مواصفات LED أصفر SMD مبعثر من مادة AlInGaP - زاوية رؤية 120 درجة - جهد أمامي 1.8-2.4 فولت - تبديد طاقة 72 ميغاواط - ورقة بيانات تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

توضح هذه الوثيقة مواصفات ثنائي باعث للضوء (LED) من نوع جهاز مثبت على السطح (SMD) يستخدم مادة شبه موصلة من فوسفيد الألومنيوم إنديوم جاليوم (AlInGaP) لإنتاج ضوء أصفر مبعثر. مصمم للتجميع الآلي للوحات الدوائر المطبوعة (PCB)، يتميز هذا المكون بصغر حجمه، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات ذات المساحة المحدودة عبر مجموعة واسعة من المعدات الإلكترونية.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

تشمل المزايا الأساسية لهذا الـ LED امتثاله لتوجيهات تقييد المواد الخطرة (RoHS)، وتوافقه مع معدات الالتقاط والوضع الآلية، وملاءمته لعمليات اللحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR). يتم توريده على شكل شريط قياسي بعرض 8 مم على بكرات قطرها 7 بوصات، مما يسهل التصنيع بكميات كبيرة. تم تهيئة الجهاز مسبقًا وفقًا لمعايير JEDEC المستوى 3 للحساسية للرطوبة. تشمل تطبيقاته المستهدفة البنية التحتية للاتصالات، ومعدات أتمتة المكاتب، والأجهزة المنزلية، ولوحات التحكم الصناعية، ولافتات الداخل. تشمل الاستخدامات المحددة مؤشرات الحالة، والإضاءة الرمزية، والإضاءة الخلفية للواجهة الأمامية.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

يعد الفهم الشامل لحدود تشغيل الجهاز وأدائه في الظروف القياسية أمرًا بالغ الأهمية لتصميم دائرة موثوقة.

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد هذه التصنيفات حدود الإجهاد التي قد يتسبب تجاوزها في حدوث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل تحت أو عند هذه الحدود. يتم تحديد جميع القيم عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية.

• تبديد الطاقة (Pd):72 ميغاواط. هذا هو الحد الأقصى المسموح به للطاقة التي يمكن للجهاز تبديدها كحرارة.
• تيار الذروة الأمامي (I_F(peak)):80 مللي أمبير. يُسمح بهذا التيار فقط في ظل ظروف النبض بدورة عمل 1/10 وعرض نبضة 0.1 مللي ثانية.
• التيار الأمامي المستمر (I_F):30 مللي أمبير تيار مستمر. هذا هو الحد الأقصى الموصى به للتيار للتشغيل المستمر.
• نطاق درجة حرارة التشغيل:-40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية.
• نطاق درجة حرارة التخزين:-40 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

تحدد هذه المعلمات الأداء النموذجي للجهاز في ظل ظروف التشغيل العادية، ويتم قياسها عند Ta=25 درجة مئوية وتيار اختبار (I_F) بقيمة 20 مللي أمبير، ما لم يُذكر خلاف ذلك.

