مواصفات LED SMD 19-117/BHC-ZL1M2RY/3T - أزرق 468 نانومتر - 2.8x3.5x0.8 مم - 3.1 فولت - 40 ميغاواط - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد 19-117/BHC-ZL1M2RY/3T مصباح LED أزرق صغير الحجم مُثبت على السطح، مُصمم للتطبيقات الإلكترونية الحديثة التي تتطلب موثوقية عالية وكفاءة في التجميع. يمثل هذا المكون تقدمًا كبيرًا مقارنة بمصابيح LED التقليدية ذات الإطار الرصاصي، حيث يقدم فوائد كبيرة من حيث الاستفادة من مساحة اللوحة وكفاءة التصنيع.

1.1 المزايا الأساسية وتحديد موقع المنتج

الميزة الأساسية لهذا الـ LED هي بصمته الصغيرة جدًا، مما يتيح مباشرة تصميم لوحات دوائر مطبوعة (PCBs) أصغر حجمًا. يساهم هذا التخفيض في الحجم في تحقيق كثافة أعلى للمكونات على اللوحة، مما يسمح بوظائف أكثر تعقيدًا ضمن مساحة محدودة. علاوة على ذلك، فإن متطلبات التخزين المخفضة لكل من المكونات والمعدات المُجمعة النهائية تؤدي إلى توفير عام في التكاليف اللوجستية وهيكل المنتج.

يجعل بناؤه خفيف الوزن مناسبًا بشكل خاص للأجهزة الإلكترونية المحمولة والمصغرة حيث يكون الوزن عاملاً تصميميًا حاسمًا. يتم توريد المكون على شريط قياسي صناعي بعرض 8 مم مُثبت على بكرات قطرها 7 بوصات، مما يضمن التوافق الكامل مع معدات التجميع الآلي عالية السرعة (pick-and-place)، وهو أمر أساسي للإنتاج الضخم.

1.2 التطبيقات والأسواق المستهدفة

هذا الـ LED متعدد الاستخدامات ويجد تطبيقًا في عدة مجالات رئيسية. أحد حالات الاستخدام الأساسية هو الإضاءة الخلفية للوحات العدادات، ومؤشرات لوحة القيادة، والمفاتيح الغشائية، حيث يوفر إخراجه الأزرق المتسق إضاءة واضحة. في قطاع الاتصالات، يعمل كمؤشرات حالة وإضاءة خلفية للأزرار في أجهزة مثل الهواتف وآلات الفاكس.

يُستخدم أيضًا لحلول الإضاءة الخلفية المسطحة خلف شاشات الكريستال السائل (LCDs)، والرموز، ومختلف واجهات المفاتيح. طبيعته العامة تعني أنه يمكن تكييفه لمجموعة واسعة من تطبيقات المؤشرات الاستهلاكية والصناعية والسيارات حيث يكون مطلوبًا مصدر ضوء أزرق موثوق.

2. المواصفات الفنية والتفسير المتعمق

فهم القيم القصوى المطلقة أمر بالغ الأهمية لضمان الموثوقية طويلة المدى ومنع الفشل المبكر لـ LED في دائرة التطبيق.

2.1 القيم القصوى المطلقة

تم تصنيف الجهاز لتيار تشغيل أمامي مستمر (IF) بقيمة 10 مللي أمبير. تجاوز هذه القيمة سيولد حرارة مفرطة، مما يؤدي إلى تدهور التقاطع شبه الموصل الداخلي ويؤدي إلى انخفاض سريع في الإخراج الضوئي وفشل كارثي في النهاية. للتشغيل النبضي، يُسمح بتيار أمامي ذروة (IFP) بقيمة 40 مللي أمبير، ولكن فقط تحت دورة عمل صارمة 1/10 وتردد 1 كيلو هرتز. هذا يسمح بلحظات قصيرة من السطوع الأعلى دون ارتفاع درجة الحرارة.

