ورقة بيانات LED SMD 0201 أزرق - الأبعاد 0.6x0.3x0.25 مم - الجهد 2.4-3.3 فولت - الطاقة 99 ميغاواط - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

تحدد هذه الوثيقة مواصفات ثنائي باعث للضوء (LED) مصغر من نوع جهاز التركيب السطحي (SMD) بتنسيق عبوة 0201. تم تصميم الجهاز للتجميع الآلي على لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) وهو مثالي للتطبيقات ذات المساحة المحدودة. يستخدم الجهاز مادة شبه موصلة من إنديوم جاليوم نيتريد (InGaN) لإنتاج ضوء أزرق مع عدسة شفافة، مما يوفر زاوية مشاهدة واسعة مناسبة لأغراض الإشارة والإضاءة الخلفية المختلفة.

1.1 الميزات

• متوافق مع توجيهات RoHS (تقييد المواد الخطرة).
• معبأ على شريط بعرض 12 مم ملفوف على بكرات قطرها 7 بوصات للتجميع الآلي بواسطة آلات الالتقاط والوضع.
• مقاس قاعدة تركيب قياسي وفقًا لتحالف الصناعات الإلكترونية (EIA).
• مدخلات متوافقة مع مستويات منطق الدوائر المتكاملة (IC) القياسية.
• مصمم للتوافق مع معدات التركيب السطحي الآلية.
• مناسب للاستخدام في عمليات لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR).
• معالج مسبقًا للوصول إلى مستوى الحساسية للرطوبة 3 وفقًا لمجلس هندسة الأجهزة الإلكترونية المشترك (JEDEC).

1.2 التطبيقات

يستهدف هذا LED مجموعة واسعة من المعدات الإلكترونية التي تتطلب إشارة حالة موثوقة ومضغوطة. تشمل مجالات التطبيق النموذجية:

• أجهزة الاتصالات (مثل الهواتف اللاسلكية، الهواتف المحمولة).
• معدات أتمتة المكاتب (مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة، أنظمة الشبكات).
• الأجهزة المنزلية والإلكترونيات الاستهلاكية.
• معدات التحكم والمراقبة الصناعية.
• مؤشرات الحالة والطاقة.
• الإضاءة الإشارية والرمزية.
• الإضاءة الخلفية للوحة الأمامية ولوحة المفاتيح.

2. التفسير العميق للمعايير التقنية

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد المعلمات التالية الحدود التي إذا تم تجاوزها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل تحت هذه الظروف.

• تبديد الطاقة (Pd):99 ميغاواط. هذه هي أقصى قدرة يمكن لعبوة LED تبديدها كحرارة دون تجاوز درجة حرارة الوصلة القصوى.
• تيار الأمام الذروي (I_FP):100 مللي أمبير. هذا هو أقصى تيار أمامي لحظي مسموح به، محدد عادةً تحت ظروف النبض (دورة عمل 1/10، عرض نبضة 0.1 مللي ثانية) لمنع ارتفاع درجة الحرارة.
• تيار الأمام المستمر (I_F):30 مللي أمبير. هذا هو أقصى تيار أمامي مستمر موصى به للتشغيل الموثوق على المدى الطويل.
• نطاق درجة حرارة التشغيل (T_opr):-40°C إلى +85°C. نطاق درجة الحرارة المحيطة الذي صُمم الجهاز للعمل فيه بشكل صحيح.
• نطاق درجة حرارة التخزين (T_stg):-40°C إلى +100°C. نطاق درجة الحرارة لتخزين الجهاز عند عدم التشغيل.

2.2 الخصائص الكهربائية / البصرية

يتم قياس هذه المعلمات عند درجة حرارة محيطة قياسية (T_a) قدرها 25°C وتحدد الأداء النموذجي للجهاز.