• شدة الإضاءة (I_V):تتراوح من حد أدنى 140.0 مللي كانديلا إلى حد أقصى 450.0 مللي كانديلا. تقع القيمة النموذجية ضمن هذا النطاق. يتم قياس الشدة باستخدام مزيج من المستشعر والمرشح يقارب منحنى استجابة العين الضوئي (CIE).
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):120 درجة (نموذجي). هذه الزاوية الواسعة للرؤية، المُعرَّفة على أنها الزاوية الكاملة التي تنخفض عندها شدة الإضاءة إلى نصف قيمتها المحورية، هي نتيجة للعدسة المبعثرة، مما يوفر نمط إضاءة واسعًا ومتساويًا مناسبًا لتطبيقات المؤشرات.
• الطول الموجي لذروة الانبعاث (λ_P):حوالي 592 نانومتر (نموذجي). هذا هو الطول الموجي الذي يصل فيه توزيع القدرة الطيفية إلى أقصى حد.
• الطول الموجي السائد (λ_d):محدد بين 584.5 نانومتر و 594.5 نانومتر. هذا هو الطول الموجي الفردي الذي تدركه العين البشرية لتحديد اللون (الأصفر) ويتم اشتقاقه من إحداثيات اللونية CIE.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):حوالي 15 نانومتر (نموذجي). يشير هذا إلى نقاء الطيف أو عرض النطاق الترددي للضوء المنبعث.
• الجهد الأمامي (V_F):يتراوح من 1.8 فولت (الحد الأدنى) إلى 2.4 فولت (الحد الأقصى) عند 20 مللي أمبير. تقع القيمة النموذجية ضمن هذا النطاق. هذه المعلمة حاسمة لتصميم السائق واختيار مصدر الطاقة.
• التيار العكسي (I_R):حد أقصى 10 ميكرو أمبير عند تطبيق جهد عكسي (V_R) بقيمة 5 فولت. من المهم ملاحظة أن الجهاز غير مصمم للعمل تحت انحياز عكسي؛ حالة الاختبار هذه هي للتوصيف فقط.

3. شرح نظام التصنيف

لضمان الاتساق في الإنتاج والسماح للمصممين باختيار مصابيح LED ذات خصائص مجمعة بإحكام، يتم فرز الأجهزة إلى مجموعات بناءً على معايير رئيسية.

3.1 تصنيف الجهد الأمامي (V_f)

الوحدات بالفولت (V) مقاسة عند I_F= 20 مللي أمبير. لكل مجموعة تسامح ±0.1 فولت.

• المجموعة D2:1.8 فولت (الحد الأدنى) إلى 2.0 فولت (الحد الأقصى)
• المجموعة D3:2.0 فولت (الحد الأدنى) إلى 2.2 فولت (الحد الأقصى)
• المجموعة D4:2.2 فولت (الحد الأدنى) إلى 2.4 فولت (الحد الأقصى)

3.2 تصنيف شدة الإضاءة (I_V)

الوحدات بالمللي كانديلا (mcd) مقاسة عند I_F= 20 مللي أمبير. التسامح لكل مجموعة هو ±11%.

• المجموعة R2:140.0 مللي كانديلا إلى 180.0 مللي كانديلا
• المجموعة S1:180.0 مللي كانديلا إلى 224.0 مللي كانديلا
• المجموعة S2:224.0 مللي كانديلا إلى 280.0 مللي كانديلا
• المجموعة T1:280.0 مللي كانديلا إلى 355.0 مللي كانديلا
• المجموعة T2:355.0 مللي كانديلا إلى 450.0 مللي كانديلا

3.3 تصنيف الطول الموجي السائد (W_d)

الوحدات بالنانومتر (nm) مقاسة عند I_F= 20 مللي أمبير. التسامح لكل مجموعة هو ±1 نانومتر.

• المجموعة H:584.5 نانومتر إلى 587.0 نانومتر
• المجموعة J:587.0 نانومتر إلى 589.5 نانومتر
• المجموعة K:589.5 نانومتر إلى 592.0 نانومتر
• المجموعة L:592.0 نانومتر إلى 594.5 نانومتر

4. تحليل منحنيات الأداء

تتضمن ورقة البيانات منحنيات الخصائص النموذجية التي توضح العلاقة بين المعايير المختلفة. هذه المنحنيات ضرورية لفهم سلوك الجهاز في ظل ظروف غير قياسية.

4.1 خاصية التيار مقابل الجهد (I-V)

يُظهر هذا المنحنى العلاقة بين الجهد الأمامي (V_F) والتيار الأمامي (I_F). بالنسبة لمصابيح LED من نوع AlInGaP، يكون هذا المنحنى عادةً أسيًا. يستخدم المصممون هذا لتحديد جهد القيادة اللازم لتيار تشغيل مرغوب فيه ولحساب تبديد الطاقة (P_d= V_F* I_F).

