ورقة بيانات LED سماوي PLCC-2 - عبوة 3.2x2.8x1.9mm - جهد 3.1V - قدرة 0.075W - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

توضح هذه الوثيقة مواصفات LED سماوي عالي السطوع في عبوة سطحية من نوع PLCC-2 (حامل الرقاقة الرصاصي البلاستيكي). تم تصميم الجهاز ليكون موثوقًا وعالي الأداء في البيئات المتطلبة، ويتميز بزاوية رؤية واسعة تبلغ 120 درجة وكثافة ضوئية نموذجية تبلغ 200 ملي كانديلا (mcd) عند تيار تشغيل قياسي 10 مللي أمبير. الهدف التصميمي الأساسي هو تطبيقات الإضاءة الداخلية للسيارات، حيث يكون إخراج اللون المتساقط، والمتانة، والامتثال لمعايير الصناعة أمرًا بالغ الأهمية. مؤهل LED وفقًا لمعيار AEC-Q101 للمكونات من الدرجة السياراتية ويتوافق مع توجيهات RoHS و REACH البيئية.

1.1 المزايا الأساسية

• موثوقية عالية:مؤهل وفقًا لمعيار AEC-Q101 للاستخدام السياراتي، مما يضمن الأداء تحت ظروف درجات الحرارة القاسية والاهتزازات.
• لون متسق:إحداثيات لونية مضبوطة بدقة (0.16، 0.08) لضمان مظهر سماوي موحد عبر دفعات الإنتاج.
• زاوية رؤية واسعة:نمط إشعاع بزاوية 120 درجة مثالي للإضاءة المساحية وتطبيقات المؤشرات التي تتطلب الرؤية من زوايا متعددة.
• حماية قوية من الكهرباء الساكنة (ESD):تصنيف ESD بنموذج جسم الإنسان (HBM) بقيمة 8 كيلو فولت يعزز متانة التعامل والتجميع.
• الامتثال البيئي:يلبي متطلبات RoHS و REACH، خالٍ من المواد الخطرة.

2. تحليل مفصل للمعايير التقنية

يقدم القسم التالي تفصيلًا دقيقًا للخصائص الكهربائية والبصرية والحرارية الرئيسية لـ LED.

2.1 الخصائص الضوئية والكهربائية

يسرد الجدول أدناه القيم الدنيا المضمونة، والنموذجية، والقصوى للمعايير الحرجة المقاسة تحت ظروف الاختبار القياسية (T_s=25°C، I_F=10mA ما لم يُذكر غير ذلك).

• تيار الأمام (I_F):تيار التشغيل الموصى به هو 10 مللي أمبير، مع تصنيف أقصى مطلق يبلغ 20 مللي أمبير. يلزم تيار أدنى يبلغ 2 مللي أمبير للتشغيل.
• الكثافة الضوئية (I_V):الناتج النموذجي هو 200 mcd، مع نطاق محدد من 112 mcd (الحد الأدنى) إلى 450 mcd (الحد الأقصى). يتم فرز الناتج الفعلي في مجموعات، كما هو مفصل في القسم 4.
• جهد الأمام (V_F):عادةً 3.1 فولت، يتراوح من 2.75 فولت إلى 3.75 فولت عند 10 مللي أمبير. لهذا المعيار تسامح قياس يبلغ ±0.05 فولت.
• زاوية الرؤية (2φ_1/2):تُعرّف على أنها الزاوية الكاملة حيث تنخفض الكثافة إلى نصف قيمتها القصوى. لهذا LED زاوية رؤية اسمية تبلغ 120 درجة مع تسامح ±5 درجات.
• إحداثيات اللونية (CIE x, y):نقطة اللون النموذجية هي x=0.16، y=0.08، مع تسامح ضيق يبلغ ±0.005 لضمان ثبات اللون.

2.2 الخصائص الحرارية

الإدارة الحرارية الفعالة حاسمة لطول عمر LED واستقرار أدائه.

