ورقة بيانات LED SMD 0201 أزرق - الأبعاد 0.6x0.3x0.25 مم - الجهد 2.8-3.8 فولت - الطاقة 80 ميغاواط - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

تحدد هذه الوثيقة مواصفات ثنائي باعث للضوء (LED) من نوع جهاز السطح المثبت (SMD) بحجم عبوة 0201. تم تصميم هذا المكون للتجميع الآلي للوحات الدوائر المطبوعة (PCB) وهو مثالي للتطبيقات ذات المساحة المحدودة. يصدر LED ضوءًا أزرقًا باستخدام مادة شبه موصلة من نيترايد الغاليوم الإنديوم (InGaN)، مع عدسة شفافة تمامًا للحصول على أفضل إخراج ضوئي.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

تشمل المزايا الأساسية لهذا LED بصمته المدمجة للغاية، وتوافقه مع معدات التثبيت الآلي ذات الحجم الكبير، وملاءمته لعمليات لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR) الخالية من الرصاص. تم تصميمه للامتثال لتوجيهات RoHS (تقييد المواد الخطرة). تشمل تطبيقاته المستهدفة مجموعة واسعة من الإلكترونيات الاستهلاكية والصناعية، بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر: مؤشرات الحالة، والإضاءة الخلفية للوحات الأمامية ولوحات المفاتيح، ومصابيح الإشارة في معدات الاتصالات، وأجهزة أتمتة المكاتب، والأجهزة المنزلية، ولافتات الديكور الداخلية. يجعل الحجم المصغر منه ذا قيمة خاصة في الأجهزة المحمولة مثل الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية وتقنية الأجهزة القابلة للارتداء.

2. المعلمات التقنية: تفسير موضوعي متعمق

يقدم هذا القسم تفصيلًا دقيقًا لحدود تشغيل LED وخصائص أدائه تحت ظروف الاختبار القياسية.

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد الحدود القصوى المطلقة حدود الإجهاد التي قد يتسبب تجاوزها في حدوث تلف دائم للجهاز. يتم تحديد هذه التقييمات عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية. الحد الأقصى للتيار المستمر الأمامي (IF) هو 20 مللي أمبير. يُسمح بتيار أمامي ذروة أعلى يصل إلى 100 مللي أمبير ولكن فقط تحت ظروف النبض بدورة عمل 1/10 وعرض نبضة 0.1 مللي ثانية. الحد الأقصى لتبديد الطاقة هو 80 ميغاواط. تم تصنيف الجهاز للتشغيل ضمن نطاق درجة حرارة من -40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية ويمكن تخزينه في بيئات تتراوح من -40 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

يتم قياس الخصائص الكهروضوئية عند Ta=25 درجة مئوية وبتيار أمامي (IF) قدره 20 مللي أمبير، ما لم يُذكر خلاف ذلك. يتراوح نطاق شدة الإضاءة (Iv) النموذجي من 90.0 مللي كانديلا إلى 224.0 مللي كانديلا، ويتم قياسه باستخدام مستشعر مُرشح لمطابقة منحنى استجابة العين الضوئي CIE. زاوية المشاهدة (2θ1/2)، المُعرَّفة على أنها الزاوية الكاملة التي تنخفض عندها الشدة إلى نصف قيمتها المحورية، تبلغ نموذجيًا 110 درجات، مما يشير إلى نمط مشاهدة واسع. يتركز طول موجة الانبعاث الذروة (λp) عند 468 نانومتر. يتراوح الطول الموجي السائد (λd)، الذي يحدد اللون المُدرك، من 465 نانومتر إلى 475 نانومتر. عرض النطاق الطيفي (Δλ) هو حوالي 25 نانومتر. يتراوح الجهد الأمامي (VF) المطلوب لدفع 20 مللي أمبير عبر LED نموذجيًا بين 2.8 فولت و 3.8 فولت. يتم تحديد التيار العكسي (IR) بحد أقصى 10 ميكرو أمبير عند جهد عكسي (VR) قدره 5 فولت؛ من المهم ملاحظة أن الجهاز غير مصمم للتشغيل تحت انحياز عكسي.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

لضمان الاتساق في الإنتاج، يتم فرز LEDs إلى مجموعات (Bins) بناءً على معلمات رئيسية. يسمح ذلك للمصممين باختيار مكونات تلبي متطلبات محددة للون والسطوع والسلوك الكهربائي.

