ورقة بيانات LED SMD 15-13D/R6GHBHC-A01/2T - 1.5x1.3x0.8mm - 2.0-3.7V - 20-25mA - أحمر/أخضر/أزرق - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد 15-13D مصباح LED صغير الحجم مصمم للتثبيت السطحي (SMD) للتطبيقات الإلكترونية الحديثة التي تتطلب التصغير والموثوقية العالية. تقدم هذه السلسلة ثلاثة خيارات لونية متميزة تعتمد على مواد أشباه الموصلات المختلفة: الأحمر اللامع (R6، AlGaInP)، والأخضر اللامع (GH، InGaN)، والأزرق (BH، InGaN). يتم توريد العبوة على شريط بعرض 8 مم ملفوف على بكرة قطرها 7 بوصات، مما يجعلها متوافقة تمامًا مع معدات التجميع الآلي عالية السرعة.

الميزة الأساسية لهذا المصباح هي بصمته المادية المخفضة بشكل كبير مقارنة بعبوات الإطار التقليدية ذات الأطراف. هذا يمكّن المصممين من تحقيق كثافة أعلى للمكونات على لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs)، مما يؤدي إلى أحجام لوحة إجمالية أصغر وفي النهاية منتجات نهائية أكثر إحكاما. البناء خفيف الوزن يجعلها مثالية للتطبيقات المحمولة والمصغرة حيث يكون الوزن والمساحة قيودًا حرجة.

يتم تصنيع المنتج ليكون خاليًا من الرصاص، ومتوافقًا مع توجيهات الاتحاد الأوروبي RoHS وREACH، ويستوفي متطلبات الخلو من الهالوجين (البرومين <900 جزء في المليون، الكلور <900 جزء في المليون، Br+Cl < 1500 جزء في المليون). كما يتم إنتاجه باستخدام عمليات آمنة من التفريغ الكهروستاتيكي (ESD)، مما يعزز موثوقية التعامل معه.

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.

• الجهد العكسي (VR):5 فولت كحد أقصى لجميع الرموز اللونية. تجاوز هذا يمكن أن يسبب انهيار الوصلة.
• التيار الأمامي (IF):25 مللي أمبير لـ R6 (أحمر) و GH (أخضر)؛ 20 مللي أمبير لـ BH (أزرق). هذا هو أقصى تيار مستمر مستمر.
• تيار الذروة الأمامي (IFP):ينطبق تحت ظروف النبض (دورة عمل 1/10 @ 1 كيلو هرتز). R6: 60 مللي أمبير؛ GH & BH: 100 مللي أمبير.
• تبديد الطاقة (Pd):أقصى طاقة يمكن للعبوة تبديدها. R6: 60 ملي واط؛ GH: 95 ملي واط؛ BH: 75 ملي واط. يتم حسابها كـ IF * VF.
• التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) HBM:جميع المتغيرات مصنفة لـ 2000 فولت نموذج جسم الإنسان، مما يشير إلى متانة ESD جيدة متأصلة للتعامل القياسي.
• درجة حرارة التشغيل والتخزين:-40°C إلى +85°C للتشغيل؛ -40°C إلى +90°C للتخزين.
• درجة حرارة اللحام:درجة حرارة الذروة للّحام بإعادة التدفق: 260°C لمدة أقصاها 10 ثوانٍ. اللحام اليدوي: 350°C لمدة أقصاها 3 ثوانٍ لكل طرف.

2.2 الخصائص الكهروضوئية (Ta=25°C)

هذه هي معايير الأداء النموذجية المقاسة تحت ظروف الاختبار القياسية (IF=20mA، ما لم يُذكر خلاف ذلك).

