مواصفات LED SMD 42-21/BHC-AUW/1T - أزرق - 2.1x2.1x1.2مم - 3.3 فولت - 20 مللي أمبير - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد 42-21/BHC-AUW/1T ثنائي باعث للضوء (LED) مضغوطًا للتركيب السطحي، مُصممًا للتطبيقات الإلكترونية الحديثة التي تتطلب حلول إضاءة خلفية أو مؤشرات موثوقة ومنخفضة الطاقة. يستخدم هذا الـ LED الأزرق تقنية شريحة إنغان (InGaN)، مُغلفًا براتنج صافٍ كالماء، لتقديم أداء ثابت في مساحة متناهية الصغر. تشمل مزاياه الرئيسية توفير مساحة كبيرة على لوحات الدوائر المطبوعة (PCB)، وكثافة تعبئة عالية، وملاءمة لعمليات التجميع الآلي، مما يجعله مثاليًا للتصنيع بكميات كبيرة.

المكون متوافق بالكامل مع معايير RoHS وEU REACH والخالي من الهالوجين، مما يضمن المسؤولية البيئية وقبولًا واسعًا في السوق. يتيح تصميمه خفيف الوزن وصغر حجمه تصميم معدات أصغر حجمًا وأكثر قابلية للنقل.

2. الغوص العميق في المواصفات الفنية

2.1 القيم القصوى المطلقة

يتم تحديد الحدود التشغيلية للجهاز لضمان الموثوقية على المدى الطويل. قد يؤدي تجاوز هذه القيم إلى تلف دائم.

• الجهد العكسي (V_R):5 فولت. يُوصى بدائرة حماية إذا كان من الممكن حدوث ظروف جهد عكسي.
• التيار الأمامي المستمر (I_F):25 مللي أمبير. حالة التشغيل النموذجية هي 20 مللي أمبير.
• التيار الأمامي الذروي (I_FP):100 مللي أمبير (دورة عمل 1/10 @1 كيلوهرتز). مناسب للتشغيل النبضي وليس للتيار المستمر.
• تبديد الطاقة (P_d):95 ملي واط. يأخذ هذا الحد في الاعتبار القيود الكهربائية والحرارية معًا.
• درجة حرارة التشغيل والتخزين:-40°م إلى +85°م / -40°م إلى +90°م. يدعم هذا النطاق الواسع التطبيقات الصناعية.
• التفريغ الكهروستاتيكي (ESD):150 فولت (HBM). الاحتياطات القياسية للتفريغ الكهروستاتيكي أثناء التعامل ضرورية.
• درجة حرارة اللحام:الريفلو: 260°م لمدة 10 ثوانٍ؛ اليدوي: 350°م لمدة 3 ثوانٍ. الالتزام بالتعليمات أمر بالغ الأهمية لمنع التلف الحراري.

2.2 الخصائص الكهروضوئية (T_a=25°م)

تحدد هذه المعلمات أداء الـ LED تحت ظروف الاختبار القياسية (I_F=20 مللي أمبير).

• شدة الإضاءة (I_v):450 إلى 1800 ملي كانديلا (mcd). يتم إدارة النطاق الواسع من خلال نظام تصنيف.
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):30 درجة (نموذجي). يحدد هذا الانتشار الزاوي للضوء المنبعث.
• الطول الموجي الذروي (λ_p):468 نانومتر (نموذجي). الطول الموجي الذي تكون فيه القدرة الطيفية في أقصى حد.
• الطول الموجي السائد (λ_d):464.5 إلى 476.5 نانومتر. هذا هو اللون المُدرك للضوء، بتحمّل ±1 نانومتر.
• عرض النطاق الطيفي (Δλ):25 نانومتر (نموذجي). عرض الطيف المنبعث عند نصف أقصى شدة.
• الجهد الأمامي (V_F):2.7 فولت إلى 3.7 فولت، بقيمة نموذجية 3.3 فولت عند 20 مللي أمبير.
• التيار العكسي (I_R):50 ميكرو أمبير كحد أقصى عند V_R=5 فولت.

