ورقة بيانات ثنائي باعث للضوء SMD 15-215/R6C-AQ1R2L/2T - أحمر ساطع - 2.0x1.25x0.8مم - 2.0 فولت - 0.06 واط - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

ثنائي باعث للضوء 15-215/R6C-AQ1R2L/2T هو جهاز مثبت على السطح (SMD) مصمم لتطبيقات اللوحات المطبوعة عالية الكثافة. يستخدم شريحة AlGaInP لإنتاج إخراج ضوئي أحمر ساطع. يسمح شكله المدمج بتوفير مساحة كبيرة على اللوحات الإلكترونية، مما يجعله مثالياً للأجهزة الإلكترونية الحديثة والمصغرة حيث تكون المساحة على اللوحة محدودة. يتم توريد المكون على شريط بعرض 8 مم مثبت على بكرة قطرها 7 بوصات، مما يضمن التوافق مع معدات التجميع الآلي القياسية (pick-and-place).

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

تشمل المزايا الأساسية لهذا الثنائي الضوئي حجمه الصغير للغاية، وبنائه خفيف الوزن، وملاءمته للتصنيع الآلي بكميات كبيرة. تترجم هذه الخصائص مباشرة إلى تقليل متطلبات التخزين، وكثافة تعبئة أعلى على اللوحات المطبوعة، وفي النهاية، إمكانية تصميم منتجات نهائية أصغر. يتوافق الجهاز مع عمليات اللحام الخالية من الرصاص، ومعايير RoHS، ولوائح الاتحاد الأوروبي REACH، والمعايير الخالية من الهالوجين (Br <900 جزء في المليون، Cl <900 جزء في المليون، Br+Cl < 1500 جزء في المليون)، مما يجعله مناسباً للأسواق العالمية ذات اللوائح البيئية الصارمة. تطبيقاته المستهدفة متنوعة، تتراوح من الإضاءة الخلفية لألواح العدادات، والمفاتيح، وشاشات LCD، إلى مؤشرات الحالة في معدات الاتصالات والإضاءة العامة.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

يقدم هذا القسم تفسيراً مفصلاً وموضوعياً للمعايير الكهربائية والبصرية والحرارية الرئيسية المحددة في ورقة البيانات، وهي حاسمة لتصميم دائرة موثوقة.

2.1 القيم القصوى المطلقة

تحدد القيم القصوى المطلقة حدود الإجهاد التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. هذه ليست ظروفاً للتشغيل العادي.

• الجهد العكسي (V_R):5 فولت. تجاوز هذا الجهد في الانحياز العكسي يمكن أن يسبب انهيار الوصلة.
• التيار الأمامي (I_F):25 مللي أمبير تيار مستمر. هذا هو أقصى تيار مستمر موصى به للتشغيل الموثوق على المدى الطويل.
• تيار الذروة الأمامي (I_FP):60 مللي أمبير عند دورة عمل 1/10 وتردد 1 كيلو هرتز. يسمح هذا التصنيف بنبضات تيار قصيرة، مفيدة في أنظمة التعدد، ولكن متوسط التيار يجب ألا يتجاوز I_F.
• تبديد الطاقة (P_d):60 ملي واط. يأخذ هذا الحد في الاعتبار إجمالي الطاقة الكهربائية المحولة إلى حرارة (V_F* I_F) عند الوصلة.
• درجة حرارة التشغيل والتخزين:-40°C إلى +85°C (التشغيل)، -40°C إلى +90°C (التخزين). تضمن هذه النطاقات الواسعة الوظيفة في البيئات القاسية.
• درجة حرارة اللحام:ذروة إعادة التدفق 260°C لمدة 10 ثوانٍ كحد أقصى؛ اللحام اليدوي عند 350°C لمدة 3 ثوانٍ كحد أقصى لكل طرف.
• حساسية التفريغ الكهروستاتيكي (ESD):تصنيف نموذج جسم الإنسان (HBM) 2000 فولت. يصنف هذا على أنه متوسط الحساسية؛ الاحتياطات القياسية للتعامل مع التفريغ الكهروستاتيكي ضرورية.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

يتم تحديد هذه المعايير عند درجة حرارة وصلة (T_j) تبلغ 25°C وتيار اختبار 20 مللي أمبير. سيتغير الأداء الفعلي مع درجة الحرارة وتيار القيادة.