• المقاومة الحرارية (R_thJS):يتم تقديم قيمتين: قياس كهربائي بقيمة 100 كلفن/وات وقيمة حقيقية (مقاسة) تبلغ 130 كلفن/وات. يجب استخدام القيمة الحقيقية الأعلى للتصميم الحراري الدقيق.
• تبديد الطاقة (P_d):أقصى قدرة تبديد مسموح بها هي 75 ملي واط.
• درجة حرارة الوصلة (T_J):أقصى درجة حرارة مسموح بها للوصلة هي 125°C.
• نطاق درجة حرارة التشغيل (T_opr):تم تصنيف LED للتشغيل من -40°C إلى +110°C، مما يجعله مناسبًا للبيئات السياراتية.

3. التصنيفات القصوى المطلقة

قد تؤدي الضغوط التي تتجاوز هذه الحدود إلى تلف دائم. لم يتم تصميم الجهاز للعمل بجهد عكسي.

• تيار الأمام (I_F): 20 مللي أمبير (تيار مستمر)
• تيار الذروة (I_FM): 300 مللي أمبير (t_p≤ 10 ميكروثانية، دورة عمل 0.005)
• الجهد العكسي (V_R): غير مصمم للعمل العكسي
• درجة حرارة الوصلة (T_J): 125°C
• درجة حرارة التخزين (T_stg): -40°C إلى +110°C
• حساسية الكهرباء الساكنة (HBM): 8 كيلو فولت
• درجة حرارة لحام إعادة التدفق: 260°C كحد أقصى لمدة 30 ثانية كحد أقصى

4. تحليل منحنيات الأداء

تتضمن ورقة البيانات عدة رسوم بيانية توضح سلوك LED تحت ظروف متغيرة.

4.1 التوزيع الطيفي والإشعاعي

يُظهررسم التوزيع الطيفي النسبيأن LED يشع في منطقة الطول الموجي الأزرق، متمركزًا حول 470-490 نانومتر تقريبًا، مما يحدد لونه السماوي. يؤكدالرسم البياني النموذجي لخصائص الإشعاعبصريًا نمط الإشعاع الشبيه بـ Lambertian الذي ينتج عنه زاوية رؤية 120 درجة.

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

يُظهر هذا الرسم البياني العلاقة الأسية النموذجية للثنائيات. يزداد جهد الأمام مع زيادة التيار. يستخدم المصممون هذا لحساب قيم المقاوم التسلسلي أو متطلبات السائق لتحقيق نقطة التشغيل المطلوبة (مثل 10 مللي أمبير عند ~3.1 فولت).

4.3 الكثافة الضوئية النسبية مقابل تيار الأمام

يكون إخراج الضوء شبه خطي مع التيار في نطاق 0-20 مللي أمبير. يؤدي تشغيل LED فوق 10 مللي أمبير إلى سطوع أعلى نسبيًا ولكنه يزيد من تبديد الطاقة ودرجة حرارة الوصلة، وهو ما يجب إدارته.

4.4 الاعتماد على درجة الحرارة

يوضح رسمان بيانيان رئيسيان تأثيرات درجة الحرارة:

• الكثافة الضوئية النسبية مقابل درجة حرارة الوصلة:ينخفض إخراج الضوء مع ارتفاع درجة الحرارة. عند أقصى درجة حرارة للوصلة 125°C، يكون الناتج حوالي 40-50% من قيمته عند 25°C.
• جهد الأمام النسبي مقابل درجة حرارة الوصلة:يتمتع جهد الأمام بمعامل درجة حرارة سالب، حيث ينخفض بحوالي 2 مللي فولت/°C. يمكن استخدام هذا لمراقبة درجة حرارة الوصلة في بعض التطبيقات.
• انزياح اللونية مقابل درجة حرارة الوصلة:تتغير إحداثيات اللون (x, y) قليلاً مع درجة الحرارة، لكن التغيير ضئيل ضمن نطاق التشغيل، كما هو موضح بقيم Δ الصغيرة على الرسم البياني.

4.5 تخفيض التصنيف ومعالجة النبضات

يُوجبمنحنى تخفيض تصنيف تيار الأمامتقليل الحد الأقصى المسموح به لتيار الأمام المستمر مع زيادة درجة حرارة نقطة اللحام. عند أقصى درجة حرارة للبيئة/نقطة اللحام 110°C، يجب تحديد التيار عند 20 مللي أمبير. يُظهررسم القدرة المسموح بها على معالجة النبضاتأنه يمكن تطبيق تيارات ذروة أعلى بكثير (تصل إلى 300 مللي أمبير) لعرض نبضات قصير جدًا (≤10 ميكروثانية) بدورات عمل منخفضة، وهو مفيد لتطبيقات التعددية أو الوميض.

