جدول المحتويات
- 1. نظرة عامة على المنتج
- 2. الغوص العميق في المعلمات التقنية
- 2.1 القيم القصوى المطلقة
- 2.2 الخصائص الكهروضوئية
- 3. شرح نظام التصنيف (Binning)
- 3.1 تصنيف شدة الإضاءة
- 3.2 تصنيف الطول الموجي السائد
- 3.3 تصنيف جهد الأمام
- 4. تحليل منحنيات الأداء
- 5. المعلومات الميكانيكية ومواصفات العبوة
- 6. إرشادات اللحام والتجميع
- 6.1 التخزين والتعامل
- 6.2 عملية اللحام بإعادة الانصهار (Reflow)
- 6.3 اللحام اليدوي والإصلاح
- 7. معلومات التغليف والطلب
- 8. ملاحظات التطبيق واعتبارات التصميم
- 8.1 التطبيقات النموذجية
- 8.2 اعتبارات تصميم حرجة
- 8.3 قيود التطبيق
- 9. المقارنة التقنية والتحديد
- 10. الأسئلة الشائعة (FAQ)
- 10.1 كيف أختار المقاوم المحدد للتيار الصحيح؟
- 10.2 هل يمكنني تشغيل هذا الـ LED بدون مقاوم باستخدام مصدر جهد ثابت؟
- 10.3 لماذا يوجد حد زمني 7 أيام بعد فتح الكيس المضاد للرطوبة؟
- 10.4 ماذا تعني رموز التصنيف (مثل S2/A11/6) لتصميمي؟
- 11. مثال تصميمي عملي
- 12. مبدأ التشغيل
- 13. اتجاهات التكنولوجيا
1. نظرة عامة على المنتج
الـ 25-21/BHC-AR1S2E/2A هو ديود باعث للضوء (LED) من نوع التركيب السطحي (SMD) يستخدم شريحة شبه موصلة من إنيديوم جاليوم نيتريد (InGaN) لإنتاج الضوء الأزرق. ينتمي هذا المكون إلى فئة مصابيح LED المصممة لتجميع لوحات الدوائر بكثافة عالية، مما يوفر مزايا كبيرة في التصغير وعمليات الإنتاج الآلي.
الميزة الأساسية لهذا الـ LED هي بصمته الصغيرة. بأبعاد تبلغ حوالي 2.5 مم × 2.1 مم، فإنه يتيح تصميمات لوحات دوائر مطبوعة (PCB) أصغر، وكثافة تجميع أعلى للمكونات، ويساهم في النهاية في تطوير معدات نهائية للمستخدم أصغر حجمًا. كما أن بنيته الخفيفة الوزن تجعله مثاليًا للتطبيقات التي تكون فيها المساحة والوزن قيودًا حرجة.
هذا النوع هو LED أحادي اللون (أزرق). تم تصنيع الجهاز من مواد خالية من الرصاص (Pb-free) وهو متوافق مع اللوائح البيئية الرئيسية بما في ذلك توجيه الاتحاد الأوروبي لتقييد المواد الخطرة (RoHS) ولوائح REACH. كما تم تصنيفه على أنه خالٍ من الهالوجين، مع الحفاظ على محتوى البروم (Br) والكلور (Cl) أقل من الحدود المحددة (Br<900 جزء في المليون، Cl<900 جزء في المليون، Br+Cl<1500 جزء في المليون). يتم توريد المنتج بتنسيق متوافق مع التصنيع الحديث، معبأ على شريط بعرض 8 مم ملفوف على بكرة قطرها 7 بوصات، مناسب للاستخدام مع معدات التركيب الآلي (Pick-and-Place).
2. الغوص العميق في المعلمات التقنية
يقدم هذا القسم تحليلاً مفصلاً وموضوعيًا للمعلمات الكهربائية والبصرية والحرارية الرئيسية المحددة في ورقة البيانات. فهم هذه الحدود والقيم النموذجية أمر بالغ الأهمية لتصميم دائرة موثوقة.
2.1 القيم القصوى المطلقة
تحدد القيم القصوى المطلقة حدود الإجهاد التي إذا تم تجاوزها قد يحدث تلف دائم للجهاز. هذه ليست ظروف التشغيل العادية.
- الجهد العكسي (VR): 5 فولتتطبيق جهد انحياز عكسي يتجاوز 5 فولت يمكن أن يسبب انهيار الوصلة.
- تيار الأمام المستمر (IF): 20 مللي أمبيرهذا هو أقصى تيار مستمر موصى به للتشغيل المستمر لضمان الموثوقية طويلة المدى والحفاظ على الأداء البصري المحدد.
