ورقة بيانات LED سلسلة 2820-C03501H-AM - الأبعاد 2.8x2.0 مم - الجهد 3.25 فولت - الطاقة 1.14 واط - اللون الأبيض - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

سلسلة 2820-C03501H-AM هي صمام ثنائي باعث للضوء (LED) عالي السطوع، من نوع التركيب السطحي (SMD)، مصمم بشكل أساسي لتطبيقات إضاءة السيارات المتطلبة. تم بناؤه في غلاف مضغوط مقاس 2820 (بمساحة قاعدة 2.8 مم × 2.0 مم) ويبعث ضوءًا أبيض بارد. إحدى الميزات الرئيسية لهذه السلسلة هي امتثالها لمعيار AEC-Q102 الإصدار A، وهو مؤهل اختبار الإجهاد لأشباه الموصلات البصرية المنفصلة في تطبيقات السيارات. وهذا يضمن الموثوقية في ظل ظروف بيئة السيارة القاسية. تشمل المؤهلات الإضافية مقاومة الكبريت (الفئة A1)، والامتثال لمتطلبات RoHS وREACH وخالية من الهالوجين، مما يجعلها مناسبة للتصاميم الحديثة الواعية بيئيًا.

1.1 المزايا الأساسية

• موثوقية من درجة السيارات:مؤهل AEC-Q102 يضمن الأداء في ظل درجات الحرارة القصوى والرطوبة والإجهاد الميكانيكي.
• خرج ضوئي عالي:يوفر تدفقًا ضوئيًا نموذجيًا يبلغ 110 لومن عند تيار تشغيل 350 مللي أمبير، مما يوفر سطوعًا ممتازًا بالنسبة لحجمه.
• زاوية رؤية واسعة:توفر زاوية رؤية 120 درجة إضاءة واسعة وموحدة.
• بناء قوي:يتميز بحماية من الكهرباء الساكنة (ESD) تبلغ 8 كيلو فولت (HBM) ومستوى حساسية الرطوبة (MSL) 2، مما يعزز متانة التعامل والتجميع.
• الامتثال البيئي:يلبي توجيهات RoHS وREACH وخالية من الهالوجين، مما يدعم مبادرات التصنيع الأخضر.

1.2 السوق المستهدف

التطبيق الأساسي لهذه السلسلة من LED هوإضاءة السيارات. وهذا يشمل الإضاءة الداخلية (أضواء السقف، أضواء القراءة، الإضاءة المحيطة)، والإضاءة الخارجية للإشارات (أضواء العلامات الجانبية، مصابيح الخلف المركبة حيث يتطلب الأمر سطوعًا عاليًا في غلاف صغير)، وربما وظائف إضاءة أخرى داخل السيارة تتطلب مصدر ضوء أبيض ساطع وموثوق.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

2.1 الخصائص الضوئية والكهربائية

يتم تعريف معلمات التشغيل الرئيسية عند تيار أمامي نموذجي (I_F) بقيمة 350 مللي أمبير ودرجة حرارة وسادة التبريد 25°م.

• التدفق الضوئي (I_V):100 لومن (الحد الأدنى)، 110 لومن (النموذجي)، 130 لومن (الحد الأقصى). تسامح القياس هو ±8%.
• الجهد الأمامي (V_F):3.00 فولت (الحد الأدنى)، 3.25 فولت (النموذجي)، 3.75 فولت (الحد الأقصى) عند 350 مللي أمبير. تسامح القياس هو ±0.05 فولت.
• زاوية الرؤية (φ):120 درجة (نموذجية).
• إحداثيات اللونية (CIE):x = 0.3227 (نموذجي)، y = 0.3351 (نموذجي). التسامح لكل من x و y هو ±0.005، مما يضعها في منطقة اللون الأبيض البارد.
• التيار الأمامي (I_F):نطاق التشغيل من 50 مللي أمبير إلى 500 مللي أمبير.

2.2 الخصائص الحرارية

الإدارة الحرارية الفعالة أمر بالغ الأهمية لأداء LED وعمره الافتراضي.

• المقاومة الحرارية (R_{th JS}):يتم تقديم قيمتين: مقاومة حرارية حقيقية (من الوصلة إلى نقطة اللحام) تبلغ 20 كلفن/واط (نموذجي) إلى 22 كلفن/واط (الحد الأقصى)، ومقاومة حرارية كهربائية تبلغ 16 كلفن/واط (الحد الأقصى). المقاومة الحرارية الحقيقية هي المعلمة الرئيسية لحساب درجة حرارة الوصلة في التصميم الحراري.
• درجة حرارة الوصلة (T_J):الحد الأقصى المسموح به لدرجة حرارة الوصلة هو 150°م.

