جدول المحتويات
- نظرة عامة على المنتج
- 1.1 المزايا الأساسية وتحديد موقع المنتج
- 1.2 المواصفات المتعلقة بالامتثال والبيئة
- 1.3 التصنيع والتوافق
- 2. المعايير التقنية: تفسير موضوعي متعمق
- 2.1 الحدود القصوى المطلقة
- 2.2 الخصائص الكهروضوئية
- 3. شرح نظام التجميع
- 3.1 تجميع شدة الإضاءة
- 3.2 تصنيف الطول الموجي السائد
- 3.3 تصنيف الجهد الأمامي
- 4. تحليل منحنى الأداء
- 4.1 منحنى التيار مقابل الجهد (I-V)
- 4.2 شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي (Iv-IF)
- 4.3 التوزيع الطيفي
- 4.4 الاعتماد على درجة الحرارة
- 5. المعلومات الميكانيكية ومعلومات العبوة
- 5.1 Package Dimensions
- 5.2 Polarity Identification
- 6. إرشادات اللحام والتجميع
- 6.1 Reflow Soldering Profile
- 6.2 Hand Soldering Precautions
- 6.3 التخزين والحساسية للرطوبة
- 6.4 إجهاد التصميم والتركيب
- 7. معلومات التغليف والطلب
- 7.1 مواصفات الشريط والبكرة
- 7.2 شرح الملصق
- 8. اقتراحات التطبيق
- 8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية
- 8.2 الاعتبارات والملاحظات التصميمية
- 8.3 قيود التطبيق
- 9. المقارنة والتمييز التقني
- 9.1 مزايا التمييز الرئيسية
- 9.2 الاعتبارات مقابل الحزم الأكبر
- 10. الأسئلة المتكررة (بناءً على المعايير الفنية)
- 11. التصميم العملي وحالة الاستخدام
- 11.1 دراسة حالة: لوحة مؤشر الحالة منخفضة الطاقة
نظرة عامة على المنتج
سلسلة 17-21 هي صمام ثنائي باعث للضوء (LED) مضغوط للتركيب السطحي (SMD) يستخدم شريحة InGaN (إنديوم جاليوم نيتريد) لإنتاج الضوء الأزرق. تم تصميم هذا المكون للتصنيع الإلكتروني الآلي الحديث، ويوفر مزايا كبيرة في استخدام مساحة اللوحة وكفاءة التجميع مقارنة بالعبوات التقليدية ذات الأسلاك.
1.1 المزايا الأساسية وتحديد موقع المنتج
الميزة الأساسية لمصباح LED من نوع SMD 17-21 هي بصمته المصغرة. الحجم الأصغر بكثير مقارنة بمصابيح LED ذات الإطار الرصاصي يتيح العديد من الفوائد الرئيسية لمصممي ومصنعي المنتجات. فهو يسمح بتصاميم أصغر للوحات الدوائر المطبوعة (PCB)، وهو أمر بالغ الأهمية للأجهزة الإلكترونية المدمجة الحديثة. علاوة على ذلك، يدعم كثافة تعبئة أعلى، مما يعني إمكانية وضع مكونات أكثر على لوحة واحدة، مما يحسن الوظائف ضمن مساحة محدودة. كما يؤدي هذا إلى تقليل متطلبات مساحة التخزين لكل من المكونات والمنتجات النهائية. في النهاية، تساهم هذه العوامل في تطوير معدات المستخدم النهائي الأصغر حجمًا والأخف وزنًا والأكثر قابلية للنقل. تجعل الطبيعة خفيفة الوزن لحزمة SMDها مناسبة بشكل خاص للتطبيقات المصغرة والمحمولة حيث يكون الوزن عاملاً حاسمًا.
1.2 المواصفات المتعلقة بالامتثال والبيئة
تم تصميم هذا المنتج مع مراعاة المعايير البيئية والتنظيمية الحديثة. وهو مكون خالٍ من الرصاص (Pb-free)، متوافقًا مع القيود العالمية على المواد الخطرة. يظل المنتج نفسه متوافقًا مع توجيهية RoHS (تقييد المواد الخطرة). كما أنه يتوافق مع لائحة الاتحاد الأوروبي REACH (تسجيل المواد الكيميائية وتقييمها والترخيص لها وتقييدها). بالإضافة إلى ذلك، يُصنف على أنه خالٍ من الهالوجين، مع وجود حدود صارمة لمحتوى البروم (Br) والكلور (Cl): أقل من 900 جزء في المليون لكل منهما على حدة، ومجموع إجمالي أقل من 1500 جزء في المليون لـ Br+Cl.