• شدة الإضاءة (I_v):72.0 إلى 180.0 ملي كانديلا (mcd). يتم إدارة النطاق الواسع من خلال نظام تصنيف (انظر القسم 3). لم يتم ذكر القيمة النموذجية، مما يعني أن الاختيار يعتمد على رمز التصنيف المحدد.
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):140 درجة (نموذجي). تشير زاوية الرؤية الواسعة هذه إلى نمط إشعاع لامبرتي أو شبه لامبرتي، مناسب للإضاءة المساحية بدلاً من الحزم المركزة.
• الطول الموجي الذروة (λ_p):632 نانومتر (نموذجي). هذا هو الطول الموجي الذي يكون عنده إخراج الطاقة الطيفية في أقصى حد.
• الطول الموجي السائد (λ_d):617.5 إلى 633.5 نانومتر. هذا هو إدراك العين البشرية للون الثنائي الضوئي كطول موجي واحد، ويتم إدارته أيضاً من خلال نظام التصنيف.
• عرض النطاق الطيفي (Δλ):20 نانومتر (نموذجي). يحدد هذا نطاق الأطوال الموجية المنبعثة عند نصف شدة الذروة، مما يشير إلى لون أحمر نقي نسبياً.
• الجهد الأمامي (V_F):1.70 إلى 2.30 فولت عند 20 مللي أمبير. يخضع هذا النطاق أيضاً للتصنيف. يؤدي انخفاض V_F إلى انخفاض استهلاك الطاقة وتوليد حرارة أقل لتيار معين.
• التيار العكسي (I_R):10 ميكرو أمبير كحد أقصى عند V_R=5 فولت. من المرغوب فيه وجود تيار تسرب منخفض.

3. شرح نظام التصنيف

لضمان اتساق اللون والسطوع في الإنتاج، يتم فرز الثنائيات الضوئية إلى مجموعات أداء أو "تصنيفات". يستخدم 15-215 ثلاثة معايير تصنيف مستقلة.

3.1 تصنيف شدة الإضاءة

يتم فرز الشدة إلى أربعة تصنيفات (Q1, Q2, R1, R2)، حيث يكون Q1 هو الأكثر خفوتاً (72.0-90.0 ملي كانديلا) و R2 هو الأكثر سطوعاً (140.0-180.0 ملي كانديلا). يجب على المصممين اختيار التصنيف المناسب بناءً على السطوع المطلوب لتطبيقهم، مع الأخذ في الاعتبار أن خلط التصنيفات في منتج واحد قد يسبب اختلافات مرئية في السطوع.

3.2 تصنيف الطول الموجي السائد

يتم فرز اللون إلى أربعة تصنيفات (E4, E5, E6, E7)، تغطي النطاق من 617.5 نانومتر إلى 633.5 نانومتر. يمثل E4 طولاً موجياً أقصر، أقرب إلى الأحمر البرتقالي، بينما يمثل E7 طولاً موجياً أطول، أحمر أعمق. يتطلب المظهر اللوني المتسق استخدام ثنائيات ضوئية من نفس تصنيفات الطول الموجي أو المجاورة.

3.3 تصنيف الجهد الأمامي

يتم فرز الجهد إلى ستة تصنيفات (19 إلى 24)، يغطي كل منها 0.1 فولت من 1.70 فولت إلى 2.30 فولت. بينما يكون أقل أهمية للاستخدام كمؤشر بسيط مع مقاومة محددة للتيار، يصبح تصنيف الجهد مهماً في السلاسل المتصلة على التوالي أو سيناريوهات القيادة بجهد ثابت لضمان توزيع تيار وسطوع موحدين.

4. تحليل منحنيات الأداء

بينما يشير مقتطف ورقة البيانات المقدم إلى "منحنيات الخصائص الكهروضوئية النموذجية"، إلا أن الرسوم البيانية المحددة غير مدرجة في النص. عادةً، توضح هذه المنحنيات العلاقات التالية، وهي حاسمة للتصميم المتقدم:

• منحنى I-V (التيار-الجهد):يوضح العلاقة الأسية بين الجهد الأمامي والتيار. يتحول المنحنى مع درجة الحرارة.
• شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي:يوضح كيف يزداد إخراج الضوء مع التيار، عادةً في علاقة شبه خطية ضمن نطاق التشغيل قبل أن ينخفض الكفاءة عند التيارات العالية.
• شدة الإضاءة مقابل درجة الحرارة المحيطة:يوضح تخفيض تصنيف إخراج الضوء مع ارتفاع درجة حرارة الوصلة. عادةً ما يكون لتأثير الإخماد الحراري في الثنائيات الضوئية الحمراء من نوع AlGaInP تأثير أكثر وضوحاً مقارنة ببعض الثنائيات الضوئية الزرقاء/البيضاء.
• التوزيع الطيفي:رسم بياني يظهر الطاقة النسبية المنبعثة عبر الأطوال الموجية، متمركزة حول الطول الموجي الذروة (632 نانومتر).