يجب ألا تتجاوز قدرة التبديد الكلية (Pd) 40 ميغاواط، وهي دالة لتيار التشغيل الأمامي والجهد. نطاقات درجة حرارة التشغيل والتخزين محددة من -40°C إلى +85°C ومن -40°C إلى +90°C على التوالي، مما يشير إلى ملاءمته للبيئات القاسية. يوفر المكون درجة من الحماية ضد التفريغ الكهروستاتيكي (ESD)، مصنفًا عند 2000 فولت وفقًا لنموذج الجسم البشري (HBM)، وهو مستوى قياسي للمناولة في بيئة خاضعة للرقابة ولكن لا يزال يتطلب احتياطات ESD مناسبة أثناء التجميع.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

تحت ظروف الاختبار القياسية (درجة الحرارة المحيطة Ta=25°C وتيار تشغيل أمامي 5 مللي أمبير)، يُظهر الـ LED معايير أداء رئيسية. شدة الإضاءة (Iv) لها نطاق نموذجي، مع قيم دنيا وقصوى محددة بواسطة نظام التصنيف الموضح لاحقًا. زاوية الرؤية (2θ1/2) هي 120 درجة واسعة، مما يوفر نمط إشعاع واسع منتشر مناسب لإضاءة المساحة بدلاً من شعاع مركز.

الخصائص الطيفية هي جوهر لونه الأزرق. الطول الموجي الذروة (λp) هو نموذجيًا 468 نانومتر (nm)، بينما يقع الطول الموجي السائد (λd) بين 465.0 nm و 475.0 nm. عرض النطاق الطيفي (Δλ) هو حوالي 25 nm، مما يحدد نقاء اللون الأزرق. جهد التشغيل الأمامي (VF) المطلوب لتحقيق تيار الاختبار 5 مللي أمبير يتراوح من 2.50V إلى 3.10V. هذه المعلمة حاسمة لتصميم الدائرة، لأنها تحدد انخفاض الجهد عبر الـ LED وقيمة المقاوم المحدد للتيار اللازمة.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

لضمان الاتساق في الإنتاج الضخم، يتم فرز مصابيح LED إلى مجموعات أداء (Bins). يسمح هذا النظام للمصممين باختيار مكونات تلبي معايير دنيا محددة لتطبيقهم.

3.1 تصنيف شدة الإضاءة

يتم تصنيف الإخراج الضوئي إلى أربع مجموعات متميزة: L1، L2، M1، و M2. تمثل مجموعة L1 أدنى نطاق إخراج (11.5 - 14.5 mcd)، بينما تمثل مجموعة M2 أعلى نطاق (22.5 - 28.5 mcd). يمكن للمصممين تحديد رمز مجموعة لضمان مستوى سطوع أدنى لمنتجهم، وهو أمر أساسي للتطبيقات التي تتطلب إضاءة لوحة موحدة أو تلبية معايير رؤية محددة.

3.2 تصنيف الطول الموجي السائد

يتم التحكم في لون الضوء الأزرق من خلال تصنيف الطول الموجي السائد. تم تعريف مجموعتين: 'X' (465.0 - 470.0 nm) و 'Y' (470.0 - 475.0 nm). تنتج مجموعة 'X' طولًا موجيًا أقصر قليلاً، أزرق أعمق، بينما مجموعة 'Y' لها طول موجي أطول قليلاً، يميل نحو لون أزرق سماوي. هذا يسمح بمطابقة الألوان بين مصابيح LED مختلفة في مصفوفة أو ضمان درجة لون أزرق محددة لأسباب تتعلق بالعلامة التجارية أو الجمالية.

3.3 تصنيف جهد التشغيل الأمامي

يتم تصنيف جهد التشغيل الأمامي إلى ثلاث فئات: 9 (2.50 - 2.70V)، 10 (2.70 - 2.90V)، و 11 (2.90 - 3.10V). معرفة مجموعة الجهد أمر حيوي لتصميم دائرة تشغيل فعالة. يقلل استخدام مصابيح LED من نفس مجموعة الجهد أو مجموعة معروفة من الاختلافات في التيار والسطوع عند توصيل عدة مصابيح LED على التوازي دون تنظيم تيار فردي.

4. تحليل منحنيات الأداء

تقدم منحنيات الخصائص المقدمة نظرة عميقة على سلوك الـ LED تحت ظروف تشغيل مختلفة، وهو أمر ضروري لتصميم نظام قوي.

