ورقة بيانات LED SMD طراز 17-21/T1D-KQ1R2B5Y/3T - عبوة 1.6x0.8x0.6 مم - جهد 2.7-3.1 فولت - قدرة 40 ميغاواط - أبيض نقي - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد LED طراز 17-21/T1D-KQ1R2B5Y/3T جهازًا مضغوطًا للتركيب السطحي (SMD) مصممًا للتطبيقات الإلكترونية الحديثة التي تتطلب التصغير والموثوقية العالية. يُصدر هذا LED أحادي اللون ضوءًا أبيض نقيًا، يتم تحقيقه من خلال شريحة InGaN مغلفة براتنج أصفر مُشتت. تكمن ميزته الأساسية في بصمته المادية المُصغرة بشكل كبير مقارنة بمصابيح LED التقليدية ذات الإطارات الرصاصية، مما يتيح كثافة أعلى للمكونات على لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs)، وتقليل مساحة تخزين المعدات، والمساهمة في النهاية في تطوير أجهزة نهائية أصغر حجمًا وأخف وزنًا. المكون متوافق بالكامل مع توجيه RoHS، ويتماشى مع لوائح REACH الأوروبية، ويتم تصنيعه كمنتج خالٍ من الهالوجين، مع التحكم الصارم في محتوى البروم والكلور ليكون أقل من المعايير الصناعية.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

يتمحور فلسفة التصميم خلف LED طراز 17-21 SMD حول تمكين التصغير. أبعاده المادية الصغيرة تترجم مباشرة إلى مساحة لوحة مطلوبة أصغر، مما يسمح للمصممين بإنشاء منتجات أكثر إحكاما. طبيعة العبوة خفيفة الوزن تجعلها مناسبة بشكل خاص للتطبيقات المحمولة والمصغرة حيث يكون كل جرام مهمًا. يتم توريد الجهاز على شريط بعرض 8 مم ملفوف على بكرات قطر 7 بوصات، مما يضمن التوافق مع معدات التجميع الآلي عالية السرعة (pick-and-place)، وهو أمر بالغ الأهمية للإنتاج الضخم. توافقه مع عمليات لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء والطور البخاري يوفر مرونة في التصنيع. تشمل الأسواق المستهدفة الرئيسية الإلكترونيات الاستهلاكية، ودواخل السيارات (خاصة إضاءة لوحات القيادة والمفاتيح الخلفية)، ومعدات الاتصالات لمؤشرات الحالة، والإضاءة الخلفية العامة لشاشات LCD ولوحات التحكم.

2. الغوص العميق في المعلمات التقنية

يقدم هذا القسم تحليلاً تفصيليًا وموضوعيًا للمعلمات الكهربائية والبصرية والحرارية الرئيسية المحددة في ورقة البيانات، موضحًا أهميتها لتصميم الدوائر والموثوقية.

2.1 القيم القصوى المطلقة

تحدد القيم القصوى المطلقة حدود الإجهاد التي إذا تم تجاوزها قد يحدث تلف دائم لـ LED. هذه ليست ظروف التشغيل العادية، بل هي عتبات لا يجب تجاوزها أبدًا.

