ورقة بيانات ثنائي باعث للضوء SMD 22-23/R6GHBHC-A01/2C - متعدد الألوان - جهد 2.0-3.7 فولت - قدرة 60-95 ميلي واط - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

سلسلة 22-23 هي ثنائي باعث للضوء (SMD) مضغوط ومتعدد الألوان، مُصمم للتطبيقات الإلكترونية الحديثة التي تتطلب تصغير الحجم وموثوقية عالية. هذا المكون أصغر بكثير من ثنائيات LED التقليدية ذات الإطار الرصاصي، مما يتيح تخفيضات كبيرة في حجم لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) والمساحة الإجمالية للمعدات. يُعد بناؤه خفيف الوزن مناسبًا بشكل خاص للأجهزة المحمولة والمقيدة بالمساحة.

تُقدم السلسلة بثلاثة متغيرات لونية متميزة، كل منها يعتمد على مواد شبه موصلة مختلفة: الأحمر اللامع (R6، AlGaInP)، والأخضر اللامع (GH، InGaN)، والأزرق (BH، InGaN). جميع المتغيرات مُوردة في عبوة راتنجية شفافة تمامًا. المنتج متوافق بالكامل مع متطلبات التصنيع الخالية من الرصاص (RoHS) وهو متوافق مع عمليات لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء والطور البخاري القياسية، مما يسهل التكامل في خطوط التجميع الآلية. يتم تعبئته على شريط بعرض 8 مم مثبت على بكرات قطرها 7 بوصات.

2. المعلمات التقنية: تفسير موضوعي متعمق

2.1 القيم القصوى المطلقة

تُحدد القيم القصوى المطلقة حدود الإجهاد التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. هذه ليست ظروف تشغيل موصى بها.

• الجهد العكسي (V_R):5 فولت لجميع الأنواع. تجاوز هذا الجهد في الانحياز العكسي يمكن أن يسبب انهيار الوصلة.
• التيار الأمامي (I_F):التيار الأمامي المستمر الأقصى هو 25 مللي أمبير لجميع أنواع R6 و GH و BH.
• تيار الذروة الأمامي (I_FP):التيار الأمامي النبضي الأقصى المسموح به، محدد بدورة عمل 1/10 وتردد 1 كيلو هرتز، يختلف: 60 مللي أمبير لـ R6، و 95 مللي أمبير لـ GH، و 100 مللي أمبير لـ BH. هذه المعلمة حاسمة لتطبيقات التشغيل النبضي.
• تبديد الطاقة (P_d):الطاقة القصوى التي يمكن للجهاز تبديدها هي 60 ميلي واط لـ R6، و 95 ميلي واط لـ GH و BH. يتم تحديد هذا الحد من خلال الخصائص الحرارية للعبوة.
• درجة حرارة التشغيل والتخزين:تم تصنيف الجهاز للتشغيل من -40°C إلى +85°C ويمكن تخزينه من -40°C إلى +90°C.
• التفريغ الكهروستاتيكي (ESD):جميع المتغيرات لديها جهد تحمل ESD يبلغ 2000 فولت (نموذج جسم الإنسان)، مما يشير إلى مستوى قياسي من الحساسية تجاه ESD. من الضروري اتخاذ احتياطات التعامل المناسبة مع ESD.
• درجة حرارة اللحام:يمكن للجهاز تحمل لحام إعادة التدفق بدرجة حرارة ذروية تبلغ 260°C لمدة 10 ثوانٍ، أو اللحام اليدوي عند 350°C لمدة 3 ثوانٍ.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

يتم قياس هذه المعلمات عند تيار أمامي (I_F) قدره 20 مللي أمبير ودرجة حرارة محيطة (T_a) قدرها 25°C، مما يمثل ظروف التشغيل النموذجية.

