ورقة بيانات LED SMD 15-21/S3C-AP1Q2/2T - برتقالي محمر - 2.0 فولت - 60 ملي واط - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

تحدد هذه الوثيقة مواصفات LED SMD صغير الحجم وعالي الأداء. تم تصميم المكون لعمليات التجميع الإلكتروني الحديثة، حيث يوفر توازنًا بين الناتج الضوئي، والموثوقية، وسهلة التكامل في التطبيقات ذات المساحة المحدودة.

1.1 المزايا الأساسية وتحديد موقع المنتج

الميزة الأساسية لهذا LED هي بصمته الصغيرة للغاية، مما يتيح تقليصًا كبيرًا في حجم لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) ويسمح بكثافة أعلى للمكونات. وهذا يؤدي إلى تصميمات نهائية للمنتجات أكثر إحكاما. المكون خفيف الوزن، مما يجعله مناسبًا بشكل خاص للأجهزة الإلكترونية المحمولة والمصغرة. يتم تقديمه على شريط بعرض 8 مم ملفوف على بكرة قطرها 7 بوصات، مما يضمن التوافق مع معدات اللصق والتركيب الآلي القياسية المستخدمة في التصنيع بالحجم الكبير.

1.2 السوق المستهدف والتطبيقات

هذا LED متعدد الاستخدامات ويستهدف عدة مجالات تطبيق رئيسية. استخدامه الأساسي هو في الإضاءة الخلفية، وخاصة للوحات عدادات الأجهزة، والمفاتيح، والرموز. كما أنه مناسب جدًا لمعدات الاتصالات، حيث يعمل كمؤشرات حالة وإضاءة خلفية في أجهزة مثل الهواتف وآلات الفاكس. علاوة على ذلك، يمكن استخدامه للإضاءة الخلفية المسطحة في شاشات LCD الصغيرة ولتطبيقات المؤشرات العامة التي تتطلب إشارة برتقالية محمرة.

2. الغوص العميق في المعلمات التقنية

يقدم هذا القسم تحليلاً مفصلاً وموضوعيًا للمعلمات الكهربائية والبصرية والحرارية الرئيسية لـ LED كما تم تعريفها تحت ظروف الاختبار القياسية (Ta=25°C).

2.1 القيم القصوى المطلقة

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

• الجهد العكسي (V_R):5 فولت. تجاوز هذا الجهد في الانحياز العكسي يمكن أن يسبب انهيار الوصلة.
• التيار الأمامي المستمر (I_F):25 مللي أمبير. أقصى تيار مستمر للتشغيل الموثوق على المدى الطويل.
• التيار الأمامي الذروي (I_FP):60 مللي أمبير (دورة عمل 1/10 @ 1 كيلو هرتز). يتيح هذا التصنيف نبضات قصيرة من تيار أعلى، وهو مفيد لأنظمة التشغيل المتعدد أو النبضي.
• تبديد الطاقة (P_d):60 ملي واط. أقصى قدر من الطاقة يمكن للجهاز تبديده كحرارة دون تجاوز حدوده الحرارية.
• التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) نموذج جسم الإنسان (HBM):2000 فولت. يشير هذا إلى مستوى متوسط من متانة ESD؛ لا يزال يوصى بإجراءات التعامل المناسبة.
• درجة حرارة التشغيل (T_opr):-40°C إلى +85°C. نطاق درجة الحرارة المحيطة الذي تم تحديد الجهاز للعمل ضمنه.
• درجة حرارة التخزين (T_stg):-40°C إلى +90°C.
• درجة حرارة اللحام:يمكن للجهاز تحمل لحام الريفو بدرجة حرارة ذروية تبلغ 260°C لمدة تصل إلى 10 ثوانٍ، أو اللحام اليدوي عند 350°C لمدة تصل إلى 3 ثوانٍ لكل طرف.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

تحدد هذه المعلمات أداء LED تحت ظروف التشغيل النموذجية (I_F=20mA, Ta=25°C).