3. التقييمات القصوى المطلقة

تحدد هذه التقييمات الحدود التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل في ظل هذه الظروف.

• تبديد الطاقة (P_d):1750 ملي واط
• التيار الأمامي (I_F):500 مللي أمبير (مستمر)، 1000 مللي أمبير (اندفاعي، t<=10 ميكروثانية، دورة عمل 0.5%)
• الجهد العكسي (V_R):غير مصمم للتشغيل العكسي.
• درجة حرارة التشغيل والتخزين:-40°م إلى +125°م
• حساسية الكهرباء الساكنة (HBM):8 كيلو فولت
• درجة حرارة لحام إعادة التدفق:ذروة 260°م لمدة 30 ثانية كحد أقصى.

4. شرح نظام التصنيف

يتم فرز مصابيح LED إلى مجموعات بناءً على معايير الأداء الرئيسية لضمان الاتساق في الإنتاج الضخم.

4.1 مجموعات التدفق الضوئي

يتم تعريف المجموعات بقيم التدفق الضوئي الدنيا والقصوى في حالة الاختبار (I_F=350mA، وسادة حرارية 25°م).

• J1:100 لومن إلى 110 لومن
• J2:110 لومن إلى 120 لومن
• J3:120 لومن إلى 130 لومن

4.2 مجموعات الجهد الأمامي

يتم تعريف المجموعات بنطاق الجهد الأمامي عند تيار الاختبار.

• 3032:3.00 فولت إلى 3.25 فولت
• 3235:3.25 فولت إلى 3.50 فولت
• 3537:3.50 فولت إلى 3.75 فولت

4.3 مجموعات اللون (اللونية)

توفر ورقة البيانات مخططًا لونيًا مفصلاً مع مجموعات محددة للون الأبيض البارد (مثل 56M، 58M، 61M، 63M). كل مجموعة هي منطقة رباعية على مخطط اللونية CIE 1931، محددة بأربع مجموعات من إحداثيات (x, y). وهذا يسمح باختيار مصابيح LED ذات اتساق لوني شديد الدقة، وهو أمر بالغ الأهمية لإضاءة السيارات حيث غالبًا ما يكون مطابقة الألوان عبر عدة مصابيح LED مطلوبة.

5. تحليل منحنيات الأداء

توفر الرسوم البيانية رؤى أساسية حول سلوك LED في ظل ظروف تشغيل مختلفة.

5.1 التوزيع الطيفي

يظهر الرسم البياني للتوزيع الطيفي النسبي ذروة في منطقة الطول الموجي الأزرق (حوالي 450-460 نانومتر) مع انبعاث أصفر واسع النطاق محول بالفوسفور، مما يؤدي إلى ضوء أبيض بارد. غياب الناتج الكبير في مناطق الأحمر العميق أو الأشعة تحت الحمراء هو أمر نموذجي لمصابيح LED البيضاء المحولة بالفوسفور.

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

يظهر هذا الرسم البياني العلاقة الأسية النموذجية للصمام الثنائي. عند 350 مللي أمبير، يتم تجميع الجهد الأمامي حول القيمة النموذجية 3.25 فولت. يستخدم المصممون هذا المنحنى لتصميم السائق وحسابات تبديد الطاقة.

5.3 التدفق الضوئي النسبي مقابل التيار الأمامي

يزداد الناتج الضوئي بشكل شبه خطي مع التيار. بينما يؤدي التشغيل بتيارات أعلى إلى إنتاج المزيد من الضوء، فإنه يولد أيضًا المزيد من الحرارة، مما يمكن أن يقلل الكفاءة وعمر التشغيل. يساعد الرسم البياني في اختيار نقطة تشغيل مثلى.

5.4 الاعتماد على درجة الحرارة

• التدفق الضوئي النسبي مقابل درجة حرارة الوصلة:مع زيادة درجة حرارة الوصلة (T_J)، ينخفض الناتج الضوئي. يقوم هذا الرسم البياني بتحديد مقدار الانخفاض، وهو أمر بالغ الأهمية للتصميم الحراري للحفاظ على سطوع ثابت.
• الجهد الأمامي النسبي مقابل درجة حرارة الوصلة:يحتوي الجهد الأمامي على معامل درجة حرارة سالب، حيث ينخفض مع ارتفاع درجة الحرارة. يمكن استخدام هذا للرصد غير المباشر لدرجة الحرارة في بعض التطبيقات.
• انزياح اللونية مقابل درجة حرارة الوصلة والتيار:تظهر هذه الرسوم البيانية كيف يتحول النقطة البيضاء (إحداثيات CIE x, y) مع تغيرات تيار القيادة ودرجة حرارة الوصلة. الانزياحات صغيرة نسبيًا ولكن يجب أخذها في الاعتبار في التطبيقات الحساسة للألوان.

