مواصفات LED SMD 15-215/G7C-BN1P2B/2T - أصفر أخضر لامع - 20 مللي أمبير - 2.35 فولت كحد أقصى - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد 15-215/G7C-BN1P2B/2T ثنائي باعث للضوء من نوع جهاز مُركَّب على السطح (SMD)، يستخدم شريحة أشباه موصلات من فوسفيد الألومنيوم جاليوم إنديوم (AlGaInP) لإصدار ضوء أصفر أخضر لامع. يتميز هذا الثنائي الباعث للضوء بحجمه الصغير، مما يُسهِّل تصميم لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) الأصغر حجمًا، ويزيد من كثافة المكونات المُركَّبة، ويُتيح في النهاية تطوير معدات إلكترونية أكثر دقة. كما أن بنيته خفيفة الوزن تُعزِّز من ملاءمته للتطبيقات التي تكون فيها المساحة والوزن قيودًا حرجة.

يتم تعبئة الجهاز على شريط بعرض 8 مم ملفوف على بكرة قطرها 7 بوصات، مما يجعله متوافقًا تمامًا مع معدات التجميع الآلي القياسية (pick-and-place). تم تصميمه للاستخدام مع عمليات لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء والطور البخاري. المنتج متوافق مع اللوائح البيئية والسلامة الرئيسية، فهو خالٍ من الرصاص، ومتوافق مع توجيه الاتحاد الأوروبي RoHS، ولوائح REACH التابعة للاتحاد الأوروبي، ويُلبي معايير الخلو من الهالوجين (البروم <900 جزء في المليون، الكلور <900 جزء في المليون، Br+Cl < 1500 جزء في المليون).

2. الغوص العميق في المعايير الفنية

2.1 القيم القصوى المطلقة

تُعرِّف القيم القصوى المطلقة الحدود التي إذا تم تجاوزها قد يحدث تلف دائم للجهاز. يتم تحديد هذه القيم عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية. أقصى جهد عكسي (VR) هو 5 فولت. أقصى تيار أمامي مستمر (IF) هو 25 مللي أمبير. 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 ملي 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) هو من -40 درجة مئوية إلى +90 درجة مئوية. بالنسبة للحام، يمكنه تحمل لحام إعادة التدفق عند 260 درجة مئوية لمدة 10 ثوانٍ أو اللحام اليدوي عند 350 درجة مئوية لمدة أقصاها 3 ثوانٍ.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

يتم تعريف الأداء الأساسي تحت ظروف الاختبار القياسية (Ta=25°C، IF=20mA). تتراوح شدة الإضاءة (Iv) ضمن نطاق نموذجي. يتميز الجهاز بزاوية مشاهدة واسعة (2θ1/2) تبلغ حوالي 140 درجة. الطول الموجي الذروي (λp) حوالي 575 نانومتر، مع طول موجي سائد (λd) يتراوح من 567.5 نانومتر إلى 575.5 نانومتر. عرض النطاق الطيفي (Δλ) هو نموذجيًا 20 نانومتر. يتراوح جهد التشغيل الأمامي (VF) من 1.75 فولت إلى 2.35 فولت. التيار العكسي (IR) هو بحد أقصى 10 ميكرو أمبير عند تطبيق جهد عكسي (VR) بقيمة 5 فولت. من المهم جدًا ملاحظة أن الجهاز غير مصمم للتشغيل تحت انحياز عكسي؛ تصنيف VR هو فقط لاختبار معلمة IR.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

لضمان الاتساق في الإنتاج، يتم فرز الثنائيات الباعثة للضوء إلى مجموعات (Bins) بناءً على المعايير الرئيسية. وهذا يسمح للمصممين باختيار قطع تلبي معايير أداء محددة لتطبيقهم.

3.1 تصنيف شدة الإضاءة

يتم تصنيف شدة الإضاءة إلى أربع مجموعات (N1، N2، P1، P2) مقاسة عند IF=20mA. تُحدد المجموعات القيم الدنيا والقصوى لضمان مستوى سطوع معين. يجب على المصممين مراعاة تسامح إضافي قدره ±11% على شدة الإضاءة داخل المجموعة الواحدة.

3.2 تصنيف الطول الموجي السائد

يتم فرز اللون، المُعرَّف بالطول الموجي السائد، إلى أربع مجموعات (C15، C16، C17، C18)، كل منها يغطي نطاق 2 نانومتر من 567.5 نانومتر إلى 575.5 نانومتر. ينطبق تسامح قدره ±1 نانومتر على الطول الموجي السائد داخل المجموعة الواحدة.

