تعمل بالبطارية والتطبيقات الأخرى التي يكون فيها استهلاك الطاقة مصدر قلق رئيسي. يتم تصنيع المنتج بدون رصاص وهو متوافق مع توجيهية RoHS (تقييد المواد الخطرة).

1.2 التطبيقات المستهدفة

يحدد مزيج عامل الشكل الجانبي، وزاوية المشاهدة الواسعة، ومتطلبات الطاقة المنخفضة سوقه المستهدف. تشمل مجالات التطبيق الرئيسية الإضاءة الخلفية لشاشات الكريستال السائل (LCD) الملونة بالكامل، خاصة في الإلكترونيات الاستهلاكية النحيفة مثل الهواتف المحمولة والأجهزة اللوحية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة. كما أنها مناسبة لمؤشرات الحالة في معدات أتمتة المكاتب (OA) وكبديل حديث وفعال للمصابيح الكهربائية المصغرة التقليدية في الأجهزة الإلكترونية المختلفة.

2. تحليل مفصل للمعايير التقنية

يقدم هذا القسم تفسيرًا موضوعيًا مفصلاً للمعايير الكهربائية والبصرية والحرارية الرئيسية المحددة للجهاز تحت ظروف الاختبار القياسية (Ta=25°C).

2.1 التقييمات القصوى المطلقة

تحدد هذه التقييمات حدود الإجهاد التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يُقصد بها التشغيل العادي.

• الجهد العكسي (V_R):5 فولت. تجاوز هذا الجهد في الانحياز العكسي يمكن أن يسبب انهيار الوصلة.
• التيار الأمامي (I_F):25 مللي أمبير تيار مستمر. أقصى تيار مستمر مسموح به.
• تيار الذروة الأمامي (I_FP):60 مللي أمبير. هذا مسموح به فقط في ظل ظروف النبض (دورة عمل 1/10 عند 1 كيلوهرتز)، وهو مفيد للإرسال المتعدد أو إشارات السطوع العالي المؤقتة.
• تبديد الطاقة (P_d):60 ملي واط. أقصى طاقة يمكن للعبوة تبديدها كحرارة.
• درجة حرارة التشغيل والتخزين:-40°C إلى +85°C و -40°C إلى +100°C على التوالي، مما يشير إلى ملاءمتها للنطاقات الصناعية والبيئية الموسعة.
• التفريغ الكهروستاتيكي (ESD):2000 فولت (نموذج جسم الإنسان). مستوى قياسي يتطلب احتياطات أساسية للتعامل مع ESD أثناء التجميع.
• درجة حرارة اللحام:تم تحديد اللحام بإعادة التدفق عند 260°C لمدة 10 ثوانٍ أو اللحام اليدوي عند 350°C لمدة 3 ثوانٍ، مما يحدد حدود المظهر الحراري لتجميع لوحة الدوائر المطبوعة.

2.2 الخصائص الكهروبصرية

يتم قياس هذه المعلمات عند تيار اختبار قياسي قدره I_F= 10 مللي أمبير وتحدد أداء الجهاز.

• شدة الإضاءة (I_v):تتراوح من 45 ميكروكانديلا (الحد الأدنى) إلى 112 ميكروكانديلا (الحد الأقصى)، مع تسامح نموذجي ±11%. هذه هي السطوع الملحوظ لخرج الضوء الأحمر.
• زاوية المشاهدة (2θ_1/2):120 درجة (نموذجي). هذه هي الزاوية الكاملة التي تنخفض عندها شدة الإضاءة إلى نصف قيمتها القصوى، مما يؤكد نمط الانبعاث الواسع المنتشر.
• الطول الموجي السائد (λ_d):بين 617.5 نانومتر و 633.5 نانومتر. هذا يحدد اللون الملحوظ (درجة اللون) للضوء الأحمر. تم تحديد تسامح ±1 نانومتر لمطابقة الألون الدقيقة.
• الطول الموجي القمة (λ_p):عادة 632 نانومتر، مما يشير إلى القمة الطيفية للضوء المنبعث، والتي قد تختلف قليلاً عن الطول الموجي السائد.
• عرض النطاق الطيفي (Δλ):عادة 20 نانومتر، يصف عرض الطيف المنبعث حول الطول الموجي القمة.
• الجهد الأمامي (V_F):بين 1.75 فولت و 2.35 فولت عند 10 مللي أمبير، مع تسامح ±0.1 فولت. هذا أمر بالغ الأهمية لتصميم دائرة تحديد التيار.
• التيار العكسي (I_R):أقصى 10 ميكرو أمبير عند انحياز عكسي 5 فولت، مما يشير إلى جودة وصلة جيدة.

