جدول المحتويات
- نظرة عامة على المنتج
- المواصفات الفنية والتفسير الموضوعي المتعمق
- 2.1 الحدود القصوى المطلقة
- 2.2 الخصائص الكهروضوئية
- 3. شرح نظام Binning
- 3.1 تصنيف شدة الإضاءة
- 3.2 تصنيف الطول الموجي السائد
- 3.3 فرز جهد الأمام
- 4. تحليل منحنى الأداء
- 5. المعلومات الميكانيكية ومعلومات العبوة
- 5.1 أبعاد العبوة
- 5.2 تحديد القطبية
- 6. إرشادات اللحام والتجميع
- 6.1 تحديد التيار
- 6.2 التخزين والحساسية للرطوبة
- 6.3 ملف لحام إعادة التدفق
- 6.4 اللحام اليدوي وإعادة العمل
- 7. معلومات التعبئة والتغليف والطلب
- 7.1 مواصفات البكرة والشريط
- 7.2 معلومات الملصق
- 8. اقتراحات التطبيق
- 8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية
- 8.2 اعتبارات التصميم
- 9. المقارنة والتمييز التقني
- 10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)
- 11. دراسة حالة التطبيق العملي
- 12. مقدمة المبدأ التقني
- 13. اتجاهات وتطورات الصناعة
نظرة عامة على المنتج
17-21 SMD LED هو جهاز مثبت على السطح مصمم لتطبيقات لوحات الدوائر المطبوعة عالية الكثافة. يستخدم تقنية أشباه الموصلات AlGaInP لإنتاج إخراج ضوئي أصفر ساطع. الميزة الأساسية لهذا المكون هي بصمته المصغرة، التي تبلغ مقاساتها 1.6 مم × 0.8 مم × 0.6 مم، مما يتيح توفيرًا كبيرًا في المساحة على لوحات الدوائر مقارنة بمصابيح LED التقليدية ذات الأسلاك. يساهم هذا التخفيض في الحجم مباشرة في تصميمات المنتجات النهائية الأصغر حجمًا، وتقليل متطلبات التخزين للمكونات، وكثافة تعبئة أعلى على لوحات الدوائر المطبوعة. الجهاز خفيف الوزن أيضًا، مما يجعله مثاليًا للتطبيقات الإلكترونية المحمولة والمصغرة حيث يكون الوزن عاملاً حاسمًا.
يتم تصنيف LED كنوع أحادي اللون وهو مصنوع باستخدام مواد خالية من الرصاص. وهو يتوافق مع اللوائح البيئية والسلامة الرئيسية، بما في ذلك توجيه الاتحاد الأوروبي RoHS، ولوائح الاتحاد الأوروبي REACH، ويصنف على أنه خالٍ من الهالوجين، حيث يكون محتوى البروم (Br) والكلور (Cl) أقل من 900 جزء في المليون لكل منهما ومجموعهما أقل من 1500 جزء في المليون. يتم توريد المنتج على شريط بعرض 8 مم، ملفوف على بكرات قطرها 7 بوصات، مما يجعله متوافقًا تمامًا مع معدات التجميع الآلية القياسية للالتقاط والوضع. كما أنه مصمم لتحمل عمليات اللحام الشائعة، بما في ذلك إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء وبالطور البخاري.
المواصفات الفنية والتفسير الموضوعي المتعمق
2.1 الحدود القصوى المطلقة
تحدد التصنيفات القصوى المطلقة حدود الإجهاد التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. هذه القيم ليست مخصصة للعمل العادي.
- Reverse Voltage (VR): 5V. تجاوز هذا الجهد في الانحياز العكسي يمكن أن يتسبب في انهيار الوصلة.
- التيار الأمامي (IF): 25 مللي أمبير تيار مستمر. هذا هو الحد الأقصى للتيار المستمر المستمر الموصى به للتشغيل الموثوق.
- تيار الذروة الأمامي (IFP): 60 مللي أمبير. ينطبق هذا التصنيف في ظل ظروف النبض بدورة عمل 1/10 عند تردد 1 كيلو هرتز. يسمح بفترات قصيرة من السطوع الأعلى ولكن لا ينبغي استخدامه للقيادة المستمرة.
- تبديد الطاقة (Pd): 60 ملي واط. هذه هي أقصى قدرة يمكن للعبوة تبديدها كحرارة عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية. قد يكون تخفيض التصنيف ضروريًا في درجات الحرارة الأعلى.
- التفريغ الكهروستاتيكي (ESD): 2000 فولت (نموذج جسم الإنسان). يشير هذا إلى مستوى متوسط من الحساسية للتفريغ الكهروستاتيكي. إجراءات التعامل الصحيحة مع التفريغ الكهروستاتيكي ضرورية أثناء التجميع والتعامل.
