ورقة بيانات LED SMD 19-22/R6GHC-C02/2T - 2.0x1.6x0.8mm - أحمر/أخضر - 5mA - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد 19-22/R6GHC-C02/2T مصباح LED سطحي التركيب (SMD) مدمجًا، مُصممًا للتجميعات الإلكترونية عالية الكثافة. يجمع هذا المكون بين تقنيتين مختلفتين لشرائح LED داخل عبوة واحدة: شريحة من مادة AlGaInP لإصدار اللون الأحمر اللامع (المُشار إليها بـ R6) وشريحة من مادة InGaN لإصدار اللون الأخضر اللامع (المُشار إليها بـ GH). يوفر هذا التكوين متعدد الألوان مرونة في التصميم ضمن مساحة صغيرة جدًا.

الميزة الأساسية لهذا الـ LED هي حجمه المُصغر بشكل كبير مقارنة بمكونات الإطار الرصاصي التقليدية. يتيح هذا التصغير تصميم لوحات دوائر مطبوعة (PCB) أصغر، وكثافة أعلى للمكونات، ومتطلبات تخزين أقل، ويساهم في النهاية في تطوير معدات نهائية أكثر إحكاما للمستخدم. كما أن بنيته خفيفة الوزن تجعله خيارًا مثاليًا للتطبيقات المصغرة والمحمولة حيث تعتبر المساحة والوزن قيودًا حرجة.

يتم توريد الجهاز 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). وهو مُصمم ليكون خاليًا من الرصاص ومتوافقًا مع اللوائح البيئية الرئيسية بما في ذلك RoHS، وEU REACH، ومعايير الخلو من الهالوجين (Br <900 جزء في المليون، Cl <900 جزء في المليون، Br+Cl < 1500 جزء في المليون).

2. تحليل مفصل للمعاملات التقنية

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تشغيل الجهاز خارج هذه الحدود قد يتسبب في تلف دائم. جميع التصنيفات مُحددة عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية.

• الجهد العكسي (VR):5 فولت (الحد الأقصى). لم يتم تصميم الجهاز للعمل بجهد عكسي؛ هذا التصنيف مخصص بشكل أساسي لاختبار تيار التسرب العكسي (IR).
• تيار الأمام المستمر (IF):25 مللي أمبير لكل من الشريحة الحمراء (R6) والشريحة الخضراء (GH).
• تيار الأمام الذروي (IFP):يُطبق تحت دورة عمل 1/10 عند تردد 1 كيلوهرتز. يمكن للشريحة الحمراء (R6) تحمل 60 مللي أمبير، بينما تصنف الشريحة الخضراء (GH) بـ 100 مللي أمبير. هذه المعلمة حاسمة لتطبيقات التشغيل النبضي.
• تبديد الطاقة (Pd):الحد الأقصى المسموح به لتبديد الطاقة هو 60 ملي واط للشريحة الحمراء (R6) و 95 ملي واط للشريحة الخضراء (GH). هذه معلمة حرجة لإدارة الحرارة.
• مقاومة التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) - نموذج جسم الإنسان (HBM):توفر الشريحة الحمراء (R6) حماية قوية ضد التفريغ الكهروستاتيكي تصل إلى 2000 فولت، بينما الشريحة الخضراء (GH) أكثر حساسية بتصنيف 150 فولت. إجراءات التعامل الصحيحة مع التفريغ الكهروستاتيكي ضرورية، خاصة للشريحة الخضراء.
• درجة حرارة التشغيل والتخزين:يصنف الجهاز للعمل من -40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية ويمكن تخزينه من -40 درجة مئوية إلى +90 درجة مئوية.
• درجة حرارة اللحام:للحام بإعادة الانسياب، يتم تحديد درجة حرارة ذروية تبلغ 260 درجة مئوية كحد أقصى لمدة 10 ثوانٍ. للحام اليدوي، يجب ألا تتجاوز درجة حرارة طرف المكواة 350 درجة مئوية كحد أقصى لمدة 3 ثوانٍ لكل طرف توصيل.

2.2 الخصائص الكهروبصرية

تحدد هذه المعاملات خرج الضوء والسلوك الكهربائي تحت ظروف التشغيل العادية (Ta=25°C، IF=5mA ما لم يُذكر خلاف ذلك).