يجب على المصممين الرجوع إلى ورقة البيانات الكاملة مع الرسوم البيانية لنمذجة الأداء الحراري بدقة والتنبؤ بالسلوك تحت ظروف قيادة مختلفة.

5. المعلومات الميكانيكية والخاصة بالعبوة

5.1 أبعاد العبوة

يتميز الثنائي الضوئي بمساحة تركيب مدمجة للغاية. تشمل الأبعاد الرئيسية (بالمليمتر، تسامح ±0.1 مم ما لم يُحدد خلاف ذلك) حجم جسم يبلغ طوله حوالي 2.0 مم، وعرضه 1.25 مم، وارتفاعه 0.8 مم. تتضمن ورقة البيانات رسماً تفصيلياً للأبعاد يوضح موقع معرف الكاثود (عادةً شق أو علامة خضراء على العبوة)، وتخطيط الوسادات، ونمط المساحة الموصى به على اللوحة المطبوعة. الالتزام بهذه الأبعاد ضروري للحام ومحاذاة صحيحة.

5.2 تحديد القطبية

القطبية الصحيحة حيوية. تحتوي العبوة على علامة بصرية لتحديد طرف الكاثود (-). يجب على المصممين التأكد من أن شكل المساحة على اللوحة المطبوعة يعكس هذا الاتجاه لمنع التثبيت غير الصحيح بواسطة الآلات الآلية.

6. إرشادات اللحام والتجميع

يتطلب التعامل السليم لمنع تلف هذه المكونات المصغرة.

6.1 منحنى إعادة التدفق للحام

المكون متوافق مع إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء والطور البخاري. يوصى بمنحنى خالٍ من الرصاص: تسخين أولي بين 150-200°C لمدة 60-120 ثانية، وقت فوق السائل (217°C) من 60-150 ثانية، مع درجة حرارة ذروة لا تتجاوز 260°C لمدة أقصاها 10 ثوانٍ. الحد الأقصى لمعدل التسخين هو 6°C/ثانية، والحد الأقصى لمعدل التبريد هو 3°C/ثانية. لا ينبغي إجراء إعادة التدفق أكثر من مرتين.

6.2 التخزين وحساسية الرطوبة

يتم تعبئة الثنائيات الضوئية في كيس مقاوم للرطوبة مع مجفف. لا يجب فتح الكيس حتى تكون المكونات جاهزة للاستخدام. بعد الفتح، "عمر الأرضية" هو سنة واحدة عند ≤30°C و ≤60% رطوبة نسبية. إذا تم تجاوز ذلك، يلزم معالجة بالخبز عند 60±5°C لمدة 24 ساعة قبل اللحام لمنع تلف "انفجار الفشار" أثناء إعادة التدفق.

6.3 اللحام اليدوي وإعادة العمل

إذا كان اللحام اليدوي ضرورياً، استخدم مكواة لحام بدرجة حرارة طرف <350°C، طبق الحرارة على كل طرف لمدة ≤3 ثوانٍ، واستخدم مكواة منخفضة الطاقة (<25 واط). يُنصح بفاصل زمني لا يقل عن ثانيتين بين لحام كل طرف. لإعادة العمل، يوصى باستخدام مكواة لحام برأسين لتسخين كلا الطرفين في وقت واحد وتجنب الإجهاد الميكانيكي. يجب التحقق مسبقاً من جدوى إعادة العمل دون الإضرار بالثنائي الضوئي.

7. معلومات التعبئة والطلب

يتم توريد المنتج بتنسيق تعبئة محمية من الرطوبة (MSP). توضع المكونات في شريط ناقل به جيوب، ملفوف على بكرة قطرها 7 بوصات. تحتوي كل بكرة على 2000 قطعة. تحتوي البكرة والشريط الناقل على أبعاد محددة مقدمة في ورقة البيانات لضمان التوافق مع مغذيات الآلات الآلية. توفر الملصقات على البكرة والكيس معلومات حاسمة: رقم جزء العميل (CPN)، رقم المنتج (P/N)، الكمية (QTY)، ورموز التصنيف المحددة لشدة الإضاءة (CAT)، والطول الموجي السائد (HUE)، والجهد الأمامي (REF)، جنباً إلى جنب مع رقم الدفعة.

8. اعتبارات تصميم التطبيق

8.1 تحديد التيار إلزامي

الثنائيات الضوئية هي أجهزة تعمل بالتيار.مقاومة خارجية محددة للتيار أو دائرة قيادة بتيار ثابت ضرورية تماماً.يتمتع الجهد الأمامي بمعامل درجة حرارة سالب، ويمكن أن يتسبب تغيير صغير في حدوث تغيير كبير في التيار إذا تم تشغيله مباشرة من مصدر جهد، مما قد يؤدي إلى هروب حراري وفشل.