- درجة حرارة التشغيل (Topr): من -40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية. الجهاز مصنف للتطبيقات ضمن نطاق درجة حرارة صناعي.
- درجة حرارة التخزين (Tstg): -40°C إلى +90°C.
- درجة حرارة اللحام: يمكن للجهاز تحمل لحام إعادة التدفق بدرجة حرارة ذروية تبلغ 260 درجة مئوية لمدة تصل إلى 10 ثوانٍ. بالنسبة للحام اليدوي، يجب ألا تتجاوز درجة حرارة طرف المكواة 350 درجة مئوية، ويجب أن يقتصر وقت التلامس على 3 ثوانٍ لكل طرف.
2.2 الخصائص الكهروضوئية
يتم قياس هذه المعلمات في حالة اختبار قياسية حيث Ta=25°C و IF=20mA، ما لم يُذكر خلاف ذلك. وهي تحدد الأداء البصري والكهربائي لـ LED.
- شدة الإضاءة (Iv): تتراوح من حد أدنى 28.50 مللي شمعة إلى حد أقصى 72.00 مللي شمعة. تقع القيمة النموذجية ضمن هذا النطاق. ينطبق تسامح ±11% على شدة الإضاءة.
- زاوية الرؤية (2θ1/2): عادةً 140 درجة. هذه الزاوية الواسعة للرؤية تجعل LED مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب إضاءة واسعة أو وضوحًا من زوايا متعددة.
- الطول الموجي الذروي (λp): عادةً 591 نانومتر. هذا هو الطول الموجي الذي يكون فيه توزيع القدرة الطيفية في أقصى حد.
- الطول الموجي السائد (λd): يتراوح من 585.50 نانومتر إلى 591.50 نانومتر. هذا هو الطول الموجي الفردي الذي تدركه العين البشرية ويتطابق مع لون ضوء LED. تم تحديد نطاق تحمّل ضيق يبلغ ±1 نانومتر.
- عرض النطاق الطيفي (Δλ): عادةً 15 نانومتر. هذا يُعرّف عرض الطيف المنبعث عند نصف أقصى شدة (FWHM).
- الجهد الأمامي (VF): يتراوح من 1.75V إلى 2.35V عند IF=20mA. تم تسجيل تسامح مقداره ±0.1V. هذه المعلمة حاسمة لتصميم دائرة تحديد التيار.
- التيار العكسي (IR): الحد الأقصى 10 ميكرو أمبير عند VR=5V. تشير ورقة البيانات بوضوح إلى أن الجهاز غير مصمم للعمل العكسي؛ هذا الاختبار للتوصيف فقط.
3. شرح نظام Binning
لضمان الاتساق في الإنتاج، يتم فرز مصابيح LED إلى مجموعات بناءً على المعايير الرئيسية. وهذا يسمح للمصممين باختيار المكونات التي تلبي معايير أداء محددة لتطبيقهم.
3.1 تصنيف شدة الإضاءة
يتم تصنيف مصابيح LED إلى أربع فئات (N1, N2, P1, P2) بناءً على شدة إضاءتها المقاسة عند 20 مللي أمبير.
- N1: 28.50 - 36.00 mcd
- N2: 36.00 - 45.00 mcd
- P1: 45.00 - 57.00 mcd
- P2: 57.00 - 72.00 mcd
3.2 تصنيف الطول الموجي السائد
يتم التحكم في اللون (الصبغة) من خلال تصنيف الطول الموجي السائد إلى مجموعتين.
- D3: 585.50 - 588.50 nm
- D4: 588.50 - 591.50 نانومتر
3.3 فرز جهد الأمام
يتم فرز الجهد الأمامي لمساعدة تصميم مصدر الطاقة ولتجميع مصابيح LED ذات الخصائص الكهربائية المتشابهة.
- Bin 0: 1.75 - 1.95 V
- Bin 1: 1.95 - 2.15 فولت
- Bin 2: 2.15 - 2.35 فولت
عادةً ما يُشار إلى مجموعة رموز التصنيف هذه (مثل CAT للشدة، وHUE للطول الموجي، وREF للجهد الكهربائي) على ملصق عبوة المنتج، مما يسمح باختيار المكونات بدقة.
4. تحليل منحنى الأداء
تشير ورقة البيانات إلى منحنيات الخصائص الكهروضوئية النموذجية. بينما لا يتم تقديم الرسوم البيانية المحددة في النص، فإن المنحنيات القياسية لمثل هذه الثنائيات الباعثة للضوء (LEDs) تشمل عادةً:
- شدة الإضاءة النسبية مقابل التيار الأمامي: يوضح هذا المنحنى كيف تزداد شدة الإخراج الضوئي مع زيادة التيار، وعادةً ما يكون ذلك بطريقة شبه خطية عند التيارات الأعلى بسبب تأثيرات التسخين.
