ورقة بيانات LED SMD 18-225A/R6GHW-B01/3T - عبوة 3.2x1.6x1.3 مم - جهد 2.0 فولت/3.3 فولت - أحمر/أخضر ساطع - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

تمثل سلسلة 18-225A حلاً متقدماً لمصابيح LED ذات التثبيت السطحي (SMD) المدمجة وعالية الأداء. تغطي ورقة البيانات هذه نوعين رئيسيين من مواد الرقاقة: R6 (AlGaInP) للإشعاع الأحمر الساطع و GH (InGaN) للإشعاع الأخضر الساطع. يتم تغليف الجهاز براتنج أبيض مُشتت. تكمن الميزة الأساسية له في بصمته المادية المُصغرة بشكل كبير مقارنة بمصابيح LED التقليدية ذات الإطار الرصاصي، مما يتيح كثافة تركيب أعلى على لوحات الدوائر المطبوعة (PCB)، ويقلل من متطلبات مساحة التخزين، ويساهم في النهاية في تصغير حجم المعدات النهائية. البناء خفيف الوزن يجعلها مثالية للتطبيقات التي تكون فيها المساحة والوزن قيوداً حرجة.

2. الغوص العميق في المعلمات التقنية

2.1 القيم القصوى المطلقة

تشغيل الجهاز خارج هذه الحدود قد يتسبب في تلف دائم. يتم تحديد التقييمات عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية.

• الجهد العكسي (V_R):5 فولت (لكل من R6 و GH). تجاوز هذا الحد يمكن أن يسبب انهيار الوصلة (Junction Breakdown).
• التيار الأمامي (I_F):25 مللي أمبير (تيار مستمر DC لكل من R6 و GH).
• التيار الأمامي الذروي (I_FP):60 مللي أمبير لـ R6، 100 مللي أمبير لـ GH. يتم تحديد هذا عند دورة عمل 1/10 وتردد 1 كيلو هرتز، وهو مناسب للتشغيل النبضي.
• تبديد الطاقة (P_d):60 ملي واط لـ R6، 95 ملي واط لـ GH. هذه هي أقصى طاقة مسموح للعبوة تبديدها دون تجاوز حدودها الحرارية.
• التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) نموذج جسم الإنسان (HBM):2000 فولت لـ R6، 150 فولت لـ GH. النوع GH (InGaN) أكثر حساسية للتفريغ الكهروستاتيكي، مما يتطلب احتياطات معالجة أكثر صرامة.
• درجة حرارة التشغيل (T_opr):من -40°C إلى +85°C. هذا يحدد نطاق درجة الحرارة المحيطة للتشغيل الموثوق.
• درجة حرارة التخزين (T_stg):من -40°C إلى +90°C.
• درجة حرارة اللحام (T_sol):لحام إعادة التدفق (Reflow): ذروة 260°C لمدة 10 ثوانٍ كحد أقصى. اللحام اليدوي: 350°C لمدة 3 ثوانٍ كحد أقصى.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

يتم قياس هذه المعلمات عند Ta=25°C وتيار اختبار قياسي I_F=10mA، ما لم يُذكر خلاف ذلك. تحدد هذه المعلمات خرج الضوء والسلوك الكهربائي لمصباح LED.

