ثنائي باعث للضوء SMD ذو عدسة مبعثرة وألوان مزدوجة (أحمر/أخضر) - أبعاد العبوة - جهد أمامي 1.8-2.4 فولت - تبديد طاقة 72 ميغاواط - ورقة البيانات

1. نظرة عامة على المنتج

يُفصّل هذا المستند مواصفات ثنائي باعث للضوء (LED) من نوع جهاز مثبت على السطح (SMD) يتميز بتكوين ثنائي اللون (أحمر وأخضر) داخل عبوة واحدة. يستخدم الجهاز عدسة مبعثرة، مما يساعد في تحقيق توزيع ضوئي أوسع وأكثر تجانساً، مما يجعله مناسباً للتطبيقات التي تتطلب وظائف مؤشر أو إضاءة خلفية مع تمايز لوني. تم بناء ثنائي الباعث الضوئي باستخدام تقنية فوسفيد الألومنيوم إنديوم غاليوم (AlInGaP) لرقائقتي اللون، والمعروفة بكفاءتها وسطوعها. تم تصميمه ليكون متوافقاً مع معدات الالتقاط والوضع الآلي وعمليات لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء القياسية، بما يتماشى مع سير عمل التصنيع الإلكتروني الحديث.

2. تحليل متعمق للمعايير الفنية

2.1 القيم القصوى المطلقة

تُحدد القيم القصوى المطلقة حدود الإجهاد التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. يتم تحديد هذه القيم عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية. بالنسبة لرقائقتي اللون الأحمر والأخضر، فإن تيار التوصيل الأمامي المستمر المصنف هو 30 مللي أمبير. تيار الذروة الأمامي، القابل للتطبيق في ظل ظروف النبض (دورة عمل 1/10، عرض نبضة 0.1 مللي ثانية)، هو 80 مللي أمبير. أقصى جهد عكسي مسموح به هو 5 فولت. إجمالي تبديد الطاقة لكل رقاقة هو 72 ميغاواط. الجهاز مصنف للعمل ضمن نطاق درجة حرارة من -40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية ويمكن تخزينه في بيئات تتراوح من -40 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

يتم قياس معايير الأداء الرئيسية عند Ta=25 درجة مئوية وتيار اختبار قياسي (IF) قدره 20 مللي أمبير.

• شدة الإضاءة (Iv):بالنسبة للرقاقة الحمراء، الحد الأدنى لشدة الإضاءة هو 112.0 مللي كانديلا، والحد الأقصى هو 280.0 مللي كانديلا. الرقاقة الخضراء لديها حد أدنى قدره 71.0 مللي كانديلا وحد أقصى قدره 224.0 مللي كانديلا. لم يتم تحديد القيمة النموذجية، مما يشير إلى أن الأداء يُدار من خلال نظام التصنيف.
• زاوية المشاهدة (2θ1/2):زاوية المشاهدة الكاملة النموذجية هي 120 درجة، مما يعني أن الزاوية المحورية التي تنخفض عندها الشدة إلى نصف قيمتها على المحور هي 60 درجة. هذه الزاوية الواسعة هي سمة مميزة للعدسة المبعثرة.
• الطول الموجي:الرقاقة الحمراء لها طول موجي ذروة انبعاث نموذجي (λP) يبلغ 639 نانومتر وطول موجي مهيمن (λd) يبلغ 631 نانومتر. الرقاقة الخضراء لها λP نموذجي يبلغ 574 نانومتر و λd يبلغ 571 نانومتر. عرض النصف الطيفي (Δλ) هو 20 نانومتر للأحمر و 15 نانومتر للأخضر.
• الجهد الأمامي (VF):يتراوح الجهد الأمامي لكلا اللونين من حد أدنى 1.8 فولت إلى حد أقصى 2.4 فولت عند 20 مللي أمبير، مع تسامح ملحوظ قدره ±0.1 فولت.
• التيار العكسي (IR):التيار العكسي الأقصى هو 10 ميكرو أمبير عند تطبيق جهد عكسي (VR) قدره 5 فولت.