- الجهد الأمامي مقابل التيار الأمامي: هذه هي خاصية الجهد-تيار للدايود، والتي تُظهر العلاقة الأسية.
- شدة الإضاءة النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطة: يُظهر هذا المنحنى تأثير التلاشي الحراري، حيث ينخفض إخراج الضوء مع ارتفاع درجة حرارة الوصلة.
- توزيع القدرة الطيفية: رسم بياني يوضح شدة الضوء المنبعث عبر الأطوال الموجية، متمركز حول الطول الموجي الأقصى البالغ 591 نانومتر مع عرض نطاق ترددي نموذجي يبلغ 15 نانومتر.
هذه المنحنيات ضرورية لفهم سلوك الجهاز في ظل ظروف غير قياسية (تيارات أو درجات حرارة مختلفة) ولتحسين دائرة القيادة من أجل الكفاءة والعمر الطويل.
5. المعلومات الميكانيكية ومعلومات العبوة
5.1 أبعاد العبوة
تحتوي صمامات الثنائي الباعث للضوء 17-21 SMD على عبوة مستطيلة مدمجة. تشمل الأبعاد الرئيسية (بالمليمتر) طول الجسم 1.6، وعرض 0.8، وارتفاع 0.6. تم تصميم وسادات التوصيل للحام موثوق. توجد علامة تعريف للقطب السالب على العبوة، وهو أمر بالغ الأهمية للتوجيه الصحيح أثناء التجميع. جميع التسامحات غير المحددة هي ±0.1 مم.
5.2 تحديد القطبية
القطبية الصحيحة حيوية لتشغيل LED. يتميز الغلاف بعلامة مميزة لتحديد طرف الكاثود (-). يجب على المصممين التأكد من أن بصمة PCB تتضمن علامة مقابلة وأن عمليات التجميع تُحاذي المكون بشكل صحيح.
6. إرشادات اللحام والتجميع
المعالجة السليمة أمر بالغ الأهمية للحفاظ على موثوقية وأداء الجهاز.
6.1 تحديد التيار
استخدام مقاومة خارجية للحد من التيار إلزامي. تعني الخاصية الأسية للتيار والجهد في الصمام الثنائي الباعث للضوء أن زيادة صغيرة في الجهد يمكن أن تسبب زيادة كبيرة، وربما مدمرة، في التيار. يجب حساب قيمة المقاومة بناءً على جهد التغذية، وجهد التقدم للصمام الثنائي الباعث للضوء (باستخدام القيمة القصوى من التصنيف أو ورقة البيانات للسلامة)، والتيار الأمامي المطلوب (لا يتجاوز 25 مللي أمبير بشكل مستمر).
6.2 التخزين والحساسية للرطوبة
يتم تعبئة المنتج في كيس مقاوم للرطوبة مع مجفف. لمنع التلف الناجم عن الرطوبة أثناء إعادة التدفق ("الانفراج")، يجب اتخاذ الاحتياطات التالية:
- لا تفتح الكيس المقاوم للرطوبة حتى تكون مستعدًا للاستخدام.
- بعد الفتح، استخدم المكونات خلال 168 ساعة (7 أيام) إذا تم تخزينها في ظروف ≤30°C و ≤60% رطوبة نسبية.
- إذا تجاوز وقت التعرض أو أشار المجفف إلى التشبع، فإنه يلزم إجراء تجفيف حراري عند 60±5 درجة مئوية لمدة 24 ساعة قبل إعادة التدفق.
6.3 ملف لحام إعادة التدفق
يتم تحديد منحنى إعادة تدفق خالي من الرصاص (Pb-free):
- التسخين المسبق: 150-200 درجة مئوية لمدة 60-120 ثانية.
- الوقت فوق درجة حرارة السيولة (217 درجة مئوية): 60-150 ثانية.
- درجة الحرارة القصوى: بحد أقصى 260 درجة مئوية، لمدة لا تزيد عن 10 ثوانٍ.
- معدل التسخين: الحد الأقصى 6°C/ثانية حتى 255°C.
- معدل التبريد: أقصى معدل 3 درجة مئوية/ثانية.
لا ينبغي إجراء إعادة التدفق أكثر من مرتين. تجنب الإجهاد الميكانيكي على العبوة أثناء التسخين ولا تشوه لوحة الدوائر المطبوعة بعد اللحام.