• شدة الإضاءة (Iv):الشريحة الحمراء (R6) لها شدة نموذجية تبلغ 20.0 مللي شمعة (الحد الأدنى 14.5 مللي شمعة). الشريحة الخضراء (GH) لها شدة نموذجية تبلغ 65.0 مللي شمعة (الحد الأدنى 45.0 مللي شمعة). ينطبق تسامح ±11%.
• زاوية الرؤية (2θ1/2):زاوية رؤية واسعة تبلغ 130 درجة هي النمطية لهذه العبوة، مما يوفر إضاءة واسعة.
• الطول الموجي:
  • R6 (أحمر):الطول الموجي الذروي (λp) هو 632 نانومتر. يتراوح الطول الموجي السائد (λd) من 617.5 نانومتر إلى 629.5 نانومتر، مع تسامح ±1 نانومتر. عرض النطاق الطيفي (Δλ) هو 20 نانومتر.
  • GH (أخضر):الطول الموجي الذروي (λp) هو 518 نانومتر. يتراوح الطول الموجي السائد (λd) من 517.5 نانومتر إلى 533.5 نانومتر، مع تسامح ±1 نانومتر. عرض النطاق الطيفي (Δλ) هو 35 نانومتر.
• جهد الأمام (VF):
  • R6 (أحمر):نموذجي 1.9 فولت، الحد الأقصى 2.3 فولت عند 5 مللي أمبير.
  • GH (أخضر):نموذجي 2.9 فولت، الحد الأقصى 3.4 فولت عند 5 مللي أمبير.
• التيار العكسي (IR):يُقاس عند VR=5V. الحد الأقصى هو 10 ميكرو أمبير لـ R6 و 50 ميكرو أمبير لـ GH.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

يتم فرز (تصنيف) مصابيح LED بناءً على طولها الموجي السائد لضمان اتساق اللون داخل التطبيق.

3.1 تصنيف الطول الموجي للون الأحمر (R6)

• رمز التصنيف 1:617.5 نانومتر ≤ λd < 621.5 نانومتر
• رمز التصنيف 2:621.5 نانومتر ≤ λd < 625.5 نانومتر
• رمز التصنيف 3:625.5 نانومتر ≤ λd ≤ 629.5 نانومتر

3.2 تصنيف الطول الموجي للون الأخضر (GH)

• رمز التصنيف 1:517.5 نانومتر ≤ λd < 525.5 نانومتر
• رمز التصنيف 2:525.5 نانومتر ≤ λd ≤ 533.5 نانومتر

معلومات التصنيف هذه حرجة للمصممين الذين يحتاجون إلى مطابقة لونية دقيقة عبر عدة مصابيح LED في شاشة أو لوحة مؤشرات.

4. تحليل منحنيات الأداء

4.1 خصائص الشريحة الحمراء (R6)

توضح المنحنيات المقدمة العلاقات الرئيسية:

• شدة الإضاءة النسبية مقابل تيار الأمام:يوضح الزيادة غير الخطية في خرج الضوء مع التيار. التشغيل فوق 5 مللي أمبير الموصى بها قد يعطي شدة أعلى لكنه يؤثر على الكفاءة والعمر الافتراضي.
• شدة الإضاءة النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطة:يوضح معامل درجة الحرارة السالب لخرج الضوء. تتناقص شدة الإضاءة مع ارتفاع درجة حرارة الوصلة، وهو سلوك أساسي لأشباه الموصلات من نوع LED.
• جهد الأمام مقابل تيار الأمام:يصور منحنى خاصية الجهد-تيار للدايود.
• الطول الموجي الذروي مقابل درجة الحرارة المحيطة:يوضح تحولًا طفيفًا في الطول الموجي المنبعث مع درجة الحرارة.

