ورقة بيانات LED SMD 17-21/BHC-AP1Q2/3T - أزرق - 2.0x1.25x0.8مم - 3.3 فولت - 75 ميغاواط - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

تحدد هذه الوثيقة مواصفات LED أزرق مضغوط ومركب على السطح، مصمم للتطبيقات الإلكترونية الحديثة. يستخدم الجهاز رقاقة شبه موصلة من إنيديوم جاليوم نيتريد (InGaN) لإنتاج ضوء أزرق بطول موجي مهيمن نموذجي يبلغ 468 نانومتر. تكمن مزاياها الأساسية في عبوة SMD (جهاز مركب على السطح) المصغرة، مما يتيح تقليصًا كبيرًا في المساحة المطلوبة على لوحة الدوائر المطبوعة (PCB)، ويسمح بكثافة أعلى للمكونات، ويساهم في تصغير حجم المعدات بشكل عام. كما أن طبيعة العبوة خفيفة الوزن تجعلها مناسبة للتطبيقات المحمولة والمقيدة بالمساحة.

1.1 الميزات الأساسية والامتثال

يتم توريد LED على شريط بعرض 8 مم ملفوف على بكرات قطرها 7 بوصات، مما يجعله متوافقًا تمامًا مع معدات التجميع الآلي (pick-and-place). تم تصميمه للاستخدام مع عمليات اللحام القياسية بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء وبالطور البخاري. الجهاز من النوع أحادي اللون (أزرق). من منظور المواد والامتثال البيئي، فهو خالٍ من الرصاص، ومتوافق مع توجيهية RoHS (تقييد المواد الخطرة)، ومتوافق مع لوائح الاتحاد الأوروبي REACH، ويستوفي معايير الخلو من الهالوجين بحدود البروم (Br) < 900 جزء في المليون، والكلور (Cl) < 900 جزء في المليون، ومجموعهما (Br+Cl) < 1500 جزء في المليون.

1.2 التطبيقات المستهدفة

تشمل التطبيقات النموذجية لهذا LED الإنارة الخلفية لألواح العدادات، والمفاتيح، والرموز. في مجال الاتصالات، يعمل كمؤشر أو مصدر إنارة خلفية في أجهزة مثل الهواتف وآلات الفاكس. كما أنه مناسب كمصدر إنارة خلفية مسطح للشاشات الكريستالية السائلة (LCD) وللاستخدام العام كمؤشر حيثما يتطلب الأمر مصدر ضوء أزرق مضغوط وموثوق.

2. الغوص العميق في المواصفات الفنية

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد هذه القيم الحدود التي إذا تم تجاوزها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يُقصد بها التشغيل المستمر. يتم تحديد الحدود القصوى المطلقة عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية.

• الجهد العكسي (VR):5 فولت. تجاوز هذا الجهد في حالة الانحياز العكسي يمكن أن يسبب انهيار الوصلة.
• التيار الأمامي المستمر (IF):20 مللي أمبير.
• التيار الأمامي الذروي (IFP):40 مللي أمبير، مسموح به فقط في ظل ظروف النبض بدورة عمل 1/10 عند تردد 1 كيلو هرتز.
• تبديد الطاقة (Pd):75 ميغاواط. هذه هي أقصى قدرة يمكن للجهاز تبديدها على شكل حرارة.
• التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) نموذج جسم الإنسان (HBM):150 فولت. يجب اتباع إجراءات التعامل مع التفريغ الكهروستاتيكي بشكل صحيح.
• نطاق درجة حرارة التشغيل (Topr):من -40°C إلى +85°C.
• نطاق درجة حرارة التخزين (Tstg):من -40°C إلى +90°C.
• درجة حرارة اللحام (Tsol):للحام بإعادة التدفق، يتم تحديد درجة حرارة ذروية تبلغ 260°C كحد أقصى لمدة 10 ثوانٍ. للحام اليدوي، يجب ألا تتجاوز درجة حرارة طرف المكواة 350°C كحد أقصى لمدة 3 ثوانٍ لكل طرف.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

تحدد هذه المعلمات أداء الجهاز تحت ظروف التشغيل العادية، تُقاس عادةً عند Ta=25°C وتيار أمامي (IF) قدره 20 مللي أمبير، ما لم يُذكر خلاف ذلك.