6.4 اللحام اليدوي وإعادة العمل
إذا كان اللحام اليدوي ضرورياً، استخدم مكواة لحام بدرجة حرارة طرف لا تتجاوز 350 درجة مئوية وقدرة لا تزيد عن 25 واط. يجب ألا يتجاوز وقت التلامس لكل طرف 3 ثوانٍ. اترك فترة تبريد لا تقل عن ثانيتين بين لحام كل طرف. يوصى بشدة بعدم إعادة العمل. إذا كان ذلك لا مفر منه، يجب استخدام مكواة لحام مزدوجة الرأس متخصصة لتسخين كلا الطرفين في وقت واحد، لمنع الإجهاد الحراري على رقاقة السيليكون. يجب التحقق مسبقاً من تأثير إعادة العمل على خصائص LED.
7. معلومات التعبئة والتغليف والطلب
7.1 مواصفات البكرة والشريط
يتم توريد مصابيح LED في شريط حامل بارز بجيوب مناسبة لعبوة 17-21. عرض الشريط هو 8 مم، ويتم لفه على بكرة قياسية بقطر 7 بوصات (178 مم). تحتوي كل بكرة على 3000 قطعة. يتم توفير أبعاد البكرة والشريط الحامل التفصيلية في ورقة البيانات لضمان التوافق مع مغذيات التجميع الآلي.
7.2 معلومات الملصق
تحتوي ملصق التغليف على عدة رموز رئيسية:
- P/N: Product Number (e.g., 17-21/Y2C-CN1P2B/3T).
- الكمية: كمية التعبئة (3000 قطعة/بكرة).
- CAT: رتبة شدة الإضاءة (مثال: N1، P2).
- درجة اللون: رتبة نقاء اللون/الطول الموجي السائد (مثال: D3، D4).
- المرجع: رتبة الجهد الأمامي (مثال: 0، 1، 2).
- LOT No: رقم الدفعة القابل للتتبع.
8. اقتراحات التطبيق
8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية
- Backlighting: مثالية للإضاءة الخلفية للمؤشرات والرموز والمفاتيح في لوحات عدادات السيارات، والإلكترونيات الاستهلاكية، ولوحات التحكم الصناعية.
- مؤشرات الحالة: مثالية لمؤشرات الطاقة والاتصال والحالة في معدات الاتصالات (الهواتف، والفاكسات)، وأجهزة الشبكات، والأجهزة المنزلية.
- إضاءة خلفية مسطحة للشاشات البلورية السائلة: يمكن استخدامها في مصفوفات لتوفير إضاءة خلفية موحدة للشاشات البلورية السائلة الصغيرة أحادية اللون أو المجزأة.
- إشارة للأغراض العامة: مناسب لأي تطبيق يتطلب مؤشرًا بصريًا ساطعًا وموثوقًا ومضغوطًا.
8.2 اعتبارات التصميم
- Drive Circuit: استخدم دائمًا سائق تيار ثابت أو مصدر جهد مع مقاوم متسلسل. ضع في اعتبارك تصنيف الجهد الأمامي عند حساب قيم المقاوم لضمان سطوع متسق عبر دفعات الإنتاج المختلفة.
- إدارة الحرارة: على الرغم من انخفاض الطاقة، تأكد من وجود مساحة كافية من النحاس على اللوحة المطبوعة أو ثقاب حرارية إذا كان التشغيل في درجات حرارة محيطة عالية أو بالقرب من أقصى تيار لإدارة درجة حرارة التقاطع والحفاظ على خرج الضوء وعمر التشغيل.
- حماية من التفريغ الكهروستاتيكي: قم بدمج ثنائيات حماية ESD على الخطوط الحساسة إذا كان الصمام الثنائي الباعث للضوء في موقع مكشوف (مثل مؤشر اللوحة).
- التصميم البصري: قد تتطلب زاوية المشاهدة الواسعة البالغة 140 درجة أدلة ضوئية أو موزعات إذا كانت هناك حاجة لحزمة ضوئية أكثر تركيزًا. للحصول على أفضل رؤية، ضع في اعتبارك نسبة التباين مقابل الخلفية.
9. المقارنة والتمييز التقني
تقدم مصابيح LED 17-21 مزايا محددة في فئتها:
- مقابل مصابيح LED SMD الأكبر (مثل 3528، 5050): توفر مصابيح 17-21 مساحة أصغر بكثير، مما يتيح تصاميم فائقة الصغر. المقايضة عادةً هي خرج ضوئي أقصى وقدرة تحمل طاقة أقل.
- مقابل مصابيح LED ذات الأسلاك: يلغي الحاجة إلى التركيب عبر الفتحات، مما يتيح التجميع الآلي بالكامل، ويقلل حجم اللوحة، ويحسن المتانة الميكانيكية من خلال إزالة الأسلاك المنحنية.