• الشدة الضوئية (Iv):خرج الضوء بوحدة الميليكانديلا (mcd). R6: 90-140 mcd؛ GH: 112-180 mcd؛ BH: 45-70 mcd. ينطبق تسامح ±11%.
• زاوية الرؤية (2θ1/2):حوالي 120 درجة، مما يوفر زاوية انبعاث واسعة للضوء.
• طول موجة الذروة (λp):الطول الموجي الذي تكون فيه شدة الانبعاث أعلى. R6: 632 نانومتر (أحمر)؛ GH: 518 نانومتر (أخضر)؛ BH: 468 نانومتر (أزرق).
• الطول الموجي السائد (λd):الطول الموجي الوحيد الذي تدركه العين البشرية. R6: 624 نانومتر؛ GH: 525 نانومتر؛ BH: 470 نانومتر.
• عرض النطاق الطيفي (Δλ):عرض طيف الانبعاث عند نصف أقصى شدة. R6: 20 نانومتر؛ GH: 35 نانومتر؛ BH: 25 نانومتر.
• الجهد الأمامي (VF):انخفاض الجهد عبر المصباح عند تيار الاختبار. R6: 1.70-2.40V (النموذجي 2.00V)؛ GH & BH: 2.70-3.70V (النموذجي 3.30V). التسامح هو ±0.05V.
• التيار العكسي (IR):تيار التسرب عند VR=5V. R6: أقصى 10 ميكرو أمبير؛ GH & BH: غير قابل للتطبيق (NA).

3. شرح نظام التصنيف

تشير ورقة البيانات إلى أن المنتج يستخدم نظام تصنيف لتصنيف مصابيح LED بناءً على معايير رئيسية، مما يضمن الاتساق داخل الدفعة. يذكر شرح الملصق على العبوة رتبًا محددة:

• CAT (رتبة الشدة الضوئية):يصنف مصابيح LED بناءً على قياسات خرج الشدة الضوئية.
• HUE (رتبة إحداثيات اللونية والطول الموجي السائد):يرتب مصابيح LED وفقًا لنقطة لونها أو طولها الموجي السائد لتقليل التباين اللوني في المصفوفة.
• REF (رتبة الجهد الأمامي):يصنف مصابيح LED حسب انخفاض الجهد الأمامي، وهو أمر مهم لمطابقة التيار في الدوائر المتسلسلة أو المتوازية.

يجب على المصممين الرجوع إلى مخططات التصنيف المحددة من الشركة المصنعة للاختيار التفصيلي عندما يكون مطابقة اللون أو الشدة أمرًا بالغ الأهمية للتطبيق.

4. تحليل منحنيات الأداء

توفر ورقة البيانات منحنيات الخصائص النموذجية لكل نوع من مصابيح LED (R6، GH، BH). هذه الرسوم البيانية ضرورية لفهم سلوك الجهاز تحت ظروف غير قياسية.

4.1 التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V)

يُظهر هذا المنحنى العلاقة الأسية بين التيار والجهد. جهد "الركبة" هو المكان الذي يبدأ فيه المصباح في إصدار الضوء بشكل ملحوظ. يتم قياس قيم VF النموذجية المقدمة عند 20mA. يستخدم المصممون هذا المنحنى لاختيار مقاومات تحديد التيار المناسبة.

4.2 الشدة الضوئية مقابل التيار الأمامي

يوضح هذا الرسم البياني أن خرج الضوء يتناسب عمومًا مع التيار الأمامي، ولكنه قد يصبح دون خطي عند تيارات عالية جدًا بسبب التأثيرات الحرارية والكفاءة. من الضروري تحديد تيار التشغيل المطلوب لتحقيق السطوع المطلوب.

4.3 الشدة الضوئية مقابل درجة حرارة البيئة المحيطة

ينخفض خرج ضوء LED مع زيادة درجة حرارة الوصلة. منحنى التخفيض هذا حيوي للتطبيقات التي تعمل في بيئات مرتفعة الحرارة. يوضح النسبة المئوية للشدة الضوئية النسبية المتبقية مع ارتفاع درجة حرارة البيئة المحيطة.

4.4 منحنى تخفيض التيار الأمامي

لمنع ارتفاع درجة الحرارة، يجب تقليل أقصى تيار أمامي مستمر مسموح به مع زيادة درجة حرارة البيئة المحيطة. يوفر هذا المنحنى منطقة التشغيل الآمنة (SOA) للجهاز عبر نطاق درجة حرارته.

