ورقة بيانات LED SMD 19-217/T7D-CT2V1N/3T - عبوة 2.0x1.25x0.8 مم - جهد 2.7-3.7 فولت - قدرة 110 ملي واط - أبيض نقي - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد LED 19-217/T7D-CT2V1N/3T صمامًا ثنائيًا باعثًا للضوء (LED) صغيرًا جدًا ومركبًا على السطح، مُصممًا للتطبيقات الإلكترونية الحديثة التي تتطلب وظيفة مؤشر أو إضاءة خلفية موثوقة. يستخدم هذا الـ LED أحادي اللون ذو الضوء الأبيض النقي شريحة من مادة إنديوم جاليوم نيتريد (InGaN) مغلفة براتنج أصفر مُشتت. تكمن ميزته الأساسية في بصمته المادية المُصغرة بشكل كبير مقارنة بمكونات الإطار الرصاصي التقليدية، مما يتيح كثافة تركيب أعلى على لوحات الدوائر المطبوعة (PCB)، ويقلل من متطلبات التخزين، ويساهم في النهاية في تصغير حجم المعدات النهائية. كما أن بنيته خفيفة الوزن تجعله مثاليًا للتطبيقات المحمولة والمحدودة المساحة.

1.1 الميزات الأساسية والمطابقة

يتم توريد المكون على شكل شريط بعرض 8 مم ملفوف على بكرات قطرها 7 بوصات، مما يضمن التوافق مع معدات التجميع الآلي القياسية (Pick-and-Place). تم تصميمه للاستخدام مع عمليتي لحام الرفع الحراري (Reflow) بالأشعة تحت الحمراء والطور البخاري. يلتزم المنتج بعدة معايير بيئية وأمان حرجة: فهو خالٍ من الرصاص، ومتوافق مع توجيهية RoHS التابعة للاتحاد الأوروبي، ويُلبي متطلبات REACH الأوروبية، ويُصنف على أنه خالٍ من الهالوجين، حيث لا تتجاوز نسبة البروم (Br) والكلور (Cl) 900 جزء في المليون لكل منهما، ولا يتجاوز مجموعهما 1500 جزء في المليون. وهذا يجعله مناسبًا للاستخدام في الأسواق ذات اللوائح البيئية الصارمة.

1.2 التطبيقات المستهدفة

يتميز الـ LED بتنوعه ويجد استخدامًا في قطاعات متعددة. تشمل التطبيقات الشائعة: الإضاءة الخلفية لعدادات وزر التحكم في السيارات، وظائف المؤشر والإضاءة الخلفية في أجهزة الاتصالات مثل الهواتف وآلات الفاكس، والإضاءة الخلفية المسطحة للشاشات الكريستالية السائلة (LCD) والزر والرموز، والاستخدام العام كمؤشر حيثما يتطلب الأمر مصدر ضوء أبيض صغير وساطع.

2. المعلمات التقنية: تفسير موضوعي متعمق

يقدم هذا القسم تفصيلًا دقيقًا للحدود والخصائص الكهربائية والبصرية والحرارية للـ LED، وهي أساسية لتصميم الدوائر الموثوقة ودمج النظام.

2.1 القيم القصوى المطلقة

تُحدد القيم القصوى المطلقة حدود الإجهاد التي إذا تجاوزتها قد يحدث تلف دائم للمكون. هذه القيم ليست للتشغيل المستمر. القيم الرئيسية هي: أقصى جهد عكسي (VR) 5 فولت، أقصى تيار أمامي مستمر (IF) 30 مللي أمبير، وأقصى تيار أمامي ذروي (IFP) 40 مللي أمبير مسموح به فقط في ظل ظروف النبض (دورة عمل 1/10 عند تردد 1 كيلو هرتز). أقصى قدرة تبدد (Pd) هي 110 ملي واط. يمكن للمكون تحمل تفريغ كهربائي ساكن (ESD) بقيمة 150 فولت وفقًا لنموذج جسم الإنسان (HBM). نطاق درجة حرارة التشغيل (Topr) هو من -40°C إلى +85°C، ونطاق درجة حرارة التخزين (Tstg) من -40°C إلى +90°C. تم تحديد حدود درجة حرارة اللحام لعمليتين: لحام الرفع الحراري (Reflow) عند 260°C لمدة 10 ثوانٍ، واللحام اليدوي عند 350°C كحد أقصى لمدة 3 ثوانٍ.