- تيار الأمام الذروي (IFP): 100 مللي أمبيريسمح هذا التصنيف بالتشغيل النبضي (دورة عمل 1/10 عند 1 كيلوهرتز). وهو مفيد للتطبيقات التي تتطلب ومضات قصيرة من سطوع أعلى ولكن لا يجب تجاوزه حتى للحظة.
- تبديد الطاقة (Pd): 75 ميغاواطهذه هي أقصى كمية من الطاقة يمكن للعبوة تبديدها كحرارة (محسوبة كـ جهد الأمام × تيار الأمام) عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية. يتجاوز هذا الحد خطر ارتفاع درجة الحرارة.
- درجة حرارة التشغيل والتخزين:يمكن للجهاز العمل في درجات حرارة محيطة تتراوح من -40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية ويمكن تخزينه في درجات حرارة تتراوح من -40 درجة مئوية إلى +90 درجة مئوية.
- التفريغ الكهروستاتيكي (ESD):تصنيف نموذج الجسم البشري (HBM) هو 150 فولت. يشير هذا إلى حساسية معتدلة للـ ESD، مما يستلزم احتياطات قياسية للـ ESD أثناء التعامل.
- درجة حرارة اللحام:يمكن للعبوة تحمل لحام إعادة الانصهار بدرجة حرارة ذروية تبلغ 260 درجة مئوية لمدة تصل إلى 10 ثوانٍ، أو اللحام اليدوي عند 350 درجة مئوية لمدة تصل إلى 3 ثوانٍ لكل طرف.
2.2 الخصائص الكهروضوئية
يتم قياس هذه المعلمات تحت ظروف الاختبار القياسية (Ta=25°C، IF=20mA) وتحدد أداء الجهاز.
- شدة الإضاءة (Iv):تتراوح من حد أدنى 112 ميللي كانديلا (mcd) إلى حد أقصى 285 mcd. يتم إدارة النطاق الواسع من خلال نظام تصنيف (موضح لاحقًا). لم يتم تحديد القيمة النموذجية، فهي تقع في مكان ما ضمن نطاق التصنيف هذا.
- زاوية الرؤية (2θ1/2):الزاوية الكاملة التي تنخفض عندها شدة الإضاءة إلى نصف قيمتها القصوى هي عادة 60 درجة. هذا يحدد انتشار الحزمة الضوئية للـ LED.
- الطول الموجي الذروي (λp):الطول الموجي الذي يكون عنده ناتج الطاقة الضوئية في أقصى حد هو عادة 468 نانومتر (nm)، مما يضعه في المنطقة الزرقاء من الطيف المرئي.
- الطول الموجي السائد (λd):هذا هو الطول الموجي الوحيد الذي تدركه العين البشرية، ويتراوح من 464.5 نانومتر إلى 476.5 نانومتر. وهو أيضًا خاضع لنظام التصنيف.
- عرض النطاق الطيفي (Δλ):عادة 25 نانومتر، يشير هذا إلى انتشار الأطوال الموجية المنبعثة حول الطول الموجي الذروي.
- جهد الأمام (VF):يتراوح من 2.75 فولت إلى 3.65 فولت عند تشغيله بتيار 20 مللي أمبير. يتم إدارة هذا التباين من خلال نظام تصنيف الجهد. يجب استخدام مقاوم محدد للتيار على التوالي مع الـ LED للتحكم في التيار بناءً على الـ VF الفعلي للوحدة المحددة وجهد الإمداد.
- التيار العكسي (IR):أقصى حد 50 ميكرو أمبير (μA) عند تطبيق انحياز عكسي 5 فولت.
3. شرح نظام التصنيف (Binning)
لضمان الاتساق في الإنتاج الضخم، يتم فرز (تصنيف) مصابيح LED بناءً على معايير الأداء الرئيسية. هذا يسمح للمصممين باختيار أجزاء تلبي متطلبات محددة للسطوع واللون والجهد.
3.1 تصنيف شدة الإضاءة
يتم تصنيف مصابيح LED إلى أربع فئات (R1، R2، S1، S2) بناءً على شدة إضاءتها المقاسة عند 20 مللي أمبير.
- الفئة R1:112 mcd إلى 140 mcd
- الفئة R2:140 mcd إلى 180 mcd
- الفئة S1:180 mcd إلى 225 mcd
- الفئة S2:225 mcd إلى 285 mcd
ينطبق تسامح ±11% على شدة الإضاءة داخل كل رمز تصنيف.
3.2 تصنيف الطول الموجي السائد
يتم فرز مصابيح LED إلى أربع فئات (A9، A10، A11، A12) للتحكم في درجة اللون الأزرق.
