ورقة بيانات LED SMD 17-21 الأحمر العميق - الحجم 1.6x0.8x0.6 مم - الجهد 1.75-2.35 فولت - الطاقة 60 ميغاواط - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

تقدم هذه الوثيقة تفاصيل مواصفات مصباح LED SMD الأحمر العميق في العبوة المدمجة 17-21. تم تصميم هذا المكون للتجميع الإلكتروني الحديث، حيث يوفر تقليصًا كبيرًا في الحجم والوزن مقارنة بمصابيح LED التقليدية ذات الإطار الرصاصي. تشمل مزاياه الأساسية تمكين تصميمات لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) أصغر حجمًا، وكثافة أعلى للمكونات، والمساهمة في النهاية في معدات نهائية أكثر إحكاما وخفّة الوزن.

1.1 الميزات الأساسية والامتثال

يتم توريد LED على شريط بعرض 8 مم ملفوف على بكرة قطرها 7 بوصات، مما يجعله متوافقًا تمامًا مع معدات التجميع الآلي (pick-and-place). وهو مؤهل للاستخدام مع عمليات لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR) والطور البخاري. الجهاز من النوع أحادي اللون، ويصدر ضوءًا أحمر عميقًا. تم تصنيعه باستخدام مواد خالية من الرصاص وهو متوافق مع لوائح البيئة والسلامة الرئيسية، بما في ذلك توجيه الاتحاد الأوروبي RoHS، ولوائح الاتحاد الأوروبي REACH، ومتطلبات الخلو من الهالوجين (Br <900 جزء في المليون، Cl <900 جزء في المليون، Br+Cl < 1500 جزء في المليون).

1.2 التطبيقات المستهدفة

هذا LED مناسب لمجموعة متنوعة من تطبيقات المؤشرات والإضاءة الخلفية. تشمل الاستخدامات الشائعة: الإضاءة الخلفية لطبلون أجهزة القياس والمفاتيح، ومؤشرات الحالة والإضاءة الخلفية للأزرار في أجهزة الاتصالات مثل الهواتف وأجهزة الفاكس، والإضاءة الخلفية المسطحة للشاشات الكريستالية السائلة (LCD)، وتطبيقات المؤشرات العامة التي تتطلب مصدر ضوء أحمر صغير وموثوق.

2. المعلمات التقنية: تفسير موضوعي متعمق

تقدم الأقسام التالية تحليلاً موضوعياً مفصلاً للخصائص الكهربائية والبصرية والحرارية لـ LED بناءً على معلمات ورقة البيانات. يتم تحديد جميع التصنيفات عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية ما لم يُذكر خلاف ذلك.

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد هذه التصنيفات الحدود التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل تحت أو عند هذه الظروف ويجب تجنبه في تصميم الدائرة.

• الجهد العكسي (VR):5 فولت. تجاوز هذا الجهد في الاتجاه العكسي يمكن أن يسبب انهيار الوصلة.
• تيار الأمام المستمر (IF):25 مللي أمبير. هذا هو الحد الأقصى للتيار المستمر الموصى به للتشغيل الموثوق على المدى الطويل.
• تيار الأمام الذروي (IFP):60 مللي أمبير. هذا مسموح به فقط في ظل ظروف النبض مع دورة عمل 1/10 عند تردد 1 كيلو هرتز. وهو ليس للاستخدام المستمر.
• تبديد الطاقة (Pd):60 ميلي واط. هذه هي أقصى طاقة يمكن للعبوة تبديدها دون تجاوز حدودها الحرارية.
• التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) نموذج جسم الإنسان (HBM):2000 فولت. يشير هذا إلى حساسية الجهاز للكهرباء الساكنة؛ يجب اتباع إجراءات التعامل الآمنة من ESD.
• 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. نطاق درجة الحرارة لتخزين الجهاز عندما لا يكون قيد التشغيل.
• درجة حرارة اللحام (Tsol):لحام إعادة التدفق، يتم تحديد درجة حرارة ذروية تبلغ 260 درجة مئوية كحد أقصى لمدة 10 ثوانٍ. بالنسبة للحام اليدوي، يجب ألا تتجاوز درجة حرارة طرف المكواة 350 درجة مئوية كحد أقصى لمدة 3 ثوانٍ لكل طرف توصيل.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

تحدد هذه المعلمات خرج الضوء والسلوك الكهربائي لـ LED تحت ظروف التشغيل العادية (IF=20mA, Ta=25°C).