2.2 الخصائص الكهروبصرية

يتم قياس الخصائص الكهروبصرية في ظروف اختبار قياسية عند Ta=25°C و IF=20 مللي أمبير. تتراوح شدة الإضاءة (Iv) بشكل نموذجي من 360.0 ملي شمعة إلى 900.0 ملي شمعة، مع تسامح ±11%. زاوية الرؤية (2θ1/2) هي 130 درجة، مما يوفر حزمة ضوئية واسعة. يتراوح جهد التشغيل الأمامي (VF) من 2.70 فولت إلى 3.70 فولت. يتم تحديد التيار العكسي (IR) بحد أقصى 50 ميكرو أمبير عند تطبيق جهد عكسي (VR) بقيمة 5 فولت. من المهم ملاحظة أن المكون غير مصمم للعمل في حالة الانحياز العكسي؛ تصنيف VR هو لأغراض اختبار IR فقط.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

لضمان الاتساق في الإنتاج، يتم فرز مصابيح LED إلى مجموعات أداء (Bins). يسمح هذا النظام للمصممين باختيار مكونات تلبي معايير أداء دنيا محددة لتطبيقهم.

3.1 تصنيف شدة الإضاءة

يتم تصنيف الناتج الضوئي إلى أربع رموز تصنيف (T2, U1, U2, V1) بناءً على قيم الشدة الدنيا والقصوى المقاسة عند IF=20 مللي أمبير. على سبيل المثال، يغطي رمز التصنيف T2 الشدة من 360.0 ملي شمعة إلى 450.0 ملي شمعة، بينما يغطي رمز التصنيف V1 أعلى نطاق من 715.0 ملي شمعة إلى 900.0 ملي شمعة. يجب على المصممين مراعاة تسامح ±11% داخل كل مجموعة تصنيف.

3.2 تصنيف جهد التشغيل الأمامي

يتم تصنيف جهد التشغيل الأمامي إلى خمسة رموز (10, 11, 12, 13, 14)، يمثل كل منها نطاق 0.2 فولت. يغطي الرمز 10 نطاق 2.70 فولت إلى 2.90 فولت، ويغطي الرمز 14 نطاق 3.50 فولت إلى 3.70 فولت. ينطبق تسامح ±0.1 فولت. يمكن أن يساعد اختيار مصابيح LED من مجموعة جهد محددة في تصميم دوائر تحديد تيار أكثر اتساقًا، خاصة في مصفوفات LED المتوازية.

3.3 تصنيف إحداثيات اللونية

يتم التحكم في اتساق لون الضوء الأبيض النقي من خلال تصنيف إحداثيات اللونية على مخطط CIE 1931. تحدد ورقة البيانات أربعة رموز تصنيف (1, 2, 3, 4)، كل منها يمثل منطقة رباعية على مستوى الإحداثيات (x, y). على سبيل المثال، المجموعة 1 محصورة بالنقاط (0.274, 0.226), (0.274, 0.258), (0.294, 0.286), و (0.294, 0.254). التسامح لهذه الإحداثيات هو ±0.01. وهذا يضمن أن الضوء الأبيض المنبعث يقع ضمن نطاق لوني ضيق ومتوقع.