3.3 تصنيف جهد التشغيل الأمامي

يتم تجميع جهد التشغيل الأمامي في ثلاث مجموعات (0، 1، 2)، كل منها يمتد على نطاق 0.2 فولت من 1.75 فولت إلى 2.35 فولت. ينطبق تسامح قدره ±0.1 فولت على جهد التشغيل الأمامي داخل المجموعة الواحدة. يُعد هذا التصنيف بالغ الأهمية لتصميم دوائر قيادة تيار متسقة، خاصةً عند توصيل عدة ثنائيات باعثة للضوء على التوازي.

4. تحليل منحنيات الأداء

توفر ورقة البيانات عدة منحنيات مميزة توضح سلوك الجهاز تحت ظروف متغيرة. يُظهر منحنىشدة الإضاءة النسبية مقابل التيار الأماميكيف يزداد خرج الضوء مع التيار، عادةً بطريقة شبه خطية عند التيارات الأعلى بسبب التسخين وانخفاض الكفاءة. يُعد منحنىتقليل تصنيف التيار الأماميأساسيًا للإدارة الحرارية؛ فهو يشير إلى أنه يجب تقليل الحد الأقصى المسموح به للتيار الأمامي مع زيادة درجة الحرارة المحيطة عن 25 درجة مئوية لمنع تجاوز درجة حرارة التقاطع القصوى وحدود تبديد الطاقة. يُظهر رسمتوزيع الطيفالقدرة الإشعاعية النسبية كدالة للطول الموجي، متمركزة حول 575 نانومتر مع عرض النطاق المميز البالغ 20 نانومتر. يُظهر منحنىالتيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V)العلاقة الأسية النموذجية للثنائي؛ حيث تؤدي زيادة صغيرة في الجهد إلى زيادة كبيرة في التيار، مما يؤكد ضرورة وجود دائرة تحديد تيار. يمثلمخطط الإشعاع(الرسم القطبي) التوزيع المكاني لشدة الضوء بشكل مرئي، مؤكدًا زاوية المشاهدة البالغة 140 درجة.

5. المعلومات الميكانيكية ومواصفات العبوة

يوفر رسم العبوة الأبعاد الحرجة لتصميم البصمة على اللوحة الإلكترونية (PCB). تشمل القياسات الرئيسية الطول والعرض الإجماليين، وحجم وموضع وسادات اللحام، وارتفاع المكون. التسامح النموذجي هو ±0.1 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. يتم الإشارة إلى القطبية على الجهاز نفسه، والتي يجب محاذاتها بشكل صحيح مع علامة القطبية المقابلة على بصمة اللوحة الإلكترونية لضمان التشغيل السليم.

6. إرشادات اللحام والتركيب

يُعد التعامل واللحام السليمان أمران حيويان للموثوقية. يتم توريد الجهاز في عبوات حساسة للرطوبة. لا يجب فتح الكيس حتى تكون المكونات جاهزة للاستخدام. بمجرد الفتح، يجب تخزين الثنائيات الباعثة للضوء عند درجة حرارة ≤30 درجة مئوية ورطوبة نسبية ≤60% واستخدامها خلال 168 ساعة (7 أيام). إذا تم تجاوز هذا الوقت أو أظهر مؤشر المجفف (السيليكا جل) التشبع، فإنه يلزم معالجة بالتسخين (Baking) عند 60±5 درجة مئوية لمدة 24 ساعة قبل الاستخدام.

للحام إعادة التدفق الخالي من الرصاص، يجب اتباع منحنى درجة حرارة محدد: التسخين المسبق بين 150-200 درجة مئوية لمدة 60-120 ثانية، وقت فوق نقطة الانصهار (217 درجة مئوية) من 60-150 ثانية، درجة حرارة ذروة لا تتجاوز 260 درجة مئوية يتم الحفاظ عليها لمدة أقصاها 10 ثوانٍ، ومعدلات تبريد مُتحكَّم بها. لا ينبغي إجراء لحام إعادة التدفق أكثر من مرتين. أثناء اللحام اليدوي، يجب أن تكون درجة حرارة طرف المكواة أقل من 350 درجة مئوية، ولا يجب أن يتجاوز وقت التلامس لكل طرف 3 ثوانٍ، ويجب ترك فاصل زمني مناسب بين لحام كل طرف. لا يُنصح بالإصلاح بعد اللحام الأولي، ولكن إذا كان لا مفر منه، فيجب استخدام مكواة لحام مزدوجة الرأس متخصصة لتسخين كلا الطرفين في وقت واحد وتجنب الإجهاد الميكانيكي.