ملاحظة تصميم حرجة:للجهد الأمامي نطاق. المقاوم المحدد للتيار هوإلزامي تمامًالمنع الانحراف الحراري والاحتراق بسبب التقلبات الطفيفة في جهد التغذية. يجب حساب قيمة المقاوم بناءً على جهد التغذية الفعلي وأقصى V_Fمتوقع لضمان ألا يتجاوز I_F25 مللي أمبير.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

لضمان اتساق اللون والسطوع في الإنتاج، يتم فرز ثنائيات الـ LED إلى مجموعات (Bins). يستخدم 42-21 نظامي تصنيف مستقلين.

3.1 تصنيف شدة الإضاءة

يتم تصنيف ثنائيات الـ LED حسب قياس ناتج الضوء عند I_F=20 مللي أمبير. يتم وضع رمز المجموعة للتعريف.

• المجموعة U:450 – 715 ملي كانديلا
• المجموعة V:715 – 1120 ملي كانديلا
• المجموعة W:1120 – 1800 ملي كانديلا

التحمّل: ±11%

3.2 تصنيف الطول الموجي السائد

يتم أيضًا فرز ثنائيات الـ LED حسب درجة اللون الأزرق الدقيقة للحفاظ على تجانس اللون في المصفوفة.

• المجموعة A، Bin A9:464.5 – 467.5 نانومتر
• المجموعة A، Bin A10:467.5 – 470.5 نانومتر
• المجموعة A، Bin A11:470.5 – 473.5 نانومتر
• المجموعة A، Bin A12:473.5 – 476.5 نانومتر

التحمّل: ±1 نانومتر

تأثير على التصميم:للتطبيقات التي تتطلب مطابقة السطوع أو اللون (مثل إضاءات خلفية متعددة الـ LED، أشرطة الحالة)، فإن تحديد مجموعة واحدة أو طلب تصنيف ضيق من المورد أمر بالغ الأهمية.

4. المعلومات الميكانيكية والتعبئة

4.1 الأبعاد الفيزيائية

يحتوي الـ LED على غلاف SMD مضغوط. الأبعاد الرئيسية (تحمّل ±0.1 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك):

• حجم الغلاف: حوالي 2.1 مم × 2.1 مم.
• الارتفاع: حوالي 1.2 مم.
• يتم تحديد القطب السالب بواسطة علامة محددة على جسم الغلاف.

4.2 تحديد قطبية الأقطاب

القطبية الصحيحة ضرورية. يتم الإشارة إلى الطرف السالب بوضوح على جسم المكون. يجب أن تعكس نمط اللحام الموصى به على الـ PCB (Footprint) هذا التصميم لضمان المحاذاة الصحيحة أثناء لحام الريفلو.

4.3 مواصفات التعبئة والتغليف

يتم توريد ثنائيات الـ LED في تغليف قياسي للصناعة للتجميع الآلي:

• الشريط الحامل:عرض 8 مم، على بكرات قطر 7 بوصات.
• الكمية لكل بكرة:1000 قطعة.
• حساسية الرطوبة:مُعبأة في كيس ألومنيوم مقاوم للرطوبة مع مجفف لمنع امتصاص الرطوبة، مما قد يتسبب في تشقق "الفرقعة" أثناء الريفلو.

يحتوي ملصق البكرة على معلومات حرجة: رقم المنتج (P/N)، الكمية (QTY)، مجموعة شدة الإضاءة (CAT)، مجموعة الطول الموجي السائد (HUE)، تصنيف الجهد الأمامي (REF)، ورقم الدفعة (LOT No).