5. شرح نظام التصنيف في مجموعات

لإدارة الاختلافات في الإنتاج، يتم فرز LEDs في مجموعات بناءً على الكثافة الضوئية.

5.1 تصنيف الكثافة الضوئية في مجموعات

يستخدم الجهاز رمز تصنيف أبجدي رقمي (مثل R1، R2، S1). تغطي كل مجموعة نطاقًا محددًا من الحد الأدنى إلى الحد الأقصى للكثافة الضوئية مقاسة بالملي كانديلا (mcd). بالنسبة لهذا المنتج، يتم تمييز مجموعات الإخراج الممكنة وتتراوح من R1 (112-140 mcd) حتى T2 (355-450 mcd). تقع القيمة النموذجية 200 mcd ضمن مجموعات S1 (180-224 mcd) أو S2 (224-280 mcd). يجب على المصممين تحديد المجموعة المطلوبة أو الاستعداد لتباين الكثافة ضمن النطاق المميز.

5.2 تصنيف اللون في مجموعات

يتم الرجوع إلى هيكل مجموعة لون سماوي قياسي، مما يضمن وقوع جميع الوحدات ضمن صندوق التسامح المحدد CIE (0.16، 0.08) ±0.005 على مخطط اللونية. هذا التحكم الدقيق ضروري للتطبيقات التي تتطلب تطابق الألوان عبر عدة LEDs.

6. معلومات الميكانيكا والعبوة

6.1 أبعاد العبوة

يتم وضع LED في عبوة سطحية قياسية من نوع PLCC-2. تشمل الأبعاد الرئيسية حجم جسم يبلغ حوالي 3.2 مم × 2.8 مم وارتفاع 1.9 مم. يجب الرجوع إلى الرسومات الميكانيكية التفصيلية للحصول على التسامحات الدقيقة وتصميم نمط اللحام.

6.2 تحديد القطبية

تحتوي عبوة PLCC-2 على مؤشر قطبية مدمج، عادةً ما يكون شقًا أو زاوية مشطوفة على جانب الكاثود (-). التوجيه الصحيح أمر بالغ الأهمية أثناء التجميع.

6.3 تخطيط نقطة اللحام الموصى به

يتم تقديم توصية لنمط اللحام لضمان لحام موثوق واستقرار ميكانيكي سليم. يعد اتباع هذا النمط أمرًا ضروريًا لتحقيق تكوين جيد لمفصل اللحام أثناء إعادة التدفق ومنع ظاهرة "اللوح القبري" (tombstoning).

7. إرشادات اللحام والتجميع

7.1 ملف تعريف لحام إعادة التدفق

يتوافق LED مع عمليات إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء أو الحمل الحراري القياسية. يتضمن الملف المحدد درجة حرارة ذروة تبلغ 260°C كحد أقصى لمدة 30 ثانية. يجب التحكم في الوقت فوق 220°C. يمنع الالتزام بهذا الملف حدوث تلف حراري للعبوة البلاستيكية ورقاقة أشباه الموصلات.

7.2 احتياطات الاستخدام

• التعامل مع الكهرباء الساكنة (ESD):استخدم احتياطات ESD القياسية أثناء التعامل والتجميع بسبب التصنيف 8kV HBM.
• التنظيف:إذا كان التنظيف مطلوبًا بعد اللحام، فاستخدم المذيبات المتوافقة التي لا تتلف العدسة البلاستيكية.
• تحديد التيار:قم دائمًا بتشغيل LED بمقاوم تسلسلي أو سائق تيار ثابت لمنع تجاوز الحد الأقصى لتيار الأمام، خاصةً مع الأخذ في الاعتبار معامل درجة الحرارة السالب لـ V_F.

8. معلومات التعبئة والطلب

يتم توريد LEDs على شريط وبكرة للتجميع الآلي. يتم استخدام كميات البكرة القياسية (مثل 2000 أو 4000 قطعة لكل بكرة). يشفر رقم الجزء67-11-SB0100L-AMالسمات الرئيسية: على الأرجح العبوة (67)، اللون (SB للسماوي)، ومجموعة الأداء المحددة. يجب على المصممين الرجوع إلى معلومات الطلب التفصيلية لاختيار مجموعة الكثافة الضوئية الصحيحة لتطبيقهم.

