مواصفات LED SMD 15-21/S2C-AQ2R2B/2T - برتقالي لامع - 20 مللي أمبير - 60 ميغاواط - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد 15-21/S2C-AQ2R2B/2T ثنائي باعث للضوء من نوع السطح (SMD) يستخدم تقنية أشباه الموصلات من فوسفيد الألومنيوم جاليوم إنديوم (AlGaInP) لإصدار لون برتقالي لامع. تم تصميم هذا المكون لتطبيقات اللوحات المطبوعة عالية الكثافة حيث تكون المساحة والوزن قيودًا حرجة. يتيح شكله المدمج تقليلًا كبيرًا في حجم اللوحة وأبعاد المعدات مقارنةً بمصابيح LED التقليدية ذات الإطار الرصاصي.

يتم تعبئة LED على شريط بعرض 8 مم ملفوف على بكرة قطرها 7 بوصات، مما يجعله متوافقًا تمامًا مع معدات التجميع الآلي "اختيار ووضع". وهو من النوع أحادي اللون، ومتوافق مع لوائح خالية من الرصاص (RoHS)، ولوائح الاتحاد الأوروبي REACH، وخالية من الهالوجين (Br <900 جزء في المليون، Cl <900 جزء في المليون، Br+Cl < 1500 جزء في المليون). الجهاز مناسب لكل من عمليات لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء والطور البخاري.

2. الغوص العميق في المعلمات التقنية

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد هذه التصنيفات الحدود التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل تحت هذه الظروف.

• الجهد العكسي (VR):5 فولت. تجاوز هذا الجهد في الانحياز العكسي يمكن أن يسبب انهيار الوصلة.
• تيار الأمام المستمر (IF):25 مللي أمبير. الحد الأقصى للتيار المستمر للتشغيل الموثوق.
• تيار الأمام الذروي (IFP):60 مللي أمبير. هذا مسموح به فقط في ظل ظروف النبض بدورة عمل 1/10 عند 1 كيلو هرتز. لا ينبغي استخدامه للتشغيل المستمر.
• تبديد الطاقة (Pd):60 ميغاواط. أقصى طاقة يمكن للعبوة تبديدها عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية. تنخفض هذه القيمة مع زيادة درجة الحرارة.
• التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) نموذج جسم الإنسان (HBM):2000 فولت. يشير هذا إلى حساسية الجهاز للكهرباء الساكنة. إجراءات التعامل الصحيحة مع ESD إلزامية.
• درجة حرارة التشغيل (Topr):من -40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية. نطاق درجة الحرارة المحيطة الذي تم تحديد الجهاز للتشغيل ضمنه.
• درجة حرارة التخزين (Tstg):من -40 درجة مئوية إلى +90 درجة مئوية.
• درجة حرارة اللحام:يمكن للجهاز تحمل لحام إعادة التدفق بدرجة حرارة ذروية تبلغ 260 درجة مئوية لمدة تصل إلى 10 ثوانٍ، أو اللحام اليدوي عند 350 درجة مئوية لمدة تصل إلى 3 ثوانٍ لكل طرف.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

يتم قياس هذه المعلمات في حالة اختبار قياسية Ta=25°C و IF=20 مللي أمبير، ما لم يُذكر خلاف ذلك. وهي تحدد الأداء البصري والكهربائي لـ LED.

