ورقة بيانات LED SMD 17-21 برتقالي ساطع - عبوة 2.0x1.25x0.8 مم - جهد 1.75-2.35 فولت - قدرة 60 ميغاواط - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد 17-21/S2C-AP1Q2B/3T مصباح LED من نوع جهاز السطح المثبت (SMD) مصممًا للتجميعات الإلكترونية عالية الكثافة. وظيفته الأساسية هي توفير إشارة برتقالية ساطعة أو إضاءة خلفية. تكمن الميزة الأساسية لهذا المكون في بصمته المصغرة، التي تبلغ حوالي 2.0 مم × 1.25 مم، مما يتيح توفيرًا كبيرًا في المساحة على لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs) مقارنة بمصابيح LED التقليدية ذات الأطراف. يساهم هذا التصغير المباشر في تصميمات منتجات نهائية أصغر حجمًا، ومتطلبات تخزين أقل للمكونات، وكثافة تعبئة أعلى على بكرات التجميع ولوحات الدوائر المطبوعة. تم تصنيع الجهاز باستخدام رقاقة شبه موصلة من نوع AIGaInP (فوسفيد الألومنيوم الغاليوم الإنديوم)، مُغلَّفة في عدسة راتنجية شفافة. مسؤول عن إنتاج لونه البرتقالي الساطع المميز هذا المزيج من المواد. المنتج متوافق بالكامل مع اللوائح البيئية الحديثة، فهو خالٍ من الرصاص، متوافق مع RoHS، متوافق مع EU REACH، وخالٍ من الهالوجين (مع البروم <900 جزء في المليون، الكلور <900 جزء في المليون، Br+Cl < 1500 جزء في المليون). يتم توريده على شريط بعرض 8 مم مثبت على بكرات قطرها 7 بوصات، مما يجعله متوافقًا تمامًا مع معدات التجميع الآلي عالية السرعة (pick-and-place).

2. تعمق في المواصفات الفنية

2.1 الحدود القصوى المطلقة

صُمم الجهاز للعمل بموثوقية ضمن حدود كهربائية وحرارية محددة. قد يتسبب تجاوز هذه الحدود القصوى المطلقة في تلف دائم. الحد الأقصى لجهد الانعكاس (VR) هو 5 فولت. يجب ألا يتجاوز تيار الأمام المستمر (IF) 25 مللي أمبير. للعمل النبضي، يُسمح بتيار أمامي ذروة (IFP) يصل إلى 60 مللي أمبير تحت دورة عمل 1/10 عند تردد 1 كيلوهرتز. الحد الأقصى لتبديد الطاقة الكلي (Pd) للعبوة هو 60 ميغاواط. يمكن للجهاز تحمل تفريغ كهروستاتيكي (ESD) بقيمة 2000 فولت وفقًا لنموذج جسم الإنسان (HBM). نطاق درجة حرارة التشغيل (Topr) هو من -40°C إلى +85°C، بينما نطاق درجة حرارة التخزين (Tstg) أوسع قليلاً من -40°C إلى +90°C. بالنسبة للحام، يمكنه تحمل ملفات إعادة التدفق بدرجة حرارة ذروة تصل إلى 260°C لمدة تصل إلى 10 ثوانٍ، أو الحام اليدوي عند 350°C لمدة أقصاها 3 ثوانٍ لكل طرف.

2.2 الخصائص الكهروبصرية

يتم قياس معايير الأداء الرئيسية في حالة اختبار قياسية لدرجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25°C وتيار أمامي (IF) قدره 20 مللي أمبير. تتراوح شدة الإضاءة (Iv) بشكل نموذجي من 45.00 ميكروكانديلا إلى 112.00 ميكروكانديلا، مصنفة في فئات محددة. زاوية المشاهدة (2θ1/2)، المُعرَّفة على أنها الزاوية الكاملة عند نصف الشدة، تبلغ نموذجيًا 140 درجة، مما يوفر نمط إشعاع واسعًا مناسبًا للعديد من تطبيقات المؤشرات. تُحدد الخصائص الطيفية بواسطة طول موجي ذروة (λp) يبلغ 611 نانومتر ونطاق طول موجي سائد (λd) من 600.50 نانومتر إلى 612.50 نانومتر. عرض النطاق الطيفي (Δλ) هو حوالي 17 نانومتر. يتراوح جهد الأمام (VF) المطلوب لتشغيل LED عند 20 مللي أمبير من 1.75 فولت إلى 2.35 فولت، وهو أيضًا منظم في فئات. يُضمن أن يكون تيار الانعكاس (IR) أقل من 10 ميكرو أمبير عند تطبيق جهد انعكاسي قدره 5 فولت، على الرغم من أن الجهاز ليس مخصصًا للعمل في حالة الانعكاس.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

لضمان اتساق اللون والسطوع في الإنتاج، يتم فرز مصابيح LED إلى فئات بناءً على ثلاثة معايير رئيسية: شدة الإضاءة، الطول الموجي السائد، وجهد الأمام.