- مقابل الثنائيات الباعثة للضوء الأصفر الأخرى: يوفر استخدام تقنية AlGaInP عادةً كفاءة إضاءة أعلى وتشبع لوني أفضل للألوان الصفراء والعنبرية مقارنةً بالتقنيات الأقدم مثل GaAsP على GaP.
- عوامل التمييز الرئيسية: يجمع هذا المنتج بين حجم صغير جداً يبلغ 1.6x0.8 مم، وزاوية رؤية واسعة تصل إلى 140 درجة، وامتثاله لمعايير خالية من الهالوجين والمعايير البيئية الأخرى، وتصنيف دقيق لضمان اتساق اللون والشدة.
10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)
Q1: ما قيمة المقاومة التي يجب استخدامها مع مصدر طاقة 5 فولت؟
A: باستخدام أقصى جهد أمامي VF بقيمة 2.35 فولت (من Bin 2) وتيار أمامي مستهدف IF بقيمة 20 مللي أمبير لأغراض السلامة: R = (Vsupply - VF) / IF = (5V - 2.35V) / 0.020A = 132.5 أوم. استخدم القيمة القياسية الأقرب (مثل 130 أو 150 أوم). تحقق دائمًا من التيار الفعلي في الدائرة.
Q2: هل يمكنني تشغيل هذا الصمام الثنائي الباعث للضوء LED عند 30 مللي أمبير للحصول على سطوع أعلى؟
A: لا. الحد الأقصى المطلق للتصنيف للتيار الأمامي المستمر IF هو 25 مللي أمبير. التشغيل عند 30 مللي أمبير يتجاوز هذا التصنيف، مما سيقلل من الموثوقية والعمر الافتراضي، وقد يتسبب في عطل فوري بسبب ارتفاع درجة الحرارة.
Q3: زاوية الرؤية هي 140 درجة. كيف يمكنني الحصول على حزمة ضوئية أكثر تركيزًا؟
A: ستحتاج إلى استخدام مكون بصري خارجي، مثل عدسة توضع فوق LED. الحزمة الأصلية تبعث نمطًا واسعًا ولامبرتيًا.
Q4: نظام الفحص البصري الآلي (AOI) الخاص بي يواجه مشكلة مع علامة الكاثود. هل هناك طريقة موصى بها لتحديد القطبية على لوحة الدوائر المطبوعة (PCB)؟
A: نعم. يجب أن تتضمن بصمة PCB على لوحة الدوائر المطبوعة ميزة على طباعة الحرير (silkscreen) أو النحاس تتطابق مع علامة الكاثود على الغلاف. تأكد من برمجة نظام الرؤية في آلة الاختيار والوضع (pick-and-place machine) للتعرف على عدم التناظر هذا. راجع رسم أبعاد الغلاف (package dimension drawing) للحصول على الموقع الدقيق للعلامة.
Q5: هل أحتاج إلى خَبز المكونات إذا كان الكيس مفتوحًا لمدة 10 أيام؟
A: نعم. تشير المواصفات إلى "عمر أرضية" مدته 168 ساعة (7 أيام) بعد فتح كيس الحاجز الرطوبي. نظرًا لأن 10 أيام (240 ساعة) تتجاوز هذه المدة، يجب عليك إجراء معالجة الخَبز (60±5 درجة مئوية لمدة 24 ساعة) قبل تعريض مصابيح LED لعملية لحام إعادة التدفق لمنع التلف المرتبط بالرطوبة.
11. دراسة حالة التطبيق العملي
السيناريو: تصميم لوحة مؤشرات مضغوطة متعددة الحالات لجهاز طبي محمول.
المتطلبات: تحتاج الجهاز إلى 6 مؤشرات حالة مستقلة (الطاقة، بطارية منخفضة، بلوتوث، خطأ، الوضع أ، الوضع ب) في مساحة محدودة جدًا على اللوحة الأمامية. يجب أن تكون المؤشرات مرئية بوضوح في ظروف إضاءة مختلفة، وتستهلك الحد الأدنى من الطاقة، وتتحمل التنظيف بالمطهرات.
تنفيذ التصميم:
- اختيار المكونات: تم اختيار مؤشر LED الأصفر اللامع 17-21 لجميع المؤشرات نظرًا لصغر حجمه (يسمح بتثبيت 6 مصابيح LED في صف واحد مع تباعد)، وسطوعه الجيد، وزاوية رؤيته الواسعة التي تضمان الرؤية من زوايا مختلفة.
