ورقة بيانات LED SMD 17-21/GHC-YR1S2/3T - 1.6x0.8x0.6 مم - 3.5 فولت - 25 مللي أمبير - أخضر لامع - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد 17-21/GHC-YR1S2/3T ثنائي باعث للضوء (LED) من نوع Surface-Mount Device (SMD) مُصممًا للتطبيقات الإلكترونية الحديثة والمدمجة. يمثل هذا المكون تقدمًا كبيرًا مقارنة بمصابيح LED التقليدية ذات الأطراف المعدنية (Lead-frame)، حيث يقدم فوائد جوهرية من حيث الاستفادة من مساحة اللوحة وكفاءة عملية التجميع.

1.1 تحديد موقع المنتج والمزايا الأساسية

هذا الـ LED من النوع أحادي اللون، ويبعث ضوءًا أخضر لامعًا. تكمن ميزته الأساسية في بصمته الصغيرة جدًا. فالحجم الأصغر بكثير مقارنة بالمكونات ذات الأطراف المعدنية يمكّن المصممين من تحقيق كثافة أعلى للمكونات على لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs). وهذا يؤدي مباشرة إلى تقليل حجم اللوحة، وتقليل متطلبات التخزين للمكونات، وفي النهاية، إنتاج معدات نهائية للمستخدم أصغر حجمًا وأخف وزنًا. كما أن طبيعة العبوة خفيفة الوزن تجعلها خيارًا مثاليًا للتطبيقات التي يكون فيها الوزن عاملاً حاسمًا.

1.2 السوق المستهدف والتطبيقات

يستهدف هذا الجهاز مجموعة واسعة من الإلكترونيات الاستهلاكية والصناعية. تشمل تطبيقاته النموذجية الإضاءة الخلفية للوحات العدادات، والمفاتيح، والرموز. كما أنه مناسب للاستخدام في معدات الاتصالات كمؤشرات حالة أو إضاءة خلفية لأجهزة مثل الهواتف وآلات الفاكس. علاوة على ذلك، فهو يعمل كمصباح مؤشر للأغراض العامة في مختلف المنتجات الإلكترونية.

2. تحليل معمق للمعايير التقنية

يقدم هذا القسم تحليلاً تفصيليًا وموضوعيًا للمعايير التقنية الرئيسية للـ LED كما هي مُحددة في ورقة البيانات.

2.1 القيم القصوى المطلقة

تُحدد القيم القصوى المطلقة الحدود التي إذا تم تجاوزها قد يحدث تلف دائم للجهاز. هذه ليست ظروف تشغيل.

• الجهد العكسي (VR):5 فولت. من المهم ملاحظة أن هذا التصنيف مُحدد لظروف الاختبار بالأشعة تحت الحمراء (IR) فقط. تنص ورقة البيانات صراحةً على أن الجهاز غير مُصمم للعمل في وضع عكسي في دائرة فعلية. تجاوز هذا الجهد في الانحياز العكسي يمكن أن يتسبب في عطل فوري.
• التيار الأمامي (IF):25 مللي أمبير. هذا هو أقصى تيار مستمر (DC) يمكن تطبيقه على الـ LED.
• تيار الذروة الأمامي (IFP):100 مللي أمبير. هذا هو أقصى تيار نابض، مسموح به فقط تحت دورة عمل 1/10 عند تردد 1 كيلو هرتز. هذه المعلمة ذات صلة بتطبيقات التعدد (Multiplexing) أو تخفيف السطوع باستخدام تعديل عرض النبضة (PWM)، ولكن يجب استخدامها بحذر لتجنب ارتفاع درجة الحرارة.
• تبديد الطاقة (Pd):95 ملي واط. هذه هي أقصى طاقة يمكن للعبوة تبديدها، محسوبة من حدود الجهد الأمامي والتيار، وهي بالغة الأهمية لإدارة الحرارة.
• درجة حرارة التشغيل والتخزين:يمكن للجهاز العمل من -40°C إلى +85°C والتخزين من -40°C إلى +90°C. هذا النطاق الواسع يجعله مناسبًا للبيئات القاسية.
• درجة حرارة اللحام:للحام الريلو (Reflow)، يتم تحديد درجة حرارة ذروية تبلغ 260°C كحد أقصى لمدة 10 ثوانٍ. للحام اليدوي، يجب ألا تتجاوز درجة حرارة طرف المكواة 350°C، ويجب أن يقتصر وقت التلامس على 3 ثوانٍ لكل طرف.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

يتم قياس هذه المعلمات في ظروف اختبار قياسية لتيار أمامي (IF) قدره 20 مللي أمبير ودرجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25°C.

