ورقة بيانات LED SMD 23-21B برتقالي لامع - عبوة 2.0x1.25x0.8 مم - جهد 1.75-2.35 فولت - قدرة 60 ميغاواط - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد 23-21B مصباح LED من نوع جهاز التركيب السطحي (SMD) مُصمم للتطبيقات التي تتطلب مؤشرًا أو مصدر إضاءة خلفية برتقاليًا لامعًا. يستخدم مادة شريحة من AlGaInP (فوسفيد الألومنيوم الغاليوم الإنديوم) لإنتاج لونه البرتقالي المميز مع تغليف راتنجي شفاف بالماء. هذا المكون أصغر بكثير من مصابيح LED التقليدية ذات الإطار الرصاصي، مما يتيح كثافة تعبئة أعلى على لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs)، وتقليل حجم المعدات، وتخفيف الوزن الإجمالي للمنتج، مما يجعله مثاليًا للتطبيقات المحدودة المساحة والمصغرة.

تشمل المزايا الرئيسية لهذا المصباح LED توافقه مع معدات التجميع الآلي القياسية (pick-and-place) وعمليات اللحام السائدة مثل إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء والطور البخاري. إنه منتج خالٍ من الرصاص، متوافق مع توجيهية RoHS (تقييد المواد الخطرة)، لوائح الاتحاد الأوروبي REACH، ومتطلبات الخلو من الهالوجين (Br <900 جزء في المليون، Cl <900 جزء في المليون، Br+Cl < 1500 جزء في المليون). يتم توريد الجهاز على شريط بعرض 8 مم ملفوف على بكرات قطرها 7 بوصات لتسهيل التعامل في التصنيع.

2. المواصفات الفنية والتفسير الموضوعي

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 (VR):5 فولت. تجاوز هذا الجهد في الانحياز العكسي يمكن أن يسبب انهيار الوصلة.
• التيار الأمامي المستمر (IF):25 مللي أمبير. أقصى تيار مستمر للتشغيل الموثوق على المدى الطويل.
• التيار الأمامي الذروي (IFP):50 مللي أمبير. هذا التصنيف للتيار النبضي (دورة عمل 1/10 عند 1 كيلو هرتز) مخصص للتشغيل قصير المدة وغير المستمر.
• تبديد القدرة (Pd):60 ميلي واط. أقصى قدرة يمكن للعبوة تبديدها عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25°مئوية. تقل هذه القيمة مع زيادة درجة الحرارة المحيطة.
• التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) نموذج جسم الإنسان (HBM):2000 فولت. يشير هذا إلى مستوى متوسط من متانة التفريغ الكهروستاتيكي. لا يزال يوصى باتخاذ احتياطات التعامل القياسية مع التفريغ الكهروستاتيكي (مثل محطات العمل المؤرضة، أسوار المعصم) أثناء التجميع.
• درجة حرارة التشغيل (Topr):من -40°مئوية إلى +85°مئوية. نطاق درجة الحرارة المحيطة الذي تم تحديد الجهاز للتشغيل ضمنه.
• درجة حرارة التخزين (Tstg):من -40°مئوية إلى +90°مئوية.
• درجة حرارة اللحام (Tsol):لحام إعادة التدفق: ذروة 260°مئوية كحد أقصى لمدة 10 ثوانٍ. اللحام اليدوي: درجة حرارة طرف المكواة 350°مئوية كحد أقصى لمدة 3 ثوانٍ لكل طرف.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

يتم قياس هذه المعلمات في حالة اختبار قياسية Ta=25°مئوية و IF=20mA، ما لم يُذكر خلاف ذلك. وهي تحدد الأداء النموذجي للجهاز.

