ورقة بيانات ثنائي باعث للضوء SMD 15-21/GHC-YR2U1/3T - 2.0x1.25x0.8 مم - 3.3 فولت - 95 ميغاواط - أخضر ساطع - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

ثنائي باعث للضوء 15-21/GHC-YR2U1/3T هو جهاز مثبت على السطح (SMD) مصمم للتطبيقات الإلكترونية الحديثة والمدمجة. يمثل هذا المكون تقدمًا كبيرًا مقارنة بثنائيات الإضاءة التقليدية ذات الإطارات الرصاصية، حيث يقدم فوائد جوهرية من حيث استغلال مساحة اللوحة والتقليص العام لحجم النظام.

تكمن الميزة الأساسية لهذا الثنائي الباعث للضوء في بصمته الصغيرة للغاية. فحجمه الأصغر بكثير مقارنة بالمكونات ذات الثقوب المارة يتيح للمصممين تحقيق كثافة تركيب أعلى على لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs). وهذا يؤدي مباشرة إلى تقليل حجم اللوحة، وتقليل متطلبات التخزين للمكونات، وفي النهاية، إنشاء معدات نهائية للمستخدم أصغر حجمًا وأخف وزنًا. تجعل الطبيعة الخفيفة الوزن المتأصلة في عبوة SMD هذا المنتج خيارًا مثاليًا للتطبيقات التي يكون فيها الوزن والمساحة قيودًا حرجة.

هذا الثنائي الباعث للضوء هو من النوع أحادي اللون، حيث يبعث ضوءًا أخضر ساطعًا، وهو مصنوع من مواد صديقة للبيئة، حيث أنه خالٍ من الرصاص ومتوافق مع معايير RoHS، وEU REACH، والخالي من الهالوجين (Br <900 جزء في المليون، Cl <900 جزء في المليون، Br+Cl < 1500 جزء في المليون). يتم توريده على شريط قياسي صناعي بعرض 8 مم ملفوف على بكرات قطرها 7 بوصات، مما يضمن التوافق مع معدات التجميع الآلي عالية السرعة (pick-and-place). كما تم تصميم الجهاز ليتحمل عمليات اللحام القياسية بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء وبالطور البخاري.

2. الغوص العميق في المعلمات التقنية

2.1 الحدود القصوى المطلقة

يعد فهم الحدود القصوى المطلقة أمرًا بالغ الأهمية لضمان الموثوقية طويلة المدى ومنع الفشل الكارثي. تحدد هذه التقييمات الحدود التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز.

• التيار الأمامي (IF):25 مللي أمبير. هذا هو أقصى تيار مستمر يمكن تطبيقه على الثنائي الباعث للضوء في ظل ظروف التشغيل العادية.
• تيار الذروة الأمامي (IFP):50 مللي أمبير. ينطبق هذا التقييم في ظل ظروف النبض بدورة عمل 1/10 عند تردد 1 كيلو هرتز. يُسمح بتجاوز تصنيف التيار المستمر فقط في ظل هذه الظروف النبضية المحددة.
• تبديد الطاقة (Pd):95 ميغاواط. هذه هي أقصى كمية من الطاقة يمكن للجهاز تبديدها كحرارة عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية. يتم تخفيض هذا التصنيف عند درجات حرارة محيطة أعلى.
• التفريغ الكهروستاتيكي (ESD):150 فولت (نموذج جسم الإنسان). يجب اتباع إجراءات التعامل الصحيحة مع التفريغ الكهروستاتيكي أثناء التجميع والتعامل لمنع التلف الناتج عن الكهرباء الساكنة.
• درجة حرارة التشغيل (Topr):من -40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية. يتم ضمان عمل الجهاز ضمن نطاق درجة الحرارة المحيطة هذا.
• درجة حرارة التخزين (Tstg):من -40 درجة مئوية إلى +90 درجة مئوية. يمكن تخزين الجهاز ضمن نطاق درجة الحرارة هذا عندما لا يكون موصولاً بالطاقة.
• درجة حرارة اللحام (Tsol):يمكن للجهاز تحمل لحام إعادة التدفق بدرجة حرارة ذروة 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

تحدد الخصائص الكهروضوئية إخراج الضوء والسلوك الكهربائي للثنائي الباعث للضوء في ظل ظروف الاختبار المحددة (Ta=25°C، IF=20mA ما لم يُذكر خلاف ذلك). هذه هي المعلمات الرئيسية للتصميم والتحقق من الأداء.