1.3 التصنيع والتوافق
يتم توريد الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) معبأً في شريط بعرض 8 مم على بكرات قطرها 7 بوصات، وهو المعيار القياسي لخطوط التجميع الآلية عالية الإنتاجية (pick-and-place). يضمن تنسيق التعبئة هذا التوافق مع معدات التركيب الآلي، مما يبسط عملية الإنتاج. المكون متوافق أيضًا مع عمليات اللحام القياسية بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء وبالطور البخاري، وهي الطرق السائدة لتثبيت مكونات SMD على لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs). وهو من النوع أحادي اللون، ويبعث ضوءًا في الطيف الأزرق.
2. المعايير التقنية: تفسير موضوعي متعمق
يقدم هذا القسم تحليلاً مفصلاً وموضوعياً للمعايير الكهربائية والبصرية والحرارية المحددة في ورقة البيانات، موضحاً أهميتها لتصميم الدوائر الكهربائية والموثوقية.
2.1 الحدود القصوى المطلقة
تحدد "الحدود القصوى المطلقة" حدود الإجهاد التي إذا تجاوزتها قد يحدث تلف دائم للجهاز. هذه ليست ظروفاً للتشغيل العادي، بل هي عتبات لا يجب تجاوزها أبداً.
- الجهد العكسي (VR): 5V - تطبيق جهد انحياز عكسي أكبر من 5V قد يتسبب في انهيار الوصلة. يوضح ورقة البيانات صراحةً أن الجهاز غير مصمم للعمل في الاتجاه العكسي؛ يتم تطبيق تصنيف VR فقط أثناء حالة اختبار التيار العكسي (IR).
- التيار الأمامي (IF): 10mA - هذا هو الحد الأقصى لتيار التيار المستمر الأمامي المستمر الموصى به للتشغيل الموثوق طويل الأمد.
- تيار الذروة الأمامي (IFP): 40 مللي أمبير - ينطبق هذا التصنيف في ظل ظروف النبض بدورة عمل 1/10 عند تردد 1 كيلوهرتز. يشير إلى أن الجهاز يمكنه التعامل مع نبضات قصيرة عالية التيار، والتي قد تُستخدم في وميض السطوع أو أنظمة التعدد.
- تبديد الطاقة (Pd): 40 مللي واط - هذه هي أقصى قدرة يمكن للحزمة تبديدها كحرارة عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية. يتجاوز هذا الحد خطر ارتفاع درجة الحرارة والتدهور المتسارع لشريحة LED.
- التفريغ الكهروستاتيكي (ESD): 150V (HBM) - يحدد هذا جهد تحمل التفريغ الكهروستاتيكي وفق نموذج الجسم البشري. يشير إلى مستوى متوسط من الحساسية للتفريغ الكهروستاتيكي؛ إجراءات التعامل المناسبة (مثل محطات العمل المؤرضة، أسوار المعصم) ضرورية لمنع التلف الناتج عن الكهرباء الساكنة.
- درجة حرارة التشغيل (Topr): -40°C إلى +85°C - تم تصنيف LED للعمل بشكل صحيح ضمن هذا النطاق الواسع لدرجة الحرارة المحيطة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات الاستهلاكية والصناعية وبعض التطبيقات السيارات (باستثناء الأنظمة الحرجة للسلامة).
- درجة حرارة التخزين (Tstg): -40°C إلى +90°C يمكن تخزين الجهاز دون تدهور ضمن نطاق درجة الحرارة هذا عند عدم تشغيله.
- درجة حرارة اللحام (Tsol):
- لحام إعادة التدفق: درجة حرارة ذروة تبلغ 260 درجة مئوية لمدة أقصاها 10 ثوانٍ.
- اللحام اليدوي: درجة حرارة طرف المكواة تصل إلى 350 درجة مئوية كحد أقصى لمدة 3 ثوانٍ لكل طرف.
2.2 الخصائص الكهروضوئية
يتم قياس هذه المعلمات في ظروف اختبار قياسية وهي Ta=25°C و IF=5mA، ما لم يُذكر خلاف ذلك. وهي تحدد ناتج الضوء الأساسي والأداء الكهربائي.
- شدة الإضاءة (Iv): 11.5 ملي كانديلا (الحد الأدنى) إلى 28.5 ملي كانديلا (الحد الأقصى) - هذا هو سطوع الصمام الثنائي الباعث للضوء كما يُقاس بالملي كانديلا. يشير النطاق الواسع إلى تباين كبير بين الوحدات الفردية، والذي يتم التحكم فيه من خلال نظام التصنيف الموضح لاحقًا. لم يتم تحديد القيمة النموذجية في الجدول.
- زاوية الرؤية (2θ1/2): 140° (نموذجي) - تشير زاوية الرؤية الواسعة جداً هذه إلى أن الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) يشع الضوء عبر نصف كرة واسع. يتم قياس الشدة عند الزاوية التي ينخفض فيها إلى نصف قيمته القصوى (ومن هنا جاءت التسمية 2θ1/2).
- الطول الموجي القياسي (λp): 468 نانومتر (نموذجي) - الطول الموجي الذي تكون فيه توزيع القدرة الطيفية للضوء المنبعث في أقصى حد له. هذه خاصية فيزيائية لمادة أشباه الموصلات InGaN.