• شدة الإضاءة (I_v):R6: من 28.5 إلى 72.0 ملي كانديلا (نموذجي). GH: من 72.0 إلى 180 ملي كانديلا (نموذجي). تنتج رقاقة GH شدة إضاءة أعلى بكثير تحت نفس ظروف القيادة.
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):130 درجة (نموذجي). هذه الزاوية الواسعة للرؤية هي سمة مميزة للعبوة الراتنجية البيضاء المُشتتة، مما يوفر نمط إشعاع يشبه لامبرتيان (Lambertian) مناسب للإضاءة المساحية والمؤشرات.
• الطول الموجي الذروي (λ_p):R6: 632 نانومتر (نموذجي). GH: 518 نانومتر (نموذجي). هذا هو الطول الموجي الذي يكون فيه توزيع القدرة الطيفية في أقصى حد.
• الطول الموجي السائد (λ_d):R6: 615-625 نانومتر. GH: 520-535 نانومتر. هذا هو إدراك العين البشرية للون مصباح LED كطول موجي واحد. التسامح هو ±1 نانومتر.
• عرض نطاق الإشعاع الطيفي (Δλ):R6: 20 نانومتر (نموذجي). GH: 35 نانومتر (نموذجي). هذا يشير إلى نقاء الطيف؛ عرض النطاق الأصغر يعني لونًا أكثر تشبعًا.
• الجهد الأمامي (V_F):R6: 1.7-2.4 فولت (نموذجي 2.0 فولت). GH: 2.7-3.7 فولت (نموذجي 3.3 فولت). انخفاض الجهد هو دالة لفجوة النطاق (Bandgap) لمادة أشباه الموصلات. التسامح هو ±0.10 فولت.
• التيار العكسي (I_R):R6: 10 ميكرو أمبير كحد أقصى عند V_R=5V. GH: 50 ميكرو أمبير كحد أقصى عند V_R=5V.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

يتم فرز (تصنيف) مصابيح LED بناءً على المعلمات البصرية الرئيسية لضمان الاتساق داخل دفعة الإنتاج ولأغراض التصميم.

3.1 تصنيف شدة الإضاءة

R6 (أحمر):

• صنف N: 28.5 - 45.0 ملي كانديلا
• صنف P: 45.0 - 72.0 ملي كانديلا

GH (أخضر):

• صنف Q1: 72.0 - 90.0 ملي كانديلا
• صنف Q2: 90.0 - 112 ملي كانديلا
• صنف R1: 112 - 140 ملي كانديلا
• صنف R2: 140 - 180 ملي كانديلا

التسامح لشدة الإضاءة هو ±11%.

3.2 تصنيف الطول الموجي السائد (للمصباح الأخضر GH فقط)

يتم تصنيف مصابيح LED الخضراء بشكل إضافي حسب الطول الموجي السائد للتحكم في اتساق اللون.

• صنف 1: 520 - 525 نانومتر
• صنف 2: 525 - 530 نانومتر
• صنف 3: 530 - 535 نانومتر

التسامح للطول الموجي السائد هو ±1 نانومتر.

4. تحليل منحنيات الأداء

4.1 خصائص R6 (الأحمر AlGaInP)

توضح المنحنيات المقدمة العلاقات الرئيسية:

• التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V):يوضح العلاقة الأسية. يزداد الجهد الأمامي مع التيار وينخفض قليلاً مع ارتفاع درجة الحرارة.
• شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي:يزداد خرج الضوء خطياً مع التيار في نطاق التشغيل العادي قبل تأثيرات التشبع.
• شدة الإضاءة مقابل درجة الحرارة المحيطة:ينخفض خرج الضوء مع ارتفاع درجة الحرارة المحيطة بسبب انخفاض الكفاءة الكمية الداخلية وزيادة إعادة التركيب غير المشع. هذا التخفيض (Derating) بالغ الأهمية للإدارة الحرارية.
• منحنى تخفيض التيار الأمامي:يحدد أقصى تيار أمامي مستمر مسموح به كدالة لدرجة الحرارة المحيطة. يجب تقليل التيار عند درجات الحرارة المرتفعة للبقاء ضمن حد تبديد الطاقة.
• توزيع الطيف:يظهر ذروة الانبعاث حول 632 نانومتر بعرض نطاق نموذجي 20 نانومتر.
• مخطط الإشعاع:يصور توزيع الشدة المكانية، مؤكداً زاوية الرؤية الواسعة البالغة 130 درجة بنمط قريب من لامبرتيان.

4.2 خصائص GH (الأخضر InGaN)

تظهر منحنيات GH علاقات مماثلة ولكن بقيم كمية مختلفة:

• جهد أمامي أعلى (نموذجي 3.3 فولت مقابل 2.0 فولت لـ R6).
• اعتماد مختلف لشدة الإضاءة والجهد الأمامي على درجة الحرارة.
• طيف متمركز حول 518 نانومتر بعرض نطاق أوسع 35 نانومتر.
• ملف تخفيض تيار أمامي مختلف بسبب تقييم تبديد طاقة مختلف (95 ملي واط مقابل 60 ملي واط).