- الفئة A9:464.5 نانومتر إلى 467.5 نانومتر
- الفئة A10:467.5 نانومتر إلى 470.5 نانومتر
- الفئة A11:470.5 نانومتر إلى 473.5 نانومتر
- الفئة A12:473.5 نانومتر إلى 476.5 نانومتر
ينطبق تسامح ±1 نانومتر على الطول الموجي السائد داخل كل رمز تصنيف.
3.3 تصنيف جهد الأمام
يتم تجميع مصابيح LED في ثلاث فئات جهد (5، 6، 7) للمساعدة في تصميم دائرة تنظيم التيار.
- الفئة 5:2.75 فولت إلى 3.05 فولت
- الفئة 6:3.05 فولت إلى 3.35 فولت
- الفئة 7:3.35 فولت إلى 3.65 فولت
ينطبق تسامح ±0.1 فولت على جهد الأمام داخل كل رمز تصنيف.
4. تحليل منحنيات الأداء
بينما تشير ورقة البيانات إلى منحنيات الخصائص الكهروضوئية النموذجية، فإن النص المقدم لا يتضمن الرسوم البيانية المحددة. بناءً على سلوك الـ LED القياسي، فإن هذه المنحنيات توضح عادةً العلاقات التالية، والتي تعتبر حرجة للتصميم:
- منحنى I-V (التيار-الجهد):يوضح العلاقة الأسية بين جهد الأمام والتيار. جهد الركبة في المنحنى يرتبط بمواصفات VF. هذا الرسم البياني ضروري لاختيار قيمة المقاوم المحدد للتيار المناسبة.
- شدة الإضاءة مقابل تيار الأمام:يوضح كيف يزداد ناتج الضوء مع تيار التشغيل، عادة في علاقة شبه خطية حتى نقطة معينة، وبعدها تنخفض الكفاءة.
- شدة الإضاءة مقابل درجة الحرارة المحيطة:يوضح انخفاض ناتج الضوء مع ارتفاع درجة حرارة الوصلة. هذا أمر بالغ الأهمية للتطبيقات التي تعمل في بيئات عالية الحرارة.
- التوزيع الطيفي:رسم بياني للشدة النسبية مقابل الطول الموجي، يظهر الذروة عند ~468 نانومتر وعرض النطاق 25 نانومتر، مؤكدًا نقاء اللون الأزرق.
5. المعلومات الميكانيكية ومواصفات العبوة
يتم إيواء الـ LED في عبوة بلاستيكية للتركيب السطحي. تتضمن ورقة البيانات رسمًا مفصلاً بالأبعاد. تشمل الميزات الميكانيكية الرئيسية:
- مخطط العبوة:الأبعاد الرئيسية للجسم هي حوالي 2.5 مم طولاً و 2.1 مم عرضاً. يحدد الرسم جميع الأبعاد الحرجة بما في ذلك حجم الأطراف (الطرفية)، والتباعد، وارتفاع العبوة مع تسامح قياسي ±0.1 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك.
- تحديد القطبية:يتم تمييز الطرف الكاثودي عادة، غالبًا بشق، أو نقطة، أو علامة خضراء على العبوة نفسها، كما هو موضح في الرسم. القطبية الصحيحة ضرورية للتشغيل.
- تصميم الوسادة (البصمة):نمط الأرضية الموصى به للـ PCB (حجم وشكل الوسادة) مشتق من أبعاد العبوة لضمان لحام موثوق واستقرار ميكانيكي.
6. إرشادات اللحام والتجميع
الالتزام بهذه الإرشادات أمر بالغ الأهمية لمنع التلف أثناء عملية التجميع.
6.1 التخزين والتعامل
- يتم تعبئة مصابيح LED في كيس مقاوم للرطوبة مع مجفف.
- لا تفتحالكيس المضاد للرطوبة حتى تكون المكونات جاهزة للاستخدام.
- بعد الفتح، يجب تخزين مصابيح LED غير المستخدمة عند ≤30 درجة مئوية و ≤60% رطوبة نسبية.
- مدة الصلاحيةبعد فتح الكيس هي 168 ساعة (7 أيام). إذا لم يتم استخدامها خلال هذا الوقت، يجب إعادة تجفيفها وإعادة تعبئتها.شرط التجفيف:
- إذا لزم الأمر، جفف عند 60 ±5 درجة مئوية لمدة 24 ساعة.راقب دائمًا احتياطات التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) أثناء التعامل.
