ورقة بيانات LED SMD طراز LTSA-G6SPVAKTU - لون كهرماني من مادة AlInGaP - 140mA - 2.65V - 530mW - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

توفر هذه الوثيقة المواصفات التقنية الكاملة لمصباح LED من نوع جهاز التركيب السطحي (SMD) مصمم للتطبيقات عالية الموثوقية. يستخدم المكون مادة شبه موصلة من فوسفيد الألومنيوم إنديوم جاليوم (AlInGaP) لإنتاج انبعاث ضوئي كهرماني، مُغلف داخل عبوة عدسة شفافة تمامًا. تم تصميمه لتلبية المتطلبات الصارمة لعمليات التجميع الإلكتروني الحديثة والبيئات التشغيلية المتطلبة.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

تشمل مزايا التصميم الأساسية لهذا المصباح توافقه مع معدات التركيب الآلي (pick-and-place) وعمليات اللحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR) القياسية، وهي أمور حاسمة للتصنيع بكميات كبيرة. تتوافق العبوة مع الأبعاد القياسية لـ EIA، مما يضمن قابلية التبادل وسهولة التكامل في تخطيطات لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) الحالية. إن تأهيله الرئيسي وفقًا للمعيار AEC-Q101، الإصدار D، يبرز ملاءمته للإلكترونيات السيارات، مستهدفًا على وجه التحديد تطبيقات الإكسسوارات غير الحرجة داخل المركبات. كما أن المكون متوافق مع توجيهية تقييد المواد الخطرة (RoHS).

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

يتم تعريف أداء المصباح تحت ظروف كهربائية وبصرية وحرارية محددة، تُقاس عادةً عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية.

2.1 القيم القصوى المطلقة

تحدد هذه القيم الحدود التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل تحت هذه الظروف. تشمل الحدود الرئيسية أقصى تبديد للطاقة يبلغ 530 مللي واط، وذروة تيار أمامي تبلغ 400 مللي أمبير (تحت ظروف النبض بدورة عمل 1/10 وعرض نبضة 0.1 مللي ثانية)، ونطاق تيار أمامي مستمر DC من 5 مللي أمبير إلى 200 مللي أمبير. تم تصنيف الجهاز لنطاق درجة حرارة تشغيل وتخزين من -40 درجة مئوية إلى +110 درجة مئوية. يمكنه تحمل التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) حتى 2 كيلو فولت وفقًا لنموذج جسم الإنسان (HBM، الفئة 2 حسب ANSI/ESDA/JEDEC JS-001). يمكن للعبوة تحمل لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء عند درجة حرارة ذروية تبلغ 260 درجة مئوية لمدة تصل إلى 10 ثوانٍ، وهو المعيار لعمليات التجميع الخالية من الرصاص.

2.2 الخصائص الحرارية

إدارة الحرارة أمر بالغ الأهمية لأداء المصباح وعمره الافتراضي. تبلغ المقاومة الحرارية من التقاطع شبه الموصل إلى الهواء المحيط (RθJA) عادةً 50 درجة مئوية/واط عند تركيبه على لوحة دوائر مطبوعة (PCB) قياسية من نوع FR4 بسمك 1.6 مم ووسادة نحاسية مساحتها 16 مم². تبلغ المقاومة الحرارية من التقاطع إلى نقطة اللحام (RθJS) عادةً 30 درجة مئوية/واط، مما يوفر مسارًا أكثر مباشرة لتبديد الحرارة إلى لوحة الدوائر. أقصى درجة حرارة تقاطع مسموح بها (Tj) هي 125 درجة مئوية. تجاوز هذه الحرارة سيسرع من تدهور خرج الضوء ويمكن أن يؤدي إلى فشل كارثي.