- الطول الموجي المهيمن (λd): 465.0 نانومتر إلى 470.0 نانومتر - هذا هو الطول الموجي الفردي الذي تدركه العين البشرية على أنه مطابق للون ضوء LED. إنه المعيار الأساسي لتحديد اللون. التسامح هو ±1 نانومتر.
- عرض النطاق الإشعاعي الطيفي (Δλ): 25 نانومتر (نموذجي) - يقيس هذا عرض الطيف المنبعث عند نصف قدرته القصوى (العرض الكامل عند نصف القيمة القصوى - FWHM). قيمة 25 نانومتر هي خاصية لـ LED الأزرق من نوع InGaN، مما يشير إلى لون طيفي نقي نسبيًا.
- Forward Voltage (VF): 2.7V (Min) إلى 3.1V (Max) - انخفاض الجهد عبر الـ LED عند تمرير تيار الأمام المحدد (5mA). هذه المعلمة حاسمة لتصميم دائرة تحديد التيار (عادةً مقاومة). التسامح هو ±0.1V.
- Reverse Current (IR): 50 μA (Max) - تيار التسرب الصغير الذي يتدفق عند تطبيق أقصى جهد عكسي (5 فولت). هذا الاختبار للتوصيف فقط.
3. شرح نظام التجميع
لإدارة الاختلافات الطبيعية في عملية التصنيع، يتم فرز مصابيح LED إلى مجموعات أداء. وهذا يسمح للمصممين باختيار مكونات ذات خصائص متسقة لتطبيقهم.
3.1 تجميع شدة الإضاءة
يتم فرز مصابيح LED بناءً على شدة إضاءتها المقاسة عند IF=5mA.
- رمز الحاوية L: الحد الأدنى 11.5 mcd، الحد الأقصى 18.0 mcd.
- رمز الحاوية Mالحد الأدنى 18.0 مكد، الحد الأقصى 28.5 مكد.
التسامح لشدة الإضاءة هو ±11٪. المصممون الذين يحتاجون إلى سطوع أعلى وأكثر اتساقًا سيحددون Bin M.
3.2 تصنيف الطول الموجي السائد
يتم فرز الثنائيات الباعثة للضوء (LEDs) بناءً على طولها الموجي السائد لضمان اتساق اللون.
- Bin Code X: الحد الأدنى 465.0 نانومتر، الحد الأقصى 470.0 نانومتر.
التسامح للطول الموجي السائد هو ±1 نانومتر. تقع جميع الوحدات ضمن نطاق ضيق قدره 5 نانومتر، مما يضمن لونًا أزرقًا موحدًا.
3.3 تصنيف الجهد الأمامي
يتم فرز مصابيح LED بناءً على انخفاض جهدها الأمامي عند IF=5mA. هذا مهم لتصميم مصدر الطاقة وضمان توزيع تيار موحد عند توصيل عدة مصابيح LED على التوازي.
- Bin Code 10: الحد الأدنى 2.7 فولت، الحد الأقصى 2.9 فولت.
- Bin Code 11: الحد الأدنى 2.9 فولت، الحد الأقصى 3.1 فولت.
التسامح لجهد التشغيل الأمامي هو ±0.1 فولت. اختيار مصابيح LED من نفس Bin للجهد يقلل من تباينات السطوع في المصفوفات المتوازية.
4. تحليل منحنى الأداء
تشير ورقة البيانات إلى "منحنيات الخصائص الكهروضوئية النموذجية". على الرغم من أن الرسوم البيانية المحددة غير مرفقة في النص، يمكننا استنتاج محتواها وأهميتها القياسية.
4.1 منحنى التيار مقابل الجهد (I-V)
يُظهر منحنى الجهد-تيار النموذجي العلاقة بين التيار الأمامي (IF) والجهد الأمامي (VF). وهو يوضح الطبيعة الأسية للدايود. يسمح هذا المنحنى للمصممين بتحديد قيمة VF لأي تيار تشغيل معطى ضمن النطاق المقنن، وهو أمر أساسي لحساب قيمة المقاوم المحدد للتيار على التوالي بشكل صحيح: R = (Vsupply - VF) / IF.
4.2 شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي (Iv-IF)
يُظهر هذا المنحنى كيف يزداد الناتج الضوئي مع زيادة التيار الأمامي. يكون عادة خطياً ضمن نطاق معين، ولكنه يشبع عند التيارات الأعلى بسبب التأثيرات الحرارية وتأثيرات الكفاءة. يساعد هذا الرسم المصممين على اختيار نقطة تشغيل توازن بين السطوع واستهلاك الطاقة وعمر الجهاز.
4.3 التوزيع الطيفي
سيظهر مخطط التوزيع الطيفي القدرة الضوئية النسبية المنبعثة كدالة للطول الموجي. سيكون مركزه حول الطول الموجي القياسي البالغ 468 نانومتر مع عرض النطاق الترددي عند نصف القيمة القصوى (FWHM) بحوالي 25 نانومتر، مما يؤكد الناتج الأزرق أحادي اللون.
