ورقة بيانات LED SMD - أحمر منتشر AlInGaP - زاوية رؤية 120° - جهد أمامي نموذجي 2.0 فولت - قدرة 72 ميغاواط - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

تشرح هذه الوثيقة مواصفات صمام ثنائي باعث للضوء (LED) من نوع جهاز مثبت على السطح (SMD) يستخدم عدسة منتشرة ومصدر ضوء من مادة ألينيوم إنديوم جاليوم فوسفيد (AlInGaP) يبعث ضوءًا أحمر. تم تصميم هذه الـ LEDs لعمليات تجميع لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) الآلية، مما يجعلها مثالية للتطبيقات التي تكون فيها المساحة محدودة ويُطلب إنتاج بكميات كبيرة.

1.1 المزايا الأساسية والأسط المستهدفة

تشمل المزايا الأساسية لهذا المكون توافقه مع معدات الالتقاط والوضع الآلية وعمليات اللحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR Reflow)، وهي معايير في التصنيع الإلكتروني الحديث. يتم تعبئته على شريط بعرض 8 مم ملفوف على بكرات قطرها 7 بوصات، مما يسهل التعامل والتجميع بكفاءة. الجهاز متوافق مع لوائح تقييد المواد الخطرة (RoHS)، مما يضمن استيفاءه للوائح البيئية. تشمل تطبيقاته المستهدفة نطاقًا واسعًا من الإلكترونيات الاستهلاكية والصناعية، بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر: معدات الاتصالات (مثل الهواتف اللاسلكية والخلوية)، وأجهزة أتمتة المكاتب (مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة)، وأنظمة الشبكات، والأجهزة المنزلية، ولافتات الداخل. يُستخدم عادةً للإشارة إلى الحالة، والإضاءة الرمزية، والإضاءة الخلفية للواجهات الأمامية.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

2.1 الحدود القصوى المطلقة

قد يؤدي تشغيل الجهاز خارج هذه الحدود إلى تلف دائم. الحدود الرئيسية عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25°م هي:

• تبديد الطاقة (Pd):72 ميلي واط. هذه هي أقصى قدرة يمكن لعبوة الـ LED تبديدها بأمان على شكل حرارة.
• التيار الأمامي المستمر (IF):30 مللي أمبير تيار مستمر. أقصى تيار في حالة الثبات للتشغيل الموثوق.
• تيار الذروة الأمامي:80 مللي أمبير، مسموح به فقط في ظروف التشغيل النبضي (دورة عمل 1/10، عرض النبضة 0.1 مللي ثانية).
• نطاق درجة حرارة التشغيل:من -40°م إلى +85°م.
• نطاق درجة حرارة التخزين:من -40°م إلى +100°م.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

يتم قياس الأداء النموذجي عند Ta=25°م وتيار أمامي (IF) قدره 20 مللي أمبير، ما لم يُذكر خلاف ذلك.

• شدة الإضاءة (Iv):تتراوح من حد أدنى 90.0 مللي شمعة إلى حد أقصى 280.0 مللي شمعة. القيمة الفعلية تحددها رمز التصنيف (انظر القسم 3).
• زاوية الرؤية (2θ½):120 درجة (نموذجية). تضمن زاوية الرؤية الواسعة هذه، وهي سمة للعدسة المنتشرة، انتشار الضوء على مساحة واسعة بدلاً من أن يكون عالي التوجيه.
• الطول الموجي السائد (λd):631 نانومتر (نموذجي)، بتحمّل ±1 نانومتر. تحدد هذه المعلمة اللون المُدرك (أحمر). طول موجة الذروة للانبعاث (λp) هو نموذجيًا 639 نانومتر.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):حوالي 15 نانومتر، مما يشير إلى نقاء الطيف للضوء الأحمر.
• الجهد الأمامي (VF):2.0 فولت (نموذجي)، بحد أقصى 2.4 فولت عند 20 مللي أمبير. التحمّل هو ±0.1 فولت.
• التيار العكسي (IR):حد أقصى 10 ميكرو أمبير عند جهد عكسي (VR) قدره 5 فولت. من المهم ملاحظة أن هذا الجهاز غير مصمم للتشغيل تحت انحياز عكسي؛ حالة الاختبار هذه هي للتوصيف فقط.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

لضمان اتساق السطوع عبر دفعات الإنتاج، يتم فرز الـ LEDs إلى مجموعات (Bins) بناءً على شدة إضاءتها المقاسة عند 20 مللي أمبير.

