ورقة بيانات LED SMD 19-213 أصفر أخضر لامع - عبوة 2.0x1.25x0.8 مم - جهد 2.0 فولت - قدرة 60 ميغاواط - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد 19-213 ثنائي باعث للضوء (LED) من نوع الأجهزة السطحية (SMD) مصممًا للتطبيقات الإلكترونية الحديثة والمدمجة. يستخدم شريحة شبه موصلة من AlGaInP (فوسفيد الألومنيوم الغاليوم الإنديوم) لإنتاج ضوء أصفر أخضر لامع. الميزة الأساسية لهذا المكون هي بصمته الصغيرة للغاية، مما يتيح تقليصًا كبيرًا في حجم لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) والأبعاد الكلية للمعدات. يُعد بناؤه خفيف الوزن مناسبًا للتطبيقات التي تكون فيها المساحة والوزن قيودًا حرجة. يتم تعبئة LED على شريط بعرض 8 مم ملفوف على بكرة قطرها 7 بوصات، مما يجعله متوافقًا تمامًا مع معدات التجميع الآلي عالية السرعة (pick-and-place). إنه مكون أحادي اللون وخالي من الرصاص (Pb-free) ويتوافق مع اللوائح البيئية الرئيسية بما في ذلك RoHS، وEU REACH، ومعايير الخلو من الهالوجين (Br <900 جزء في المليون، Cl <900 جزء في المليون، Br+Cl < 1500 جزء في المليون).

2. الغوص العميق في المواصفات الفنية

2.1 القيم القصوى المطلقة

تحدد هذه القيم الحدود التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل تحت هذه الظروف. يتم تحديد القيم القصوى المطلقة عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية. أقصى جهد عكسي (VR) هو 5 فولت. يجب ألا يتجاوز تيار الأمام المستمر (IF) 25 مللي أمبير. للتشغيل النبضي، يُسمح بتيار أمامي ذروي (IFP) قدره 60 مللي أمبير تحت دورة عمل 1/10 عند تردد 1 كيلو هرتز. أقصى تبديد للطاقة (Pd) 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 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية، بينما نطاق درجة حرارة التخزين (Tstg) أوسع قليلاً، من -40 درجة مئوية إلى +90 درجة مئوية. بالنسبة للحام، يتم تحديد ملف إعادة التدفق بدرجة حرارة ذروية تبلغ 260 درجة مئوية لمدة 10 ثوانٍ، أو الحام اليدوي عند 350 درجة مئوية لمدة أقصاها 3 ثوانٍ.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

يتم قياس الأداء النموذجي عند Ta=25 درجة مئوية و تيار أمامي (IF) قدره 20 مللي أمبير. شدة الإضاءة (Iv) لها نطاق نموذجي محدد برموز التصنيف (bin)، بحد أدنى 45.0 مللي كانديلا وحد أقصى 112.0 مللي كانديلا. زاوية الرؤية (2θ1/2)، حيث تكون الشدة نصف القيمة على المحور، هي 120 درجة واسعة. الطول الموجي الذروي (λp) هو نموذجيًا 575 نانومتر، والطول الموجي السائد (λd) يتراوح من 569.5 نانومتر إلى 577.5 نانومتر، مصنفًا في تصنيفات محددة. عرض النطاق الطيفي (Δλ) هو حوالي 20 نانومتر. جهد الأمام (VF) هو نموذجيًا 2.0 فولت بحد أقصى 2.35 فولت. التيار العكسي (IR) هو بحد أقصى 10 ميكرو أمبير عند تطبيق جهد عكسي (VR) بقيمة 5 فولت. من المهم ملاحظة أن الجهاز غير مصمم للعمل في انحياز عكسي؛ تصنيف VR هو لظروف الاختبار فقط عند قياس IR.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

لضمان الاتساق في السطوع واللون، يتم فرز ثنائيات LED إلى تصنيفات بناءً على معايير رئيسية.

3.1 تصنيف شدة الإضاءة

يتم تصنيف الناتج الضوئي إلى أربعة تصنيفات (P1, P2, Q1, Q2) عند القياس عند IF=20mA. يشمل التصنيف P1 من 45.0 إلى 57.0 مللي كانديلا، وP2 من 57.0 إلى 72.0 مللي كانديلا، وQ1 من 72.0 إلى 90.0 مللي كانديلا، وQ2 من 90.0 إلى 112.0 مللي كانديلا. ينطبق تسامح ±11% على شدة الإضاءة.

3.2 تصنيف الطول الموجي السائد

يتم فرز اللون، المحدد بالطول الموجي السائد، إلى أربعة تصنيفات (C16, C17, C18, C19) عند IF=20mA. يتراوح التصنيف C16 من 569.5 إلى 571.5 نانومتر، وC17 من 571.5 إلى 573.5 نانومتر، وC18 من 573.5 إلى 575.5 نانومتر، وC19 من 575.5 إلى 577.5 نانومتر. يتم الحفاظ على تسامح ضيق ±1 نانومتر للطول الموجي السائد.