3.1 تصنيف الجهد الأمامي (VF)

يتم تصنيف LEDs إلى خمس مجموعات للجهد (من D7 إلى D11). تمثل كل مجموعة نطاق جهد قدره 0.2 فولت، بدءًا من 2.8-3.0 فولت (D7) وحتى 3.6-3.8 فولت (D11). التسامح داخل كل مجموعة هو ±0.10 فولت. يساعد هذا التصنيف في تصميم دوائر قيادة تيار مستقرة، خاصة عند توصيل عدة LEDs على التوالي.

3.2 تصنيف شدة الإضاءة (IV)

يتم فرز الناتج الضوئي إلى أربع مجموعات للشدة: Q2 (90.0-112.0 مللي كانديلا)، R1 (112.0-140.0 مللي كانديلا)، R2 (140.0-180.0 مللي كانديلا)، و S1 (180.0-224.0 مللي كانديلا). التسامح لكل مجموعة شدة هو ±11%. يسمح ذلك بالاختيار بناءً على احتياجات سطوع التطبيق، مما يضمن الاتساق البصري في مصفوفات LEDs المتعددة.

3.3 تصنيف الطول الموجي السائد (WD)

يتم التحكم في اللون (الطول الموجي السائد) من خلال مجموعتين: AC (465.0-470.0 نانومتر) و AD (470.0-475.0 نانومتر). التسامح لكل مجموعة طول موجي هو ±1 نانومتر. هذا التحكم الدقيق ضروري للتطبيقات التي تتطلب نقاط لون محددة أو خلط ألوان.

4. تحليل منحنيات الأداء

بينما يتم الإشارة إلى منحنيات رسومية محددة في ورقة البيانات (مثل الشكل 1 للتوزيع الطيفي، الشكل 5 لزاوية المشاهدة)، يتم هنا تحليل مضامينها النموذجية. ستظهر خاصية التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (I-V) العلاقة الأسية النموذجية للثنائي. تكون شدة الإضاءة عمومًا متناسبة مع التيار الأمامي ضمن نطاق التشغيل المحدد. قد يُظهر طول موجة الانبعاث الذروة تحولًا سلبيًا طفيفًا مع زيادة درجة حرارة التقاطع، مما يعني أن الضوء الأزرق قد يصبح أقصر قليلاً في الطول الموجي مع ارتفاع حرارة الجهاز. يشير منحنى زاوية المشاهدة الواسع البالغ 110 درجات إلى نمط انبعاث شبه لامبرتي، مما يوفر رؤية جيدة خارج المحور.

5. المعلومات الميكانيكية والعبوة

5.1 أبعاد العبوة

يتوافق LED مع المخطط القياسي للعبوة 0201 وفقًا لمعيار EIA. تشمل الأبعاد الرئيسية طول جسم نموذجي يبلغ 0.6 مم، وعرض 0.3 مم، وارتفاع 0.25 مم. جميع التسامحات الأبعاد هي ±0.2 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. تتميز العبوة بقطبين أنود/كاثود للتثبيت السطحي.

5.2 وسادة التثبيت الموصى بها على PCB

يتم توفير تصميم نمط وسادة التثبيت (Land Pattern) للحصول على لحام موثوق. تم تحسين تخطيط الوسادة الموصى به لعمليات إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء أو الطور البخاري، مما يضمن تكوين حشوة لحام مناسبة واستقرار ميكانيكي. يعد الالتزام بهذا النمط أمرًا بالغ الأهمية لمنع ظاهرة "الشمعدان" (Tombstoning) (وقوف المكون على أحد طرفيه) أثناء إعادة التدفق، خاصة لمكون صغير الحجم كهذا.