• شدة الإضاءة (Iv):تتراوح من حد أدنى 45.0 مللي كانديلا إلى حد أقصى 112.0 مللي كانديلا. لم يتم تحديد القيمة النموذجية في الجدول، فهي تقع ضمن هذا النطاق المعتمد على التصنيف.
• زاوية الرؤية (2θ1/2):زاوية نصف الشدة هي نموذجيًا 140 درجة، مما يشير إلى مخروط رؤية واسع.
• الطول الموجي الذروي (λp):نموذجيًا 468 نانومتر. هذا هو الطول الموجي الذي يكون فيه توزيع القدرة الطيفية في أقصى حد.
• الطول الموجي المهيمن (λd):يتراوح من 464.5 نانومتر إلى 476.5 نانومتر. هذا هو الطول الموجي الملحوظ للون.
• عرض النطاق الطيفي (Δλ):نموذجيًا 25 نانومتر، مقاسة عند نصف الشدة القصوى (FWHM).
• الجهد الأمامي (VF):يتراوح من 2.7 فولت (الحد الأدنى) إلى 3.7 فولت (الحد الأقصى)، مع قيمة نموذجية تبلغ 3.3 فولت عند IF=20mA.
• التيار العكسي (IR):حد أقصى 50 ميكرو أمبير عند تطبيق جهد عكسي (VR) قدره 5 فولت. لم يتم تصميم الجهاز للعمل في حالة الانحياز العكسي.

ملاحظات هامة:يتم تحديد التفاوتات بـ ±11% لشدة الإضاءة، ±1 نانومتر للطول الموجي المهيمن، و±0.1 فولت للجهد الأمامي. ينطبق تصنيف الجهد العكسي فقط على حالة اختبار IR.

3. شرح نظام التصنيف

لضمان الاتساق في الإنتاج، يتم فرز مصابيح LED إلى مجموعات بناءً على معايير الأداء الرئيسية. وهذا يسمح للمصممين باختيار قطع تلبي متطلبات سطوع ولون محددة.

3.1 تصنيف شدة الإضاءة

يتم تعريف المجموعات بواسطة الرموز P1، P2، Q1، و Q2، حيث يغطي كل منها نطاقًا محددًا من شدة الإضاءة مقاسة بالمللي كانديلا (mcd) عند IF=20mA.

• P1:45.0 – 57.0 مللي كانديلا
• P2:57.0 – 72.0 مللي كانديلا
• Q1:72.0 – 90.0 مللي كانديلا
• Q2:90.0 – 112.0 مللي كانديلا

3.2 تصنيف الطول الموجي المهيمن

يتم تعريف مجموعات الطول الموجي بواسطة الرموز من A9 إلى A12، حيث يغطي كل منها نطاق 3 نانومتر، مما يضمن تحكمًا دقيقًا في اللون.

• A9:464.5 – 467.5 نانومتر
• A10:467.5 – 470.5 نانومتر
• A11:470.5 – 473.5 نانومتر
• A12:473.5 – 476.5 نانومتر

4. تحليل منحنيات الأداء

توفر ورقة البيانات عدة منحنيات مميزة تعتبر حاسمة لتصميم الدوائر وإدارة الحرارة.

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

يُظهر هذا المنحنى العلاقة غير الخطية بين التيار المتدفق عبر LED والجهد عبره. يزداد الجهد الأمامي (VF) مع زيادة التيار. يستخدم المصممون هذا المنحنى لتحديد قيمة المقاوم المحدد للتيار اللازمة لجهد تزويد معين لتحقيق تيار التشغيل المطلوب (مثل 20 مللي أمبير). يعتبر VF النموذجي البالغ 3.3 فولت معلمة تصميم رئيسية.

4.2 شدة الإضاءة النسبية مقابل التيار الأمامي

يوضح هذا الرسم البياني كيف يتغير خرج الضوء مع تيار القيادة. بينما يؤدي زيادة التيار إلى تعزيز السطوع، فإن العلاقة ليست خطية ومقيدة بتصنيف التيار الأقصى والتأثيرات الحرارية. التشغيل خارج الحدود القصوى المطلقة سيقلل من العمر الافتراضي وقد يتسبب في فشل الجهاز.