• شدة الإضاءة (Iv):تتراوح من حد أدنى 112.0 ملي كانديلا إلى حد أقصى 285.0 ملي كانديلا. لم يتم تحديد قيمة نموذجية، مما يشير إلى أن الأداء يُدار من خلال نظام تصنيف (Binning) (سيتم تفصيله لاحقًا). التسامح هو ±11%.
• زاوية الرؤية (2θ1/2):قيمة نموذجية 140 درجة. تجعل هذه الزاوية الواسعة للرؤية الـ LED مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب إضاءة واسعة أو وضوح الرؤية من زوايا متعددة.
• الطول الموجي للذروة (λp):نموذجيًا 518 نانومتر، مما يضعه في منطقة الأخضر اللامع من الطيف المرئي.
• الطول الموجي السائد (λd):يتراوح من 520.0 نانومتر إلى 535.0 نانومتر، مع تسامح ضيق ±1 نانومتر. هذه المعلمة مرتبطة بشكل أوثق باللون المُدرك للضوء.
• عرض النطاق الطيفي (Δλ):نموذجيًا 35 نانومتر، يصف انتشار أطوال موجات الضوء المنبعث حول الذروة.
• الجهد الأمامي (VF):نموذجيًا 3.5 فولت، بحد أقصى 4.0 فولت عند 20 مللي أمبير. هذه معلمة حاسمة لتصميم الدائرة، لأنها تحدد انخفاض الجهد عبر الـ LED وقيمة مقاومة تحديد التيار اللازمة.
• التيار العكسي (IR):حد أقصى 50 ميكرو أمبير عند جهد عكسي 5 فولت (شرط الاختبار).

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

لضمان أداء متسق، يتم فرز مصابيح LED إلى مجموعات (Bins) بناءً على المعايير البصرية الرئيسية. وهذا يسمح للمصممين باختيار قطع تلبي متطلبات سطوع ولون محددة.

3.1 تصنيف شدة الإضاءة

يتم تصنيف مصابيح LED إلى أربع مجموعات (R1, R2, S1, S2) بناءً على شدة إضاءتها المقاسة عند 20 مللي أمبير.

• المجموعة R1:112.0 – 140.0 ملي كانديلا
• المجموعة R2:140.0 – 180.0 ملي كانديلا
• المجموعة S1:180.0 – 225.0 ملي كانديلا
• المجموعة S2:225.0 – 285.0 ملي كانديلا

يضمن اختيار مجموعة أعلى (مثل S2) سطوعًا أدنى أعلى، وهو أمر أساسي للتطبيقات التي تتطلب وضوح رؤية عاليًا أو حيث تحتاج عدة مصابيح LED إلى أن تكون متطابقة في المظهر.

3.2 تصنيف الطول الموجي السائد

يتم أيضًا تصنيف مصابيح LED حسب طولها الموجي السائد إلى ثلاث مجموعات (X, Y, Z) للتحكم في اتساق اللون.

• المجموعة X:520.0 – 525.0 نانومتر
• المجموعة Y:525.0 – 530.0 نانومتر
• المجموعة Z:530.0 – 535.0 نانومتر

للتطبيقات التي يكون فيها تطابق الألوان بين عدة مصابيح LED أمرًا بالغ الأهمية (مثل أشرطة الحالة، مصفوفات الإضاءة الخلفية)، من الضروري تحديد مجموعة واحدة وضيقة لتجنب اختلافات اللون المرئية.

4. المعلومات الميكانيكية ومواصفات العبوة

4.1 أبعاد العبوة

يتميز LED SMD 17-21 بعبوة مستطيلة مدمجة. تشمل الأبعاد الرئيسية طول 1.6 مم، وعرض 0.8 مم، وارتفاع 0.6 مم (تسامح ±0.1 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك). توفر ورقة البيانات رسمًا تفصيليًا للأبعاد يتضمن تخطيط المساند (Pads)، وهو أمر أساسي لإنشاء البصمة (Footprint) على لوحة الدائرة المطبوعة. يضمن تصميم المساند الصحيح اللحام السليم، والمحاذاة، والأداء الحراري.