3. شرح نظام الفرز

لضمان الاتساق في الإنتاج الضخم، يتم فرز ثنائيات الإضاءة الباعثة للضوء إلى مجموعات أداء. هذا يسمح للمصممين باختيار أجزاء تلبي متطلبات محددة للون والسطوع.

3.1 فرز الطول الموجي السائد

يتم تجميع مجموعات الطول الموجي تحت الرمز 'A' وتقسيمها إلى أربع مجموعات فرعية (E4, E5, E6, E7)، كل منها يغطي نطاق 4 نانومتر من 617.5 نانومتر إلى 633.5 نانومتر. هذا يسمح باختيار ثنائيات الإضاءة الباعثة للضوء ذات درجات حمراء محددة للغاية، وهو أمر بالغ الأهمية للتطبيقات التي تتطلب مظهر لوني متسق عبر وحدات متعددة.

3.2 فرز شدة الإضاءة

يتم فرز السطوع إلى أربع مجموعات: P1 (45-57 ميكروكانديلا)، P2 (57-72 ميكروكانديلا)، Q1 (72-90 ميكروكانديلا)، و Q2 (90-112 ميكروكانديلا). هذا يتيح الاختيار بناءً على مستويات السطوع المطلوبة، مما قد يحسن استهلاك الطاقة أو يلبي متطلبات قياس الضوء المحددة.

3.3 فرز الجهد الأمامي

يتم تجميع الجهد الأمامي تحت الرمز 'B' مع ثلاث مجموعات: 0 (1.75-1.95 فولت)، 1 (1.95-2.15 فولت)، و 2 (2.15-2.35 فولت). يمكن أن تكون معرفة مجموعة V_Fمهمة لتصميم دوائر تشغيل فعالة، خاصة في الأجهزة التي تعمل بالبطارية، لتقليل انخفاض الجهد وفقدان الطاقة.

4. تحليل منحنيات الأداء

تتضمن ورقة البيانات عدة منحنيات مميزة توفر نظرة أعمق على سلوك الجهاز تحت ظروف مختلفة.

4.1 التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V)

يظهر هذا المنحنى العلاقة الأسية بين التيار والجهد لثنائي شبه موصل. بالنسبة لهذا LED، عند 25°C، يرتفع الجهد من حوالي 1.6 فولت عند تيارات منخفضة جدًا إلى حوالي 2.8 فولت عند 40 مللي أمبير. المنحنى ضروري لتحديد نقطة التشغيل وتصميم مقاوم محدد للتيار مناسب أو مشغل تيار ثابت.

4.2 شدة الإضاءة النسبية مقابل التيار الأمامي

يوضح هذا الرسم البياني أن ناتج الضوء يزداد مع التيار ولكن ليس خطيًا. يميل إلى التشبع عند التيارات الأعلى. علاوة على ذلك، فإنه يظهر تأثير التشغيل النبضي (دورة عمل 1/10)، حيث يمكن استخدام تيارات ذروة أعلى لتحقيق سطوع أعلى لحظي دون تجاوز حدود تبديد الطاقة المتوسطة.

4.3 منحنى تخفيض التيار الأمامي

هذا رسم بياني حراري بالغ الأهمية. يظهر أقصى تيار أمامي مستمر مسموح به كدالة لدرجة الحرارة المحيطة (T_a). مع زيادة درجة الحرارة، يجب تقليل التيار الأقصى لمنع ارتفاع درجة الحرارة. على سبيل المثال، عند 85°C، يكون أقصى تيار مستمر أقل بكثير من التقييم 25 مللي أمبير عند 25°C.