• شدة الإضاءة (Iv):تتراوح من حد أدنى 36.00 ميللي كانديلا إلى حد أقصى 90.00 ميللي كانديلا. لم يتم تحديد القيمة النموذجية، مما يشير إلى أن الأداء يتم إدارته من خلال نظام تصنيف (انظر القسم 3).
• زاوية الرؤية (2θ1/2):زاوية الرؤية الكاملة النموذجية عند نصف الشدة هي 140 درجة، مما يوفر نمط إشعاع واسع.
• الطول الموجي الذروي (λp):الطول الموجي النموذجي الذي يكون عنده خرج الطاقة البصرية في أقصى حد هو 639 نانومتر (nm)، مما يضعه في المنطقة الحمراء العميقة من الطيف.
• الطول الموجي السائد (λd):يتراوح الطول الموجي الملحوظ للون من 625.5 نانومتر إلى 637.5 نانومتر. تتم إدارة هذا أيضًا من خلال نظام التصنيف.
• عرض النطاق الطيفي (Δλ):العرض الكامل عند نصف القيمة القصوى (FWHM) النموذجي لطيف الانبعاث هو 20 نانومتر.
• جهد الأمام (VF):يتراوح من 1.75 فولت إلى 2.35 فولت عند 20 مللي أمبير. هذه المعلمة مصنفة.
• التيار العكسي (IR):حد أقصى 10 ميكرو أمبير عند تطبيق جهد عكسي 5 فولت. تشير ورقة البيانات صراحةً إلى أن الجهاز غير مصمم للتشغيل العكسي؛ معلمة الاختبار هذه مخصصة لضمان الجودة فقط.

ملاحظات هامة:تحدد ورقة البيانات تفاوتات التصنيع: شدة الإضاءة (±11%)، الطول الموجي السائد (±1 نانومتر)، وجهد الأمام (±0.1 فولت). تنطبق هذه على القيم المصنفة.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

لضمان الاتساق في الإنتاج الضخم، يتم فرز (تصنيف) مصابيح LED بناءً على معلمات الأداء الرئيسية. هذا يسمح للمصممين باختيار أجزاء تلبي متطلبات سطوع ولون محددة لتطبيقهم.

3.1 تصنيف شدة الإضاءة

يتم تصنيف مصابيح LED إلى أربع فئات (N2, P1, P2, Q1) بناءً على شدة إضاءتها المقاسة عند IF=20mA. على سبيل المثال، سيحتوي LED من فئة Q1 على شدة بين 72.00 و 90.00 ميللي كانديلا.

3.2 تصنيف الطول الموجي السائد

يتم التحكم في اللون الملحوظ (درجة اللون) من خلال ثلاث فئات طول موجي (E6, E7, E8). يحتوي LED من فئة E6 على طول موجي سائد بين 625.50 نانومتر و 629.50 نانومتر، مما يؤدي إلى درجة حمراء مختلفة قليلاً مقارنة بـ LED من فئة E8 (من 633.50 نانومتر إلى 637.50 نانومتر).

3.3 تصنيف جهد الأمام

يتم تصنيف جهد الأمام إلى ثلاث مجموعات (0, 1, 2). هذا أمر بالغ الأهمية لتصميم دوائر تحديد التيار، خاصة عند تشغيل عدة مصابيح LED على التوالي، لضمان توزيع تيار موحد. يحتوي LED من فئة 0 على VF بين 1.75 فولت و 1.95 فولت، بينما يحتوي LED من فئة 2 على VF بين 2.15 فولت و 2.35 فولت.

4. تحليل منحنيات الأداء

بينما يشير مقتطف PDF المقدم إلى قسم "منحنيات الخصائص الكهروضوئية النموذجية"، إلا أن الرسوم البيانية المحددة (مثل منحنى IV، الشدة النسبية مقابل التيار، الشدة النسبية مقابل درجة الحرارة، التوزيع الطيفي) غير مدرجة في محتوى النص. في ورقة بيانات كاملة، تعتبر هذه المنحنيات ضرورية للتصميم. تُظهر عادةً:

• تيار الأمام مقابل جهد الأمام (منحنى IV):يظهر العلاقة غير الخطية، مما يساعد في تحديد المقاومة الديناميكية وجهد التشغيل اللازم لتيار معين.
• الشدة الضوئية النسبية مقابل تيار الأمام:يوضح كيف يزداد خرج الضوء مع زيادة التيار، وغالبًا ما يُظهر تأثيرات التشبع عند التيارات الأعلى.
• الشدة الضوئية النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطة:يُظهر انخفاض خرج الضوء مع ارتفاع درجة حرارة الوصلة، وهو أمر بالغ الأهمية لإدارة الحرارة.
• التوزيع الطيفي المعياري:رسم بياني يرسم الشدة النسبية مقابل الطول الموجي، مؤكدًا بصريًا الطول الموجي الذروي (639 نانومتر) وعرض النطاق الطيفي (20 نانومتر).

