ورقة بيانات LED SMD 19-21/R6C-FP1Q2L/3T - الحجم 2.0x1.25x0.8 مم - الجهد 1.7-2.3 فولت - اللون الأحمر اللامع - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد 19-21/R6C-FP1Q2L/3T ثنائي باعث للضوء (LED) من نوع السطح (SMD) مُصممًا للتطبيقات الإلكترونية الحديثة والمدمجة. يستخدم هذا المكون شريحة أشباه موصلات من نوع AIGaInP (فوسفيد الألومنيوم الغاليوم الإنديوم) لإنتاج ضوء أحمر لامع. تكمن ميزته الأساسية في بصمته الصغيرة للغاية، مما يتيح تقليصًا كبيرًا في حجم لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) ويسمح بكثافة أعلى لتعبئة المكونات مقارنةً بمصابيح LED التقليدية ذات الإطار الرصاصي. يساهم هذا في تقليل الحجم الإجمالي للمعدات وتقليل متطلبات التخزين. الجهاز خفيف الوزن، مما يجعله مناسبًا بشكل خاص للتطبيقات التي تكون فيها المساحة والوزن قيودًا حرجة.

يتم توريد LED على شكل شريط قياسي بعرض 8 مم ملفوف على بكرات قطرها 7 بوصات، مما يضمن التوافق مع معدات التجميع الآلي عالية السرعة (pick-and-place). تم تصميمه للاستخدام مع عمليات اللحام القياسية بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR) والطور البخاري، مما يسهل الإنتاج الضخم بكفاءة. يتم تصنيع المنتج كمكون خالٍ من الرصاص ويتوافق مع لوائح الاتحاد الأوروبي RoHS (تقييد المواد الخطرة) وREACH (تسجيل وتقييم وترخيص وتقييد المواد الكيميائية). كما يُصنف على أنه خالٍ من الهالوجين، حيث يكون محتوى البروم (Br) والكلور (Cl) أقل من 900 جزء في المليون لكل منهما ومجموعهما الكلي أقل من 1500 جزء في المليون.

2. الغوص العميق في المواصفات الفنية

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد الحدود القصوى المطلقة الحدود التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. يتم تحديد هذه التصنيفات عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية. أقصى جهد عكسي (VR) هو 5 فولت. يجب ألا يتجاوز تيار الأمام المستمر (IF) 25 مللي أمبير. بالنسبة للتشغيل النبضي، يُسمح بتيار أمامي ذروة (IFP) يصل إلى 60 مللي أمبير تحت دورة عمل 1/10 عند تردد 1 كيلو هرتز. أقصى تبديد للطاقة (Pd) هو 60 مللي واط. يمكن للجهاز تحمل تفريغ كهروستاتيكي (ESD) بقيمة 2000 فولت وفقًا لنموذج جسم الإنسان (HBM). نطاق درجة حرارة التشغيل (Topr) هو من -40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية، بينما نطاق درجة حرارة التخزين (Tstg) أوسع قليلاً، من -40 درجة مئوية إلى +90 درجة مئوية. بالنسبة للحام، يمكن للجهاز تحمل لحام إعادة التدفق عند درجة حرارة ذروة تبلغ 260 درجة مئوية لمدة تصل إلى 10 ثوانٍ، أو اللحام اليدوي عند 350 درجة مئوية لمدة تصل إلى 3 ثوانٍ لكل طرف.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

الخصائص الكهروضوئية هي معايير الأداء الأساسية، ويتم قياسها عند Ta=25 درجة مئوية وتيار أمامي (IF) قدره 20 مللي أمبير، ما لم يُذكر خلاف ذلك.

