ورقة بيانات LED أزرق SMD 19-217 - عبوة 2.0x1.25x0.8مم - جهد 2.6-2.9 فولت - قدرة 40 مللي واط - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد 19-217 LED أزرق صغيرًا مُركبًا على السطح، مُصممًا للتطبيقات الإلكترونية الحديثة التي تتطلب حلول إشارة وإضاءة خلفية موثوقة. يستخدم هذا المكون شريحة أشباه موصلات من InGaN (إنديوم جاليوم نيتريد) لإنتاج الضوء في الطيف الأزرق، بطول موجي قياسي يبلغ 468 نانومتر. تكمن ميزته الأساسية في بصمته الصغيرة، مما يتيح توفيرًا كبيرًا في المساحة على لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs) ويسهل كثافة تعبئة أعلى مقارنة بالمكونات التقليدية ذات الأطراف. الجهاز متوافق بالكامل مع المعايير البيئية والتصنيعية المعاصرة، بما في ذلك RoHS (تقييد المواد الخطرة)، ولوائح REACH التابعة للاتحاد الأوروبي، ويُصنف على أنه خالٍ من الهالوجين.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

يقدم تصميم LED SMD 19-217 عدة فوائد رئيسية للمهندسين والمصممين. تجعل صغر حجمه وخفة وزنه مثاليًا للتطبيقات التي تكون فيها المساحة والوزن قيودًا حرجة. يتم توريد العبوة على شريط بعرض 8 مم ملفوف على بكرة قطرها 7 بوصات، مما يجعلها متوافقة تمامًا مع معدات التجميع الآلي عالية السرعة (pick-and-place)، وبالتالي تبسيط عملية التصنيع. كما أن الـ LED متوافق مع عمليات لحام الريفو (Reflow) القياسية بالأشعة تحت الحمراء والطور البخاري. تشمل أسواقه المستهدفة الرئيسية: الإلكترونيات السيارات (لإضاءة لوحة القيادة والمفاتيح الخلفية)، ومعدات الاتصالات (لمؤشرات الهواتف وأجهزة الفاكس)، والإلكترونيات الاستهلاكية لإضاءة شاشات LCD الخلفية، وتطبيقات المؤشرات العامة.

2. الغوص العميق في المعلمات التقنية

يقدم هذا القسم تحليلاً تفصيليًا وموضوعيًا للمعلمات الكهربائية والبصرية والحرارية الرئيسية المحددة في ورقة البيانات، وهي بالغة الأهمية لتصميم الدائرة الكهربائية الصحيح وتقييم الموثوقية.

2.1 القيم القصوى المطلقة

تحدد القيم القصوى المطلقة حدود الإجهاد التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. هذه ليست ظروف التشغيل العادية.

• الجهد العكسي (VR):5 فولت. تجاوز هذا الجهد في الانحياز العكسي يمكن أن يسبب انهيار الوصلة.
• تيار التشغيل الأمامي المستمر (IF):10 مللي أمبير. أقصى تيار مستمر يمكن تطبيقه بشكل مستمر.
• تيار التشغيل الأمامي الذروي (IFP):40 مللي أمبير. هذا هو أقصى تيار نابض مسموح به، محدد بدورة عمل 1/10 وتردد 1 كيلو هرتز. وهو مناسب للنبضات القصيرة عالية الكثافة وليس للتشغيل المستدام.
• تبديد القدرة (Pd):40 مللي واط. أقصى قدرة يمكن للعبوة تبديدها كحرارة، وتحسب كـ (جهد التشغيل الأمامي (VF) * تيار التشغيل الأمامي (IF)). يتطلب التشغيل بالقرب من هذا الحد إدارة حرارية دقيقة.
• تفريغ الكهرباء الساكنة (ESD) نموذج جسم الإنسان (HBM):150 فولت. هذه مقاومة منخفضة نسبيًا للـ ESD، مما يشير إلى حساسية الجهاز للكهرباء الساكنة. إجراءات التعامل الآمن من ESD إلزامية أثناء التجميع والتعامل.
• درجة حرارة التشغيل (Topr):من -40°C إلى +85°C. نطاق درجة الحرارة المحيطة الذي يُضمن فيه أن الجهاز يلبي المواصفات المنشورة.
• درجة حرارة التخزين (Tstg):من -40°C إلى +90°C.
• درجة حرارة اللحام:يمكن للجهاز تحمل لحام الريفو بدرجة حرارة ذروية تبلغ 260°C لمدة تصل إلى 10 ثوانٍ، أو اللحام اليدوي عند 350°C لمدة تصل إلى 3 ثوانٍ لكل طرف.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

