ورقة بيانات LED SMD 48-213 الأزرق - الحجم 2.25x1.45x0.72 مم - الجهد 2.7-3.2 فولت - الطاقة 95 ميغاواط - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد 48-213 مصباح LED صغير الحجم مصمم للتثبيت السطحي (SMD) للتطبيقات الإلكترونية الحديثة التي تتطلب التصغير والموثوقية العالية. يستخدم هذا المصباح الأزرق أحادي اللون تقنية شريحة إن-غا-ن (InGaN) لإنتاج ضوء ذي طول موجي ذروة نموذجي يبلغ 468 نانومتر. تشمل مزاياه الرئيسية بصمة أصغر بكثير مقارنة بالمكونات ذات الأسلاك، مما يتيح كثافة تعبئة أعلى على لوحات الدوائر المطبوعة (PCB)، ويقلل من متطلبات التخزين، ويساهم في النهاية في تصميمات منتجات نهائية أصغر. كما أن بنيته خفيفة الوزن تجعله مثاليًا للتطبيقات المحمولة والمصغرة.

1.1 الميزات الأساسية والامتثال

• التعبئة والتغليف:يتم توريده على شريط بعرض 8 مم ملفوف على بكرات قطر 7 بوصات، متوافق مع معدات التثبيت الآلي القياسية.
• عملية اللحام:متوافق مع عمليات لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR) والطور البخاري.
• الامتثال البيئي:المنتج خالٍ من الرصاص، متوافق مع توجيهية RoHS التابعة للاتحاد الأوروبي، ويلتزم بأنظمة REACH التابعة للاتحاد الأوروبي.
• خالٍ من الهالوجين:متوافق مع متطلبات الخلو من الهالوجين (البرومين <900 جزء في المليون، الكلورين <900 جزء في المليون، Br+Cl < 1500 جزء في المليون).

2. تحليل المعلمات التقنية

2.1 القيم القصوى المطلقة

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

• الجهد العكسي (V_R):5 فولت. تجاوز هذا الجهد في الانحياز العكسي يمكن أن يسبب انهيار الوصلة.
• التيار الأمامي المستمر (I_F):25 مللي أمبير.
• التيار الأمامي الذروة (I_FP):100 مللي أمبير، مسموح به فقط في ظروف النبض (دورة عمل 1/10 @ 1 كيلو هرتز).
• تبديد الطاقة (P_d):95 ميلي واط. هذه هي أقصى طاقة مسموح للمغلف بتفريقها كحرارة عند درجة حرارة محيطة (T_a) تبلغ 25 درجة مئوية.
• التفريغ الكهروستاتيكي (ESD):يتحمل 150 فولت وفقًا لنموذج جسم الإنسان (HBM). احتياطات التعامل المناسبة مع ESD ضرورية.
• نطاق درجة الحرارة:التشغيل: من -40°C إلى +85°C؛ التخزين: من -40°C إلى +90°C.
• درجة حرارة اللحام:ذروة منحنى إعادة التدفق: 260°C كحد أقصى لمدة 10 ثوانٍ. اللحام اليدوي: 350°C كحد أقصى لمدة 3 ثوانٍ لكل طرف.

2.2 الخصائص الكهروضوئية (T_a=25°C)

يتم اختبار هذه المعلمات تحت ظروف قياسية (I_F= 5 مللي أمبير) وتحدد أداء الجهاز.

• شدة الإضاءة (I_v):تتراوح من 22.5 ميكروكنديلا (الحد الأدنى) إلى 57.0 ميكروكنديلا (الحد الأقصى)، مع تسامح نموذجي يبلغ ±11%. يتم تحديد القيمة الفعلية بواسطة رمز التصنيف (M2, N1, N2, P1).
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):120 درجة (نموذجي). توفر هذه الزاوية الواسعة نمط إشعاع واسعًا مناسبًا لتطبيقات الإضاءة الخلفية والمؤشرات.
• الطول الموجي الذروة (λ_p):468 نانومتر (نموذجي).
• الطول الموجي السائد (λ_d):يتراوح من 465 نانومتر إلى 475 نانومتر، مصنف إلى مجموعات Z (465-470 نانومتر) و Y (470-475 نانومتر).
• عرض النطاق الطيفي (Δλ):35 نانومتر (نموذجي)، يحدد نقاء الطيف للضوء الأزرق المنبعث.
• الجهد الأمامي (V_F):يتراوح من 2.7 فولت إلى 3.2 فولت عند 5 مللي أمبير، مع تسامح نموذجي يبلغ ±0.05 فولت. يتم تصنيفه إلى مجموعات من Q29 إلى Q33.
• التيار العكسي (I_R):50 ميكرو أمبير كحد أقصى عند V_R= 5 فولت. ملاحظة: يتم اختبار الجهاز للجهد العكسي ولكنه غير مخصص للعمل في انحياز عكسي.