• الشدة الضوئية (Iv):تتراوح من 90.0 مللي كانديلا (الحد الأدنى) إلى 180.0 مللي كانديلا (الحد الأقصى)، مع تسامح نموذجي يبلغ ±11%. هذه هي السطوع الملحوظ لمصدر الضوء.
• زاوية الرؤية (2θ1/2):عادة 130 درجة. هذه هي الزاوية الكاملة التي تكون عندها الشدة الضوئية نصف الشدة عند 0 درجة (على المحور).
• الطول الموجي الذروي (λp):عادة 611 نانومتر. الطول الموجي الذي يكون عنده توزيع القدرة الطيفية في الحد الأقصى.
• الطول الموجي السائد (λd):يتراوح من 600.5 نانومتر إلى 612.5 نانومتر. هذا هو الطول الموجي الفردي الذي يتطابق بشكل أفضل مع اللون الملحوظ لـ LED، مع تسامح يبلغ ±1 نانومتر.
• عرض النطاق الطيفي (Δλ):عادة 17 نانومتر. عرض الطيف عند نصف الشدة القصوى (FWHM).
• جهد الأمام (VF):يتراوح من 1.75 فولت (الحد الأدنى) إلى 2.35 فولت (الحد الأقصى) عند 20 مللي أمبير، مع تسامح يبلغ ±0.1 فولت.
• التيار العكسي (IR):الحد الأقصى 10 ميكرو أمبير عند تطبيق جهد عكسي (VR) بقيمة 5 فولت. لم يتم تصميم الجهاز للتشغيل في انحياز عكسي.

3. شرح نظام التصنيف

لضمان اتساق اللون والسطوع في الإنتاج، يتم فرز مصابيح LED إلى فئات بناءً على معلمات رئيسية. رقم الجزء 15-21/S2C-AQ2R2B/2T يحتوي على رموز الفئات (A, Q2, R2, B).

3.1 تصنيف الشدة الضوئية

يتم تصنيف مصابيح LED حسب شدة الضوء المقاسة عند IF=20 مللي أمبير.

• الفئة Q2:من 90.0 مللي كانديلا إلى 112.0 مللي كانديلا
• الفئة R1:من 112.0 مللي كانديلا إلى 140.0 مللي كانديلا
• الفئة R2:من 140.0 مللي كانديلا إلى 180.0 مللي كانديلا

يشير "R2" في رقم الجزء إلى أن هذا الجهاز يقع في فئة السطوع الأعلى لهذه السلسلة.

3.2 تصنيف الطول الموجي السائد

يتم فرز مصابيح LED حسب طولها الموجي السائد للتحكم في درجة اللون.

• الفئة D8:من 600.5 نانومتر إلى 603.5 نانومتر
• الفئة D9:من 603.5 نانومتر إلى 606.5 نانومتر
• الفئة D10:من 606.5 نانومتر إلى 609.5 نانومتر
• الفئة D11:من 609.5 نانومتر إلى 612.5 نانومتر

من المحتمل أن يتوافق الحرف "A" في رقم الجزء مع إحدى فئات الطول الموجي هذه (مثل D10 أو D11 للون البرتقالي النموذجي).

3.3 تصنيف جهد الأمام

يساعد الفرز حسب جهد الأمام في تصميم دوائر القيادة الحالية المتسقة.

• الفئة 0:من 1.75 فولت إلى 1.95 فولت
• الفئة 1:من 1.95 فولت إلى 2.15 فولت
• الفئة 2:من 2.15 فولت إلى 2.35 فولت

يشير الحرف "B" في رقم الجزء إلى فئة جهد الأمام.

4. تحليل منحنى الأداء

توفر ورقة البيانات عدة منحنيات مميزة ضرورية لفهم سلوك LED تحت ظروف تشغيل مختلفة.

4.1 الشدة الضوئية النسبية مقابل تيار الأمام

يُظهر هذا المنحنى أن ناتج الضوء ليس متناسبًا خطيًا مع التيار. يزداد بشكل شبه خطي عند التيارات الأعلى بسبب انخفاض الكفاءة والتأثيرات الحرارية. قد يؤدي التشغيل بشكل كبير فوق 20 مللي أمبير الموصى بها إلى عوائد متناقصة في السطوع وتقليل العمر الافتراضي.

4.2 الشدة الضوئية النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطة

تقل الشدة الضوئية مع زيادة درجة الحرارة المحيطة. هذه خاصية لمصابيح LED أشباه الموصلات. يسمح المنحنى للمصممين بتقدير فقدان السطوع في بيئات درجة الحرارة المرتفعة، وهو أمر بالغ الأهمية للتطبيقات مثل لوحات عدادات السيارات.

