ورقة بيانات LED SMD 12-21/BHC-AN1P2/2C - أزرق - 3.5 فولت - 25 مللي أمبير - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد 12-21/BHC-AN1P2/2C ثنائي باعث للضوء (LED) من نوع التركيب السطحي (SMD) يستخدم تقنية شريحة إن-غاليوم-نيترايد (InGaN) لإنتاج الضوء الأزرق. تم تصميم هذا المكون للتجميعات الإلكترونية الحديثة والمدمجة، مما يوفر مزايا كبيرة في استغلال مساحة اللوحة وعمليات التصنيع الآلي.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

الميزة الأساسية لهذا الـ LED هي بصمته الصغيرة للغاية ضمن عبوة 12-21، وهي أصغر بكثير من مصابيح LED التقليدية ذات الإطار الرصاصي. هذا يتيح تصميم لوحات دوائر مطبوعة (PCBs) أصغر، وكثافة أعلى للمكونات، وتقليل متطلبات التخزين، وفي النهاية، معدات نهائية أكثر إحكاما للمستخدم. يجعل بناؤه خفيف الوزن مناسبًا بشكل خاص للتطبيقات المحمولة والمصغرة. المنتج متوافق مع معايير الصناعة الرئيسية بما في ذلك RoHS، وEU REACH، وخالي من الهالوجين (Br <900 جزء في المليون، Cl <900 جزء في المليون، Br+Cl < 1500 جزء في المليون)، مما يجعله مناسبًا لمجموعة واسعة من الإلكترونيات الاستهلاكية والصناعية.

1.2 التطبيقات

تشمل التطبيقات النموذجية: الإضاءة الخلفية لألواح العدادات، والمفاتيح، والرموز؛ ومؤشرات والإضاءة الخلفية في أجهزة الاتصالات مثل الهواتف وآلات الفاكس؛ والإضاءة الخلفية المسطحة لعروض الكريستال السائل (LCDs)؛ والاستخدام العام كمؤشر.

2. الغوص العميق في المعلمات التقنية

يقدم هذا القسم تفسيرًا تفصيليًا وموضوعيًا للمعلمات الكهربائية والبصرية والحرارية الرئيسية المحددة في ورقة البيانات.

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد هذه التقييمات حدود الإجهاد التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يُنصح بالتشغيل عند هذه الحدود أو تجاوزها.

• الجهد العكسي (V_R):5 فولت. يمكن أن يتسبب تجاوز هذا الجهد في حالة الانحياز العكسي في انهيار الوصلة.
• التيار الأمامي المستمر (I_F):25 مللي أمبير. الحد الأقصى للتيار المستمر الذي يمكن تطبيقه بشكل مستمر.
• التيار الأمامي الذروي (I_FP):100 مللي أمبير. هذا مسموح به فقط في ظل ظروف النبض (دورة عمل 1/10 @ 1 كيلو هرتز) ولا يجب استخدامه للتشغيل بالتيار المستمر.
• تبديد الطاقة (P_d):110 ملي واط. أقصى طاقة يمكن للعبوة تبديدها، محسوبة كجهد أمامي مضروبًا في التيار الأمامي، مع مراعاة القيود الحرارية.
• التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) نموذج جسم الإنسان (HBM):150 فولت. هذا تحمل منخفض نسبيًا للـ ESD، مما يشير إلى حساسية الجهاز للكهرباء الساكنة. إجراءات التعامل الصحيحة مع ESD إلزامية أثناء التجميع والتعامل.
• درجة حرارة التشغيل والتخزين:-40°C إلى +85°C (التشغيل)، -40°C إلى +90°C (التخزين). يضمن هذا النطاق الواسع الموثوقية في ظروف بيئية متنوعة.
• درجة حرارة اللحام:يُحدد لحام إعادة التدفق بدرجة حرارة ذروية 260°C كحد أقصى لمدة 10 ثوانٍ. يجب أن يقتصر اللحام اليدوي على 350°C لمدة 3 ثوانٍ لكل طرف.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

يتم قياس هذه المعلمات في حالة اختبار قياسية بدرجة حرارة محيطة 25°C وتيار أمامي (I_F) بقيمة 20 مللي أمبير، ما لم يُذكر خلاف ذلك.