• شدة الإضاءة (Iv):من 45.0 إلى 112.0 مللي كانديلا (mcd). يقع الناتج الفعلي في مجموعات تصنيف محددة (P1, P2, Q1, Q2). ينطبق تسامح ±11%.
• زاوية الرؤية (2θ1/2):130 درجة (نموذجي). هذه هي الزاوية الكاملة التي تكون عندها شدة الإضاءة نصف شدة الذروة (على المحور). تشير إلى نمط رؤية واسع مناسب لتطبيقات المؤشرات.
• طول موجة الذروة (λp):611 نانومتر (نموذجي). الطول الموجي الذي يكون عنده توزيع القدرة الطيفية في أقصى حد.
• الطول الموجي السائد (λd):من 600.5 إلى 612.5 نانومتر. هذا هو الطول الموجي الفردي الذي تدركه العين البشرية كلون الضوء. يتم تصنيفه إلى نطاقات من D8 إلى D11 مع تسامح ±1 نانومتر.
• عرض النطاق الطيفي (Δλ):17 نانومتر (نموذجي). عرض الطيف المنبعث عند نصف أقصى شدة (FWHM). يشير عرض النطاق الأضيق إلى لون أكثر تشبعًا ونقاءً.
• الجهد الأمامي (VF):من 1.75 إلى 2.35 فولت عند IF=20mA. يتم تصنيفه إلى ثلاثة نطاقات (0, 1, 2) مع تسامح ±0.1V. يؤدي انخفاض VF عمومًا إلى كفاءة أعلى وتوليد حرارة أقل.
• التيار العكسي (IR):10 ميكرو أمبير (كحد أقصى) عند VR=5V. هذه معلمة قياس تيار التسرب؛ لم يتم تصميم الجهاز للتشغيل في انحياز عكسي.

3. شرح نظام التصنيف

لضمان اتساق اللون والسطوع في الإنتاج، يتم فرز مصابيح LED إلى مجموعات بناءً على معلمات رئيسية. يستخدم 23-21B نظام تصنيف ثلاثي الأبعاد.

3.1 تصنيف شدة الإضاءة (CAT)

يحدد الحد الأدنى والأقصى لشدة الإضاءة لكل رمز تصنيف عند IF=20mA.

• P1:45.0 - 57.0 مللي كانديلا
• P2:57.0 - 72.0 مللي كانديلا
• Q1:72.0 - 90.0 مللي كانديلا
• Q2:90.0 - 112.0 مللي كانديلا

3.2 تصنيف الطول الموجي السائد (HUE)

يحدد نطاق اللون (الطول الموجي) لكل رمز تصنيف.

• D8:600.5 - 603.5 نانومتر
• D9:603.5 - 606.5 نانومتر
• D10:606.5 - 609.5 نانومتر
• D11:609.5 - 612.5 نانومتر

3.3 تصنيف الجهد الأمامي (REF)

يجمع مصابيح LED حسب انخفاض الجهد الأمامي عند IF=20mA، وهو أمر مهم لحساب مقاومة تحديد التيار وتصميم مصدر الطاقة.

• 0:1.75 - 1.95 فولت
• 1:1.95 - 2.15 فولت
• 2:2.15 - 2.35 فولت

4. تحليل منحنيات الأداء

توفر ورقة البيانات عدة منحنيات مميزة توضح سلوك الجهاز تحت ظروف مختلفة.

4.1 شدة الإضاءة النسبية مقابل التيار الأمامي

يُظهر هذا المنحنى أن شدة الإضاءة تزداد مع التيار الأمامي، لكن العلاقة ليست خطية تمامًا، خاصة عند التيارات الأعلى. يسلط الضوء على أهمية تشغيل LED عند تيار الاختبار المحدد له (20mA) لتحقيق شدة الإضاءة المقدرة.

4.2 شدة الإضاءة النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطة

يوضح هذا الرسم البياني تأثير التبريد الحراري الشائع في مصابيح LED: مع ارتفاع درجة حرارة الوصلة (بسبب زيادة درجة الحرارة المحيطة أو التسخين الذاتي)، ينخفض ناتج الإضاءة. يتم تسوية الناتج إلى 100% عند 25°مئوية. يجب على المصممين مراعاة هذا الانخفاض في التصنيف في التطبيقات ذات درجات الحرارة المحيطة العالية.