4.3 منحنى تخفيض تصنيف تيار الأمام

يحدد هذا الرسم البياني الحد الأقصى المسموح به لتيار الأمام المستمر كدالة لدرجة الحرارة المحيطة. مع ارتفاع درجة الحرارة، يجب تقليل التيار الأقصى للبقاء ضمن حدود تبديد طاقة الجهاز ومنع الانفلات الحراري.

4.4 جهد الأمام مقابل تيار الأمام

يُظهر منحنى IV (التيار-الجهد) هذا العلاقة الأسية النموذجية للثنائي. يزداد الجهد لوغاريتميًا مع التيار. المنحنى ضروري لتصميم المقاوم المحدد للتيار أو محرك التيار الثابت.

4.5 مخطط الإشعاع وتوزيع الطيف

يمثل مخطط الإشعاع (الرسم القطبي) زاوية الرؤية البالغة 130 درجة بشكل مرئي. يؤكد مخطط توزيع الطيف على الطبيعة أحادية اللون لـ LED من نوع AlGaInP، حيث يُظهر ذروة واحدة حول 611 نانومتر مع عرض FWHM نموذجي يبلغ 17 نانومتر.

5. المعلومات الميكانيكية والعبوة

5.1 أبعاد العبوة

يحتوي LED SMD 15-21 على عبوة مستطيلة مدمجة. تشمل الأبعاد الرئيسية (بالمليمتر، تسامح ±0.1 مم ما لم يُذكر) الطول الإجمالي والعرض والارتفاع. توفر ورقة البيانات رسمًا تفصيليًا يوضح وضع الشريحة، وشكل العدسة، والإطار الرصاصي. يتم الإشارة بوضوح إلى علامة الكاثود على العبوة للتوجيه الصحيح للقطبية أثناء التجميع.

5.2 تحديد القطبية

القطبية الصحيحة ضرورية. تطبيق جهد عكسي يتجاوز 5 فولت يمكن أن يتلف LED على الفور. تتميز العبوة بمُعرِّف كاثود مميز (عادة نقطة خضراء، أو شق، أو زاوية مشطوفة) كما هو موضح في رسم الأبعاد. يجب على المصممين التأكد من أن بصمة PCB تتطابق مع هذا الاتجاه.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 ملف تعريف لحام إعادة التدفق

تم تحديد ملف تعريف إعادة تدفق خالٍ من الرصاص:

• التسخين المسبق:من 150 إلى 200 درجة مئوية لمدة 60 إلى 120 ثانية.
• الوقت فوق السائل (TAL):فوق 217 درجة مئوية لمدة 60 إلى 150 ثانية.
• درجة الحرارة الذروية:الحد الأقصى 260 درجة مئوية، يتم الاحتفاظ بها لمدة أقصاها 10 ثوانٍ.
• معدل التسخين:الحد الأقصى 6 درجات مئوية/ثانية.
• الوقت فوق 255 درجة مئوية:الحد الأقصى 30 ثانية.
• معدل التبريد:الحد الأقصى 3 درجات مئوية/ثانية.

يجب عدم إجراء لحام إعادة التدفق أكثر من مرتين على نفس الجهاز.

6.2 اللحام اليدوي

إذا كان اللحام اليدوي ضروريًا، فإن العناية القصوى مطلوبة:

• استخدم مكواة لحام بدرجة حرارة طرف أقل من 350 درجة مئوية.
• حدد وقت التلامس إلى أقصى حد 3 ثوانٍ لكل طرف.
• استخدم مكواة بقوة تصنيفية 25 واط أو أقل.
• اسمح بفاصل زمني لا يقل عن 2 ثانية بين لحام كل طرف.

يشكل اللحام اليدوي خطرًا كبيرًا للتلف الحراري.

6.3 التخزين والحساسية للرطوبة

يتم تعبئة مصابيح LED في كيس حاجز مقاوم للرطوبة مع مجفف.