• شدة الإضاءة (I_v):تتراوح من 28.5 ملي كانديلا (الحد الأدنى) إلى 72 ملي كانديلا (الحد الأقصى)، مع عدم تحديد قيمة نموذجية. يتم تحديد القيمة الفعلية من خلال مجموعة التصنيف (انظر القسم 3). تم تسجيل تسامح ±10%.
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):120 درجة (نموذجي). هذه الزاوية الواسعة للرؤية هي سمة لقبة الراتنج الشفافة المائية، مما يوفر نمط إشعاع واسعًا مناسبًا لإضاءة المنطقة والمؤشرات.
• الطول الموجي الذروي (λ_p):468 نانومتر (نموذجي). هذا هو الطول الموجي الذي يكون فيه توزيع القدرة الطيفية في أقصى حد.
• الطول الموجي السائد (λ_d):470 نانومتر (نموذجي). هذا هو الطول الموجي الفردي الذي تدركه العين البشرية، والذي يحدد اللون. تم تحديد تسامح ±1 نانومتر.
• عرض النطاق الطيفي (Δλ):35 نانومتر (نموذجي). هذا يحدد عرض الطيف المنبعث عند نصف أقصى شدة (FWHM).
• الجهد الأمامي (V_F):3.5 فولت (نموذجي)، 4.0 فولت (الحد الأقصى) عند I_F=20 مللي أمبير. تم تسجيل تسامح ±0.1 فولت. هذه المعلمة حاسمة لتصميم دائرة تحديد التيار.
• التيار العكسي (I_R):50 ميكرو أمبير (الحد الأقصى) عند V_R=5 فولت.

3. شرح نظام التصنيف

يتم فرز (تصنيف) مصابيح LED بناءً على المعلمات البصرية والكهربائية الرئيسية لضمان الاتساق داخل دفعة الإنتاج. هذا يسمح للمصممين باختيار الأجزاء التي تلبي متطلبات التطبيق المحددة.

3.1 تصنيف شدة الإضاءة

يتم تجميع مصابيح LED في أربع مجموعات للشدة، معرّفة برموز N1، N2، P1، وP2. يتم تحديد نطاق الشدة لكل مجموعة بوضوح، حيث تمثل P2 مجموعة أعلى إخراج (57.0 - 72.0 ملي كانديلا). تم تسجيل تسامح شدة الإضاءة في جدول التصنيف بـ ±11%.

3.2 تصنيف الطول الموجي السائد

يتم التحكم في اللون الأزرق من خلال تصنيف الطول الموجي السائد. يتم تجميع مصابيح LED في أربع مجموعات: A9 (464.5-467.5 نانومتر)، A10 (467.5-470.5 نانومتر)، A11 (470.5-473.5 نانومتر)، وA12 (473.5-476.5 نانومتر). هذا يضمن اتساق اللون ضمن نطاق محدد. التسامح هو ±1 نانومتر.

4. المعلومات الميكانيكية والمتعلقة بالعبوة

4.1 أبعاد العبوة

توفر ورقة البيانات رسمًا تفصيليًا لأبعاد عبوة SMD 12-21. تشمل الأبعاد الرئيسية الطول الإجمالي، والعرض، والارتفاع، وكذلك تباعد ومساحة الوسادات. جميع التسامحات غير المحددة هي ±0.1 مم. يتم الإشارة إلى القطبية بواسطة علامة على العبوة، وهو أمر ضروري للتوجيه الصحيح أثناء التجميع.

4.2 شكل التغليف

يتم توريد مصابيح LED في تغليف مقاوم للرطوبة. يتم وضعها في شريط ناقل بعرض 8 مم، يتم لفه على بكرات قطرها 7 بوصات. تحتوي كل بكرة على 2000 قطعة. يشمل التغليف مجففًا ويتم إغلاقه داخل كيس ألومنيوم مقاوم للرطوبة لحماية المكونات من الرطوبة المحيطة أثناء التخزين والنقل.

5. دليل اللحام والتجميع

التعامل السليم أمر بالغ الأهمية لضمان الموثوقية ومنع تلف هذه المكونات الحساسة.

5.1 التخزين والحساسية للرطوبة

هذا المنتج حساس للرطوبة. يجب تخزين الكيس غير المفتوح عند 30°C / 90% رطوبة نسبية أو أقل. بمجرد الفتح، يكون للمكونات "عمر أرضي" قدره 168 ساعة (7 أيام) في ظل ظروف 30°C / 60% رطوبة نسبية أو أقل. إذا لم تُستخدم خلال هذا الوقت، أو إذا أظهر مؤشر المجفف التشبع، فيجب تجفيف مصابيح LED عند 60 ± 5°C لمدة 24 ساعة قبل الاستخدام لإزالة الرطوبة الممتصة ومنع ظاهرة "الفرقعة" أثناء لحام إعادة التدفق.