3. شرح نظام التصنيف

لضمان اتساق اللون والسطوع في الإنتاج، يتم فرز مصابيح LED إلى مجموعات بناءً على معلمات رئيسية.

3.1 تصنيف الطول الموجي السائد

يحدد اللون المدرك لمصباح LED. تضمن المجموعتان تجانس اللون داخل التطبيق.

المجموعة Z: 465 نانومتر – 470 نانومتر

المجموعة Y: 470 نانومتر – 475 نانومتر

3.2 تصنيف شدة الإضاءة

يفرز مصابيح LED بناءً على إخراج الضوء عند 5 مللي أمبير.

M2: 22.5 – 28.5 ميكروكنديلا

N1: 28.5 – 36.0 ميكروكنديلا

N2: 36.0 – 45.0 ميكروكنديلا

P1: 45.0 – 57.0 ميكروكنديلا

3.3 تصنيف الجهد الأمامي

يجمع مصابيح LED حسب انخفاض الجهد الأمامي، وهو أمر بالغ الأهمية لحساب مقاومة تحديد التيار وتصميم مصدر الطاقة.

Q29: 2.7 فولت – 2.8 فولت

Q30: 2.8 فولت – 2.9 فولت

Q31: 2.9 فولت – 3.0 فولت

Q32: 3.0 فولت – 3.1 فولت

Q33: 3.1 فولت – 3.2 فولت

4. تحليل منحنيات الأداء

توفر ورقة البيانات عدة منحنيات مميزة حيوية لمهندسي التصميم.

4.1 التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V)

تُظهر هذه العلاقة غير الخطية أن زيادة صغيرة في الجهد تتجاوز جهد الركبة تؤدي إلى زيادة كبيرة في التيار. وهذا يؤكد على الضرورة المطلقة لاستخدام مقاومة تحديد تيار على التوالي أو محرك تيار ثابت لمنع الانحراف الحراري وفشل الجهاز.

4.2 شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي

يزداد إخراج الضوء مع زيادة التيار الأمامي ولكن ليس بشكل خطي. يساعد المنحنى المصممين على اختيار نقطة تشغيل توازن بين السطوع والكفاءة وعمر الجهاز.

4.3 شدة الإضاءة مقابل درجة الحرارة المحيطة

ينخفض إخراج ضوء LED مع ارتفاع درجة حرارة الوصلة. يُظهر هذا المنحنى انخفاض شدة الإضاءة النسبية مع زيادة درجة الحرارة المحيطة من -40°C إلى +100°C. الإدارة الحرارية الفعالة في التطبيق أمر بالغ الأهمية للحفاظ على سطوع ثابت.

4.4 منحنى تخفيض التيار الأمامي

هذا أحد أهم الرسوم البيانية للموثوقية. يُظهر الحد الأقصى المسموح به للتيار الأمامي المستمر يتناقص مع ارتفاع درجة الحرارة المحيطة فوق 25°C. عند 85°C، يتم تقليل الحد الأقصى المسموح به للتيار بشكل كبير لمنع تجاوز درجة حرارة الوصلة القصوى وضمان الموثوقية طويلة الأجل.

4.5 توزيع الطيف

يعرض القدرة الإشعاعية النسبية عبر الأطوال الموجية، متمركزة حول 468 نانومتر بعرض نطاق نموذجي 35 نانومتر. وهذا يؤكد الطبيعة أحادية اللون الأزرق للانبعاث.

4.6 نمط الإشعاع

رسم قطبي يوضح التوزيع المكاني لشدة الضوء، مؤكدًا زاوية الرؤية البالغة 120 درجة. النمط نموذجيًا لامبرتي أو قريب من لامبرتي.

5. المعلومات الميكانيكية والمتعلقة بالعبوة

5.1 أبعاد العبوة

يتميز 48-213 بغلاف SMD مدمج بالأبعاد الرئيسية التالية (بالمليمتر):

- الطول: 2.25 ±0.20

- العرض: 1.45 ±0.10

- الارتفاع: 0.72 ±0.10

- تباعد الأطراف: 1.80 (بين وسادات الأنود والكاثود)

يتم الإشارة بوضوح إلى علامة الكاثود على العبوة للتوجيه الصحيح للقطبية أثناء التجميع.