- 6.2 عملية اللحام بإعادة الانصهار (Reflow)
يتم توفير منحنى درجة حرارة مفصل لللحام بإعادة الانصهار الخالي من الرصاص (Pb-free):
التسخين المسبق:
- ارتفاع من 150 درجة مئوية إلى 200 درجة مئوية على مدى 60-120 ثانية.النقع/إعادة الانصهار:
- يجب أن يكون الوقت فوق 217 درجة مئوية (درجة حرارة السيولة) 60-150 ثانية. يجب ألا تتجاوز درجة الحرارة القصوى 260 درجة مئوية، ويجب أن يقتصر الوقت عند أو فوق 255 درجة مئوية على أقصى حد 30 ثانية.معدل التبريد:
- أقصى معدل تبريد هو 6 درجات مئوية في الثانية.مهم:
- يجب ألا يتم إجراء لحام إعادة الانصهار أكثر منمرتين. تجنب الإجهاد الميكانيكي على الـ LED أثناء التسخين ولا تشوه الـ PCB بعد اللحام.6.3 اللحام اليدوي والإصلاح
إذا كان اللحام اليدوي ضروريًا، استخدم مكواة لحام بدرجة حرارة طرف ≤350 درجة مئوية لمدة ≤3 ثوانٍ لكل طرف.
- يجب أن تكون قوة المكواة ≤25 واط. اسمح بفترة تبريد لا تقل عن ثانيتين بين لحام كل طرف.
- يتم تثبيط الإصلاح/إعادة العمل بشدة
- بعد لحام الـ LED. إذا كان لا مفر منه، يجب استخدام مكواة لحام برأس مزدوج متخصصة لتسخين كلا الطرفين في وقت واحد ورفع المكون دون إجهاد وصلات اللحام. يجب التحقق من تأثير ذلك على خصائص الـ LED مسبقًا.7. معلومات التغليف والطلب
يتم توريد المنتج للتجميع الآلي.
الشريط الحامل:
- يتم تحميل المكونات في شريط حامل بارز بعرض 8 مم.البكرة:
- يتم لف الشريط على بكرة قياسية قطرها 7 بوصات (178 مم).الكمية:
- تحتوي كل بكرة على 2000 قطعة من الـ LED.كيس حاجز الرطوبة:
- يتم إغلاق البكرة داخل كيس ألومنيوم مضاد للرطوبة مع مجفف وبطاقة مؤشر رطوبة.معلومات الملصق:
- يحتوي ملصق البكرة على رموز لرقم المنتج (P/N)، والكمية (QTY)، ورموز التصنيف المحددة لشدة الإضاءة (CAT)، والطول الموجي السائد (HUE)، وجهد الأمام (REF)، جنبًا إلى جنب مع رقم الدفعة (LOT No).8. ملاحظات التطبيق واعتبارات التصميم
8.1 التطبيقات النموذجية
بناءً على مواصفاته، فإن هذا الـ LED SMD الأزرق مناسب لمجموعة متنوعة من وظائف المؤشرات والإضاءة الخلفية منخفضة الطاقة، بما في ذلك:
معدات الاتصالات:
- مؤشرات الحالة، إضاءة خلفية للمفاتيح أو الشاشات في الهواتف وآلات الفاكس.الإلكترونيات الاستهلاكية:
- إضاءة المفاتيح والرموز، إضاءة خلفية مسطحة للشاشات البلورية السائلة (LCD) الصغيرة.التنبيه العام:
- أي تطبيق يتطلب ضوء حالة أزرق مضغوط وموثوق.8.2 اعتبارات تصميم حرجة
تحديد التيار إلزامي:
- الـ LED هو جهاز يعمل بالتيار.يجب عليك استخدام مقاوم على التوالي(أو محرك تيار ثابت) للحد من تيار الأمام إلى 20 مللي أمبير أو أقل. يتم حساب قيمة المقاومة كـ R = (جهد_الإمداد - VF_LED) / I_المطلوب. استخدام أقصى VF (3.65 فولت) في هذا الحساب يضمن ألا يتجاوز التيار الحد أبدًا حتى مع وحدة ذات جهد إمداد منخفض.إدارة الحرارة:
- بينما الطاقة منخفضة (75 ميغاواط كحد أقصى)، فإن ضمان مساحة نحاسية كافية في الـ PCB أو فتحات حرارية حول وسائد الـ LED يمكن أن يساعد في تبديد الحرارة، خاصة في ظروف درجة الحرارة المحيطة العالية، مما يحافظ على ناتج الضوء والعمر الافتراضي.التصميم البصري:
- توفر زاوية الرؤية 60 درجة حزمة ضوئية واسعة إلى حد ما. للحصول على ضوء أكثر تركيزًا، قد تكون هناك حاجة إلى عدسات خارجية أو عواكس.8.3 قيود التطبيق
تنص ورقة البيانات صراحةً على أن هذا المنتج لم يتم تصميمه أو تأهيله للتطبيقات عالية الموثوقية حيث يمكن أن يؤدي الفشل إلى عواقب خطيرة. وهذا يشمل:
أنظمة الجيش والفضاء
- أنظمة السلامة والأمن في السيارات (مثل الوسائد الهوائية، الفرامل)
- معدات دعم الحياة الطبية أو معدات التشخيص الحرجة
- لمثل هذه التطبيقات، هناك حاجة إلى مكونات بمواصفات وتأهيلات وضمانات موثوقية مختلفة.