• شدة الإضاءة (I_v):45.0 مللي كانديلا (الحد الأدنى)، 112.0 مللي كانديلا (الحد الأقصى). تقع القيمة النموذجية ضمن هذا النطاق الواسع، والذي يتم إدارته من خلال نظام تصنيف (انظر القسم 3). زاوية المشاهدة (2θ_1/2) هي عادة 130 درجة، مما يوفر نمط إشعاع واسع ومنتشر.
• الخصائص الطيفية:
  • الطول الموجي الذروي (λ_p):عادة 621 نانومتر.
  • الطول الموجي السائد (λ_d):605.5 نانومتر (الحد الأدنى)، 625.5 نانومتر (الحد الأقصى). هذا هو الطول الموجي الذي تدركه العين البشرية وهو أيضًا خاضع للتصنيف.
  • عرض النطاق الطيفي (Δλ):عادة 18 نانومتر، يحدد نقاء اللون.
• الخصائص الكهربائية:
  • الجهد الأمامي (V_F):1.70 فولت (الحد الأدنى)، 2.00 فولت (النموذجي)، 2.40 فولت (الحد الأقصى) عند I_F=20mA. هذا الجهد المنخفض نسبيًا هو سمة مميزة لتكنولوجيا مادة AlGaInP.
  • التيار العكسي (I_R):10 ميكرو أمبير (الحد الأقصى) عند V_R=5V. ملاحظة حرجة تحدد أن الجهاز غير مصمم للعمل في انحياز عكسي؛ معلمة الاختبار هذه هي فقط لتوصيف التسرب.

2.3 الاعتبارات الحرارية

أداء LED يعتمد بشدة على درجة الحرارة. منحنى تخفيض التيار الأمامي ضروري للتصميم. مع زيادة درجة الحرارة المحيطة (T_a) فوق 25°C، يجب تقليل أقصى تيار أمامي مستمر مسموح به خطيًا لمنع ارتفاع درجة الحرارة والتدهور المتسارع. يوفر منحنى التخفيض العلاقة المحددة، مما يضمن بقاء درجة حرارة الوصلة ضمن الحدود الآمنة.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

لضمان الاتساق في الإنتاج الضخم، يتم فرز (تصنيف) مصابيح LED بناءً على معلمات رئيسية. وهذا يسمح للمصممين باختيار أجزاء تلبي متطلبات تطبيقية محددة للسطوع واللون.

3.1 تصنيف شدة الإضاءة

يتم تصنيف الناتج الضوئي إلى أربعة تصنيفات (P1, P2, Q1, Q2)، يغطي كل منها نطاقًا محددًا من 45.0 مللي كانديلا إلى 112.0 مللي كانديلا. على سبيل المثال، يحتوي التصنيف Q2 على مصابيح LED بشدة تتراوح بين 90.0 و 112.0 مللي كانديلا. ينطبق تسامح ±11% داخل كل تصنيف.

3.2 تصنيف الطول الموجي السائد

يتم فرز اللون (الطول الموجي السائد) إلى خمسة تصنيفات (E1 إلى E5)، تمتد من 605.5 نانومتر إلى 625.5 نانومتر بخطوات تقريبية 4 نانومتر. على سبيل المثال، يغطي التصنيف E4 من 617.5 إلى 621.5 نانومتر. يتم الحفاظ على تسامح أضيق ±1 نانومتر داخل كل تصنيف طول موجي.

3.3 تصنيف جهد التشغيل الأمامي

تلاحظ ورقة البيانات تسامح جهد أمامي يبلغ ±0.1 فولت، على الرغم من عدم تقديم جدول تصنيف محدد لـ V_Fفي المقتطف. يساعد هذا التسامح الضيق في تصميم دوائر دفع تيار متسقة.

4. تحليل منحنيات الأداء

توفر البيانات الرسومية نظرة أعمق في سلوك LED تحت ظروف متغيرة.

4.1 توزيع الطيف

يظهر منحنى الطيف ذروة واحدة محددة بوضوح تتمحور حول 621 نانومتر، مما يؤكد الانبعاث البرتقالي المحمر من مادة شريحة AlGaInP. يشير عرض النطاق الضيق إلى تشبع لوني جيد.

4.2 نمط الإشعاع

يوضح الرسم البياني القطبي التوزيع المكاني للضوء. يتم تأكيد زاوية المشاهدة النموذجية البالغة 130 درجة، مما يظهر نمط إشعاع شبه لامبرتي (جيب التمام) حيث تكون الشدة أعلى عند 0 درجة (عمودي على الشريحة) وتتناقص تدريجيًا نحو الجوانب.

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

يظهر هذا المنحنى العلاقة الأسية النموذجية للدايود. يرتفع الجهد بشكل حاد عند تيارات منخفضة جدًا ثم يزداد بشكل أكثر خطية في نطاق التشغيل العادي (حوالي 2.0 فولت عند 20 مللي أمبير).

4.4 شدة الإضاءة النسبية مقابل التيار الأمامي

يوضح هذا الرسم البياني أن ناتج الضوء يتناسب تقريبًا مع التيار الأمامي في نطاق التشغيل، على الرغم من أن الكفاءة قد تنخفض قليلاً عند تيارات عالية جدًا بسبب زيادة الحرارة.