4.1 شدة الإضاءة النسبية مقابل تيار التشغيل الأمامي

المنحنى الذي يظهر شدة الإضاءة النسبية كدالة لتيار التشغيل الأمامي هو عادة غير خطي. يزداد الإخراج مع التيار ولكنه سيشبع في النهاية. والأهم من ذلك، أن التشغيل فوق التيار الموصى به يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة التقاطع بشكل مفرط، مما لا يقلل الكفاءة فحسب، بل يقصر أيضًا من عمر الجهاز. يساعد هذا المنحنى المصممين في إيجاد التوازن الأمثل بين السطوع المطلوب وطول العمر التشغيلي.

4.2 شدة الإضاءة النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطة

أداء الـ LED يعتمد بشدة على درجة الحرارة. مع ارتفاع درجة الحرارة المحيطة، ينخفض الإخراج الضوئي بشكل عام. يقوم هذا المنحنى بتحديد هذا التخفيض الكمي. بالنسبة للتطبيقات المعرضة لدرجات حرارة عالية (مثل داخل لوحة قيادة سيارة أو بالقرب من مكونات أخرى مولدة للحرارة)، هذه البيانات ضرورية لضمان بقاء الـ LED ساطعًا بدرجة كافية تحت جميع ظروف التشغيل. قد يتطلب ذلك التصميم لمجموعة سطوع أعلى أو تنفيذ استراتيجيات إدارة حرارية.

4.3 منحنى تخفيض تيار التشغيل الأمامي

يمكن القول إن هذا هو المنحنى الأكثر أهمية للموثوقية. فهو يحدد أقصى تيار تشغيل أمامي مستمر مسموح به عند أي درجة حرارة محيطة معينة. مع زيادة درجة الحرارة، ينخفض الحد الأقصى للتيار الآمن. الالتزام بمنحنى التخفيض هذا يمنع الانحراف الحراري ويضمن عمل الـ LED ضمن منطقة التشغيل الآمنة (SOA)، وهو أمر أساسي لتحقيق العمر الافتراضي المحدد.

4.4 توزيع الطيف ونمط الإشعاع

يظهر مخطط توزيع الطيف شدة الضوء المنبعث عبر أطوال موجية مختلفة، متمركزًا حول 468 نانومتر. يوضح مخطط نمط الإشعاع (غالبًا مخطط قطبي) كيفية انبعاث الضوء مكانيًا من العبوة. تؤكد زاوية الرؤية الواسعة البالغة 120 درجة على نمط انبعاث لامبرتي أو شبه لامبرتي، حيث تكون الشدة أعلى بشكل عمودي على الشريحة وتتناقص عند زوايا أوسع.

5. المعلومات الميكانيكية والتعبئة

5.1 أبعاد العبوة والتفاوتات المسموح بها

يتميز الـ LED بعلبة SMD قياسية. تشمل الأبعاد الحرجة حجم الجسم، الذي يحدد نمط الوسادات (Land Pattern) على PCB، وموضع أطراف الأنود والكاثود. يحدد الرسم الأبعادي جميع القياسات الرئيسية بتفاوت قياسي ±0.1 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. تُستخدم هذه المعلومات لإنشاء بصمة PCB، مما يضمن اللحام والمحاذاة المناسبة.

5.2 تحديد القطبية وتصميم الوسادات (Pads)

القطبية الصحيحة ضرورية لعمل الـ LED. يوضح رسم العبوة في ورقة البيانات الأنود والكاثود بوضوح. عادةً، قد تكون إحدى الوسادات مُعلَّمة أو لها شكل مختلف (مثل شق أو حافة مائلة) على المكون نفسه للتعرف البصري تحت التكبير. يضمن تخطيط وسادة PCB الموصى به وصلة لحام موثوقة واتصال حراري وكهربائي سليم.

6. إرشادات اللحام والتجميع

المناولة واللحام المناسبان أمران بالغا الأهمية للحفاظ على أداء وموثوقية الـ LED.