- تصميم الدائرة: يتم استخدام خط طاقة مشترك بجهد 3.3 فولت. باستخدام جهد التشغيل النموذجي VF=2.0 فولت والتيار الأمامي IF=15 مللي أمبير (لتحقيق توازن بين السطوع وتوفير الطاقة)، يتم حساب المقاوم المحدد للتيار: R = (3.3V - 2.0V) / 0.015A ≈ 87 أوم. تم اختيار مقاومة قيمتها 91 أوم، بمعدل تحمل 1% لكل مؤشر LED لضمان سطوع موحد.
- تخطيط لوحة الدوائر المطبوعة: يتم وضع مصابيح LED على مسافات مركزية تبلغ 3 مم. تم تصميم بصمة PCB وفقًا لتخطيط الوسائد الموصى به في ورقة البيانات، مع وجود نقطة واضحة على الحرير بجوار وسادة الكاثود. تم حذف صب أرضي صغير حول مصابيح LED لتبسيط عملية اللحام والتنظيف.
- تصميم اللوحة الأمامية: تحتوي اللوحة الأمامية على فتحات بقطر 1.2 مم محاذية لكل LED. يتم وضع فيلم موزع رقيق أبيض حليبي خلف اللوحة لتخفيف بقعة الضوء المركزة للـ LED وإنشاء نقطة إضاءة موحدة.
- التحكم البرمجي: يتحكم المتحكم الدقيق في تشغيل كل LED عبر دبوس GPIO مُهيأ كمخرج تصريف مفتوح مع تعطيل المقاومة الداخلية للسحب لأعلى، حيث يسحب التيار من خلال زوج LED/المقاوم إلى الأرض.
- النتيجة: لوحة مؤشرات نظيفة ومظهر احترافي تلبي جميع متطلبات الحجم والرؤية والموثوقية. التصنيف المتسق (تحديد CAT=P1 أو أعلى، HUE=D4) في قائمة المواد يضمن أن جميع الوحدات لها لون وسطوع موحدان.
12. مقدمة المبدأ التقني
يعتمد LED 17-21 على مادة أشباه الموصلات من فوسفيد الألومنيوم الغاليوم الإنديوم (AlGaInP) المزروعة على ركيزة. عند تطبيق جهد أمامي يتجاوز جهد تشغيل الصمام الثنائي (حوالي 1.8 فولت)، يتم حقن الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة من الطبقات من النوع n والنوع p على التوالي. تتعادل حاملات الشحن هذه إشعاعيًا، مما يؤدي إلى إطلاق الطاقة في شكل فوتونات. يحدد التركيب المحدد لسبيكة AlGaInP طاقة فجوة النطاق، والتي تحدد مباشرة الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث. بالنسبة للون الأصفر اللامع، يتم هندسة الطول الموجي الذروي ليكون حوالي 591 نانومتر. يقوم مغلف راتنج الإيبوكسي الشفاف بالماء بحماية شريحة أشباه الموصلات، ويعمل كعدسة لتشكيل خرج الضوء (يساهم في زاوية الرؤية 140 درجة)، وقد يحتوي على مواد فسفورية أو أصباغ، على الرغم من أنه بالنسبة لهذا النوع أحادي اللون، فمن المرجح أنه غير معدل للحفاظ على نقاء اللون.
13. اتجاهات وتطورات الصناعة
يستمر سوق مصابيح LED الصغيرة ذات التركيب السطحي (SMD) مثل طراز 17-21 في التطور. تشمل الاتجاهات الرئيسية المؤثرة على هذا القطاع من المنتجات ما يلي:
- زيادة الكفاءة: تستهدف التحسينات المستمرة في علم المواد وتصميم الرقائق تحقيق كفاءة إضاءة أعلى (مخرج ضوئي أكبر لكل وحدة طاقة كهربائية) من نفس أحجام العبوات أو أصغر.
- تعزيز الموثوقية: تدفع متطلبات التطبيقات في مجال السيارات والصناعة إلى تحسين الأداء في درجات الحرارة العالية، ومقاومة الرطوبة، وطول العمر الافتراضي.
- تصنيف لوني أكثر دقة: تدفع التطبيقات التي تتطلب مطابقة لونية دقيقة، مثل مؤشرات LED المتعددة أو مصفوفات الإضاءة الخلفية، المصنّعين نحو اعتماد هوامش تسامح أضيق في التصنيف لكل من الطول الموجي السائد وشدة الإضاءة.
- التكامل: اتجاه نحو دمج رقائق LED متعددة، أو مقاومات تحديد التيار، أو حتى دوائر التحكم المتكاملة في وحدة تغليف واحدة لتبسيط تصميم الدوائر للمستخدم النهائي وتوفير مساحة اللوحة.
- الامتثال البيئي: أصبحت لوائح مثل RoHS وREACH أكثر صرامة وعالمية، مما يجعل الإعلان الكامل عن المواد والامتثال لمعايير الخلو من الهالوجينات توقعات قياسية، وليست عوامل تمييز.