3. شرح نظام التصنيف

لضمان الاتساق في التطبيقات، يتم فرز ثنائيات الباعث الضوئي إلى مجموعات بناءً على شدة إضاءتها. وهذا يسمح للمصممين باختيار قطع تلبي متطلبات سطوع محددة.

3.1 تصنيف اللون الأحمر

يتم تصنيف شدة الإضاءة للرقاقة الحمراء إلى أربع مجموعات: R1 (112.0-140.0 مللي كانديلا)، R2 (140.0-180.0 مللي كانديلا)، S1 (180.0-224.0 مللي كانديلا)، و S2 (224.0-280.0 مللي كانديلا).

3.2 تصنيف اللون الأخضر

تستخدم الرقاقة الخضراء خمس مجموعات: Q1 (71.0-90.0 مللي كانديلا)، Q2 (90.0-112.0 مللي كانديلا)، R1 (112.0-140.0 مللي كانديلا)، R2 (140.0-180.0 مللي كانديلا)، و S1 (180.0-224.0 مللي كانديلا). يتم تطبيق تسامح قدره ±11٪ على كل مجموعة شدة.

4. تحليل منحنيات الأداء

تشير ورقة البيانات إلى منحنيات الخصائص الكهربائية والبصرية النموذجية. بينما لا يتم توفير الرسوم البيانية المحددة في النص، فإن مثل هذه المنحنيات توضح عادة العلاقة بين التيار الأمامي والجهد الأمامي (منحنى IV)، وتغير شدة الإضاءة مع التيار الأمامي، واعتماد الجهد الأمامي وشدة الإضاءة على درجة الحرارة، وتوزيع القدرة الطيفية. يعد تحليل هذه المنحنيات أمراً بالغ الأهمية لفهم سلوك الجهاز في ظل ظروف غير قياسية، مثل تيارات القيادة المختلفة أو درجات الحرارة المحيطة.

5. المعلومات الميكانيكية والمتعلقة بالعبوة

5.1 أبعاد الجهاز وتعيين المسامير

يتوافق ثنائي الباعث الضوئي مع مخطط عبوة قياسي EIA. يتم الرجوع إلى الرسم الأبعاد المحدد. تعيين المسامير لثنائي الباعث الضوئي ثنائي اللون هو كما يلي: المسامير 1 و 2 مخصصة للرقاقة الحمراء، والمسامير 3 و 4 مخصصة للرقاقة الخضراء. جميع الأبعاد بالمليمترات، مع تسامح عام قدره ±0.2 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك.

5.2 التعبئة بشريط وبكرة

يتم توريد المكونات بشريط عرض 8 مم على بكرات قطر 7 بوصات، متوافقة مع التجميع الآلي. تحتوي كل بكرة على 2000 قطعة. تتبع التعبئة مواصفات EIA-481-1-B. تشير الملاحظات إلى أن الجيوب الفارغة مغلقة، وأن الحد الأدنى لكمية الطلب للباقي هو 500 قطعة، ويُسمح بحد أقصى مكونين مفقودين متتاليين لكل بكرة.

6. إرشادات اللحام والتركيب

6.1 ملف تعريف لحام إعادة التدفق

لعمليات اللحام الخالية من الرصاص، يوصى بملف تعريف إعادة تدفق بالأشعة تحت الحمراء متوافق مع J-STD-020B. تشمل المعلمات الرئيسية درجة حرارة تسخين أولية تتراوح بين 150-200 درجة مئوية، ووقت تسخين أولي يصل إلى 120 ثانية كحد أقصى، ودرجة حرارة ذروة لا تتجاوز 260 درجة مئوية، ووقت فوق السائل (أو عند الذروة) لمدة 10 ثوانٍ كحد أقصى. يجب إجراء إعادة التدفق بحد أقصى مرتين.

6.2 اللحام اليدوي

إذا تم استخدام مكواة لحام، يجب ألا تتجاوز درجة حرارة الطرف 300 درجة مئوية، ويجب أن يقتصر وقت اللحام لكل طرف توصيل على 3 ثوانٍ كحد أقصى. يجب إجراء اللحام اليدوي مرة واحدة فقط.