9. المقارنة التقنية والتحديد
تقع عبوة 25-21 بين الرقائق الأصغر مثل 0402/0603 ومصابيح LED عالية الطاقة الأكبر. ميزاتها الرئيسية هي:
مقارنة بالعبوات الأصغر (مثل 0402):
- تقدم ناتج ضوء أعلى وعمومًا أسهل في التعامل واللحام يدويًا إذا لزم الأمر، مع بقائها مضغوطة للغاية.مقارنة بمصابيح LED ذات الأطراف:
- يتيح التجميع الآلي بالكامل، ويقلل من مساحة اللوحة، ويلغي الحاجة إلى ثني الأطراف وحفر الثقوب.مقارنة بمصابيح LED عالية الطاقة:
- مصممة لمستويات تيار المؤشر (20 مللي أمبير) وقدرة (75 ميغاواط)، وليس للإضاءة. تتطلب دائرة تشغيل بسيطة (مقاوم) مقارنة بمحركات التيار الثابت المعقدة المطلوبة لمصابيح LED عالية الطاقة.10. الأسئلة الشائعة (FAQ)
10.1 كيف أختار المقاوم المحدد للتيار الصحيح؟
استخدم الصيغة: R = (جهد_الإمداد - VF) / I_المطلوب. لجهد إمداد 5 فولت وتيار مطلوب 20 مللي أمبير، وبافتراض أسوأ حالة (أعلى) VF وهي 3.65 فولت: R = (5V - 3.65V) / 0.020A = 67.5 أوم. استخدم القيمة القياسية الأعلى التالية (مثل 68 أوم أو 75 أوم). هذا يضمن بقاء التيار أقل من 20 مللي أمبير لجميع الوحدات. احسب دائمًا تبديد الطاقة في المقاوم: P_resistor = I^2 * R.
10.2 هل يمكنني تشغيل هذا الـ LED بدون مقاوم باستخدام مصدر جهد ثابت؟
جهد الأمام للـ LED له معامل درجة حرارة سالب ويختلف من وحدة إلى أخرى. توصيله مباشرة بمصدر جهد حتى لو كان أعلى قليلاً من VF الخاص به سيؤدي إلى ارتفاع التيار بشكل لا يمكن السيطرة عليه، مما قد يتجاوز التصنيف الأقصى المطلق ويدمر الـ LED على الفور تقريبًا.
No.10.3 لماذا يوجد حد زمني 7 أيام بعد فتح الكيس المضاد للرطوبة؟
يمكن للعبوات البلاستيكية SMD امتصاص الرطوبة من الهواء. أثناء عملية لحام إعادة الانصهار عالية الحرارة، يمكن أن تتمدد هذه الرطوبة المحتبسة بسرعة، مما يسبب انفصالًا داخليًا أو "انفجارًا" (popcorning) يتسبب في تشقق العبوة أو تلف الرقاقة. تم تصميم مدة الصلاحية 7 أيام وإجراءات التجفيف لإزالة هذه الرطوبة الممتصة قبل اللحام.
10.4 ماذا تعني رموز التصنيف (مثل S2/A11/6) لتصميمي؟
تحدد مجموعة الأداء لمصابيح LED المحددة لديك. إذا كان تصميمك يتطلب سطوعًا أدنى، يجب عليك تحديد تصنيف مثل S1 أو S2. إذا كان اتساق اللون عبر مصابيح LED متعددة أمرًا بالغ الأهمية، يجب عليك تحديد تصنيف طول موجي ضيق (مثل A10 فقط). يمكن أن يساعد تحديد تصنيف جهد (مثل 5) في جعل التيار (وبالتالي السطوع) أكثر اتساقًا عبر الوحدات عند استخدام محرك مقاوم بسيط.