3.1 تصنيف شدة الإضاءة

رموز التصنيف ونطاقات الشدة المقابلة لها هي كما يلي. التحمّل داخل كل مجموعة هو ±11%.

• Q2:90.0 – 112.0 مللي شمعة
• R1:112.0 – 140.0 مللي شمعة
• R2:140.0 – 180.0 مللي شمعة
• S1:180.0 – 224.0 مللي شمعة
• S2:224.0 – 280.0 مللي شمعة

يسمح هذا النظام للمصممين باختيار درجة السطوع المناسبة لتطبيقهم المحدد، مع تحقيق التوازن بين الأداء والتكلفة.

4. تحليل منحنيات الأداء

بينما يتم الإشارة إلى بيانات رسومية محددة في ورقة البيانات، يمكن وصف العلاقات النموذجية:

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

تُظهر مادة AlInGaP منحنى I-V مميزًا حيث يزداد الجهد الأمامي بشكل لوغاريتمي مع التيار. الجهد الأمامي النموذجي Vf البالغ 2.0 فولت عند 20 مللي أمبير هو معلمة رئيسية لتصميم دائرة القيادة.

4.2 شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي

خرج الضوء (شدة الإضاءة) يتناسب تقريبًا مع التيار الأمامي ضمن نطاق التشغيل الموصى به. تجاوز الحد الأقصى للتيار المستمر لن يؤدي إلى زيادات متناسبة في الضوء ويعرض الجهاز لخطر التلف.

4.3 التوزيع الطيفي

يتركز طيف الانبعاث حول 631 نانومتر (الطول الموجي السائد) بنصف عرض نموذجي 15 نانومتر، منتجًا لونًا أحمر مشبعًا.

5. معلومات الميكانيكا والعبوة

5.1 أبعاد العبوة وقطبية التوصيل

يتوافق الجهاز مع بصمة عبوة قياسية تابعة لـ EIA. يتم توفير رسومات أبعاد مفصلة في ورقة البيانات، بجميع الأبعاد بالمليمترات وتحمل عام ±0.2 مم. يتم تحديد القطب السالب عادةً بواسطة علامة على العبوة أو شكل محدد للوسادة (Pad) على الشريط. كما يتم تحديد تخطيط وسادات التثبيت على الـ PCB الموصى به لللحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء أو بالطور البخاري لضمان تكوين وصلة لحام صحيحة واستقرار ميكانيكي.

5.2 التعبئة على شريط وبكرة

يتم توريد الـ LEDs في شريط حامل بارز بشريط غطاء واقٍ، ملفوف على بكرات قطرها 7 بوصات (178 مم). تحتوي كل بكرة على 2000 قطعة. تتبع التعبئة مواصفات ANSI/EIA 481. تشمل الملاحظات الرئيسية: يتم إغلاق الجيوب المكونة الفارغة، ويُسمح بحد أقصى مكونين مفقودين متتاليين ("مصابيح") لكل بكرة.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 ملف تعريف اللحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR Reflow)

يتم توفير ملف تعريف درجة حرارة مقترح متوافق مع J-STD-020B للعمليات الخالية من الرصاص. تشمل المعلمات الحرجة:

• التسخين المسبق:من 150°م إلى 200°م.
• زمن التسخين المسبق:حد أقصى 120 ثانية.
• درجة حرارة الذروة:حد أقصى 260°م.
• الزمن فوق درجة السيولة:يوصى باتباع مواصفات مصنع معجون اللحام وإرشادات JEDEC.

نظرًا لاختلاف تصميم اللوحة، وكثافة المكونات، وخصائص الفرن، يجب استخدام هذا الملف التعريفي كهدف عام وضبطه بدقة لخط التجميع المحدد.

6.2 اللحام اليدوي (مكواة اللحام)

إذا كان الإصلاح اليدوي ضروريًا، يجب ألا تتجاوز درجة حرارة طرف المكواة 300°م، ويجب أن يقتصر وقت التلامس على حد أقصى 3 ثوانٍ لكل وصلة لحام. يجب إجراء إعادة اللحام مرة واحدة فقط.