5.5 منحنى تخفيض التيار الأمامي

هذا رسم بياني بالغ الأهمية للتشغيل الموثوق. يظهر الحد الأقصى المسموح به للتيار الأمامي المستمر كدالة لدرجة حرارة وسادة اللحام (T_S). مع زيادة T_S، يجب تقليل الحد الأقصى المسموح به للتيار لمنع درجة حرارة الوصلة من تجاوز 150°م. على سبيل المثال، عند الحد الأقصى لتشغيل T_S البالغ 125°م، الحد الأقصى للتيار المستمر هو 500 مللي أمبير.

5.6 قدرة التعامل مع النبض المسموح بها

يحدد هذا الرسم البياني قدرة التيار الاندفاعي للتشغيل النبضي. يظهر تيار النبضة القصوى المسموح به (I_F) كدالة لعرض النبضة (t_p) لدورات عمل مختلفة (D). يسمح باستخدام تيارات أعلى من الحد الأقصى للتيار المستمر البالغ 500 مللي أمبير لفترات قصيرة، وهو مفيد لتطبيقات مثل أضواء الوميض أو الوامضة.

6. المعلومات الميكانيكية والتعبئة

6.1 الأبعاد الميكانيكية

تتضمن ورقة البيانات رسمًا تفصيليًا للأبعاد لغلاف SMD مقاس 2820. تشمل الأبعاد الرئيسية حجم الجسم 2.8 مم (الطول) × 2.0 مم (العرض). يحدد الرسم موقع علامة الكاثود، وهندسة العدسة، ومواقع الوسادات. جميع الأبعاد بالمليمترات مع تسامح قياسي ±0.1 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك.

6.2 تخطيط وسادة اللحام الموصى به

يوفر رسم منفصل البصمة الموصى بها لتصميم لوحة الدوائر المطبوعة (PCB). وهذا يشمل حجم وتباعد الوسادات الكهربائية والوسادة الحرارية المركزية. الالتزام بهذا التخطيط أمر ضروري للحام السليم، والأداء الحراري، والاستقرار الميكانيكي. الوسادة الحرارية بالغة الأهمية لتبديد الحرارة من وصلة LED إلى لوحة الدوائر المطبوعة.

7. إرشادات اللحام والتجميع

7.1 ملف تعريف لحام إعادة التدفق

تم تصنيف LED لتحمل ذروة درجة حرارة قصوى لإعادة التدفق تبلغ 260°م لمدة 30 ثانية. يجب اتباع ملف تعريف إعادة تدفق نموذجي مع مراحل التسخين المسبق، والنقع، وإعادة التدفق، والتبريد، مع التأكد من عدم تجاوز درجة الحرارة الحد المحدد. مستوى حساسية الرطوبة (MSL) هو 2، مما يعني أنه يجب استخدام الجهاز في غضون عام واحد من كسر الختم المصنعي وقد يتطلب الخبز إذا تعرض للظروف المحيطة بعد عمره الافتراضي على الأرض.

7.2 احتياطات الاستخدام

• الحماية من الكهرباء الساكنة (ESD):على الرغم من تصنيفه لتحمل 8 كيلو فولت HBM، يجب مراعاة احتياطات ESD القياسية أثناء التعامل والتجميع.
• التنظيف:استخدم مواد تنظيف مناسبة لا تضر بعدسة LED أو مادة التغليف.
• الإجهاد الميكانيكي:تجنب تطبيق قوة مباشرة أو اهتزاز على عدسة LED.
• التحكم في التيار:قم دائمًا بتشغيل LED بمصدر تيار ثابت، وليس مصدر جهد ثابت، لضمان تشغيل مستقر ومنع الانحراف الحراري.