يتم قياس هذه المعلمات في حالة اختبار قياسية Ta=25°C و IF=2mA، ما لم يُذكر خلاف ذلك. وهي تحدد الأداء البصري للـ LED.

• شدة الإضاءة (Iv):تتراوح من حد أدنى 7.2 mcd إلى حد أقصى 18.0 mcd. لم يتم تحديد القيمة النموذجية، مما يشير إلى أن الأداء يُدار من خلال نظام تصنيف (انظر القسم 3).
• زاوية الرؤية (2θ1/2):120 درجة. هذه هي الزاوية الكاملة التي تنخفض عندها شدة الإضاءة إلى نصف قيمتها القصوى. توفر زاوية 120° نمط إشعاع واسع ومنتشر مناسب للإضاءة العامة والإضاءة الخلفية.
• الطول الموجي الذروي (λp):468 نانومتر (نموذجي). هذا هو الطول الموجي الذي يكون فيه توزيع القدرة الطيفية في أقصى حد له.
• الطول الموجي السائد (λd):من 465.0 نانومتر إلى 470.0 نانومتر. هذا هو إدراك العين البشرية للون الـ LED كطول موجي واحد، وهو المعلمة المستخدمة في تصنيف اللون.
• عرض النطاق الطيفي (Δλ):25 نانومتر (نموذجي). هذا هو عرض الطيف المنبعث، مقاسًا عند نصف أقصى شدة (العرض الكامل عند نصف الحد الأقصى - FWHM).
• جهد التشغيل الأمامي (VF):من 2.60 فولت إلى 2.90 فولت عند IF=2mA. هذا النطاق بالغ الأهمية لتصميم دائرة تحديد التيار.
• التيار العكسي (IR):أقصى 50 ميكرو أمبير عند VR=5 فولت. تشير ورقة البيانات صراحةً إلى أن الجهاز غير مصمم للتشغيل العكسي؛ هذه المعلمة لأغراض الاختبار فقط.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

لضمان أداء متسق في الإنتاج الضخم، يتم فرز مصابيح LED إلى فئات بناءً على معلمات رئيسية. يستخدم 19-217 نظام تصنيف ثلاثي الأبعاد.

3.1 تصنيف شدة الإضاءة

يتم تصنيف مصابيح LED إلى أربع فئات (K1, K2, L1, L2) بناءً على شدة إضاءتها المقاسة عند 2mA.

• الفئة K1:7.2 - 9.0 mcd
• الفئة K2:9.0 - 11.5 mcd
• الفئة L1:11.5 - 14.5 mcd
• الفئة L2:14.5 - 18.0 mcd

يتم تطبيق تسامح ±11% على حدود الفئات.

3.2 تصنيف الطول الموجي السائد

يتم التحكم في اللون ضمن فئة واحدة لهذا المنتج.

• الفئة X:465.0 - 470.0 نانومتر. تم تحديد تسامح ضيق ±1 نانومتر.

3.3 تصنيف جهد التشغيل الأمامي

يتم فرز جهد التشغيل الأمامي إلى ثلاث فئات للمساعدة في تصميم دوائر تشغيل تيار متسقة.

• الفئة 28:2.60 - 2.70 فولت
• الفئة 29:2.70 - 2.80 فولت
• الفئة 30:2.80 - 2.90 فولت

يتم تطبيق تسامح ±0.05 فولت.