• الجهد العكسي (VR): 5 فولت- تطبيق جهد انحياز عكسي أكبر من 5 فولت يمكن أن يتسبب في انهيار الوصلة فورًا. تشير ورقة البيانات صراحةً إلى أن الجهاز غير مصمم للتشغيل العكسي؛ هذا التصنيف هو في المقام الأول لشرط اختبار التيار العكسي (IR). في التطبيق، غالبًا ما تكون هناك حاجة إلى حماية خارجية للدائرة (مثل ثنائي موازٍ) إذا كان هناك احتمال لوجود جهد عكسي.
• التيار الأمامي (IF): 10 مللي أمبير- هذا هو الحد الأقصى للتيار المستمر الموصى به للتشغيل الموثوق طويل الأمد. يتسبب تجاوز هذا التيار في زيادة درجة حرارة الوصلة، وتسريع استهلاك شدة الإضاءة، وتقصير عمر الجهاز بشكل كبير.
• تيار الذروة الأمامي (IFP): 100 مللي أمبير- يمكن لـ LED تحمل نبضات تيار قصيرة (بدورة عمل 1/10 عند تردد 1 كيلوهرتز) تصل إلى 100 مللي أمبير. هذا ذو صلة بالتشغيل النبضي أو الارتفاعات اللحظية ولكن لا ينبغي استخدامه لحساب تبديد الطاقة في الحالة المستقرة.
• تبديد الطاقة (Pd): 40 ميغاواط- هذه هي أقصى طاقة يمكن للعبوة تبديدها كحرارة عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية. يتم حساب الطاقة الفعلية المبددة على أنها الجهد الأمامي (VF) * التيار الأمامي (IF). يتطلب التشغيل بالقرب من هذا الحد أو فوقه إدارة حرارية دقيقة.
• درجة حرارة التشغيل والتخزين:تم تصنيف الجهاز للتشغيل من -40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية ويمكن تخزينه من -40 درجة مئوية إلى +90 درجة مئوية. هذا النطاق الواسع يجعله مناسبًا للبيئات الصناعية والسيارات.
• درجة حرارة اللحام:تم تحديد ملفين: 260 درجة مئوية لمدة 10 ثوانٍ للحام بإعادة التدفق (نموذجي للعمليات الخالية من الرصاص)، و 350 درجة مئوية لمدة 3 ثوانٍ للحام اليدوي. الالتزام بهذه الحدود أمر بالغ الأهمية لمنع تلف وصلة القالب الداخلية أو الغلاف البلاستيكي.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

يتم قياس هذه المعلمات تحت ظروف الاختبار القياسية (Ta=25°C, IF=5mA) وتحدد أداء LED.

• شدة الإضاءة (Iv): 72.0 - 180.0 ملي كانديلا (نموذجي)- هذه هي كمية الضوء المرئي المنبعث في اتجاه محدد. النطاق الواسع جدًا (72 إلى 180 ملي كانديلا) يشير إلى أن مصابيح LED يتم فرزها إلى "صناديق" (bins) مختلفة بناءً على الناتج المقاس، وهو ما يتم تفصيله في قسم لاحق. تيار الاختبار البالغ 5 مللي أمبير أقل من الحد الأقصى المسموح به، مما يوفر هامش أمان للقياس.
• زاوية الرؤية (2θ1/2): 150° (نموذجي)- هذه هي الزاوية التي تكون عندها شدة الإضاءة نصف الشدة عند 0° (على المحور). زاوية رؤية 150 درجة واسعة جدًا، تنتج نمط انبعاث منتشر يشبه لامبرتيان، مناسب للإضاءة المساحية والإضاءة الخلفية حيث يكون التوزيع المتساوي للضوء مطلوبًا، بدلاً من شعاع مركز.
• الجهد الأمامي (VF): 2.7 فولت - 3.1 فولت (أقصى)- هذا هو انخفاض الجهد عبر LED عند تشغيله بتيار اختبار 5 مللي أمبير. يحدث التباين بسبب تفاوتات عملية أشباه الموصلات ويتم التحكم فيه أيضًا من خلال التصنيف (binning). يجب دائمًا استخدام مقاومة محددة للتيار على التوالي مع LED لضبط تيار التشغيل، لأن VF ليس قيمة ثابتة.
• التيار العكسي (IR): 50 ميكرو أمبير (أقصى)- هذا هو تيار التسرب عند تطبيق جهد انحياز عكسي 5 فولت. عادة ما يكون صغيرًا جدًا في الجهاز السليم.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

لضمان الاتساق في الإنتاج الضخم، يتم اختبار مصابيح LED وفرزها إلى مجموعات أداء أو "صناديق" (bins). يستخدم طراز 17-21/T1D-KQ1R2B5Y/3T نظام تصنيف متعدد المعلمات، كما هو موضح بالرمز "KQ1R2B5Y".