4.2 خصائص الشريحة الخضراء (GH)

تشمل منحنيات الشريحة الخضراء:

• توزيع الطيف:رسم بياني للشدة النسبية مقابل الطول الموجي، متمركز حول 518 نانومتر بعرض نطاق محدد.
• جهد الأمام مقابل تيار الأمام:مشابه للشريحة الحمراء ولكن بجهد انعطاف أعلى، وهو نموذجي لمصابيح LED الخضراء القائمة على InGaN.
• منحنى تخفيض تصنيف تيار الأمام:رسم بياني حيوي يوضح الحد الأقصى المسموح به لتيار الأمام كدالة لدرجة الحرارة المحيطة. مع زيادة درجة الحرارة، يجب تقليل التيار الأقصى لمنع ارتفاع درجة الحرارة وضمان الموثوقية.
• مخطط الإشعاع:يوضح التوزيع المكاني لشدة الضوء، مؤكدًا زاوية الرؤية البالغة 130 درجة.
• شدة الإضاءة النسبية مقابل تيار الأمام ودرجة الحرارة المحيطة:تجمع هذه المنحنيات معًا لتوضح كيف يعتمد خرج الضوء على كل من تيار القيادة ودرجة حرارة التشغيل.

5. المعلومات الميكانيكية ومواصفات العبوة

5.1 أبعاد العبوة

تحتوي عبوة 19-22 SMD على الأبعاد الرئيسية التالية (تسامح ±0.1 مم):

• الطول: 2.0 مم
• العرض: 1.6 مم
• الارتفاع: 0.8 مم
• المسافة بين الأطراف (Pitch): 1.5 مم
• يتم تحديد حجم وشكل الوسادة (Pad) للحام موثوق.

يتم توفير رسم تفصيلي بأبعاد في ورقة البيانات لتصميم بصمة PCB.

5.2 تحديد قطبية التوصيل

تتميز العبوة بعلامة قطبية، عادةً ما تكون شقًا أو نقطة على جانب الكاثود (القطب السالب)، لضمان الاتجاه الصحيح أثناء التجميع. يرتبط الكاثود أيضًا بشكل وسادة محدد في البصمة الموصى بها.

6. إرشادات اللحام والتركيب

6.1 ملف تعريف اللحام بإعادة الانسياب (Reflow)

يتم تحديد ملف تعريف لحام خالٍ من الرصاص:

• التسخين المسبق:150–200 درجة مئوية لمدة 60–120 ثانية.
• الوقت فوق درجة حرارة السيولة (217 درجة مئوية):60–150 ثانية.
• درجة الحرارة الذروية:الحد الأقصى 260 درجة مئوية.
• الوقت ضمن 5 درجات مئوية من الذروة:الحد الأقصى 10 ثوانٍ.
• معدل التسخين:الحد الأقصى 6 درجة مئوية/ثانية.
• الوقت فوق 255 درجة مئوية:الحد الأقصى 30 ثانية.
• معدل التبريد:الحد الأقصى 3 درجة مئوية/ثانية.

يجب ألا يتم إجراء لحام إعادة الانسياب أكثر من مرتين على نفس الجهاز.

6.2 احتياطات التخزين والتعامل

• الحساسية للرطوبة:يتم تغليف الأجهزة في كيس حاجز مقاوم للرطوبة مع مجفف. يجب عدم فتح الكيس حتى تكون المكونات جاهزة للاستخدام.
• العمر الافتراضي بعد الفتح (Floor Life):بعد الفتح، يجب استخدام مصابيح LED خلال 168 ساعة (7 أيام) إذا تم تخزينها عند ≤30 درجة مئوية و ≤60% رطوبة نسبية. يجب إعادة إغلاق الأجزاء غير المستخدمة بإحكام.
• التجفيف (Baking):إذا تم تجاوز وقت التعرض أو أشار المجفف إلى دخول الرطوبة، يلزم التجفيف عند 60 ±5 درجة مئوية لمدة 24 ساعة قبل إعادة الانسياب.
• الحد من التيار:مقاومة خارجية للحد من التيار إلزامية. تُظهر مصابيح LED علاقة أسية بين الجهد والتيار، لذا فإن زيادة صغيرة في الجهد يمكن أن تسبب طفرة تيار كبيرة مدمرة.
• الإجهاد الميكانيكي:تجنب تطبيق إجهاد على جسم الـ LED أثناء اللحام أو في التطبيق النهائي. لا تقم بثني PCB بعد التجميع.