2.3 الخصائص الكهربائية والبصرية

هذه هي معايير الأداء النموذجية المقاسة تحت ظروف الاختبار القياسية (IF = 140mA، Ta=25°C). تتراوح شدة الإضاءة (Iv) من حد أدنى 7.1 شمعة (cd) إلى حد أقصى 11.2 شمعة. يتميز التوزيع المكاني للضوء بزاوية رؤية واسعة (2θ½) تبلغ 120 درجة، مما يعني أن شدة الإضاءة تبلغ نصف قيمتها القصوى عند ±60 درجة من المحور المركزي. يبلغ ذروة انبعاث الضوء عند طول موجي (λP) يقارب 625 نانومتر (nm). الطول الموجي السائد (λd)، الذي يحدد اللون المُدرك، محدد بين 612 نانومتر و 624 نانومتر. عرض النطاق الطيفي (Δλ)، الذي يشير إلى نقاء اللون، يبلغ عادةً 18 نانومتر. يتراوح الجهد الأمامي (VF) المطلوب لتشغيل المصباح عند 140 مللي أمبير من 1.90 فولت إلى 2.65 فولت. يبلغ تيار التسرب العكسي (IR) عادةً 10 ميكرو أمبير عند تطبيق انحياز عكسي بقيمة 12 فولت، على الرغم من أن الجهاز غير مصمم للعمل تحت انحياز عكسي.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

لضمان الاتساق في التطبيق، يتم فرز مصابيح LED إلى مجموعات أداء (Bins) بناءً على معايير رئيسية بعد التصنيع. يتبع رمز المجموعة، المطبوع على ملصق المنتج، التنسيق: رتبة Vf / رتبة Iv / رتبة Wd (مثال: F/EA/3).

3.1 تصنيف الجهد الأمامي (Vf)

يتم تصنيف مصابيح LED إلى خمس مجموعات جهد (من C إلى G) بناءً على انخفاض الجهد الأمامي عند 140 مللي أمبير. المجموعة C تغطي 1.90V إلى 2.05V، المجموعة D: 2.05V إلى 2.20V، المجموعة E: 2.20V إلى 2.35V، المجموعة F: 2.35V إلى 2.50V، والمجموعة G: 2.50V إلى 2.65V. لكل مجموعة تسامح ±0.1V. هذا يسمح للمصممين باختيار مصابيح LED ذات متطلبات جهد متسقة لدوائر تنظيم التيار.

3.2 تصنيف شدة الإضاءة (Iv)

يتم فرز خرج الضوء إلى مجموعتين للشدة. المجموعة EA لها نطاق شدة من 7.1 شمعة إلى 9.0 شمعة (ما يعادل 20.0 إلى 25.2 لومن)، بينما تتراوح المجموعة EB من 9.0 شمعة إلى 11.2 شمعة (25.2 إلى 31.3 لومن). التسامح لكل مجموعة شدة هو ±11%. يضمن هذا التصنيف سطوعًا موحدًا في التطبيقات التي تتطلب مصابيح LED متعددة.

3.3 تصنيف الطول الموجي السائد (Wd)

يتم فرز اللون (الطول الموجي السائد) إلى ثلاث مجموعات للحفاظ على اتساق اللون. المجموعة 2: 612 نانومتر إلى 616 نانومتر، المجموعة 3: 616 نانومتر إلى 620 نانومتر، والمجموعة 4: 620 نانومتر إلى 624 نانومتر. التسامح لكل مجموعة طول موجي هو ±1 نانومتر. هذا أمر بالغ الأهمية للتطبيقات التي تتطلب مطابقة ألوان دقيقة، مثل في مجموعات المؤشرات أو الإضاءة الخلفية.

4. تحليل منحنيات الأداء

توفر البيانات الرسومية نظرة أعمق على سلوك الجهاز تحت ظروف متغيرة.

4.1 شدة الإضاءة النسبية مقابل التيار الأمامي

يظهر منحنى خاص العلاقة بين التيار الأمامي (IF) وشدة الإضاءة النسبية. يزداد خرج الضوء مع التيار ولكن بطريقة غير خطية. قد يؤدي التشغيل بشكل كبير فوق التيار الموصى به (مثل 200 مللي أمبير) إلى عوائد متناقصة في خرج الضوء مع زيادة توليد الحرارة بشكل كبير وتسريع التدهور. يؤكد المنحنى على أهمية القيادة الصحيحة للتيار، عادةً عبر مصدر تيار ثابت أو مقاومة محددة للتيار.