4. تحليل منحنيات الأداء

توفر ورقة البيانات عدة منحنيات مميزة ضرورية لتصميم الدوائر وإدارة الحرارة.

4.1 شدة الإضاءة النسبية مقابل تيار الأمام

يُظهر هذا المنحنى كيف يزداد الناتج الضوئي مع زيادة تيار الأمام. إنه غير خطي، ويجب على المصممين الرجوع إلى هذا الرسم البياني لاختيار تيار التشغيل المناسب للسطوع المطلوب، مع التأكد من عدم تجاوز القيم القصوى المطلقة.

4.2 شدة الإضاءة النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطة

يوضح هذا الرسم البياني الانخفاض الحراري للناتج الضوئي. مع زيادة درجة الحرارة المحيطة، تنخفض الكفاءة الضوئية. هذا أمر بالغ الأهمية للتطبيقات التي تعمل في بيئات مرتفعة الحرارة، حيث قد يتطلب ذلك تعويضًا بصريًا أو كهربائيًا.

4.3 جهد الأمام مقابل تيار الأمام

منحنى الخاصية IV (التيار-الجهد) أساسي لتصميم دائرة تحديد التيار. يُظهر العلاقة الأسية، مما يساعد في حساب قيمة المقاوم التسلسلي اللازمة أو مواصفات محرك التيار الثابت.

4.4 توزيع الطيف

يؤكد منحنى توزيع القدرة الطيفية على الطبيعة أحادية اللون لـ LED، حيث يُظهر ذروة واحدة مركزة حول 575 نانومتر، مما يحدد لونه الأصفر الأخضر اللامع.

4.5 نمط الإشعاع

يصور الرسم البياني القطبي التوزيع المكاني لشدة الضوء. يتم تأكيد زاوية الرؤية 120 درجة هنا، مما يُظهر نمط إشعاع شبه لامبرتي مناسب للإضاءة ذات المساحة الواسعة.

4.6 منحنى تخفيض تيار الأمام

يمكن القول إن هذا هو أهم رسم بياني للموثوقية. يُظهر أقصى تيار أمامي مستمر مسموح به كدالة لدرجة الحرارة المحيطة. مع ارتفاع درجة الحرارة، يجب تقليل الحد الأقصى للتيار للبقاء ضمن منطقة التشغيل الآمنة للجهاز وحدود تبديد الطاقة.

5. معلومات الميكانيكا والعبوة

5.1 أبعاد العبوة

يحتوي LED على عبوة SMD مدمجة. تشمل الأبعاد الرئيسية طول الجسم 2.0 مم، وعرض 1.25 مم، وارتفاع 0.8 مم. يتم تمييز أطراف الأنود والكاثود بوضوح. جميع التسامحات غير المحددة هي ±0.1 مم. الرسم البعدي ضروري لإنشاء نمط اللحام على PCB (footprint) في برنامج CAD.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 ملف إعادة التدفق للحام

للحام الخالي من الرصاص، يجب اتباع ملف درجة حرارة محدد. يجب أن تكون منطقة التسخين المسبق بين 150 درجة مئوية و200 درجة مئوية لمدة 60-120 ثانية. يجب أن يكون الوقت فوق درجة حرارة السيولة للحام (217 درجة مئوية) من 60 إلى 150 ثانية. يجب ألا تتجاوز درجة الحرارة القصوى 260 درجة مئوية، ويجب ألا يزيد الوقت ضمن 5 درجات مئوية من هذه الذروة عن 10 ثوانٍ. الحد الأقصى لمعدل التسخين هو 3 درجة مئوية/ثانية، والحد الأقصى لمعدل التبريد هو 6 درجة مئوية/ثانية. لا ينبغي إجراء لحام إعادة التدفق أكثر من مرتين.

6.2 اللحام اليدوي

إذا كان اللحام اليدوي لا مفر منه، فيجب أن تكون درجة حرارة طرف المكواة أقل من 350 درجة مئوية، ويجب ألا يتجاوز وقت التلامس لكل طرف 3 ثوانٍ. يوصى باستخدام مكواة لحام منخفضة الطاقة (≤25 واط). يجب ترك فاصل زمني لا يقل عن 2 ثانية بين لحام كل طرف لمنع الصدمة الحرارية.