• شدة الإضاءة (I_V):400 - 1040 ميللي كانديلا عند I_F= 20 مللي أمبير. يقيس هذا سطوع LED كما يُدركه العين البشرية، بعد التصفية لمطابقة منحنى استجابة الرؤية النهاري لـ CIE. يشير النطاق الواسع إلى استخدام نظام تصنيف.
• زاوية المشاهدة (2θ_1/2):110 درجة (نموذجي). هذه هي الزاوية الكاملة التي تكون عندها شدة الإضاءة نصف قيمتها المحورية القصوى. توفر زاوية 110° نمط إشعاع واسع جدًا.
• طول موجة الانبعاث الذروي (λ_P):466 نانومتر (نموذجي). الطول الموجي الذي تكون عنده طاقة الخرج البصرية في أقصى حد.
• الطول الموجي السائد (λ_d):466 - 476 نانومتر عند I_F= 20 مللي أمبير. هذا هو الطول الموجي الفردي الذي يمثل بشكل أفضل اللون المُدرك للضوء، والمشتق من مخطط لونية CIE.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):35 نانومتر (نموذجي). عرض النطاق الطيفي المقاس عند نصف أقصى شدة (العرض الكامل عند نصف الحد الأقصى - FWHM). قيمة 35 نانومتر هي سمة لـ LEDs الزرقاء من نوع InGaN.
• جهد الأمام (V_F):2.4 - 3.3 فولت عند I_F= 20 مللي أمبير. انخفاض الجهد عبر LED عند التشغيل بالتيار المحدد. يشير النطاق إلى مجموعات جهد مختلفة.
• تيار العكس (I_R):10 ميكرو أمبير (أقصى) عند V_R= 5 فولت. تيار التسرب الصغير عند تطبيق انحياز عكسي. لم يتم تصميم الجهاز للعمل العكسي؛ هذه المعلمة في المقام الأول للتحقق من الاختبار IR.

3. شرح نظام التصنيف

لضمان الاتساق في الإنتاج، يتم فرز LEDs إلى مجموعات بناءً على معايير رئيسية. يسمح هذا للمصممين باختيار أجزاء تلبي متطلبات محددة للون والسطوع وجهد الأمام.

3.1 تصنيف جهد الأمام (V_F)

مصنف عند تيار اختبار قدره 20 مللي أمبير. التسامح لكل مجموعة هو ±0.1 فولت.

• المجموعة F4:2.4 فولت (الحد الأدنى) إلى 2.7 فولت (الحد الأقصى)
• المجموعة F5:2.7 فولت (الحد الأدنى) إلى 3.0 فولت (الحد الأقصى)
• المجموعة F6:3.0 فولت (الحد الأدنى) إلى 3.3 فولت (الحد الأقصى)

3.2 تصنيف شدة الإضاءة (I_V)

مصنف عند تيار اختبار قدره 20 مللي أمبير. التسامح على كل مجموعة شدة هو ±11%.

• المجموعة T2:400.0 ميللي كانديلا (الحد الأدنى) إلى 540.0 ميللي كانديلا (الحد الأقصى)
• المجموعة U1:540.0 ميللي كانديلا (الحد الأدنى) إلى 750.0 ميللي كانديلا (الحد الأقصى)
• المجموعة U2:750.0 ميللي كانديلا (الحد الأدنى) إلى 1040.0 ميللي كانديلا (الحد الأقصى)

3.3 تصنيف الصبغة (الطول الموجي السائد)

مصنف عند تيار اختبار قدره 20 مللي أمبير. التسامح لكل مجموعة هو ±1 نانومتر.

• المجموعة AC:466.0 نانومتر (الحد الأدنى) إلى 471.0 نانومتر (الحد الأقصى)
• المجموعة AD:471.0 نانومتر (الحد الأدنى) إلى 476.0 نانومتر (الحد الأقصى)

4. تحليل منحنيات الأداء

تشير ورقة البيانات إلى منحنيات أداء نموذجية وهي ضرورية لفهم سلوك الجهاز تحت ظروف مختلفة. بينما لا يتم إعادة إنتاج رسوم بيانية محددة في النص، يتم تحليل آثارها أدناه.

4.1 تيار الأمام مقابل جهد الأمام (منحنى I-V)

خاصية I-V غير خطية، وهي نموذجية للدايود. جهد الأمام (V_F) له معامل درجة حرارة موجب، مما يعني أنه ينخفض قليلاً مع زيادة درجة حرارة الوصلة لتيار معين. يجب على المصممين مراعاة ذلك عند تصميم دوائر تحديد التيار لضمان تشغيل مستقر عبر نطاق درجة الحرارة.

4.2 شدة الإضاءة مقابل تيار الأمام

شدة الإضاءة تتناسب عمومًا مع تيار الأمام داخل منطقة التشغيل الآمنة. ومع ذلك، قد تنخفض الكفاءة عند التيارات العالية جدًا بسبب زيادة توليد الحرارة (تأثير الهبوط). يضمن التشغيل عند أو أقل من 20 مللي أمبير الموصى بها كفاءة مثالية وعمر أطول.