4. تحليل منحنيات الأداء

توفر ورقة البيانات عدة رسوم بيانية مميزة ضرورية لفهم سلوك الـ LED تحت ظروف تشغيل مختلفة.

4.1 شدة الإضاءة النسبية مقابل تيار التشغيل الأمامي

يُظهر هذا المنحنى أن ناتج الإضاءة ليس خطيًا مع التيار. فهو يزداد مع التيار ولكنه سيشبع في النهاية. قد يؤدي التشغيل فوق التيار المستمر الموصى به (10mA) إلى انخفاض الكفاءة وتسريع الشيخوخة.

4.2 شدة الإضاءة النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطة

يوضح هذا الرسم البياني المعامل الحراري السلبي لناتج ضوء الـ LED. مع زيادة درجة حرارة الوصلة، تنخفض شدة الإضاءة. بالنسبة لـ 19-217، يمكن أن ينخفض الناتج بشكل كبير مع اقتراب درجة الحرارة المحيطة من الحد الأقصى للتشغيل وهو 85°C. يجب أخذ هذا في الاعتبار في التصاميم التي تتطلب سطوعًا ثابتًا على نطاق واسع من درجات الحرارة.

4.3 منحنى تخفيض تيار التشغيل الأمامي

هذا أحد أهم الرسوم البيانية للموثوقية. يُظهر أقصى تيار تشغيل أمامي مستمر مسموح به كدالة لدرجة الحرارة المحيطة. مع ارتفاع درجة الحرارة، ينخفض أقصى تيار آمن. عند 85°C، يكون التيار المسموح به أقل بكثير من التصنيف 10mA عند 25°C. قد يؤدي الفشل في تخفيض التيار إلى هروب حراري وفشل الجهاز.

4.4 جهد التشغيل الأمامي مقابل تيار التشغيل الأمامي

يُظهر منحنى IV (التيار-الجهد) هذا العلاقة الأسية النموذجية للديود. يزداد الجهد لوغاريتميًا مع التيار. المنحنى ضروري لاختيار مقاوم تحديد تيار مناسب أو تصميم دائرة تشغيل تيار ثابت.

4.5 التوزيع الطيفي ونمط الإشعاع

يؤكد الرسم البياني الطيفي على الانبعاث الأزرق المتمركز حول 468 نانومتر بعرض FWHM يبلغ حوالي 25 نانومتر. يوضح مخطط نمط الإشعاع التوزيع المكاني للضوء، مؤكدًا نمط الانبعاث الشبيه بـ Lambertian بزاوية الرؤية المحددة البالغة 120°.

5. المعلومات الميكانيكية ومواصفات العبوة

5.1 أبعاد العبوة

يتميز 19-217 بعلبة SMD قياسية. تشمل الأبعاد الرئيسية (بالمليمترات) حجم جسم يبلغ طوله حوالي 2.0 مم، وعرض 1.25 مم، وارتفاع 0.8 مم. توفر ورقة البيانات رسمًا تفصيليًا بتسامح ±0.1 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. يتم تحديد الأنود والكاثود بوضوح، وهو أمر بالغ الأهمية للتوجيه الصحيح أثناء التجميع.

5.2 تحديد القطبية

القطبية الصحيحة حيوية لتشغيل الـ LED. تتضمن العبوة علامات بصرية (عادةً شق أو علامة خضراء) لتحديد الكاثود. يجب على المصممين التأكد من أن بصمة PCB تتطابق مع هذا الاتجاه.

6. إرشادات اللحام والتركيب

التعامل واللحام السليمان أمران بالغا الأهمية للإنتاجية والموثوقية طويلة الأمد.