4.3 شدة الإضاءة النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطة

خرج ضوء LED يعتمد على درجة الحرارة. يُظهر هذا المنحنى عادةً أن شدة الإضاءة تتناقص مع ارتفاع درجة حرارة الوصلة. فهم هذا التخفيض في التصنيف ضروري للتطبيقات التي تعمل في درجات حرارة محيطة عالية لضمان الحفاظ على سطوع كافٍ.

4.4 منحنى تخفيض التيار الأمامي

هذا رسم بياني حاسم للموثوقية. يوضح أقصى تيار أمامي مستمر مسموح به كدالة لدرجة الحرارة المحيطة. مع زيادة درجة الحرارة، يقل الحد الأقصى للتيار الآمن لمنع ارتفاع درجة الحرارة وضمان الأداء طويل الأمد. يجب على المصممين التأكد من أن نقطة التشغيل تقع ضمن منطقة التخفيض هذه.

4.5 توزيع الطيف

يرسم الرسم البياني الطيفي القدرة الإشعاعية النسبية مقابل الطول الموجي. يؤكد انبعاث اللون الأزرق مع ذروة حول 468 نانومتر وعرض نطاق طيفي نموذجي (Δλ) يبلغ 25 نانومتر، مما يشير إلى نقاء اللون.

4.6 مخطط الإشعاع

يصور هذا الرسم البياني القطبي التوزيع المكاني لشدة الضوء، مؤكدًا زاوية الرؤية الواسعة البالغة 140 درجة. يتم تسوية الشدة إلى قيمتها القصوى (عادةً عند 0 درجة، عموديًا على سطح الانبعاث).

5. المعلومات الميكانيكية والخاصة بالعبوة

5.1 أبعاد العبوة

يتم وضع LED في عبوة مضغوطة مركبة على السطح. تشمل الأبعاد الرئيسية (بالمليمتر، مع تفاوت نموذجي ±0.1 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك) طول الجسم 2.0 مم، وعرض 1.25 مم، وارتفاع 0.8 مم. توفر ورقة البيانات رسمًا تفصيليًا يوضح تخطيط الوسادات، وتباعد الأطراف، وموقع علامة تحديد الكاثود، وهو أمر ضروري للتوجيه الصحيح لـ PCB أثناء التجميع.

5.2 تحديد القطبية

القطبية الصحيحة إلزامية. تتميز العبوة بعلامة كاثود مميزة. توصيل الجهاز في انحياز عكسي يمكن أن يتلفه، حيث أن أقصى جهد عكسي هو 5 فولت فقط.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 ملف تعريف اللحام بإعادة التدفق

تم تحديد ملف تعريف درجة حرارة لحام بإعادة التدفق خالٍ من الرصاص. تشمل المعلمات الرئيسية: مرحلة تسخين أولية بين 150°C و 200°C لمدة 60-120 ثانية؛ وقت فوق نقطة السيولة (217°C) من 60-150 ثانية؛ درجة حرارة ذروية لا تتجاوز 260°C، تُحفظ لمدة أقصاها 10 ثوانٍ؛ ومعدلات تحكم في التسخين والتبريد (مثل 3°C/ثانية كحد أقصى للتسخين، 6°C/ثانية كحد أقصى للتبريد). لا ينبغي إجراء إعادة التدفق أكثر من مرتين.

6.2 احتياطات اللحام اليدوي

إذا كان اللحام اليدوي ضروريًا، فمطلوب عناية فائقة. يجب أن تكون درجة حرارة طرف مكواة اللحام أقل من 350°C، ويجب ألا يتجاوز وقت التلامس لكل طرف 3 ثوانٍ. يُوصى باستخدام مكواة منخفضة الطاقة (<25 واط). يجب السماح بفاصل تبريد لا يقل عن ثانيتين بين لحام كل طرف لمنع الصدمة الحرارية.