8. اقتراحات التطبيق واعتبارات التصميم

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

• الإضاءة الداخلية للسيارات:أضواء وحدة التحكم العلوية، أضواء قراءة الخريطة، إضاءة منطقة القدمين، وشرائط الإضاءة المحيطة.
• الإضاءة الخارجية للسيارات:أضواء التشغيل النهاري (DRLs)، أضواء العلامات الجانبية، أضواء الفرامل المركزية المرتفعة (CHMSL)، وأضواء لوحة الترخيص حيث يكون السطوع العالي في غلاف صغير مطلوبًا.

8.2 اعتبارات التصميم

• الإدارة الحرارية:هذا هو الجانب الأكثر أهمية. استخدم المقاومة الحرارية (R_{th JS}= 20 كلفن/واط) ومنحنى التخفيض لتصميم مسار حراري كافٍ. وهذا يتضمن استخدام لوحة دوائر مطبوعة (PCB) بمساحة نحاس كافية (يوصى بشدة باستخدام الفتحات الحرارية تحت الوسادة الحرارية)، وربما لوحة دوائر مطبوعة ذات قلب ألومنيوم (MCPCB) لتطبيقات الطاقة العالية أو درجة الحرارة المحيطة العالية.
• اختيار السائق:اختر سائق LED من درجة السيارات قادر على توفير تيار ثابت 350 مللي أمبير (أو تيار آخر مطلوب) من النظام الكهربائي للسيارة (عادة 12 فولت أو 24 فولت). يجب أن يتضمن السائق حماية ضد الجهد الزائد، والقطبية العكسية، والارتفاعات العابرة لتفريغ الحمل الشائعة في بيئات السيارات.
• التصميم البصري:زاوية الرؤية 120 درجة مناسبة للإضاءة المنتشرة. للحزم المركزة، ستكون هناك حاجة إلى بصريات ثانوية (عدسات أو عواكس). حجم المصدر الصغير لهذا LED مفيد للتحكم البصري.
• اتساق اللون:للتطبيقات التي تستخدم عدة مصابيح LED، حدد مجموعة الألوان المطلوبة (مثل 61M) لضمان لون أبيض موحد عبر التجميع.

9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

9.1 ما هو استهلاك الطاقة النموذجي؟

عند نقطة التشغيل النموذجية 350 مللي أمبير و 3.25 فولت، مدخلات الطاقة الكهربائية تقريبًا 1.14 واط (P = I_F* V_F= 0.35A * 3.25V).

9.2 كيف أحسب درجة حرارة الوصلة؟

يمكن تقدير درجة حرارة الوصلة (T_J) باستخدام الصيغة: T_J= T_S+ (P_d* R_{th JS})، حيث T_Sهي درجة حرارة وسادة اللحام المقاسة، P_dهو تبديد الطاقة (بالواط)، و R_{th JS}هي المقاومة الحرارية الحقيقية (20 كلفن/واط). للتشغيل الموثوق، يجب الحفاظ على T_Jأقل من 150°م، والأقل دائمًا أفضل لطول العمر.

9.3 هل يمكنني تشغيله مباشرة بمصدر 12 فولت؟

No.ربطه مباشرة بمصدر 12 فولت سيدمر LED على الفور بسبب التيار الزائد. سائق LED ثابت التيار أو دائرة تحديد التيار إلزامي.

9.4 ماذا يعني مؤهل AEC-Q102 لتصميمي؟

يعني أن مكون LED قد اجتاز مجموعة صارمة من اختبارات الإجهاد التي تحاكي ظروف بيئة السيارات (دورات حرارة ممتدة، رطوبة عالية مع انحياز، تخزين بدرجة حرارة عالية، إلخ). استخدام مكونات مؤهلة بـ AEC-Q102 يبسط عملية التأهيل على مستوى النظام ويزيد بشكل كبير من الثقة في الموثوقية طويلة المدى لوحدة الإضاءة.

10. دراسة حالة تصميم عملية

السيناريو:تصميم ضوء سقف داخلي لسيارة ركاب. المطلب هو إضاءة بيضاء ساطعة وموحدة.