4.2 الجهد الأمامي مقابل التيار الأمامي

يوضح منحنى IV هذه العلاقة الأسية بين الجهد والتيار للدايود. جهد "الركبة"، حيث يبدأ التيار في الزيادة بسرعة، هو سمة لنظام مادة AlInGaP. المنحنى ضروري لتصميم دائرة القيادة، مما يضمن هامش جهد كافٍ من مصدر الطاقة لتحقيق تيار التشغيل المطلوب عبر نطاق VF المحدد وعبر اختلافات درجات الحرارة.

4.3 التوزيع المكاني (نمط الإشعاع)

يصور مخطط قطبي نمط الإشعاع المكاني، مؤكدًا زاوية الرؤية البالغة 120 درجة. النمط عادةً ما يكون لامبرتي أو شبه لامبرتي، مما يعني أن الشدة تتناسب مع جيب تمام زاوية الرؤية. هذا التوزيع الواسع والمتساوي مثالي للتطبيقات التي تتطلب إضاءة لمنطقة واسعة أو وضوح رؤية بزاوية واسعة، مثل مؤشرات الحالة.

5. معلومات الميكانيكا والتغليف

5.1 أبعاد العبوة وقطبية الأقطاب

يتوافق المصباح مع بصمة SMD قياسية. تحدد الرسومات الميكانيكية التفصيلية الطول والعرض والارتفاع والتباعد بين الأطراف والتسامحات العامة (عادةً ±0.2 مم). من المهم ملاحظة أن إطار القطب الموجب (الأنود) يعمل أيضًا كمشتت حراري رئيسي للجهاز. يجب أن يصل تصميم وسادة PCB المناسبة بهذه الوسادة الموجبة لتسهيل تبديد الحرارة الفعال. عادةً ما يتم تحديد القطب السالب (الكاثود) بواسطة علامة مرئية، مثل شق أو علامة خضراء على العبوة.

5.2 تخطيط وسادة التثبيت الموصى بها على PCB

يظهر الرسم التخطيطي تصميم الوسادة النحاسية الأمثل على لوحة الدوائر المطبوعة للحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء. يضمن هذا التخطيط تكوين وصلة لحام موثوقة، ونقل حراري سليم من مشتت الحرارة الخاص بالمصباح (الأنود) إلى PCB، وتقليل خطر ظاهرة "الشمعدان" (رفع أحد الأطراف أثناء إعادة التدفق). تم تصميم حجم وشكل الوسادة لمطابقة أطراف التوصيل لتحقيق أقصى قدر من قابلية اللحام والقوة الميكانيكية.

6. دليل اللحام والتجميع والتعامل

6.1 ملف تعريف لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء

يحدد رسم بياني مفصل لدرجة الحرارة مقابل الوقت ملف تعريف إعادة التدفق الموصى به لمعاجين اللحام الخالية من الرصاص، وفقًا لـ J-STD-020. تشمل المعايير الرئيسية معدل ارتفاع درجة حرارة التسخين المسبق، ووقت ونسبة درجة حرارة النقع، والوقت فوق درجة السيولة (TAL)، ودرجة الحرارة القصوى (لا تتجاوز 260 درجة مئوية)، ومعدل التبريد. الالتزام بهذا الملف الشخصي ضروري لمنع الصدمة الحرارية، أو التقشير، أو عيوب وصلة اللحام مع ضمان معالجة الجهاز الحساس للرطوبة (مستوى حساسية الرطوبة MSL 2) بشكل صحيح.