11. مثال تصميمي عملي
السيناريو:
صمم مؤشر طاقة أزرق بسيط لجهاز يعمل على خط جهد 3.3 فولت. نريد حوالي 15 مللي أمبير من التيار لسطوع كافٍ مع كوننا محافظين.تحديد أسوأ حالة VF:
- من ورقة البيانات، أقصى VF (الفئة 7) هو 3.65 فولت.حساب الحد الأدنى لقيمة المقاوم:
- R_min = (جهد_الإمداد - VF_الأقصى) / I_المطلوب = (3.3V - 3.65V) / 0.015A = -23.3 أوم. هذه قيمة سالبة، مما يعني أنه مع جهد إمداد 3.3 فولت ووحدة ذات VF=3.65V، لن يتدفق أي تيار. هذا مقبول؛ ببساطة لن يضيء الـ LED لتلك الوحدة المحددة ذات VF العالي عند جهد الإمداد المنخفض هذا.الحساب لـ VF النموذجي/المنخفض:
- لنستخدم VF نموذجي 3.2 فولت. R = (3.3V - 3.2V) / 0.015A ≈ 6.7 أوم. باستخدام مقاوم قياسي 10 أوم: I_الفعلي = (3.3V - 3.2V) / 10 = 10mA (آمن). لوحدة ذات VF منخفض 2.8 فولت: I = (3.3V - 2.8V) / 10 = 50mA. هذا يتجاوز التصنيف المستمر 20mA!الخلاصة:
- جهد الإمداد 3.3 فولت قريب جدًا من نطاق جهد الأمام للـ LED للتشغيل الموثوق والآمن بمقاوم على التوالي فقط. سيتغير التيار بشكل كبير (من 0mA إلى أكثر من 50mA) اعتمادًا على VF الخاص بكل LED فردي. الحل الأفضل هو استخدام جهد إمداد أعلى (مثل 5 فولت) أو دائرة محرك تيار ثابت مخصصة منخفضة الهبوط مصممة للعمل بجهد منخفض.12. مبدأ التشغيل
يعمل هذا الـ LED على مبدأ الإضاءة الكهربائية في وصلة أشباه الموصلات p-n. تستخدم المنطقة النشطة مركب أشباه الموصلات إنيديوم جاليوم نيتريد (InGaN). عندما يتم تطبيق جهد انحياز أمامي يتجاوز الجهد المدمج للوصلة، يتم حقق الإلكترونات من المنطقة من النوع n والثقوب من المنطقة من النوع p في المنطقة النشطة. هناك، يعيدون الاتحاد، ويطلقون الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد التركيب المحدد لسبيكة InGaN طاقة فجوة النطاق، والتي تتوافق مباشرة مع الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث - في هذه الحالة، الأزرق (~468 نانومتر). يقوم غطاء راتنج الإيبوكسي بحماية الرقاقة شبه الموصلة، ويعمل كعدسة لتشكيل ناتج الضوء، ويتم تصنيعه ليكون شفافًا تمامًا لتعظيم نقل الضوء.
13. اتجاهات التكنولوجيا
تمثل مصابيح LED SMD في عبوات مثل 25-21 تقنية ناضجة ومعتمدة على نطاق واسع. تركز الاتجاهات الحالية في هذا القطاع على عدة مجالات رئيسية:
زيادة الكفاءة:
- تهدف تحسينات علوم المواد والنمو الطبقي المستمرة إلى إنتاج المزيد من الضوء (فعالية إضاءة أعلى) لكل وحدة من طاقة الإدخال الكهربائية (مللي أمبير)، مما يسمح باستهلاك طاقة أقل أو سطوع أعلى عند نفس التيار.تحسين اتساق اللون:
- تؤدي التطورات في التحكم في التصنيع وخوارزميات التصنيف إلى توزيعات أضيق في الطول الموجي السائد وشدة الإضاءة، مما يقلل الحاجة إلى تصنيف واسع النطاق ويوفر مظهرًا أكثر اتساقًا في تطبيقات الـ LED المتعددة.تعزيز الموثوقية:
- يستمر البحث في مواد عبوات أكثر متانة، وطرق توصيل رقائق أفضل، وفسفور محسن (لمصابيح LED البيضاء) في إطالة العمر التشغيلي والاستقرار تحت ضغوط بيئية مختلفة.استمرار التصغير:
- بينما يعتبر 25-21 صغيرًا، فإن السعي نحو عوامل شكل أصغر (مثل عبوات على مستوى الرقاقة) مستمر للأجهزة فائقة الصغر، على الرغم من وجود مقايضات غالبًا في سهولة التعامل والأداء الحراري.التكامل:
- يتضمن اتجاه أوسع دمج الإلكترونيات التحكمية (مثل محركات التيار الثابت أو دوائر تعديل عرض النبضة) مباشرة مع رقاقة الـ LED في عبوة واحدة، مما يبسط تصميم الدائرة النهائية للمستخدم.A broader trend involves integrating control electronics (like constant current drivers or pulse-width modulation circuits) directly with the LED die into a single package, simplifying end-user circuit design.