5. المعلومات الميكانيكية ومواصفات العبوة

5.1 أبعاد العبوة

تحتوي عبوة SMD على الأبعاد الرئيسية التالية (بالمليمتر، تسامح ±0.1 مم ما لم يُحدد خلاف ذلك):

• الطول: 3.2 مم
• العرض: 1.6 مم
• الارتفاع: 1.3 مم ±0.2 مم
• عرض الرصاص (Lead): 0.4 مم ±0.15 مم
• طول الرصاص (Lead): 0.7 مم ±0.1 مم
• المسافة بين الرصيصين (Pitch): 1.6 مم

5.2 تحديد القطبية وتصميم الوسادات (Pads)

يتم تمييز القطب السالب (الكاثود). يتم توفير تخطيط مقترح لوسادات اللحام بأبعاد: عرض الوسادة 0.8 مم، طول الوسادة 0.8 مم، مع فجوة 0.4 مم بين الوسادات. هذا مجرد اقتراح؛ يجب تحسين تصميم الوسادة بناءً على عملية تصنيع PCB المحددة والمتطلبات الحرارية. تؤكد الوثيقة على أنه يمكن تعديل أبعاد الوسادة بناءً على الاحتياجات الفردية.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 عملية اللحام

يتوافق الجهاز مع عمليات إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء والطور البخاري. يتم تحديد ملف لحام إعادة التدفق الخالي من الرصاص:

• التسخين المسبق: 150-200°C لمدة 60-120 ثانية.
• الوقت فوق نقطة السيولة (217°C): 60-150 ثانية.
• درجة الحرارة القصوى: 260°C كحد أقصى.
• الوقت ضمن 5°C من الذروة: 10 ثوانٍ كحد أقصى.
• معدل التسخين: 3°C/ثانية كحد أقصى.
• معدل التبريد: 6°C/ثانية كحد أقصى.

ملاحظات حرجة:يجب ألا يتم إجراء لحام إعادة التدفق أكثر من مرتين. لا يجب تطبيق أي إجهاد على جسم LED أثناء التسخين. يجب ألا تتشوه لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) بعد اللحام.

6.2 التخزين والحساسية للرطوبة

يتم تعبئة المكونات في أكياس حاجزة مقاومة للرطوبة مع مجفف.

• قبل الفتح:قم بالتخزين عند ≤30°C و ≤90% رطوبة نسبية.
• بعد الفتح:"عمر الأرضية" (Floor Life) هو سنة واحدة عند ≤30°C و ≤60% رطوبة نسبية. يجب إعادة إغلاق الأجزاء غير المستخدمة في عبوة مقاومة للرطوبة.
• التجفيف (Baking):إذا تغير مؤشر المجفف أو تم تجاوز وقت التخزين، قم بالتجفيف عند 60±5°C لمدة 24 ساعة قبل الاستخدام لإزالة الرطوبة الممتصة ومنع تأثير "الفرقعة" (Popcorn Effect) أثناء إعادة التدفق.

7. معلومات التعبئة والطلب

7.1 مواصفات البكرة والشريط الحامل

يتم توريد مصابيح LED في شريط حامل بارز بعرض 8 مم على بكرات قطرها 7 بوصات. الكمية المحملة هي 3000 قطعة لكل بكرة. يتم توفير أبعاد مفصلة للبكرة والشريط الحامل في ورقة البيانات.

7.2 شرح الملصق

يحتوي ملصق البكرة على عدة رموز:

• P/N: رقم المنتج (مثال: 18-225A/R6GHW-B01/3T).
• QTY: كمية التعبئة.
• CAT: رتبة شدة الإضاءة (رمز التصنيف، مثال: P، R1).
• HUE: إحداثيات اللونية ورتبة الطول الموجي السائد (مثال: صنف 2).
• REF: رتبة الجهد الأمامي.
• LOT No: رقم الدفعة القابل للتتبع.