• شدة الإضاءة (Iv):تتراوح من حد أدنى 45 ملي كانديلا (mcd) إلى حد أقصى 112 mcd. تقع القيمة النموذجية ضمن هذا النطاق، والذي يتم تقسيمه أيضًا إلى مجموعات محددة (P1, P2, Q1, Q2).
• زاوية الرؤية (2θ1/2):زاوية نصف الشدة النموذجية هي 100 درجة، مما يشير إلى مخروط رؤية واسع.
• الطول الموجي الذروي (λp):الطول الموجي الذي تكون فيه شدة الضوء المنبعث في أقصى حد هو نموذجيًا 632 نانومتر (nm).
• الطول الموجي السائد (λd):هذا هو الطول الموجي الوحيد الذي تدركه العين البشرية، ويتراوح من 621 نانومتر إلى 631 نانومتر، ويتم تصنيفه إلى مجموعات FF1 و FF2.
• عرض النطاق الطيفي (Δλ):عرض الطيف المنبعث عند نصف الشدة القصوى هو نموذجيًا 20 نانومتر.
• جهد الأمام (VF):انخفاض الجهد عبر LED عند تمرير تيار 20 مللي أمبير يتراوح من 1.7 فولت إلى 2.3 فولت، مع مجموعات محددة (من L19 إلى L24) تحدد نطاقات أضيق.
• التيار العكسي (IR):تيار التسرب عند تطبيق جهد عكسي قدره 5 فولت هو 10 ميكرو أمبير كحد أقصى.

ملاحظات هامة تحدد التفاوتات المسموحة: شدة الإضاءة (±11%)، الطول الموجي السائد (±1 نانومتر)، وجهد الأمام (±0.05 فولت). من المهم فهم أن تصنيف الجهد العكسي 5 فولت مخصص لاختبار IR فقط؛ لم يتم تصميم LED للعمل تحت انحياز عكسي.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

لضمان الاتساق في تصميم التطبيق، يتم فرز (تصنيف) مصابيح LED وفقًا لثلاث معايير رئيسية: شدة الإضاءة، والطول الموجي السائد، وجهد الأمام. يعكس رمز المنتج (مثل R6C-FP1Q2L/3T) مجموعات تصنيف محددة.

3.1 تصنيف شدة الإضاءة

يتم تصنيف مصابيح LED إلى أربع مجموعات للشدة:

• P1:45 – 57 ملي كانديلا
• P2:57 – 72 ملي كانديلا
• Q1:72 – 90 ملي كانديلا
• Q2:90 – 112 ملي كانديلا

يشير الرمز 'Q2' في رقم القطعة إلى أن هذا الجهاز ينتمي إلى مجموعة الشدة الأعلى.

3.2 تصنيف الطول الموجي السائد

يتم التحكم في اتساق اللون من خلال مجموعات الطول الموجي:

• FF1:621 – 626 نانومتر
• FF2:626 – 631 نانومتر

من المرجح أن يتوافق الرمز 'FP1' مع إحدى مواصفات الطول الموجي هذه.

3.3 تصنيف جهد الأمام

لمساعدة تصميم الدائرة، خاصة لحساب المقاوم المحدد للتيار، يتم تصنيف مصابيح LED حسب جهد الأمام (VF) عند 20 مللي أمبير:

• L19:1.7 – 1.8 فولت
• L20:1.8 – 1.9 فولت
• L21:1.9 – 2.0 فولت
• L22:2.0 – 2.1 فولت
• L23:2.1 – 2.2 فولت
• L24:2.2 – 2.3 فولت

يشير الحرف 'L' في رقم القطعة إلى مجموعة الجهد، مع رقم محدد يشير إلى المجموعة الدقيقة.

4. تحليل منحنيات الأداء

على الرغم من أن المنحنيات الرسومية المحددة غير مفصلة في النص المقدم، فإن منحنيات الخصائص الكهروضوئية النموذجية لمثل هذا LED ستشمل:

• التيار الأمامي مقابل جهد الأمام (منحنى I-V):يُظهر هذا المنحنى غير الخطي العلاقة الأسية بين التيار والجهد. نطاق VF المحدد عند 20mA هو نقطة واحدة على هذا المنحنى. يستخدم المصممون هذا لتحديد جهد التشغيل اللازم وحساب المقاوم التسلسلي المناسب.
• شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي (منحنى I-L):يُظهر هذا المنحنى كيف تزداد شدة الإخراج الضوئي مع زيادة التيار. يكون عادةً خطيًا ضمن نطاق التشغيل الموصى به ولكنه سيشبع عند التيارات الأعلى. يضمن التشغيل عند أو أقل من حالة الاختبار 20mA أداءً يمكن التنبؤ به.
• شدة الإضاءة مقابل درجة الحرارة المحيطة:ينخفض الإخراج الضوئي لـ LEDs بشكل عام مع ارتفاع درجة حرارة الوصلة. فهم هذا التخفيض (derating) أمر بالغ الأهمية للتطبيقات التي تعمل في درجات حرارة محيطة عالية أو ذات تسخين ذاتي كبير.
• التوزيع الطيفي:رسم بياني يوضح الشدة النسبية عبر الأطوال الموجية، حيث يبلغ ذروته عند حوالي 632 نانومتر بعرض نطاق نموذجي 20 نانومتر، مما يؤكد نقطة اللون الأحمر اللامع.