• شدة الإضاءة (I_v):يختلف الناتج الضوئي النموذجي بشكل كبير حسب النوع: R6 (45-180 ملي كانديلا)، GH (112-450 ملي كانديلا)، BH (28.5-112 ملي كانديلا). يوفر متغير GH (الأخضر) أعلى ناتج نموذجي.
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):زاوية رؤية واسعة تبلغ 120 درجة هي النمطية لجميع الألوان، مما يوفر نمط إشعاع واسعًا مناسبًا لتطبيقات المؤشرات والإضاءة الخلفية.
• طول موجة الذروة والطول الموجي السائد (λ_p, λ_d):يحدد لون الضوء المنبعث. القيم النموذجية هي: R6 (λ_p632 نانومتر، λ_d615-630 نانومتر)، GH (λ_p518 نانومتر، λ_d510-540 نانومتر)، BH (λ_p468 نانومتر، λ_d460-480 نانومتر).
• الجهد الأمامي (V_F):انخفاض الجهد عبر ثنائي LED عند 20 مللي أمبير. تحتوي ثنائيات LED الحمراء R6 على جهد أمامي نموذجي أقل V_Fبقيمة 2.0 فولت (الحد الأدنى 1.7 فولت، الحد الأقصى 2.4 فولت)، بينما تحتوي أنواع GH و BH على جهد أمامي نموذجي أعلى V_Fبقيمة 3.3 فولت (الحد الأدنى 2.7 فولت، الحد الأقصى 3.7 فولت). هذه معلمة رئيسية لتصميم دائرة القيادة وحساب استهلاك الطاقة.
• التيار العكسي (I_R):يتم تحديد تيار التسرب عند تطبيق 5 فولت في الانحياز العكسي كحد أقصى 10 ميكرو أمبير لنوع R6.

3. شرح نظام التصنيف

لضمان اتساق اللون والسطوع في الإنتاج، يتم فرز ثنائيات LED إلى مجموعات بناءً على شدة الإضاءة عند I_F= 20 مللي أمبير. لكل متغير لوني هيكل تصنيف خاص به.

• R6 (أحمر):المجموعات P (45.0-72.0 ملي كانديلا)، Q (72.0-112 ملي كانديلا)، R (112-180 ملي كانديلا).
• GH (أخضر):المجموعات R (112-180 ملي كانديلا)، S (180-285 ملي كانديلا)، T (285-450 ملي كانديلا).
• BH (أزرق):المجموعات N (28.5-45.0 ملي كانديلا)، P (45.0-72.0 ملي كانديلا)، Q (72.0-112 ملي كانديلا).

تلاحظ ورقة البيانات وجود تسامح في شدة الإضاءة يبلغ ±11% داخل كل مجموعة. لمطابقة الألوان بدقة، يتم أيضًا التحكم في الطول الموجي السائد والجهد الأمامي بتسامحات تبلغ ±1 نانومتر و ±0.1 فولت على التوالي. يُشار إلى هذه عادةً برموز HUE و REF على ملصق التعبئة.

4. تحليل منحنى الأداء

توفر ورقة البيانات منحنيات الخصائص النموذجية لكل نوع من ثنائيات LED (R6، GH، BH)، وهي ضرورية لفهم سلوك الجهاز في ظل ظروف غير قياسية.

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

تُظهر المنحنيات العلاقة الأسية بين التيار والجهد. يتمتع ثنائي LED الأحمر R6 بجهد ركبة أقل (~1.8 فولت) مقارنة بثنائيات LED الخضراء GH والزرقاء BH (~3.0 فولت)، بما يتوافق مع موادها شبه الموصلة المختلفة (AlGaInP مقابل InGaN). هذا الرسم البياني حيوي لاختيار مقاومة محددة للتيار أو محرك تيار ثابت مناسب.

4.2 شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي

تُظهر هذه الرسوم البيانية أن الناتج الضوئي يزداد تقريبًا بشكل خطي مع التيار على مدى كبير. ومع ذلك، فإن التشغيل فوق التصنيف الأقصى المطلق سيقلل من العمر الافتراضي ويمكن أن يسبب فشلًا. تساعد المنحنيات المصممين على تحسين تيار القيادة للسطوع المطلوب مع الحفاظ على الموثوقية.

4.3 شدة الإضاءة مقابل درجة الحرارة المحيطة

تُظهر جميع أنواع LED انخفاضًا في الناتج الضوئي مع ارتفاع درجة الحرارة المحيطة. يتم عادةً تسوية الناتج إلى 100% عند 25°C. يختلف معدل الانخفاض، لكن فهم هذا التخفيض الحراري أمر بالغ الأهمية للتطبيقات التي تعمل على نطاق واسع من درجات الحرارة (مثل لوحات عدادات السيارات) لضمان الحفاظ على سطوع كافٍ في درجات الحرارة العالية.