5.3 تحديد القطبية

يجب مراعاة القطبية أثناء التجميع. يجب الرجوع إلى ورقة البيانات للعلامة المحددة أو الهيكل الداخلي للرقاقة التي تحدد الكاثود. سيؤدي الاتصال الخاطئ للقطبية إلى منع إضاءة LED، كما أن تطبيق جهد عكسي يتجاوز الحد الأقصى للتصنيف يمكن أن يتلف الجهاز.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 ملف تعريف لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء

يتم توفير ملف تعريف إعادة تدفق مقترح متوافق مع J-STD-020B للعمليات الخالية من الرصاص. تشمل المعلمات الرئيسية منطقة التسخين المسبق (عادة 150-200 درجة مئوية لمدة تصل إلى 120 ثانية)، ومنحدر تحكم إلى درجة حرارة ذروة لا تتجاوز 260 درجة مئوية، ووقت فوق السائل (TAL) مناسب لمعجون اللحام المستخدم. يجب أن يقتصر إجمالي الوقت عند درجة حرارة الذروة على 10 ثوانٍ كحد أقصى. يتم التأكيد على أن الملف الأمثل يعتمد على تصميم PCB المحدد ومعجون اللحام والفرن، لذلك يوصى بإجراء توصيف على مستوى اللوحة.

6.2 اللحام اليدوي

إذا كان اللحام اليدوي ضروريًا، فيجب توخي الحذر الشديد. يجب ألا تتجاوز درجة حرارة طرف مكواة اللحام 300 درجة مئوية، ويجب أن يقتصر وقت التلامس مع طرف LED على 3 ثوانٍ كحد أقصى لعملية لحام واحدة فقط. يمكن أن يؤدي الحرارة المفرطة إلى إتلاف الرقاقة شبه الموصلة أو العبوة البلاستيكية.

6.3 ظروف التخزين والتعامل

تعتبر LEDs حساسة للرطوبة. عند تخزينها في كيسها الأصلي المحكم المضاد للرطوبة مع مجفف، يجب الاحتفاظ بها عند ≤30 درجة مئوية و ≤70% رطوبة نسبية (RH) واستخدامها خلال عام واحد. بمجرد فتح الكيس، فإن "العمر الافتراضي" (Floor Life) هو 168 ساعة (7 أيام) تحت ظروف ≤30 درجة مئوية و ≤60% رطوبة نسبية. تتطلب المكونات المعرضة لأكثر من هذا الوقت إجراء تجفيف (حوالي 60 درجة مئوية لمدة 48 ساعة على الأقل) لإزالة الرطوبة الممتصة قبل إعادة التدفق لمنع ظاهرة "الفرقعة" (Popcorning) أو تشقق العبوة أثناء اللحام.

6.4 التنظيف

إذا كان التنظيف بعد اللحام مطلوبًا، فيجب استخدام المذيبات المحددة فقط. يُعد غمر LED في كحول الإيثيل أو كحول الأيزوبروبيل في درجة حرارة الغرفة لأقل من دقيقة واحدة مقبولاً. يمكن أن يؤدي استخدام مواد كيميائية غير محددة أو قاسية إلى إتلاف مادة العبوة أو العدسة أو الروابط الداخلية.

7. معلومات التعبئة والطلب

7.1 مواصفات الشريط والبكرة

يتم توريد LEDs معبأة للتجميع الآلي. يتم تركيبها في شريط حامل بارز بعرض 12 مم. يتم لف هذا الشريط على بكرة قياسية قطرها 7 بوصات (178 مم). تحتوي كل بكرة كاملة على 4000 قطعة. بالنسبة للكميات الأقل من بكرة كاملة، تتوفر كمية عبوة دنيا تبلغ 500 قطعة. تتوافق التعبئة مع مواصفات ANSI/EIA-481.

7.2 تفسير رقم الجزء

عادة ما يشفر رقم الجزء السمات الرئيسية. بينما قد يكون اصطلاح التسمية الكامل خاصًا بالشركة المصنعة، فإنه يتضمن عمومًا حجم العبوة (0201)، واللون (أزرق، يُشار إليه بـ "B")، وربما رموز مجموعات الأداء. يتم تحديد المنتج الدقيق من خلال رقم الجزء الكامل كما هو مذكور في رأس ورقة البيانات.