4.2 تحديد قطبية الأطراف

يُحدد الطرف السالب (Cathode) عادةً بواسطة علامة على العبوة أو شكل هندسي محدد للمسند (مثل زاوية مشطوفة). اتجاه القطبية الصحيح أثناء التركيب حيوي لعمل الدائرة.

5. دليل اللحام والتركيب

يعد التعامل واللحام السليمين أمرين بالغي الأهمية لموثوقية وأداء مصابيح LED من نوع SMD.

5.1 منحنى لحام الريلو (Reflow)

تحدد ورقة البيانات منحنى لحام ريلو خالي من الرصاص. تشمل المراحل الرئيسية:

• التسخين المسبق:من درجة الحرارة المحيطة إلى 150-200°C على مدى 60-120 ثانية.
• الغمر/الذوبان:يجب أن يكون الوقت فوق درجة حرارة السيولة (217°C) من 60 إلى 150 ثانية. يجب ألا تتجاوز درجة الحرارة القصوى 260°C، ويجب أن يقتصر الوقت عند أو فوق 255°C على 30 ثانية كحد أقصى.
• التبريد:يجب ألا يتجاوز معدل التبريد الأقصى 6°C في الثانية.

ملاحظة هامة:يجب ألا يتم إجراء لحام الريلو أكثر من مرتين على نفس مجموعة الـ LED لمنع التلف الحراري للعبوة والشريحة (Die).

5.2 التخزين والحساسية للرطوبة

هذا المكون حساس للرطوبة. تشمل الاحتياطات:

• لا تفتح كيس الحاجز المضاد للرطوبة حتى تصبح المكونات جاهزة للاستخدام.
• بعد الفتح، يجب تخزين مصابيح LED غير المستخدمة عند ≤30°C و ≤60% رطوبة نسبية.
• "عمر الأرضية" بعد فتح الكيس هو 168 ساعة (7 أيام). إذا لم تُستخدم خلال هذا الوقت، يجب إعادة تجفيف مصابيح LED عند 60 ±5°C لمدة 24 ساعة قبل الاستخدام.
• إذا تغير لون مؤشر المجفف (Desiccant)، فإن التجفيف مطلوب بغض النظر عن الوقت.

5.3 اللحام اليدوي والإصلاح

إذا كان اللحام اليدوي لا مفر منه، فيجب توخي الحذر الشديد:

• يجب أن تكون درجة حرارة طرف مكواة اللحام ≤350°C.
• يجب أن يكون وقت التلامس لكل طرف ≤3 ثوانٍ، مع فاصل زمني لا يقل عن 2 ثانية بين لحام كل طرف للسماح بالتبريد.
• يُحذر بشدة من الإصلاح بعد اللحام. إذا كان ذلك ضروريًا للغاية، فيجب استخدام مكواة لحام برأسين لتسخين كلا الطرفين في وقت واحد، لتقليل الإجهاد الحراري. يجب التحقق مسبقًا من تأثير ذلك على خصائص الـ LED.

6. معلومات التعبئة والطلب

6.1 التعبئة القياسية

يتم توريد مصابيح LED في عبوات مقاومة للرطوبة، والتي تشمل:

• مكونات موضوعة في شريط ناقل بعرض 8 مم.
• يُلف الشريط على بكرة قطرها 7 بوصات.
• تحتوي البكرة القياسية على 3000 قطعة.
• توضع البكرة داخل كيس ألومنيوم مقاوم للرطوبة مع كيس مجفف وبطاقة مؤشر رطوبة.

6.2 شرح الملصق

يحتوي ملصق البكرة على رموز تحدد الخصائص الدقيقة لمصابيح LED على تلك البكرة:

• P/N:رقم المنتج (مثال: 17-21/GHC-YR1S2/3T).
• CAT:رتبة شدة الإضاءة (تتوافق مع رمز المجموعة: R1, R2, S1, S2).
• HUE:إحداثيات اللونية ورتبة الطول الموجي السائد (تتوافق مع رمز المجموعة: X, Y, Z).
• REF:رتبة الجهد الأمامي.
• LOT No:رقم الدفعة القابل للتتبع.