8. اقتراحات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

كما هو مذكور في ورقة البيانات:

• الإضاءة الخلفية لطبلات السيارات والمفاتيح.
• معدات الاتصالات: مؤشرات الحالة والإضاءة الخلفية للأزرار في الهواتف وآلات الفاكس.
• إضاءة خلفية مسطحة للشاشات البلورية السائلة (LCD) الصغيرة، والمفاتيح، والرموز.
• مؤشرات للأغراض العامة وأضواء الحالة في الإلكترونيات الاستهلاكية، والتحكم الصناعي، والأجهزة المنزلية.

8.2 اعتبارات تصميم حرجة

تحديد التيار:مقاومة خارجية لتحديد التيار هيإلزامية تماماً. جهد LED الأمامي له معامل درجة حرارة سالب وتسامح ضيق. زيادة صغيرة في جهد التغذية يمكن أن تسبب زيادة كبيرة، وربما مدمرة، في التيار الأمامي. يجب حساب قيمة المقاومة بناءً على جهد التغذية (V_CC)، والجهد الأمامي النموذجي لـ LED (V_F)، والتيار الأمامي المطلوب (I_F): R = (V_CC- V_F) / I_F. الإدارة الحرارية:على الرغم من أنه جهاز SMD صغير، يجب مراعاة تبديد الطاقة (حتى 95 ملي واط لـ GH)، خاصة في درجات الحرارة المحيطة المرتفعة. التزم بمنحنى تخفيض التيار الأمامي. تأكد من وجود مساحة كافية من النحاس على PCB (باستخدام تصميم الوسادة الحرارية) لتصريف الحرارة بعيداً عن وصلة LED.الحماية من التفريغ الكهروستاتيكي (ESD):نفذ إجراءات التعامل القياسية مع التفريغ الكهروستاتيكي، خاصة للنوع GH (InGaN) الأكثر حساسية. فكر في استخدام أجهزة حماية من التفريغ الكهروستاتيكي على الخطوط الحساسة إذا كان LED في منطقة يمكن للمستخدم الوصول إليها.

9. المقارنة التقنية والتمييز

تقدم سلسلة 18-225A ميزة واضحة مقارنة بمصابيح LED الأكبر حجماً ذات الثقب المار (Through-Hole) من حيث مساحة اللوحة وتوافق التجميع الآلي. ضمن عالم مصابيح LED SMD، فإن عوامل التمييز الرئيسية هي:

• زاوية رؤية واسعة (130°):يوفر الراتنج الأبيض المُشتت نمط إشعاع واسع جداً وموحد، وهو مثالي للتطبيقات التي تتطلب وضوح الرؤية من زوايا واسعة بدلاً من شعاع مركز.
• خيارات مادة رقاقة مزدوجة:توفير كل من AlGaInP (R6) و InGaN (GH) في نفس البصمة المادية للعبوة يوفر مرونة تصميمية لأزواج المؤشرات الأحمر/الأخضر أو التطبيقات متعددة الألوان.
• تصنيف مفصل:يوفر توفير تصنيفات متعددة لشدة الإضاءة والطول الموجي للمصممين القدرة على اختيار الأجزاء للتطبيقات التي تتطلب اتساقاً دقيقاً في السطوع أو اللون.
• توافق قوي مع إعادة التدفق:ملفات إعادة التدفق الخالية من الرصاص المحددة بوضوح ومعلومات التعامل مع الحساسية للرطوبة تدعم عمليات التصنيع الحديثة عالية الحجم.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

س1: هل يمكنني تشغيل هذا LED مباشرة من مصدر منطقي 5V أو 3.3V؟ج:No.يجب عليك دائماً استخدام مقاومة على التوالي لتحديد التيار. على سبيل المثال، مع مصدر 5 فولت ومصباح LED أخضر (V_F~3.3V) عند I_F=20mA: R = (5V - 3.3V) / 0.020A = 85 أوم. استخدم القيمة القياسية التالية (مثال: 82 أو 100 أوم) وتحقق من التيار الفعلي وتبديد الطاقة.