6.1 معلمات لحام إعادة التدفق (Reflow)

المكون متوافق مع عمليات إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء والطور البخاري. يتم توفير منحنى درجة حرارة لحام خالي من الرصاص محدد. تشمل المعلمات الرئيسية مرحلة التسخين المسبق (150-200°C لمدة 60-120 ثانية)، وقت فوق السائل (217°C) من 60-150 ثانية، ودرجة حرارة ذروة لا تتجاوز 260°C كحد أقصى لمدة 10 ثوانٍ. يتم تحديد الحد الأقصى لمعدلات التسخين والتبريد أيضًا لمنع الصدمة الحرارية. يُوصى بشدة بعدم إجراء لحام إعادة التدفق أكثر من مرتين لتجنب إتلاف وصلات الأسلاك الداخلية أو عدسة الإيبوكسي.

6.2 احتياطات اللحام اليدوي وإعادة العمل

إذا كان اللحام اليدوي لا مفر منه، فيجب توخي الحذر الشديد. يجب أن تكون درجة حرارة طرف مكواة اللحام أقل من 350°C، ويجب ألا تتجاوز مدة التلامس مع كل طرف 3 ثوانٍ. يُوصى باستخدام مكواة منخفضة الطاقة (≤25W). يتم تقديم تحذير مهم: غالبًا ما يحدث الضرر أثناء اللحام اليدوي. لإعادة العمل، يجب استخدام مكواة لحام مزدوجة الرأس مصممة خصيصًا لمكونات SMD لتسخين كلا الطرفين في وقت واحد ورفع المكون دون إجهاد وصلات اللحام أو جسم الـ LED.

6.3 التخزين والحساسية للرطوبة

يتم تعبئة مصابيح LED في كيس حاجز مقاوم للرطوبة مع مجفف لمنع امتصاص الرطوبة الجوية. يجب عدم فتح الكيس حتى تصبح المكونات جاهزة للاستخدام في الإنتاج. بمجرد الفتح، يجب استخدام مصابيح LED خلال 168 ساعة (7 أيام) إذا تم تخزينها في ظروف ≤30°C و ≤60% رطوبة نسبية. إذا تم تجاوز وقت التعرض هذا، فإنه يلزم معالجة بالخبز (60 ±5°C لمدة 24 ساعة) لإزالة الرطوبة ومنع ظاهرة "الفرقعة" (popcorning) أو التقشر أثناء عملية إعادة التدفق عالية الحرارة.

7. معلومات التعبئة والطلب

7.1 مواصفات البكرة والشريط

يتم توريد المنتج بتنسيق شريط وبكرة للتجميع الآلي. يتم تحديد أبعاد الشريط الحامل، وحجم الجيب، وأبعاد البكرة. تحتوي كل بكرة على 3000 قطعة. تم تصميم مواد البكرة والشريط لتكون مقاومة للرطوبة، لحماية المكونات أثناء التخزين والنقل.

7.2 شرح الملصق وترقيم الموديل

يحتوي ملصق التعبئة على عدة حقول رئيسية: رقم جزء العميل (CPN)، رقم جزء الشركة المصنعة (P/N)، كمية التعبئة (QTY)، ورموز المجموعات المحددة لشدة الإضاءة (CAT)، والطول الموجي السائد (HUE)، وجهد التشغيل الأمامي (REF). يتم أيضًا توفير رقم الدفعة (LOT No.) لإمكانية التتبع. فهم هذا التوسيم ضروري للتحقق من تطابق المكونات المستلمة مع المواصفات المطلوبة.

8. اعتبارات تصميم التطبيق

8.1 تصميم الدائرة وتحديد التيار

قاعدة التصميم الأكثر أهمية هي الاستخدام الإلزامي لمقاوم محدد للتيار على التوالي (أو مشغل تيار ثابت للتطبيقات المتقدمة). جهد التشغيل الأمامي لـ LED له معامل درجة حرارة سالب وتسامح تصنيع. يمكن أن يؤدي زيادة طفيفة في جهد التغذية دون تحديد التيار إلى زيادة كبيرة، وربما مدمرة، في التيار. يتم حساب قيمة المقاومة باستخدام قانون أوم: R = (V_{التغذية}- V_F) / I_F، حيث V_Fو I_Fهما نقطتا التشغيل المستهدفتان.