• لا تفتح الكيس حتى تصبح جاهزًا للاستخدام.
• بعد الفتح، يجب تخزين مصابيح LED غير المستخدمة عند ≤30 درجة مئوية و ≤60% رطوبة نسبية.
• "العمر الأرضي" بعد فتح الكيس هو 168 ساعة (7 أيام).
• إذا تم تجاوز وقت التعرض أو تغير لون مؤشر المجفف، فإن التحميص عند 60 ±5 درجة مئوية لمدة 24 ساعة مطلوب قبل إعادة التدفق لمنع تلف "الفشار" أثناء اللحام.

6.4 احتياطات حرجة

• تحديد التيار:مقاوم خارجي محدد للتيار إلزامي. تعني خاصية V-I الأسية لـ LED أن تغييرًا صغيرًا في الجهد يسبب تغييرًا كبيرًا في التيار، مما يؤدي إلى احتراق فوري بدون مقاوم.
• الإجهاد الميكانيكي:تجنب تطبيق إجهاد على جسم LED أثناء اللحام أو في التطبيق النهائي. لا تشوه PCB بعد التجميع.
• الإصلاح:يُثنى بشدة عن الإصلاح بعد اللحام. إذا كان ضروريًا تمامًا، فاستخدم مكواة لحام برأسين لتسخين كلا الطرفين في وقت واحد ورفع المكون بالتساوي لتجنب تلف الوسادة. تحقق من وظيفة LED بعد أي محاولة إصلاح.

7. التعبئة ومعلومات الطلب

7.1 مواصفات البكرة والشريط

يتم توريد الجهاز في شريط حامل بارز على بكرة قطرها 7 بوصات (178 مم).

• عرض شريط الحامل:8 مم.
• تباعد الجيوب:وفقًا لرسم الأبعاد التفصيلي.
• الكمية لكل بكرة:2000 قطعة.

يتم توفير رسومات تفصيلية لأبعاد البكرة وشريط الحامل والشريط الغطائي مع تسامح ±0.1 مم ما لم يُحدد.

7.2 شرح الملصق

يحتوي ملصق البكرة على معلومات حرجة للتتبع والتطبيق الصحيح:

• CPN:رقم منتج العميل.
• P/N:رقم منتج الشركة المصنعة (مثل 15-21/S2C-AQ2R2B/2T).
• QTY:كمية التعبئة.
• CAT:رتبة الشدة الضوئية (مثل R2).
• HUE:رتبة اللونية/الطول الموجي السائد (مثل A).
• REF:رتبة جهد الأمام (مثل B).
• رقم الدفعة:رقم دفعة التصنيع للتتبع.

8. اقتراحات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

• داخلية السيارات:الإضاءة الخلفية لأدوات لوحة القيادة، والمفاتيح، وألواح التحكم.
• معدات الاتصالات:مؤشرات الحالة والإضاءة الخلفية للوحة المفاتيح في الهواتف وآلات الفاكس.
• الإلكترونيات الاستهلاكية:إضاءة خلفية مسطحة للشاشات البلورية السائلة الصغيرة، وإضاءة المفاتيح، والمؤشرات الرمزية.
• الاستخدام العام كمؤشر:أي تطبيق يتطلب مؤشر حالة برتقالي لامع ومدمج.

8.2 اعتبارات التصميم

• دائرة القيادة:استخدم دائمًا مقاومًا على التوالي أو محرك تيار ثابت. احسب قيمة المقاوم باستخدام R = (Vsupply - VF) / IF، حيث يجب اختيار VF من قيمة الفئة القصوى (2.35 فولت) لتصميم قوي.
• الإدارة الحرارية:على الرغم من أن العبوة صغيرة، تأكد من وجود مساحة نحاسية كافية في PCB أو ثقوب حرارية إذا كان التشغيل بالقرب من التيار الأقصى أو في درجات حرارة محيطة عالية، لأن الحرارة تقلل من ناتج الضوء والعمر الافتراضي.
• التصميم البصري:توفر زاوية الرؤية البالغة 130 درجة حزمة واسعة. للحصول على ضوء أكثر تركيزًا، قد تكون هناك حاجة إلى عدسات خارجية أو أنابيب ضوئية.
• حماية ESD:نفذ حماية ESD على خطوط الإدخال إذا كان LED في موقع يمكن للمستخدم الوصول إليه، على الرغم من أن الجهاز لديه تصنيف HBM بقيمة 2 كيلو فولت.