4.2 شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي

يصور هذا الرسم البياني كيف يختلف خرج الضوء (I_V) مع تيار القيادة (I_F). العلاقة خطية بشكل عام ضمن نطاق التشغيل الموصى به ولكنها ستشبع عند التيارات الأعلى. هذا أمر بالغ الأهمية لتصميم الدوائر التي تتطلب التحكم في السطوع عبر التيار.

4.3 الاعتماد على درجة الحرارة

عادةً ما يتم تضمين منحنيات توضح تغير الجهد الأمامي وشدة الإضاءة مع درجة الحرارة المحيطة. تنخفض شدة الإضاءة بشكل عام مع زيادة درجة حرارة التقاطع، بينما ينخفض الجهد الأمامي. هذه المعلومات حيوية للتطبيقات التي تعمل في بيئات ذات درجات حرارة متطرفة.

5. المعلومات الميكانيكية والعبوة

5.1 أبعاد العبوة والقطبية

يتوافق الجهاز مع مخطط عبوة SMD قياسي في الصناعة. تحدد الرسومات الميكانيكية التفصيلية الطول والعرض والارتفاع وتباعد الأطراف والتسامحات العامة (عادةً ±0.2 مم). تتميز العبوة بعدسة مبعثرة لتحقيق زاوية الرؤية المحددة البالغة 120 درجة. يتم الإشارة إلى القطبية بواسطة علامة الكاثود أو شكل محدد للوحة على بصمة الجهاز.

5.2 تخطيط لوحة التثبيت الموصى بها على PCB

يتم توفير تصميم نمط اللحام لضمان لحام موثوق وإدارة حرارية مناسبة. يتضمن ذلك أبعاد وسماكة لوحات اللحام الموصى بها لمنع الجسور اللحامية وضمان رابطة ميكانيكية قوية أثناء عمليات إعادة التدفق.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 ملف تعريف اللحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR)

يتم توفير ملف تعريف درجة حرارة مقترح متوافق مع J-STD-020B لعمليات اللحام الخالية من الرصاص. تشمل المعايير الرئيسية:

• درجة حرارة التسخين المسبق:150 درجة مئوية إلى 200 درجة مئوية.
• وقت التسخين المسبق:الحد الأقصى 120 ثانية.
• درجة حرارة الذروة:الحد الأقصى 260 درجة مئوية.
• الوقت فوق السائل:الحد الأقصى 10 ثوانٍ (يوصى بعدم تجاوز دورتي إعادة تدفق).

يتم التأكيد على أن الملف الأمثل يعتمد على تصميم PCB المحدد، ومعجون اللحام، والفرن، ويجب توصيفه وفقًا لذلك.

6.2 اللحام اليدوي

إذا كان اللحام اليدوي ضروريًا، فيجب مراعاة الحدود التالية:

• درجة حرارة مكواة اللحام:الحد الأقصى 300 درجة مئوية.
• وقت اللحام:الحد الأقصى 3 ثوانٍ لكل وصلة. يجب تنفيذ هذا مرة واحدة فقط.

6.3 ظروف التخزين والتعامل

يعد التخزين السليم أمرًا بالغ الأهمية لمنع امتصاص الرطوبة، مما قد يتسبب في "انفجار" (تشقق العبوة) أثناء إعادة التدفق.

• العبوة المغلقة:قم بالتخزين عند ≤30 درجة مئوية و ≤70% رطوبة نسبية (RH). استخدم خلال عام واحد.
• العبوة المفتوحة:قم بالتخزين عند ≤30 درجة مئوية و ≤60% رطوبة نسبية. يجب إعادة تدفق المكونات خلال 168 ساعة (7 أيام) من التعرض. للتخزين لفترات أطول، استخدم حاوية محكمة الغلق مع مجفف أو مجفف نيتروجين.
• التجفيف:إذا تعرضت لأكثر من 168 ساعة، قم بتجفيفها عند حوالي 60 درجة مئوية لمدة 48 ساعة على الأقل قبل التجميع لإزالة الرطوبة.