يجب على المصممين الرجوع إلى ورقة البيانات الكاملة مع الرسوم البيانية لنمذجة سلوك LED بدقة تحت ظروف غير قياسية (تيارات أو درجات حرارة مختلفة).

5. المعلومات الميكانيكية والتغليف

5.1 أبعاد العبوة وقطبية التوصيل

يستخدم LED بصمة العبوة القياسية 17-21 SMD. الأبعاد الرئيسية (بالمليمترات) بالغة الأهمية لتصميم نمط اللحام على PCB. تحتوي العبوة على كاثود مُعلّم لتحديد القطبية. سيكون لنمط اللحام النموذجي وسادتين لحام تتوافقان مع طرفي الأنود والكاثود، مع الحجم والتباعد الموصى بهما لوسادة اللحام لضمان اللحام السليم والاستقرار الميكانيكي. يجب أخذ الأبعاد الدقيقة من رسم "أبعاد العبوة" في ورقة البيانات.

5.2 حساسية الرطوبة والتعبئة

يتم تعبئة الجهاز في كيس حاجز مقاوم للرطوبة مع مجفف لمنع امتصاص الرطوبة الجوية، مما قد يسبب "انفجار" (تشقق العبوة) أثناء عملية لحام إعادة التدفق عالية الحرارة. يحتوي الملصق على الكيس على معلومات حاسمة للتتبع والتطبيق: رقم منتج العميل (CPN)، رقم المنتج (P/N)، كمية التعبئة (QTY)، ورموز التصنيف المحددة لشدة الإضاءة (CAT)، والطول الموجي السائد (HUE)، وجهد الأمام (REF).

5.3 مواصفات البكرة والشريط الحامل

يتم توريد المكونات على شريط حامل بارز ملفوف على بكرة قطرها 7 بوصات. أبعاد الشريط (حجم الجيب، المسافة بين المراكز) وأبعاد البكرة (قطر المحور، قطر الحافة) موحدة لتكون متوافقة مع معدات التجميع الآلي. يتم تحديد الكمية المحملة بـ 3000 قطعة لكل بكرة.

6. إرشادات اللحام والتجميع

الالتزام بهذه الإرشادات أمر بالغ الأهمية لعائد التجميع والموثوقية طويلة المدى.

6.1 التخزين والتعامل

• لا تفتح الكيس المقاوم للرطوبة إلا عند الاستعداد للاستخدام.
• بعد الفتح، يجب تخزين مصابيح LED غير المستخدمة عند درجة حرارة ≤30 درجة مئوية ورطوبة نسبية ≤60% (RH).
• "العمر الافتراضي" بعد فتح الكيس هو 168 ساعة (7 أيام). يجب إعادة تجفيف الأجزاء غير المستخدمة بعد هذه الفترة (60±5 درجة مئوية لمدة 24 ساعة) وإعادة تعبئتها بمجفف جديد قبل الاستخدام.
• اتبع دائمًا إجراءات التعامل الآمنة من التفريغ الكهروستاتيكي (ESD).

6.2 ملف تعريف لحام إعادة التدفق

تم تحديد ملف تعريف إعادة تدفق خالٍ من الرصاص. تشمل المعلمات الرئيسية:

• التسخين المسبق:من 150 إلى 200 درجة مئوية لمدة 60-120 ثانية.
• الوقت فوق نقطة السيولة (217 درجة مئوية):من 60 إلى 150 ثانية.
• درجة الحرارة الذروية:حد أقصى 260 درجة مئوية.
• الوقت ضمن 5 درجات مئوية من الذروة:حد أقصى 10 ثوانٍ.
• أقصى معدل تسخين:6 درجات مئوية/ثانية.
• الوقت فوق 255 درجة مئوية:حد أقصى 30 ثانية.
• أقصى معدل تبريد:3 درجات مئوية/ثانية.

قاعدة حرجة:يجب عدم إجراء لحام إعادة التدفق أكثر من مرتين على نفس LED.