6.2 التخزين وحساسية الرطوبة

يتم تصنيف المصباح على أنه مستوى حساسية الرطوبة (MSL) 2 وفقًا لـ JEDEC J-STD-020. في كيس الحاجز للرطوبة المغلق مع مجفف، تبلغ مدة صلاحيته سنة واحدة عند تخزينه عند ≤30 درجة مئوية و ≤70% رطوبة نسبية. بمجرد فتح الكيس، يجب استخدام المكونات خلال مدة صلاحية أرضية محددة (عادةً 168 ساعة لـ MSL2 عند ≤30°C/60% رطوبة نسبية) أو إعادة تجفيفها (مثل 60 درجة مئوية لمدة 48 ساعة) قبل إعادة التدفق لمنع تلف "الفرقعة" الناتج عن تبخر الرطوبة الممتصة أثناء اللحام.

6.3 التنظيف

إذا كان التنظيف بعد اللحام ضروريًا، فيجب استخدام المذيبات المحددة فقط. يُسمح بغمر المصباح في كحول الإيثيل أو كحول الأيزوبروبيل في درجة حرارة الغرفة لأقل من دقيقة واحدة. يمكن للمواد الكيميائية القاسية أو غير المحددة أن تتلف عدسة الإيبوكسي أو علامات العبوة.

7. مواصفات التغليف والطلب

7.1 تغليف الشريط والبكرة

للتجميع الآلي، يتم توريد مصابيح LED في شريط حامل بارز، مغلق بشريط غطاء. يتم تحديد أبعاد الشريط، وحجم الجيب، واتجاه التغذية وفقًا لمعايير EIA-481. يتم لف المكونات على بكرات قياسية بقطر 7 بوصات (178 مم). تحتوي البكرة الكاملة على 1000 قطعة. الحد الأدنى لكمية الطلب للبكرات الجزئية (المتبقية) هو 500 قطعة. تحدد مواصفات التغليف أيضًا الحد الأقصى المسموح به لعدد الجيوب الفارغة المتتالية (اثنان).

7.2 أبعاد البكرة

توضح الرسومات الميكانيكية قطر محور البكرة، وقطر الحافة، والعرض الإجمالي، وخصائص المفتاح لضمان التوافق مع معدات مغذي SMT القياسية.

8. إرشادات التطبيق واعتبارات التصميم

8.1 سيناريوهات التطبيق المستهدفة

المجال الأساسي للتطبيق هو الإلكترونيات السيارات، وتحديدًا لوظائف الإكسسوارات. وهذا يشمل الإضاءة الداخلية، والإضاءة الخلفية للوحة القيادة للمؤشرات غير الحرجة، وإضاءة وحدة التحكم المركزية، وتطبيقات الإشارات الأخرى غير الحرجة من حيث السلامة داخل المركبة. يوفر تأهيله AEC-Q101 ضمانًا لدرجة الحرارة والرطوبة والإجهاد التشغيلي النموذجي في بيئات السيارات.

8.2 اعتبارات التصميم

• قيادة التيار:استخدم دائمًا مشغل تيار ثابت أو مقاومة محددة للتيار على التوالي. احسب قيمة المقاومة بناءً على جهد مصدر الطاقة (Vcc)، والجهد الأمامي الأقصى للمصباح (VF max من المجموعة)، وتيار التشغيل المطلوب (IF). استخدم الصيغة: R = (Vcc - VF) / IF. تأكد من أن تصنيف قدرة المقاومة كافٍ (P = (Vcc - VF) * IF).
• الإدارة الحرارية:القطب الموجب (الأنود) هو الوسادة الحرارية. صمم الـ PCB مع مساحة نحاسية كافية متصلة بهذه الوسادة لتعمل كمشتت حراري. للتشغيل بتيار عالٍ أو في درجة حرارة محيطة عالية، يمكن أن تحسن الفتحات الحرارية (thermal vias) إلى الطبقات الداخلية أو السفلية تبديد الحرارة بشكل كبير والحفاظ على درجة حرارة تقاطع أقل.
• حماية ESD:على الرغم من تصنيفه لـ 2 كيلو فولت HBM، يُوصى بتنفيذ ثنائيات حماية ESD على خطوط الإدخال الحساسة أو استخدام ممارسات التعامل الموصلة في منطقة التجميع لتعزيز الموثوقية.
• التصميم البصري:توفر زاوية الرؤية 120 درجة تغطية واسعة. للضوء المركز، قد تكون البصريات الثانوية الخارجية (العدسات) مطلوبة. العدسة الشفافة تمامًا مناسبة للتطبيقات التي يرغب فيها بلون الشريحة الكهرماني الحقيقي.