7. معلومات التعبئة والطلب

يتم تسليم الثنائيات الباعثة للضوء في نظام تعبئة مقاوم للرطوبة. يتم تحميلها في شريط ناقل، والذي يتم لفه بعد ذلك على بكرة قطرها 7 بوصات. تحتوي كل بكرة على 2000 قطعة. يتم ختم البكرة، مع المجفف، داخل كيس ألومنيوم مقاوم للرطوبة. يحتوي ملصق الكيس على معلومات أساسية للتتبع والتعريف، بما في ذلك رقم المنتج، والكمية، ورموز المجموعات المحددة لشدة الإضاءة (CAT)، والطول الموجي السائد (HUE)، وجهد التشغيل الأمامي (REF).

8. اقتراحات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

اللون الأصفر الأخضر اللامع وتنسيق SMD يجعلان هذا الثنائي الباعث للضوء مناسبًا لأدوار متنوعة كمؤشر وإضاءة خلفية. تشمل التطبيقات الأساسية: الإضاءة الخلفية لعدادات لوحات أجهزة القياس ومفاتيح الغشاء، ومؤشرات الحالة والإضاءة الخلفية للأزرار في أجهزة الاتصالات مثل الهواتف وأجهزة الفاكس، والإضاءة الخلفية المسطحة للشاشات البلورية السائلة الصغيرة، والمفاتيح، والرموز. تتيح طبيعته العامة الاستخدام أيضًا في الإلكترونيات الاستهلاكية، والتحكم الصناعي، والأجهزة المحمولة.

8.2 اعتبارات التصميم

قيادة التيار:مقاومة خارجية لتحديد التيار إلزامية. تعني الخاصية الأسية لـ I-V أن حتى تباينًا صغيرًا في جهد التغذية يمكن أن يتسبب في تغيير كبير، وربما مدمر، في التيار الأمامي. يجب حساب قيمة المقاومة بناءً على جهد التغذية، وجهد التشغيل الأمامي للثنائي الباعث للضوء (مع مراعاة المجموعة والتسامح)، والتيار التشغيلي المطلوب (لا يتجاوز 25 مللي أمبير مستمر).
الإدارة الحرارية:على الرغم من أن تبديد الطاقة منخفض، إلا أن تخطيط اللوحة الإلكترونية (PCB) السليم مهم. تأكد من وجود مساحة كافية من النحاس حول وسادات اللحام لتعمل كمشتت حراري، خاصةً إذا كان التشغيل عند درجات حرارة محيطة عالية أو بالقرب من أقصى تيار. التزم بمنحنى تقليل تصنيف التيار.
حماية التفريغ الكهروستاتيكي (ESD):على الرغم من تصنيفه لـ 2000 فولت HBM، يجب مراعاة احتياطات ESD القياسية أثناء التعامل والتركيب.

9. المقارنة الفنية والتمييز

مقارنةً بالثنائيات الباعثة للضوء التقليدية ذات الأطراف (Leaded)، يقدم نوع SMD هذا مزايا كبيرة في الحجم، والوزن، والملاءمة للتجميع الآلي، مما يؤدي إلى خفض تكاليف التصنيع الإجمالية. ضمن مشهد الثنائيات الباعثة للضوء SMD، يقدم استخدام مادة AlGaInP للإصدار الأصفر الأخضر عادةً كفاءة إضاءة أعلى وتشبع لوني أفضل من التقنيات الأقدم مثل GaP. زاوية المشاهدة الواسعة البالغة 140 درجة هي ميزة رئيسية للتطبيقات التي تتطلب رؤية واسعة، على عكس الثنائيات الباعثة للضوء ذات الزوايا الضيقة المستخدمة للإضاءة المركزة. امتثاله لمعايير البيئة الحديثة (RoHS، الخالي من الهالوجين) هو متطلب أساسي لمعظم المنتجات الإلكترونية المعاصرة.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير الفنية)

س: ما قيمة المقاومة التي يجب أن أستخدمها مع مصدر تغذية 5 فولت؟
ج: يجب عليك استخدام أقصى جهد أمامي من المجموعة (مثل 2.35 فولت من المجموعة 2) والتيار المطلوب (مثل 20 مللي أمبير). باستخدام قانون أوم: R = (جهد التغذية - Vf) / If = (5V - 2.35V) / 0.020A = 132.5 أوم. ستكون مقاومة قياسية بقيمة 130 أو 150 أوم مناسبة، مع ضمان ألا يتجاوز التيار 25 مللي أمبير حتى عند أدنى Vf.

س: هل يمكنني تشغيل هذا الثنائي الباعث للضوء بدون مقاومة تحديد تيار باستخدام مصدر جهد ثابت؟
ج: لا. هذا سيدمر الثنائي الباعث للضوء على الأرجح بسبب تدفق التيار غير المنضبط الناتج عن الخاصية الأسية لـ I-V للثنائي.