7. اقتراحات التطبيق واعتبارات التصميم

7.1 مقاومة تحديد التيار إلزامية

مقاومة خارجية لتحديد التيار مطلوبة تمامًا. مصابيح LED هي أجهزة تعمل بالتيار. يمكن أن يؤدي زيادة صغيرة في الجهد الأمامي إلى زيادة كبيرة، وربما مدمرة، في التيار الأمامي. يمكن حساب قيمة المقاومة (R) باستخدام قانون أوم: R = (جهد_المصدر - VF_الـLED) / التيار_المطلوب. صمم دائمًا بناءً على قيمة VF *النموذجية* لضمان بقاء التيار ضمن الحدود إذا كانت قيمة VF الفعلية عند الحد الأدنى المحدد.

7.2 إدارة الحرارة

على الرغم من صغر حجمه، فإن الـ LED يولد حرارة. يجب احترام حد تبديد الطاقة البالغ 95 ملي واط. تأكد من أن تصميم مساند اللوحة المطبوعة يوفر تخفيفًا حراريًا كافيًا، خاصة إذا كان التشغيل عند أو بالقرب من أقصى تيار مستمر (25 مللي أمبير). تجنب وضع الـ LED بالقرب من مكونات أخرى مولدة للحرارة.

7.3 احتياطات التفريغ الكهروستاتيكي (ESD)

يتمتع الجهاز بتصنيف ESD يبلغ 1000 فولت (نموذج جسم الإنسان). يجب اتباع إجراءات التعامل القياسية مع ESD أثناء التجميع والتعامل لمنع التلف الكامن الذي قد لا يسبب عطلاً فوريًا ولكن يمكن أن يقلل من الموثوقية طويلة المدى.

8. المقارنة التقنية والتمييز

يكمن التمييز الأساسي لـ LED 17-21 في شكله وعوامل أدائه المتوازنة.

• مقارنة بمصابيح LED SMD الأكبر حجمًا (مثل 3528, 5050):يقدم بصمة أصغر بكثير، مما يتيح تصميمات بكثافة أعلى، ولكن عادةً بإخراج ضوئي إجمالي أقل لكل جهاز.
• مقارنة بعبوات مقياس الشريحة (CSP):إنه أكبر من مصابيح LED CSP المتطورة، ولكنه أسهل في التعامل مع معدات SMT القياسية ويوفر عبوة أكثر متانة للعديد من التطبيقات.
• مقارنة بمصابيح LED ذات الأطراف المعدنية:يلغي الحاجة إلى الثقوب المارة (Through-holes)، ويتيح التجميع الآلي (Pick-and-Place)، ويقلل من الحث الطفيلي، ويسمح بمنتجات نهائية أصغر حجمًا وأخف وزنًا بكثير.

9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

9.1 هل يمكنني تشغيل هذا الـ LED بدون مقاومة تحديد تيار؟

No.يتم التحذير من هذا صراحةً في قسم "احتياطات الاستخدام". للجهد الأمامي نطاق (نموذجي 3.5 فولت، أقصى 4.0 فولت). توصيله مباشرة بمصدر جهد حتى لو كان أعلى قليلاً من VF الخاص به سيتسبب في تيار مفرط، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة بسرعة والعطل. مقاومة على التوالي إلزامية للتشغيل الآمن.

9.2 لماذا تصنيف الجهد العكسي 5 فولت فقط، وماذا تعني الملاحظة؟

تصنيف 5 فولت هو لأغراض الاختبار فقط لقياس تيار التسرب العكسي (IR). تنص ورقة البيانات بوضوح على أن "الجهاز غير مُصمم للعمل في وضع عكسي." في الدائرة، يجب عليك التأكد من أن الـ LED لا يتعرض أبدًا لانحياز عكسي، لأنه ليس صمامًا زينر (Zener diode) ومن المحتمل أن يتلف عند جهود أقل بكثير من 5 فولت إذا تم انحيازه عكسيًا. استخدم صمامات حماية في الدوائر حيث يكون الجهد العكسي ممكنًا (مثل الاقتران AC، الأحمال الحثية).

9.3 كيف أختار رمز التصنيف (Bin) المناسب؟

اختر المجموعة بناءً على احتياجات تطبيقك: - للحصول على أقصى سطوع، حدد المجموعة S2. - لتحقيق اتساق لوني دقيق عبر عدة مصابيح LED في مصفوفة، حدد مجموعة طول موجي سائد واحدة وضيقة (مثل المجموعة Y فقط). - للتطبيقات الحساسة للتكلفة حيث يكون التباين في السطوع مقبولاً، قد يكون مزيج أوسع أو مجموعة أدنى (R1, R2) مناسبًا.