9. اقتراحات التطبيق

9.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

• الإضاءة الداخلية للسيارات:الإضاءة الخلفية للوحة القيادة، إضاءة المفاتيح، أضواء منطقة الأقدام، والإضاءة المحيطة. يجعلها التأهيل AEC-Q101 ونطاق درجة الحرارة الواسع مثالية لذلك.
• الإلكترونيات الاستهلاكية:مؤشرات الحالة، الإضاءة الخلفية للأزرار أو اللوحات في الأجهزة التي تتطلب مؤشرًا أزرقًا.
• مؤشرات صناعية:أضواء اللوحات أو مؤشرات الحالة على الآلات حيث تكون هناك حاجة لإشارة واضحة ومشرقة.

9.2 اعتبارات التصميم

• الإدارة الحرارية:استخدم المقاومة الحرارية الحقيقية (130 كلفن/وات) للحسابات. تأكد من أن اللوحة المطبوعة (PCB) توفر تبريدًا حراريًا كافيًا، خاصةً إذا كان التشغيل بتيارات أعلى من 10 مللي أمبير أو في درجات حرارة بيئية عالية. يجب اتباع منحنى تخفيض التصنيف.
• قيادة التيار:لإخراج ضوئي مستقر وعمر طويل، استخدم سائق تيار ثابت بدلاً من مقاوم بسيط عندما يكون ذلك ممكنًا، خاصةً في البيئات السياراتية حيث يمكن أن يتغير جهد التغذية.
• التصميم البصري:زاوية الرؤية 120 درجة واسعة جدًا. للإضاءة المركزة، قد تكون هناك حاجة إلى بصريات ثانوية خارجية (عدسة).
• اختيار المجموعة:للتطبيقات التي تتطلب سطوعًا موحدًا عبر عدة LEDs، حدد مجموعة كثافة ضوئية ضيقة أو نفذ معايرة سطوع إلكترونية.

10. المقارنة التقنية والتمييز

مقارنةً بـ LEDs الزرقاء العامة، يقدم هذا الجهاز مزايا مميزة للتطبيقات الاحترافية:

• مقارنةً بـ LEDs غير السياراتية:يتضمن التأهيل AEC-Q101 اختبارات إجهاد صارمة للصدمة الحرارية والرطوبة وطول العمر لا تخضع لها LEDs التجارية القياسية.
• مقارنةً بـ LEDs ذات زوايا رؤية أوسع:توفر زاوية 120 درجة رؤية ممتازة خارج المحور مقارنةً بالأجهزة ذات الزوايا الضيقة، مما يقلل عدد LEDs المطلوبة للإضاءة المساحية.
• مقارنةً بـ LEDs ذات تسامح لوني واسع:يضمن التسامح الضيق ±0.005 CEE ثبات اللون، وهو أمر بالغ الأهمية في مصفوفات LEDs المتعددة حيث يكون عدم تطابق الألوان واضحًا بصريًا.

11. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

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

ج: نعم، ولكن فقط إذا تم الحفاظ على درجة حرارة نقطة اللحام عند 25°C أو أقل (وفقًا لمنحنى تخفيض التصنيف). في تطبيق حقيقي بدرجة حرارة بيئية أعلى، يجب عليك تقليل التيار. عند أقصى درجة حرارة تشغيل 110°C، يجب ألا يتجاوز التيار 20 مللي أمبير، وهو التصنيف الأقصى المطلق.

س: ما قيمة المقاوم التي يجب أن أستخدمها لمصدر طاقة 12 فولت؟

ج: لجهد أمام نموذجي V_Fبقيمة 3.1 فولت عند 10 مللي أمبير: R = (12V - 3.1V) / 0.01A = 890 أوم. استخدم القيمة القياسية الأقرب (مثل 910 أوم) وتأكد من أن قدرة المقاوم كافية: P = (12V-3.1V)*0.01A ≈ 0.089W (مقاوم 1/8W أو 1/4W مناسب).

س: كيف تؤثر درجة الحرارة على السطوع؟

ج: يقل السطوع مع زيادة درجة حرارة الوصلة. راجع الرسم البياني \"الكثافة الضوئية النسبية مقابل درجة حرارة الوصلة\". التصميم الحراري الجيد ضروري للحفاظ على إخراج ضوئي مستقر.