4.5 التوزيع الطيفي

يُظهر هذا الرسم البياني الشدة النسبية للضوء المنبعث عبر الطيف الموجي. يؤكد أطوال موجات الذروة والسائدة ويوضح نقاء الطيف (ضيق) اللون المنبعث.

4.6 مخطط الإشعاع (نمط زاوية الرؤية)

رسم قطبي يوضح التوزيع المكاني لشدة الضوء. يتمتع 15-13D بنمط لامبرتي أو زاوية واسعة نموذجي، حيث تنخفض الشدة مع زيادة الزاوية من المحور المركزي، لتصل إلى نصف الشدة عند حوالي ±60 درجة (زاوية رؤية إجمالية 120 درجة).

5. المعلومات الميكانيكية والعبوة

5.1 أبعاد العبوة

يتمتع غلاف 15-13D بأبعاد اسمية تبلغ 1.5 مم (الطول) × 1.3 مم (العرض) × 0.8 مم (الارتفاع). التسامح هو عادة ±0.1 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. تتميز المكونات بعلامة الأنود (عادةً شق، نقطة خضراء، أو مؤشر آخر) على الجزء العلوي من العبوة لتحديد القطبية. يتم توفير نمط أرضية PCB مقترح (تخطيط الوسادة)، ولكن يُنصح المصممون بتعديله بناءً على عملية تصنيع PCB المحددة ومتطلباتهم الحرارية/الميكانيكية.

5.2 تحديد القطبية

القطبية الصحيحة ضرورية لتشغيل LED. تتضمن العبوة علامة مرئية تشير إلى الطرف الموجب (+). أثناء تصميم وتجميع PCB، يجب محاذاة هذه العلامة مع وسادة الأنود المقابلة في تخطيط اللوحة لضمان الاتجاه الصحيح.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 الحساسية للرطوبة والتخزين

يتم تعبئة مصابيح LED في كيس حاجز مقاوم للرطوبة مع مجفف لمنع امتصاص الرطوبة، مما قد يسبب "انفجار الفشار" (تشقق العبوة) أثناء اللحام بإعادة التدفق.

• لا تفتح الكيس حتى تكون جاهزًا للاستخدام.
• بعد الفتح، يجب تخزين الأجزاء غير المستخدمة عند ≤30°C و ≤60% رطوبة نسبية.
• "العمر الأرضي" بعد فتح الكيس هو 168 ساعة (7 أيام).
• إذا تم تجاوز ذلك، أو إذا تغير لون مؤشر المجفف، فإنه يلزم تجفيف عند 60±5°C لمدة 24 ساعة قبل اللحام.

6.2 ملف تعريف اللحام بإعادة التدفق (خالي من الرصاص)

يتم توفير ملف تعريف درجة حرارة موصى به للحام الخالي من الرصاص (مثل SAC305):

• التسخين المسبق:150-200°C لمدة 60-120 ثانية.
• الوقت فوق السائل (TAL):>217°C لمدة 60-150 ثانية.
• درجة حرارة الذروة:260°C كحد أقصى، يتم الاحتفاظ بها لمدة لا تزيد عن 10 ثوانٍ.
• معدل الصعود:3°C/ثانية كحد أقصى حتى 255°C، ثم 6°C/ثانية كحد أقصى حتى الذروة.
• معدل الهبوط:يتم التحكم فيه لتجنب الصدمة الحرارية.

ملاحظة حرجة:يجب عدم إجراء اللحام بإعادة التدفق أكثر من مرتين على نفس تجميع LED.

6.3 احتياطات اللحام اليدوي

إذا كان اللحام اليدوي ضروريًا، فيجب توخي الحذر الشديد:

• استخدم مكواة لحام بدرجة حرارة طرف <350°C.
• حدد وقت التلامس إلى ≤3 ثوانٍ لكل طرف.
• استخدم مكواة بقوة تصنيفية ≤25 واط.
• اسمح بفاصل زمني لا يقل عن 2 ثانية بين لحام كل طرف لمنع تراكم الحرارة.
• تجنب تطبيق إجهاد ميكانيكي على جسم LED أثناء اللحام.