• شدة الإضاءة (Iv):تتراوح من حد أدنى 140.0 ميللي كانديلا إلى حد أقصى 565.0 ميللي كانديلا، مع قيمة نموذجية تعتمد على التصنيف المحدد. التسامح لشدة الإضاءة هو ±11%.
• زاوية المشاهدة (2θ1/2):130 درجة (نموذجي). تشير زاوية المشاهدة الواسعة هذه إلى نمط انبعاث لامبرتي أو شبه لامبرتي، وهو مناسب للتطبيقات التي تتطلب إضاءة منطقة واسعة.
• الطول الموجي الذروي (λp):518 نانومتر (نموذجي). هذا هو الطول الموجي الذي تصل فيه توزيع القدرة الطيفية إلى أقصى حد.
• الطول الموجي السائد (λd):يتراوح من 520 نانومتر إلى 535 نانومتر. هذا هو الطول الموجي الفردي الذي تدركه العين البشرية ويتطابق مع لون الضوء المنبعث. التسامح هو ±1 نانومتر.
• عرض النطاق الطيفي (Δλ):35 نانومتر (نموذجي). هذا هو عرض الطيف المنبعث، ويقاس عند نصف أقصى شدة (العرض الكامل عند نصف الحد الأقصى - FWHM).
• الجهد الأمامي (VF):يتراوح من 2.7 فولت (الحد الأدنى) إلى 3.7 فولت (الحد الأقصى)، مع قيمة نموذجية تبلغ 3.3 فولت عند 20 مللي أمبير. هذه المعلمة حاسمة لتصميم دائرة تحديد التيار.
• التيار العكسي (IR):حد أقصى 50 ميكرو أمبير عند تطبيق جهد عكسي (VR) بقيمة 5 فولت. من المهم ملاحظة أن هذا الجهاز غير مصمم للعمل في انحياز عكسي؛ حالة الاختبار هذه هي للتعريف فقط.

3. شرح نظام التصنيف

لضمان اتساق اللون والسطوع في الإنتاج، يتم فرز ثنائيات الإضاءة إلى مجموعات بناءً على معلمات رئيسية. يستخدم ثنائي 15-21/GHC-YR2U1/3T نظام تصنيف ثنائي الأبعاد.

3.1 تصنيف شدة الإضاءة

يتم فرز شدة الإضاءة إلى ست مجموعات متميزة (R2، S1، S2، T1، T2، U1)، تحدد كل منها نطاقًا محددًا من الحد الأدنى والحد الأقصى للشدة مقاسة بالميللي كانديلا (mcd) عند IF=20mA. على سبيل المثال، تمثل المجموعة U1 أعلى نطاق شدة من 450.0 إلى 565.0 ميللي كانديلا، بينما تمثل المجموعة R2 أدنى نطاق من 140.0 إلى 180.0 ميللي كانديلا. يشير رمز المنتج \"YR2U1\" إلى مجموعات محددة للطول الموجي السائد (Y) وشدة الإضاءة (U1).

3.2 تصنيف الطول الموجي السائد

يتم فرز الطول الموجي السائد، الذي يحدد اللون المدرك، إلى ثلاث مجموعات (X، Y، Z). تغطي المجموعة X نطاق 520.0-525.0 نانومتر، وتغطي المجموعة Y نطاق 525.0-530.0 نانومتر، وتغطي المجموعة Z نطاق 530.0-535.0 نانومتر. وهذا يضمن أن ثنائيات الإضاءة من نفس مجموعة الطول الموجي ستظهر متسقة بصريًا في اللون.

4. تحليل منحنيات الأداء

توفر ورقة البيانات عدة منحنيات مميزة توضح سلوك الجهاز في ظل ظروف متغيرة. هذه المنحنيات ضرورية للتصميم الحراري والبصري المتقدم.

• التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V):يُظهر هذا المنحنى العلاقة الأسية بين التيار والجهد. يتم استخدامه لتحديد نقطة التشغيل ولتصميم مقاومات تحديد التيار المناسبة أو السواقات.
• شدة الإضاءة النسبية مقابل التيار الأمامي:يوضح هذا الرسم البياني كيف يزداد إخراج الضوء مع تيار القيادة. يُظهر عادةً علاقة شبه خطية، حيث قد تنخفض الكفاءة عند التيارات العالية جدًا.
• شدة الإضاءة النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطة:يُظهر هذا المنحنى الحرج تخفيض إخراج الضوء مع زيادة درجة حرارة التقاطع. عادةً ما تنخفض شدة الإضاءة مع ارتفاع درجة الحرارة، وهو ما يجب أخذه في الاعتبار في التصميمات التي تعمل في درجات حرارة محيطة عالية.
• منحنى تخفيض التيار الأمامي:يحدد هذا الرسم البياني أقصى تيار أمامي مستمر مسموح به كدالة لدرجة الحرارة المحيطة. مع زيادة درجة الحرارة، يجب تقليل الحد الأقصى للتيار للبقاء ضمن حدود تبديد طاقة الجهاز.
• توزيع الطيف:يُظهر هذا الرسم القدرة البصرية النسبية كدالة للطول الموجي، ومركزها حول الطول الموجي الذروي البالغ 518 نانومتر بعرض نطاق نموذجي يبلغ 35 نانومتر.
• مخطط الإشعاع:يوضح هذا الرسم البياني القطبي التوزيع المكاني لشدة الضوء، مؤكدًا زاوية المشاهدة البالغة 130 درجة.

5. المعلومات الميكانيكية والتعبئة

5.1 أبعاد العبوة

يتميز الثنائي الباعث للضوء ببصمة SMD مدمجة. تشمل الأبعاد الرئيسية حجم جسم يبلغ طوله حوالي 2.0 مم وعرضه 1.25 مم، بارتفاع 0.8 مم. توفر ورقة البيانات رسمًا تفصيليًا للأبعاد يتضمن تخطيط الوسادات، الحجم الكلي، وموقع علامة الكاثود. التسامح عادةً هو ±0.1 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. يتم تمييز الكاثود بوضوح للتوجيه الصحيح للوحة الدوائر المطبوعة.

5.2 مواصفات التعبئة

يتم توريد الجهاز في عبوة مقاومة للرطوبة لمنع التلف من الرطوبة المحيطة أثناء التخزين. يتم تحميل المكونات في شريط حامل بجيوب مصممة لحزمة 15-21. يتم لف هذا الشريط الحامل على بكرة قياسية قطرها 7 بوصات. تحتوي كل بكرة على 3000 قطعة. تتضمن التعبئة مجففًا ويتم إغلاقها داخل كيس ألومنيوم مقاوم للرطوبة. يحتوي ملصق الكيس على معلومات حرجة مثل رقم المنتج (P/N)، الكمية (QTY)، رتبة شدة الإضاءة (CAT)، رتبة اللون/الطول الموجي (HUE)، رتبة الجهد الأمامي (REF)، ورقم الدفعة (LOT No).

6. إرشادات اللحام والتجميع

يعد التعامل واللحام السليمين أمرين حيويين للموثوقية. تشمل الاحتياطات الرئيسية:

• تحديد التيار:مقاوم تحديد تيار خارجي إلزامي. تعني الخاصية الأسية I-V للثنائي الباعث للضوء أن تغييرًا صغيرًا في الجهد يمكن أن يسبب طفرة تيار كبيرة، مما يؤدي إلى فشل فوري.
• الحساسية للرطوبة:يتم تعبئة الجهاز في كيس حاجز للرطوبة. بمجرد الفتح، يجب استخدام ثنائيات الإضاءة خلال 168 ساعة (7 أيام) إذا تم تخزينها في ظروف ≤30 درجة مئوية و ≤60% رطوبة نسبية. يجب إعادة تعبئة الأجزاء غير المستخدمة مع مجفف. إذا تم تجاوز وقت التعرض أو تغير لون مؤشر المجفف، فإنه يلزم عملية تجفيف عند 60±5 درجة مئوية لمدة 24 ساعة قبل لحام إعادة التدفق.
• ملف لحام إعادة التدفق:يتم تحديد ملف لحام خالٍ من الرصاص. تشمل المعلمات الرئيسية مرحلة تسخين مسبق بين 150-200 درجة مئوية لمدة 60-120 ثانية، ووقت فوق السائل (217 درجة مئوية) من 60-150 ثانية، ودرجة حرارة ذروة لا تتجاوز 260 درجة مئوية لمدة أقصاها 10 ثوانٍ. الحد الأقصى لمعدل التسخين هو 6 درجات مئوية/ثانية، والحد الأقصى لمعدل التبريد هو 3 درجات مئوية/ثانية. لا ينبغي إجراء لحام إعادة التدفق أكثر من مرتين.
• اللحام اليدوي:إذا كان الإصلاح اليدوي ضروريًا، استخدم مكواة لحام بدرجة حرارة طرف أقل من 350 درجة مئوية. يجب أن يكون وقت التلامس لكل طرف أقل من 3 ثوانٍ، ويوصى باستخدام مكواة لحام برأس مزدوج للإزالة لتجنب الإجهاد الميكانيكي. يجب أن تكون قوة المكواة 25 واط أو أقل.