6.1 التخزين والحساسية للرطوبة

يتم تغليف مصابيح LED في كيس مقاوم للرطوبة مع مجفف. لا يجب فتح الكيس حتى تكون المكونات جاهزة للاستخدام. بعد الفتح، يجب تخزين الأجزاء غير المستخدمة عند ≤30°C و ≤60% رطوبة نسبية (RH) واستخدامها خلال 168 ساعة (7 أيام). إذا تم تجاوز هذه المدة، يلزم معالجة بالخبز عند 60±5°C لمدة 24 ساعة قبل اللحام لمنع ظاهرة "الفشار" (تكسير العبوة بسبب ضغط البخار أثناء الريفو).

6.2 ملف تعريف لحام الريفو (Reflow)

تم تحديد ملف تعريف ريفو خالٍ من الرصاص:

• التسخين المسبق:150-200°C لمدة 60-120 ثانية.
• الوقت فوق نقطة الانصهار (TAL):فوق 217°C لمدة 60-150 ثانية.
• درجة الحرارة الذروية:بحد أقصى 260°C، محتفظ بها لمدة أقصاها 10 ثوانٍ.
• معدلات الارتفاع/الانخفاض:بحد أقصى 6°C/ثانية تسخين، 3°C/ثانية تبريد.

يجب ألا يتم إجراء لحام الريفو أكثر من مرتين. يجب تجنب الإجهاد على جسم الـ LED أثناء التسخين وانحناء PCB بعد اللحام.

6.3 اللحام اليدوي وإعادة العمل

إذا كان اللحام اليدوي ضروريًا، فيجب أن تكون درجة حرارة طرف المكواة أقل من 350°C، مطبقة لمدة لا تزيد عن 3 ثوانٍ لكل طرف، باستخدام مكواة لحام بقدرة أقل من 25 واط. يجب السماح بفترة تبريد لا تقل عن ثانيتين بين الأطراف. لا يُنصح بشدة بإعادة العمل. إذا كان لا مفر منه، فيجب استخدام مكواة لحام برأس مزدوج متخصص لتسخين كلا الطرفين في وقت واحد ومنع الإجهاد الميكانيكي على وصلات اللحام.

7. معلومات التغليف والطلب

7.1 مواصفات البكرة والشريط

يتم توريد المكونات في شريط ناقل بارز بأبعاد مُقدمة في ورقة البيانات. عرض الشريط 8 مم وملفوف على بكرة قياسية قطرها 7 بوصات (178 مم). تحتوي كل بكرة على 3000 قطعة.

7.2 شرح الملصق

يحتوي ملصق البكرة على معلومات حرجة للتتبع والتطبيق الصحيح:

• P/N:رقم المنتج (مثال: 19-217/BHC-XK1L2B11X/3T).
• QTY:كمية التعبئة (3000 قطعة).
• CAT:رتبة شدة الإضاءة (مثال: K1, L2).
• HUE:رتبة اللون/الطول الموجي السائد (X).
• REF:رتبة جهد التشغيل الأمامي (مثال: 28, 29, 30).
• LOT No:رقم دفعة التصنيع للتتبع.

8. اقتراحات التطبيق واعتبارات التصميم

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

• إضاءة مقصورة السيارة الداخلية:إضاءة خلفية لمجموعات العدادات والأزرار والمفاتيح. زاوية الرؤية الواسعة واللون الأزرق مناسبان لخلق تأثيرات جمالية حديثة.
• الإلكترونيات الاستهلاكية:مؤشرات الحالة والإضاءة الخلفية لمفاتيح أجهزة التحكم عن بُعد والأجهزة المنزلية ومعدات الصوت.
• معدات الاتصالات والشبكات:مؤشرات نشاط الرابط والطاقة والحالة على أجهزة التوجيه والمحولات وأجهزة المودم.
• مؤشرات اللوحات العامة:أي تطبيق يتطلب ضوء مؤشر أزرق صغير وموثوق وساطع.