5.2 تخطيط الوسادة المقترح

يتم توفير نمط أرضي (بصمة) موصى به، مع أبعاد وسادات اللحام. تشير ورقة البيانات صراحةً إلى أن هذا للإشارة فقط ويجب تعديله بناءً على متطلبات تصميم PCB الفردية، وحجم معجون اللحام، وعملية التجميع.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 منحنى لحام إعادة التدفق (خالٍ من الرصاص)

يتم تحديد منحنى درجة حرارة مفصل:

- التسخين المسبق: 150–200°C لمدة 60–120 ثانية.

- الوقت فوق نقطة السيولة (217°C): 60–150 ثانية.

- درجة الحرارة القصوى: 260°C كحد أقصى، محتفظ بها لمدة 10 ثوانٍ كحد أقصى.

- معدل التسخين: 3°C/ثانية كحد أقصى حتى 255°C، 6°C/ثانية كحد أقصى بشكل عام.

- معدل التبريد: محدد بواسطة العملية.

من الأهمية بمكان الالتزام بهذا المنحنى. لا ينبغي إجراء لحام إعادة التدفق أكثر من مرتين على نفس الجهاز.

6.2 اللحام اليدوي

إذا كان اللحام اليدوي لا مفر منه:

- يجب أن تكون درجة حرارة طرف المكواة أقل من 350°C.

- يجب ألا يتجاوز وقت التلامس لكل طرف 3 ثوانٍ.

- يجب أن تكون قوة مكواة اللحام أقل من 25 واط.

- اسمح بفاصل زمني يزيد عن ثانيتين بين لحام كل طرف لمنع الصدمة الحرارية.

تحذر ورقة البيانات من أن الضرر غالبًا ما يحدث أثناء اللحام اليدوي.

6.3 التخزين وحساسية الرطوبة

يتم تعبئة مصابيح LED في كيس حاجز مقاوم للرطوبة مع مجفف.

- قبل الفتح: التخزين عند ≤30°C و ≤90% رطوبة نسبية.

- بعد الفتح: "عمر الأرضية" هو سنة واحدة تحت ≤30°C و ≤60% رطوبة نسبية. يجب إعادة إغلاق الأجهزة غير المستخدمة في عبوة مقاومة للرطوبة.

- إذا تغير لون مؤشر المجفف أو تم تجاوز وقت التخزين، يلزم معالجة بالخبز: 60 ±5°C لمدة 24 ساعة قبل الاستخدام في عملية إعادة تدفق.

6.4 احتياطات حرجة

• تحديد التيار:مقاومة تحديد تيار خارجية إلزامية. تعني الخاصية الأسية I-V لـ LED أن تغيرًا صغيرًا في الجهد يسبب تغيرًا كبيرًا في التيار، مما يؤدي إلى احتراق فوري بدون حماية.
• الإجهاد الميكانيكي:تجنب تطبيق إجهاد على جسم LED أثناء اللحام أو في التطبيق النهائي. لا تقم بثني PCB بعد اللحام.
• الإصلاح:يتم تثبيط الإصلاح بعد اللحام بشدة. إذا كان ضروريًا تمامًا، استخدم مكواة لحام برأسين لتسخين كلا الطرفين في وقت واحد لتقليل الإجهاد الحراري.

7. معلومات التعبئة والتغليف والطلب

7.1 مواصفات البكرة والشريط

يتم توريد الجهاز في شريط ناقل بارز:

- قطر البكرة: 7 بوصات.

- عرض الشريط: 8 مم.

- الكمية لكل بكرة: 3000 قطعة.

يتم توفير أبعاد مفصلة لجيوب الشريط الناقل والبكرة لضمان التوافق مع مغذيات الأتمتة.

7.2 شرح الملصق

يحتوي ملصق البكرة على عدة معرفات رئيسية:

- P/N: رقم المنتج (مثال: 48-213/BHC-ZM2P1QY/3C).

- QTY: كمية التعبئة.

- CAT: رتبة شدة الإضاءة (مثال: M2, P1).

- HUE: رتبة اللونية/الطول الموجي السائد (مثال: Z, Y).

- REF: رتبة الجهد الأمامي (مثال: Q29, Q33).

- LOT No.: رقم الدفعة القابل للتتبع.

8. اقتراحات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

• الإضاءة الخلفية:مثالي لمؤشرات لوحة القيادة، وإضاءة المفاتيح، والإضاءة الخلفية المسطحة لشاشات LCD والرموز نظرًا لزاوية رؤيته الواسعة وحجمه المدمج.
• معدات الاتصالات:مؤشرات الحالة والإضاءة الخلفية للوحة المفاتيح في الهواتف وأجهزة الفاكس وأجهزة الاتصال الأخرى.
• الاستخدام العام كمؤشر:أي تطبيق يتطلب مؤشر حالة أزرق موثوقًا ومدمجًا.