3.1 تصنيف شدة الإضاءة

يتم فرز شدة الإضاءة إلى أربعة صناديق متميزة (Q1, Q2, R1, R2). عند التحديد أو الطلب، يشير "R2" في رقم الجزء إلى الصندوق المحدد.

• الصندوق Q1:72.0 - 90.0 ملي كانديلا
• الصندوق Q2:90.0 - 112.0 ملي كانديلا
• الصندوق R1:112.0 - 140.0 ملي كانديلا
• الصندوق R2:140.0 - 180.0 ملي كانديلا

يسمح هذا للمصممين باختيار مستوى سطوع مناسب لتطبيقهم، حيث تُستخدم الصناديق الأعلى عادةً حيث يكون أقصى إخراج ضوئي أمرًا بالغ الأهمية.

3.2 تصنيف جهد التشغيل الأمامي

يتم تصنيف الجهد الأمامي بخطوات 0.1 فولت من 2.7 فولت إلى 3.1 فولت. يتوافق "B5" في رقم الجزء مع أحد هذه الصناديق. يمكن أن يساعد مطابقة صناديق VF في التصميم على ضمان تقاسم التيار بشكل موحد عند توصيل عدة مصابيح LED على التوازي.

• الصندوق 29:2.7 - 2.8 فولت
• الصندوق 30:2.8 - 2.9 فولت
• الصندوق 31:2.9 - 3.0 فولت
• الصندوق 32:3.0 - 3.1 فولت

3.3 تصنيف إحداثيات اللونية

يتم تحديد لون الضوء الأبيض من خلال إحداثياته اللونية (x, y) على مخطط CIE 1931. تحدد ورقة البيانات أربعة صناديق رباعية (3, 4, 5, 6) على هذا المخطط. من المحتمل أن يشير "Y" في رقم الجزء إلى الراتنج الأصفر المشتت وصندوق اللون المرتبط به (مثل الصندوق 5). التسامح المحدد هو ±0.01 في كل من إحداثيات x و y، وهو تسامح قياسي لمصابيح LED البيضاء ويضمن لونًا متسقًا مدركًا ضمن الدفعة.

4. المعلومات الميكانيكية ومواصفات العبوة

4.1 أبعاد العبوة

يحتوي LED طراز 17-21 SMD على عبوة مستطيلة مضغوطة. تشمل الأبعاد الرئيسية (بالمليمتر) حجم جسم نموذجي يبلغ طوله حوالي 1.6 مم وعرض 0.8 مم، بارتفاع حوالي 0.6 مم. يتم توفير الأبعاد الدقيقة، بما في ذلك مواضع الوسادات والتسامحات (±0.1 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك)، في رسم العبوة التفصيلي. يتم تمييز القطب السالب بوضوح، وهو أمر ضروري للتوجيه الصحيح أثناء التجميع. يتطلب الحجم الصغير تصميمًا دقيقًا لوسادات PCB لضمان اللحام السليم والاستقرار الميكانيكي.

4.2 التعبئة والتغليف والتعامل

يتم تسليم المكونات في تغليف حساس للرطوبة (MSD). يتم توريدها على شريط حامل بارز (بتباعد 8 مم) ملفوف على بكرات قطر 7 بوصات، مع 3000 قطعة لكل بكرة. يشمل التغليف مجففًا ويتم إغلاقه داخل كيس مقاوم للرطوبة من الألومنيوم. يحتوي ملصق البكرة على معلومات حرجة: رقم جزء العميل (CPN)، رقم جزء الشركة المصنعة (P/N)، الكمية (QTY)، ورموز الصناديق المحددة لشدة الإضاءة (CAT)، واللونية (HUE)، والجهد الأمامي (REF).

5. إرشادات اللحام والتركيب

التعامل السليم واللحام أمران بالغا الأهمية لموثوقية مكونات SMD.