6.4 إعادة العمل والإصلاح

يُحظر بشدة الإصلاح بعد اللحام الأولي. إذا كان لا مفر منه، فيجب استخدام مكواة لحام برأس مزدوج متخصصة لتسخين كلا الطرفين في وقت واحد، مما يقلل من الإجهاد الحراري على شريحة LED وروابط الأسلاك. يجب تقييم احتمالية تلف خصائص LED مسبقًا.

7. التعبئة ومعلومات الطلب

7.1 مواصفات الشريط والبكرة

يتم توريد المكونات في شريط حامل بارز بأبعاد مصممة خصيصًا لعبوة 15-13D. يتم لف الشريط على بكرة قياسية قطرها 7 بوصات (178 مم). تحتوي كل بكرة على 2000 قطعة. يتم توفير أبعاد البكرة والشريط الحامل والجيب بالتفصيل في ورقة البيانات، مع تسامح قياسي ±0.1 مم.

7.2 الملصق وكيس الحاجز للرطوبة

يحتوي الكيس الخارجي المقاوم للرطوبة على ملصق بمعلومات حرجة: رقم جزء العميل (CPN)، رقم جزء الشركة المصنعة (P/N)، الكمية (QTY)، ورموز التصنيف للشدة الضوئية (CAT)، اللونية (HUE)، والجهد الأمامي (REF). يتم تضمين رقم الدفعة (LOT No.) للتتبع.

8. توصيات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

• الإضاءة الخلفية:مؤشرات لوحة القيادة، إضاءة المفاتيح، إضاءة خلفية لوحة المفاتيح.
• معدات الاتصالات:مؤشرات الحالة على الهواتف، أجهزة الفاكس، الموجهات، والمودمات.
• الإضاءة الخلفية المسطحة للشاشات البلورية السائلة:الإضاءة الجانبية للشاشات البلورية السغيرة أحادية اللون أو الملونة.
• الاستخدام العام كمؤشر:حالة الطاقة، مؤشر الوضع، إشارات التنبيه في الإلكترونيات الاستهلاكية، الأجهزة، وضوابط الصناعية.

8.2 اعتبارات تصميم حرجة

• تحديد التيار:مقاومة خارجية على التوالي إلزامية لتحديد التيار الأمامي. تعني خاصية I-V الأسية للمصباح أن زيادة صغيرة في الجهد يمكن أن تسبب طفرة تيار كبيرة مدمرة. يتم حساب قيمة المقاومة كـ R = (Vsupply - VF) / IF.
• الإدارة الحرارية:على الرغم من أن العبوة صغيرة، يجب مراعاة تبديد الطاقة (Pd)، خاصة في درجات الحرارة المحيطة العالية أو تيارات التشغيل العالية. تأكد من وجود مساحة نحاسية كافية في PCB أو فتحات حرارية إذا كان التشغيل بالقرب من الحدود القصوى.
• حماية ESD:على الرغم من تصنيفها لـ 2000 فولت HBM، فإن تنفيذ حماية ESD على خطوط الإدخال الحساسة أو استخدام إجراءات التعامل الآمنة من ESD في الإنتاج يعتبر ممارسة جيدة.
• اللحام بالموجة:تحدد ورقة البيانات اللحام بإعادة التدفق واللحام اليدوي فقط. لا يُنصح عمومًا باللحام بالموجة لهذا النوع من مصابيح LED SMD بسبب التعرض الحراري المفرط.
• انحناء اللوحة:تجنب ثني أو انحناء PCB بعد لحام مصابيح LED، لأن هذا يمكن أن يسبب إجهادًا على وصلات اللحام وعبوة LED نفسها.

9. المقارنة الفنية والتمييز

تميز سلسلة 15-13D نفسها من خلال الجمع بين بصمة صغيرة جدًا 1.5x1.3 مم مع شدة ضوئية عالية نسبيًا لحجمها، خاصة في المتغيرات الخضراء والحمراء. زاوية الرؤية الواسعة 120 درجة مناسبة للتطبيقات التي تتطلب رؤية واسعة. توافقها مع تجميع SMD القياسي وعمليات إعادة التدفق الخالية من الرصاص يجعلها متوافقة مع التصنيع الحديث والمتوافق بيئيًا. مقارنة بمصابيح LED SMD الأكبر (مثل 0603، 0805)، فإنها توفر توفيرًا في المساحة ولكنها قد تتطلب معدات وضع أكثر دقة. مقارنة بالعبوات على مستوى الشريحة، فإنها توفر هيكلًا مغلفًا أكثر متانة وأسهل في التعامل واللحام بموثوقية.