5. المعلومات الميكانيكية والتغليف

5.1 أبعاد التغليف

يتميز LED SMD 19-21 بعامل شكل مضغوط للغاية. تشمل الأبعاد الرئيسية (بالمليمترات) طول الجسم 2.0 مم، والعرض 1.25 مم، والارتفاع 0.8 مم. يحدد الرسم التفصيلي ذو الأبعاد تخطيط الوسادات (pads)، ومخطط المكون، وموقع علامة تعريف الكاثود. جميع التفاوتات غير المحددة هي ±0.1 مم. تصميم الوسادات الصحيح على PCB، وفقًا لورقة البيانات، أمر ضروري للحام الموثوق والاستقرار الميكانيكي.

5.2 تحديد القطبية

يتميز الجهاز بعلامة للكاثود، عادةً ما تكون شقًا، أو نقطة خضراء، أو زاوية مقطوعة على الغلاف. التوجيه الصحيح أثناء التجميع أمر حيوي، حيث أن تطبيق جهد عكسي يمكن أن يتلف LED.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 ملف تعريف لحام إعادة التدفق

المتطلب الحرج لمكونات SMD هو الالتزام بملف إعادة التدفق الموصى به. بالنسبة لهذا LED الخالي من الرصاص:

• التسخين المسبق:الارتفاع من درجة الحرارة المحيطة إلى 150–200 درجة مئوية على مدار 60-120 ثانية.
• النقع/إعادة التدفق:يجب أن يكون الوقت فوق 217 درجة مئوية (درجة حرارة السيولة للحام الخالي من الرصاص) من 60 إلى 150 ثانية. يجب ألا تتجاوز درجة الحرارة القصوى 260 درجة مئوية، ويجب أن يقتصر الوقت فوق 255 درجة مئوية على 30 ثانية كحد أقصى.
• التبريد:يجب ألا يتجاوز معدل التبريد الأقصى 6 درجات مئوية في الثانية.

يجب ألا يتم إجراء لحام إعادة التدفق أكثر من مرتين على نفس LED لمنع تلف الإجهاد الحراري.

6.2 اللحام اليدوي

إذا كان الإصلاح اليدوي ضروريًا، فيجب توخي الحذر الشديد. يجب أن تكون درجة حرارة طرف مكواة اللحام أقل من 350 درجة مئوية، ويجب ألا يتجاوز وقت التلامس مع أي طرف واحد 3 ثوانٍ. يُوصى باستخدام مكواة منخفضة الطاقة (<25 واط). يُقترح استخدام مكواة لحام برأس مزدوج للإزالة لتسخين كلا الطرفين بالتساوي وتقليل الإجهاد على الغلاف.

6.3 التخزين والحساسية للرطوبة

يتم تعبئة مصابيح LED في كيس حاجز مقاوم للرطوبة مع مجفف. الاحتياطات الرئيسية:

• لا تفتح الكيس حتى تكون جاهزًا للاستخدام.
• بعد الفتح، يجب تخزين مصابيح LED غير المستخدمة عند ≤ 30 درجة مئوية و ≤ 60% رطوبة نسبية.
• "عمر الأرضية" بعد فتح الكيس هو 168 ساعة (7 أيام).
• إذا تم تجاوز وقت التعرض أو أشار المجفف إلى التشبع، فإنه يلزم معالجة بالخبز عند 60 ± 5 درجة مئوية لمدة 24 ساعة قبل لحام إعادة التدفق لمنع تلف تأثير "الفشار" (popcorn effect).

7. معلومات التعبئة والطلب

7.1 مواصفات البكرة والشريط

التعبئة القياسية هي 3000 قطعة لكل بكرة. عرض الشريط الحامل هو 8 مم، ملفوف على بكرة قطرها 7 بوصات (178 مم). يتم توفير أبعاد مفصلة للبكرة، وجيوب الشريط الحامل، والشريط الغطائي لضمان التوافق مع مغذيات التشغيل الآلي.

