ورقة بيانات ثنائي باعث للضوء SMD 91-21SYGC/S530-XX/XXX - 2.0x1.25x1.1 مم - 2.0 فولت - 40 ميغاواط - أصفر أخضر لامع - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

تُعد سلسلة 91-21 ثنائي باعث للضوء من نوع جهاز السطح المُركب (SMD) مُصممًا للتطبيقات الإلكترونية الحديثة والمدمجة. يستخدم هذا المكون تقنية أشباه الموصلات من نوع ألومنيوم جاليوم إنديوم فوسفيد (AlGaInP) لإنتاج ضوء بلون أصفر أخضر لامع، مُغلف براتنج صافي تمامًا. الهدف الأساسي من تصميمه هو تمكين التصغير وتخطيطات اللوحات عالية الكثافة مع الحفاظ على أداء موثوق.

1.1 المزايا الأساسية وتحديد موقع المنتج

الميزة الرئيسية لثنائي LED 91-21 هي بصمته المُخفضة بشكل كبير مقارنة بالمكونات التقليدية ذات الأطراف. هذا يمكّن من تصميم لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) أصغر حجمًا، وكثافة تعبئة أعلى للمكونات، وتقليل متطلبات مساحة التخزين، ويُساهم في النهاية في تطوير معدات المستخدم النهائي الأصغر حجمًا. وزنه الخفيف يجعله مناسبًا بشكل خاص للتطبيقات المصغرة والمحمولة. علاوة على ذلك، تم تصميم المكون ليكون متوافقًا مع معدات التجميع الآلي (pick-and-place)، مما يضمن دقة وضع عالية وكفاءة تصنيع.

1.2 السوق المستهدف والتطبيقات

يستهدف هذا الثنائي الباعث للضوء مجموعة واسعة من الإلكترونيات الاستهلاكية والصناعية ومعدات المكاتب التي تتطلب حلول إضاءة إرشادية أو إضاءة خلفية مدمجة وموثوقة. تشمل سيناريوهات التطبيق النموذجية، على سبيل المثال لا الحصر:

• مؤشرات الحالة للمعدات الداخلية.
• الإضاءة الخلفية لشاشات LCD، ومفاتيح الغشاء، ورموز لوحات التحكم.
• وظائف المؤشر والإضاءة الخلفية في معدات أتمتة المكاتب (مثل الطابعات، والماسحات الضوئية).
• مؤشرات حالة البطارية والإضاءة الخلفية للأزرار في الأجهزة المحمولة التي تعمل بالبطارية.
• أضواء المؤشر والإضاءة الخلفية للشاشة في معدات الصوت/الفيديو.
• الإضاءة الخلفية للوحة القيادة والمفاتيح في السياق الآلي أو لوحات التحكم.
• وظائف المؤشر والإضاءة الخلفية في أجهزة الاتصالات مثل الهواتف وآلات الفاكس.

2. المواصفات الفنية والتفسير المتعمق

يقدم هذا القسم تفصيلًا دقيقًا للمعلمات الكهربائية والبصرية والحرارية التي تحدد الحدود التشغيلية وأداء الثنائي الباعث للضوء.

2.1 التصنيفات القصوى المطلقة

تحدد هذه التصنيفات حدود الإجهاد التي قد يتسبب تجاوزها في حدوث تلف دائم للجهاز. لا يُنصح بالتشغيل عند هذه الحدود أو بالقرب منها لفترات طويلة.