7. احتياطات التخزين والتعامل

7.1 ظروف التخزين

• العبوة المغلقة:قم بالتخزين عند ≤ 30°م و ≤ 70% رطوبة نسبية (RH). العمر الافتراضي هو سنة واحدة عند التخزين في الكيس المضاد للرطوبة الأصلي مع مجفف.
• العبوة المفتوحة:يجب تخزين المكونات المعرضة للهواء المحيط عند ≤ 30°م و ≤ 60% رطوبة نسبية. يوصى بشدة بإكمال عملية إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء خلال 168 ساعة (7 أيام) من فتح الكيس.
• التخزين الممتد (خارج الكيس):للتخزين لأكثر من 168 ساعة، ضع المكونات في وعاء محكم الغلق مع مجفف أو في مجفف نيتروجين. تتطلب المكونات المخزنة خارج الكيس لأكثر من 168 ساعة عملية تجفيف (Bake-out) عند حوالي 60°م لمدة 48 ساعة على الأقل قبل اللحام لإزالة الرطوبة الممتصة ومنع ظاهرة "الفرقعة" (Popcorning) أثناء إعادة التدفق.

7.2 التنظيف

إذا تطلب الأمر التنظيف بعد اللحام، استخدم فقط المذيبات القائمة على الكحول مثل كحول الأيزوبروبيل (IPA) أو الكحول الإيثيلي. اغمر الـ LED لأقل من دقيقة واحدة في درجة حرارة الغرفة العادية. لا تستخدم منظفات كيميائية غير محددة لأنها قد تتلف عدسة الإيبوكسي أو العبوة.

8. اعتبارات تصميم التطبيق

8.1 تصميم دائرة القيادة

الـ LEDs هي أجهزة تعمل بالتيار. لضمان سطوع موحد عند تشغيل عدة LEDs، من الضروري استخدام مقاومة محددة للتيار على التوالي مع كل LED. لا يُنصح بتوصيل LEDs مباشرة على التوازي بدون مقاومات فردية، حيث يمكن أن تؤدي الاختلافات الطفيفة في الجهد الأمامي (Vf) بين الأجهزة إلى اختلال كبير في التيار، مما يؤدي إلى سطوع غير متكافئ وتيار زائد محتمل في بعض الـ LEDs. توضح ورقة البيانات الدائرة الموصى بها (الدائرة أ) مع مقاومة على التوالي لكل LED.

8.2 إدارة الحرارة

بينما تبديد الطاقة منخفض نسبيًا (72 ميلي واط)، فإن الحفاظ على درجة حرارة تقاطع الـ LED ضمن النطاق المحدد أمر بالغ الأهمية للموثوقية طويلة المدى واستقرار خرج الضوء. تأكد من استخدام مساحة نحاسية كافية في الـ PCB أو فتحات حرارية (Thermal Vias) إذا تم تشغيل الـ LED عند أو بالقرب من تصنيف التيار الأقصى، خاصة في بيئات درجة الحرارة المحيطة العالية.

8.3 نطاق التطبيق والقيود

هذا المكون مخصص للاستخدام في المعدات الإلكترونية القياسية. لم يتم تصميمه أو تأهيله للتطبيقات التي تكون فيها الموثوقية العالية حاسمة للسلامة، مثل الطيران، ومراقبة النقل، وأنظمة دعم الحياة الطبية، أو أجهزة السلامة. لمثل هذه التطبيقات، استشارة الشركة المصنعة للحصول على مكونات مؤهلة خصيصًا أمر إلزامي.

9. المقارنة والتمييز التقني

مقارنة بتقنيات الـ LED الأقدم، تقدم مصابيح AlInGaP LED كفاءة أعلى وتشبع لوني أفضل للألوان الحمراء والعنبرية. توفر عبوة العدسة المنتشرة زاوية رؤية واسعة تبلغ 120 درجة، وهو أمر مفيد للتطبيقات التي تتطلب إضاءة منطقة واسعة أو وضوح الرؤية من زوايا متعددة، على عكس الـ LEDs ذات الزاوية الضيقة المستخدمة للحزم المركزة. يميزها التوافق مع عمليات إعادة التدفق القياسية بالأشعة تحت الحمراء عن الـ LEDs التي تتطلب لحامًا يدويًا أو لحامًا بالموجات، مما يتيح تجميعًا عالي السرعة وفعالاً من حيث التكلفة.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