7.2 شرح الملصق

يحتوي ملصق البكرة على معلومات حاسمة للتتبع والتحقق:

• P/N:رقم المنتج (مثل 19-21/R6C-FP1Q2L/3T).
• CAT:رتبة شدة الإضاءة (مثل Q2).
• HUE:إحداثيات اللونية ورتبة الطول الموجي السائد (مثل FP1).
• REF:رتبة جهد الأمام (مثل L21).
• LOT No:رقم دفعة التصنيع للتتبع.

8. توصيات التطبيق

8.1 التطبيقات النموذجية

LED SMD 19-21 متعدد الاستخدامات ومناسب لأدوار مؤشر الإضاءة والإضاءة الخلفية منخفضة الطاقة المختلفة:

• الإضاءة الخلفية:إضاءة أدوات لوحة القيادة، ومفاتيح الغشاء، ولوحات التحكم.
• الاتصالات:مؤشرات الحالة والإضاءة الخلفية للوحة المفاتيح في الهواتف وآلات الفاكس.
• تقنية العرض:إضاءة خلفية مسطحة للشاشات البلورية السائلة (LCD) الصغيرة والرموز المضيئة.
• مؤشرات الأغراض العامة:حالة الطاقة، ومؤشرات الوضع، وأضواء الإشارة في الإلكترونيات الاستهلاكية والصناعية.

8.2 اعتبارات تصميم حرجة

• تحديد التيار:مقاوم خارجي محدد للتيار هوإلزامي تمامًا. جهد الأمام له نطاق ومعامل درجة حرارة سالب. يمكن أن يؤدي زيادة طفيفة في جهد التغذية أو انخفاض في VF بسبب التسخين إلى زيادة كبيرة، وربما مدمرة، في التيار الأمامي. يجب حساب قيمة المقاوم بناءً على جهد مصدر الطاقة وأقصى جهد أمامي (VF max) من المجموعة لضمان ألا يتجاوز التيار 25 مللي أمبير تحت أسوأ الظروف.
• إدارة الحرارة:على الرغم من أن تبديد الطاقة منخفض، فإن ضمان مساحة نحاسية كافية في PCB أو ثقوب حرارية تحت وسادات LED يمكن أن يساعد في تبديد الحرارة، والحفاظ على استقرار الإخراج الضوئي وطول العمر، خاصة في بيئات درجة الحرارة المحيطة العالية.
• حماية ESD:على الرغم من تصنيفه لـ 2000 فولت HBM، يجب مراعاة احتياطات التعامل القياسية مع ESD أثناء التجميع والتعامل.

9. المقارنة الفنية والتمييز

المزايا الأساسية لهذا LED SMD 19-21 مقارنةً بمصابيح LED القديمة ذات الثقوب المارة أو حزم SMD الأكبر هيالتصغيروالملاءمة للتجميع الآلي. تقدم تقنية شريحة AIGaInP كفاءة عالية وتشبع لوني جيد للضوء الأحمر. مقارنةً ببعض تقنيات LED الحمراء الأخرى، توفر AIGaInP عادةً شدة إضاءة أعلى واستقرارًا حراريًا أفضل. يسمح نظام التصنيف الشامل للمصممين باختيار أجزاء ذات خصائص بصرية وكهربائية مضبوطة بإحكام، وهو أمر بالغ الأهمية للتطبيقات التي تتطلب مظهرًا موحدًا أو تشغيلًا دقيقًا للتيار.

10. الأسئلة الشائعة (FAQ)

س: لماذا المقاوم التسلسلي ضروري؟

ج: مصابيح LED هي أجهزة تعمل بالتيار. خاصية V-I الخاصة بها أسية. بدون مقاوم لتحديد التيار، يمكن لأي تباين صغير في جهد التغذية أو جهد أمامي LED أن يؤدي إلى هروب حراري وفشل فوري. يحدد المقاوم تيارًا ثابتًا بناءً على قانون أوم.

س: هل يمكنني تشغيل هذا LED بجهد أعلى من 2.3 فولت؟

ج: نعم، ولكن فقط إذا استخدمت مقاومًا تسلسليًا مناسبًا لخفض الجهد الزائد وتحديد التيار إلى 20 مللي أمبير (أو أقل). جهد التشغيل نفسه ليس المعيار الحرج؛ التيار الناتج هو المعيار الحرج.