4.4 الاعتماد على درجة الحرارة
تُعد المنحنيات التي توضح تغير جهد الانحياز وشدة الإضاءة مع درجة حرارة الوصلة أمرًا بالغ الأهمية لفهم الأداء في البيئات الواقعية. عادةً، ينخفض VF مع ارتفاع درجة الحرارة (معامل درجة حرارة سالب)، بينما تنخفض شدة الإضاءة أيضًا مع ارتفاع درجة الحرارة.
5. المعلومات الميكانيكية ومعلومات العبوة
5.1 Package Dimensions
يتمتع صمام LED من نوع SMD 17-21 ببصمة مدمجة للغاية. تشمل الأبعاد الرئيسية (بالمليمتر) طول الجسم 1.6، وعرض 0.8، وارتفاع 0.6. تتميز العبوة بوجود طرفين قابلين للحام (الأنود والكاثود) في الأسفل. توجد علامة الكاثود في أعلى جسم العبوة للسماح بالتوجيه الصحيح للقطبية أثناء التجميع والتفتيش. جميع التسامحات غير المحددة هي ±0.1 مم.
5.2 Polarity Identification
تحديد القطبية الصحيحة أمر ضروري لعمل LED. تحتوي العبوة على علامة مرئية لتحديد الكاثود (الطرف السالب). تكون هذه العلامة عادةً نقطة خضراء، أو شق، أو زاوية مائلة في أعلى جسم LED. يجب أن يتوافق تصميم بصمة PCB مع هذه العلامة لضمان التوصيل الكهربائي السليم.
6. إرشادات اللحام والتجميع
يعد التعامل الصحيح واللحام أمرًا بالغ الأهمية للحفاظ على موثوقية وأداء مصابيح LED السطحية.
6.1 Reflow Soldering Profile
يتم تقديم ملف إعادة التدفق الخالي من الرصاص الموصى به:
- التسخين المسبق: الارتفاع من درجة حرارة المحيط إلى 150-200 درجة مئوية خلال 60-120 ثانية.
- النقع/إعادة التدفق: يجب أن يكون الوقت فوق 217 درجة مئوية (درجة حرارة السيولة للحام الخالي من الرصاص) بين 60 و150 ثانية. يجب ألا تتجاوز درجة الحرارة القصوى 260 درجة مئوية، ويجب ألا يتجاوز الوقت عند 255 درجة مئوية أو أعلى 30 ثانية.
- التبريد: يجب أن يكون الحد الأقصى لمعدل التبريد 6 درجات مئوية في الثانية.
- مهم: لا ينبغي إجراء لحام إعادة التدفق أكثر من مرتين على نفس الجهاز.
6.2 Hand Soldering Precautions
إذا كان اللحام اليدوي ضروريًا، يجب توخي الحذر الشديد:
- استخدم مكواة لحام بدرجة حرارة طرف أقل من 350 درجة مئوية.
- قم بتسخين كل طرف لمدة أقصاها 3 ثوانٍ.
- استخدم مكواة بسعة 25 واط أو أقل.
- اترك فترة زمنية لا تقل عن ثانيتين بين لحام كل طرف لمنع تراكم الحرارة.
- تحذر datasheet من أن الضرر غالبًا ما يحدث أثناء اللحام اليدوي.
6.3 التخزين والحساسية للرطوبة
يتم تعبئة مصابيح LED في أكياس حاجزة مقاومة للرطوبة مع مجفف لمنع امتصاص الرطوبة الجوية، مما قد يتسبب في "انفراق العبوة" (تشقق العبوة) أثناء إعادة التدفق.
- لا تفتح كيس الحماية من الرطوبة حتى تصبح المنتجات جاهزة للاستخدام.
- بعد الفتح: يُخزن عند درجة حرارة ≤30°م ورطوبة نسبية ≤60%.
- عمر الأرضية: يُستخدم خلال 168 ساعة (7 أيام) بعد الفتح. يجب إعادة تغليف مصابيح LED غير المستخدمة في عبوة مقاومة للرطوبة.
- الخَبْزإذا تغير لون مؤشر المجفف أو تجاوزت مدة الصلاحية الأرضية، قم بتسخين الثنائيات الباعثة للضوء عند 60 ±5 درجة مئوية لمدة 24 ساعة لإزالة الرطوبة قبل اللحام.
6.4 إجهاد التصميم والتركيب
- تحديد التيار: يعد استخدام مقاومة خارجية لتحديد التيار إلزاميًا. نظرًا لأن خاصية الجهد-تيار لـ LED أسية، فإن زيادة طفيفة في الجهد تؤدي إلى زيادة كبيرة في التيار، مما يتسبب في احتراق LED فورًا في حالة عدم وجود مقاومة.