4.4 توزيع الطيف

يؤكد الرسم الطيفي الطبيعة أحادية اللون لـ LED، حيث يظهر قمة واحدة حول 632 نانومتر بعرض نطاق نموذجي 20 نانومتر. هناك انبعاث ضئيل في أجزاء أخرى من الطيف المرئي، وهي سمة مميزة لـ LED أحمر AlGaInP عالي النقاء.

4.5 نمط الإشعاع (الرسم القطبي)

يمثل هذا الرسم البياني زاوية المشاهدة 120 درجة بشكل مرئي. يتم رسم الشدة على رسم بياني قطبي، يظهر نمط انبعاث واسع يشبه لامبرت حيث تكون الشدة أعلى عند 0 درجة (عمودي على الرقاقة) وتنخفض بسلاسة إلى 50% عند ±60 درجة من المركز.

5. المعلومات الميكانيكية والتعبئة

5.1 أبعاد العبوة والمساحة

يحتوي الجهاز على عبوة SMD جانبية المشاهدة مضغوطة. تشمل الأبعاد الرئيسية طول الجسم حوالي 2.0 مم، وعرض 1.25 مم، وارتفاع 0.7 مم. تحدد الرسومات الميكانيكية التفصيلية جميع الأبعاد الحرجة، بما في ذلك مواقع الوسادات والتسامحات (عادة ±0.1 مم)، وهي ضرورية لتخطيط لوحة الدوائر المطبوعة وضمان اللحام والمحاذاة المناسبة.

5.2 تحديد القطبية

يتم تحديد الكاثود عادة بزاوية مميزة أو شق على العبوة. يجب مراعاة القطبية الصحيحة أثناء التركيب لضمان التشغيل السليم.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 معلمات لحام إعادة التدفق

تم تصنيف المكون لعمليات لحام إعادة التدفق الخالية من الرصاص بدرجة حرارة قمة 260°C لمدة تصل إلى 10 ثوانٍ. يتوافق هذا مع ملفات تعريف IPC/JEDEC J-STD-020 القياسية. يُسمح أيضًا باللحام اليدوي بمكواة عند 350°C لمدة أقصاها 3 ثوانٍ لكل طرف، مما يتطلب تقنية دقيقة لتجنب التلف الحراري.

6.2 حساسية الرطوبة والتخزين

يتم تعبئة ثنائيات الإضاءة الباعثة للضوء في أكياس حاجزة مقاومة للرطوبة مع مجفف لمنع امتصاص الرطوبة، مما قد يسبب "انفجار الفشار" (تشقق العبوة) أثناء إعادة التدفق. بمجرد فتح الكيس المغلق، يجب استخدام المكونات خلال إطار زمني محدد (غير مذكور صراحة ولكن ضمني من التعبئة) أو خبزها وفقًا لإجراءات مستوى حساسية الرطوبة (MSL) القياسية قبل اللحام.

7. معلومات التعبئة والطلب

7.1 مواصفات الشريط والبكرة

للتجميع الآلي، يتم توريد المكونات على شريط حامل بارز ملفوف على بكرات. يتم تحديد عرض الشريط، وتباعد الجيوب، وأبعاد البكرة لتكون متوافقة مع معدات التقاط ووضع SMD القياسية. تحتوي كل بكرة على 500 قطعة.

7.2 شرح الملصق وترقيم الجزء

يحتوي ملصق البكرة على معلومات حرجة للتتبع والتطبيق الصحيح: رقم الجزء (PN)، رقم جزء العميل (CPN)، الكمية (QTY)، رقم الدفعة (LOT NO)، ومجموعات الأداء المحددة لشدة الإضاءة (CAT)، والطول الموجي السائد (HUE)، والجهد الأمامي (REF). من المحتمل أن يشفر رقم الجزء 57-21/R6C-AP1Q2B/BF السلسلة واللون ورموز المجموعات المحددة.