مصطلحات مواصفات LED
شرح كامل للمصطلحات التقنية للـ LED
الأداء الكهروضوئي
| المصطلح | الوحدة/التمثيل | شرح مبسط | لماذا هو مهم |
|---|---|---|---|
| الكفاءة الضوئية | لومن/وات | الإخراج الضوئي لكل واط من الكهرباء، أعلى يعني أكثر كفاءة في استخدام الطاقة. | يحدد مباشرة درجة كفاءة الطاقة وتكلفة الكهرباء. |
| التدفق الضوئي | لومن | إجمالي الضوء المنبعث من المصدر، يسمى عادةً "السطوع". | يحدد ما إذا كان الضوء ساطعًا بما يكفي. |
| زاوية الرؤية | درجة، مثل 120 درجة | الزاوية التي ينخفض فيها شدة الضوء إلى النصف، يحدد عرض الحزمة. | يؤثر على نطاق الإضاءة والتوحيد. |
| درجة حرارة اللون | كلفن، مثل 2700K/6500K | دفء/برودة الضوء، القيم المنخفضة صفراء/دافئة، العالية بيضاء/باردة. | يحدد أجواء الإضاءة والسيناريوهات المناسبة. |
| مؤشر تجسيد اللون | بدون وحدة، 0-100 | القدرة على تقديم ألوان الكائن بدقة، Ra≥80 جيد. | يؤثر على أصالة اللون، يُستخدم في أماكن الطلب العالي مثل المراكز التجارية والمتاحف. |
| تفاوت اللون | خطوات بيضاوي ماك آدم، مثل "5 خطوات" | مقياس اتساق اللون، خطوات أصغر تعني لون أكثر اتساقًا. | يضمن لونًا موحدًا عبر نفس دفعة مصابيح LED. |
| الطول الموجي المهيمن | نانومتر، مثل 620 نانومتر (أحمر) | الطول الموجي المقابل للون مصابيح LED الملونة. | يحدد تدرج اللون الأحمر، الأصفر، الأخضر مصابيح LED أحادية اللون. |
| توزيع الطيفي | منحنى الطول الموجي مقابل الشدة | يُظهر توزيع الشدة عبر الأطوال الموجية. | يؤثر على تجسيد اللون وجودة اللون. |
المعايير الكهربائية
| المصطلح | الرمز | شرح مبسط | اعتبارات التصميم |
|---|---|---|---|
| الجهد الأمامي | Vf | الحد الأدنى للجهد لتشغيل LED، مثل "عتبة البدء". | يجب أن يكون جهد مصدر التشغيل ≥ Vf، تضاف الفولتية لمصابيح LED المتسلسلة. |
| التيار الأمامي | If | قيمة التيار للعمل العادي لمصباح LED. | عادةً استخدام تشغيل تيار ثابت، التيار يحدد السطوع وعمر التشغيل. |
| التيار النبضي الأقصى | Ifp | تيار الذروة الذي يمكن تحمله لفترات قصيرة، يُستخدم للتعتير أو الوميض. | يجب التحكم بدقة في عرض النبضة ودورة العمل لتجنب التلف. |
| الجهد العكسي | Vr | أقصى جهد عكسي يمكن أن يتحمله LED، التجاوز قد يسبب انهيارًا. | يجب على الدائرة منع الاتصال العكسي أو ارتفاع الجهد. |
| المقاومة الحرارية | Rth (°C/W) | مقاومة نقل الحرارة من الشريحة إلى نقطة اللحام، الأقل أفضل. | المقاومة الحرارية العالية تتطلب تبديد حرارة أقوى. |
| مناعة التفريغ الكهروستاتيكي | V (HBM)، مثل 1000V | القدرة على تحمل التفريغ الكهروستاتيكي، أعلى يعني أقل عرضة للتلف الكهروستاتيكي. | يجب اتخاذ إجراءات مضادة للكهرباء الساكنة في الإنتاج، خاصةً لمصابيح LED الحساسة. |
إدارة الحرارة والموثوقية
| المصطلح | المقياس الرئيسي | شرح مبسط | التأثير |
|---|---|---|---|
| درجة حرارة الوصلة | Tj (°C) | درجة حرارة التشغيل الفعلية داخل شريحة LED. | كل انخفاض 10°C قد يضاعف عمر التشغيل؛ عالي جدًا يسبب تدهور الضوء، انزياح اللون. |