4.3 التوزيع الطيفي

ينتشر منحنى الخرج الطيفي حول طول الموجة الذروية البالغ 466 نانومتر مع عرض FWHM يبلغ حوالي 35 نانومتر. هذا يحدد نقاء اللون الأزرق. يتم حساب الطول الموجي السائد، المستخدم في التصنيف، من هذا الطيف مرجحًا بحساسية العين البشرية.

4.4 خصائص درجة الحرارة

أداء LED يعتمد على درجة الحرارة. عادة ما تنخفض شدة الإضاءة مع ارتفاع درجة حرارة الوصلة. تضمن نطاقات درجة حرارة التشغيل والتخزين (-40°C إلى +85°C و -100°C على التوالي) الحفاظ على سلامة المادة شبه الموصلة والعبوة.

5. المعلومات الميكانيكية والتعبئة

5.1 أبعاد العبوة

يتوافق الجهاز مع معيار عبوة 0201. تشمل الأبعاد الرئيسية (بالمليمترات) طول الجسم حوالي 0.6 مم، وعرض 0.3 مم، وارتفاع 0.25 مم. جميع التسامحات الأبعاد هي ±0.2 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. يتم تعيين أطراف الأنود والكاثود بوضوح للتوجيه الصحيح على PCB.

5.2 وسادة التثبيت الموصى بها على PCB

يتم توفير نمط قاعدة (footprint) للحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء أو الطور البخاري. الالتزام بتخطيط الوسادة الموصى به أمر بالغ الأهمية لتحقيق وصلات لحام موثوقة، ومحاذاة ذاتية صحيحة أثناء إعادة التدفق، وتبديد حرارة فعال من شريحة LED.

5.3 التعبئة بالشريط والبكرة

يتم توريد LEDs في شريط حامل بارز بعرض 12 مم. يتم لف الشريط على بكرات بقطر 7 بوصات (178 مم). الكميات القياسية للبكرة هي 4000 قطعة لكل بكرة، مع حد أدنى لكمية التعبئة يبلغ 500 قطعة للدفعات المتبقية. تتبع التعبئة مواصفات ANSI/EIA-481 لضمان التوافق مع معدات التجميع الآلية.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 ملف تعريف لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء

يتم توفير ملف إعادة تدفق مقترح متوافق مع J-STD-020B للعمليات الخالية من الرصاص. تشمل المعلمات الرئيسية:

• التسخين المسبق:150-200°C كحد أقصى.
• وقت التسخين المسبق:120 ثانية كحد أقصى.
• درجة الحرارة القصوى:260°C كحد أقصى.
• الوقت فوق السائل:10 ثوانٍ كحد أقصى (موصى به بحد أقصى دورتي إعادة تدفق).

من المهم ملاحظة أن ملف التعريف الأمثل يعتمد على تصميم PCB المحدد، معجون اللحام، والفرن. يعمل ملف التعريف المقدم كهدف عام يعتمد على معايير JEDEC.

6.2 اللحام اليدوي

إذا كان اللحام اليدوي ضروريًا، فيجب توخي الحذر الشديد بسبب الحجم المصغر. تشمل التوصيات:

• درجة حرارة المكواة:300°C كحد أقصى.
• وقت اللحام:3 ثوانٍ كحد أقصى لكل وصلة.
• قم بتطبيق الحرارة على وسادة PCB، وليس مباشرة على جسم LED.

6.3 التنظيف

إذا كان التنظيف بعد اللحام مطلوبًا، فيجب استخدام المذيبات المحددة فقط. غمر LED في كحول الإيثيل أو كحول الأيزوبروبيل في درجة الحرارة العادية لأقل من دقيقة واحدة مقبول. قد تتسبب المواد الكيميائية غير المحددة في تلف عدسة الإيبوكسي أو العبوة.

6.4 التخزين والحساسية للرطوبة

الـ LEDs حساسة للرطوبة (MSL 3).

• العبوة المغلقة:قم بالتخزين عند ≤30°C و ≤70% رطوبة نسبية (RH). استخدم خلال عام واحد من تاريخ التعبئة.
• العبوة المفتوحة:قم بالتخزين عند ≤30°C و ≤60% رطوبة نسبية. يوصى بإكمال لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء خلال 168 ساعة (7 أيام) من الفتح.
• التخزين الممتد (مفتوح):قم بالتخزين في وعاء محكم الغلق مع مجفف أو في مجفف نيتروجين.
• التعرض >168 ساعة:يجب خبز LEDs عند حوالي 60°C لمدة 48 ساعة على الأقل قبل اللحام لإزالة الرطوبة الممتصة ومنع ظاهرة \"الفشار\" أثناء إعادة التدفق.