9. المقارنة التقنية والتمييز

مقارنة بمصابيح LED القياسية ذات الثقب المار (through-hole)، يقدم مكون SMD هذا مزايا كبيرة: بصمة أصغر بكثير، وارتفاع أقل للتصميمات النحيفة، وملاءمة فائقة للتجميع الآلي، وأداء حراري أفضل عبر الـ PCB. ضمن قطاع مصابيح LED SMD الكهرمانية، فإن عوامل التمييز الرئيسية هي تأهيله الصريح AEC-Q101 للاستخدام في السيارات، وزاوية الرؤية الواسعة 120 درجة، ونظام التصنيف التفصيلي لاتساق اللون والشدة. يوفر استخدام تقنية AlInGaP عادةً كفاءة أعلى واستقرارًا حراريًا أفضل مقارنة بالتقنيات الأقدم مثل GaAsP للألوان الكهرمانية.

10. الأسئلة الشائعة (FAQ)

10.1 ما الفرق بين الطول الموجي الذروي والطول الموجي السائد؟

الطول الموجي الذروي (λP) هو الطول الموجي الفردي الذي يكون عنده توزيع القدرة الطيفية في أقصى حد. يتم اشتقاق الطول الموجي السائد (λd) من مخطط لونية CIE ويمثل الطول الموجي الفردي للضوء أحادي اللون النقي الذي يطابق اللون المُدرك للمصباح. λd أكثر صلة بتحديد اللون في التطبيقات.

10.2 هل يمكنني تشغيل هذا المصباح بمصدر طاقة 3.3 فولت بدون مقاومة؟

لا. يتراوح الجهد الأمامي حتى 2.65 فولت. سيجبر توصيله مباشرة بمصدر 3.3 فولت تيارًا محدودًا فقط بمقاومة الدايود الديناميكية والمقاومة الداخلية للمصدر، مما قد يتجاوز الحد الأقصى المطلق لتصنيف التيار ويدمر المصباح على الفور. مطلوب دائمًا مقاومة محددة للتيار أو منظم.

10.3 هل هذا المصباح مناسب للتطبيقات الحرجة من حيث السلامة مثل أضواء الفرامل أو إشارات الانعطاف؟

تنص ورقة البيانات صراحةً على أنه مخصص "لتطبيقات الإكسسوارات" وتنصح باستشارة الشركة المصنعة للتطبيقات التي قد يعرض الفشل فيها السلامة للخطر. للوظائف الحرجة من حيث السلامة مثل الإشارات الخارجية، يجب اختيار مكونات ذات تأهيل أكثر صرامة (مثل AEC-Q102 لمصابيح LED المنفصلة) ودرجات موثوقية مختلفة محتملة.

10.4 كيف أفسر رمز المجموعة F/EA/3 على الملصق؟

يشير هذا إلى مجموعة فرعية محددة للأداء: F = الجهد الأمامي بين 2.35V و 2.50V. EA = شدة الإضاءة بين 7.1 شمعة و 9.0 شمعة. 3 = الطول الموجي السائد بين 616 نانومتر و 620 نانومتر. هذا يسمح بمطابقة دقيقة لمصابيح LED ضمن دفعة إنتاج واحدة أو مشروع.