10.1 ما قيمة المقاوم التي يجب استخدامها مع مصدر جهد 5 فولت؟

باستخدام قانون أوم (R = (Vsupply - Vf_LED) / I_LED) وافتراض Vf نموذجي 2.0 فولت وتيار مطلوب 20 مللي أمبير: R = (5V - 2.0V) / 0.020A = 150 أوم. ستكون مقاومة قياسية 150 Ω مناسبة. احسب دائمًا باستخدام أقصى Vf ممكن (2.4V) لضمان ألا يتجاوز التيار الحد الأقصى للتصنيف في أسوأ الظروف.

10.2 هل يمكنني تشغيل هذا الـ LED بتيارات أعلى على شكل نبضات للحصول على ومضات أكثر سطوعًا؟

نعم، تحدد ورقة البيانات تيار ذروة أمامي قدره 80 مللي أمبير في ظروف التشغيل النبضي (دورة عمل 1/10، عرض النبضة 0.1 مللي ثانية). يمكن استخدام هذا لتحقيق سطوع لحظي أعلى لتطبيقات الوميض أو المؤشرات، ولكن متوسط التيار مع مرور الوقت يجب ألا يتسبب في تجاوز تبديد الطاقة 72 ميلي واط.

10.3 كيف أفسر رمز التصنيف (Bin Code) الموجود في طلبي؟

يتوافق رمز التصنيف (مثل R2، S1) مع نطاق شدة الإضاءة. عند الطلب، يضمن تحديد رمز تصنيف استلامك لـ LEDs بسطوع ضمن هذا النطاق المحدد، وهو أمر مهم لاتساق مظهر منتجك.

11. مثال عملي للتصميم والاستخدام

11.1 تصميم لوحة مؤشرات الحالة

فكر في جهاز توجيه (Router) به عدة مؤشرات LED للحالة. باستخدام هذا الـ LED SMD، سيقوم المصمم بما يلي:

1. اختيار مجموعة السطوع المناسبة (مثل R2 للسطوع المتوسط) بناءً على الوضوح المطلوب.
2. تصميم تخطيط الـ PCB باستخدام أبعاد الوسادات الموصى بها لضمان اللحام والمحاذاة الصحيحة.
3. لكل LED، حساب ووضع مقاومة محددة للتيار على التوالي بناءً على جهد مصدر النظام (مثل 3.3 فولت أو 5 فولت).
4. اتباع ملف تعريف إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء الموصى به أثناء التجميع.
5. إذا احتاجت لوحة التجميع إلى التنظيف، استخدم فقط كحول الأيزوبروبيل.

يضمن هذا النهج أضواء مؤشر موثوقة وموحدة وطويلة الأمد.

12. مبدأ التشغيل

يعتمد هذا الـ LED على مادة أشباه الموصلات AlInGaP. عند تطبيق جهد أمامي يتجاوز عتبة تشغيل الصمام الثنائي، تتحد الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة من أشباه الموصلات، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد التركيب المحدد لطبقات AlInGaP طاقة فجوة النطاق، والتي بدورها تحدد الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث - في هذه الحالة، أحمر عند حوالي 631 نانومتر. تحتوي عدسة الإيبوكسي المنتشرة على جسيمات مبعثرة تعمل على عشوائية اتجاه الفوتونات المنبعثة، مما يخلق زاوية رؤية واسعة وموحدة بدلاً من حزمة ضيقة.

13. اتجاهات التكنولوجيا

يستمر الاتجاه العام في تكنولوجيا الـ LED SMD نحو كفاءة إضاءة أعلى (مزيد من خرج الضوء لكل واط من المدخلات الكهربائية)، وتحسين تجسيد الألوان، وأحجام عبوات أصغر تتيح تصميمات بكثافة أعلى. هناك أيضًا تركيز على تعزيز الموثوقية في ظل ظروف تشغيل ذات درجة حرارة وتيار أعلى. يظل اعتماد اللحام الخالي من الرصاص والامتثال لـ RoHS على نطاق واسع، كما هو الحال مع هذا المكون، متطلبًا قياسيًا في التصنيع الإلكتروني العالمي.