6.3 اللحام اليدوي والإصلاح

إذا كان اللحام اليدوي لا مفر منه، فاستخدم مكواة لحام بدرجة حرارة طرف ≤350 درجة مئوية وقم بتسخين كل طرف توصيل لمدة ≤3 ثوانٍ. استخدم مكواة منخفضة الطاقة (≤25 واط) واترك فترة تبريد ≥2 ثانية بين الأطراف. تنصح ورقة البيانات بشدة بعدم إجراء إصلاح بعد لحام LED. إذا كان ذلك ضروريًا للغاية، فيجب استخدام مكواة لحام مزدوجة الرأس متخصصة لتسخين كلا الطرفين في وقت واحد أثناء الإزالة لتجنب الإجهاد الميكانيكي، ويجب التحقق من تأثير ذلك على خصائص LED.

7. اقتراحات التطبيق واعتبارات التصميم

7.1 تحديد التيار إلزامي

مصابيح LED هي أجهزة تعمل بالتيار. تحذر ورقة البيانات صراحةً من أنه يجب استخدام مقاومة تحديد تيار على التوالي. يتمتع جهد الأمام بمعامل درجة حرارة سالب ويمكن أن يتسبب تغيير بسيط في حدوث تغيير كبير في التيار بسبب الخاصية الأسية IV للدايود، مما قد يؤدي إلى هروب حراري وفشل.يجباستخدام مقاومة تحديد تيار على التوالي. يتمتع جهد الأمام بمعامل درجة حرارة سالب ويمكن أن يتسبب تغيير بسيط في حدوث تغيير كبير في التيار بسبب الخاصية الأسية IV للدايود، مما قد يؤدي إلى هروب حراري وفشل.

7.2 إدارة الحرارة

على الرغم من صغر حجم العبوة، يجب احترام حد تبديد الطاقة البالغ 60 ميلي واط. التشغيل في درجات حرارة محيطة عالية أو تيارات عالية سيقلل من خرج الضوء وعمر التشغيل. تأكد من استخدام مساحة نحاسية كافية في PCB أو فتحات حرارية إذا كان التشغيل قريبًا من الحدود القصوى.

7.3 التصميم البصري

توفر زاوية الرؤية البالغة 140 درجة نمط ضوء واسعًا ومنتشرًا مناسبًا للإضاءة المساحية أو المؤشرات التي يجب أن تكون مرئية من زوايا مختلفة. للحصول على ضوء أكثر تركيزًا، ستكون هناك حاجة إلى عدسات خارجية أو عواكس.

8. المقارنة والتمييز التقني

المميز الأساسي لهذا LED الأحمر العميق 17-21 هو مزيجه من مادة شبه موصلة محددة (AIGaInP) وعبوة سطحية مدمجة للغاية.

• مقارنة بمصابيح LED القديمة ذات الثقب المار (Through-Hole):يوفر توفيرًا هائلاً في المساحة، وتقليل الوزن، والتوافق مع التجميع الآلي عالي السرعة، مما يؤدي إلى انخفاض تكلفة التصنيع الإجمالية.
• مقارنة بمصابيح LED SMD الحمراء الأخرى:يوفر استخدام تقنية AIGaInP عادةً كفاءة أعلى واستقرار أداء أفضل مع درجة الحرارة مقارنة ببعض أنظمة المواد الأخرى للانبعاث الأحمر. قد يتم اختيار اللون الأحمر العميق المحدد ذي الذروة 639 نانومتر لتميزه البصري أو فعاليته في تطبيقات أجهزة الاستشعار المعينة.
• مقارنة بعبوات SMD أكبر (مثل 3528، 5050):العبوة 17-21 أصغر بكثير، مما يتيح تصميمات فائقة الصغر ولكن بشكل عام بخرج ضوء إجمالي أقل بسبب حجم الشريحة الأصغر وحدودها الحرارية.

8.1 مبدأ التشغيل

يتم إنتاج الضوء من خلال عملية تسمى الإضاءة الكهربائية داخل شريحة أشباه الموصلات AIGaInP (فوسفيد الألومنيوم الغاليوم الإنديوم). عند تطبيق جهد أمامي، يتم حقن الإلكترونات والفجوات في المنطقة النشطة من وصلة أشباه الموصلات. عندما تتحد حاملات الشحنة هذه، فإنها تطلق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد التركيب المحدد لسبيكة AIGaInP طاقة فجوة النطاق، والتي تحدد مباشرة الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث - في هذه الحالة، الأحمر العميق عند حوالي 639 نانومتر.