• الجهد العكسي (V_R): 5 فولت. يمكن أن يتسبب تجاوز هذا الجهد في حالة الانحياز العكسي في انهيار الوصلة.
• التيار الأمامي المستمر (I_F): 20 مللي أمبير. هذا هو الحد الأقصى الموصى به لتيار التشغيل المستمر.
• التيار الأمامي الذروي (I_FP): 60 مللي أمبير. مسموح به فقط في ظل ظروف النبض (دورة عمل 1/10 @ 1 كيلو هرتز).
• تبديد الطاقة (P_d): 60 ميلي واط. أقصى طاقة يمكن للعبوة تبديدها، وتحسب كـ V_F* I_F.
• درجة حرارة التشغيل (T_opr): من -40°م إلى +85°م. نطاق درجة الحرارة المحيطة للتشغيل الموثوق.
• درجة حرارة التخزين (T_stg): من -40°م إلى +100°م.
• التفريغ الكهروستاتيكي (ESD): يتحمل 2000 فولت (نموذج جسم الإنسان). إجراءات التعامل الصحيحة مع ESD ضرورية.
• درجة حرارة اللحام: إعادة التدفق: ذروة 260°م لمدة 10 ثوانٍ كحد أقصى. اللحام اليدوي: 350°م لمدة 3 ثوانٍ كحد أقصى لكل طرف.

2.2 الخصائص الكهروضوئية (T_a= 25°م)

تصف هذه المعلمات الأداء النموذجي للثنائي الباعث للضوء في ظل ظروف الاختبار المحددة.

• شدة الإضاءة (I_v): تُقاس عند I_F= 20 مللي أمبير. متوفرة في رتب متعددة (من E1 إلى E4)، بقيم نموذجية تتراوح من 198 مللي كانديلا إلى 630 مللي كانديلا. ينطبق تسامح ±11%.
• زاوية الرؤية (2θ_1/2): 25 درجة. هذا يُحدد الانتشار الزاوي حيث تكون شدة الإضاءة على الأقل نصف شدة الذروة.
• طول موجة الذروة (λ_p): 575 نانومتر (نموذجي). الطول الموجي الذي يكون فيه توزيع القدرة الطيفية في أقصى حد.
• الطول الموجي السائد (λ_d): 573 نانومتر (نموذجي) بتسامح ±1 نانومتر. هذا هو الطول الموجي الوحيد الذي تدركه العين البشرية كلون الضوء.
• عرض النطاق الطيفي (Δλ): 20 نانومتر (نموذجي). عرض الطيف المنبعث عند نصف أقصى شدة.
• الجهد الأمامي (V_F): 2.0 فولت (نموذجي)، يتراوح من 1.7 فولت إلى 2.4 فولت عند I_F= 20 مللي أمبير، مع تسامح ±0.1 فولت على القيمة النموذجية.
• التيار العكسي (I_R): 10 ميكرو أمبير (الحد الأقصى) عند V_R= 5 فولت.

3. شرح نظام التصنيف

يتم تصنيف المنتج إلى مجموعات أداء مختلفة لضمان الاتساق في تصميم التطبيق. يشير دليل الاختيار إلى معلمات التصنيف الأساسية.

3.1 تصنيف شدة الإضاءة (CAT)

يتم فرز الناتج الضوئي إلى رتب مُصنفة من E1 إلى E4، كما هو مفصل في جدول الخصائص الكهروضوئية. يجب على المصممين اختيار الرتبة المناسبة بناءً على السطوع المطلوب لتطبيقهم، مع مراعاة القيم الدنيا والنموذجية المحددة.

3.2 تصنيف الطول الموجي (HUE)

يتم التحكم في الطول الموجي السائد لتسامح ضيق ±1 نانومتر حول القيمة النموذجية البالغة 573 نانومتر. وهذا يضمن إدراك لوني متناسق للغاية عبر دفعات الإنتاج والوحدات المختلفة.

3.3 تصنيف الجهد الأمامي (REF)

يتم أيضًا تصنيف الجهد الأمامي، بقيمة نموذجية 2.0 فولت وتسامح ±0.1 فولت. هذه المعلومات حاسمة لتصميم دائرة تحديد التيار، خاصة في التطبيقات التي تعمل بالبطارية حيث هامش الجهد محدود.

4. تحليل منحنى الأداء

بينما يتم الإشارة إلى منحنيات رسومية محددة في ورقة البيانات، فإن التحليل التالي يستند إلى سلوك LED القياسي والمعلمات المقدمة.