س2: لماذا تصنيف التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) للمصباح الأخضر (GH) أقل من الأحمر (R6)؟ج: هذه خاصية أساسية للمادة. مصابيح LED القائمة على InGaN (الأزرق، الأخضر، الأبيض) بشكل عام لها فولتية تحمل أقل للتفريغ الكهروستاتيكي مقارنة بمصابيح LED القائمة على AlGaInP (الأحمر، الكهرماني). هذا يستلزم معالجة أكثر حرصاً للنوع الأخضر.

س3: ماذا يعني لون الراتنج "الأبيض المُشتت" لخرج الضوء؟ج: يقوم الراتنج المُشتت بتشتيت الضوء المنبعث من الرقاقة، مما يخلق زاوية رؤية أوسع وأكثر انتظاماً (130°) ويعطي LED غير المشغل مظهراً أبيض. يقوم بتليين خرج الضوء، مما يجعله أقل شبهاً بالنقطة وأكثر ملاءمة لإضاءة اللوحات.

س4: كيف أفسر رموز التصنيف عند الطلب؟ج: حدد رموز التصنيف المطلوبة لـ CAT (السطوع) و HUE (اللون للأخضر) بناءً على تسامح تطبيقك مع التباين في السطوع والانزياح اللوني. للمؤشرات غير الحرجة، قد يكون التصنيف الأوسع مقبولاً وفعالاً من حيث التكلفة. لمصفوفات الإضاءة الخلفية حيث يكون الانتظام هو المفتاح، فإن تحديد تصنيف ضيق أمر بالغ الأهمية.

11. دراسة حالة تصميمية

السيناريو:تصميم لوحة تحكم مدمجة بمؤشرات حالة متعددة.المتطلبات:أحمر لـ "عطل"، أخضر لـ "جاهز". المساحة محدودة للغاية. يجب أن تكون المؤشرات مرئية بوضوح من زاوية واسعة. تستخدم عملية التجميع وضع SMD الآلي ولحام إعادة التدفق.تنفيذ الحل:

1. اختيار القطعة:استخدم 18-225A/R6 للأحمر و 18-225A/GH للأخضر. البصمة المادية المتطابقة 3.2x1.6 مم تبسط تخطيط PCB.
2. تصميم الدائرة:لخط نظام 3.3 فولت:
   • LED أحمر: R = (3.3V - 2.0V) / 0.010A = 130 أوم. استخدم مقاوم 130Ω أو 120Ω. الطاقة في R: (1.3V^2)/130Ω ≈ 13 ملي واط.
   • LED أخضر: R = (3.3V - 3.3V) / 0.010A = 0 أوم. هذه مشكلة. مصدر 3.3 فولت عند الجهد الأمامي النموذجي V_Fلمصباح LED الأخضر، مما لا يترك هامش جهد للمقاومة. الحل: أ) استخدام تيار أقل (مثال: 5mA)، ب) استخدام جهد تغذية أعلى لدائرة LED، أو ج) استخدام محرك تيار ثابت.
3. تخطيط PCB:ضع مصابيح LED بالقرب من حافة اللوحة. استخدم وسادات اللحام الموصى بها أو الأكبر قليلاً والمتصلة بمساحة نحاسية صغيرة لتبديد الحرارة. تأكد من أن علامات القطبية على طبقة السلك الحريري (Silkscreen) تطابق علامة الكاثود على LED.
4. التصنيع:قم ببرمجة آلة الاختيار والوضع (Pick-and-Place) لحجم الجسم 3.2x1.6 مم. اتبع ملف إعادة التدفق المحدد بدقة. قم بتخزين البكرات المفتوحة في خزانات جافة إذا لم يتم استخدامها على الفور.
5. التصنيف:لهذه اللوحة ذات المؤشرات المتطابقة المتعددة، حدد تصنيف سطوع واحد (مثال: CAT P للأحمر، CAT R1 للأخضر) لضمان مظهر موحد عبر جميع الوحدات.