9. المقارنة التقنية والتمييز

مقارنةً بمصابيح LED القديمة ذات الثقب المار أو عبوات SMD الأكبر حجمًا، يقدم 15-21 مزايا مميزة:

• الحجم والوزن:تتيح بصمته المصغرة كثافة تعبئة أعلى ومنتجات نهائية أخف وزنًا، وهو أمر بالغ الأهمية للأجهزة المحمولة والمصغرة.
• التوافق مع الأتمتة:تم تحسين تعبئة الشريط والبكرة للتجميع الآلي عالي السرعة، مما يقلل تكاليف التصنيع.
• الأداء:يوفر استخدام مادة AlGaInP كفاءة ضوئية عالية في نطاق الطيف البرتقالي/الأحمر مقارنةً بالتكنولوجيات الأقدم.
• الامتثال:الامتثال الكامل للوائح البيئية الحديثة (RoHS، خالية من الهالوجين، REACH) مدمج، مما يبسط عملية الامتثال للمنتجات النهائية.

اعتبار محتمل هو الأداء الحراري؛ يمكن أن يحد الحجم الصغير جدًا من تبديد الحرارة مقارنةً بالعبوات الأكبر ذات الكتلة الحرارية الأكبر.

10. الأسئلة المتكررة (بناءً على المعلمات التقنية)

10.1 ما قيمة المقاوم التي يجب أن أستخدمها مع مصدر طاقة 5 فولت؟

باستخدام أقصى جهد أمامي (2.35 فولت) من الفئة 2 والتيار الموصى به (20 مللي أمبير): R = (5V - 2.35V) / 0.020A = 132.5 أوم. ستكون القيمة القياسية الأقرب وهي 130 أوم أو 150 أوم مناسبة. تحقق دائمًا من التيار الفعلي في الدائرة.

10.2 هل يمكنني تشغيل هذا LED عند 30 مللي أمبير لمزيد من السطوع؟

لا. الحد الأقصى المطلق لتصنيف تيار الأمام المستمر (IF) هو 25 مللي أمبير. التشغيل عند 30 مللي أمبير يتجاوز هذا التصنيف، مما سيقلل بشكل كبير من الموثوقية والعمر الافتراضي، وقد يسبب فشلاً فوريًا. استخدم تيار الذروة (60 مللي أمبير نبضي) فقط لدورات عمل قصيرة جدًا إذا لزم الأمر.

10.3 لماذا ينخفض السطوع عندما تسخن اللوحة؟

هذه خاصية أساسية لأشباه موصلات LED، كما هو موضح في منحنى "الشدة الضوئية النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطة". تزيد درجة الحرارة المرتفعة من إعادة التركيب غير الإشعاعي داخل أشباه الموصلات، مما يقلل الكفاءة. يخفف التصميم الحراري المناسب من هذا التأثير.

10.4 تم فتح الكيس منذ شهر. هل لا يزال بإمكاني استخدام مصابيح LED؟

ليس بدون احتياط. يتطلب مستوى الحساسية للرطوبة الاستخدام خلال 168 ساعة (7 أيام) من فتح الكيس. إذا تم تجاوز ذلك، يجب عليك تحميص مصابيح LED عند 60 درجة مئوية لمدة 24 ساعة قبل إخضاعها للصهر لإعادة التدفق لطرد الرطوبة الممتصة ومنع الانفصال الداخلي أثناء عملية اللحام عالية الحرارة.