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

يظهر الثنائي الباعث للضوء جهدًا أماميًا نموذجيًا يبلغ 2.0 فولت عند 20 مللي أمبير. مثل جميع الثنائيات، فإن V_Fله معامل درجة حرارة سالب، مما يعني أنه ينخفض قليلاً مع زيادة درجة حرارة الوصلة. يجب أخذ نطاق V_Fالمحدد (1.7V-2.4V) في الاعتبار في تصميم السائق لضمان تنظيم التيار المناسب.

4.2 شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي

شدة الإضاءة تتناسب تقريبًا مع التيار الأمامي ضمن نطاق التشغيل. التشغيل فوق الحد الأقصى المطلق للتيار (20 مللي أمبير تيار مستمر) سيزيد من الناتج الضوئي ولكنه سيولد أيضًا المزيد من الحرارة، مما قد يؤدي إلى تسارع استهلاك اللومن أو فشل كارثي.

4.3 خصائص درجة الحرارة

ينخفض الناتج الضوئي للثنائي الباعث للضوء عادةً مع ارتفاع درجة حرارة الوصلة. يشير نطاق درجة حرارة التشغيل الواسع (-40°م إلى +85°م) إلى أداء قوي، ولكن يجب على المصممين مراعاة إدارة الحرارة إذا كان التشغيل في درجات حرارة محيطة عالية أو تيارات تشغيل عالية للحفاظ على سطوع ثابت.

5. المعلومات الميكانيكية والخاصة بالعبوة

5.1 أبعاد مخطط العبوة (91-21)

يتمتع المكون ببصمة SMD مدمجة. تشمل الأبعاد الرئيسية (بالمليمتر) حجم عبوة نموذجي. يتم عادةً تحديد القطب السالب بواسطة علامة أو شكل محدد للوسادة (على سبيل المثال، شق أو علامة خضراء كما هو موضح في شرح الملصق). يتم توفير رسومات أبعاد دقيقة في ورقة البيانات لتصميم نمط أرضية PCB.

5.2 تحديد القطبية

القطبية الصحيحة أمر بالغ الأهمية. تشير ورقة البيانات إلى علامات تحديد القطبية على العبوة. عادةً ما يتم وضع علامة على القطب السالب. يجب على المصممين التأكد من أن بصمة PCB تتطابق مع هذا الاتجاه.

6. إرشادات اللحام والتجميع

الالتزام بهذه الإرشادات ضروري للموثوقية ولمنع التلف أثناء عملية التجميع.

6.1 ملف تعريف لحام إعادة التدفق (خالي من الرصاص)

يتم توفير ملف درجة حرارة موصى به:

• التسخين المسبق: 150-200°م لمدة 60-120 ثانية.
• الوقت فوق السائل (217°م): 60-150 ثانية.
• درجة حرارة الذروة: 260°م كحد أقصى، تُحفظ لمدة 10 ثوانٍ كحد أقصى.
• الوقت فوق 255°م: 30 ثانية كحد أقصى.
• معدل التسخين/التبريد: أقصى 3°م/ثانية (تسخين)، 6°م/ثانية (تبريد).

6.2 اللحام اليدوي

إذا كان اللحام اليدوي لا مفر منه، فاستخدم مكواة لحام بدرجة حرارة طرف أقل من 350°م، مع تطبيق الحرارة على كل طرف لمدة لا تزيد عن 3 ثوانٍ. استخدم مكواة منخفضة الطاقة (≤25 واط) واترك فاصلًا زمنيًا لا يقل عن ثانيتين بين لحام كل طرف لمنع الصدمة الحرارية.

6.3 حساسية الرطوبة والتخزين

يتم تعبئة الثنائيات الباعثة للضوء في أكياس حاجزة للرطوبة.

• قبل الفتح: قم بالتخزين عند ≤30°م و ≤90% رطوبة نسبية.
• بعد الفتح: "عمر الأرضية" هو 72 ساعة عند ≤30°م و ≤60% رطوبة نسبية. يجب إعادة إغلاق الأجزاء غير المستخدمة في عبوة مقاومة للرطوبة مع مجفف.
• التجفيف: إذا تم تجاوز وقت التخزين أو أشار المجفف إلى الرطوبة، قم بالتجفيف عند 60±5°م لمدة 24 ساعة قبل الاستخدام.