5. إرشادات اللحام والتركيب

5.1 منحنى لحام الريفلو (Reflow)

المكون متوافق مع عمليات الريفلو بالأشعة تحت الحمراء والطور البخاري. مطلوب منحنى لحام خالٍ من الرصاص:

• درجة الحرارة القصوى:260°م كحد أقصى.
• الوقت فوق نقطة السيولة:يوصى بـ 30-60 ثانية.
• التسخين المسبق:زيادة تدريجية لتفعيل المادة المساعدة وتقليل الصدمة الحرارية.

حرج:يجب ألا يتم إجراء لحام الريفلو أكثر من مرتين على نفس تجميع الـ LED.

5.2 اللحام اليدوي

إذا كان الإصلاح اليدوي لا مفر منه، فيجب توخي الحذر الشديد:

• درجة حرارة المكواة:أقل من 350°م.
• زمن التلامس:3 ثوانٍ أو أقل لكل طرف.
• قدرة المكواة:أقل من 25 واط.
• الطريقة:استخدم مكواة لحام برأسين لتسخين كلا الطرفين في وقت واحد وتجنب الإجهاد الميكانيكي على نقاط اللحام. تأكد من وظيفة الـ LED بعد أي إصلاح.

5.3 التخزين والتعامل

• قبل فتح الكيس:قم بالتخزين عند ≤30°م و ≤90% رطوبة نسبية.
• بعد فتح الكيس (مدة الصلاحية في أرضية الإنتاج):سنة واحدة عند ≤30°م و ≤60% رطوبة نسبية. يجب إعادة إغلاق الأجزاء غير المستخدمة في كيس مقاوم للرطوبة مع مجفف جديد.
• التجفيف (Baking):إذا تم فتح الكيس بعد انتهاء مدة الصلاحية أو تشبع المجفف، فقم بالتجفيف عند 60±5°م لمدة 24 ساعة قبل الريفلو لطرد الرطوبة.
• لا تقم بثني أو تشويه الـ PCB بعد اللحام، لأن ذلك قد يسبب إجهادًا على نقاط لحام الـ LED ويؤدي إلى فشل.

6. ملاحظات التطبيق واعتبارات التصميم

6.1 التطبيقات النموذجية

• إضاءة خلفية لوحة العدادات:إضاءة مؤشرات لوحة القيادة والمفاتيح.
• أجهزة الاتصالات:مؤشرات الحالة وإضاءة خلفية لوحة المفاتيح في الهواتف وآلات الفاكس.
• إضاءة خلفية شاشات LCD:إضاءة خلفية مباشرة أو حافة لشاشات LCD أحادية اللون أو ملونة صغيرة.
• مؤشرات عامة:حالة الطاقة، مؤشرات الوضع، وعناصر واجهة المستخدم الأخرى.

6.2 تصميم الدائرة الكهربائية

الجانب الأكثر أهمية في دائرة القيادة هو المقاوم المحدد للتيار المتسلسل. يمكن حساب قيمته (R_s) باستخدام قانون أوم: R_s= (V_{التغذية}- V_F) / I_F.

مثال:لتغذية 5 فولت واستخدام أقصى V_Fبقيمة 3.7 فولت لضمان تيار آمن تحت جميع الظروف عند I_F=20 مللي أمبير:
R_s= (5 فولت - 3.7 فولت) / 0.020 أمبير = 65 أوم.
سيتم اختيار القيمة القياسية الأقرب (مثل 68 أوم)، ويجب التحقق من قدرة تحمل الطاقة للمقاوم: P = I²R = (0.02)²* 68 = 0.0272 واط. المقاوم القياسي 1/10 واط (0.1 واط) أكثر من كافٍ.

6.3 إدارة الحرارة

على الرغم من أن تبديد الطاقة منخفض (95 ملي واط كحد أقصى)، فإن تخطيط الـ PCB المناسب يساعد في إطالة العمر. تأكد من وجود مساحة كافية من النحاس حول مساند الـ LED لتعمل كمشتت حراري، خاصة إذا كان التشغيل في درجات حرارة محيطة عالية أو بالقرب من أقصى تيار.