6.3 التخزين والتعامل

بالنسبة للأكياس المانعة للرطوبة غير المفتوحة مع مجفف، يجب تخزين ثنائيات الباعث الضوئي عند ≤30 درجة مئوية و ≤70٪ رطوبة نسبية واستخدامها خلال عام واحد. بمجرد الفتح، يجب أن تكون بيئة التخزين ≤30 درجة مئوية و ≤60٪ رطوبة نسبية. يجب أن تخضع المكونات التي تمت إزالتها من عبوتها الأصلية لإعادة تدفق بالأشعة تحت الحمراء خلال 168 ساعة. بالنسبة للتخزين الذي يتجاوز هذه الفترة، يوصى بالخبز عند حوالي 60 درجة مئوية لمدة 48 ساعة على الأقل قبل التجميع.

6.4 التنظيف

إذا كان التنظيف ضرورياً، فيجب استخدام المذيبات المحددة فقط مثل كحول الإيثيل أو كحول الأيزوبروبيل. يجب غمر ثنائي الباعث الضوئي في درجة حرارة عادية لأقل من دقيقة واحدة. يجب تجنب المواد الكيميائية غير المحددة لأنها قد تتلف العبوة.

7. اقتراحات التطبيق

7.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

ثنائي الباعث الضوئي ثنائي اللون هذا مناسب جداً لمؤشرات الحالة، ومؤشرات الطاقة/الشحن، والإضاءة الخلفية للرموز أو الرموز التي تتطلب حالتين لونيتين (مثل تشغيل/إيقاف، نشط/استعداد، انطلق/انتظر)، وشاشات الإلكترونيات الاستهلاكية. تجعل العدسة المبعثرة منه مثالياً للتطبيقات التي تتطلب زاوية مشاهدة واسعة وضوءاً ناعماً غير ساطع.

7.2 اعتبارات التصميم

طريقة القيادة:ثنائيات الباعث الضوئي هي أجهزة تعمل بالتيار. لضمان سطوع موحد، خاصة عند توصيل عدة ثنائيات باعثة للضوء على التوازي، يجب استخدام مقاومة محددة للتيار على التوالي مع كل ثنائي باعث للضوء أو كل قناة لونية. يتم حساب قيمة المقاومة بناءً على جهد الإمداد (Vcc)، والتيار الأمامي المطلوب (IF، عادة 20 مللي أمبير)، والجهد الأمامي (VF) لثنائي الباعث الضوئي: R = (Vcc - VF) / IF.

إدارة الحرارة:على الرغم من أن تبديد الطاقة منخفض نسبياً، فإن ضمان تخطيط كافي للوحة الدوائر المطبوعة لتبديد الحرارة هو ممارسة جيدة، خاصة في بيئات درجة الحرارة المحيطة العالية أو عند التشغيل بالقرب من الحدود القصوى.

القطبية والوضع:الاتجاه الصحيح وفقاً لمخطط تعيين المسامير أمر بالغ الأهمية. يجب اتباع تخطيط وسادة التثبيت الموصى بها للوحة الدوائر المطبوعة لضمان اللحام المناسب والاستقرار الميكانيكي.

8. المقارنة الفنية والتمييز

تشمل المميزات الرئيسية لهذا المكون قدرته ثنائية اللون في عبوة SMD واحدة، مما يوفر مساحة على اللوحة مقارنة باستخدام ثنائي باعث للضوء منفصلين. يوفر استخدام تقنية AlInGaP عادة كفاءة أعلى واستقرار أداء أفضل مع درجة الحرارة مقارنة ببعض أنظمة المواد الأخرى للألوان الحمراء والعنبرية. توفر زاوية المشاهدة البالغة 120 درجة التي توفرها العدسة المبعثرة رؤية أوسع. يجعله الامتثال لـ RoHS والتوافق مع عمليات إعادة التدفق الخالية من الرصاص مناسباً للتصنيع الحديث الواعي بيئياً.

9. الأسئلة الشائعة (FAQs)

س: هل يمكنني تشغيل الرقاقتين الحمراء والخضراء في وقت واحد لإنشاء لون أصفر/برتقالي؟

ج: على الرغم من أن ذلك ممكن كهربائياً، فإن خلط الألوان عن طريق تشغيل كلا الرقاقتين يتطلب تحكماً دقيقاً في التيار لتحقيق لونية محددة. لا توفر ورقة البيانات مواصفات خلط الألوان، لذا قد تختلف النتائج. لخلط الألوان المخصص، يوصى باستخدام ثنائي باعث للضوء RGB مخصص بإحداثيات لونية محددة.