7. اقتراحات التطبيق

7.1 دوائر التطبيق النموذجية

يتطلب هذا LED آلية تحديد تيار عند تشغيله من مصدر جهد أعلى من جهد الأمام الخاص به. أبسط طريقة هي مقاومة متسلسلة. يمكن حساب قيمة المقاومة (R_s) باستخدام قانون أوم: R_s= (V_supply- V_F) / I_F. على سبيل المثال، مع مصدر طاقة 5 فولت، و V_Fقدره 3.0 فولت (نموذجي)، و I_Fمطلوب قدره 20 مللي أمبير، R_s= (5V - 3.0V) / 0.020A = 100 Ω. يجب أن تكون قدرة المقاومة على الأقل I_F²* R_s.

7.2 اعتبارات التصميم

• قيادة التيار:قم دائمًا بتشغيل LED بتيار ثابت أو مصدر جهد مع مقاومة متسلسلة. سيؤدي الاتصال المباشر بمصدر جهد يتجاوز V_Fإلى تيار مفرط وفشل سريع.
• الإدارة الحرارية:على الرغم من أن تبديد الطاقة منخفض، فإن ضمان مساحة نحاسية كافية على PCB حول الوسادات يساعد على تبديد الحرارة، خاصة في بيئات درجة الحرارة المحيطة العالية أو عند التشغيل بتيارات أعلى.
• حماية ESD:على الرغم من عدم ذكرها صراحةً على أنها حساسة، فإن التعامل مع جميع الأجهزة شبه الموصلة مع احتياطات ESD (التفريغ الكهروستاتيكي) المناسبة هو ممارسة جيدة.
• التصميم البصري:زاوية المشاهدة الواسعة البالغة 110 درجة تجعلها مناسبة للتطبيقات التي تتطلب رؤية واسعة. للضوء المركز، قد تكون العدسات الخارجية أو أدلة الضوء ضرورية.

8. المقارنة التقنية والتمييز

عوامل التمييز الأساسية لهذا LED هي بصمته المدمجة للغاية 0201 ونقطة لونه الأزرق المحددة (الطول الموجي السائد 466-476 نانومتر). مقارنة بالعبوات الأكبر (مثل 0603، 0805)، يوفر 0201 توفيرًا كبيرًا في المساحة على PCB، مما يتيح تصميمات بكثافة أعلى. توفر تقنية InGaN انبعاثًا أزرقًا فعالاً. يؤدي الجمع بين زاوية مشاهدة واسعة وعدسة شفافة إلى مصدر ضوء ساطع منتشر مثالي لمؤشرات الحالة حيث لا تكون زاوية المشاهدة مقيدة. يسمح نظام التصنيف التفصيلي بالاختيار الدقيق في التطبيقات التي تتطلب مطابقة لون أو سطوع دقيقة عبر عدة LEDs.

9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

9.1 ما الفرق بين طول موجة الذروة والطول الموجي السائد؟

طول موجة الذروة (λ_P) هو الطول الموجي الفيزيائي حيث يصدر LED أكبر قدر من الطاقة البصرية. الطول الموجي السائد (λ_d) هو قيمة محسوبة تمثل الطول الموجي الفردي للضوء أحادي اللون الذي سيبدو له نفس لون خرج LED للعين البشرية. لذلك، فإن λ_dأكثر صلة بتحديد اللون والتصنيف.

9.2 هل يمكنني تشغيل هذا LED بتيار 30 مللي أمبير بشكل مستمر؟

بينما الحد الأقصى المطلق لتيار الأمام المستمر هو 30 مللي أمبير، فإن حالة الاختبار النموذجية ونقطة التشغيل الموصى بها للمواصفات البصرية المنشورة هي 20 مللي أمبير. قد ينتج التشغيل عند 30 مللي أمبير إخراج ضوء أعلى ولكنه يولد حرارة أكثر، مما قد يقلل من العمر الافتراضي ويغير اللون. للتشغيل الموثوق على المدى الطويل، يُنصح بتصميم الدائرة لـ 20 مللي أمبير أو أقل.