4. تحليل منحنيات الأداء

بينما تشير ملف PDF إلى منحنيات الخصائص الكهروبصرية النموذجية ومخطط اللونية CIE في صفحات محددة، فإن البيانات الرسومية الدقيقة (مثل منحنيات IV، الشدة النسبية مقابل التيار، الشدة مقابل درجة الحرارة) غير مُقدمة في محتوى النص. في ورقة البيانات الكاملة، تعتبر هذه المنحنيات حاسمة لفهم سلوك المكون في ظل ظروف غير قياسية. يستخدم المصممون عادةً مثل هذه المنحنيات لاستقراء الأداء عند تيارات تشغيل أو درجات حرارة محيطة مختلفة، لفهم توزيع القدرة الطيفية، وتصور نقطة اللون على مخطط اللونية بالنسبة للمجموعات المحددة ومنحنى بلانك.

5. المعلومات الميكانيكية والعبوة

5.1 أبعاد العبوة

يحتوي الـ LED على عبوة SMD (جهاز مركب على السطح) مدمجة. يشير الرسم البعدي إلى القياسات الرئيسية بما في ذلك الطول والعرض والارتفاع، مع تسامح قياسي ±0.1 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. تحدد الأبعاد المحددة البصمة المطلوبة على لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) والمساحة الحرة اللازمة فوق اللوحة.

5.2 تحديد القطبية وتصميم الوسادات (Pads)

تتضمن العبوة علامات أو ميزات هيكلية (مثل زاوية مشطوفة أو نقطة) للإشارة إلى الطرف السالب (الكاثود)، وهو أمر ضروري للتوجيه الصحيح أثناء التجميع. يتم عادةً توفير نمط الوسادات الموصى به (تخطيط الوسادات) على لوحة الدوائر المطبوعة لضمان اللحام السليم والاستقرار الميكانيكي.

6. إرشادات اللحام والتركيب

يعد التعامل واللحام السليم أمرًا بالغ الأهمية للحفاظ على أداء وموثوقية الـ LED.

6.1 معلمات لحام الرفع الحراري (Reflow)

تم تصنيف المكون للاستخدام في لحام الرفع الحراري الخالي من الرصاص بدرجة حرارة ذروية 260°C لمدة 10 ثوانٍ. يجب اتباع منحنى درجة الحرارة الموصى به لتسخين وتبريد المكون تدريجيًا، وتقليل الصدمة الحرارية. لا ينبغي إجراء لحام الرفع الحراري أكثر من مرتين على نفس المكون.

6.2 التخزين والحساسية للرطوبة

يتم تعبئة مصابيح LED في أكياس حاجزة مقاومة للرطوبة مع مجفف. يجب عدم فتح الكيس حتى تكون المكونات جاهزة للاستخدام. بعد الفتح، يجب تخزين مصابيح LED غير المستخدمة عند درجة حرارة ≤30°C ورطوبة نسبية ≤60% واستخدامها خلال 168 ساعة (7 أيام). إذا تم تجاوز هذه الفترة أو إذا أظهر مؤشر المجفف التشبع، فإنه يلزم معالجة بالخبز عند 60 ±5°C لمدة 24 ساعة قبل الاستخدام لإزالة الرطوبة الممتصة ومنع ظاهرة "الفرقعة" (Popcorning) أثناء اللحام.

6.3 احتياطات اللحام اليدوي والإصلاح

إذا كان اللحام اليدوي ضروريًا، فيجب أن تكون درجة حرارة طرف المكواة أقل من 350°C، ولا يجب أن تتجاوز مدة التلامس لكل طرف 3 ثوانٍ. يُوصى باستخدام مكواة منخفضة الطاقة (≤25 واط). يجب مراعاة فترة تبريد لا تقل عن ثانيتين بين لحام كل طرف. يُنصح بشدة بعدم إجراء إصلاح بعد اللحام الأولي. إذا كان لا مفر منه، فيجب استخدام مكواة لحام مزدوجة الرأس متخصصة لتسخين كلا الطرفين في وقت واحد، لمنع الإجهاد الميكانيكي على شريحة الـ LED. يجب تقييم احتمالية تدهور الخصائص بسبب الإصلاح مسبقًا.