3.1 فئات شدة الإضاءة

يتم تصنيف الناتج الضوئي إلى أربع فئات (P1, P2, Q1, Q2) عند التشغيل بـ IF=20 مللي أمبير. تغطي الفئة P1 النطاق من 45.00 ميكروكانديلا إلى 57.00 ميكروكانديلا. تغطي P2 من 57.00 ميكروكانديلا إلى 72.00 ميكروكانديلا. تغطي Q1 من 72.00 ميكروكانديلا إلى 90.00 ميكروكانديلا. تغطي الفئة ذات الناتج الأعلى، Q2، من 90.00 ميكروكانديلا إلى 112.00 ميكروكانديلا. ينطبق تسامح ±11% داخل كل فئة.

3.2 فئات الطول الموجي السائد

يتم فرز الطول الموجي السائد، الذي يحدد اللون المُدرك، إلى أربع فئات (D8, D9, D10, D11). يتراوح D8 من 600.50 نانومتر إلى 603.50 نانومتر. يتراوح D9 من 603.50 نانومتر إلى 606.50 نانومتر. يتراوح D10 من 606.50 نانومتر إلى 609.50 نانومتر. يتراوح D11 من 609.50 نانومتر إلى 612.50 نانومتر. تم تحديد تسامح ±1 نانومتر.

3.3 فئات جهد الأمام

يتم فرز انخفاض جهد الأمام إلى ثلاث فئات (0, 1, 2) للمساعدة في تصميم الدائرة، خاصة لحساب مقاومة تحديد التيار. تغطي الفئة 0 من 1.75 فولت إلى 1.95 فولت. تغطي الفئة 1 من 1.95 فولت إلى 2.15 فولت. تغطي الفئة 2 من 2.15 فولت إلى 2.35 فولت. تم ملاحظة تسامح ±0.1 فولت.

4. تحليل منحنيات الأداء

توفر ورقة البيانات عدة منحنيات مميزة ضرورية لفهم سلوك LED تحت ظروف مختلفة.

4.1 نمط الإشعاع

يظهر مخطط الإشعاع التوزيع المكاني لشدة الضوء. النمط نموذجيًا لامبرتي أو شبه لامبرتي، حيث يتم رسم الشدة النسبية مقابل زاوية المشاهدة. تؤكد زاوية المشاهدة البالغة 140 درجة على إشعاع واسع منتشر مناسب للإضاءة المساحية أو المؤشرات التي تتطلب وضوحًا واسعًا.

4.2 شدة الإضاءة النسبية مقابل تيار الأمام

يوضح هذا المنحنى العلاقة غير الخطية بين تيار القيادة والناتج الضوئي. تزداد شدة الإضاءة مع التيار ولكنها ستصل إلى التشبع في النهاية. قد يؤدي التشغيل بشكل كبير فوق 20 مللي أمبير الموصى بها إلى انخفاض الكفاءة وتسريع الشيخوخة.

4.3 شدة الإضاءة النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطة

هذا الرسم البياني بالغ الأهمية لإدارة الحرارة. ينخفض الناتج الضوئي مع ارتفاع درجة الحرارة المحيطة. على سبيل المثال، عند درجة حرارة التشغيل القصوى +85°C، قد يكون الناتج أقل بكثير منه عند 25°C. يجب أخذ هذا في الاعتبار في التصميمات التي تتطلب سطوعًا ثابتًا عبر نطاق درجات حرارة.

4.4 منحنى تخفيض تصنيف تيار الأمام

يحدد هذا المنحنى أقصى تيار أمامي مسموح به كدالة لدرجة الحرارة المحيطة. مع زيادة درجة الحرارة، ينخفض الحد الأقصى للتيار الآمن لمنع تجاوز حد تبديد الطاقة البالغ 60 ميغاواط ولإدارة درجة حرارة التقاطع، مما يضمن الموثوقية طويلة المدى.