8.2 إدارة الحرارة في الاستخدام النهائي

على الرغم من أن الـ LED نفسه صغير، إلا أن إدارة حرارته مهمة للأداء وعمر الخدمة. يجب على المصممين مراعاة المسار الحراري من وسادات لحام الـ LED إلى PCB وربما إلى مشتت حراري. يمكن أن يساعد استخدام PCB بمساحة نحاسية كافية (وسادات إغاثة حرارية) حول بصمة الـ LED في تبديد الحرارة. يجب الرجوع إلى منحنيات التخفيض للتطبيقات ذات درجات الحرارة المحيطة العالية.

8.3 التكامل البصري

لتطبيقات الإضاءة الخلفية أو المؤشرات، ضع في اعتبارك المسار البصري. زاوية الرؤية الواسعة مفيدة لإضاءة موزع ضوء أو دليل ضوء بشكل متساوٍ. ستؤثر المسافة بين الـ LED والسطح المضاء، وكذلك استخدام العواكس أو العدسات، على السطوع النهائي والتوحيد. قد يتم أيضًا تحويل اللون الأزرق إلى الأبيض أو ألوان أخرى باستخدام عدسات مطلية بالفوسفور أو تقنيات الفوسفور البعيدة في بعض التطبيقات.

9. المقارنة والتمييز الفني

مقارنة بتقنيات LED القديمة ذات الثقب المار (Through-Hole)، يقدم هذا الـ LED SMD أداءً فائقًا في مجالات رئيسية. يلغي غياب الأطراف الرصاصية الحث الطفيلي ويسمح بالتبديل بتردد أعلى إذا تم استخدامه في وضع النبض، على الرغم من أن هذا ليس تطبيقًا نموذجيًا. يمكن للكتلة الحرارية الأصغر لعلبة SMD أن تسمح باستجابة حرارية أسرع، ولكن هذا يعني أيضًا أنه يجب إبعاد الحرارة بكفاءة أكبر عبر PCB.

ضمن فئة مصابيح LED SMD الزرقاء، يتميز 19-117 بمزيجه المحدد من حجم العبوة (الذي يتيح تخطيطات كثيفة جدًا)، وزاوية الرؤية الواسعة (للإضاءة الواسعة)، ونظام التصنيف الشامل (للمرونة والاتساق في التصميم). يجعل امتثاله لمعايير RoHS و REACH والخالية من الهالوجين مناسبًا للأسواق العالمية ذات اللوائح البيئية الصارمة.

10. الأسئلة الشائعة (FAQ) بناءً على المعلمات الفنية

10.1 ما قيمة المقاومة التي يجب استخدامها مع مصدر جهد 5 فولت؟

باستخدام أقصى جهد تشغيل أمامي (3.10V من المجموعة 11) وتيار مستهدف 5 مللي أمبير للسطوع القياسي: R = (5V - 3.10V) / 0.005A = 380 أوم. أقرب قيمة قياسية هي 390 أوم. إعادة الحساب باستخدام 390 أوم تعطي I_F= (5V - 3.10V) / 390 = ~4.87 مللي أمبير، وهي آمنة. استخدم دائمًا أقصى V_Fمن مجموعتك المختارة لهذا الحساب لضمان ألا يتجاوز التيار الحد أبدًا.

10.2 هل يمكنني تشغيل هذا الـ LED بتيار 20 مللي أمبير لسطوع أعلى؟

لا. الحد الأقصى المطلق لتصنيف تيار التشغيل الأمامي المستمر هو 10 مللي أمبير. التشغيل بتيار 20 مللي أمبير سيتجاوز هذا التصنيف، مما يسبب ارتفاعًا شديدًا في درجة الحرارة، وتدهورًا سريعًا في الإضاءة، وفشلًا شبه مؤكد تقريبًا. لتحقيق سطوع أعلى، اختر LED من مجموعة شدة إضاءة أعلى (M1 أو M2) أو استخدم عدة مصابيح LED، وليس تيارًا أعلى.