5.1 التخزين والحساسية للرطوبة

الـ LED حساس للرطوبة (يُفترض تصنيف MSL). لا يجب فتح الكيس حتى تكون المكونات جاهزة للاستخدام. بعد الفتح، يجب تخزين مصابيح LED غير المستخدمة عند ≤30 درجة مئوية و ≤60% رطوبة نسبية واستخدامها خلال 168 ساعة (7 أيام). إذا تم تجاوز هذه الفترة أو أشار المجفف إلى التشبع، فإنه يلزم عملية تجفيف عند 60±5 درجة مئوية لمدة 24 ساعة قبل الاستخدام لإزالة الرطوبة الممتصة ومنع ظاهرة "الفشار" (popcorning) أثناء لحام إعادة التدفق.

5.2 عملية اللحام

لحام إعادة التدفق:تم تحديد ملف لحام خالٍ من الرصاص بدرجة حرارة ذروية 260 درجة مئوية لمدة تصل إلى 10 ثوانٍ. يجب ألا يخضع المكون لأكثر من دورتي لحام بإعادة التدفق. يجب تجنب الإجهاد على جسم LED أثناء التسخين.

اللحام اليدوي:إذا لزم الأمر، يمكن إجراء اللحام اليدوي بدرجة حرارة طرف المكواة ≤350 درجة مئوية لمدة ≤3 ثوانٍ لكل طرف، باستخدام مكواة منخفضة الطاقة (≤25 واط). يوصى بفترة تبريد >2 ثانية بين الأطراف. تحذر ورقة البيانات بشدة من أن اللحام اليدوي غالبًا ما يؤدي إلى التلف.

الإصلاح:يُثبط بشدة عن الإصلاح بعد اللحام. إذا كان لا مفر منه، يجب استخدام مكواة لحام مزدوجة الرأس متخصصة لتسخين كلا الطرفين في وقت واحد، لمنع الإجهاد الحراري على القالب. يجب تقييم تأثير ذلك على خصائص LED مسبقًا.

6. اقتراحات التطبيق واعتبارات التصميم

6.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

• الإضاءة الخلفية:مثالي لمجموعات أدوات لوحة القيادة، والمفاتيح الغشائية، ولوحات المفاتيح، والرموز نظرًا لزاوية رؤيته الواسعة وتوزيعه المتساوي للضوء.
• مؤشرات الحالة:مثالي لمؤشرات حالة الطاقة، أو الاتصال، أو الوظيفة في معدات الاتصالات (الهواتف، والفاكسات)، والإلكترونيات الاستهلاكية، وضوابط الصناعية.
• الإضاءة الخلفية لشاشات LCD:يمكن استخدامه للإضاءة الخلفية ذات الإضاءة الجانبية أو المباشرة في شاشات LCD صغيرة أحادية اللون أو ملونة.
• مؤشر للأغراض العامة:أي تطبيق يتطلب ضوء مؤشر أبيض ساطع وموثوق ومضغوط.

6.2 اعتبارات التصميم الحرجة

1. تحديد التيار إلزامي:الـ LED هو جهاز يعمل بالتيار. يجب دائمًا استخدام مقاومة على التوالي لضبط التيار الأمامي. تحذر ورقة البيانات من أنه بدونها، يمكن أن يتسبب تغيير صغير في جهد التغذية في تغيير كبير ومدمر في التيار. يتم حساب قيمة المقاومة باستخدام قانون أوم: R = (V_supply - VF_LED) / I_desired. استخدم دائمًا أقصى قيمة VF من الصندوق أو ورقة البيانات لتصميم متحفظ.
2. الإدارة الحرارية:على الرغم من أن العبوة صغيرة، فإن تبديد الطاقة (حتى 40 ميغاواط) يولد حرارة. للتشغيل المستمر عند تيارات عالية (قرب 10 مللي أمبير)، تأكد من أن PCB يحتوي على تخفيف حراري كافٍ، خاصة إذا كانت هناك عدة مصابيح LED مجمعة. تقلل درجات حرارة الوصلة العالية من إخراج الضوء وعمر التشغيل.
3. حماية من الكهرباء الساكنة (ESD):يتمتع الجهاز بتصنيف ESD HBM يبلغ 150 فولت، وهو منخفض نسبيًا. يجب اتباع احتياطات ESD القياسية أثناء التعامل والتجميع.
4. التصميم البصري:تخلق زاوية الرؤية 150 درجة والراتنج الأصفر المشتت شعاعًا ناعمًا وعريضًا. للإضاءة المركزة، ستكون هناك حاجة إلى عدسات خارجية أو أدلة ضوئية. يساعد الراتنج المشتت في تحقيق مظهر موحد عند استخدامه خلف لوحة مشتتة.