7. معلومات التغليف والطلب

7.1 مواصفات البكرة والشريط

يتم توريد المنتج في نظام تغليف مقاوم للرطوبة:

• الشريط الحامل (Carrier Tape):عرض 8 مم، مع جيوب مصممة لعبوة 19-22.
• البكرة (Reel):بكرة قياسية قطرها 7 بوصات.
• الكمية لكل بكرة:2000 قطعة.
• أبعاد البكرة:يتم تحديد القطر الخارجي، وقطر المحور، والعرض لضمان التوافق مع المعدات الآلية.

7.2 معلومات الملصق

يحتوي ملصق البكرة على معلومات حرجة للتتبع والتطبيق:

• رقم منتج العميل (CPN)
• رقم المنتج (P/N)
• كمية التغليف (QTY)
• رتبة شدة الإضاءة (CAT)
• رتبة اللون والطول الموجي (HUE)
• رتبة جهد الأمام (REF)
• رقم الدفعة (LOT No)

8. اقتراحات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

• الإضاءة الخلفية:مثالي لمؤشرات لوحة القيادة، وإضاءة المفاتيح، والإضاءة الخلفية للرموز نظرًا لصغر حجمه وزاوية الرؤية الواسعة.
• معدات الاتصالات:مؤشرات الحالة والإضاءة الخلفية للوحة المفاتيح في الهواتف وأجهزة الفاكس وأجهزة الاتصالات الأخرى.
• إضاءة خلفية مسطحة للشاشات الكريستالية السائلة (LCD):يمكن استخدامه في مصفوفات لتوفير إضاءة خلفية حافة أو مباشرة للشاشات الكريستالية السائلة الصغيرة.
• مؤشرات للأغراض العامة:مؤشرات حالة الطاقة، واختيار الوضع، والتنبيه في مجموعة واسعة من الإلكترونيات الاستهلاكية والصناعية والسيارات.

8.2 اعتبارات التصميم

• دائرة القيادة:استخدم دائمًا مقاومة على التوالي لضبط تيار الأمام. احسب قيمة المقاومة بناءً على جهد المصدر (Vs)، وجهد الأمام للـ LED (VF)، والتيار المطلوب (IF): R = (Vs - VF) / IF. استخدم الحد الأقصى لـ VF من ورقة البيانات لتصميم متحفظ.
• إدارة الحرارة:على الرغم من صغر حجمه، يجب مراعاة تبديد الطاقة (Pd)، خاصة في درجات الحرارة المحيطة العالية أو المساحات المغلقة. التزم بمنحنى تخفيض التصنيف للشريحة الخضراء (GH). تأكد من وجود مساحة كافية من النحاس على الـ PCB لتبديد الحرارة.
• الحماية من التفريغ الكهروستاتيكي (ESD):نفذ حماية ضد التفريغ الكهروستاتيكي على خطوط الإدخال إذا كانت عملية التجميع أو بيئة الاستخدام النهائية تشكل خطر التفريغ الكهروستاتيكي، خاصة للشريحة الخضراء (GH).
• التصميم البصري:توفر زاوية الرؤية الواسعة البالغة 130 درجة ضوءًا منتشرًا واسعًا. للحصول على ضوء أكثر تركيزًا، قد تكون العدسات الخارجية أو أدلة الضوء ضرورية.

9. المقارنة التقنية والتمييز

يقدم 19-22/R6GHC-C02/2T عدة مزايا رئيسية في فئته:

• قدرة ثنائية الشرائح/متعددة الألوان:دمج الأحمر والأخضر في عبوة واحدة يوفر مساحة على اللوحة مقارنة باستخدام مصباحي LED منفردين بلون واحد، مما يبسط التصميم والتجميع.
• بصمة مدمجة:البصمة 2.0 × 1.6 مم هي من بين أصغر عبوات LED السطحية، مما يتيح تخطيطات عالية الكثافة.
• شريحة حمراء قوية:توفر الشريحة الحمراء القائمة على AlGaInP (R6) مناعة عالية ضد التفريغ الكهروستاتيكي (2000 فولت HBM)، مما يعزز الموثوقية في التعامل والتشغيل.
• الامتثال البيئي:الامتثال الكامل لمعايير RoHS و REACH والخلو من الهالوجين يلبي المتطلبات التنظيمية العالمية الصارمة للإلكترونيات الحديثة.
• ملائم للأتمتة:التغليف بالشريط والبكرة والتوافق مع لحام إعادة الانسياب بالأشعة تحت الحمراء/الطور البخاري يدعم التصنيع عالي الحجم وفعال التكلفة.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعاملات التقنية)