4.5 جهد الأمام مقابل تيار الأمام

تُظهر خاصية IV (التيار-الجهد) هذه العلاقة الأسية النموذجية للدايود. معرفة هذا المنحنى تساعد في تصميم دائرة تحديد تيار مناسبة.

4.6 توزيع الطيف

يظهر مخطط توزيع القدرة الطيفية شدة الضوء المنبعث عبر الأطوال الموجية، متمركزًا حول الذروة 611 نانومتر. يشير عرض النطاق الضيق (~17 نانومتر) إلى لون برتقالي نقي نسبيًا.

5. معلومات الميكانيكا والتعبئة

5.1 أبعاد العبوة

يحتوي LED على عبوة مستطيلة مدمجة. تشمل الأبعاد الرئيسية الطول الإجمالي، العرض، والارتفاع. يتم تحديد الكاثود بواسطة علامة محددة على جسم العبوة، وهو أمر بالغ الأهمية للتوجيه الصحيح أثناء التجميع. جميع التسامحات غير المحددة هي نموذجيًا ±0.1 مم.

5.2 البكرة، الشريط، والتعبئة الحساسة للرطوبة

يتم توريد المكونات في تغليف مقاوم للرطوبة. يتم وضعها في شريط حامل بأبعاد جيوب محددة، ملفوف على بكرة قطرها 7 بوصات. تحتوي كل بكرة على 3000 قطعة. يشمل التغليف مجففًا ويتم إغلاقه داخل كيس ألومنيوم مقاوم للرطوبة. توفر الملصقات على الكيس معلومات حرجة: رقم منتج العميل (CPN)، رقم المنتج (P/N)، كمية التعبئة (QTY)، رتبة شدة الإضاءة (CAT)، رتبة اللون/الطول الموجي السائد (HUE)، رتبة جهد الأمام (REF)، ورقم الدفعة (LOT No).

6. إرشادات الحام والتجميع

6.1 احتياطات التخزين والتعامل

مصابيح LED هي أجهزة حساسة للرطوبة (MSD). لا يجب فتح كيس مقاومة الرطوبة غير المفتوح حتى تصبح المكونات جاهزة للاستخدام. بعد الفتح، يجب تخزين مصابيح LED غير المستخدمة في ظروف 30°C أو أقل ورطوبة نسبية 60% أو أقل. "عمر الأرضية" بعد فتح الكيس هو 168 ساعة (7 أيام). إذا تجاوزت المكونات هذا الوقت أو إذا تغير لون مؤشر المجفف، يلزم معالجة بالخبز عند 60 ±5°C لمدة 24 ساعة قبل الاستخدام لإزالة الرطوبة الممتصة ومنع ظاهرة "الفشار" أثناء حام إعادة التدفق.

6.2 ملف حام إعادة التدفق

تم تحديد ملف حام إعادة التدفق الخالي من الرصاص. تشمل المعايير الرئيسية: مرحلة التسخين المسبق بين 150-200°C لمدة 60-120 ثانية؛ وقت فوق السائل (217°C) من 60-150 ثانية؛ درجة حرارة ذروة لا تتجاوز 260°C، محتفظ بها لمدة أقصاها 10 ثوانٍ؛ معدلات تسخين وتبريد قصوى. لا يجب إجراء حام إعادة التدفق أكثر من مرتين على نفس المكون.

6.3 الحام اليدوي وإعادة العمل

إذا كان الحام اليدوي ضروريًا، فيجب توخي الحذر الشديد. يجب أن تكون درجة حرارة طرف مكواة الحام أقل من 350°C، مطبقة على كل طرف لمدة لا تزيد عن 3 ثوانٍ. يجب أن تكون قدرة مكواة الحام 25 واط أو أقل. يجب ترك فاصل زمني أدنى 2 ثانية بين لحام كل طرف. يُنصح بشدة بعدم إعادة العمل. إذا كان لا مفر منه، فيجب استخدام مكواة حام برأسين لتسخين كلا الطرفين في وقت واحد وتجنب الإجهاد الميكانيكي على وصلات الحام. احتمالية تلف LED أثناء إعادة العمل عالية.