12. مقدمة في المبدأ التكنولوجي

مصابيح LED هي ثنائيات أشباه موصلات تشع الضوء من خلال الوميض الكهربائي (Electroluminescence). عندما يتم تطبيق جهد أمامي عبر وصلة p-n، يتم حقن الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة حيث تتحد. الطاقة المنطلقة أثناء هذا الاتحاد تُشع كفوتونات (ضوء). يتم تحديد لون (طول موجي) الضوء المنبعث بواسطة طاقة فجوة النطاق (Bandgap) لمادة أشباه الموصلات المستخدمة في المنطقة النشطة.

• R6 (AlGaInP):فوسفيد الألومنيوم الغاليوم الإنديوم (AlGaInP) هو نظام مواد يُستخدم لإنتاج مصابيح LED عالية الكفاءة في طيف الأحمر والبرتقالي والكهرماني. لديه فجوة نطاق مباشرة مناسبة للانبعاث الضوئي الفعال.
• GH (InGaN):نتريد الإنديوم الغاليوم (InGaN) هو نظام المواد لمصابيح LED الزرقاء والخضراء والبيضاء. من خلال تغيير محتوى الإنديوم، يمكن ضبط فجوة النطاق. كان تحقيق انبعاث أخضر عالي الكفاءة ("الفجوة الخضراء") تحدياً تاريخياً في نظام المواد هذا.

يتم تغليف الضوء من الرقاقة شبه الموصلة الصغيرة في عبوة راتنج إيبوكسي أو سيليكون. يحتوي الراتنج "الأبيض المُشتت" على جسيمات تشتت تعمل على عشوائية اتجاه الفوتونات، مما يخلق نمط الانبعاث الواسع والموحد. توفر العبوة أيضاً الحماية الميكانيكية، نقاط التلامس الكهربائية، وتساعد في تبديد الحرارة.

13. اتجاهات الصناعة

يستمر سوق مصابيح LED SMD في التطور مدفوعاً بمتطلبات التصغير، وكفاءة أعلى، وتكلفة أقل. تشمل الاتجاهات ذات الصلة بأجهزة مثل 18-225A:

• زيادة الكفاءة:التحسينات المستمرة في النمو البلوري (Epitaxial Growth) وتصميم الرقاقة تؤدي إلى فعالية إضاءة أعلى (مزيد من خرج الضوء لكل واط كهربائي)، مما يسمح إما بمؤشرات أكثر سطوعاً أو استهلاك طاقة أقل.
• تحسين اتساق اللون:تقدم في التحكم في التصنيع واستراتيجيات تصنيف أكثر تطوراً تتيح تسامحاً أضيق للون والسطوع، وهو أمر بالغ الأهمية لتطبيقات مثل مصفوفات الإضاءة الخلفية والعروض الملونة الكاملة.
• توسيع نطاق الألوان:تطوير فوسفورات جديدة ومصادر انبعاث ضيقة النطاق (مثل النقاط الكمومية) يسمح بمصابيح LED ذات ألوان أكثر تشبعاً، مما يوسع مساحة الألوان القابلة للتحقيق للعروض.
• التكامل:يستمر الاتجاه نحو دمج رقائق LED متعددة (RGB، RGBW)، ودارات تحكم متكاملة (IC)، وحتى المكونات السلبية في وحدة عبوة واحدة، مما يبسط تجميع المنتج النهائي.
• التركيز على الموثوقية:مع اختراق مصابيح LED لأسواق السيارات والصناعية والطبية، هناك تركيز متزايد على بيانات الموثوقية طويلة المدى، وتحليل نمط الفشل، والتأهيل تحت الظروف البيئية القاسية (درجة حرارة عالية، رطوبة، دورات حرارية).

بينما توجد تنسيقات عبوات أحدث وأصغر (مثال: 0201، 01005)، تظل البصمة المادية 3.2x1.6 مم حلاً شائعاً وقوياً للأغراض العامة للمؤشرات وتطبيقات الإضاءة الخلفية، حيث تقدم توازناً جيداً بين الحجم، والسطوع، وسهولة التعامل، والأداء الحراري.