4.5 شدة الإضاءة النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطة

هذا منحنى حرج يظهر التخميد الحراري. مع زيادة درجة الحرارة المحيطة، تنخفض شدة الإضاءة. يمكن أن ينخفض الناتج بشكل كبير مع اقتراب درجة الحرارة من الحد الأقصى للتشغيل، وهو عامل رئيسي للتصميمات في البيئات الساخنة.

5. المعلومات الميكانيكية ومواصفات العبوة

5.1 أبعاد العبوة

يتوافق LED مع مخطط العبوة "15-21" SMD. تحدد الرسومات الأبعاد التفصيلية الطول والعرض والارتفاع ومواضع الأطراف بتسامح قياسي يبلغ ±0.1 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. هذه المعلومات حاسمة لتصميم بصمة PCB وفحص المسافات الفاصلة.

5.2 تحديد القطبية

يشار إلى علامة كاثود واضحة على العبوة، وهي ضرورية للتوجيه الصحيح أثناء التجميع. تركيب LED بقطبية عكسية سيمنعه من الإضاءة وقد يعرضه لإجهاد جهد عكسي.

6. إرشادات اللحام والتجميع

التعامل السليم أمر حيوي للموثوقية.

6.1 تحديد التيار

مقاوم محدد للتيار خارجي إلزامي. الخاصية الأسية I-V لـ LED تعني أن زيادة صغيرة في الجهد يمكن أن تسبب زيادة كبيرة وربما مدمرة في التيار. يحدد المقاوم نقطة التشغيل.

6.2 الحساسية للرطوبة والتخزين

يتم تعبئة المكونات في كيس حاجز مقاوم للرطوبة مع مجفف. لا يجب فتح الكيس حتى تكون الأجزاء جاهزة للاستخدام. بعد الفتح، يجب تخزين مصابيح LED غير المستخدمة في ظروف 30°C/60% رطوبة نسبية أو أقل واستخدامها خلال 168 ساعة (7 أيام). إذا تم تجاوز ذلك، يلزم تجفيف عند 60±5°C لمدة 24 ساعة قبل الريفو لمنع تلف "انفشار الذرة" أثناء اللحام.

6.3 ملف تعريف لحام الريفو

يتم توفير ملف تعريف ريفو خالٍ من الرصاص مفصل:

• التسخين المسبق:150-200°C لمدة 60-120 ثانية.
• الوقت فوق نقطة الانصهار (217°C):60-150 ثانية.
• درجة الحرارة الذروية:260°C كحد أقصى، يتم الاحتفاظ بها لمدة لا تزيد عن 10 ثوانٍ.
• معدلات التسخين/التبريد:بحد أقصى 6°C/ثانية و 3°C/ثانية على التوالي.

يجب عدم إجراء الريفو أكثر من مرتين. يجب تجنب الإجهاد على جسم LED أثناء التسخين.

6.4 اللحام اليدوي والإصلاح

إذا كان اللحام اليدوي ضروريًا، يجب أن تكون درجة حرارة طرف المكواة أقل من 350°C، ويتم تطبيقها لمدة لا تزيد عن 3 ثوانٍ لكل طرف، باستخدام مكواة منخفضة الطاقة (<25W). يلزم فترة تبريد >2 ثانية بين الأطراف. لا ينصح بشدة بالإصلاح. إذا كان لا مفر منه، يجب استخدام مكواة لحام برأس مزدوج متخصص لتسخين كلا الطرفين في وقت واحد، مما يمنع الإجهاد الميكانيكي على وصلات اللحام. يجب تقييم احتمالية التلف الحراري أثناء الإصلاح مسبقًا.

7. معلومات التعبئة والطلب

7.1 مواصفات التعبئة

يتم توريد مصابيح LED في شريط حامل بارز بأبعاد محددة للجيوب وثقوب التروس. يتم لف الشريط على بكرة قياسية قطرها 7 بوصات (178 مم). تحتوي كل بكرة على 2000 قطعة.

7.2 تفاصيل البكرة والملصق

يتم توفير أبعاد البكرة الفارغة. يحتوي ملصق البكرة على معلومات حرجة:

• رقم جزء العميل (CPN)
• رقم جزء الشركة المصنعة (P/N): 15-21/S3C-AP1Q2/2T
• كمية التعبئة (QTY)
• رتبة شدة الإضاءة (CAT)
• رتبة اللونية/الطول الموجي السائد (HUE)
• رتبة الجهد الأمامي (REF)
• رقم الدفعة (LOT No.)