8.2 اعتبارات التصميم الحرجة

1. تحديد التيار إلزامي:يجب استخدام مقاوم تحديد تيار خارجي أو دائرة تشغيل تيار ثابت على التوالي مع الـ LED. لجهد التشغيل الأمامي معامل حراري سلبي، مما يعني أنه ينخفض مع ارتفاع درجة الحرارة. بدون تحديد التيار، يمكن أن يؤدي زيادة صغيرة في الجهد أو درجة الحرارة إلى زيادة كبيرة وربما مدمرة في التيار.
2. الإدارة الحرارية:ضع بيئة التشغيل في الاعتبار. استخدم منحنى التخفيض لاختيار تيار تشغيل مناسب، خاصة إذا كانت درجة الحرارة المحيطة مرتفعة أو لوحة PCB لديها تبديد حراري ضعيف.
3. حماية ESD:نفذ حماية ESD على خطوط الإدخال إذا كان الـ LED يمكن للمستخدم الوصول إليه، وفرض إجراءات التعامل الآمن من ESD أثناء التجميع.
4. التصميم البصري:توفر زاوية الرؤية 120° تغطية واسعة. للضوء المركز، قد تكون هناك حاجة إلى عدسة خارجية أو دليل ضوئي.

9. المقارنة التقنية والتمييز

بينما توجد العديد من مصابيح LED SMD الزرقاء، فإن مجموعة معلمات 19-217 تضعها في حالات استخدام محددة. مقارنة بالعبوات الأصغر (مثل 0402)، فإنها تقدم ناتج ضوء أعلى وتبديد حراري أفضل محتملًا بسبب حجمها الأكبر. مقارنة بمصابيح LED عالية القدرة، فهي تعمل بتيار أقل بكثير وتتطلب دائرة تشغيل أبسط، مما يجعلها فعالة من حيث التكلفة لتطبيقات المؤشرات. امتثالها الصريح لمعايير خالية من الهالوجين وREACH هو ميزة تمييز رئيسية للأسواق ذات اللوائح البيئية الصارمة، مثل الاتحاد الأوروبي.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

10.1 لماذا يعتبر مقاوم تحديد التيار ضروريًا تمامًا؟

مصابيح LED هي أجهزة تعمل بالتيار، وليس بالجهد. خاصية V-I أسية. عند جهد التشغيل الأمامي النموذجي ~2.8 فولت، يمكن أن يؤدي تغيير صغير جدًا في جهد التغذية أو انخفاض في Vf الخاص بالـ LED بسبب التسخين إلى زيادة التيار بشكل كبير، مما يتجاوز التصنيف الأقصى ويدمر الجهاز. يحدد المقاوم تيارًا ثابتًا بناءً على قانون أوم (I = (Vsupply - Vf) / R).

10.2 هل يمكنني تشغيل هذا الـ LED مباشرة من مخرج منطقي بجهد 3.3 فولت أو 5 فولت؟

لا، ليس مباشرة.لا يمكن لطرف GPIO الخاص بمتحكم دقيق عادةً توفير تيار كافٍ (غالبًا محدود بـ 20-25mA) بشكل آمن ومستمر لـ LED، كما أنه يفتقر إلى تنظيم التيار. يجب عليك استخدام مقاوم على التوالي. لمصدر جهد 3.3 فولت وتيار مستهدف 5mA مع Vf بقيمة 2.8 فولت، ستكون قيمة المقاوم R = (3.3V - 2.8V) / 0.005A = 100 أوم. تحقق دائمًا من قدرة طرف المتحكم الدقيق على توفير التيار.

10.3 ماذا تعني زاوية الرؤية 120 درجة لتصميمي؟

تعني أن الضوء ينبعث في مخروط واسع. إذا كنت بحاجة إلى أن يكون الـ LED مرئيًا من زوايا عديدة (مثل مؤشر لوحة)، فهذا مثالي. إذا كنت بحاجة إلى حزمة ضوء مركزة (مثل إضاءة بقعة محددة)، فإن هذا الـ LED وحده غير مناسب وسيتطلب بصريات ثانوية.