6.4 التنظيف

إذا كان التنظيف بعد اللحام مطلوبًا، استخدم المذيبات المحددة فقط. يوصى بالغمر في الإيثانول أو كحول الأيزوبروبيل في درجة حرارة الغرفة لأقل من دقيقة واحدة. قد تتسبب المواد الكيميائية غير المحددة في تلف عبوة الـ LED.

7. اعتبارات تصميم التطبيق

7.1 طريقة القيادة

مصابيح LED هي أجهزة تعمل بالتيار. لضمان سطوع موحد عند تشغيل عدة مصابيح LED، يجب توصيلها على التوالي مع مقاومة محددة للتيار، أو يُفضل تشغيلها بواسطة مصدر تيار ثابت. لا يُنصح بتوصيل مصابيح LED مباشرة على التوازي بسبب الاختلافات في الجهد الأمامي (V_F)، مما قد يؤدي إلى اختلال كبير في التيار وعدم تساوي السطوع.

7.2 إدارة الحرارة

على الرغم من أن تبديد الطاقة منخفض نسبيًا (72 ميغاواط كحد أقصى)، إلا أن التصميم الحراري المناسب على PCB لا يزال مهمًا، خاصة عند التشغيل في درجات حرارة محيطة عالية أو بالقرب من الحد الأقصى للتيار. ستؤدي درجة حرارة التقاطع المفرطة إلى تقليل خرج الإضاءة وتقصير عمر الجهاز. يضمن توفير مساحة كافية من النحاس حول لوحات اللحام المساعدة في تبديد الحرارة.

7.3 تحذيرات التطبيق

يُقصد بهذا المنتج للاستخدام في المعدات الإلكترونية التجارية والصناعية القياسية. يلزم التشاور الخاص للتطبيقات التي تتطلب موثوقية استثنائية أو حيث قد يعرض الفشل السلامة للخطر، كما في أنظمة الطيران، أو دعم الحياة الطبية، أو أنظمة التحكم في النقل. يجب على المصممين الالتزام بجميع الحدود القصوى المطلقة وظروف التشغيل الموصى بها.

8. مواصفات التغليف والبكرة

يتم توريد مصابيح LED على شكل شريط حامل بارز بعرض 8 مم مغلق بشريط غطاء، ملفوف على بكرات قطرها 7 بوصات (178 مم). تحتوي كل بكرة على 2000 قطعة. يتوافق التغليف مع مواصفات ANSI/EIA-481. يتم توفير التفاصيل الأبعاد الرئيسية لجيب الشريط ومحور/حافة البكرة لضمان التوافق مع معدات التجميع الآلية.

9. المقارنة والتمييز التقني

تتمثل المميزات الرئيسية لهذا الـ LED الأصفر من نوع AlInGaP في مزيجه من زاوية الرؤية الواسعة البالغة 120 درجة (الممكنة بواسطة العدسة المبعثرة) والخصائص اللونية المحددة لنظام مادة AlInGaP، والذي يوفر عادةً كفاءة إضاءة عالية واستقرارًا لونيًا جيدًا على درجة الحرارة والتيار مقارنة ببعض تقنيات الانبعاث الأصفر الأخرى. يسمح هيكل التصنيف التفصيلي لـ V_F, I_V, و λ_d بالاختيار الدقيق في التطبيقات الحساسة للون أو السطوع.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

10.1 ما الفرق بين الطول الموجي القمة والطول الموجي السائد؟

الطول الموجي القمة (λ_P) هو الطول الموجي الفيزيائي الذي يصدر فيه الـ LED أكبر قدر من الطاقة الضوئية. الطول الموجي السائد (λ_d) هو قيمة محسوبة بناءً على إدراك اللون البشري (إحداثيات CIE) ويمثل الطول الموجي الفردي للون الطيفي النقي الذي يتطابق مع اللون المدرك لـ LED. لأغراض التصميم، يكون الطول الموجي السائد أكثر صلة بتحديد اللون.