7. معلومات التعبئة والطلب

7.1 مواصفات البكرة والشريط الحامل

يتم توريد المكونات على بكرات قطرها 7 بوصات بشريط حامل بعرض 8 مم. تحتوي كل بكرة على 3000 قطعة. يتم توفير أبعاد البكرة التفصيلية وأبعاد جيوب الشريط الحامل لضمان التوافق مع مغذيات معدات التجميع الآلي.

7.2 شرح الملصق

يحتوي ملصق التعبئة على عدة رموز: CPN (رقم منتج العميل)، P/N (رقم المنتج)، QTY (كمية التعبئة)، CAT (رتبة/مجموعة شدة الإضاءة)، HUE (إحداثيات اللونية ورتبة الطول الموجي السائد)، REF (رتبة/مجموعة جهد التشغيل الأمامي)، و LOT No (رقم الدفعة للتتبع).

8. اقتراحات التطبيق واعتبارات التصميم

8.1 تحديد التيار والحماية

مصابيح LED هي أجهزة تعمل بالتيار. مقاومة تحديد تيار خارجية إلزامية على التوالي مع الـ LED لمنع الانحراف الحراري والاحتراق. حتى الزيادة الطفيفة في جهد التشغيل الأمامي يمكن أن تسبب زيادة كبيرة، وربما مدمرة، في التيار. يجب حساب قيمة المقاومة بناءً على جهد المصدر، وجهد التشغيل الأمامي للـ LED (باستخدام القيمة القصوى من المجموعة أو ورقة البيانات للسلامة)، والتيار الأمامي المطلوب (لا يتجاوز 30 مللي أمبير مستمر).

8.2 إدارة الحرارة

على الرغم من أن قدرة التبدد منخفضة (110 ملي واط كحد أقصى)، إلا أن الإدارة الحرارية الفعالة على لوحة الدوائر المطبوعة مهمة للحفاظ على الموثوقية طويلة المدى واستقرار الناتج الضوئي، خاصة عند التشغيل في درجات حرارة محيطة عالية أو عند تيارات تشغيل عالية. يضمن توفير مساحة نحاسية كافية حول وسادات الـ LED تبديد الحرارة.

8.3 الحماية من الكهرباء الساكنة (ESD)

مع تصنيف ESD بقيمة 150 فولت (HBM)، يتمتع المكون بحساسية معتدلة. يجب مراعاة احتياطات ESD القياسية أثناء التعامل والتجميع والاختبار. وهذا يشمل استخدام محطات عمل مؤرضة وأسوار معصم وحاويات موصلة.

9. المقارنة التقنية والتمييز

تتمثل المميزات الرئيسية لـ LED 19-217 في الجمع بين حجمه الصغير جدًا، وزاوية الرؤية الواسعة البالغة 130 درجة، والامتثال للمعايير البيئية الحديثة (RoHS, REACH, خالي من الهالوجين). مقارنة بمصابيح LED ذات الثقب المار الأكبر حجمًا، فإنه يتيح توفيرًا كبيرًا في المساحة. يوفر هيكل التصنيف المحدد للشدة والجهد واللون أداءً متوقعًا للمصممين، وهي ميزة حرجة في التطبيقات التي تتطلب اتساقًا بصريًا، مثل مصفوفات الإضاءة الخلفية أو مؤشرات الحالة.

10. الأسئلة الشائعة بناءً على المعلمات التقنية

10.1 ما قيمة المقاومة التي يجب استخدامها مع مصدر جهد 5 فولت؟

باستخدام قانون أوم (R = (Vsupply - Vf) / If) وافتراض أسوأ حالة لـ Vf وهي 3.7 فولت (من المجموعة 14) وهدف If بقيمة 20 مللي أمبير، يكون الحساب: R = (5V - 3.7V) / 0.020A = 65 أوم. يجب اختيار القيمة القياسية الأقرب (مثل 68 أوم)، ويجب التحقق من قدرة المقاومة (P = I^2 * R).