6.4 قيود التطبيق

هذا الـ LED التجاري القياسي غير مصمم أو مؤهل خصيصًا للتطبيقات عالية الموثوقية حيث قد يؤدي الفشل إلى مخاطر سلامة أو أضرار مادية كبيرة. وهذا يشمل، على سبيل المثال لا الحصر:

• أنظمة السلامة العسكرية أو الجوية أو الطيران.
• أنظمة السلامة الحرجة في السيارات (مثل أضواء الفرامل، مؤشرات الوسادة الهوائية).
• معدات دعم الحياة الطبية أو التشخيصية.

لمثل هذه التطبيقات، يجب الحصول على مكونات ذات مؤهلات سيارات أو عسكرية أو طبية مناسبة. يتم ضمان الأداء فقط ضمن المواصفات الموضحة في هذه الوثيقة.

7. المقارنة الفنية والتحديد

يمثل غلاف 42-21 توازنًا بين الحجم والأداء والقابلية للتصنيع. مقارنةً بـ LED ذات الإطار الرصاصي الأكبر (مثل الأنواع ذات الثقب 3 مم أو 5 مم)، فإنه يوفر تقليلًا كبيرًا في مساحة اللوحة والوزن، مما يتيح التصاميم المصغرة الحديثة. مقارنةً بالعبوات الأصغر على مستوى الشريحة (CSP)، فإنه يوفر تعاملًا أسهل مع معدات SMT القياسية ويوفر عدسة مصبوبة لتوزيع الضوء المتحكم فيه (زاوية رؤية 30 درجة). تيار القيادة 20 مللي أمبير والجهد الأمامي النموذجي 3.3 فولت_Fيجعله متوافقًا مباشرة مع إمدادات المنطق الشائعة 3.3 فولت و5 فولت بمقاوم بسيط.

8. الأسئلة الشائعة (FAQ)

8.1 لماذا يعتبر المقاوم المحدد للتيار إلزاميًا؟

ثنائيات الـ LED هي أجهزة تعمل بالتيار. خاصية الجهد-تيار الخاصة بها أسية. زيادة صغيرة في الجهد تتجاوز V_Fالاسمي تسبب زيادة كبيرة، وربما مدمرة، في التيار. يوفر المقاوم المتسلسل علاقة خطية وقابلة للتنبؤ بين جهد التغذية وتيار الـ LED، مما يضمن تشغيلًا مستقرًا وآمنًا.

8.2 هل يمكنني تشغيل هذا الـ LED مباشرة من دبوس GPIO في المتحكم الدقيق؟

ربما، ولكن بحذر. يمكن للعديد من دبابيس GPIO توفير أو استيعاب 10-25 مللي أمبير فقط. يجب عليك التحقق من ورقة بيانات المتحكم الدقيق الخاص بك. حتى لو كان ضمن الحدود، لا تزال بحاجة إلى مقاوم متسلسل. غالبًا ما يكون من الأكثر أمانًا استخدام GPIO للتحكم في ترانزستور (BJT أو MOSFET) والذي بدوره يقود الـ LED، مما يعزل المتحكم الدقيق عن حمل تيار الـ LED.

8.3 ماذا يعني مصطلح "راتنج صافٍ كالماء" (Water Clear)؟

يعني أن العدسة البلاستيكية المغلفة شفافة، غير منتشرة أو ملونة. هذا يسمح برؤية اللون الحقيقي لشريحة إنغان الزرقاء، مما يوفر أقصى إخراج ضوئي ممكن وزاوية رؤية ضيقة ومحددة جيدًا.