تمثل أجهزة مثل 17-21 حلاً ناضجاً ومحسناً للاحتياجات الأساسية للإشارة، ومن المرجح أن تركز التطورات المستقبلية على الاتجاهات المذكورة أعلاه بدلاً من إجراء تغييرات جذرية في الشكل لهذه الفئة فائقة الصغر.
LED Specification Terminology
شرح كامل للمصطلحات التقنية للـ LED
الأداء الكهروضوئي
| مصطلح | الوحدة/التمثيل | شرح مبسط | لماذا هو مهم |
|---|---|---|---|
| الفعالية الضوئية | lm/W (لومن لكل واط) | الناتج الضوئي لكل واط من الكهرباء، كلما زاد يعني ذلك كفاءة أكبر في استهلاك الطاقة. | يحدد بشكل مباشر درجة كفاءة الطاقة وتكلفة الكهرباء. |
| Luminous Flux | لومن (لومن) | إجمالي الضوء المنبعث من المصدر، يُشار إليه عادةً باسم "السطوع". | يحدد ما إذا كان الضوء ساطعًا بما يكفي. |
| زاوية الرؤية | ° (درجات)، على سبيل المثال: 120° | الزاوية التي ينخفض عندها شدة الضوء إلى النصف، تحدد عرض الحزمة. | يؤثر على مدى الإضاءة وانتظامها. |
| CCT (درجة حرارة اللون) | K (كلفن)، على سبيل المثال: 2700K/6500K | دفء/برودة الضوء، القيم المنخفضة تميل للصفرة/الدفء، والقيم الأعلى تميل للبياض/البرودة. | يحدد أجواء الإضاءة والسيناريوهات المناسبة. |
| CRI / Ra | بلا وحدة، 0–100 | القدرة على عرض ألوان الأجسام بدقة، Ra≥80 جيد. | يؤثر على أصالة اللون، يُستخدم في أماكن عالية المتطلبات مثل المراكز التجارية والمتاحف. |
| SDCM | خطوات قطع ناقص ماك آدم، على سبيل المثال "5 خطوات" | مقياس اتساق اللون، الخطوات الأصغر تعني لونًا أكثر اتساقًا. | يضمن لونًا موحدًا عبر نفس الدفعة من مصابيح LED. |
| Dominant Wavelength | نانومتر (نانومتر)، على سبيل المثال: 620 نانومتر (أحمر) | الطول الموجي المقابل للون مصابيح LED الملونة. | يحدد درجة لون مصابيح LED أحادية اللون الحمراء والصفراء والخضراء. |
| Spectral Distribution | منحنى الطول الموجي مقابل الشدة | يُظهر توزيع الشدة عبر الأطوال الموجية. | يؤثر على تجسيد الألوان والجودة. |
المعلمات الكهربائية
| مصطلح | الرمز | شرح مبسط | اعتبارات التصميم |
|---|---|---|---|
| جهد الأمام | Vf | الحد الأدنى للجهد لتشغيل LED، مثل "عتبة البدء". | يجب أن يكون جهد السائق ≥Vf، وتتجمع الجهود لـ LEDs المتصلة على التوالي. |
| Forward Current | If | قيمة التيار للتشغيل الطبيعي للصمام الثنائي الباعث للضوء. | Usually constant current drive, current determines brightness & lifespan. |
| Max Pulse Current | Ifp | ذروة التيار التي يمكن تحملها لفترات قصيرة، تُستخدم للتعتيم أو الوميض. | Pulse width & duty cycle must be strictly controlled to avoid damage. |
| الجهد العكسي | Vr | أقصى جهد عكسي يمكن لـ LED تحمله، تجاوزه قد يتسبب في الانهيار. | يجب أن تمنع الدائرة الاتصال العكسي أو الارتفاعات المفاجئة في الجهد. |
| Thermal Resistance | Rth (°C/W) | مقاومة انتقال الحرارة من الشريحة إلى اللحام، كلما كانت أقل كان أفضل. | المقاومة الحرارية العالية تتطلب تبديد حرارة أقوى. |
| مناعة ضد التفريغ الكهروستاتيكي | V (HBM)، على سبيل المثال: 1000V | القدرة على تحمل التفريغ الكهروستاتيكي، كلما زادت كانت أقل عرضة للتلف. | هناك حاجة إلى إجراءات مضادة للكهرباء الساكنة في الإنتاج، خاصةً لمصابيح LED الحساسة. |
Thermal Management & Reliability
| مصطلح | المقياس الرئيسي | شرح مبسط | التأثير |
|---|---|---|---|