10. الأسئلة الشائعة (FAQs)

10.1 ما قيمة المقاومة التي يجب أن أستخدمها مع مصدر طاقة 5 فولت للمصباح الأخضر؟

باستخدام القيم النموذجية: Vsupply = 5V، VF (GH، نموذجي) = 3.3V، IF = 20mA. R = (5V - 3.3V) / 0.020A = 85 أوم. أقرب قيمة قياسية ستكون 82 أو 91 أوم. قم دائمًا بإعادة الحساب باستخدام الحد الأدنى/الأقصى لـ VF من ورقة البيانات لضمان بقاء التيار ضمن الحدود تحت جميع الظروف.

10.2 هل يمكنني تشغيل هذا المصباح بدون مقاومة تحديد تيار باستخدام مصدر جهد ثابت؟

No.هذا سيدمر المصباح حتمًا تقريبًا. مصابيح LED هي أجهزة تعمل بالتيار. لا يمكن لمصدر الجهد الثابت تنظيم التيار عبر الوصلة غير الخطية للغاية للمصباح. يلزم وجود مقاومة على التوالي أو، لأداء أفضل، دائرة محرك تيار ثابت.

10.3 لماذا يختلف أقصى تيار أمامي لمصباح LED الأزرق (BH)؟

التيار المستمر الأقصى المنخفض (20mA مقابل 25mA للأحمر/الأخضر) يرجع على الأرجح إلى الاختلافات في البنية الداخلية لأشباه الموصلات (InGaN للأزرق/الأخضر مقابل AlGaInP للأحمر) وخصائصها الحرارية المرتبطة وكفاءتها عند كثافات تيار أعلى، مما يؤدي إلى تصنيف تبديد طاقة (Pd) أقل للمتغير الأزرق.

10.4 كيف أفسر تسامح الشدة الضوئية ±11%؟

هذا يعني أن الشدة الضوئية الفعلية المقاسة لأي مصباح LED فردي من دفعة إنتاج يمكن أن تختلف بنسبة ±11% عن القيمة النموذجية أو الاسمية المذكورة في ورقة البيانات. على سبيل المثال، يمكن أن يقيس مصباح LED أخضر بقيمة Iv نموذجية 180 mcd في أي مكان من حوالي 160 mcd إلى 200 mcd. للتطبيقات التي تتطلب سطوعًا موحدًا، من الضروري اختيار مصابيح LED من تصنيف ضيق (رمز CAT).

10.5 هل هذا المصباح مناسب لإضاءة مقصورة السيارة؟

على الرغم من أنه قد يُستخدم في بعض التطبيقات غير الحرجة داخل السيارة (مثل إضاءة خلفية المفاتيح)، فإن ورقة البيانات تتضمن ملاحظة تقييد تطبيق محددة تنصح بعدم الاستخدام في "التطبيقات عالية الموثوقية مثل العسكرية/الفضاء، أنظمة سلامة/أمن السيارات، والمعدات الطبية." لأي تطبيق سيارات، خاصة المتعلق بالسلامة، يجب استخدام مكون مؤهل خصيصًا لمعايير درجة السيارات (مثل AEC-Q102).

11. دراسة حالة التصميم والاستخدام

السيناريو: تصميم لوحة مؤشر متعدد الحالات لموجه استهلاكي.

يحتاج المصمم إلى الإشارة إلى الطاقة (أخضر)، نشاط الإنترنت (أخضر وامض)، واتصال إيثرنت (كهرماني/أحمر). المساحة محدودة. يختارون 15-13D/GH (أخضر) واحد للطاقة، واحد للإنترنت (يومض بواسطة MCU)، و 15-13D/R6 (أحمر) واحد لمؤشر إيثرنت (يمكن تقريب اللون الكهرماني عن طريق تشغيل مصباح LED أحضر بتيار أقل أو استخدام موزع ضوئي).