7. معلومات التعبئة والطلب

7.1 التعبئة القياسية

يتم توريد الجهاز في شريط ناقل بارز بعرض 12 مم على بكرات قطر 7 بوصات، متوافق مع معدات التجميع الآلي. تتوفر أيضًا تعبئة بالجملة بـ 1000 قطعة لكل كيس.

7.2 شرح الملصق

يحتوي ملصق البكرة أو العبوة على عدة معرفات رئيسية:

• CPN: رقم منتج العميل.
• P/N: رقم منتج الشركة المصنعة (مثل 91-21SYGC/S530-XX/XXX).
• LOT No.: رقم دفعة التصنيع القابل للتتبع.
• QTY: كمية القطع في العبوة.
• CAT, HUE, REF: رموز لرتب شدة الإضاءة، والطول الموجي السائد، والجهد الأمامي، على التوالي.

8. اعتبارات تصميم التطبيق

8.1 تحديد التيار إلزامي

مقاوم تحديد التيار الخارجي مطلوب تمامًا. تعني الخاصية الأسية I-V للثنائي الباعث للضوء أن زيادة صغيرة في الجهد الأمامي يمكن أن تسبب زيادة كبيرة، وربما مدمرة، في التيار. يمكن حساب قيمة المقاوم (R) باستخدام قانون أوم: R = (V_supply- V_F) / I_F. استخدم دائمًا أقصى قيمة V_Fمن ورقة البيانات لتصميم محافظ يضمن ألا يتجاوز I_F20 مللي أمبير في أسوأ الظروف.

8.2 إدارة الحرارة

على الرغم من أن تبديد الطاقة منخفض (60 ميلي واط كحد أقصى)، فإن ضمان تبديد حراري كافٍ من خلال وسائد PCB هو ممارسة جيدة، خاصة في بيئات درجة الحرارة المحيطة العالية أو عند التشغيل بأقصى تيار. وهذا يساعد في الحفاظ على ناتج ضوئي مستقر وموثوقية طويلة الأجل.

8.3 الحماية من التفريغ الكهروستاتيكي (ESD)

مع تصنيف تحمل ESD يبلغ 2000 فولت، فإن احتياطات ESD القياسية أثناء التعامل والتجميع ضرورية. قد يكون من الضروري دمج قمع الجهد العابر على الخطوط الحساسة في التطبيق النهائي في البيئات القاسية.

9. المقارنة الفنية والتمييز

يتميز ثنائي LED 91-21 من خلال مزيج من بصمة صغيرة جدًا تبلغ 2.0x1.25 مم، وشدة إضاءة عالية نسبيًا بالنسبة لحجمه (حتى 630 مللي كانديلا نموذجيًا)، واللون الأصفر الأخضر اللامع المحدد الناتج عن مادة شريحة AlGaInP. مقارنةً بثنائيات LED القديمة ذات الثقب المار، فإنه يوفر توفيرًا هائلاً في المساحة. مقارنةً بثنائيات LED SMD الأخرى، فإن ميزاته الرئيسية هي الراتنج الصافي لأقصى استخراج للضوء وزاوية الرؤية المحددة جيدًا، مما يجعله مناسبًا لكل من أدوار المؤشر والإضاءة الخلفية حيث يكون الشعاع الموجه مفيدًا.

10. الأسئلة الشائعة (FAQ)

10.1 ما قيمة المقاوم التي يجب أن أستخدمها مع مصدر طاقة 5 فولت؟

باستخدام الصيغة R = (V_supply- V_F) / I_F، وبافتراض أسوأ حالة لـ V_Fبقيمة 2.4 فولت و I_Fالمستهدف بقيمة 20 مللي أمبير: R = (5V - 2.4V) / 0.02A = 130 أوم. ستوفر قيمة المقاوم القياسية الأعلى الأقرب (مثل 150 أوم) هامش أمان، مما يؤدي إلى تيار يبلغ حوالي 17.3 مللي أمبير.