8. الموثوقية واختبار التأهيل

يخضع المنتج لمجموعة من اختبارات الموثوقية التي أجريت بمستوى ثقة 90% ونسبة عيوب متسامحة للدفعة (LTPD) تبلغ 10%. تشمل الاختبارات الرئيسية:

• لحام إعادة التدفق:يؤكد القدرة على البقاء من خلال المظهر الحراري للتجميع.
• دورة درجة الحرارة والصدمة الحرارية:يختبر المتانة ضد إجهادات التمدد الحراري من -40°C إلى +100°C.
• التخزين في درجة حرارة عالية/منخفضة:يقيم الاستقرار طويل المدى تحت ظروف غير تشغيلية متطرفة.
• عمر التشغيل بالتيار المستمر:اختبار عمر 1000 ساعة عند 20 مللي أمبير لتقييم تدهور الأداء بمرور الوقت.
• درجة الحرارة العالية/الرطوبة (85°C/85% RH):يختبر مقاومة الحرارة الرطبة، والتي يمكن أن تسبب التآكل أو أعطال أخرى.

9. اقتراحات التطبيق واعتبارات التصميم

9.1 دوائر التطبيق النموذجية

طريقة التشغيل الأكثر شيوعًا هي مقاومة متسلسلة بسيطة. يتم حساب قيمة المقاومة (R) باستخدام قانون أوم: R = (V_المصدر- V_F) / I_F. باستخدام أقصى V_F(2.35 فولت) للحساب يضمن ألا يتجاوز التيار المستوى المطلوب حتى مع التباين من جزء لآخر. على سبيل المثال، مع مصدر 5 فولت وهدف I_Fبقدر 10 مللي أمبير: R = (5V - 2.35V) / 0.01A = 265 Ω. سيكون المقاوم القياسي 270 Ω مناسبًا. للتطبيقات التي تتطلب سطوعًا ثابتًا أو تشغيلاً من مصدر جهد متغير (مثل البطارية)، يوصى باستخدام مشغل تيار ثابت.

9.2 تصميم لاقتران الأنبوب الضوئي

تم تحسين زاوية المشاهدة الواسعة وتصميم العبوة للأنابيب الضوئية. للحصول على أفضل النتائج، يجب وضع LED أقرب ما يمكن إلى مدخل دليل الضوء. ستؤثر مادة الأنبوب الضوئي وتشطيبه (مثل الأكريليك، البولي كربونات) وأي انحناءات أو ميزات على انتظام وكفاءة ناتج الضوء النهائي. غالبًا ما يكون المحاكاة البصرية أو النماذج الأولية ضرورية للتصاميم المعقدة.

9.3 اعتبارات إدارة الحرارة

على الرغم من أن تبديد الطاقة منخفض، إلا أن التشغيل المستمر في درجات حرارة محيطة عالية أو تيارات عالية يتطلب الاهتمام. يجب اتباع منحنى التخفيض. يضمن توفير مساحة نحاسية كافية حول وسادات لوحة الدوائر المطبوعة تبديد الحرارة والحفاظ على أداء LED وعمره الافتراضي.

10. المقارنة التقنية والتمييز

المميزات الرئيسية لهذه السلسلة من LED الجانبي هي مزيجها المحدد من السمات: عامل الشكل الباعث جانبيًا، وزاوية المشاهدة الواسعة جدًا 120 درجة التي يسهلها العاكس المدمج، واستخدام تقنية AlGaInP للضوء الأحمر عالي الكفاءة. مقارنة بـ LED ذات المشاهدة العلوية، فإنه يوفر إضاءة موازية لمستوى لوحة الدوائر المطبوعة، وهو أمر أساسي لإضاءة حواف الشاشات. مقارنة بـ LED جانبي آخر، يهدف عاكسه الداخلي المحسن إلى كفاءة اقتران أعلى في أدلة الضوء. كما يساهم الجهد الأمامي المنخفض لرقاقة AlGaInP أيضًا في كفاءة كهربائية إجمالية أعلى مقارنة ببعض التقنيات الأقدم.

11. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

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

ج: نعم، التقييم الأقصى المطلق للتيار الأمامي المستمر هو 25 مللي أمبير، لذا فإن 20 مللي أمبير ضمن منطقة التشغيل الآمنة، بشرط أن تكون درجة الحرارة المحيطة ضمن الحدود (راجع منحنى التخفيض).

س: لماذا يوجد مثل هذا النطاق الواسع في شدة الإضاءة (45-112 ميكروكانديلا)؟

ج: هذا هو الانتشار الكامل للإنتاج. من خلال نظام الفرز (P1, P2, Q1, Q2)، يمكن للمصنعين والعملاء اختيار أجزاء ضمن نطاق سطوع أضيق بكثير لضمان الاتساق في منتجهم النهائي.