7. اقتراحات التطبيق

7.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

اللون الأخضر الساطع والحجم المدمج يجعلان هذا الثنائي الباعث للضوء مناسبًا لمجموعة متنوعة من التطبيقات:

• الإضاءة الخلفية:مثالي للإضاءة الخلفية للرموز، والمفاتيح، والمؤشرات في لوحات عدادات السيارات، والإلكترونيات الاستهلاكية، ولوحات التحكم الصناعية.
• معدات الاتصالات:يستخدم كمؤشرات حالة وإضاءة خلفية للأزرار في الهواتف، وأجهزة الفاكس، وأجهزة الشبكات.
• الإضاءة الخلفية المسطحة للشاشات البلورية السائلة:يمكن استخدامه في مصفوفات لتوفير إضاءة حافة أو إضاءة خلفية مباشرة للشاشات البلورية السائلة الصغيرة أحادية اللون أو الملونة.
• التنبيه العام:أي تطبيق يتطلب مؤشر حالة ساطع، موثوق، ومدمج.

7.2 اعتبارات التصميم

• الإدارة الحرارية:على الرغم من أن تبديد الطاقة منخفض، فإن الحفاظ على درجة حرارة تقاطع منخفضة هو مفتاح تعظيم إخراج الضوء وطول العمر. تأكد من وجود مساحة نحاسية كافية في لوحة الدوائر المطبوعة أو ثقوب حرارية إذا كان التشغيل في درجات حرارة محيطة عالية أو تيارات قيادة عالية.
• دائرة قيادة التيار:استخدم دائمًا مصدر تيار ثابت أو مصدر جهد مع مقاوم تحديد تيار متسلسل. احسب قيمة المقاوم بناءً على جهد التغذية (Vs)، وجهد الثنائي الباعث للضوء الأمامي (VF، استخدم القيمة القصوى للسلامة)، والتيار الأمامي المطلوب (IF): R = (Vs - VF) / IF.
• التصميم البصري:توفر زاوية المشاهدة الواسعة البالغة 130 درجة إضاءة واسعة. للضوء المركز، قد تكون هناك حاجة إلى عدسات خارجية أو أدلة ضوئية.

8. المقارنة والتمييز التقني

يتمثل التمييز الأساسي لثنائي SMD LED 15-21 في الجمع بين عامل شكله الصغير جدًا (2.0x1.25 مم) مع شدة إضاءة عالية نسبيًا (تصل إلى 565 ميللي كانديلا لمجموعة U1). مقارنة بثنائيات SMD LED الأكبر حجمًا (مثل 3528، 5050)، فإنه يوفر مساحة لوحة كبيرة. مقارنة بالعبوات ذات المقياس الشريحي الأصغر حجمًا، فإنه يوفر تعاملًا ولحامًا أسهل بسبب عبوته المحددة ذات الأطراف القابلة للحام. يوفر استخدام تقنية InGaN للون الأخضر الساطع كفاءة أعلى وتشبع لوني أفضل مقارنة بالتكنولوجيات الأقدم. يجعل امتثاله لمعايير بيئية صارمة (RoHS، REACH، خالٍ من الهالوجين) منه مناسبًا للأسواق العالمية ذات المتطلبات التنظيمية الصارمة.

9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

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

ج: باستخدام أقصى جهد أمامي VF وهو 3.7 فولت والتيار الأمامي المستهدف IF وهو 20 مللي أمبير: R = (5V - 3.7V) / 0.020A = 65 أوم. استخدم القيمة القياسية التالية الأعلى، مثل 68 أوم، لضمان ألا يتجاوز التيار 20 مللي أمبير.