10.1 هل يمكنني تشغيل هذا الـ LED مباشرة من مصدر طاقة 5 فولت بدون مقاومة؟

لا، هذا سيدمر الـ LED.مصابيح LED هي أجهزة تعمل بالتيار. توصيل مصدر طاقة 5 فولت مباشرة بالـ LED (خاصة الشريحة الحمراء ذات جهد الأمام النموذجي 1.9 فولت) سيتسبب في تيار يتجاوز بكثير الحد الأقصى للتصنيف البالغ 25 مللي أمبير، مما يؤدي إلى فشل فوري. مقاومة خارجية للحد من التيار إلزامية تمامًا.

10.2 لماذا يختلف تصنيف مقاومة التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) بين الشريحة الحمراء والخضراء؟

ينبع الاختلاف من المواد شبه الموصلة الأساسية. هياكل AlGaInP (الحمراء) بشكل عام أكثر قوة ضد التفريغ الكهروستاتيكي من هياكل InGaN (الخضراء/الزرقاء). هذه خاصية أساسية للمادة. وهذا يستلزم التعامل الحذر مع التفريغ الكهروستاتيكي، خاصة عند العمل مع الشريحة الخضراء.

10.3 ماذا تعني معلومات "التصنيف" (Binning) لتصميمي؟

يضمن التصنيف اتساق اللون. إذا كان تطبيقك يتطلب أن تظهر عدة مصابيح LED بنفس اللون (مثل شريط مؤشرات)، يجب عليك تحديد مصابيح LED من نفس رمز تصنيف الطول الموجي (HUE). قد يؤدي خلط التصنيفات إلى ظهور درجات مختلفة مرئيًا من الأحمر أو الأخضر.

10.4 كم مرة يمكنني إعادة لحام هذا المكون بطريقة إعادة الانسياب؟

تحدد ورقة البيانات حدًا أقصى قدره دورتي لحام بإعادة الانسياب. تسبب كل دورة حرارية إجهادًا على وصلة القالب الداخلية وروابط الأسلاك. تجاوز دورتين يزيد من خطر فشل الموثوقية الكامن.

11. دراسة حالة تصميمية عملية

السيناريو:تصميم مؤشر حالة ثنائي اللون (أحمر/أخضر) لجهاز محمول يعمل بجهد 3.3 فولت.

خطوات التصميم:

1. الاختيار:تم اختيار 19-22/R6GHC-C02/2T لقدرته ثنائية الألوان وصغر حجمه.
2. تصميم الدائرة:هناك حاجة إلى دائرتي قيادة مستقلتين (واحدة للأنود الأحمر، وواحدة للأنود الأخضر، مع كاثود مشترك).
3. حساب المقاومة:
   • للأحمر (R6، الهدف IF=5mA، استخدم VF الحد الأقصى=2.3V للسلامة): R_red = (3.3V - 2.3V) / 0.005A = 200 Ω. استخدم مقاومة قياسية 200 Ω أو 220 Ω.
   • للأخضر (GH، الهدف IF=5mA، استخدم VF الحد الأقصى=3.4V): R_green = (3.3V - 3.4V) / 0.005A = -20 Ω. يوضح هذا الحساب أن 3.3 فولت غير كافية لتشغيل الشريحة الخضراء عند 5 مللي أمبير (VF النموذجي هو 2.9V، لكن الحد الأقصى هو 3.4V). يجب أن يكون جهد المصدر أكبر من جهد الأمام للـ LED. سيكون هناك حاجة إلى جهد مصدر أعلى (مثل 5 فولت) أو تيار قيادة أقل لمصباح LED الأخضر.
4. تخطيط PCB:ضع الـ LED بالقرب من حافة اللوحة إذا كان مؤشرًا. استخدم تخطيط الوسادة الموصى به من رسم الأبعاد في ورقة البيانات. قم بتضمين بعض فتحات التخفيف الحراري الصغيرة على وسادة الكاثود للمساعدة في اللحام مع توفير مسار حراري.
5. التحكم البرمجي:يمكن لوحدة التحكم الدقيقة (الميكروكونترولر) التحكم بشكل مستقل في الأنود الأحمر والأخضر لإظهار اللون الأحمر، أو الأخضر، أو (عن طريق التبديل السريع) لون كهرماني/أصفر.