هذا التتبع ضروري لمراقبة الجودة ومطابقة المكونات في الإنتاج.

8. ملاحظات التطبيق واعتبارات التصميم

8.1 تصميم الدائرة الكهربائية

استخدم دائمًا مقاومًا على التوالي لضبط التيار الأمامي. احسب قيمة المقاوم باستخدام R = (V_supply- V_F) / I_F, حيث يجب اعتبار V_Fكأقصى قيمة (2.4V) من ورقة البيانات لضمان عدم تجاوز التيار للحد في أسوأ الظروف. ضع في اعتبارك تصنيف قدرة المقاوم (P = I_F²* R).

8.2 إدارة الحرارة

على الرغم من أن العبوة صغيرة، إلا أن تبديد الحرارة الفعال عبر PCB مهم للحفاظ على السطوع والعمر الطويل، خاصة في بيئات درجة الحرارة المحيطة العالية أو عند التشغيل بالقرب من التيار الأقصى. استخدم منحنى التخفيض لتحديد تيار التشغيل الآمن لأقصى درجة حرارة محيطة متوقعة لتطبيقك. تأكد من وجود مساحة نحاسية كافية حول وسادات LED على PCB لتعمل كمشتت للحرارة.

8.3 التكامل البصري

زاوية المشاهدة الواسعة البالغة 130 درجة تجعل هذا LED مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب إضاءة واسعة ومتساوية بدون بصريات ثانوية. للحصول على ضوء أكثر توجيهًا، قد تكون العدسات الخارجية أو أدلة الضوء ضرورية. تضمن الراتنج الشفاف المائي الحد الأدنى من امتصاص الضوء داخل العبوة نفسها.

9. الامتثال والمعلومات المادية

المنتج متوافق مع عدة توجيهات بيئية وأمنية رئيسية، وهي ميزة كبيرة للتصنيع الإلكتروني الحديث. تم التأكد من أنه خالٍ من الرصاص، متوافق مع توجيهية تقييد المواد الخطرة (RoHS). كما أنه يتوافق مع لائحة REACH التابعة للاتحاد الأوروبي فيما يتعلق بالمواد الكيميائية. علاوة على ذلك، فهو يلبي متطلبات الخلو من الهالوجين، حيث يكون محتوى البروم (Br) والكلور (Cl) أقل من 900 جزء في المليون لكل منهما، ومجموعهما أقل من 1500 جزء في المليون، مما يقلل من التأثير البيئي أثناء التخلص.

10. المقارنة التقنية والتمييز

مقارنةً بمصابيح LED التقليدية ذات الثقب المار أو SMD الأكبر حجمًا، فإن المميز الرئيسي لهذه العبوة 15-21 هو تصغيرها الاستثنائي، مما يتيح تصميمات مدمجة من الجيل التالي. يوفر استخدام مادة أشباه الموصلات AlGaInP ضوءًا برتقاليًا محمرًا بكفاءة مع استقرار لوني جيد على مدى درجة الحرارة والعمر الافتراضي، وغالبًا ما يكون أفضل من التقنيات الأقدم مثل GaAsP. يجمع بين زاوية مشاهدة واسعة، وتوافق قوي مع SMT، والامتثال البيئي الكامل، مما يجعله خيارًا حديثًا وموثوقًا للتطبيقات الحساسة للتكلفة والضخمة حيث تكون مساحة اللوحة ثمينة.

11. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

11.1 ما قيمة المقاوم التي يجب استخدامها مع مصدر طاقة 5 فولت؟

باستخدام أقصى V_Fبقيمة 2.4V و I_Fهدف بقيمة 20mA: R = (5V - 2.4V) / 0.020A = 130 أوم. ستكون القيمة القياسية الأقرب 130Ω أو 150Ω مناسبة. تبديد قدرة المقاوم سيكون P = (0.020)²* 130 = 0.052W، لذا فإن مقاوم 1/8W (0.125W) قياسي كافٍ.

11.2 هل يمكنني تشغيل هذا LED بدون مقاوم محدد للتيار إذا كان جهد مصدر الطاقة مطابقًا لجهد التشغيل الأمامي (V_F?

No.هذا غير موصى به بشدة. جهد التشغيل الأمامي له تسامح (1.7V إلى 2.4V) ويختلف مع درجة الحرارة. جهد مصدر ثابت عند، على سبيل المثال، 2.0V يمكن أن يسبب تيارًا مفرطًا في LED ذو V_Fمنخفض، مما يؤدي إلى فشل سريع. مقاوم على التوالي ضروري للتشغيل المستقر والآمن.