6.4 اعتبارات تصميم الدائرة

مقاومة تحديد تيار خارجية إلزامية. لجهد الأمام لـ LED معامل درجة حرارة سالب، مما يعني أنه ينخفض مع ارتفاع درجة الحرارة. بدون مقاومة متسلسلة، قد يتسبب زيادة صغيرة في جهد التغذية أو انخفاض في VF في زيادة كبيرة، وربما مدمرة، في تيار الأمام. يجب حساب قيمة المقاومة بناءً على جهد التغذية، فئة جهد الأمام لـ LED، وتيار التشغيل المطلوب (نموذجيًا 20 مللي أمبير أو أقل).

7. اقتراحات التطبيق

7.1 سيناريوهات تطبيقية نموذجية

اللون البرتقالي الساطع والحجم الصغير يجعلان هذا LED مناسبًا لمجموعة متنوعة من التطبيقات: الإضاءة الخلفية للوحات عدادات الأجهزة، المفاتيح، والرموز؛ مؤشرات الحالة في معدات الاتصالات مثل الهواتف وآلات الفاكس؛ مصابيح مؤشر عامة في الإلكترونيات الاستهلاكية، عناصر التحكم الصناعية، ودواخل السيارات؛ إضاءة خلفية مسطحة للوحات LCD الصغيرة.

7.2 اعتبارات التصميم

عند دمج هذا LED، يجب على المصممين مراعاة عدة عوامل:قيادة التيار:استخدم دائمًا مصدر تيار ثابت أو مصدر جهد مع مقاومة متسلسلة.إدارة الحرارة:تأكد من وجود مساحة نحاسية كافية في PCB أو فتحات حرارية إذا كان التشغيل في درجات حرارة محيطة عالية أو بالقرب من أقصى تيار لإدارة درجة حرارة التقاطع.التصميم البصري:قد تتطلب زاوية المشاهدة الواسعة أدلة ضوئية أو موزعات لتشكيل الضوء لتطبيقات محددة.حماية ESD:نفذ احتياطات ESD القياسية أثناء التعامل والتجميع، حيث أن تصنيف 2000 فولت HBM، رغم متانته، يمكن تجاوزه في بيئات غير خاضعة للرقابة.

8. المقارنة الفنية والتمييز

مقارنة بتقنيات LED القديمة ذات الثقب المار (through-hole)، يقدم هذا LED SMD مزايا جوهرية: تقليل مساحة اللوحة بأكثر من 70%، التوافق مع التجميع الآلي بالكامل مما يقلل تكاليف العمالة، وتحسين الموثوقية بسبب عدم وجود أطراف منحنية. داخل سوق LED SMD، فإن عوامل التمييز الرئيسية له هي استخدام تقنية AIGaInP للضوء البرتقالي عالي الكفاءة (أفضل من مصابيح LED المفلترة أو المصبوغة)، الامتثال المحدد لمتطلبات الخلو من الهالوجين، وهيكل تصنيف مفصل يسمح بمطابقة دقيقة للون والسطوع في عمليات الإنتاج. يساهم الجمع بين شدة إضاءة عالية نسبيًا بالنسبة لحجمه وجهد أمامي منخفض في كفاءة طاقة إجمالية جيدة.

9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير الفنية)

س: ما قيمة المقاومة التي يجب أن أستخدمها مع مصدر جهد 5 فولت؟

ج: القيمة تعتمد على فئة جهد الأمام (VF) لـ LED. باستخدام أسوأ حالة (أقل VF) وهي 1.75 فولت وتيار مستهدف 20 مللي أمبير: R = (جهد التغذية - Vf) / If = (5V - 1.75V) / 0.02A = 162.5 أوم. ستكون مقاومة قياسية 160 أو 180 أوم مناسبة. احسب دائمًا لفئة VF المحددة التي تستخدمها وتحقق من تبديد الطاقة في المقاومة.

س: هل يمكنني تشغيل هذا LED بإشارة PWM للتعتيم؟

ج: نعم، تعد تعديل عرض النبضة (PWM) طريقة فعالة لتعتيم مصابيح LED. تأكد من أن تيار الذروة في كل نبضة لا يتجاوز التصنيف 60 مللي أمبير، وأن متوسط التيار مع مرور الوقت لا يتجاوز التصنيف المستمر 25 مللي أمبير. التردد النموذجي هو من 100 هرتز إلى 1 كيلوهرتز.