8.2 اعتبارات التصميم

• الإدارة الحرارية:على الرغم من انخفاض الطاقة، يجب أن يأخذ تخطيط PCB في الاعتبار تبديد الحرارة، خاصة في بيئات درجة الحرارة المحيطة العالية أو عند التشغيل بالقرب من أقصى تيار. استخدم منحنى التخفيض.
• دائرة تشغيل التيار:استخدم دائمًا مصدر تيار ثابت أو مصدر جهد مع مقاومة على التوالي. احسب قيمة المقاومة باستخدام أقصى V_Fمن المجموعة والتيار المطلوب I_Fلضمان ألا يتجاوز التيار الحد الأقصى المطلق مطلقًا.
• التصميم البصري:توفر زاوية الرؤية 120 درجة تغطية واسعة. للحصول على ضوء أكثر تركيزًا، قد تكون العدسات الخارجية أو أدلة الضوء ضرورية.
• حماية ESD:نفذ حماية ESD على خطوط الإدخال وتأكد من أن مناطق التجميع آمنة من ESD، حيث أن الجهاز مصنف لـ 150 فولت HBM.

9. المقارنة التقنية والتمييز

يقدم مصباح LED SMD 48-213 عدة مزايا رئيسية في فئته:

ميزة الحجم:بصمته البالغة 2.25 × 1.45 مم أصغر بكثير من مصابيح LED التقليدية ذات الأسلاك 3 مم أو 5 مم، مما يتيح تصميمات فائقة الصغر.

توافق العملية:التوافق الكامل مع عمليات إعادة التدفق SMT القياسية (الأشعة تحت الحمراء والطور البخاري) يسمح بالتجميع الآلي عالي الحجم ومنخفض التكلفة، على عكس مصابيح LED ذات الثقوب التي تتطلب لحامًا يدويًا أو لحامًا بالموجات.

اتساق الأداء:يسمح نظام التصنيف التفصيلي للطول الموجي والشدة والجهد للمصممين باختيار أجزاء تضمن الاتساق البصري عبر جميع الوحدات في المنتج، وهو أمر بالغ الأهمية للإضاءة الخلفية ومصفوفات LED المتعددة.

المتانة:يوفر غلاف SMD، عند لحامه بشكل صحيح، استقرارًا ميكانيكيًا ممتازًا ومقاومة للاهتزاز مقارنة بالأجزاء ذات الأسلاك.

10. الأسئلة المتكررة (بناءً على المعلمات التقنية)

س1: لماذا تعتبر مقاومة تحديد التيار ضرورية تمامًا؟

ج1: الجهد الأمامي (V_F) له تسامح ومعامل درجة حرارة سالب. يمكن أن تسبب زيادة طفيفة في جهد الإمداد أو انخفاض في V_Fبسبب التسخين زيادة كبيرة وغير مسيطر عليها في التيار (الانحراف الحراري)، مما يؤدي إلى فشل فوري. تقاوم المقاومة التيار.

س2: هل يمكنني تشغيل هذا LED عند 25 مللي أمبير بشكل مستمر؟

ج2: يمكنك ذلك، ولكن فقط إذا كانت درجة الحرارة المحيطة (T_a) عند أو أقل من 25°C. راجع منحنى تخفيض التيار الأمامي (القسم 4.4). في درجات الحرارة المحيطة الأعلى، يجب تقليل الحد الأقصى المسموح به للتيار المستمر للحفاظ على درجة حرارة الوصلة ضمن حدود آمنة.

س3: ماذا تعني رموز التصنيف (مثال: ZM2P1QY)؟

ج3: هذا رمز مركب. يشير 'Z' أو 'Y' إلى مجموعة الطول الموجي السائد. تشير 'M2'، 'P1'، إلخ، إلى مجموعة شدة الإضاءة. تشير 'Q29' إلى 'Q33' إلى مجموعة الجهد الأمامي. يضمن اختيار مجموعة محددة سلوكًا متوقعًا للون والسطوع والكهرباء.

س4: كيف أفسر "الذروة" مقابل "السائد" للطول الموجي؟

ج4: الطول الموجي الذروة (λ_p) هو الطول الموجي الذي تكون فيه القدرة البصرية المنبعثة في الحد الأقصى (468 نانومتر نموذجي). الطول الموجي السائد (λ_d) هو الطول الموجي الفردي للضوء أحادي اللون الذي يتطابق مع اللون المدرك لـ LED (465-475 نانومتر). λ_dأكثر صلة بتحديد اللون.