11. حالة تصميم واستخدام عملية

الحالة: تصميم لوحة مؤشرات حالة
يقوم مصمم بإنشاء لوحة تحكم تحتوي على 20 مؤشر حالة برتقالي. يختارون 15-21/S2C-AQ2R2B/2T لسطوعه (فئة R2) وحجمه المدمج.

1. تصميم الدائرة:يتم استخدام خط طاقة مشترك 5 فولت. باستخدام VF محافظ بقيمة 2.35 فولت، يتم اختيار مقاوم محدد للتيار بقيمة 150 أوم لكل LED، مما يؤدي إلى تيار يبلغ حوالي 17.7 مللي أمبير، بأمان أقل من الحد الأقصى البالغ 25 مللي أمبير.
2. تخطيط PCB:تتيح البصمة المدمجة لجميع مصابيح LED العشرين أن تتسع في صف واحد. تتم محاذاة علامة الكاثود على البصمة بوضوح مع رسم العبوة لمنع أخطاء التجميع.
3. التصنيع:تتيح تعبئة الشريط والبكرة لمجمع PCB استخدام آلات "اختيار ووضع" آلية، مما يضمن تجميعًا سريعًا ودقيقًا وموثوقًا لجميع المكونات العشرين.
4. النتيجة:تحتوي اللوحة على مؤشرات برتقالية لامعة موحدة ذات لون متسق (بفضل تصنيف الطول الموجي) وسطوع متسق (بفضل تصنيف الشدة)، مصنعة بكفاءة وموثوقية.

12. مقدمة المبدأ

يعتمد LED 15-21 على مادة أشباه الموصلات من فوسفيد الألومنيوم جاليوم إنديوم (AlGaInP). عندما يتم تطبيق جهد أمامي عبر وصلة p-n، يتم حقن الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة. يؤدي إعادة تركيبها إلى إطلاق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد التركيب المحدد لسبيكة AlGaInP طاقة فجوة النطاق، والتي تحدد مباشرة الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث - في هذه الحالة، برتقالي لامع (~611 نانومتر). تقوم عدسة راتنج الإيبوكسي بتغليف شريحة أشباه الموصلات، وتوفر الحماية الميكانيكية، وتشكل نمط ناتج الضوء لتحقيق زاوية الرؤية المحددة البالغة 130 درجة.

13. اتجاهات التطوير

يتبع تطور مصابيح LED من نوع SMD مثل 15-21 عدة اتجاهات رئيسية في الصناعة:

• التصغير:التقليل المستمر في حجم العبوة (مثل من 0603 إلى 0402 إلى 0201 أحجام مترية) لتمكين أجهزة إلكترونية أصغر حجمًا.
• زيادة الكفاءة:التحسينات المستمرة في النمو الطبقي وتصميم الشريحة تنتج كفاءة ضوئية أعلى (مزيد من ناتج الضوء لكل واط كهربائي)، مما يقلل استهلاك الطاقة والحمل الحراري.
• تعزيز الموثوقية:تؤدي التحسينات في مواد التغليف وتقنيات ربط الشريحة إلى فترات تشغيل أطول وأداء أفضل في ظل الظروف القاسية (درجة حرارة عالية، رطوبة).
• تصنيف متقدم:أصبحت تسامحات تصنيف أكثر ضيقًا للون (الطول الموجي) والتدفق معيارًا، مدفوعةً بالتطبيقات التي تتطلب اتساقًا عاليًا في اللون، مثل شاشات الألوان الكاملة ومجموعات إضاءة السيارات.
• التكامل:اتجاه نحو دمج رقائق LED متعددة (RGB، أو أبيض + لون) في عبوة واحدة، أو دمج دوائر تحكم IC لوحدات "LED الذكية".

بينما يمثل 15-21 تقنية ناضجة وموثوقة، قد تقدم العبوات الأحدث بصمات أصغر أو كفاءة أعلى، لكن المبادئ الأساسية للتشغيل وإرشادات التطبيق الرئيسية تظل متسقة إلى حد كبير.