11. مثال عملي للتصميم والاستخدام

السيناريو:تصميم مؤشر حالة لمقبض تحكم نظام الترفيه في السيارة. يجب أن يكون المؤشر مرئيًا من زاوية واسعة، ويعمل من نظام 12 فولت للسيارة (منظم محليًا إلى 5 فولت)، ويحافظ على لون وسطوع ثابتين.

التنفيذ:

1. الاختيار:اختر مصباح LED من المجموعة F/EB/3 لسطوع أعلى (EB) ولون كهرماني برتقالي ثابت (المجموعة 3). يتم ملاحظة مجموعة الجهد (F) لتصميم المشغل.
2. المخطط الكهربائي:استخدم خط طاقة 5 فولت. احسب المقاومة التسلسلية: R = (5V - 2.5V_max) / 0.14A ≈ 17.9Ω. اختر مقاومة قياسية 18 أوم بتصنيف قدرة لا يقل عن (5V-2.5V)*0.14A = 0.35W؛ يُوصى بمقاومة 0.5W.
3. تخطيط PCB:صمم البصمة وفقًا لتخطيط الوسادة الموصى به. قم بتوصيل وسادة الأنود بمساحة نحاسية كبيرة على الطبقة العلوية، مع توصيلها بعدة فتحات حرارية (thermal vias) إلى مستوى أرضي داخلي لتبديد الحرارة. ضع المقاومة المحددة للتيار بالقرب من المصباح.
4. التجميع:اتبع ملف تعريف إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء المحدد. تأكد من استخدام البكرة خلال مدة صلاحيتها الأرضية بعد فتح كيس حاجز الرطوبة.
5. النتيجة:مؤشر كهرماني موثوق، ساطع باستمرار، بزاوية رؤية واسعة، مناسب لبيئة مقصورة السيارة.

12. مقدمة عن مبدأ التكنولوجيا

يعتمد هذا المصباح على مادة شبه موصلة من فوسفيد الألومنيوم إنديوم جاليوم (AlInGaP) تنمو على ركيزة. عند تطبيق جهد أمامي، يتم حقن الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة حيث تتحد، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات. تحدد النسبة المحددة للألومنيوم والإنديوم والجاليوم في الشبكة البلورية طاقة فجوة النطاق، والتي تتوافق مباشرة مع الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث - في هذه الحالة، كهرماني (~615 نانومتر). يحمي التغليف بالإيبوكسي الشفاف تمامًا الشريحة شبه الموصلة، ويعمل كعدسة لتشكيل خرج الضوء، وقد يحتوي على فوسفور أو أصباغ (على الرغم من أنه لمصباح LED كهرماني نقي من AlInGaP، فهو عادةً شفاف). توفر أطراف الأنود والكاثود الاتصال الكهربائي والتثبيت الميكانيكي، مع تصميم إطار الأنود لتوصيل الحرارة بكفاءة بعيدًا عن التقاطع النشط.

13. اتجاهات الصناعة والتطور

الاتجاه العام في مصابيح LED SMD للتطبيقات السيارات والصناعية هو نحو كفاءة أعلى (المزيد من اللومن لكل واط)، وزيادة كثافة الطاقة، وتحسين الموثوقية تحت ظروف درجة الحرارة والرطوبة الأقسى، وتعزيز اتساق اللون من خلال تصنيف أكثر ضيقًا. هناك أيضًا اتجاه نحو التصغير مع الحفاظ على الأداء الحراري أو تحسينه. يستمر اعتماد المواد والتقنيات المتقدمة في التغليف، مثل تصميمات flip-chip والركائز السيراميكية، في دفع هذه الحدود. علاوة على ذلك، فإن التكامل مع المشغلات ودوائر التحكم في وحدات "LED الذكية" هو اتجاه ناشئ لأنظمة الإضاءة المعقدة. يمثل المكون الموصوف هنا حلاً ناضجًا وموثوقًا ضمن النظام البيئي الأوسع للإلكترونيات الضوئية ذات التركيب السطحي، متوازنًا بين الأداء والتكلفة والقابلية للتصنيع لتطبيقاته المستهدفة.