7. المقارنة التقنية والتمييز

تقع عبوة 17-21 في فئة مصابيح LED SMD صغيرة جدًا. عوامل التمييز الرئيسية لها هي مزيجها من شدة إضاءة عالية نسبيًا (تصل إلى 180 ملي كانديلا) ضمن بصمة صغيرة للغاية (1.6x0.8 مم). مقارنة بمصابيح LED SMD الأكبر (مثل 3528، 5050)، فإنها توفر توفيرًا فائقًا للمساحة ولكن قد يكون لها إخراج ضوئي إجمالي أقل أو قدرة أقل على التعامل مع الطاقة. مقارنة بمصابيح LED الشريحية الأصغر حجمًا، فإنها توفر تعاملًا أسهل بسبب شكلها المعبأ والعدسة المدمجة. يوفر التصنيف الصريح للشدة، والجهد، واللونية مستوى من اتساق الأداء الذي يعتبر بالغ الأهمية للتطبيقات التي تتطلب مظهرًا موحدًا، مثل مصفوفات الإضاءة الخلفية.

8. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

س: لماذا يقتصر التيار الأمامي على 10 مللي أمبير إذا كان يمكنه تحمل نبضات 100 مللي أمبير؟

ج: تصنيف 10 مللي أمبير مخصص للتشغيل المستمر، مما يضمن الموثوقية طويلة الأمد والحفاظ على الأداء البصري المحدد. تصنيف النبضة 100 مللي أمبير مخصص لفترات قصيرة (مثل 0.1 مللي ثانية كل 1 مللي ثانية). يتسبب التشغيل المستمر عند تيار مرتفع في زيادة درجة حرارة الوصلة، مما يؤدي إلى تسريع تدهور الفسفور وأشباه الموصلات، مما يؤدي إلى التعتيم المبكر أو الفشل.

س: كيف أختار مقاومة تحديد التيار المناسبة؟

ج: استخدم الصيغة R = (V_supply - VF) / IF. لتغذية 5 فولت وتيار مستهدف 5 مللي أمبير، باستخدام أقصى VF وهو 3.1 فولت للأمان: R = (5 - 3.1) / 0.005 = 380 أوم. ستكون القيمة القياسية الأقرب (390 أوم) خيارًا جيدًا. تحقق دائمًا من تصنيف قدرة المقاومة: P = I^2 * R.

س: هل يمكنني تشغيل هذا LED مباشرة من دبوس GPIO لوحدة التحكم الدقيقة؟

ج: ربما، ولكن بحذر. يمكن لدبوس GPIO نموذجي توفير/استيعاب 20-25 مللي أمبير. يجب عليك تضمين مقاومة على التوالي. أيضًا، تأكد من أن جهد خرج وحدة التحكم الدقيقة مرتفع بدرجة كافية للتغلب على VF الخاص بـ LED (2.7-3.1 فولت). قد تعمل وحدة تحكم دقيقة بجهد 3.3 فولت عند الطرف الأدنى من نطاق VF، ولكن إمداد 5 فولت أكثر موثوقية. لا تقم بتوصيل LED مباشرة بين الدبوس والأرض بدون مقاومة أبدًا.

س: ماذا يعني "خالٍ من الرصاص" و"خالٍ من الهالوجين" لتطبيقي؟

ج: "خالٍ من الرصاص" يعني أن الطلاءات القابلة للحام لا تحتوي على رصاص، متوافقة مع اللوائح البيئية مثل RoHS. "خالٍ من الهالوجين" (Br <900 جزء في المليون، Cl <900 جزء في المليون، Br+Cl <1500 جزء في المليون) يعني أن مادة التغليف البلاستيكية تحتوي على الحد الأدنى من الهالوجينات، مما يقلل من انبعاث الأبخرة السامة إذا تعرض الجهاز لحرارة شديدة أو حريق، مما يحسن الملامح البيئية والسلامة.