10.3 كيف أفسر رموز التصنيف (Bin Codes) على الملصق؟

تتوافق حقول الملصق CAT و HUE و REF مع المجموعات. على سبيل المثال، ملصق يظهر CAT: M2، HUE: X، REF: 10 يعني أن مصابيح LED على تلك البكرة لها شدة إضاءة بين 22.5 و 28.5 mcd (M2)، وطول موجي سائد بين 465.0 و 470.0 nm (X)، وجهد تشغيل أمامي بين 2.70 و 2.90V (10).

11. أمثلة عملية للتصميم والاستخدام

11.1 مجموعة مؤشرات لوحة القيادة (Dashboard)

في لوحة قيادة سيارة، قد يتم استخدام عدة مصابيح LED 19-117 خلف عدسة بولي كربونات لإضاءة رموز التحذير (مثل الضوء العالي، إشارة الانعطاف). سيختار المصممون مجموعة سطوع محددة (مثل M1) لضمان الرؤية تحت ظروف النهار الساطع. سيتم تشغيل مصابيح LED بواسطة نظام 12 فولت للسيارة عبر شبكة مقاومات محددة للتيار أو دائرة متكاملة مشغلة لـ LED مخصصة. تضمن زاوية الرؤية الواسعة إضاءة الرمز بشكل متساوٍ. نطاق درجة حرارة التشغيل العالي (-40 إلى +85°C) ضروري لهذه البيئة القاسية.

11.2 مؤشر حالة منخفض الطاقة

لجهاز استهلاكي يعمل بالتيار الكهربائي من الحائط مثل جهاز توجيه (راوتر) أو شاحن، يوفر LED واحد 19-117 مؤشر تشغيل/حالة واضحًا. عند تشغيله بتيار 5 مللي أمبير من خط USB 5 فولت أو خط منطقي 3.3 فولت (مع مقاوم محسوب بشكل مناسب)، فإنه يستهلك طاقة قليلة جدًا. غالبًا ما يرتبط اللون الأزرق بحالة "نشط" أو "متصل". يسمح حجمه الصغير بأن يتناسب مع التصميمات النحيلة بشكل متزايد للإلكترونيات الحديثة.

12. مبدأ التشغيل

الـ LED 19-117 هو مصدر ضوء شبه موصل. جوهره هو شريحة مكونة من مواد مثل نيتريد الغاليوم الإنديوم (InGaN)، والتي تشكل تقاطع p-n. عند تطبيق جهد تشغيل أمامي يتجاوز الجهد المدمج للتقاطع، يتم حقن الإلكترونات والفجوات عبر التقاطع. عندما تتحد حاملات الشحن هذه، يتم إطلاق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). تحدد طاقة فجوة النطاق المحددة لمادة InGaN الطول الموجي للفوتونات المنبعثة، في هذه الحالة حوالي 468 نانومتر، والذي يُدرك كضوء أزرق. تقوم عدسة الإيبوكسي بتغليف الشريحة، وتوفر الحماية الميكانيكية، وتشكل الضوء المنبعث إلى نمط الإشعاع المطلوب.

13. الاتجاهات والسياق التكنولوجي

يقع LED 19-117 ضمن الاتجاه الأوسع لتقليص حجم الإلكترونيات والانتقال من تقنية الثقب المار (Through-Hole) إلى تقنية التثبيت على السطح (SMT). يتيح هذا التحول التجميع الآلي عالي الحجم، مما يقلل تكاليف التصنيع ويحسن الموثوقية من خلال إزالة خطوات اللحام اليدوي. في صناعة LED على وجه التحديد، تركز التطورات المستمرة على زيادة الفعالية الضوئية (مزيد من إخراج الضوء لكل واط من المدخلات الكهربائية)، وتحسين اتساق اللون والتشبع، وتعزيز الموثوقية تحت ظروف درجة الحرارة العالية والتيار العالي. بينما هذا LED أزرق قياسي، فإن علم المواد الأساسي وتقنيات التعبئة تستمر في التطور، مما يؤدي إلى تحسينات في الأداء في الأجيال اللاحقة من المكونات.