6.3 التخزين والحساسية للرطوبة

يتم تعبئة مصابيح LED في أكياس مقاومة للرطوبة مع مجفف. يجب عدم فتح الكيس حتى تكون المكونات جاهزة للاستخدام. بعد الفتح، يجب تخزين مصابيح LED غير المستخدمة عند ≤ 30°C و ≤ 60% رطوبة نسبية. "عمر الأرضية" بعد الفتح هو 168 ساعة (7 أيام). إذا تم تجاوز هذا الوقت أو تغير لون مؤشر المجفف، فإنه يلزم معالجة بالخبز عند 60 ± 5°C لمدة 24 ساعة قبل الاستخدام لإزالة الرطوبة الممتصة ومنع ظاهرة "الفشار" أثناء إعادة التدفق.

7. معلومات التعبئة والطلب

7.1 مواصفات البكرة والشريط

يتم توريد المكونات في شريط حامل بارز على بكرات قطرها 7 بوصات. عرض الشريط 8 مم. تحتوي كل بكرة على 3000 قطعة. يتم توفير أبعاد مفصلة للبكرة، وجيوب الشريط الحامل، وشريط الغطاء لضمان التوافق مع مغذيات التشغيل الآلي.

7.2 شرح الملصق

تتضمن ملصقات التعبئة عدة رموز: CPN (رقم منتج العميل)، P/N (رقم المنتج)، QTY (كمية التعبئة)، CAT (رمز تصنيف شدة الإضاءة)، HUE (رمز تصنيف اللون/الطول الموجي المهيمن)، REF (رتبة الجهد الأمامي)، و LOT No (رقم الدفعة للتتبع).

8. ملاحظات التطبيق واعتبارات التصميم

8.1 تحديد التيار إلزامي

مصابيح LED هي أجهزة تعمل بالتيار. المقاوم المحدد للتيار على التوالي ضروري للغاية في تصميم الدائرة. بدونه، حتى زيادة صغيرة في جهد التزويد يمكن أن تسبب زيادة كبيرة، وربما مدمرة، في التيار الأمامي بسبب الخاصية الأسية لمنحنى I-V للثنائي.

8.2 إدارة الحرارة

على الرغم من أن العبوة صغيرة، إلا أنه يجب مراعاة تبديد الطاقة (حتى 75 ميغاواط) ومعامل درجة الحرارة السالب لخرج الضوء. للحصول على أداء مثالي وعمر طويل، تأكد من استخدام مساحة نحاسية كافية في PCB أو فتحات حرارية لتبديد الحرارة، خاصة عند التشغيل في درجات حرارة محيطة عالية أو بالقرب من التيار الأقصى.

8.3 التصميم البصري

زاوية الرؤية الواسعة البالغة 140 درجة تجعل هذا LED مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب إضاءة واسعة أو وضوح رؤية من زوايا متعددة. للضوء المركز، ستكون هناك حاجة إلى بصريات ثانوية (عدسات). تتيح راتنج الإيبوكسي الشفاف استخراجًا جيدًا للضوء.

9. المقارنة الفنية والتحديد

مقارنة بمصابيح LED التقليدية ذات الثقب المار، يقدم هذا النوع من SMD مزايا كبيرة في سرعة التجميع (متوافق مع pick-and-place)، وتوفير مساحة اللوحة، ومرونة التصميم. ضمن فئة LED الأزرق SMD، فإن عوامل التمييز الرئيسية هي حجم العبوة المحدد (2.0x1.25 مم)، والجهد الأمامي النموذجي 3.3 فولت، وزاوية الرؤية الواسعة، وهيكل التصنيف المحدد لاتساق السطوع واللون. توفر تقنية رقاقة InGaN انبعاثًا أزرقًا فعالاً.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات الفنية)

س: ما قيمة المقاوم التي يجب أن أستخدمها مع مصدر طاقة 5 فولت؟

ج: باستخدام قانون أوم (R = (Vsupply - Vf) / If) والقيم النموذجية: R = (5V - 3.3V) / 0.020A = 85 أوم. استخدم القيمة القياسية الأقرب (مثل 82 أو 91 أوم) وخذ في الاعتبار الحد الأدنى/الأقصى لـ Vf لضمان بقاء التيار ضمن الحدود.