10. دراسة حالة للتصميم والاستخدام

10.1 تصميم لوحة مؤشرات حالة مدمجة

السيناريو:تصميم لوحة كثيفة من 20 مؤشر حالة لجهاز شبكات. اتساق السطوع واللون مهمان لتجربة المستخدم.خطوات التصميم: 1. ضبط التيار:اختر تيار تشغيل 15 مللي أمبير (أقل من الحد الأقصى 25 مللي أمبير) للحصول على سطوع جيد وعمر أطول. احسب قيمة المقاومة لمصدر جهد 5 فولت: R = (5V - 3.5V) / 0.015A = 100 أوم. استخدم مقاومة بتسامح 1%. 2.اختيار التصنيف (Binning):لضمان التجانس، حدد أن تكون جميع مصابيح LED من نفس مجموعة شدة الإضاءة (مثل S1) ونفس مجموعة الطول الموجي السائد (مثل Y). يجب تقديم هذه المعلومات عند الطلب. 3.تخطيط لوحة الدائرة المطبوعة:استخدم أبعاد المساند (Pads) الدقيقة من ورقة البيانات. وفر وصلة تخفيف حراري صغيرة لكل مسند للمساعدة في اللحام ومنع ظاهرة "اللوح القبري" (Tombstoning)، ولكن تأكد من أن مساحة النحاس كافية لتبديد الحرارة. 4.التجميع:اتبع منحنى الريلو المحدد. احتفظ باللوحات في أكياس محكمة الإغلاق حتى لحظة تحميلها في آلة التركيب الآلي (Pick-and-Place) لمراعاة عمر الأرضية البالغ 7 أيام.

11. مقدمة عن مبدأ التشغيل

يعتمد LED 17-21/GHC-YR1S2/3T على شريحة أشباه موصلات مصنوعة من نيتريد الغاليوم الإنديوم (InGaN)، كما هو موضح في دليل اختيار الجهاز. عند تطبيق جهد أمامي يتجاوز الجهد الكامن الداخلي للصمام الثنائي، يتم حقن الإلكترونات والفجوات في المنطقة النشطة من أشباه الموصلات. يؤدي إعادة اتحادها إلى إطلاق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد التركيب المحدد لمادة InGaN طاقة فجوة النطاق، والتي ترتبط مباشرة بطول موجة (لون) الضوء المنبعث - في هذه الحالة، الأخضر اللامع (~518 نانومتر ذروة). يقوم راتنج التغليف الشفاف بحماية الشريحة ويعمل كعدسة، مشكلاً زاوية الرؤية البالغة 140 درجة للضوء المنبعث.

12. الاتجاهات والتطورات التقنية

تمثل عبوة 17-21 شكلاً معياريًا ناضجًا ومعتمدًا على نطاق واسع في سوق مصابيح LED SMD. يستمر الاتجاه العام في تكنولوجيا LED نحو عدة مجالات رئيسية ذات صلة بمثل هذه المكونات:

• زيادة الكفاءة:تهدف التحسينات المستمرة في علوم المواد إلى إنتاج المزيد من اللومن لكل واط (كفاءة أعلى)، مما يعني ضوءًا أكثر سطوعًا أو استهلاكًا أقل للطاقة لنفس حجم العبوة.
• التصغير:بينما يعتبر 17-21 (1.6x0.8 مم) صغيرًا، فإن الصناعة تتجه نحو عبوات مقياس الشريحة (CSP) الأصغر حجمًا والتي تقترب من حجم شريحة أشباه الموصلات العارية، مما يتيح مصفوفات إضاءة بكثافة فائقة.
• تحسين اتساق اللون:تسمح التطورات في عمليات النمو البلوري الطبقي (Epitaxial growth) والتصنيف (Binning) بتحكم أدق في الطول الموجي السائد وشدة الإضاءة، مما يقلل الحاجة إلى اختيار مجموعات (Bins) صارم في بعض التطبيقات.
• تعزيز الموثوقية:تحسينات في مواد التغليف، مثل السيلكونات الأكثر متانة والفسفور (لمصابيح LED البيضاء)، وتصاميم أفضل لإدارة الحرارة تزيد من العمر التشغيلي وتسمح بالاستخدام في بيئات ذات درجات حرارة أعلى.

تعكس ورقة البيانات هذه مكونًا موثوقًا به وواضح الخصائص يوازن بين الأداء، والحجم، وقابلية التصنيع لمجموعة واسعة من التطبيقات الإلكترونية السائدة.