6.3 التخزين والحساسية للرطوبة

يتم تعبئة المكونات في كيس مقاوم للرطوبة مع مجفف. يجب عدم فتح الكيس حتى تكون الأجزاء جاهزة للاستخدام. بعد الفتح، يجب تخزين ثنائيات LED غير المستخدمة عند ≤30 درجة مئوية و ≤60% رطوبة نسبية (RH) واستخدامها خلال 168 ساعة (7 أيام). إذا تم تجاوز هذه الفترة أو تغير لون مؤشر المجفف، فإنه يلزم معالجة بالخبز عند 60±5 درجة مئوية لمدة 24 ساعة قبل الاستخدام.

7. معلومات التعبئة والطلب

7.1 مواصفات البكرة والشريط

يتم توريد ثنائيات LED في شريط حامل بارز على بكرة قطرها 7 بوصات (178 مم). عرض البكرة هو 13.0 مم، وقطر المحور هو 44.4 مم. تحتوي كل بكرة على 3000 قطعة. تم تصميم أبعاد جيب الشريط الحامل لتثبيت عبوة 2.0x1.25 مم بشكل آمن.

7.2 معلومات الملصق

يحتوي ملصق التعبئة على معلومات حرجة للتتبع والتطبيق الصحيح: رقم منتج العميل (CPN)، ورقم المنتج (P/N)، وكمية التعبئة (QTY)، ورتبة شدة الإضاءة (CAT)، ورتبة اللون/الطول الموجي السائد (HUE)، ورتبة جهد الأمام (REF)، ورقم الدفعة (LOT No).

8. توصيات التطبيق

8.1 التطبيقات النموذجية

اللون الأصفر الأخضر اللامع وزاوية الرؤية الواسعة يجعلان هذا LED مثاليًا للإشارة إلى الحالة والإضاءة الخلفية. تشمل الاستخدامات الشائعة: الإضاءة الخلفية للوحات عدادات أجهزة القياس والمفاتيح، وإضاءة مؤشرات ولوحات المفاتيح الخلفية في أجهزة الاتصالات مثل الهواتف وأجهزة الفاكس، والإضاءة الخلفية المسطحة لشاشات LCD الصغيرة والرموز، وتطبيقات المؤشرات العامة.

8.2 اعتبارات التصميم

تحديد التيار:مقاوم تحديد تيار خارجي إلزامي. الخاصية IV الأسية تعني أن زيادة صغيرة في الجهد يمكن أن تسبب زيادة كبيرة ومدمرة في التيار. يجب حساب قيمة المقاوم بناءً على جهد التغذية، وجهد الأمام النموذجي لـ LED (2.0 فولت)، وتيار التشغيل المطلوب (≤25 مللي أمبير).

إدارة الحرارة:على الرغم من أن العبوة صغيرة، إلا أنه يجب مراعاة تبديد الطاقة (حتى 60 ميغاواط)، خاصة في درجات الحرارة المحيطة المرتفعة أو المساحات المغلقة. يجب الرجوع إلى منحنى التخفيض. يمكن أن تساعد مساحة النحاس الكافية على PCB حول نقاط اللحام في تبديد الحرارة.

حماية ESD:على الرغم من تصنيفه لـ 2000 فولت HBM، يجب مراعاة احتياطات التعامل القياسية مع ESD أثناء التجميع.

التصميم البصري:توفر زاوية الرؤية 120 درجة تغطية واسعة. للضوء المركز، ستكون هناك حاجة إلى بصريات ثانوية (عدسات). توفر عدسة الراتنج الشفافة استخراجًا جيدًا للضوء.

9. المقارنة الفنية والتمييز

مقارنة بعبوات LED القديمة ذات الثقب المار (through-hole)، يقدم نوع SMD هذا بصمة وملفًا شخصيًا أقل بكثير، مما يتيح تصاميم مصغرة حديثة. توفر تقنية AlGaInP كفاءة عالية ولونًا مشبعًا في طيف الأصفر والأخضر. زاوية الرؤية الواسعة 120 درجة هي ميزة رئيسية مقارنة بـ LEDs ذات الزوايا الضيقة للتطبيقات التي تتطلب رؤية واسعة. يضمن التوافق مع معايير RoHS وREACH والخلو من الهالوجين تلبية متطلبات البيئية العالمية الصارمة للمنتجات الإلكترونية.

10. الأسئلة الشائعة (FAQ)

س: هل يمكنني تشغيل هذا LED بدون مقاوم تسلسلي؟

ج: لا. تحذر ورقة البيانات صراحةً من أن تحولًا طفيفًا في الجهد سيسبب تغيرًا كبيرًا في التيار، مما يؤدي إلى الاحتراق. مقاوم تحديد التيار أو محرك التيار الثابت ضروري.

س: ماذا يحدث إذا تجاوزت عمر الأرضية 7 أيام بعد فتح كيس مقاومة الرطوبة؟

ج: قد تمتص ثنائيات LED الرطوبة، مما قد يسبب تشقق الفشار (popcorn cracking) أو التقشر أثناء لحام إعادة التدفق. يجب خبزها عند 60±5 درجة مئوية لمدة 24 ساعة قبل الاستخدام.