- الإجهاد الميكانيكي: لا تعرض LED لإجهاد ميكانيكي أثناء التسخين (اللحام) أو عن طريق ثني لوحة الدائرة بعد التجميع.
- الإصلاح: لا يُوصى بالإصلاح بعد اللحام. إذا كان لا مفر منه، استخدم مكواة لحام مزدوجة الرأس لتسخين كلا الطرفين في وقت واحد ورفع المكون دون إجهاد جانب واحد. تحقق من خصائص الجهاز بعد أي محاولة إصلاح.
7. معلومات التغليف والطلب
7.1 مواصفات الشريط والبكرة
يتم تزويد مصابيح LED بشريط حامل بارز للتعامل الآلي.
- عرض الشريط الحامل: 8 مم.
- قطر البكرة: 7 بوصات.
- الكمية لكل بكرة3000 قطعة.
- يتم توفير الأبعاد التفصيلية لجيوب الشريط الحامل والبكرة في رسومات ورقة البيانات.
7.2 شرح الملصق
تحتوي ملصقات البكرة والحقيبة على معلومات حاسمة للتتبع والتطبيق الصحيح:
- CPN: رقم منتج العميل (كما حدده المشتري).
- P/N: رقم المنتج الخاص بالشركة المصنعة.
- QTY: كمية التعبئة (مثال: 3000).
- CAT: رتبة شدة الإضاءة (مثل L أو M).
- HUE: Chromaticity Coordinates & Dominant Wavelength Rank (e.g., X).
- REFرتبة الجهد الأمامي (مثال: 10 أو 11).
- LOT No: رقم دفعة التصنيع للتتبع.
8. اقتراحات التطبيق
8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية
يدرج ورقة البيانات عدة تطبيقات رئيسية مناسبة لخصائص الصمام الثنائي الباعث للضوء الأزرق 17-21:
- الإضاءة الخلفية: لوحات عدادات الأجهزة، مفاتيح الغشاء، ولوحات التحكم حيث تكون هناك حاجة لمؤشر صغير ومشرق.
- معدات الاتصالات السلكية واللاسلكية: كمؤشرات حالة أو إضاءة خلفية للأزرار على الهواتف وآلات الفاكس ومعدات الشبكات.
- الإضاءة الخلفية المسطحة: بالنسبة للشاشات البلورية السائلة الصغيرة، ونقوش المفاتيح، والرموز، غالبًا بالتزامن مع دليل الضوء.
- الاستخدام العام للمؤشر: أي تطبيق يتطلب ضوء حالة أو مؤشر أزرق مضغوط وموثوق.
8.2 الاعتبارات والملاحظات التصميمية
- دائرة القيادة الحالية: استخدم دائمًا مقاومًا متسلسلًا. احسب بناءً على أقصى جهد أمامي VF من المجموعة (مثل 3.1 فولت) لضمان تقييد كافٍ للتيار في أسوأ الظروف.
- إدارة الحرارة:
- زاوية الرؤيةتوفر زاوية الرؤية البالغة 140 درجة رؤية واسعة جدًا، مما يجعلها ممتازة لمؤشرات اللوحات، ولكنها قد تتطلب أدلة ضوئية أو موزعات إذا كان المرغوب هو شعاع أكثر تركيزًا.
- حماية ESD: تطبيق حماية ESD على خطوط الإدخال إذا كان الصمام الثنائي الباعث للضوء متصلاً بالمنافذ التي يمكن للمستخدم الوصول إليها، أو ضمان ضوابط صارمة لـ ESD أثناء التعامل والتجميع.
8.3 قيود التطبيق
تتضمن ورقة البيانات إخلاء مسؤولية مهم فيما يتعلق بالتطبيقات عالية الموثوقية. قد لا يكون هذا المنتج مناسبًا للاستخدام في:
- أنظمة الطيران/الفضاء العسكرية.
- أنظمة السلامة/الأمن في السيارات (مثل: أنظمة التحكم في الوسائد الهوائية، أضواء الفرامل).
- معدات دعم الحياة الطبية أو معدات الرعاية الحرجة.
لهذه التطبيقات، يلزم مكونات ذات مؤهلات مختلفة، وحدود تحمل أضيق، وتصنيفات موثوقية أعلى. يجب على المصممين الاتصال بالشركة المصنعة لمناقشة الملاءمة لأي تطبيق يتجاوز الاستخدام القياسي للمستهلكين/الصناعي.
9. المقارنة والتمييز التقني
بينما لا توجد مقارنة مباشرة مع منتجات أخرى في ورقة البيانات، يمكننا إبراز المميزات الرئيسية لسلسلة 17-21 بشكل موضوعي بناءً على مواصفاتها.
9.1 مزايا التمييز الرئيسية
- التصغير المتطرف: تبلغ مساحة التركيب 1.6x0.8 مم وهي من بين أصغر عبوات مصابيح LED السطحية، مما يتيح تصميماً فائق الصغر.