10.2 هل يمكنني تشغيل هذا الـ LED بدون مقاومة تحديد تيار إذا استخدمت مصدر جهد ثابتًا مساويًا لجهد التشغيل الأمامي (Vf)؟

لا. هذا غير موصى به بشدة. لجهد التشغيل الأمامي نطاق ويتغير مع درجة الحرارة. لا ينظم مصدر الجهد الثابت المضبوط على قيمة اسمية لـ Vf التيار. يمكن أن تؤدي الاختلافات الطفيفة إلى تيار مفرط، يتجاوز القيمة القصوى المطلقة ويسبب فشلاً فوريًا أو تدريجيًا.

10.3 لماذا يقتصر وقت التخزين بعد فتح الكيس على 7 أيام؟

يمكن أن تمتص العبوة البلاستيكية لمكونات SMD الرطوبة من الهواء. أثناء عملية لحام الرفع الحراري عالي الحرارة، يمكن أن تتبخر هذه الرطوبة المحتبسة بسرعة، مما يخلق ضغطًا داخليًا قد يتسبب في تشقق العبوة أو انفصال الطبقات الداخلية - وهي ظاهرة تُعرف باسم "الفرقعة" (Popcorning). حد الـ 7 أيام هو وقت التعرض الآمن المحسوب لمستوى الحساسية للرطوبة هذا.

11. حالة عملية للتصميم والاستخدام

فكر في تصميم لوحة تحكم تحتوي على عدة مصابيح LED بيضاء كمؤشرات. لضمان سطوع موحد، حدد مصابيح LED من نفس مجموعة شدة الإضاءة (مثلًا، جميعها من U1: 450-565 ملي شمعة). لتبسيط تصميم دائرة تحديد التيار لجهد مصدر مشترك، حدد مصابيح LED من نفس مجموعة جهد التشغيل الأمامي أو مجموعة ضيقة. تضمن زاوية الرؤية الواسعة البالغة 130 درجة رؤية المؤشرات من زوايا مختلفة دون الحاجة إلى بصريات ثانوية. يسمح الحجم الصغير للعبوة بوضعها بالقرب من المفاتيح أو الملصقات. يعد الامتثال لمعايير خالي من الهالوجين و RoHS ضروريًا لبيع المنتج النهائي في الأسواق العالمية.

12. مقدمة عن مبدأ التشغيل

هذا الـ LED هو جهاز فوتوني شبه موصل. قلبه عبارة عن شريحة مصنوعة من مواد إنديوم جاليوم نيتريد (InGaN). عند تطبيق جهد أمامي يتجاوز عتبة الصمام الثنائي، تتحد الإلكترونات والفجوات في المنطقة النشطة من أشباه الموصلات، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات - أي ضوء. يحدد التركيب المحدد لطبقات InGaN الطول الموجي للضوء المنبعث. في هذه الحالة، يتم تحويل الضوء الأزرق المنبعث من الشريحة جزئيًا إلى أطوال موجية أطول بواسطة الفوسفور الأصفر الموجود داخل الراتنج المشتت المحيط، مما ينتج عنه إدراك ضوء "أبيض نقي". كما يساعد الراتنج المشتت في تشتيت الضوء، مما يخلق زاوية رؤية واسعة.

13. اتجاهات التكنولوجيا

يستمر الاتجاه العام في تكنولوجيا LED نحو كفاءة أعلى (مزيد من اللومن لكل واط)، وتحسين تجسيد الألوان، وتصغير أكبر. بالنسبة لمصابيح LED من نوع المؤشر المركبة على السطح (SMD)، هناك تركيز على تحقيق سطوع أعلى في عبوات أصغر، وتوسيع نطاق الألوان، وتحسين الموثوقية والأداء الحراري بشكل أكبر. يعد دمج دوائر التشغيل أو ميزات الحماية داخل عبوة الـ LED أيضًا مجالًا للتطوير. يظل الامتثال البيئي، كما هو واضح في التزام هذا المكون بمعايير خالي من الهالوجين، محركًا حاسمًا في اختيار المكونات عبر صناعة الإلكترونيات.