8.4 كيف أفسر رموز التصنيف (Bin Codes) على ملصق البكرة؟

يخبرك رمز "CAT" (U, V, W) بنطاق السطوع. يخبرك رمز "HUE" (مثل A10) بنطاق الطول الموجي السائد. للحصول على مظهر متسق في المنتج، اطلب ثنائيات LED من نفس مجموعة CAT و HUE. يشير رمز "REF" إلى تصنيف الجهد الأمامي، والذي يمكن أن يكون مفيدًا لتصاميم تنظيم التيار الدقيقة.

9. دراسة حالة عملية للتصميم

السيناريو:تصميم جهاز مضغوط يعمل بالطاقة عبر USB بأربعة ثنائيات LED زرقاء للحالة.

1. مصدر الطاقة:يوفر USB 5 فولت.
2. اختيار الـ LED:42-21/BHC-AUW/1T، المجموعة V للسطوع المتوسط، المجموعة A11 لتدرج اللون الأزرق المتسق.
3. حساب التيار:الهدف I_F= 18 مللي أمبير (أقل قليلاً من الحد الأقصى للهامش). استخدم أقصى V_F= 3.7 فولت لأسوأ حالة.
   R_s= (5 فولت - 3.7 فولت) / 0.018 أمبير ≈ 72.2 أوم. استخدم المقاوم القياسي 75 أوم.
4. الطاقة لكل LED: P_LED= 3.3 فولت (نموذجي) * 0.018 أمبير ≈ 59.4 ملي واط. ضمن حد 95 ملي واط بشكل جيد.
5. إجمالي التيار:4 LED * 18 مللي أمبير = 72 مللي أمبير. ضمن قدرة منفذ USB القياسي البالغة 500 مللي أمبير بشكل جيد.
6. تخطيط الـ PCB:ضع ثنائيات LED بالقطبية الصحيحة. استخدم مساحة أرضية صغيرة تحت وحول مساند الـ LED لتبديد الحرارة. تأكد من تطابق منحنى الريفلو مع 260°م القصوى الموصى بها.
7. النتيجة:نظام مؤشر موثوق وذو سطوع متسق مع الحد الأدنى من مساحة اللوحة واستهلاك الطاقة.

10. مبدأ التشغيل والتكنولوجيا

يعتمد هذا الـ LED على بنية شبه موصل غير متجانسة مصنوعة من نيتريد الغاليوم الإنديوم (InGaN). عند تطبيق جهد أمامي عبر وصلة p-n، يتم حقن الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة. يؤدي إعادة اتحادها إلى إطلاق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد التركيب المحدد لسبيكة InGaN طاقة فجوة النطاق، والتي تحدد مباشرة الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث - في هذه الحالة، الأزرق (~468 نانومتر). يحمي الراتنج الإيبوكسي الصافي كالماء شريحة أشباه الموصلات، ويعمل كعدسة لتشكيل حزمة إخراج الضوء (زاوية رؤية 30 درجة)، ويوفر الاستقرار الميكانيكي.

11. اتجاهات الصناعة

لا يزال سوق LED SMD مثل 42-21 مدفوعًا بتصغير جميع الأجهزة الإلكترونية. هناك اتجاه مستمر نحو كفاءة أعلى (المزيد من لومن لكل واط)، مما يسمح إما بإخراج أكثر سطوعًا عند نفس التيار أو نفس السطوع بطاقة أقل، مما يطيل عمر البطارية في الأجهزة المحمولة. بالإضافة إلى ذلك، يزداد الطلب على تصنيف أضيق للون والسطوع مع تطلب تطبيقات مثل شاشات الألوان الكاملة والإضاءة المحيطة اتساقًا استثنائيًا. تكنولوجيا إنغان الأساسية لـ LED الزرقاء ناضجة ولكنها تستمر في رؤية تحسينات تدريجية في الكفاءة والموثوقية. تتطور تكنولوجيا التغليف أيضًا، مع اتجاهات نحو ملامح أرق وتحسين مواد إدارة الحرارة للتعامل مع كثافات طاقة أعلى في مساحات مضغوطة.