- زاوية رؤية واسعة: زاوية الرؤية البالغة 140 درجة واسعة بشكل استثنائي، مما يوفر وضوحًا ممتازًا خارج المحور مقارنة بالعديد من مصابيح LED ذات الحزم الأضيق.
- الامتثال لخالية من الهالوجينيلبي متطلبات صارمة خالية من الهالوجين، وهو أمر يزداد أهمية بالنسبة للتصميمات الواعية بيئياً ولائحة بعض الأسواق.
- فرز شامليوفر فرزًا للشدة والطول الموجي والجهد، مما يتيح اتساقًا عاليًا في تطبيقات الإنتاج الضخم.
9.2 الاعتبارات مقابل الحزم الأكبر
بالمقارنة مع ثنائيات LED السطحية الأكبر (مثل 3528، 5050):
- قدرة قصوى أقل: تصنيف Pd البالغ 40mW أقل من الحزم الأكبر، مما يحد من السطوع الأقصى.
- الأداء الحراري: قد يتمتع الحجم الأصغر بمقاومة حرارية أعلى، مما يجعل تبديد الحرارة أكثر أهمية عند تيارات القيادة الأعلى.
- صعوبة التعامليجعل الحجم الصغير النماذج الأولية اليدوية وإعادة العمل أكثر صعوبة.
10. الأسئلة المتكررة (بناءً على المعايير الفنية)
Q1: ما قيمة المقاومة التي يجب أن أستخدمها مع مصدر طاقة 5V؟ A: باستخدام أقصى جهد أمامي (VF) بقيمة 3.1 فولت (Bin 11) وتيار مستهدف قدره 5 مللي أمبير: R = (5V - 3.1V) / 0.005A = 380 أوم. أقرب قيمة قياسية هي 390 أوم. إعادة الحساب باستخدام الحد الأدنى لـ VF (2.7V) للتحقق من التيار: I = (5-2.7)/390 ≈ 5.9mA، وهي قيمة آمنة. مقاومة 390Ω هي نقطة بداية جيدة.
Q2: هل يمكنني تشغيل هذا الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) عند 20 مللي أمبير للحصول على سطوع أعلى؟ A: لا. الحد الأقصى المطلق للتصنيف للتيار الأمامي المستمر (IF) هو 10 مللي أمبير. التشغيل عند 20 مللي أمبير سيتجاوز هذا التصنيف، مما يقلل بشكل كبير من العمر الافتراضي ومن المحتمل أن يتسبب في عطل فوري. للحصول على سطوع أعلى، اختر صمامًا ثنائيًا باعثًا للضوء (LED) مصنفًا لتيار أعلى أو استخدم تشغيلًا نابضًا ضمن تصنيف IFP (40 مللي أمبير بدورة عمل 1/10).
Q3: يعمل الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) بعد اللحام اليدوي ولكنه خافت. لماذا؟ A: هذه علامة كلاسيكية على تلف حراري ناتج عن حرارة أو وقت لحام مفرط. يمكن أن تؤدي درجة الحرارة المرتفعة إلى تدهور رقاقة أشباه الموصلات أو روابط الأسلاك داخل الغلاف. التزم دائمًا بإرشادات اللحام اليدوي بدقة (350 درجة مئوية كحد أقصى، 3 ثوانٍ كحد أقصى لكل طرف).
Q4: تحتوي دفعة الصمامات الثنائية الباعثة للضوء الخاصة بي على ألوان زرقاء مختلفة قليلاً. هل هذا طبيعي؟ A: نعم، هناك تباين متأصل. هذا هو سبب وجود فئة الطول الموجي السائد (HUE=X، 465-470 نانومتر). بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب مطابقة ألوان مثالية (مثل شاشات متعددة الصمامات الثنائية الباعثة للضوء)، يجب عليك تحديد واستخدام صمامات ثنائية باعثة للضوء من نفس دفعة التصنيع والتأكد من أن موردك يوفر تصنيفًا دقيقًا للفئات.
11. التصميم العملي وحالة الاستخدام
11.1 دراسة حالة: لوحة مؤشر الحالة منخفضة الطاقة
السيناريو: تصميم لوحة تحكم مدمجة تحتوي على 12 مؤشر حالة باللون الأزرق. المساحة محدودة للغاية، والتوحيد في السطوع واللون مهم لتجربة المستخدم. قرارات التصميم: اختيار المكونات: اختر مصباح LED 17-21 لمساحته الصغيرة جدًا. مواصفات الفرزاطلب جميع مصابيح LED من Bin M (كثافة أعلى) و Bin X للطول الموجي. حدد جميعها من نفس bin الجهد (مثال: 10) لضمان استهلاك تيار متسق في التوصيل على التوازي. تصميم الدائرة الكهربائيةاستخدم خط تغذية 5 فولت. مع VF~2.8V (Bin 10 نموذجيًا)، اختر مقاومة 430 أوم لتيار ~5 مللي أمبير: (5-2.8)/0.005=440 أوم، 430 أوم هو القياسي. هذا يعطي ~11-18 mcd لكل LED. تخطيط لوحة الدوائر المطبوعة: ضع مصابيح LED باتجاه ثابت بالنسبة لعلامة الكاثود. تأكد من أن تصميم وسادة اللحام يتطابق مع البصمة الموصى بها في ورقة البيانات لتجنب ظاهرة "شاهد القبر" أثناء إعادة التدفق. التجميع: استخدم ملف إعادة التدفق المقدم. حافظ على إغلاق الكيس حتى يصبح خط الإنتاج جاهزًا. استخدم جميع مصابيح LED خلال 7 أيام من فتح البكرة. النتيجة: لوحة كثيفة ذات مظهر احترافي مع مؤشرات زرقاء زاهية موحدة، تم تحقيقها بموثوقية من خلال الالتزام بمعايير ورقة البيانات.