س: هل هذا LED مناسب للاستخدام الخارجي في السيارات؟

ج: تحدد ورقة البيانات هذه التطبيقات لـ \"الإضاءة الداخلية للسيارات\". يتطلب الاستخدام الخارجي عادةً تصنيفات حماية دخول (IP) أعلى، مواصفات لون مختلفة، وغالبًا ما تكون تركيبات عبوات مختلفة لتحمل الطقس والتعرض للأشعة فوق البنفسجية ودرجات الحرارة الأكثر تطرفًا. استشر منتجات LED خاصة من الدرجة الخارجية.

12. دراسة حالة تصميم عملية

السيناريو:تصميم لوحة ناقل حركة سيارة مضاءة بـ 5 LEDs سماوية متطابقة.

خطوات التصميم:

1. التصميم الكهربائي:بافتراض وجود خط طاقة ثابت 5 فولت من وحدة تحكم جسم السيارة. الهدف I_F= 10 مللي أمبير لتحقيق توازن بين السطوع وطول العمر. حساب المقاوم التسلسلي: R = (5V - 3.1V) / 0.01A = 190Ω. استخدم مقاومات قياسية 200Ω.

2. التحليل الحراري:الطاقة لكل LED: P_d= V_F* I_F= 3.1V * 0.01A = 31mW. مع R_thJS=130 K/W، ΔT_J= 0.031W * 130 K/W ≈ 4°C ارتفاع فوق نقطة اللحام. إذا وصلت درجة حرارة اللوحة المطبوعة (PCB) إلى 85°C كحد أقصى، فإن T_J≈ 89°C، وهي أقل بكثير من الحد 125°C.

3. البصريات/الميكانيكا:ضع LEDs خلف لوحة أكريليك مبعثرة. تضمن زاوية الرؤية 120 درجة إضاءة متساوية عبر سطح اللوحة دون بقع مظلمة.

4. التوريد:حدد مجموعة الكثافة الضوئية المطلوبة (مثل S1 أو S2) لضمان تطابق سطوع جميع LEDs الخمسة. اطلب على شريط وبكرة للتجميع الآلي.

13. مقدمة عن مبدأ التشغيل

هذا هو ثنائي باعث للضوء (LED) أشباه الموصلات. عند تطبيق جهد أمامي يتجاوز جهد فجوة النطاق الخاص به (حوالي 3.1 فولت لهذا LED الأزرق)، تتحد الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة من رقاقة أشباه الموصلات (عادةً ما تعتمد على مواد InGaN للإشعاع الأزرق). يطلق هذا الاتحاد الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد التركيب المحدد لطبقات أشباه الموصلات الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث. تقوم عبوة PLCC البلاستيكية بتغليف الرقاقة، وتوفر الحماية الميكانيكية، وتدمج عدسة مصبوبة تشكل إخراج الضوء إلى نمط 120 درجة، وتحتوي على إطار التوصيل للاتصال الكهربائي.

14. اتجاهات التكنولوجيا

تطوير LEDs مثل هذا هو جزء من اتجاهات أوسع في الإلكترونيات الضوئية:

• زيادة الكفاءة:يهدف البحث المستمر في علوم المواد إلى تحسين الفعالية الضوئية (لومن لكل واط) لـ LEDs الزرقاء والألوان الأخرى، مما يقلل استهلاك الطاقة لنفس إخراج الضوء.
• التصغير:بينما PLCC-2 هي عبوة قياسية، هناك اتجاه نحو عبوات أصغر على مستوى الرقاقة (CSP) للتطبيقات عالية الكثافة، وإن كان ذلك غالبًا على حساب الأداء الحراري وسهولة التعامل.
• تعزيز الموثوقية:تستمر المعايير مثل AEC-Q101 في التطور، مما يدفع نحو فترات حياة أطول وأداء تحت ظروف أكثر تطرفًا لأسواق السيارات والصناعة.
• الحلول المتكاملة:الاتجاه المتزايد هو دمج رقاقة LED، وسائق IC، ومنطق التحكم في عبوات وحدة ذكية واحدة، مما يبسط التصميم للمستخدمين النهائيين.