3.3 منحنى تخفيض تصنيف التيار الأمامي

هذه أداة تصميم حاسمة. تُظهر أقصى تيار أمامي مستمر مسموح به كدالة لدرجة الحرارة المحيطة. مع زيادة درجة الحرارة المحيطة، يجب تقليل الحد الأقصى للتيار الآمن لمنع تجاوز أقصى درجة حرارة وصلة للجهاز وتصنيف تبديد الطاقة. على سبيل المثال، عند 85°مئوية، يكون الحد الأقصى للتيار المستمر أقل بكثير من تصنيف 25mA عند 25°مئوية.

4.4 الجهد الأمامي مقابل التيار الأمامي

يُظهر منحنى IV (التيار-الجهد) هذا العلاقة الأسية النموذجية للدايود. يزداد الجهد الأمامي مع التيار. يساعد ميل المنحنى في منطقة التشغيل في تحديد المقاومة الديناميكية لـ LED.

4.5 نمط الإشعاع

رسم قطري يوضح التوزيع المكاني لشدة الضوء. يُظهر 23-21B نمطًا لامبرتيًا أو شبه لامبرتي نموذجي، مع انخفاض الشدة مع تحرك زاوية الرؤية بعيدًا عن المحور المركزي (0°).

4.6 التوزيع الطيفي

رسم بياني للشدة النسبية مقابل الطول الموجي، متمركز حول طول موجة الذروة ~611 نانومتر. يؤكد الطبيعة أحادية اللون لشريحة AlGaInP مع عرض نطاق طيفي محدد.

5. المعلومات الميكانيكية ومواصفات العبوة

5.1 أبعاد العبوة

يحتوي LED على بصمة SMD مدمجة. تشمل الأبعاد الرئيسية (بالمليمتر، تسامح ±0.1 مم ما لم يُلاحظ):

- الطول الإجمالي: 2.0 مم

- العرض الإجمالي: 1.25 مم

- الارتفاع الإجمالي: 0.8 مم

- معرف الكاثود: يشير حرف مشطوف أو علامة على العبوة إلى طرف الكاثود (القطب السالب). التوجيه الصحيح للقطبية أثناء التركيب أمر ضروري.

5.2 نمط اللوحة الموصى به للـ PCB

يتم توفير تخطيط وسادة مقترح لضمان لحام موثوق ومحاذاة ميكانيكية مناسبة. يستوعب تصميم الوسادة أطراف المكون ويسمح بتكوين حشوة لحام مناسبة. يساعد اتباع هذه التوصية في منع ظاهرة "اللوح القبري" ويضمن اتصالًا حراريًا وكهربائيًا جيدًا.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 منحنى درجة حرارة لحام إعادة التدفق (خالٍ من الرصاص)

يوصى بمنحنى درجة حرارة محدد للحام الخالي من الرصاص:

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

- الوقت فوق نقطة الانصهار (217°مئوية): 60-150 ثانية.

- درجة حرارة الذروة: 260°مئوية كحد أقصى، لا تزيد عن 10 ثوانٍ.

- معدل التسخين: 6°مئوية/ثانية كحد أقصى حتى 255°مئوية، ثم 3°مئوية/ثانية كحد أقصى حتى الذروة.

- معدل التبريد: يتم التحكم فيه لتقليل الإجهاد الحراري.

مهم:يجب عدم إجراء لحام إعادة التدفق أكثر من مرتين على نفس الجهاز.

6.2 اللحام اليدوي

إذا كان الإصلاح اليدوي ضروريًا، فيجب توخي الحذر الشديد:

- درجة حرارة طرف مكواة اللحام: < 350°مئوية.

- وقت التلامس لكل طرف: < 3 ثوانٍ.

- قدرة مكواة اللحام: < 25 واط.

- يجب ترك فاصل زمني لا يقل عن ثانيتين بين لحام كل طرف.

- يُقترح استخدام مكواة لحام برأس مزدوج للإزالة لتطبيق الحرارة بالتساوي على كلا الطرفين في وقت واحد وتجنب الإجهاد الميكانيكي.

6.3 التخزين والحساسية للرطوبة

يتم تعبئة مصابيح LED في كيس حاجز مقاوم للرطوبة مع مجفف لمنع امتصاص الرطوبة الجوية، مما قد يسبب "انفشار الذرة" (تشقق العبوة) أثناء إعادة التدفق.