10.4 ما مدى أهمية مدة الصلاحية البالغة 7 أيام بعد فتح كيس الحاجز الرطوبي؟

مهمة جدًا للـ لحام الريفو. يمكن أن تتحول الرطوبة الممتصة في العبوة البلاستيكية إلى بخار أثناء دورة الريفو عالية الحرارة، مما يسبب انفصالًا داخليًا أو تكسيرًا ("ظاهرة الفشار")، مما يؤدي إلى فشل فوري أو كامن. إذا كان الكيس مفتوحًا لأكثر من 168 ساعة، فيجب اتباع إجراء الخبز.

11. حالة عملية للتصميم والاستخدام

السيناريو: تصميم مؤشر حالة لموجه إنترنت (راوتر) استهلاكي.يحتاج الـ LED إلى إظهار "الطاقة قيد التشغيل" و"نشاط WAN" (وميض). يستخدم النظام خط جهد 3.3 فولت. لضمان عمر طويل وتجنب إجهاد المتحكم الدقيق، يتم استخدام ترانزستور خارجي (مثل NPN صغير أو NFET) لتبديل الـ LED. يتم وضع مقاوم على التوالي بين خط 3.3 فولت وأنود الـ LED، ويقوم الترانزستور بتبديل الكاثود إلى الأرض. اختيار تيار محافظ بقيمة 5mA للإشارة المستمرة "للطاقة" واستخدام أقصى Vf وهو 2.9 فولت للحساب يضمن السطوع تحت جميع الظروف: R = (3.3V - 2.9V) / 0.005A = 80 أوم (استخدم مقاوم 82 أوم قياسي). تبديد القدرة في الـ LED هو Pd = Vf * If = 2.9V * 0.005A = 14.5mW، وهو أقل بكثير من الحد الأقصى 40mW، مما يضمن موثوقية ممتازة حتى داخل غلاف قد يكون دافئًا.

12. مقدمة عن مبدأ التشغيل

يعمل LED 19-217 على مبدأ الإضاءة الكهربائية في وصلة أشباه الموصلات p-n. المنطقة النشطة مكونة من InGaN. عندما يتم تطبيق جهد أمامي يتجاوز الجهد المضمن للوصلة، يتم حقن الإلكترونات من المنطقة من النوع n والفجوات من المنطقة من النوع p في المنطقة النشطة. عندما تتحد هذه حاملات الشحنة، فإنها تطلق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد التركيب المحدد لسبيكة InGaN طاقة فجوة النطاق، والتي تتوافق مباشرة مع الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث - في هذه الحالة، الأزرق (~468 نانومتر). تعمل عبوة راتنج الإيبوكسي على حماية شريحة أشباه الموصلات، وتوفير الاستقرار الميكانيكي، وتعمل كعدسة أولية لتشكيل ناتج الضوء.

13. اتجاهات التكنولوجيا والسياق

يمثل هذا الجهاز قطاعًا ناضجًا ومُحسَّن التكلفة من تكنولوجيا LED. استخدام InGaN للانبعاث الأزرق راسخ. تركز الاتجاهات الحالية في مصابيح LED من نوع SMD للمؤشرات على عدة مجالات: 1)التصغير:تتوفر عبوات أصغر حتى من 19-217 (مثل 0402, 0201) للوحات فائقة الكثافة. 2)كفاءة أعلى:تستمر تصاميم الشرائح والمواد الأحدث في تحسين لومن لكل واط، مما يسمح بتيارات تشغيل أقل واستهلاك طاقة منخفض. 3)موثوقية واتساق محسّنان:تنتج تقنيات التصنيع والتصنيف المتقدمة توزيعات معلمات أكثر ضيقًا. 4)امتثال بيئي واسع:كما هو الحال مع هذا الجزء، فإن الامتثال لمعايير RoHS وREACH والخالية من الهالوجين أصبح الآن توقعًا أساسيًا للوصول إلى السوق العالمية. يناسب 19-217 التطبيقات التي يُفضل فيها مكون مثبت وموثوق وقياسي على الأداء المتطور.