11. دراسة حالة التصميم والاستخدام

السيناريو: تصميم لوحة مؤشرات LED متعددة لجهاز طبي محمول.

المتطلبات:إضاءة خلفية زرقاء موحدة لـ 10 مفاتيح غشائية، مظهر جانبي منخفض للغاية، تشغيل موثوق من -10°C إلى +60°C، يعمل من خط طاقة منظم 5 فولت.

خطوات التصميم:

1. اختيار LED:تم اختيار 48-213 لحجمه الصغير، وزاوية رؤيته الواسعة (للإضاءة الخلفية المتساوية)، وتوافقه مع SMD.

2. اختيار المجموعة:لضمان تجانس اللون والسطوع، يتم تحديد مجموعة واحدة للطلب بأكمله (مثال: Y-P1-Q31).

3. ضبط التيار:استهداف توازن بين السطوع والعمر الطويل، يتم ضبط I_Fعلى 10 مللي أمبير. من منحنى التخفيض، 10 مللي أمبير آمن حتى ~85°C، وهو أعلى بكثير من متطلب 60°C.

4. حساب المقاومة:باستخدام أسوأ حالة (الحد الأقصى) لـ V_Fمن المجموعة Q31 (3.0 فولت) وجهد الإمداد (5 فولت): R = (5V - 3.0V) / 0.01A = 200 أوم. يتم اختيار مقاومة قياسية 200 أوم، 1/10 واط.

5. تخطيط PCB:يتم استخدام تخطيط الوسادة المقترح كنقطة بداية. تتم إضافة إغاثة حرارية صغيرة إلى وسادة الكاثود للمساعدة في اللحام مع الحفاظ على الاتصال الكهربائي. يتم تباعد مصابيح LED للسماح بتشتيت ضوء متساوٍ عبر دليل ضوئي.

6. التجميع:يتم تحميل البكرات في آلات التثبيت الآلي. يتم برمجة منحنى إعادة التدفق الخالي من الرصاص المحدد في الفرن. بعد إعادة التدفق، لا يتم تطبيق أي إجهاد بعد اللحام على اللوحة.

12. مقدمة المبدأ التقني

يعتمد مصباح LED 48-213 على بنية ثنائي شبه موصل مصنوعة من مواد نيتريد الغاليوم الإنديوم (InGaN). عند تطبيق جهد أمامي يتجاوز جهد ركبة الثنائي (حوالي 2.7-3.2 فولت)، يتم حقن الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة من أشباه الموصلات. يؤدي إعادة اتحادها إلى إطلاق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد التركيب المحدد لسبيكة InGaN طاقة فجوة النطاق، والتي تتوافق مباشرة مع الطول الموجي للضوء المنبعث - في هذه الحالة، الضوء الأزرق حول 468 نانومتر. يحمي الراتنج الشفاف شريحة أشباه الموصلات ويعمل كعدسة أولية، مشكلاً نمط الإشعاع الأولي. يوفر غلاف SMD الحماية الميكانيكية، والاتصالات الكهربائية عبر الوسادات المطلية بالمعدن، ومسارًا لتبديد الحرارة من الشريحة إلى PCB.

13. اتجاهات وسياق الصناعة

يمثل 48-213 منتجًا ناضجًا في تطور مصابيح LED SMD. يستمر الاتجاه العام للصناعة نحو:

زيادة الكفاءة:تقدم تصميمات الشرائح والمواد الجديدة (مثل هياكل InGaN المتقدمة) فعالية إضاءة أعلى (مزيد من إخراج الضوء لكل واط كهربائي)، مما يسمح إما بعروض أكثر سطوعًا أو استهلاك طاقة أقل.

التصغير:أصبحت البصمات الأصغر حجمًا (مثال: 1.0x0.5 مم) شائعة للتطبيقات المقيدة بالمساحة مثل التكنولوجيا القابلة للارتداء والعروض فائقة النحافة.

تحسين اتساق اللون:تسامحات تصنيف أكثر ضيقًا واستخدام مصابيح LED البيضاء المحولة بالفوسفور مع مؤشر تجسيد اللون (CRI) أعلى هي معيار للإضاءة الخلفية للعروض، على الرغم من أن هذا الجزء يظل جهازًا أزرق أحادي اللون.

الحلول المتكاملة:الاتجاه المتزايد هو دمج IC محرك LED، ومقاومات تحديد التيار، وأحيانًا حتى منطق التحكم في وحدة أو عبوة واحدة، مما يبسط التصميم للمستخدمين النهائيين. يظل 48-213 مكونًا منفصلاً أساسيًا يوفر أقصى مرونة في التصميم.