5.2 ملف تعريف لحام إعادة التدفق

تم توفير ملف تعريف درجة حرارة مفصل لحام إعادة التدفق الخالي من الرصاص:

• التسخين المسبق:150-200°C لمدة 60-120 ثانية.
• الوقت فوق السائل (217°C):60-150 ثانية.
• درجة الحرارة الذروية:260°C كحد أقصى، يتم الاحتفاظ بها لمدة أقصاها 10 ثوانٍ.
• معدل التسخين:6°C/ثانية كحد أقصى.
• الوقت فوق 255°C:30 ثانية كحد أقصى.
• معدل التبريد:3°C/ثانية كحد أقصى.

يجب ألا يتم إجراء لحام إعادة التدفق أكثر من مرتين. يجب تجنب الإجهاد على جسم الـ LED أثناء التسخين.

5.3 اللحام اليدوي والإصلاح

إذا كان اللحام اليدوي ضروريًا، فيجب إجراؤه بدرجة حرارة طرف مكواة اللحام أقل من 350°C، مطبقة لمدة لا تزيد عن 3 ثوانٍ لكل طرف. يجب أن تكون قوة مكواة اللحام 25 واط أو أقل. يجب ترك فاصل زمني لا يقل عن 2 ثانية بين لحام كل طرف. يُنصح بشدة بعدم إجراء إصلاح بعد اللحام. إذا كان لا مفر منه تمامًا، فيجب استخدام مكواة لحام برأس مزدوج لتسخين كلا الطرفين في وقت واحد، لمنع الإجهاد الحراري والميكانيكي على شريحة الـ LED.

6. اقتراحات التطبيق واعتبارات التصميم

6.1 تحديد التيار إلزامي

تحذر ورقة البيانات صراحة من أن مقاومة تحديد تيار خارجيةمطلوبة. تُظهر مصابيح LED علاقة تيار-جهد غير خطية وأسية. يمكن أن يؤدي زيادة صغيرة في الجهد الأمامي تتجاوز القيمة النموذجية إلى زيادة كبيرة، وربما مدمرة، في التيار. يمكن حساب قيمة المقاومة (R) باستخدام قانون أوم: R = (جهد التغذية - V_F) / I_F. استخدم دائمًا أقصى قيمة V_Fمن ورقة البيانات لتصميم متحفظ.

6.2 إدارة الحرارة

على الرغم من صغر حجم العبوة، فإن تبديد الطاقة (حتى 110 ملي واط) يولد حرارة. للحصول على عمر أطول وإخراج ضوئي مستقر، تأكد من وجود تصريف حراري كافٍ في تصميم PCB. يتضمن ذلك استخدام وسادات نحاسية بحجم مناسب، وإذا أمكن، فتحات حرارية لتبديد الحرارة إلى طبقات اللوحة الأخرى.

6.3 الحماية من ESD

بتقييم ESD HBM يبلغ 150 فولت فقط، فإن هذا المكون حساس للغاية. نفذ محطات عمل آمنة من ESD، واستخدم أساور معصم مؤرضة، ونقل المكونات في حاويات موصلة. فكر في إضافة ثنائيات قمع الجهد العابر (TVS) أو دوائر حماية أخرى على PCB إذا كان الـ LED متصلاً بواجهات خارجية عرضة لأحداث ESD.

7. المقارنة التقنية والتمييز

تقدم عبوة 12-21 توازنًا بين الحجم وسهولة التعامل. مقارنة بمصابيح LED SMD الأكبر (مثل 3528، 5050)، فهي توفر مساحة لوحة كبيرة. مقارنة بالعبوات الأصغر على مستوى الشريحة (CSP)، فهي بشكل عام أسهل في التجميع والفحص البصري. تميزها زاوية الرؤية الواسعة البالغة 120 درجة عن مصابيح LED ذات الحزمة الضيقة، مما يجعلها أكثر ملاءمة لإضاءة المنطقة بدلاً من الإضاءة المركزة. يوفر الراتنج الشفاف المائي، على عكس الراتنج المشتت، كفاءة إخراج ضوئي أعلى ولكن قد يظهر كمصدر نقطي أكثر سطوعًا.

8. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

8.1 هل يمكنني تشغيل هذا الـ LED عند 30 مللي أمبير لسطوع أعلى؟

No.الحد الأقصى المطلق للتيار الأمامي المستمر (I_F) هو 25 مللي أمبير. سيؤدي تجاوز هذا التقييد إلى تقليل عمر الـ LED وقد يتسبب في فشل فوري بسبب ارتفاع درجة الحرارة أو الهجرة الكهربائية داخل الوصلة شبه الموصلة.

8.2 لماذا جهد الأمامي 3.5 فولت بينما مصابيح LED الزرقاء الأخرى حوالي 3.0 فولت؟

الجهد الأمامي هو سمة لمادة أشباه الموصلات (InGaN) والبنية الطبقية النوعية للشريحة. V_Fبقيمة 3.5 فولت يقع ضمن النطاق النموذجي لمصابيح LED الزرقاء من نوع InGaN. يجب أخذ هذا في الاعتبار في تصميم مصدر الطاقة.

8.3 ماذا يحدث إذا لم أتبع تعليمات الحساسية للرطوبة؟

يمكن أن يؤدي تجاهل تعليمات مستوى الحساسية للرطوبة (MSL) إلى "الفرقعة" أو التقشير أثناء لحام إعادة التدفق. تتحول الرطوبة الممتصة بسرعة إلى بخار عند التسخين، مما يخلق ضغطًا داخليًا يمكن أن يتسبب في تشقق راتنج الـ LED أو إتلاف روابط الأسلاك الداخلية، مما يؤدي إلى فشل فوري أو كامن.

9. حالة تصميم واستخدام عملية

السيناريو: تصميم مؤشر حالة لجهاز محمول.يعد LED 12-21 خيارًا ممتازًا نظرًا لصغر حجمه وانخفاض استهلاكه للطاقة. يختار المصمم مجموعة P1 لشدة الإضاءة (45-57 ملي كانديلا) لضمان وضوح الرؤية، ومجموعة A10 للطول الموجي السائد (467.5-470.5 نانومتر) للحصول على لون أزرق متسق. يتم استخدام جهد نظام 3.3 فولت. حساب المقاوم التسلسلي: R = (3.3V - 4.0V_{الحد الأقصى}) / 0.020A. هذا يعطي قيمة سالبة، مما يشير إلى أن 3.3 فولت غير كافية للتغلب على V_Fالحد الأقصى. لذلك، يجب استخدام جهد تغذية أعلى (مثل 5 فولت): R = (5.0V - 4.0V) / 0.020A = 50 أوم. يتم اختيار مقاوم قياسي 51 أوم. يتضمن تخطيط PCB ثنائيات حماية ESD على خط إشارة المؤشر ووسادات تصريف حراري متصلة بمستوى أرضي.

10. مبدأ التشغيل واتجاهات التكنولوجيا

10.1 مبدأ التشغيل الأساسي

يعتمد هذا الـ LED على وصلة أشباه موصلات p-n مصنوعة من إن-غاليوم-نيترايد (InGaN). عند تطبيق جهد أمامي، يتم حقن الإلكترونات والفجوات في المنطقة النشطة حيث تتحد. يتم انبعاث الطاقة المنطلقة أثناء هذا الاتحاد كفوتونات (ضوء). يحدد التركيب النوعي لسبيكة InGaN طاقة فجوة النطاق وبالتالي الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث، والذي في هذه الحالة يكون في الطيف الأزرق (~470 نانومتر).

10.2 اتجاهات الصناعة

يستمر الاتجاه في مصابيح LED SMD نحو كفاءة أعلى (المزيد من لومن لكل واط)، وأحجام عبوات أصغر، وموثوقية محسنة. هناك أيضًا تركيز على تسامحات تصنيف أكثر ضيقًا للون والشدة لتلبية متطلبات التطبيقات التي تتطلب اتساقًا عاليًا في اللون، مثل العروض الملونة الكاملة والإضاءة المعمارية. يدعم السعي نحو التصغير تطوير عبوات أصغر وتقنيات التعبئة على مستوى الشريحة (CSP). علاوة على ذلك، فإن دمج الإلكترونيات التحكمية مباشرة مع شريحة الـ LED (مثل مصابيح LED الذكية) هو مجال تطوير مستمر.