10.2 هل يمكنني تشغيل هذا الثنائي الباعث للضوء بدون مقاوم باستخدام مصدر جهد ثابت؟

No.هذا سيدمر الثنائي الباعث للضوء على الأرجح. الجهد الأمامي ليس قيمة ثابتة ولكنه خاصية لوصلة الثنائي. لن ينظم مصدر الجهد الثابت المضبوط على V_Fالنموذجي (2.0 فولت) التيار، وسيؤدي التغيرات الطفيفة أو تغيرات درجة الحرارة إلى تدفق تيار غير منضبط.

10.3 كيف أحدد القطب السالب؟

ارجع إلى رسم مخطط العبوة في ورقة البيانات. يُشار عادةً إلى القطب السالب بعلامة خضراء في أعلى العبوة أو جانبها، أو بميزة محددة في تخطيط الوسادة (على سبيل المثال، قد تكون وسادة القطب السالب مربعة بينما القطب الموجب دائري، أو العكس).

11. تصميم عملي وحالة استخدام

السيناريو: تصميم مؤشر بطارية منخفضة لجهاز محمول.يستخدم الجهاز مصدر طاقة منظم 3.3 فولت. الهدف هو إضاءة ثنائي باعث للضوء بشكل ساطع عندما تكون البطارية منخفضة. تم اختيار ثنائي LED 91-21 من المجموعة E3 (400-630 مللي كانديلا) لرؤية جيدة. الحساب: R = (3.3V - 2.4V) / 0.02A = 45 أوم. تم اختيار مقاوم قياسي 47 أوم. يقوم دبوس GPIO الخاص بالمتحكم الدقيق، المُكون كمخرج تصريف مفتوح، بسحب التيار إلى الأرض لتشغيل الثنائي الباعث للضوء. يسمح الحجم المدمج لـ 91-21 له بالتوافق في مساحة صغيرة جدًا على لوحة PCB المزدحمة للجهاز المحمول.

12. مبدأ التشغيل

يعمل الثنائي الباعث للضوء على مبدأ الإضاءة الكهربائية في وصلة أشباه الموصلات من النوع p-n. مادة الشريحة هي ألومنيوم جاليوم إنديوم فوسفيد (AlGaInP). عند تطبيق جهد أمامي يتجاوز الجهد المدمج للوصلة، يتم حقق الإلكترونات من المنطقة من النوع n والفجوات من المنطقة من النوع p في المنطقة النشطة حيث تتحد. يطلق حدث إعادة التركيب هذا الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد التركيب المحدد لسبيكة AlGaInP طاقة فجوة النطاق، والتي بدورها تحدد الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث، في هذه الحالة، الأصفر الأخضر اللامع (~573 نانومتر). يحمي الراتنج الإيبوكسي الصافي تمامًا الشريحة ويعمل كعدسة، مشكلاً الناتج الضوئي في زاوية الرؤية المحددة البالغة 25 درجة.

13. اتجاهات التكنولوجيا

يمثل ثنائي LED 91-21 تقنية ناضجة وموثوقة ضمن الاتجاه الأوسع لتصغير الإلكترونيات. يركز التطوير المستمر في ثنائيات LED SMD على عدة مجالات رئيسية: زيادة الفعالية الضوئية (مزيد من الناتج الضوئي لكل واط من المدخلات الكهربائية)، وتحسين اتساق اللون ومؤشر تجسيد اللون (CRI) لتطبيقات الإضاءة، وتطوير أحجام عبوات أصغر من أي وقت مضى (مثل 01005، وثنائيات LED الدقيقة)، وتعزيز الموثوقية في ظل ظروف درجة الحرارة والرطوبة العالية. علاوة على ذلك، فإن دمج الإلكترونيات التحكمية مباشرة مع شريحة LED (مثل ثنائيات LED التي تعمل بالدوائر المتكاملة) هو اتجاه متزايد لتطبيقات الإضاءة الذكية. يظل 91-21، مع تركيزه على لون محدد ودور مؤشر/إضاءة خلفية مدمج، مكونًا أساسيًا ومستخدمًا على نطاق واسع ضمن هذا المشهد المتطور.