11.3 لماذا يكون وقت التخزين بعد فتح الكيس محدودًا بـ 7 أيام؟

يمكن لعبوات SMD امتصاص الرطوبة من الهواء. أثناء عملية لحام الريفو عالية الحرارة، يمكن لهذه الرطوبة المحتبسة أن تتبخر بسرعة، مما يخلق ضغطًا داخليًا يمكن أن يسبب انفصال الطبقات في العبوة أو تشقق القطعة ("انفشار الذرة"). حد 7 أيام وإجراء التجفيف هما ضوابط جودة حرجة لمنع هذا النمط من الفشل.

11.4 كيف أفسر رموز التصنيف (مثل Q2، E4) على الملصق؟

تخبرك رموز التصنيف بمجموعة أداء مصابيح LED على تلك البكرة. يشير "Q2" إلى مصابيح LED عالية السطوع (90-112 مللي كانديلا). يشير "E4" إلى طول موجي سائد في نطاق 617.5-621.5 نانومتر. استخدام أجزاء من نفس التصنيف يضمن الاتساق في السطوع واللون عبر منتجك.

12. أمثلة عملية للتصميم والاستخدام

12.1 إضاءة خلفية لمفاتيح لوحة القيادة

في لوحة قيادة السيارة، تتطلب مفاتيح متعددة إضاءة خلفية موحدة وموثوقة. يمكن وضع عدة من هذه المصابيح LED خلف غطاء مفتاح شفاف. تضمن زاوية المشاهدة الواسعة إضاءة متساوية عبر سطح المفتاح. يسمح جهد التشغيل المنخفض بتشغيلها مباشرة من أنظمة 5V أو 3.3V المنظمة للسيارة مع شبكات مقاوم بسيطة. نطاق درجة حرارة التشغيل العالي (-40°C إلى +85°C) مناسب للبيئة السيارة.

12.2 مؤشر حالة على جهاز شبكة

لمؤشر "نشاط الرابط" أو "الطاقة" على جهاز توجيه أو مودم، يوفر LED واحد إشارة بصرية واضحة. اللون البرتقالي المحمر مرئي للغاية. يمكن تشغيل المكون بواسطة دبوس GPIO من متحكم دقيق. يتم توصيل مقاوم على التوالي بين دبوس GPIO ومصعد LED، مع توصيل الكاثود بالأرض. يمكن لبرنامج المتحكم الدقيق تبديل الدبوس لإنشاء أنماط ثابتة أو وامضة. تنسيق SMD يسمح بتصميم منخفض للغاية على لوحة PCB الأمامية.

13. مبدأ التشغيل

يعتمد هذا LED على شريحة أشباه موصلات مصنوعة من فوسفيد الألومنيوم الغاليوم الإنديوم (AlGaInP). عند تطبيق جهد أمامي، يتم حقق الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة من وصلة أشباه الموصلات. عندما تتحد هذه حاملات الشحنة، فإنها تطلق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد التركيب المحدد لسبيكة AlGaInP طاقة فجوة النطاق، والتي بدورها تحدد الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث - في هذه الحالة، في الطيف البرتقالي المحمر (605-625 نانومتر). يتم استخراج الضوء الناتج داخل الشريحة من خلال السطح العلوي وتشكيله بواسطة عدسة راتنج الإيبوكسي الشفاف المائي للعبوة.

14. اتجاهات التكنولوجيا

يستمر الاتجاه العام في تكنولوجيا LED للمؤشرات والإضاءة الخلفية نحو كفاءة أعلى (مزيد من ناتج الضوء لكل وحدة طاقة كهربائية)، وزيادة التصغير إلى ما بعد عبوات مثل 15-21، ونطاق ألوان أوسع. هناك أيضًا تركيز قوي على تعزيز الموثوقية والعمر الطويل تحت ظروف قاسية، مثل درجة الحرارة والرطوبة الأعلى. تكامل الإلكترونيات التحكمية، مثل مشغلات التيار الثابت أو وحدات تحكم تعديل عرض النبضة (PWM)، مباشرة في عبوة LED هو اتجاه آخر متطور، مما يبسط تصميم الدائرة للمستخدم النهائي. علاوة على ذلك، فإن السعي نحو الاستدامة يستمر في دفع التقدم في المواد لتلبية اللوائح البيئية الأكثر صرامة باستمرار بما يتجاوز RoHS و REACH.