س: ما الفرق بين طول الموجة الذروي وطول الموجة المهيمن؟

ج: طول الموجة الذروي (λP) هو الطول الموجي الذي يكون عنده توزيع القدرة الطيفية في أقصى حد. يتم اشتقاق طول الموجة المهيمن (λd) من مخطط لونية CIE ويمثل الطول الموجي الوحيد للطيف الذي يتطابق مع اللون الملاحظ لثنائي الباعث الضوئي. λP أكثر صلة بمواصفات اللون في تطبيقات العرض.

س: كيف أختار المجموعة الصحيحة لتطبيقي؟

ج: اختر مجموعة بناءً على الحد الأدنى للسطوع المطلوب لتصميمك في أسوأ الظروف (مثل أقصى جهد أمامي، درجة حرارة عالية). يوفر استخدام مجموعة ذات شدة إضاءة دنيا أعلى هامش تصميم. يتم تحقيق الاتساق عبر وحدات متعددة في منتج واحد عن طريق تحديد رمز مجموعة واحد.

10. حالة تطبيق عملية

السيناريو: مؤشر حالة مزدوج لجهاز محمول

في جهاز مراقبة طبية محمول باليد، يمكن استخدام ثنائي الباعث الضوئي هذا للإشارة إلى حالة البطارية. عندما تكون البطارية قيد الشحن، يضيء ثنائي الباعث الضوئي الأخضر. عندما تكون البطارية منخفضة، يضيء ثنائي الباعث الضوئي الأحمر. يمكن لوحدة التحكم الدقيقة (ميكروكونترولر) عبر دبوس GPIO التحكم في كل لون عبر دائرة مفتاح ترانزستور بسيطة مع مقاومة على التوالي. تضمن زاوية المشاهدة الواسعة أن الحالة مرئية من زوايا مختلفة. يجب أن يأخذ التصميم في الاعتبار فرق الجهد الأمامي ويضمن حساب المقاومة المحددة للتيار بشكل منفصل لكل لون إذا تم تشغيلهما من نفس خط الجهد، على الرغم من أن نطاقات VF الخاصة بهما متشابهة في هذه الحالة.

11. مقدمة عن مبدأ التشغيل

يعتمد انبعاث الضوء في ثنائي الباعث الضوئي AlInGaP على الإضاءة الكهربائية. عند تطبيق جهد أمامي عبر وصلة p-n، يتم حقن الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة. يؤدي إعادة اتحادها إلى إطلاق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يتم تحديد الطول الموجي المحدد (اللون) للضوء المنبعث بواسطة طاقة فجوة النطاق للمواد شبه الموصلة في المنطقة النشطة. يتم تشكيل عدسة مبعثرة، عادة ما تكون مصنوعة من الإيبوكسي أو السيليكون مع جسيمات مبعثرة، فوق الرقاقة. تبعثر هذه العدسة الضوء، مما يوسع نمط الانبعاث من حزمة ضيقة إلى توزيع واسع يشبه لامبرتيان، مما يزيد من زاوية المشاهدة الفعالة.

12. اتجاهات التكنولوجيا

يستمر الاتجاه العام في ثنائيات الباعث الضوئي SMD المؤشرية نحو كفاءة أعلى (المزيد من لومن لكل واط)، مما يسمح بنفس السطوع عند تيارات أقل، مما يقلل من استهلاك الطاقة وتوليد الحرارة. هناك أيضاً دفع نحو التصغير مع الحفاظ على الأداء البصري أو تحسينه. التحسين المستمر للموثوقية في ظل الظروف البيئية القاسية (درجة الحرارة، الرطوبة) هو تركيز دائم. علاوة على ذلك، أصبح دمج ألوان متعددة وحتى دوائر تحكم مدمجة (مثل ثنائيات الباعث الضوئي RGB القابلة للعنونة) ضمن مساحات العبوة القياسية أكثر شيوعاً، مما يوفر وظائف أكبر لكل وحدة مساحة على لوحة الدوائر المطبوعة.