س: كيف تؤثر درجة الحرارة على السطوع؟
ج: عادةً ما تنخفض شدة الإضاءة مع زيادة درجة حرارة التقاطع. يعكس منحنى تقليل التصنيف هذا بشكل غير مباشر من خلال طلب تيارات أقل عند درجات الحرارة المحيطة العالية لمنع ارتفاع درجة الحرارة، مما يقلل من الكفاءة والعمر الافتراضي بشكل أكبر.

س: ما الفرق بين الطول الموجي الذروي والطول الموجي السائد؟
ج: الطول الموجي الذروي (λp) هو الطول الموجي الذي يكون عنده توزيع القدرة الطيفية في أقصى حد. الطول الموجي السائد (λd) هو الطول الموجي الفردي للضوء أحادي اللون الذي يتطابق مع اللون المُدرك للثنائي الباعث للضوء. لباعث ضيق النطاق مثل هذا، غالبًا ما يكونان متقاربين، لكن λd أكثر صلة بتحديد اللون.

11. حالة عملية للتصميم والاستخدام

الحالة: تصميم لوحة مؤشر حالة متعددة الثنائيات الباعثة للضوء.يقوم مصمم بإنشاء لوحة تحكم تحتوي على 10 مؤشرات حالة باللون الأصفر الأخضر. لضمان سطوع موحد، يجب عليهم تحديد ثنائيات باعثة للضوء من نفس مجموعة شدة الإضاءة (مثل جميعها P1). لضمان مظهر لوني متسق، يجب عليهم تحديد ثنائيات باعثة للضوء من نفس مجموعة الطول الموجي السائد (مثل جميعها C17). لتبسيط دائرة القيادة وضمان توزيع تيار متساوٍ إذا تم وضع الثنائيات الباعثة للضوء على التوازي، يُوصى بشدة بتحديد ثنائيات باعثة للضوء من نفس مجموعة جهد التشغيل الأمامي (مثل جميعها 1). ستتكون دائرة القيادة من منظم جهد (مثل 5 فولت) ومقاومة تحديد تيار واحدة لكل ثنائي باعث للضوء (أو دائرة متكاملة مخصصة لقيادة الثنائيات الباعثة للضوء (LED Driver IC) لتحسين التحكم وقدرة التعتيم). سيقوم تخطيط اللوحة الإلكترونية بتجميع الثنائيات الباعثة للضوء معًا ولكنه يوفر صب نحاسي كافٍ لتبديد الحرارة، خاصةً إذا كان من المقرر إضاءتها في وقت واحد لفترات طويلة.

12. مقدمة عن المبدأ العلمي

يعمل هذا الثنائي الباعث للضوء على مبدأ الإضاءة الكهربائية (Electroluminescence) في وصلة أشباه الموصلات من النوع p-n. عند تطبيق جهد أمامي، يتم حقن الإلكترونات من منطقة AlGaInP من النوع n عبر الوصلة إلى منطقة النوع p، ويتم حقن الفجوات (Holes) في الاتجاه المعاكس. تتحد حاملات الشحنة هذه في المنطقة النشطة بالقرب من الوصلة. في أشباه الموصلات ذات الفجوة المباشرة (Direct Bandgap) مثل AlGaInP، يطلق هذا الاتحاد الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد التركيب المحدد لذرات الألومنيوم، والجاليوم، والإنديوم، والفوسفيد طاقة الفجوة، والتي تحدد مباشرة الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث - في هذه الحالة، الأصفر الأخضر اللامع (~575 نانومتر). يعمل غلاف راتنج الإيبوكسي على حماية شريحة أشباه الموصلات، وتشكيل حزمة خرج الضوء (مما يخلق زاوية المشاهدة البالغة 140 درجة)، وتوفير الاستقرار الميكانيكي.

13. اتجاهات التطور

يستمر الاتجاه العام في الثنائيات الباعثة للضوء SMD مثل هذا نحو كفاءة إضاءة أعلى (مزيد من خرج الضوء لكل واط كهربائي)، وتحسين اتساق اللون وتقليل تسامح التصنيف (Binning)، وتعزيز الموثوقية تحت الظروف البيئية القاسية. تتطور العبوات للسماح ببصمات أصغر حجمًا ومظهرًا أقل سماكة مع الحفاظ على الأداء الحراري أو تحسينه. هناك أيضًا دافع قوي نحو قابلية ضبط الطيف الكامل والثنائيات الباعثة للضوء الذكية والقابلة للعنونة والمتكاملة مع دوائر التحكم. علم المواد الأساسي لثنائيات AlGaInP الباعثة للضوء ناضج، لكن البحث المستمر يركز على تحسين الكفاءة عند كثافات تيار أعلى وتحسين طول العمر. التركيز على الامتثال البيئي (الخالي من الهالوجين، RoHS) أصبح الآن معيارًا وسيستمر كمتطلب أساسي لجميع المكونات الإلكترونية.