9. حالة عملية للتصميم والاستخدام

السيناريو: تصميم لوحة مفاتيح مضاءة خلفيًا لجهاز طبي.

يتطلب التصميم 12 ضوء مؤشر أبيض خلف مفاتيح مطاط السيليكون. المساحة محدودة للغاية على PCB ذات الوجهين. تم اختيار LED طراز 17-21 لبصمته الدنيا. يختار المصمم صندوق شدة الإضاءة R2 لضمان رؤية جيدة في بيئة مضاءة بشكل ساطع. يتم تحديد جميع مصابيح LED من نفس صندوق VF (مثل 30) لتعزيز السطوع المتساوي عند توصيلها في تكوين متوازٍ يتم تشغيله بواسطة مقاومة محددة للتيار لكل فرع متوازٍ (وليس مقاومة واحدة لجميع الـ 12). يضع تخطيط PCB وسادات التخفيف الحراري وفقًا لرسم ورقة البيانات. يتم توجيه ورشة التجميع باتباع ملف إعادة التدفق المحدد والحفاظ على المكونات في كيسها المغلق حتى لحظة التركيب. بعد التجميع، تضمن زاوية الرؤية الواسعة 150 درجة إضاءة كل مفتاح بشكل متساوٍ دون نقاط ساخنة.

10. مبدأ التشغيل واتجاهات التكنولوجيا

10.1 مبدأ التشغيل الأساسي

هذا هو LED أبيض محول بالفوسفور. النواة هي شريحة أشباه موصلات مصنوعة من نيتريد الغاليوم الإنديوم (InGaN) تصدر ضوءًا في الطيف الأزرق أو فوق البنفسجي القريب عند انحيازها أماميًا (الانبعاث الكهربائي). ثم يتم امتصاص هذا الضوء الأساسي بواسطة طبقة فسفور - فسفور أصدر أصفر في هذه الحالة، معلق في الراتنج المشتت المغلف. يعيد الفسفور إصدار الضوء بأطوال موجية أطول (أصفر). يؤدي الجمع بين الضوء الأزرق غير المحول من الشريحة والضوء الأصفر المحول من الفسفور إلى إدراك ضوء "أبيض". يتم تحديد الدرجة الدقيقة (أبيض بارد، أبيض نقي، أبيض دافئ) من خلال تركيبة وكمية الفسفور المستخدم، والتي يتم التحكم فيها أثناء التصنيع للوصول إلى صناديق اللونية المحددة.

10.2 اتجاهات التكنولوجيا الموضوعية

يستمر الاتجاه العام في تكنولوجيا LED SMD نحو عدة أهداف رئيسية:زيادة الكفاءة (لومن/واط):تحسين إخراج الضوء لكل وحدة من مدخلات الطاقة الكهربائية، مما يقلل من استهلاك الطاقة والحمل الحراري.موثوقية وعمر تشغيل أعلى:تعزيز المواد والتغليف لتحمل درجات حرارة أعلى وساعات تشغيل أكثر مع الحد الأدنى من استهلاك شدة الإضاءة.تحسين اتساق اللون وإعادة إنتاجه:تسامحات تصنيف (binning) أكثر ضيقًا وتطوير فسفور يقدم قيم مؤشر تجسيد اللون (CRI) أعلى للحصول على ضوء أبيض أكثر طبيعية.مزيد من التصغير:تطوير بصمات عبوات أصغر مع الحفاظ على إخراج الضوء أو زيادته.حلول متكاملة:نمو مصابيح LED ذات منظمات تيار مدمجة، أو وحدات تحكم، أو شرائح متعددة في عبوة واحدة لتبسيط تصميم الدوائر. يمثل LED طراز 17-21 نقطة ناضجة وفعالة من حيث التكلفة في هذا التطور المستمر، محسّنة للأداء الموثوق في التطبيقات ذات المساحة المحدودة وحجم الإنتاج الضخم.