تسلط هذه الحالة الضوء على أهمية التحقق من جهد المصدر مقابل متطلبات جهد الأمام، خاصة لمصابيح LED الخضراء والزرقاء التي لها جهد أمامي أعلى.

12. مقدمة عن مبدأ التشغيل

مصابيح الثنائيات الباعثة للضوء (LED) هي أجهزة أشباه موصلات ذات وصلة p-n تشع الضوء من خلال عملية تسمى الإضاءة الكهربائية (Electroluminescence). عندما يتم تطبيق جهد أمامي عبر وصلة p-n، يتم حقق الإلكترونات من المنطقة من النوع n والفجوات من المنطقة من النوع p في المنطقة النشطة. عندما تتحد هذه حاملات الشحنة (الإلكترونات والفجوات)، فإنها تطلق الطاقة. في أشباه الموصلات التقليدية مثل السيليكون، يتم إطلاق هذه الطاقة بشكل أساسي كحرارة. في مواد أشباه الموصلات ذات الفجوة المباشرة المستخدمة في مصابيح LED (AlGaInP للأحمر/البرتقالي/الأصفر، InGaN للأخضر/الأزرق/الأبيض)، يتم إطلاق جزء كبير من هذه الطاقة كفوتونات (ضوء). يتم تحديد الطول الموجي المحدد (اللون) للضوء المنبعث بواسطة طاقة فجوة النطاق للمادة شبه الموصلة، والتي يتم التحكم فيها من خلال تركيبها الكيميائي الدقيق. يحتوي جهاز 19-22 على اثنين من مثل هذه الوصلات p-n المصنوعة من مواد مختلفة داخل عبوة واحدة، مما يسمح بانبعاث لونين متميزين.

13. اتجاهات التكنولوجيا

تواصل صناعة LED التطور على عدة مسارات رئيسية ذات صلة بمكونات مثل LED SMD 19-22:

• زيادة الكفاءة:تؤدي التحسينات المستمرة في الكفاءة الكمية الداخلية (IQE) وتقنيات استخراج الضوء إلى شدة إضاءة أعلى (مللي شمعة) لنفس تيار الإدخال، أو نفس الخرج باستهلاك طاقة أقل.
• التصغير:يدفع السعي نحو منتجات نهائية أصغر عبوات LED نحو بصمات أصغر وأكثر انخفاضًا، متبعًا اتجاهات مثل عبوات 1.6x0.8 مم و 1.0x0.5 مم.
• تحسين اتساق اللون والتصنيف:تقوم التطورات في النمو الطبقي والتحكم في التصنيع بتقليل التباين الطبيعي في الطول الموجي والشدة، مما يؤدي إلى تصنيفات أكثر ضيقًا وحاجة أقل للفرز، أو تمكين خلط ألوان أكثر دقة في تطبيقات RGB.
• تعزيز الموثوقية والمتانة:يركز البحث على تحسين طول العمر تحت التشغيل بدرجات حرارة عالية وزيادة تحمل التفريغ الكهروستاتيكي، خاصة للشرائح الخضراء والزرقاء الحساسة القائمة على InGaN.
• حلول متكاملة:اتجاه نحو مصابيح LED ذات مقاومات مدمجة للحد من التيار، أو ثنائيات حماية، أو حتى دوائر متكاملة للسائق ("مصابيح LED الذكية") لتبسيط تصميم الدائرة وتوفير مساحة على اللوحة.

يمثل LED 19-22 تنسيق عبوة ناضج ومعتمد على نطاق واسع يوازن بين الأداء والحجم والتكلفة لمجموعة واسعة من تطبيقات المؤشرات والإضاءة الخلفية.