8. اقتراحات التطبيق

8.1 دوائر التطبيق النموذجية

يجب تشغيل LED بمصدر تيار ثابت، وليس بجهد ثابت، لتشغيل مستقر وموثوق. المقاوم المتسلسل البسيط هو طريقة تحديد التيار الأكثر شيوعًا. يتم حساب قيمة المقاوم (R) كـ R = (Vsupply - VF) / IF، حيث VF هو الجهد الأمامي من ورقة البيانات (باستخدام القيمة القصوى لتصميم متحفظ) و IF هو التيار الأمامي المطلوب (مثل 20 مللي أمبير). على سبيل المثال، مع مصدر طاقة 5 فولت و VF قدره 3.8 فولت، R = (5 - 3.8) / 0.02 = 60 أوم. سيكون المقاوم ذو القيمة القياسية 62 أوم أو 68 أوم مناسبًا. للتطبيقات الدقيقة أو التي تعمل بالبطارية، يوصى باستخدام دوائر متكاملة مخصصة لقيادة LED.

8.2 اعتبارات وملاحظات التصميم

إدارة الحرارة:على الرغم من أن تبديد الطاقة منخفض (80 ميغاواط كحد أقصى)، فإن ضمان مساحة نحاسية كافية في PCB حول وسادات التثبيت يساعد على تبديد الحرارة، والحفاظ على كفاءة LED وعمره الافتراضي، خاصة في بيئات درجة الحرارة المحيطة العالية.
الحماية من الكهرباء الساكنة (ESD):مثل جميع الأجهزة شبه الموصلة، فإن LEDs حساسة للتفريغ الكهروستاتيكي (ESD). يجب اتباع إجراءات التعامل المناسبة مع ESD أثناء التجميع.
التصميم البصري:توفر العدسة الشفافة تمامًا مصدر نقطة ساطع. للحصول على إخراج ضوئي منتشر أو مشكل، يمكن دمج أدلة ضوئية خارجية أو موزعات ضوء أو عدسات في غلاف المنتج.
تقليل التيار التشغيلي (Derating):يمكن أن يؤدي تشغيل LED عند تيارات أقل من الحد الأقصى للتصنيف (مثل 15 مللي أمبير بدلاً من 20 مللي أمبير) إلى تحسين عمره التشغيلي بشكل كبير وتقليل الإجهاد الحراري.

9. المقارنة التقنية والتمييز

تمثل عبوة 0201 واحدة من أصغر بصمات LED SMD المتاحة تجاريًا، مما يوفر ميزة حجم كبيرة مقارنة بعبوات 0402 أو 0603 للتصميمات فائقة التصغير. يوفر استخدام تقنية InGaN انبعاث ضوء أزرق عالي الكفاءة. يجمع المنتج بين زاوية مشاهدة واسعة تبلغ 110 درجة وعدسة شفافة، مما يميزه عن المتغيرات ذات الزوايا الضيقة أو العدسات المنتشرة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب رؤية واسعة. يتوافق مع ملفات إعادة التدفق الخالية من الرصاص القياسية، مما يجعله متوافقًا مع عمليات التصنيع الحديثة الممتثلة لـ RoHS.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

س: هل يمكنني تشغيل هذا LED بمصدر طاقة 3.3 فولت؟
ج: نعم، لكن التصميم الدقيق مطلوب. نظرًا لأن الجهد الأمامي (2.8-3.8 فولت) قريب من جهد المصدر، ستكون قيمة مقاومة تحديد التيار صغيرة جدًا، مما يجعل التيار حساسًا للغاية للتغيرات في VF و Vsupply. يوصى باستخدام محرك تيار ثابت منخفض الهبوط (LDO) للتشغيل المستقر من خط 3.3 فولت.
س: ما الفرق بين طول موجة الذروة والطول الموجي السائد؟
ج: طول موجة الذروة (λp) هو الطول الموجي عند أعلى نقطة في منحنى الناتج الطيفي لـ LED. الطول الموجي السائد (λd) هو قيمة محسوبة تمثل الطول الموجي الفردي للضوء أحادي اللون النقي الذي سيبدو له نفس اللون للعين البشرية. λd أكثر صلة بالإدراك اللوني والمطابقة.
س: لماذا يوجد مواصفة للتيار العكسي إذا كان الجهاز غير مخصص للتشغيل العكسي؟
ج: التيار العكسي (IR) هو مواصفة تسرب يتم اختبارها تحت انحياز عكسي مضبوط قدره 5 فولت. إنه اختبار جودة ومعلمة، وليس حالة تشغيل. يمكن أن يؤدي تطبيق جهد عكسي داخل الدائرة إلى إتلاف الجهاز.
س: كيف أفسر رموز التصنيف (Bin Codes) عند الطلب؟
ج: يمكنك تحديد رموز التصنيف المطلوبة لـ VF و IV و WD (مثل D9، R2، AC) لضمان استلام LEDs ذات خصائص مجمعة بإحكام لتطبيقك، على الرغم من أن هذا قد يؤثر على التوافر والتكلفة.