9.3 لماذا يوجد مواصفة لتيار العكس إذا لم يكن الجهاز مخصصًا للعمل العكسي؟

مواصفة تيار العكس (I_R) هي معلمة مراقبة جودة يتم قياسها أثناء اختبار الإنتاج (اختبار IR). تضمن سلامة وصلة أشباه الموصلات. في التطبيق، لا ينبغي تطبيق جهد عكسي عن قصد أبدًا، لأنه لم يتم تصميمه لمنع جهد عكسي كبير ويمكن أن يتلف.

9.4 كيف أفسر رموز التصنيف عند الطلب؟

لضمان حصولك على LEDs بأداء متسق، يجب عليك تحديد رموز التصنيف لجهد الأمام (F4/F5/F6)، وشدة الإضاءة (T2/U1/U2)، والطول الموجي السائد (AC/AD) بناءً على متطلبات تصميمك. على سبيل المثال، قد يحدد الطلب أجزاء من المجموعة F5، U1، AC لجهد متوسط، سطوع متوسط-مرتفع، وصبغة أكثر زرقة.

10. حالة استخدام عملية

السيناريو: تصميم مؤشر حالة لجهاز قابل للارتداء مضغوط.يحتوي الجهاز على PCB صغير بمساحة محدودة. مطلوب مؤشر تشغيل أزرق. تم اختيار LED 0201 لبصمته الدنيا. يستخدم التصميم دبوس GPIO لوحدة التحكم الدقيقة 3.3 فولت للتحكم في LED. يتم حساب مقاومة متسلسلة باستخدام أقصى V_Fمن مجموعة الجهد المختارة (مثل، الحد الأقصى للمجموعة F6 وهو 3.3 فولت) لضمان تيار كافٍ حتى مع أسوأ حالة V_F: R_s= (3.3V - 3.3V) / 0.020A = 0 Ω. هذا غير ممكن. لذلك، يجب اختيار مجموعة V_Fأقل (F4 أو F5)، أو زيادة جهد الإمداد. اختيار المجموعة F5 (أقصى V_F=3.0V) وإضافة محول رفع صغير لتوفير 3.6 فولت يسمح بـ R_s= (3.6V - 3.0V) / 0.020A = 30 Ω. يوفر تخطيط PCB مساحات نحاسية متوسطة على وسادات LED لتبديد الحرارة. يتم وضع LED على اللوحة باستخدام آلة التقاط ووضع آلية من بكرة الشريط 12 مم.

11. مقدمة المبدأ

هذا LED هو جهاز فوتوني شبه موصل. يعتمد على بنية تقاطع غير متجانس من إنديوم جاليوم نيتريد (InGaN). عند تطبيق جهد انحياز أمامي، يتم حقن الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة من طبقات أشباه الموصلات من النوع n والنوع p، على التوالي. تتحد هذه حاملات الشحنة بشكل إشعاعي، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات. يحدد التركيب المحدد لسبيكة InGaN طاقة فجوة النطاق، والتي بدورها تحدد الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث - في هذه الحالة، الأزرق. تقوم عدسة الإيبوكسي الشفافة بتغليف شريحة أشباه الموصلات، وتوفر حماية ميكانيكية، وتشكل نمط إخراج الضوء لتحقيق زاوية المشاهدة المحددة البالغة 110 درجة.

12. اتجاهات التطوير

يستمر اتجاه LEDs SMD لتطبيقات المؤشر نحو التصغير، وزيادة الكفاءة، وموثوقية أعلى. تطورت أحجام العبوات من 0603 إلى 0402، والآن إلى 0201 وحتى المقاييس الأصغر مثل 01005. تسمح تحسينات الكفاءة (لومن أعلى لكل واط) بسطوع كافٍ عند تيارات تشغيل أقل، مما يقلل من استهلاك الطاقة والحمل الحراري. تعزز التطورات في مواد التعبئة وتقنيات تثبيت الشرائح الموثوقية طويلة المدى ومقاومة الدورات الحرارية. علاوة على ذلك، هناك تركيز متزايد على تسامحات تصنيف أكثر ضيقًا وقدرات خلط ألوان أكثر تطوراً للتطبيقات التي تتطلب تقديم ألوان دقيق أو ضوء أبيض قابل للضبط، على الرغم من أن هذا الجهاز المعين هو باعث أزرق أحادي اللون.