| درجة حرارة الوصلة | Tj (°C) | درجة حرارة التشغيل الفعلية داخل شريحة LED. | كل انخفاض بمقدار 10 درجات مئوية قد يضاعف العمر الافتراضي؛ الارتفاع الشديد يسبب توهين الضوء وتحول اللون. |
| Lumen Depreciation | L70 / L80 (ساعات) | الوقت اللازم لانخفاض السطوع إلى 70% أو 80% من القيمة الأولية. | يُعرّف بشكل مباشر "العمر الافتراضي" لـ LED. |
| الحفاظ على التدفق الضوئي | % (مثال: 70%) | النسبة المئوية للسطوع المحتفظ به بعد مرور الوقت. | يشير إلى الاحتفاظ بالسطوع خلال الاستخدام طويل الأمد. |
| Color Shift | Δu′v′ أو قطع ناقص ماك آدم | درجة تغير اللون أثناء الاستخدام. | يؤثر على اتساق اللون في مشاهد الإضاءة. |
| Thermal Aging | تدهور المواد | تدهور بسبب التعرض الطويل الأمد لدرجات حرارة عالية. | قد يؤدي إلى انخفاض السطوع، أو تغير اللون، أو فشل الدائرة المفتوحة. |
Packaging & Materials
| مصطلح | الأنواع الشائعة | شرح مبسط | Features & Applications |
|---|---|---|---|
| نوع العبوة | EMC, PPA, Ceramic | مادة السكن تحمي الشريحة، وتوفر واجهة بصرية/حرارية. | EMC: مقاومة جيدة للحرارة، تكلفة منخفضة؛ السيراميك: تبديد حراري أفضل، عمر أطول. |
| Chip Structure | الأمامي، الشريحة المقلوبة | ترتيب أقطاب الشريحة. | رقاقة مقلوبة: تبديد حراري أفضل، وفعالية أعلى، للطاقة العالية. |
| طلاء الفوسفور | YAG، سيليكات، نيتريد | يغطي الشريحة الزرقاء، يحول بعضها إلى الأصفر/الأحمر، ويمزجها للحصول على الأبيض. | تؤثر الفوسفورات المختلفة على الفعالية، ودرجة حرارة اللون المترابطة CCT، ومؤشر تجسيد اللون CRI. |
| العدسات/البصريات | مسطحة، عدسات دقيقة، TIR | الهيكل البصري على السطح المتحكم في توزيع الضوء. | يحدد زاوية الرؤية ومنحنى توزيع الضوء. |
Quality Control & Binning
| مصطلح | محتوى التصنيف | شرح مبسط | الغرض |
|---|---|---|---|
| Luminous Flux Bin | الرمز، على سبيل المثال: 2G، 2H | مجمعة حسب السطوع، لكل مجموعة قيم لومن دنيا/قصوى. | يضمن سطوعًا موحدًا في نفس الدفعة. |
| Voltage Bin | Code e.g., 6W, 6X | مجمعة حسب نطاق الجهد الأمامي. | يسهل مطابقة السائق، ويحسن كفاءة النظام. |
| حاوية الألوان | 5-step MacAdam ellipse | مجمعة حسب إحداثيات اللون، مما يضمن نطاقًا ضيقًا. | يضمن اتساق اللون، ويتجنب التباين اللوني داخل الجهاز. |
| CCT Bin | 2700K، 3000K، إلخ. | مجمعة حسب CCT، ولكل منها نطاق إحداثيات مقابلة. | تلبي متطلبات CCT لمشاهد مختلفة. |
Testing & Certification
| مصطلح | Standard/Test | شرح مبسط | الأهمية |
|---|---|---|---|
| LM-80 | اختبار الحفاظ على التدفق الضوئي | إضاءة طويلة الأمد في درجة حرارة ثابتة، مع تسجيل توهين السطوع. | يُستخدم لتقدير عمر LED (مع TM-21). |
| TM-21 | معيار تقدير العمر الافتراضي | يقدر العمر الافتراضي في ظل الظروف الفعلية بناءً على بيانات LM-80. | يوفر توقعًا علميًا للعمر الافتراضي. |
| IESNA | Illuminating Engineering Society | يغطي طرق الاختبار البصرية والكهربائية والحرارية. | أساس اختبار معترف به في الصناعة. |
| RoHS / REACH | شهادة بيئية | يضمن عدم وجود مواد ضارة (الرصاص، الزئبق). | متطلب للوصول إلى الأسواق دولياً. |
| ENERGY STAR / DLC | شهادة كفاءة الطاقة | شهادة كفاءة الطاقة والأداء للإضاءة. | يُستخدم في المشتريات الحكومية وبرامج الدعم، ويعزز القدرة التنافسية. |