11. حالة تصميم واستخدام عملية

الحالة: مؤشر حالة على PCB لجهاز قابل للارتداء
يقوم مصمم بإنشاء متتبع لياقة مضغوط. مساحة اللوحة محدودة للغاية. هناك حاجة إلى LED أزرق واحد للإشارة إلى حالة اقتران البلوتوث وانخفاض البطارية. تم اختيار LED 0201 لبصمته الدنيا. يختار المصمم مجموعة شدة R1 (112-140 مللي كانديلا) للحصول على رؤية كافية. يتم تشغيل LED بواسطة دبوس GPIO على متحكم النظام الدقيق من خلال مقاوم متسلسل 100 أوم (محسوب لبطارية 3.0 فولت و VF نموذجي). يتبع تخطيط PCB هندسة الوسادة الموصى بها. أثناء التجميع، يستخدم المصنع ملف إعادة التدفق الخالي من الرصاص المقدم. يتم تجفيف المكونات الحساسة للرطوبة قبل الاستخدام حيث تم تخزين PCBs لأكثر من أسبوع بعد فتح البكرة. يحتوي المنتج النهائي على مؤشر حالة ساطع وموثوق يستهلك مساحة وطاقة ضئيلة.

12. مقدمة عن مبدأ التشغيل

LED هو ثنائي تقاطع p-n شبه موصل. عند تطبيق جهد أمامي، يتم حقق الإلكترونات من المنطقة من النوع n والفجوات من المنطقة من النوع p في منطقة التقاطع. عندما تتحد هذه حاملات الشحنة، يتم إطلاق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يتم تحديد لون (طول موجة) الضوء المنبعث من خلال فجوة النطاق الطاقي لمادة أشباه الموصلات. يستخدم هذا LED المحدد مركب شبه موصل من نيترايد الغاليوم الإنديوم (InGaN)، الذي له فجوة نطاق تتوافق مع انبعاث الضوء الأزرق. تقوم عدسة الإيبوكسي الشفافة تمامًا بتغليف الرقاقة شبه الموصلة، وتوفر حماية ميكانيكية، وتشكل نمط إخراج الضوء.

13. اتجاهات التكنولوجيا

يستمر اتجاه LEDs المؤشر والإضاءة الخلفية نحو مزيد من التصغير، وزيادة الكفاءة (مزيد من إخراج الضوء لكل وحدة طاقة كهربائية، مقاسة باللومن لكل واط)، وموثوقية أعلى. تتطور تصميمات العبوات لتحسين الأداء الحراري، مما يسمح بتيارات قيادة أعلى في عبوات صغيرة. هناك أيضًا تطور مستمر في استقرار الطول الموجي مع درجة الحرارة والعمر الافتراضي. يسمح اعتماد مواد أشباه الموصلات المتقدمة وتقنيات النمو البلوري الطبقي (Epitaxial) بتحكم أشد في نقاط اللون وسطوع أعلى من أحجام رقائق أصغر. يمثل التكامل، مثل دمج مقاومات تحديد التيار أو ثنائيات الحماية داخل عبوة LED نفسها، اتجاهًا آخر لتبسيط تصميم الدوائر وتوفير مساحة اللوحة.