س: هل يمكنني استخدام هذا للإشارة إلى الجهد العكسي؟

ج: لا. الجهاز غير مصمم للعمل العكسي. تصنيف الجهد العكسي 5 فولت هو لظروف الاختبار فقط عند قياس تيار التسرب (IR).

س: كيف أفسر رموز التصنيف (P1, C17، إلخ.) على الملصق؟

ج: تحدد هذه الرموز النطاق المضمون لشدة الإضاءة (P1, P2, Q1, Q2) والطول الموجي السائد (C16-C19). يجب على المصممين اختيار التصنيف المناسب لمتطلبات السطوع واتساق اللون لتطبيقهم.

11. دراسة حالة تصميمية عملية

فكر في تصميم مؤشر حالة لجهاز استهلاكي محمول يعمل بجهد 3.3 فولت. الهدف هو ضوء أصفر أخضر لامع مرئي بوضوح.

الخطوة 1 - اختيار التيار:استهداف سطوع متوسط المدى، تم اختيار تيار تشغيل قدره 15 مللي أمبير، وهو أقل بكثير من الحد الأقصى 25 مللي أمبير.

الخطوة 2 - حساب المقاوم:باستخدام قانون أوم: R = (V_supply - Vf_LED) / I_LED. مع V_supply = 3.3 فولت، Vf_typical = 2.0 فولت، و I_LED = 0.015 أمبير، R = (3.3 - 2.0) / 0.015 = 86.67 أوم. يمكن اختيار القيمة القياسية الأقرب 91 أوم أو 82 أوم، مع تعديل التيار قليلاً.

الخطوة 3 - تصنيف الطاقة:الطاقة المبددة في المقاوم P_R = I²R = (0.015)² * 91 = 0.0205 واط. مقاوم قياسي 1/10 واط (0.1 واط) أكثر من كافٍ.

الخطوة 4 - فحص حراري:تبديد طاقة الجهاز P_LED = Vf * I = 2.0 فولت * 0.015 أمبير = 30 ميغاواط. وفقًا لمنحنى التخفيض، عند درجة حرارة محيطة قصوى متوقعة تبلغ 50 درجة مئوية، لا يزال التيار المسموح به أعلى من 25 مللي أمبير، لذا فإن 15 مللي أمبير آمن.

الخطوة 5 - تخطيط PCB:يتم إنشاء بصمة مطابقة لعبوة 2.0x1.25 مم. يمكن أن تساعد وصلات تخفيف حرارية صغيرة إلى صب نحاسي معتدل في اللحام وتبديد الحرارة دون أن تعمل كمشتت حراري كبير قد يعقد إعادة التدفق.

12. مبدأ التشغيل

يعمل هذا LED على مبدأ الإضاءة الكهربائية في وصلة أشباه الموصلات p-n. تتكون المنطقة النشطة من AlGaInP. عند تطبيق جهد أمامي يتجاوز الجهد المدمج في الوصلة، يتم حقن الإلكترونات من المنطقة من النوع n والفجوات من المنطقة من النوع p في المنطقة النشطة. هنا، تتحد، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات. طاقة فجوة النطاق المحددة لسبيكة AlGaInP تحدد الطول الموجي للضوء المنبعث، في هذه الحالة، يتوافق مع الأصفر الأخضر اللامع (~575 نانومتر). يقوم مغلف راتنج الإيبوكسي الشفاف بحماية رقاقة أشباه الموصلات، ويوفر الاستقرار الميكانيكي، ويشكل حزمة الناتج الضوئي إلى زاوية الرؤية المحددة البالغة 120 درجة.

13. اتجاهات التكنولوجيا

إن تطوير ثنائيات LED من نوع SMD مثل 19-213 هو جزء من الاتجاه الأوسع في الإلكترونيات نحو التصغير، وزيادة الموثوقية، والتجميع الآلي. تمثل تقنية AlGaInP حلاً ناضجًا وفعالاً لإنتاج ثنائيات LED عالية السطوع باللون الأحمر والبرتقالي والأصفر والأخضر. يستمر البحث في مواد أشباه الموصلات، مثل المزيد من التحسينات في النمو الطبقي والتحويل الفوسفوري لأطياف أوسع، في دفع حدود الكفاءة، وإعادة إنتاج اللون، وكثافة الطاقة. علاوة على ذلك، تركز ابتكارات التعبئة على تحسين إدارة الحرارة للسماح بتيارات تشغيل أعلى من بصمات أصغر حجمًا، وكذلك تعزيز الموثوقية في ظل الظروف البيئية القاسية. دمج إلكترونيات التشغيل ورقائق متعددة الألوان في عبوات واحدة (مثل LEDs RGB) هو اتجاه مهم آخر مكّنته تقنية SMD المتقدمة.