4.4 منحنى تخفيض التيار الأمامي

يحدد هذا المنحنى أقصى تيار أمامي مستمر مسموح به كدالة لدرجة الحرارة المحيطة. مع زيادة درجة الحرارة، ينخفض الحد الأقصى للتيار الآمن لمنع تجاوز حد تبديد طاقة الجهاز والتسبب في الانفجار الحراري. الالتزام بهذا المنحنى إلزامي للتشغيل الموثوق.

4.5 توزيع الطيف

تعرض الرسوم البيانية الشدة النسبية للضوء المنبعث عبر أطوال موجية مختلفة. تُظهر نطاقات الانبعاث الضيقة النموذجية لثنائيات LED، المتمركزة حول طول موجة الذروة (λ_p). يتم توفير عرض النطاق الطيفي (Δλ) في الجدول (على سبيل المثال، 20 نانومتر لـ R6).

4.6 مخطط الإشعاع

تُوضح هذه الرسوم البيانية القطبية التوزيع المكاني لشدة الضوء، مؤكدة زاوية الرؤية البالغة 120 درجة. النمط بشكل عام لامبرتي (شبيه بجيب التمام)، وهو شائع لثنائيات LED ذات العدسة القبة البسيطة.

5. المعلومات الميكانيكية والمتعلقة بالعبوة

5.1 أبعاد العبوة

يتمتع ثنائي LED بمساحة تركيب سطحية SMD مضغوطة. تشمل الأبعاد الرئيسية (بالمليمتر، تسامح ±0.1 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك) حجم جسم يبلغ حوالي 2.0 مم × 2.0 مم، بارتفاع نموذجي. يتم توفير رسم تفصيلي بأبعاد، يوضح مواقع وسادات الأنود والكاثود.

5.2 تصميم الوسادات وتحديد القطبية

تم تضمين نمط أرضية PCB مقترح (تخطيط الوسادة) للرجوع إليه، على الرغم من نصح المصممين بتعديله بناءً على متطلبات عملية التصنيع المحددة لديهم. يتم تمييز جانب الكاثود من ثنائي LED بوضوح بقناع أخضر على العبوة نفسها، وهو أمر ضروري للتوجيه الصحيح أثناء التجميع.

6. إرشادات اللحام والتجميع

الجهاز متوافق مع عمليات لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء والطور البخاري القياسية. المعلمة الحرجة هي درجة حرارة اللحام القصوى، التي يجب ألا تتجاوز 260°C لأكثر من 10 ثوانٍ. بالنسبة للحام اليدوي، يجب تحديد درجة حرارة طرف المكواة بـ 350°C كحد أقصى لمدة 3 ثوانٍ. تمنع هذه الحدود تلف الهيكل الداخلي لثنائي LED وعدسة الإيبوكسي. المكونات حساسة للرطوبة ويتم شحنها في عبوات مقاومة للرطوبة مع مجفف. إذا تم فتح العبوة، فيجب اتباع إجراءات التعامل القياسية لمستوى الحساسية للرطوبة (MSL) لتجنب ظاهرة "الفرقعة" أثناء إعادة التدفق.

7. معلومات التعبئة والطلب

يتم توريد ثنائيات LED على شريط حامل بارز بعرض 8 مم، ملفوف على بكرات قطرها 7 بوصات. تحتوي كل بكرة على 2000 قطعة. تتضمن التعبئة كيسًا ألومنيومًا مقاومًا للرطوبة يحتوي على مجفف. يحتوي ملصق البكرة على معلومات حرجة للتتبع واختيار المجموعة، بما في ذلك رموز تصنيف شدة الإضاءة (CAT)، وتصنيف الطول الموجي السائد (HUE)، وتصنيف الجهد الأمامي (REF)، جنبًا إلى جنب مع رقم المنتج (P/N)، ورقم الدفعة، والكمية.