LED Specification Terminology
شرح كامل للمصطلحات التقنية للـ LED
الأداء الكهروضوئي
| مصطلح | الوحدة/التمثيل | شرح مبسط | لماذا هو مهم |
|---|---|---|---|
| الفعالية الضوئية | lm/W (لومن لكل واط) | الناتج الضوئي لكل واط من الكهرباء، كلما زاد يعني ذلك كفاءة أكبر في استهلاك الطاقة. | يحدد بشكل مباشر درجة كفاءة الطاقة وتكلفة الكهرباء. |
| Luminous Flux | لومن (لومن) | إجمالي الضوء المنبعث من المصدر، يُشار إليه عادةً باسم "السطوع". | يحدد ما إذا كان الضوء ساطعًا بما يكفي. |
| زاوية الرؤية | ° (درجة)، على سبيل المثال: 120° | الزاوية التي ينخفض عندها شدة الضوء إلى النصف، تحدد عرض الحزمة. | يؤثر على مدى الإضاءة وانتظامها. |
| CCT (درجة حرارة اللون) | K (كلفن)، على سبيل المثال: 2700K/6500K | دفء/برودة الضوء، القيم المنخفضة تميل للاصفرار/الدفء، والقيم الأعلى تميل للبياض/البرودة. | يحدد أجواء الإضاءة والسيناريوهات المناسبة. |
| CRI / Ra | بدون وحدة، 0–100 | القدرة على عرض ألوان الأجسام بدقة، Ra≥80 جيد. | يؤثر على أصالة اللون، يُستخدم في أماكن عالية المتطلبات مثل المراكز التجارية والمتاحف. |
| SDCM | خطوات قطع ناقص ماك آدم، على سبيل المثال "5 خطوات" | مقياس اتساق اللون، الخطوات الأصغر تعني لونًا أكثر اتساقًا. | يضمن لونًا موحدًا عبر نفس الدفعة من مصابيح LED. |
| Dominant Wavelength | نانومتر (نانومتر)، على سبيل المثال: 620 نانومتر (أحمر) | الطول الموجي المقابل للون مصابيح LED الملونة. | يحدد درجة لون مصابيح LED أحادية اللون الحمراء والصفراء والخضراء. |
| Spectral Distribution | منحنى الطول الموجي مقابل الشدة | يُظهر توزيع الشدة عبر الأطوال الموجية. | يؤثر على تجسيد الألوان والجودة. |
المعلمات الكهربائية
| مصطلح | الرمز | شرح مبسط | اعتبارات التصميم |
|---|---|---|---|
| جهد الأمام | Vf | الحد الأدنى للجهد لتشغيل LED، مثل "عتبة البدء". | يجب أن يكون جهد السائق ≥Vf، وتتجمع الجهود لـ LEDs المتصلة على التوالي. |
| Forward Current | If | قيمة التيار للتشغيل الطبيعي لـ LED. | Usually constant current drive, current determines brightness & lifespan. |
| Max Pulse Current | Ifp | ذروة التيار التي يمكن تحملها لفترات قصيرة، تُستخدم للتعتيم أو الوميض. | Pulse width & duty cycle must be strictly controlled to avoid damage. |
| الجهد العكسي | Vr | أقصى جهد عكسي يمكن لـ LED تحمله، تجاوزه قد يتسبب في الانهيار. | يجب أن تمنع الدائرة الاتصال العكسي أو الارتفاعات المفاجئة في الجهد. |
| المقاومة الحرارية | Rth (°C/W) | مقاومة انتقال الحرارة من الشريحة إلى اللحام، كلما كانت أقل كان أفضل. | المقاومة الحرارية العالية تتطلب تبديد حرارة أقوى. |
| مناعة ضد التفريغ الكهروستاتيكي | V (HBM)، على سبيل المثال، 1000V | القدرة على تحمل التفريغ الكهروستاتيكي، كلما زادت كانت أقل عرضة للتلف. | هناك حاجة إلى إجراءات مضادة للكهرباء الساكنة في الإنتاج، خاصةً لمصابيح LED الحساسة. |
إدارة الحرارة & Reliability
| مصطلح | المقياس الرئيسي | شرح مبسط | التأثير |
|---|---|---|---|
| درجة حرارة التقاطع | Tj (°C) | درجة حرارة التشغيل الفعلية داخل شريحة LED. | كل انخفاض بمقدار 10 درجات مئوية قد يضاعف العمر الافتراضي؛ الارتفاع الشديد يسبب توهين الضوء وتحول اللون. |