خطوات التصميم:

1. اختيار LED:تم اختيار سلسلة 2820-C03501H-AM لسطوعها، ودرجة السيارات، وحجمها المضغوط.
2. الكمية والترتيب:بناءً على مستوى الضوء المطلوب (لومن)، احسب عدد مصابيح LED المطلوبة. على سبيل المثال، الحاجة إلى 500 لومن قد تتطلب 5 مصابيح LED من المجموعة J2 (110-120 لومن لكل منها). سيتم ترتيبها خطيًا أو في مجموعة على لوحة الدوائر المطبوعة.
3. التصميم الحراري:تم تصميم لوحة الدوائر المطبوعة بطبقة نحاس 2 أونصة. تم استخدام نمط وسادة حرارية مخصص يتطابق مع توصية ورقة البيانات، مع مجموعة من الفتحات الحرارية تربطها بمساحة نحاسية كبيرة في الطبقة السفلية لتعمل كمشتت للحرارة. يتم فحص منحنى التخفيض: إذا كانت درجة الحرارة المحيطة في المقصورة يمكن أن تصل إلى 85°م، فقد يتم تقدير درجة حرارة وسادة اللحام (T_S) عند 95°م. يظهر منحنى التخفيض أن التيار المسموح به لا يزال أعلى من 350 مللي أمبير، لذا فإن التصميم سليم من الناحية الحرارية.
4. التصميم الكهربائي:تم اختيار دائرة متكاملة (IC) لسائق LED من نوع buck مؤهل للسيارات لتحويل جهد بطارية السيارة 12 فولت إلى خرج تيار ثابت 350 مللي أمبير للسلسلة المتصلة على التوالي المكونة من 5 مصابيح LED. إجمالي الجهد الأمامي للسلسلة حوالي 16.25 فولت (5 * 3.25 فولت)، وهو ضمن نطاق تشغيل محول buck نموذجي من مدخل 12 فولت.
5. التصميم البصري:يتم وضع عدسة موزعة أو غطاء فوق مجموعة LED لدمج المصادر الفردية في ضوء منطقة موحد، مستفيدًا من زاوية الرؤية 120 درجة لكل LED.

11. مبدأ التشغيل

هذا LED هو صمام ثنائي باعث للضوء أبيض محول بالفوسفور. النواة هي شريحة أشباه موصلات، عادةً ما تكون مصنوعة من نيتريد الغاليوم الإنديوم (InGaN)، تبعث ضوءًا أزرقًا عند انحياز أمامي (يتدفق تيار كهربائي من خلالها). يتم امتصاص هذا الضوء الأزرق جزئيًا بواسطة طبقة من مادة الفوسفور (مثل الإيتريوم ألومنيوم غارنت المطعم بالسيريوم، YAG:Ce) المترسبة على أو حول الشريحة. يمتص الفوسفور بعض الفوتونات الزرقاء ويعيد إصدار الضوء عبر طيف واسع في المنطقة الصفراء. يدرك العين البشرية مزيج الضوء الأزرق المتبقي والضوء الأصفر المحول كضوء أبيض. يتم تحديد الظل الدقيق (أبيض بارد، كما في ورقة البيانات هذه، أو أبيض دافئ) من خلال تركيبة وسُمك طبقة الفوسفور.

12. اتجاهات التكنولوجيا

يتبع تطوير مصابيح LED لإضاءة السيارات عدة اتجاهات واضحة:

• زيادة الفعالية الضوئية (لومن/واط):التحسينات المستمرة في تصميم الشريحة، وكفاءة الفوسفور، وإدارة الحرارة للغلاف تؤدي إلى مزيد من الناتج الضوئي لكل واط من المدخلات الكهربائية، مما يقلل استهلاك الطاقة والحمل الحراري.
• كثافة طاقة أعلى والتقليص:تمثل منتجات مثل غلاف 2820 التي توفر أكثر من 100 لومن اتجاه حزم المزيد من الأداء في مساحات أصغر، مما يتيح تصاميم إضاءة أكثر أناقة وإحكاما.
• تعزيز الموثوقية والمتانة:أصبحت معايير مثل AEC-Q102 متطلبات أساسية. تركز التطورات الإضافية على تحسين المقاومة لمسببات الإجهاد الخاصة بالسيارات مثل الأجواء المحتوية على الكبريت (تمت معالجتها باختبار الكبريت الفئة A1 في ورقة البيانات هذه) والتآكل الجلفاني.
• الإضاءة الذكية والتكيفية:بينما هذا LED مكون أساسي، فإن الصناعة تتجه نحو وحدات متكاملة مع سائقات مدمجة، ووحدات تحكم، وواجهات اتصال (مثل LIN أو CAN) لأنظمة الإضاءة الأمامية التكيفية (AFS) والإضاءة الداخلية الديناميكية.
• ضبط اللون والجودة:هناك تركيز على تحقيق قيم أعلى لمؤشر تجسيد اللون (CRI) وتحكم أكثر دقة في نقطة اللون (مجموعات أضيق) لجودة جمالية وأمان أفضل في بيئات السيارات.