- لا تفتح الكيس حتى تكون جاهزًا للاستخدام.

- بعد الفتح، يجب تخزين الأجزاء غير المستخدمة عند ≤30°مئوية و ≤60% رطوبة نسبية (RH).

- "عمر الأرضية" بعد فتح الكيس هو 168 ساعة (7 أيام).

- إذا تم تجاوز عمر الأرضية أو أظهر مؤشر المجفف التشبع، فإنه يلزم عملية تجفيف عند 60 ±5°مئوية لمدة 24 ساعة قبل إعادة التدفق.

7. معلومات التعبئة والطلب

7.1 مواصفات البكرة والشريط

يتم توريد الجهاز في شريط ناقل بارز:

- عرض الشريط: 8 مم.

- قطر البكرة: 7 بوصات (178 مم).

- الكمية لكل بكرة: 2000 قطعة.

- يتم توفير أبعاد البكرة (المحور، الحافة) لضمان التوافق مع مغذيات التشغيل الآلي.

7.2 شرح الملصق

يحتوي ملصق البكرة على معلومات حرجة للتتبع والتطبيق الصحيح:

- CPN: رقم منتج العميل (اختياري).

- P/N: رقم جزء الشركة المصنعة (23-21B/S2C-AP1Q2B/2A).

- QTY: كمية التعبئة.

- CAT: رمز تصنيف شدة الإضاءة (مثل Q2).

- HUE: رمز تصنيف الطول الموجي السائد (مثل D10).

- REF: رمز تصنيف الجهد الأمامي (مثل 1).

- LOT No.: رقم دفعة التصنيع للتتبع.

8. اقتراحات التطبيق واعتبارات التصميم

8.1 التطبيقات النموذجية

• الإضاءة الخلفية:مؤشرات لوحة القيادة، إضاءة المفاتيح، لوحات المفاتيح.
• الاتصالات:مؤشرات الحالة والإضاءة الخلفية في الهواتف، أجهزة الفاكس، ومعدات الشبكات.
• الإلكترونيات الاستهلاكية:الإشارة الرمزية ومؤشرات الحالة في مختلف الأجهزة المحمولة والثابتة.
• المؤشرات للأغراض العامة:أي تطبيق يتطلب مؤشرًا برتقاليًا ساطعًا وموثوقًا.

8.2 اعتبارات تصميم حرجة

1. تحديد التيار:مقاومة خارجية لتحديد التيارإلزامية تمامًا. تعني الخاصية الأسية V-I لـ LED أن زيادة صغيرة في الجهد يمكن أن تسبب زيادة كبيرة ومدمرة في التيار. يتم حساب قيمة المقاومة (R) باستخدام قانون أوم: R = (Vsupply - VF) / IF، حيث يجب أن تكون VF هي القيمة القصوى من التصنيف (مثل 2.35V) لضمان التشغيل الآمن تحت جميع الظروف.
2. إدارة الحرارة:ضع في اعتبارك منحنيات تخفيض التصنيف. في بيئات درجة الحرارة المحيطة العالية أو إذا تم تشغيله بالقرب من أقصى تيار، تأكد من وجود مساحة نحاسية كافية في الـ PCB أو وسائل أخرى لتبديد الحرارة والحفاظ على درجة حرارة الوصلة ضمن الحدود الآمنة.
3. حماية التفريغ الكهروستاتيكي:على الرغم من تصنيفه لـ 2000 فولت HBM، فإن دمج ثنائيات قمع الجهد العابر (TVS) أو مقاومات على الخطوط الحساسة في البيئات المعرضة للتفريغ الكهروستاتيكي (مثل المؤشرات التي يمكن للمستخدم الوصول إليها) هو ممارسة جيدة.
4. التصميم البصري:توفر زاوية الرؤية الواسعة البالغة 130° رؤية جيدة خارج المحور. بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب حزمة ضوئية أكثر تركيزًا، ستكون هناك حاجة إلى بصريات ثانوية (عدسات).