8. اقتراحات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

• الإضاءة الخلفية:مثالي للإضاءة الخلفية للرموز والمفاتيح وشاشات LCD الصغيرة في الإلكترونيات الاستهلاكية ولوحات عدادات السيارات ولوحات التحكم الصناعية.
• مؤشرات الحالة:مثالي لمؤشرات الطاقة والاتصال والوضع في معدات الاتصالات (الهواتف، الفاكسات)، وملحقات الكمبيوتر، والأجهزة المنزلية.
• الإضاءة العامة:مناسب للإضاءة الزخرفية، والإضاءة التكميلية، والتطبيقات الأخرى حيث يكون الحجم المضغوط وانخفاض استهلاك الطاقة من الأولويات.

8.2 اعتبارات التصميم

• تحديد التيار:استخدم دائمًا مقاومة على التوالي أو محرك تيار ثابت لتحديد التيار الأمامي إلى القيمة المطلوبة (على سبيل المثال، 20 مللي أمبير للمواصفات النموذجية). احسب قيمة المقاومة باستخدام R = (V_supply- V_F) / I_F.
• إدارة الحرارة:على الرغم من انخفاض الطاقة، تأكد من وجود مساحة نحاسية كافية في PCB أو ثقوب حرارية إذا كان التشغيل في درجات حرارة محيطة عالية أو بالقرب من أقصى تيار للحفاظ على درجة حرارة الوصلة ضمن الحدود الآمنة.
• حماية ESD:نفذ حماية ESD على خطوط الإدخال إذا كان ثنائي LED في موقع يمكن للمستخدم الوصول إليه، نظرًا لأن تصنيف 2000 فولت HBM متواضع.
• التصميم البصري:قد تتطلب زاوية الرؤية الواسعة أدلة ضوئية أو موزعات لتحقيق إضاءة موحدة في تطبيقات الإضاءة الخلفية.

9. المقارنة التقنية والتمييز

تكمن الميزة الأساسية لسلسلة 22-23 في جمعها بين عامل شكل صغير جدًا (يمكن من تخطيطات PCB عالية الكثافة) وتوافر ثلاثة ألوان متميزة ولامعة من مخطط عبوة واحد. مقارنة بثنائيات LED ذات الثقب المار الأكبر حجمًا، فإنه يوفر توفيرًا كبيرًا في المساحة والوزن. يوفر استخدام تقنية InGaN للأخضر والأزرق كفاءة وسطوعًا أعلى من التقنيات الأقدم. إن توافقها مع التركيب الآلي ولحام إعادة التدفق يبسط التصنيع، مما يقلل تكاليف التجميع مقارنة بالإدخال اليدوي.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

10.1 ما الفرق بين طول موجة الذروة والطول الموجي السائد؟

طول موجة الذروة (λ_p) هو الطول الموجي الفردي الذي يكون فيه طيف الانبعاث بأقصى شدة. الطول الموجي السائد (λ_d) هو الطول الموجي الفردي للضوء أحادي اللون الذي يتطابق مع اللون الملحوظ لناتج ثنائي LED. λ_dأكثر صلة بتحديد اللون في التطبيقات.

10.2 هل يمكنني تشغيل ثنائي LED بمصدر طاقة 5 فولت مباشرة؟

لا. تطبيق 5 فولت مباشرة على ثنائي LED (خاصة النوع الأحمر ذو V_Fبقيمة ~2.0 فولت) سيتسبب في تدفق تيار مفرط، مما يدمر الجهاز على الفور. مطلوب دائمًا آلية تحديد تيار (مقاومة أو منظم).

10.3 لماذا تختلف الجهود الأمامية للأحمر مقابل الأخضر/الأزرق؟

يتم تحديد الجهد الأمامي من خلال طاقة فجوة النطاق للمادة شبه الموصلة. لدى AlGaInP (أحمر) فجوة نطاق أقل من InGaN (أخضر/أزرق)، مما يؤدي إلى انخفاض الجهد الأمامي المطلوب لتحقيق الانبعاث.