س: هل يمكنني تشغيل هذا LED عند 30 مللي أمبير للحصول على سطوع أكثر؟

ج: لا. الحد الأقصى المطلق للتيار الأمامي المستمر هو 20 مللي أمبير. تجاوز هذا التصنيف يضر بالموثوقية وقد يتسبب في فشل فوري أو مبكر. استخدم منحنى التخفيض إذا كنت تعمل في درجة حرارة عالية.

س: LED خافت جدًا. ما الذي قد يكون خطأ؟

ج: أولاً، تحقق من القطبية. ثانيًا، تحقق من التيار الأمامي باستخدام انخفاض الجهد عبر المقاوم المحدد للتيار. ثالثًا، تأكد من أن درجة الحرارة المحيطة ليست مرتفعة بشكل مفرط، حيث يقل خرج الضوء مع ارتفاع درجة الحرارة.

س: هل أحتاج إلى خبز مصابيح LED قبل اللحام؟

ج: فقط إذا تم فتح الكيس المقاوم للرطوبة لأكثر من 168 ساعة (7 أيام) أو إذا أظهر مؤشر المجفف تعرضًا للرطوبة. اتبع إجراء الخبز المحدد (60°C لمدة 24 ساعة).

11. دراسة حالة التصميم والاستخدام

السيناريو: تصميم لوحة مؤشرات حالة تحتوي على عدة مصابيح LED زرقاء.

يحتاج المصمم إلى 10 مؤشرات زرقاء موحدة على لوحة تحكم. سيقوم بما يلي:

1. اختيار مصابيح LED من نفس مجموعة تصنيف شدة الإضاءة (مثل Q1) ومجموعة تصنيف الطول الموجي المهيمن (مثل A10) لضمان الاتساق البصري.

2. تصميم PCB بمقاوم محدد للتيار لكل LED (محسوب لـ Vf نموذجي 3.3 فولت) لمنع احتكار التيار.

3. تخطيط اللوحة لتوفير بعض المساحة النحاسية حول وسادات LED لتبديد الحرارة البسيط.

4. تحديد ورشة التجميع لاستخدام ملف تعريف إعادة التدفق الخالي من الرصاص المقدم والتعامل مع الأجهزة الحساسة للرطوبة وفقًا للإرشادات (التخزين في أكياس محكمة الغلق، الاستخدام خلال عمر الأرضية).

يضمن هذا النهج تشغيلاً موثوقًا، ومظهرًا متناسقًا، وأداءً طويل الأمد.

12. مبدأ التشغيل

يعمل هذا LED على مبدأ الإضاءة الكهربائية في وصلة p-n شبه موصلة. المنطقة النشطة مصنوعة من InGaN. عند تطبيق جهد أمامي يتجاوز الجهد المدمج في الوصلة، يتم حقق الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة حيث تتحد. تُطلق عملية إعادة التركيب هذه الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). تحدد طاقة فجوة النطاق المحددة لمادة InGaN الطول الموجي للفوتونات المنبعثة، والذي يكون في هذه الحالة في المنطقة الزرقاء من الطيف المرئي (~468 نانومتر). يحمي مغلف راتنج الإيبوكسي الشفاف الرقاقة ويساعد في تشكيل حزمة خرج الضوء.

13. اتجاهات التكنولوجيا

تمثل مصابيح LED الزرقاء القائمة على تقنية InGaN تقنية ناضجة وأساسية في الإضاءة ذات الحالة الصلبة. إنها مكونات حاسمة ليس فقط للمؤشرات الزرقاء ولكن أيضًا كمصدر ضخ لتوليد الضوء الأبيض في مصابيح LED البيضاء المحولة بالفوسفور، التي تهيمن على سوق الإضاءة العامة. يركز التطوير المستمر في هذا المجال على زيادة الفعالية الضوئية (مزيد من خرج الضوء لكل واط كهربائي)، وتحسين اتساق اللون واستقراره على مدى العمر الافتراضي، وتعزيز الموثوقية تحت التشغيل بدرجات حرارة عالية وتيار عالٍ، وتمكين أحجام عبوات أصغر للتطبيقات فائقة الصغر. يظل السعي لتحقيق كفاءة أعلى وتكلفة أقل لكل لومن اتجاهًا رئيسيًا في الصناعة.