9. المقارنة الفنية والتمييز

يقدم 23-21B، القائم على تقنية AlGaInP، مزايا مميزة لتطبيقات اللون البرتقالي/الأحمر مقارنة بتقنيات أخرى مثل مصابيح LED البيضاء المحولة بالفوسفور أو أجهزة GaAsP القديمة.

• مقارنة بمصابيح LED المحولة بالفوسفور:يوفر AlGaInP فعالية إضاءة أعلى ونقاء لوني أكثر تشبعًا في الطيف البرتقالي-الأحمر دون خسائر الكفاءة المرتبطة بالتحويل بالفوسفور.
• مقارنة بمصابيح LED القديمة من نوع GaAsP:تقدم تقنية AlGaInP سطوعًا أعلى بكثير واستقرارًا حراريًا أفضل.
• مقارنة بمصابيح LED الكبيرة ذات الأطراف الرصاصية:تمكن عبوة SMD من التجميع الآلي، وتقلل من مساحة اللوحة، وتحسن الموثوقية من خلال التخلص من الأطراف الرصاصية المنحنية وأخطاء الإدخال اليدوي.
• المميز الرئيسي:يجمع المنتج بين لون برتقالي لامع محدد من شبه موصل باعث مباشر، وعبوة SMD مدمجة، والامتثال للوائح البيئية الحديثة (RoHS، خالٍ من الهالوجين)، مما يجعله مناسبًا للتصميمات الإلكترونية المعاصرة.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات الفنية)

س1: ما قيمة المقاومة التي يجب أن أستخدمها مع مصدر طاقة 5 فولت؟

ج1: باستخدام أسوأ حالة لـ VF القصوى وهي 2.35 فولت والتيار المطلوب IF وهو 20mA: R = (5V - 2.35V) / 0.020A = 132.5 أوم. ستكون القيمة القياسية الأعلى الأقرب (مثل 150 أوم) خيارًا آمنًا، مما يؤدي إلى IF ≈ 17.7mA.

س2: هل يمكنني تشغيل هذا LED عند 30mA للحصول على سطوع أكثر؟

ج2: القيمة القصوى المطلقة للتيار الأمامي المستمر هي 25mA. التشغيل عند 30mA يتجاوز هذا التصنيف، مما قد يقلل الموثوقية والعمر الافتراضي، ويسبب حرارة مفرطة، وربما يؤدي إلى فشل فوري. قم دائمًا بالتشغيل ضمن الحدود المحددة.

س3: تصنيف شدة الإضاءة هو Q2 (90-112 mcd). ما الناتج الذي يمكنني توقعه في تصميمي؟

ج3: يمكنك التصميم بشكل متحفظ بناءً على القيمة الدنيا وهي 90 mcd. سيكون الجهاز الفعلي الذي تستلمه بين 90 و 112 mcd. ينطبق التسامح ±11% على حدود التصنيف، لذلك يمكن نظريًا أن يكون جهاز محدد مصنف Q2 منخفضًا حتى ~80 mcd أو مرتفعًا حتى ~124 mcd، على الرغم من أنه سيكون ضمن نطاق Q2.

س4: كيف أفسر رسم منحنى درجة حرارة اللحام؟

ج4: يُظهر الرسم البياني درجة الحرارة (المحور Y) مقابل الوقت (المحور X). يجب برمجة فرن إعادة التدفق الخاص بك بحيث تتبع درجة الحرارة المقاسة عند أطراف LED هذا المسار: تسخين مسبق تدريجي، صعود مسيطر عليه، وقت محدد فوق نقطة انصهار اللحام (217°مئوية)، درجة حرارة ذروة مسيطر عليها (≤260°مئوية)، وتبريد مسيطر عليه. الانحراف الكبير، خاصة تجاوز حدود الوقت عند درجة الحرارة، يمكن أن يتلف LED.

11. حالة تصميم واستخدام عملية

السيناريو: تصميم لوحة مؤشر حالة تحتوي على عدة مصابيح LED برتقالية.