س: ما الفرق بين الطول الموجي السائد والطول الموجي القمة؟

ج: الطول الموجي القمة (λ_p) هو النقطة الواحدة لأعلى قوة طيفية. الطول الموجي السائد (λ_d) هو قيمة محسوبة تمثل بشكل أفضل اللون الملحوظ للعين البشرية، مع الأخذ في الاعتبار طيف الانبعاث الكامل وحساسية العين. λ_dأكثر صلة بتحديد اللون.

س: هل مقاومة تحديد التيار ضرورية دائمًا؟

ج: نعم. LED هو جهاز يعمل بالتيار. جهدها الأمامي ثابت نسبيًا، ولكن التيار يمكن أن يزداد بسرعة مع زيادة طفيفة في الجهد. المقاومة أو دائرة التيار الثابت النشطة ضرورية لمنع الانفجار الحراري وتدمير LED.

12. مثال عملي لحالة الاستخدام

السيناريو: تصميم مؤشر حالة لجهاز طبي محمول.

يتطلب الجهاز مؤشرًا أحمر "جاهز/شحن" مرئيًا من الجانب. تم اختيار LED من سلسلة 57-21 في مجموعة السطوع Q1 (72-90 ميكروكانديلا) لرؤية كافية. يعمل الجهام بمصدر منظم 3.3 فولت. استهداف I_Fمحافظ بقدر 8 مللي أمبير لعمر بطارية طويل واستخدام أقصى V_Fبقدر 2.35 فولت لحساب أسوأ حالة: R = (3.3V - 2.35V) / 0.008A = 118.75 Ω. تم اختيار مقاوم 120 Ω. يتم وضع LED على حافة لوحة الدوائر المطبوعة، محاذاة لأنبوب ضوئي أكريليك مصبوب يوجه الضوء إلى نافذة صغيرة على غلاف الجهاز. تضمن زاوية المشاهدة الواسعة رؤية المؤشر حتى عند مشاهدة الجهاز من زاوية مائلة.

13. مقدمة عن مبدأ التشغيل

يعتمد انبعاث الضوء في هذا LED على الإضاءة الكهربائية في وصلة p-n شبه موصلة مصنوعة من AlGaInP. عند تطبيق جهد أمامي، يتم حقق الإلكترونات من المنطقة من النوع n والفجوات من المنطقة من النوع p في المنطقة النشطة حيث تتحد. الطاقة المنطلقة أثناء هذا الاتحاد تنبعث كفوتونات (ضوء). يحدد التركيب المحدد لسبيكة AlGaInP طاقة فجوة النطاق، والتي بدورها تحدد الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث، في هذه الحالة، في الطيف الأحمر (~632 نانومتر). يشكل العاكس الداخلي وعدسة الإيبوكسي الشفافة ناتج الضوء إلى النمط واسع الزاوية المطلوب.

14. اتجاهات التكنولوجيا والسياق

تمثل ثنائيات الإضاءة الباعثة للضوء SMD الجانبية مثل سلسلة 57-21 حلاً ناضجًا ومحسنًا للإضاءة الخلفية والتشوير ذات المساحة المحدودة. يستمر الاتجاه في هذا القطاع نحو أحجام عبوات أصغر (مثل ارتفاع 1.0 مم أو أقل)، وكفاءة أعلى (مزيد من اللومن لكل واط)، وتحسين اتساق الألون من خلال فرز أضيق. علاوة على ذلك، هناك تكامل مع مكونات أخرى، مثل ثنائيات الإضاءة الباعثة للضوء ذات المقاومات المحددة للتيار المدمجة أو مشغلات IC. بينما تظهر تقنيات أحدث مثل Micro-LED و OLED المتقدمة لتطبيقات العرض المباشر، فإن البساطة والموثوقية والفعالية من حيث التكلفة لثنائيات الإضاءة الباعثة للضوء الجانبية المنفصلة تضمن استمرار أهميتها في أدوار الإضاءة الثانوية وتشوير الحالة في المستقبل المنظور.