س: لماذا يقتصر وقت التخزين بعد فتح الكيس على 7 أيام؟

ج: يمكن لمادة التغليف البلاستيكية امتصاص الرطوبة من الهواء. أثناء عملية حام إعادة التدفق عالية الحرارة، يمكن أن تتمدد هذه الرطوبة المحبوسة بسرعة إلى بخار، مما يسبب انفصالًا داخليًا أو تشققًا ("ظاهرة الفشار")، مما يدمر المكون. يعتمد حد 7 أيام على مستوى الحساسية للرطوبة (MSL) للعبوة.

س: كيف تؤثر درجة الحرارة على الناتج الضوئي؟

ج: للناتج الضوئي معامل درجة حرارة سالب. مع زيادة درجة حرارة التقاطع، تنخفض الكفاءة الضوئية، مما يؤدي إلى انخفاض الناتج الضوئي لنفس تيار القيادة. تقوم منحنيات الأداء في القسم 4 بتحديد هذه العلاقة كميًا، وهي بالغة الأهمية للتطبيقات التي تعمل في بيئات حارة.

10. دراسة حالة تصميم واستخدام

السيناريو: تصميم لوحة مؤشرات حالة متعددة لوحدة تحكم صناعية.تتطلب اللوحة 20 مصباح LED برتقالي ساطع متطابق لإظهار حالات نظام مختلفة. لضمان مظهر موحد، من الضروري تحديد مصابيح LED من نفس فئة شدة الإضاءة (مثل Q1) ونفس فئة الطول الموجي السائد (مثل D10). يجب أن يتضمن تخطيط PCB وسادات بحجم صحيح وفقًا لرسم العبوة ومقاومة تحديد تيار لكل LED، محسوبة بناءً على مصدر جهد المنطق 3.3 فولت للنظام وفئة VF المختارة. لتبسيط التجميع، يجب أن يستخدم التصميم تنسيق الشريط والبكرة مباشرة مع معدات التنسيب الآلي. يجب أن تلتزم عملية التصنيع بملف إعادة التدفق وإدارة عمر الأرضية البالغ 7 أيام للبكرة المفتوحة لمنع فقدان العائد المرتبط بالرطوبة. يجب أن يؤكد التحليل الحراري أن وضع 20 مصباح LED بالقرب من بعضها البعض لا يسبب تسخينًا موضعيًا يؤدي إلى تخفيض تصنيف أقصى تيار مسموح به.

11. مقدمة عن مبدأ التشغيل

يعتمد انبعاث الضوء في هذا LED على الإضاءة الكهربائية في تقاطع p-n شبه موصل مصنوع من AIGaInP (فوسفيد الألومنيوم الغاليوم الإنديوم). عند تطبيق جهد أمامي يتجاوز الجهد المدمج للتقاطع، يتم حقق الإلكترونات من المنطقة من النوع n والفجوات من المنطقة من النوع p في المنطقة النشطة. هنا، تتحد، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات. تحدد طاقة فجوة النطاق المحددة لسبيكة AIGaInP الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث، والذي يكون في هذه الحالة في الطيف البرتقالي (~611 نانومتر). يقوم الراتنج الإيبوكسي الشفاف بحماية الرقاقة شبه الموصلة، ويوفر الاستقرار الميكانيكي، ويعمل كعدسة لتشكيل نمط الناتج الضوئي.

12. اتجاهات التكنولوجيا

يستمر الاتجاه العام في مصابيح LED المؤشر SMD نحو كفاءة أعلى (مزيد من لومن أو ميكروكانديلا لكل واط)، أحجام عبوات أصغر لزيادة الكثافة، وتحسين اتساق اللون من خلال تصنيف أكثر دقة. هناك أيضًا دافع قوي نحو موثوقية أعلى وعمر أطول تحت نطاق أوسع من الظروف البيئية، بما في ذلك التشغيل بدرجات حرارة أعلى للتطبيقات السياراتية والصناعية. تكامل الميزات، مثل المقاومات المحددة للتيار المدمجة أو ثنائيات الحماية داخل نفس العبوة، هو تطور مستمر آخر لتبسيط تصميم الدائرة وتوفير مساحة لوحة إضافية. أصبح الامتثال البيئي، بما في ذلك المواد الخالية من الهالوجين والامتثال الكامل لـ RoHS، متطلبًا قياسيًا بدلاً من كونه عامل تمييز.