9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

س: هل يمكنني تشغيل هذا LED مباشرة من مصدر طاقة منطقي 3.3 فولت أو 5 فولت؟

ج: لا. يجب عليك دائمًا استخدام مقاومة تحديد تيار على التوالي. يتم حساب قيمة المقاومة المطلوبة باستخدام قانون أوم: R = (جهد_المصدر - VF_LED) / التيار_المطلوب. باستخدام أقصى VF (2.35 فولت) لتصميم متحفظ مع مصدر 3.3 فولت وهدف 20 مللي أمبير: R = (3.3 - 2.35) / 0.02 = 47.5 أوم. ستكون مقاومة قياسية 47 أوم أو 51 أوم مناسبة.

س: لماذا تُعطى شدة الإضاءة كنطاق مع فئات تصنيف؟

ج: بسبب الاختلافات المتأصلة في عملية تصنيع أشباه الموصلات، يكون لكل LED أداء مختلف قليلاً. يقوم التصنيف بفرزها إلى مجموعات مع ضمان قيم دنيا و قصوى، مما يسمح للمصممين باختيار درجة السطوع المناسبة لاحتياجات التكلفة والأداء.

س: ماذا يحدث إذا تجاوزت العمر الافتراضي البالغ 7 أيام بعد فتح الكيس؟

ج: يمكن أن تتحول الرطوبة الممتصة إلى بخار أثناء إعادة التدفق، مما قد يسبب انفصالًا داخليًا أو تشققًا. يجب إعادة تجهيز الأجزاء عن طريق تجفيفها عند 60 درجة مئوية لمدة 24 ساعة قبل الاستخدام.

س: هل هذا LED مناسب لإضاءة طبلون السيارة؟

ج: بينما يتم سرد "الإضاءة الخلفية للطبلون" كتطبيق، تتضمن ورقة البيانات قسم "قيود التطبيق". تحذر من أن التطبيقات عالية الموثوقية مثل أنظمة السلامة/الأمان في السيارات قد تتطلب منتجًا مختلفًا مؤهلًا بشكل أكثر صرامة. بالنسبة لإضاءة الطبلون غير الحرجة، قد يكون مناسبًا، ولكن بالنسبة للمؤشرات الحرجة للسلامة، يجب الحصول على منتج مؤهل خصيصًا لمعايير السيارات (مثل AEC-Q102).

10. حالة عملية للتصميم والاستخدام

السيناريو: تصميم لوحة مؤشرات حالة مدمجة.يحتاج المصمم إلى عدة مصابيح LED حمراء عميقة للمؤشرات على لوحة تحكم مكتظة بالمكونات. يختارون LED 17-21 هذا لحجمه الصغير. يحددون فئة السطوع Q1 وفئة الطول الموجي E7 لضمان لون ساطع ومتسق عبر جميع المؤشرات. في تخطيط PCB، يستخدمون نمط اللحام الموصى به من ورقة البيانات. يصممون دائرة التشغيل باستخدام منظم جهد 3.3 فولت، ومقاومة تحديد تيار 51 أوم لكل LED (ينتج عنها ~18-20 مللي أمبير)، ويضعون وسائد تخفيف حرارية صغيرة. أثناء التجميع، يضمنون استخدام البكرة المختومة من المصنع ضمن العمر الافتراضي ويتبعون ملف تعريف إعادة التدفق المحدد. ينتج عن ذلك نظام مؤشرات موثوق ومدمج.

11. اتجاهات التكنولوجيا

الاتجاه العام في تكنولوجيا LED، بما في ذلك المؤشرات، يتجه نحو عدة مجالات رئيسية:

• زيادة الكفاءة:تهدف تحسينات علوم المواد المستمرة إلى إنتاج المزيد من الضوء (لومن) لكل وحدة من طاقة الإدخال الكهربائية (واط)، مما يقلل من استهلاك الطاقة والحمل الحراري.
• التصغير:تستمر العبوات في التقلص (على سبيل المثال، من 17-21 إلى بصمات أصغر مثل 10-05) لتمكين أجهزة إلكترونية أصغر حجمًا.
• موثوقية ومتانة أعلى:تعمل التحسينات في مواد التغليف وتقنيات تثبيت الشريحة على تعزيز عمر التشغيل ومقاومة الدورات الحرارية والرطوبة.
• التكامل:هناك اتجاه نحو دمج عدة مصابيح LED (مثل RGB)، ورقائق تحكم، وحتى المكونات السلبية في عبوات وحدة واحدة أكثر ذكاءً.
• التوحيد القياسي والامتثال:تستمر اللوائح البيئية الأكثر صرامة وانتشارًا (RoHS، REACH، الخلو من الهالوجين) في دفع تغييرات المواد عبر الصناعة.