| تدهور التدفق الضوئي | L70 / L80 (ساعة) | الوقت اللازم لانخفاض السطوع إلى 70% أو 80% من القيمة الأولية. | يحدد مباشرة "عمر الخدمة" لمصباح LED. |
| الحفاظ على التدفق الضوئي | %، مثل 70% | النسبة المئوية للسطوع المتبقي بعد الوقت. | يشير إلى قدرة الحفاظ على السطوع على المدى الطويل. |
| انزياح اللون | Δu′v′ أو بيضاوي ماك آدم | درجة تغير اللون أثناء الاستخدام. | يؤثر على اتساق اللون في مشاهد الإضاءة. |
| الشيخوخة الحرارية | تدهور المادة | التدهور بسبب درجة الحرارة العالية على المدى الطويل. | قد يسبب انخفاض السطوع، تغير اللون، أو فشل الدائرة المفتوحة. |
التعبئة والمواد
| المصطلح | الأنواع الشائعة | شرح مبسط | الميزات والتطبيقات |
|---|---|---|---|
| نوع التغليف | EMC، PPA، السيراميك | مادة الغلاف التي تحمي الشريحة، توفر واجهة بصرية/حرارية. | EMC: مقاومة حرارة جيدة، تكلفة منخفضة؛ السيراميك: تبديد حرارة أفضل، عمر أطول. |
| هيكل الشريحة | أمامي، شريحة معكوسة | ترتيب أقطاب الشريحة. | الشريحة المعكوسة: تبديد حرارة أفضل، كفاءة ضوئية أعلى، للطاقة العالية. |
| طلاء الفسفور | YAG، السيليكات، النتريدات | يغطي الشريحة الزرقاء، يحول بعضها إلى أصفر/أحمر، يخلط إلى أبيض. | الفسفورات المختلفة تؤثر على الكفاءة الضوئية، درجة حرارة اللون، ومؤشر تجسيد اللون. |
| العدسة/البصريات | مسطحة، العدسات الدقيقة، الانعكاس الداخلي الكلي | الهيكل البصري على السطح يتحكم في توزيع الضوء. | يحدد زاوية الرؤية ومنحنى توزيع الضوء. |
مراقبة الجودة والتصنيف
| المصطلح | محتوى الفرز | شرح مبسط | الغرض |
|---|---|---|---|
| فرز التدفق الضوئي | الرمز مثل 2G، 2H | مجمعة حسب السطوع، كل مجموعة لها قيم لومن دنيا/قصوى. | يضمن سطوعًا موحدًا في نفس الدفعة. |
| فرز الجهد | الرمز مثل 6W، 6X | مجمعة حسب نطاق الجهد الأمامي. | يسهل مطابقة مصدر التشغيل، يحسن كفاءة النظام. |
| فرز اللون | 5 خطوات بيضاوي ماك آدم | مجمعة حسب إحداثيات اللون، تضمن نطاق ضيق. | يضمن اتساق اللون، يتجنب لون غير متساوٍ داخل التركيبة. |
| فرز درجة حرارة اللون | 2700K، 3000K إلخ. | مجمعة حسب درجة حرارة اللون، لكل منها نطاق إحداثي مقابل. | يلبي متطلبات درجة حرارة اللون لمشاهد مختلفة. |
الاختبار والشهادات
| المصطلح | المعيار/الاختبار | شرح مبسط | الأهمية |
|---|---|---|---|
| LM-80 | اختبار الحفاظ على التدفق الضوئي | إضاءة طويلة الأمد في درجة حرارة ثابتة، تسجيل بيانات تدهور السطوع. | يُستخدم لتقدير عمر مصباح LED (مع TM-21). |
| TM-21 | معيار تقدير العمر | يقدر العمر تحت الظروف الفعلية بناءً على بيانات LM-80. | يوفر تنبؤ علمي للعمر. |
| IESNA | جمعية هندسة الإضاءة | يغطي طرق الاختبار البصرية، الكهربائية، الحرارية. | أساس اختبار معترف به في الصناعة. |
| RoHS / REACH | شهادة بيئية | يضمن عدم وجود مواد ضارة (الرصاص، الزئبق). | شرط الوصول إلى السوق دوليًا. |
| ENERGY STAR / DLC | شهادة كفاءة الطاقة | شهادة كفاءة الطاقة والأداء لمنتجات الإضاءة. | يُستخدم في المشتريات الحكومية، برامج الدعم، يعزز القدرة التنافسية. |