1. اختيار التصنيف:لمظهر موحد، حدد تصنيفات ضيقة لكل من الطول الموجي السائد (HUE، مثل D10 فقط) وشدة الإضاءة (CAT، مثل Q1 فقط). هذا يضمن أن جميع المؤشرات لها لون وسطوع متطابقين تقريبًا.
2. تصميم الدائرة:باستخدام مصدر طاقة متحكم دقيق 3.3V. بافتراض تصنيف VF "1" (الحد الأقصى 2.15V) واستهداف 15mA لاستهلاك طاقة أقل: R = (3.3V - 2.15V) / 0.015A = 76.7 أوم. استخدم مقاومة 75 أوم. القدرة في المقاومة: (1.15V^2)/75Ω ≈ 18mW. استخدم مقاومة 1/10 واط أو أكبر.
3. تخطيط الـ PCB:ضع LED وفقًا لنمط الوسادة الموصى به. قم بتضمين مساحة نحاسية صغيرة متصلة بوسادة الكاثود للمساعدة في تبديد الحرارة، خاصة إذا تم وضع عدة مصابيح LED قريبة من بعضها.
4. التجميع:احتفظ بالبكرات في أكياس محكمة الإغلاق حتى يتم تحميلها في آلة pick-and-place. اتبع منحنى إعادة التدفق بدقة. بعد التجميع، تجنب ثني الـ PCB بالقرب من مصابيح LED.

12. مقدمة عن مبدأ التشغيل

يعمل LED 23-21B على مبدأ الإضاءة الكهربائية في وصلة أشباه الموصلات p-n. تتكون المنطقة النشطة من طبقات AlGaInP (فوسفيد الألومنيوم الغاليوم الإنديوم) نمت بشكل طبقي على ركيزة. عند تطبيق جهد أمامي يتجاوز الجهد المضمن في الوصلة، يتم حقق الإلكترونات من المنطقة من النوع n والفجوات من المنطقة من النوع p في المنطقة النشطة. هنا، يعيدون الاتحاد بإشعاع، محررين الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد التركيب المحدد لسبيكة AlGaInP طاقة فجوة النطاق، والتي تحدد مباشرة الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث - في هذه الحالة، برتقالي لامع (~611 نانومتر). يقوم راتنج الإيبوكسي الشفاف بالماء بتغليف الشريحة، ويوفر الحماية الميكانيكية، ويعمل كعدسة أولية تشكل نمط ناتج الضوء.

13. اتجاهات التكنولوجيا والسياق

تمثل مصابيح LED من نوع SMD مثل 23-21B تقنية التعبئة السائدة لتطبيقات المؤشرات والإضاءة منخفضة الطاقة، حيث حلت إلى حد كبير محل مصابيح LED ذات الثقب المار. يستمر الاتجاه في هذا القطاع نحو:

- التصغير:بصمات عبوات أصغر حجمًا (مثل 0402، 0201 متري) للوحات عالية الكثافة للغاية.

- زيادة الكفاءة:تحسينات مستمرة في النمو الطبقي وتصميم الشرائح تنتج فعالية إضاءة أعلى (مزيد من ناتج الضوء لكل واط كهربائي).

- تعزيز الموثوقية:مواد وتقنيات تعبئة محسنة تؤدي إلى فترات تشغيل أطول وأداء أفضل تحت الظروف البيئية القاسية (درجة الحرارة، الرطوبة).

- التكامل:نمو عبوات متعددة الشرائح (RGB، متعددة الألوان) ومصابيح LED مع متحكمات متكاملة (ICs) لتطبيقات الإضاءة الذكية.

- توسيع الطيف:تطوير مواد أشباه الموصلات لإنتاج ألوان بكفاءة عبر الطيف المرئي بأكمله وإلى الأشعة فوق البنفسجية (UV) والأشعة تحت الحمراء (IR). بينما يهيمن AlGaInP على نطاق الأحمر-البرتقالي-الكهرماني-الأصفر، تستخدم مواد أخرى مثل InGaN لمصابيح LED الزرقاء والخضراء والبيضاء.

يندرج 23-21B في هذا المشهد كمكون موثوق ومعياري يقدم توازنًا بين الأداء والحجم والتكلفة للونه المستهدف ونطاق تطبيقه.