س: ماذا يعني لون الراتنج "شفاف مثل الماء"؟

ج: مادة تغليف LED (العدسة البلاستيكية) عديمة اللون وشفافة. هذا يسمح للون الحقيقي للضوء المنبعث من الشريحة (أحمر لامع) بالمرور دون أي تلوين أو تشتيت، مما ينتج عنه لون مشبع وحيوي.

س: كيف أفسر رقم القطعة للطلب؟

ج: يشفر رقم القطعة 19-21/R6C-FP1Q2L/3T نمط التغليف (19-21)، ورمز المنتج (R6C)، والمجموعات المحددة للطول الموجي (FP1)، وشدة الإضاءة (Q2)، وجهد الأمام (L، مع رقم لاحق). راجع دائمًا ورقة البيانات الكاملة وجداول التصنيف لتأكيد المواصفات الدقيقة للجزء المطلوب.

11. حالة تصميم واستخدام عملية

السيناريو: تصميم مؤشر حالة لجهاز يعمل بجهد USB 5 فولت.

1. اختيار المعلمات:اختر السطوع المطلوب (مجموعة Q2 للرؤية العالية) واتساق اللون (مجموعة FF1 أو FF2).

2. تصميم الدائرة:بافتراض مصدر جهد 5 فولت (Vcc) واستخدام أسوأ حالة VF min (مثل 1.7 فولت من مجموعة L19) لضمان ألا يتجاوز التيار 25 مللي أمبير حتى لو كان VF منخفضًا. التيار المستهدف (I_F) = 20 مللي أمبير.

المقاوم المطلوب R = (Vcc - VF) / I_F = (5V - 1.7V) / 0.020A = 165 أوم.

أقرب قيمة قياسية هي 160 أوم أو 180 أوم. باستخدام 180 أوم يعطي I_F = (5-1.7)/180 ≈ 18.3 مللي أمبير، وهو آمن وضمن المواصفات.

الطاقة في المقاوم P_R = I_F^2 * R = (0.0183)^2 * 180 ≈ 0.06 واط. مقاوم قياسي 1/8 واط أو 1/4 واط كافٍ.

3. تخطيط PCB:ضع LED والمقاوم المحدد للتيار قريبين من بعضهما البعض. اتبع هندسة الوسادات الموصى بها من رسم الأبعاد في ورقة البيانات.

4. التجميع:اتبع إرشادات التعامل مع الرطوبة وملف لحام إعادة التدفق بدقة.

12. مبدأ التشغيل

يعمل هذا LED على مبدأ الإضاءة الكهربائية في وصلة أشباه الموصلات p-n. المنطقة النشطة مكونة من AIGaInP. عند تطبيق جهد انحياز أمامي يتجاوز حاجز الجهد للوصلة (حوالي 1.8 فولت تقريبًا)، يتم حقن الإلكترونات من المنطقة من النوع n والفجوات من المنطقة من النوع p في المنطقة النشطة. عندما تتحد هذه حاملات الشحنة، فإنها تطلق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد التركيب المحدد لسبيكة AIGaInP طاقة فجوة النطاق، والتي تتوافق مباشرة مع الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعق - في هذه الحالة، الأحمر اللامع عند حوالي 632 نانومتر. يحمي راتنج الإيبوكسي الشفاف الشريحة، ويعمل كعدسة لتشكيل الإخراج الضوئي (تحقيق زاوية الرؤية 100 درجة)، ويوفر الاستقرار الميكانيكي.

13. اتجاهات التكنولوجيا

يتبع تطوير مصابيح LED من نوع SMD مثل 19-21 اتجاهات أوسع في الإلكترونيات:التصغير, زيادة الكفاءة، وتحسين الموثوقية. إن التحول إلى المواد الخالية من الرصاص والهالوجين مدفوع باللوائح البيئية العالمية (RoHS، REACH). تستمر التطورات في الطبقة البلورية لأشباه الموصلات في تحسين الفعالية الضوئية (الإخراج الضوئي لكل واط كهربائي) واتساق اللون لأنظمة AIGaInP والمواد الأخرى. علاوة على ذلك، تتطور تقنية التغليف لإدارة الأداء الحراري بشكل أفضل، مما يسمح بتيارات تشغيل أعلى في حزم أصغر، وتوفير تحكم بصري أكثر دقة. إن توحيد التغليف (مثل بصمة 19-21) وتنسيقات الشريط والبكرة أمر بالغ الأهمية لتمكين التصنيع الآلي عالي الحجم وفعال التكلفة عبر صناعة الإلكترونيات.