| Lumen Depreciation | L70 / L80 (ساعات) | الوقت اللازم لانخفاض السطوع إلى 70% أو 80% من قيمته الأولية. | يُعرّف بشكل مباشر "العمر الافتراضي" لـ LED. |
| الحفاظ على التدفق الضوئي | % (مثال: 70%) | النسبة المئوية للسطوع المحتفظ به بعد مرور الوقت. | يشير إلى استبقاء السطوع خلال الاستخدام طويل الأمد. |
| Color Shift | Δu′v′ أو إهليلج ماك آدم | درجة تغير اللون أثناء الاستخدام. | يؤثر على اتساق اللون في مشاهد الإضاءة. |
| Thermal Aging | تدهور المواد | تدهور بسبب التعرض طويل الأمد لدرجات حرارة عالية. | قد يؤدي إلى انخفاض السطوع، أو تغير اللون، أو فشل الدائرة المفتوحة. |
Packaging & Materials
| مصطلح | الأنواع الشائعة | شرح مبسط | Features & Applications |
|---|---|---|---|
| نوع العبوة | EMC, PPA, Ceramic | مادة السكن تحمي الشريحة، وتوفر واجهة بصرية/حرارية. | EMC: مقاومة جيدة للحرارة، تكلفة منخفضة؛ السيراميك: تبديد حراري أفضل، عمر أطول. |
| Chip Structure | الأمامي، الشريحة المقلوبة | ترتيب أقطاب الشريحة. | شريحة مقلوبة: تبديد حراري أفضل، وفعالية أعلى، للطاقة العالية. |
| طلاء الفوسفور | YAG، سيليكات، نيتريد | يغطي الشريحة الزرقاء، يحول بعضها إلى الأصفر/الأحمر، ويمزجها للحصول على الأبيض. | تؤثر الفوسفورات المختلفة على الفعالية، ودرجة حرارة اللون المترابطة CCT، ومؤشر تجسيد اللون CRI. |
| العدسة/البصريات | مسطحة، عدسة مجهرية، TIR | الهيكل البصري على السطح المتحكم في توزيع الضوء. | يحدد زاوية الرؤية ومنحنى توزيع الضوء. |
Quality Control & Binning
| مصطلح | محتوى التصنيف | شرح مبسط | الغرض |
|---|---|---|---|
| Luminous Flux Bin | الرمز، على سبيل المثال: 2G، 2H | مجمعة حسب السطوع، لكل مجموعة قيم لومن دنيا/قصوى. | يضمن سطوعًا موحدًا في نفس الدفعة. |
| Voltage Bin | Code e.g., 6W, 6X | مصنفة حسب نطاق الجهد الأمامي. | يسهل مطابقة السائق، ويحسن كفاءة النظام. |
| حاوية الألوان | 5-step MacAdam ellipse | مجمعة حسب إحداثيات اللون، مع ضمان نطاق ضيق. | يضمن اتساق اللون، ويتجنب التباين اللوني داخل الجهاز. |
| CCT Bin | 2700K، 3000K، إلخ. | مجمعة حسب CCT، ولكل منها نطاق إحداثيات مقابلة. | تلبي متطلبات CCT المختلفة للمشاهد. |
Testing & Certification
| مصطلح | Standard/Test | شرح مبسط | الأهمية |
|---|---|---|---|
| LM-80 | اختبار الحفاظ على التدفق الضوئي | إضاءة طويلة الأمد في درجة حرارة ثابتة، مع تسجيل اضمحلال السطوع. | يُستخدم لتقدير عمر LED (مع TM-21). |
| TM-21 | معيار تقدير العمر الافتراضي | يُقدّر العمر الافتراضي في ظل الظروف الفعلية بناءً على بيانات LM-80. | يوفر توقعًا علميًا للعمر الافتراضي. |
| IESNA | Illuminating Engineering Society | يغطي طرق الاختبار البصرية والكهربائية والحرارية. | أساس اختبار معترف به في الصناعة. |
| RoHS / REACH | شهادة بيئية | يضمن عدم وجود مواد ضارة (الرصاص، الزئبق). | متطلب للوصول إلى الأسواق دوليًا. |
| ENERGY STAR / DLC | شهادة كفاءة الطاقة | شهادة كفاءة الطاقة والأداء للإضاءة. | يُستخدم في المشتريات الحكومية وبرامج الدعم، ويعزز القدرة التنافسية. |