10.4 كيف أفسر رموز المجموعات (CAT، HUE، REF) على الملصق؟

تتيح لك هذه الرموز اختيار ثنائيات LED ذات معلمات مضبوطة بدقة. CAT يتوافق مع مجموعة شدة الإضاءة (على سبيل المثال، P، Q، R للأحمر). HUE يتوافق مع مجموعة الطول الموجي السائد. REF يتوافق مع مجموعة الجهد الأمامي. يضمن استخدام ثنائيات LED من نفس المجموعة الاتساق في السطوع واللون عبر منتجك.

11. حالة تصميم واستخدام عملية

السيناريو: تصميم مؤشر متعدد الحالات لجهاز محمول.يحتاج المصمم إلى ثنائيات LED مضغوطة ومنخفضة الطاقة للإشارة إلى الشحن (أحمر)، والشحن الكامل (أخضر)، ونشاط البلوتوث (أزرق). سلسلة 22-23 هي الخيار المثالي. سيقومون بما يلي:

1. اختيار متغيرات R6 و GH و BH.
2. تصميم PCB بثلاث دوائر قيادة منفصلة. لمصدر طاقة نظام 3.3 فولت، احسب المقاومات التسلسلية: R_red= (3.3V - 2.0V) / 0.020A = 65Ω (استخدم 68Ω القياسية). R_green/blue= (3.3V - 3.3V) / 0.020A = 0Ω. يشير هذا إلى أن جهد المصدر عند V_Fالنموذجي، مما يتطلب محرك تيار ثابت أو جهد مصدر أعلى قليلاً للتشغيل المستقر مع مقاومة.
3. ضع ثنائيات LED على اللوحة وفقًا لتخطيط الوسادة الموصى به، مع ضمان محاذاة القطبية الصحيحة عبر علامة القناع الأخضر.
4. برمج المتحكم الدقيق لقيادة ثنائيات LED عند 20 مللي أمبير عبر دبابيس GPIO الخاصة به (بقدرة سحب/تزويد تيار مناسبة).
5. تحقق من تجانس السطوع عن طريق تحديد نفس مجموعة شدة الإضاءة (على سبيل المثال، Q للأحمر/الأزرق، R للأخضر) أثناء الشراء.

12. مقدمة المبدأ

ثنائيات LED هي أجهزة شبه موصلة تُصدر ضوءًا عندما يمر تيار كهربائي عبرها. تحدث هذه الظاهرة، المسماة بالكهرباء الضوئية، عندما تتحد الإلكترونات مع الفجوات داخل الجهاز، مُطلقة الطاقة في شكل فوتونات. يتم تحديد لون (طول موجة) الضوء المنبعث من خلال فجوة النطاق الطاقي للمادة شبه الموصلة المستخدمة في المنطقة النشطة. تستخدم سلسلة 22-23 AlGaInP (فوسفيد الألومنيوم الغاليوم الإنديوم) للضوء الأحمر و InGaN (نتريد الإنديوم الغاليوم) للضوء الأخضر والأزرق. تسمح هذه أشباه الموصلات المركبة بتوليد ضوء فعال عبر الطيف المرئي. تقوم عبوة SMD بتغليف الشريحة شبه الموصلة الصغيرة في راتنج إيبوكسي شفاف يعمل كعدسة، يشكل الناتج الضوئي ويوفر الحماية الميكانيكية والبيئية.

13. اتجاهات التطوير

الاتجاه العام في ثنائيات LED SMD مثل سلسلة 22-23 هو نحو كفاءة إضاءة أعلى (مزيد من الناتج الضوئي لكل واط من المدخلات الكهربائية)، وتحسين تجسيد اللون، وزيادة الموثوقية في درجات حرارة تشغيل أعلى. تستمر العبوة في التطور لاستخراج المزيد من الضوء بكفاءة وإدارة الحرارة من الشرائح الأكثر قوة. هناك أيضًا دافع قوي نحو التصغير، حيث أصبحت مساحات التركيب الأصغر حجمًا معيارًا للأجهزة فائقة الصغر. علاوة على ذلك، فإن دمج الإلكترونيات التحكمية (مثل محركات التيار الثابت، وحدات تحكم PWM) مباشرة في عبوة LED هو اتجاه متزايد، مما يبسط تصميم الدائرة للمستخدم النهائي. تستمر علوم المواد الأساسية في التقدم، مما يدفع حدود الكفاءة ويمكن نطاقات أطوال موجية جديدة.