8.2 إدارة الحرارة

على الرغم من صغر حجمه، يولد الثنائي الضوئي حرارة عند الوصلة. للتشغيل المستمر عند أو بالقرب من أقصى تيار أمامي (25 مللي أمبير)، يجب استخدام مساحة نحاسية كافية على اللوحة المطبوعة (وسادات تخفيف حرارية) لتصريف الحرارة بعيداً عن الجهاز والحفاظ على درجة حرارة وصلة أقل، مما يحافظ على إخراج الإضاءة والعمر الافتراضي.

8.3 قيود التطبيق

تنص ورقة البيانات صراحةً على أن هذا المنتج غير مصمم أو مؤهل لتطبيقات الموثوقية العالية مثل التطبيقات العسكرية/الجوية، وأنظمة السلامة/الأمان للسيارات، أو معدات دعم الحياة الطبية دون استشارة وموافقة مسبقة. لمثل هذه التطبيقات، يلزم منتجات بمواصفات ومستويات تأهيل مختلفة.

9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

س: هل يمكنني تشغيل هذا الثنائي الضوئي عند 30 مللي أمبير لسطوع أعلى؟

ج: لا. القيمة القصوى المطلقة للتيار الأمامي المستمر (I_F) هي 25 مللي أمبير. يتجاوز هذا التصنيف يقلل من الموثوقية وقد يسبب فشلاً مبكراً بسبب درجة حرارة وصلة مفرطة.

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

ج: باستخدام قانون أوم: R = (V_المصدر- V_F) / I_F. استخدم أقصى V_Fمن تصنيفك (مثلاً 2.3 فولت) لتصميم متحفظ لضمان ألا يتجاوز التيار 20 مللي أمبير. R = (5 - 2.3) / 0.02 = 135 أوم. ستوفر مقاومة قياسية 150 أوم حوالي 18 مللي أمبير، وهو آمن وضمن المواصفات.

س: لماذا نطاق شدة الإضاءة واسع جداً (72-180 ملي كانديلا)؟

ج: تسبب الاختلافات التصنيعية انتشاراً طبيعياً في الأداء. يسمح نظام التصنيف (Q1, Q2, R1, R2) للمصنعين بفرز هذه القطع والعملاء باختيار درجة السطوع المطلوبة لأهداف التكلفة والأداء الخاصة بهم.

10. دراسة حالة تصميم واستخدام

السيناريو: تصميم لوحة مؤشرات حالة تحتوي على عدة ثنائيات ضوئية حمراء موحدة.

يقوم مصمم بإنشاء لوحة تحكم تتطلب 20 ثنائياً ضوئياً مؤشراً أحمر ساطعاً متطابقاً. لضمان الاتساق البصري:

1. اختيار التصنيف:يحددون تصنيفات R2 (140-180 ملي كانديلا) للسطوع العالي و E6/E7 (625.5-633.5 نانومتر) للون أحمر عميق متسق. قد يحددون أيضاً تصنيف جهد ضيق (مثلاً 21 أو 22) إذا تم تشغيل الثنائيات الضوئية في تكوين جهد ثابت مشترك.
2. تصميم الدائرة:يتوفر خط طاقة 5 فولت. باستخدام تيار مستهدف 20 مللي أمبير و V_Fنموذجي 2.0 فولت، يتم وضع مقاومة محددة للتيار 150 أوم على التوالي مع كل ثنائي ضوئي. تصنيف قدرة المقاومة هو (5-2)^2 / 150 = 0.06 واط، لذا فإن مقاومة قياسية 1/8 واط (0.125 واط) كافية.
3. تخطيط اللوحة المطبوعة:يتبع شكل المساحة على اللوحة المطبوعة نمط المساحة الموصى به من ورقة البيانات. يتم توصيل صب نحاسي إضافي بوسادات الكاثود والأنود للمساعدة في تبديد الحرارة، خاصةً أن الثنائيات الضوئية سيتم تركيبها بالقرب من بعضها البعض.
4. التجميع:يتم طلب الثنائيات الضوئية على شريط وبكرة. يستخدم مصنع التجميع البكرات المقدمة مع آلات التثبيت الآلي (pick-and-place)، باتباع منحنى إعادة التدفق الخالي من الرصاص المحدد في ورقة البيانات.

يضمن هذا النهج المنهجي، المسترشد بمعايير ورقة البيانات، منتجاً نهائياً موثوقاً ومتسقاً وقابلاً للتصنيع.