س: هل يمكنني تشغيل هذا الثنائي الباعث للضوء بتيار 30 مللي أمبير للحصول على سطوع أعلى؟

ج: لا. الحد الأقصى المطلق للتيار الأمامي المستمر (IF) هو 25 مللي أمبير. يتجاوز هذا التصنيف خطر التلف الفوري أو طويل المدى للجهاز. للحصول على سطوع أعلى، اختر ثنائي باعث للضوء من مجموعة شدة إضاءة أعلى (مثل T2 أو U1).

س: الكيس مفتوح منذ 10 أيام. هل لا يزال بإمكاني استخدام ثنائيات الإضاءة؟

ج: ليس مباشرة للحام إعادة التدفق. يجب أولاً إجراء عملية تجفيف عند 60±5 درجة مئوية لمدة 24 ساعة لإزالة الرطوبة الممتصة ومنع تلف \"الانفجار\" أثناء إعادة التدفق.

س: كيف يمكنني التعرف على الكاثود؟

ج: تحتوي العبوة على علامة كاثود مميزة، كما هو موضح في رسم الأبعاد. على بصمة لوحة الدوائر المطبوعة، يتم عادةً الإشارة إلى وسادة الكاثود في طباعة الحرير.

10. حالة عملية للتصميم والاستخدام

الحالة: تصميم لوحة مؤشرات حالة متعددة

يقوم مصمم بإنشاء لوحة تحكم مدمجة تحتوي على 12 مؤشر حالة. المساحة محدودة للغاية. من خلال اختيار ثنائي LED 15-21، يمكنه وضع المؤشرات على شبكة بمسافة 0.1 بوصة (2.54 مم). يختار مجموعة السطوع U1 للرؤية العالية. يصمم لوحة الدوائر المطبوعة بخط تغذية مشترك 5 فولت. لكل ثنائي باعث للضوء، يضع مقاوم 68 أوم من النوع 0603 على التوالي. ينشئ اتصال تخفيف حراري على وسادة الكاثود للمساعدة في اللحام ولكنه يضمن اتصالاً متينًا بمستوى التأريض لتبديد الحرارة. أثناء التجميع، يتبع إجراءات التعامل مع الرطوبة ويستخدم ملف إعادة التدفق المحدد. والنتيجة هي لوحة مؤشرات ساطعة، موثوقة، ومكتظة بكثافة تلبي جميع متطلبات الحجم والأداء.

11. مقدمة عن المبدأ التقني

يعتمد هذا الثنائي الباعث للضوء على تقنية أشباه الموصلات من نيترايد الغاليوم الإنديوم (InGaN). عند تطبيق جهد أمامي عبر وصلة p-n، يتم حقن الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة. يؤدي إعادة اتحادها إلى إطلاق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد التركيب المحدد لسبيكة InGaN في الطبقة النشطة طاقة فجوة النطاق، والتي تحدد مباشرة الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث - في هذه الحالة، أخضر ساطع عند حوالي 518 نانومتر. يحمي مغلف الراتنج الشفاف كالبلور رقاقة أشباه الموصلات ويعمل كعدسة أولية، مما يساعد في تشكيل نمط الانبعاث بزاوية 130 درجة. توفر عبوة SMD الحماية الميكانيكية، والوصلات الكهربائية، ومسارًا حراريًا من الرقاقة إلى لوحة الدوائر المطبوعة.

12. اتجاهات وتطورات التكنولوجيا

يستمر الاتجاه في ثنائيات SMD LED مثل 15-21 نحو كفاءة أعلى (المزيد من لومن لكل واط)، وتحسين اتساق اللون من خلال تصنيف أكثر دقة، وزيادة الموثوقية. هناك أيضًا دفع نحو أحجام عبوات أصغر (مثل عبوات المقياس الشريحي) مع الحفاظ على الأداء البصري أو تحسينه. مكّن اعتماد تقنية InGaN على نطاق واسع من إنتاج ثنائيات LED خضراء وزرقاء عالية السطوع، والتي كان إنتاجها تاريخيًا أكثر صعوبة من ثنائيات LED الحمراء. قد تشمل التطورات المستقبلية سواقات متكاملة أو دوائر تحكم داخل العبوة، بالإضافة إلى تقدم في المواد لتحسين الكفاءة بشكل أكبر في درجات الحرارة العالية وإطالة عمر التشغيل. كما أن التركيز على الامتثال البيئي وعمليات التصنيع المستدامة هو أيضًا اتجاه مستمر ومتنامٍ عبر الصناعة.