التنفيذ:دبابيس GPIO الخاصة بـ MCU هي 3.3V. بالنسبة لمصابيح LED الخضراء (VF نموذجي 3.3V)، فإن انخفاض الجهد يساوي تقريبًا مصدر الطاقة، مما يترك هامشًا ضئيلًا للمقاومة. قد يستخدم المصمم تيارًا أقل (مثل 10mA) لتحقيق سطوع كافٍ مع ضمان التشغيل الموثوق، بحساب R = (3.3V - 3.3V)/0.01A = 0 أوم. هذا يمثل مشكلة. بدلاً من ذلك، سيستخدمون ترانزستور أو دبوس GPIO مُهيأ في وضع غرق التيار متصلًا بالكاثود الخاص بـ LED، مع ربط الأنود بسكة جهد أعلى (مثل 5V) عبر مقاومة مناسبة. تسلط هذه الحالة الضوء على أهمية مطابقة جهد دائرة المحرك مع VF الخاص بـ LED.

12. مبدأ التشغيل

الصمامات الثنائية الباعثة للضوء (LEDs) هي أجهزة أشباه موصلات من نوع p-n تبعث الضوء من خلال عملية تسمى الإضاءة الكهربائية. عند تطبيق جهد أمامي، يتم حقن الإلكترونات من المنطقة من النوع n والثقوب من المنطقة من النوع p عبر الوصلة. تتحد حاملات الشحن هذه في المنطقة النشطة بالقرب من الوصلة. بالنسبة لمصابيح LED الفعالة، يحدث هذا الاتحاد في مادة أشباه موصلات ذات فجوة نطاق مباشرة. يتم إصدار الطاقة المنطلقة أثناء الاتحاد كفوتون (جسيم ضوئي). يتم تحديد الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث بواسطة طاقة فجوة النطاق (Eg) لمادة أشباه الموصلات: E = hc/λ، حيث h هو ثابت بلانك، c هي سرعة الضوء، و λ هو الطول الموجي. يستخدم 15-13D AlGaInP للضوء الأحمر (فجوة نطاق أكبر لطاقة أقل/طول موجي أطول) و InGaN للضوء الأخضر والأزرق (فجوة نطاق أصغر لطاقة أعلى/طول موجي أقصر). تشكل عدسة راتنج الإيبوكسي خرج الضوء وتوفر الحماية البيئية.

13. اتجاهات التكنولوجيا

يمثل 15-13D تقنية LED SMD ناضجة. تستمر الاتجاهات العامة في سوق مصابيح LED المؤشر في الدفع نحو:

• مزيد من التصغير:عبوات أصغر حجمًا (مثل 1.0x0.5 مم، على مستوى الشريحة) مع الحفاظ على أو تحسين خرج الضوء.
• كفاءة أعلى:تحسين لومن لكل واط (lm/W) أو ميليكانديلا لكل ميلي أمبير (mcd/mA)، مما يقلل من استهلاك الطاقة لسطوع معين.
• موثوقية ومتانة محسنة:درجات حرارة وصلة قصوى أعلى، مقاومة محسنة للرطوبة، وأداء أفضل تحت اختبارات عمر التشغيل عالي الحرارة (HTOL).
• حلول متكاملة:مصابيح LED بمقاومات تحديد تيار مدمجة، ثنائيات حماية (ESD، قطبية عكسية)، أو حتى دوائر IC محرك في عبوة واحدة.
• نطاق ألوان موسع واتساق:تصنيف أضيق للون والشدة لتلبية متطلبات شاشات الألوان الكاملة ومصفوفات المؤشرات حيث يكون التوحيد البصري أمرًا بالغ الأهمية.

على الرغم من وجود عبوات أحدث، يظل 15-13D مكونًا موثوقًا به ومستخدمًا على نطاق واسع للتطبيقات العامة كمؤشر حيث يكون توازنه بين الحجم والأداء والتكلفة هو الأمثل.