10.2 هل يمكنني تشغيل هذا الـ LED عند 30 مللي أمبير بشكل مستمر؟

نعم، 30 مللي أمبير تيار مستمر هو الحد الأقصى لتصنيف التيار الأمامي المستمر. ومع ذلك، للحصول على طول عمر وموثوقية مثاليين، يُنصح غالبًا بالتشغيل تحت الحد الأقصى المطلق، على سبيل المثال، عند تيار الاختبار النموذجي البالغ 20 مللي أمبير. يجب تحديد تيار القيادة الفعلي بناءً على السطوع المطلوب والظروف الحرارية للتطبيق.

10.3 لماذا يوجد حد زمني صارم لإعادة التدفق بعد فتح العبوة؟

يمكن أن تمتص عبوات SMD الرطوبة من الغلاف الجوي. أثناء عملية اللحام بإعادة التدفق عالية الحرارة، يمكن أن تتبخر هذه الرطوبة المحتبسة بسرعة، مما يخلق ضغطًا داخليًا قد يتسبب في تشقق العبوة أو فصل الواجهات الداخلية - وهو فشل يُعرف باسم "انفشار الذرة". عمر الأرضية البالغ 168 ساعة هو الحد الأقصى الموصى به لوقت التعرض الذي تتم إدارة هذه المخاطرة خلاله، بافتراض التخزين ضمن حدود درجة الحرارة والرطوبة المحددة.

11. دراسة حالة التصميم والاستخدام

السيناريو: تصميم لوحة مؤشرات حالة متعددة لموجه شبكة.تتطلب اللوحة عدة مصابيح LED صفراء للحالة لتكون ساطعة بشكل موحد. يختار المصمم مصابيح LED من نفس مجموعة شدة الإضاءة (مثل المجموعة T1: 280-355 مللي كانديلا) لضمان حد أدنى من التباين البصري. لتبسيط تصميم مصدر الطاقة، يتم اختيار مصابيح LED من مجموعة جهد أمامي أضيق (مثل المجموعة D3: 2.0-2.2 فولت). يتم تشغيل مصابيح LED في تكوين سلسلة على التوالي من خط 12 فولت باستخدام سائق تيار ثابت مضبوط على 20 مللي أمبير، مما يضمن تيارًا متطابقًا عبر كل LED ومطابقة سطوع مثالية. تضمن زاوية الرؤية الواسعة البالغة 120 درجة وضوح رؤية المؤشرات من زوايا مختلفة في بيئة مكتبية. يتضمن تخطيط PCB هندسة اللوحة الموصى بها واتصال إغاثة حراري صغير بمستوى أرضي لتبديد الحرارة.

12. مبدأ التشغيل

يعتمد هذا الـ LED على بنية غير متجانسة شبه موصلة من فوسفيد الألومنيوم إنديوم جاليوم (AlInGaP). عند تطبيق جهد انحياز أمامي يتجاوز طاقة فجوة النطاق للمادة، يتم حقق الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة حيث تتحد بشكل إشعاعي. الطاقة المنطلقة أثناء هذا الاتحاد تتوافق مع فوتونات في نطاق الطول الموجي الأصفر (حوالي 590 نانومتر). تقوم العدسة الإيبوكسية المبعثرة التي تغلف شريحة أشباه الموصلات بتشتيت الضوء المنبعث، مما يوسع نمط الإشعاع من حزمة ضيقة إلى زاوية الرؤية المحددة البالغة 120 درجة، مما يخلق مظهرًا أكثر انتشارًا وتجانسًا مناسبًا لتطبيقات المؤشرات.

13. اتجاهات التكنولوجيا

تستمر تكنولوجيا الـ LED المثبتة على السطح في التطور نحو كفاءة أعلى، وأحجام عبوات أصغر، وتقديم ألوان محسّن. بينما يظل AlInGaP مادة مهيمنة لمصابيح LED الحمراء والبرتقالية والصفراء عالية الكفاءة، يركز البحث المستمر على تحسين الهياكل الطبقية وأنظمة الفوسفور لدفع حدود الكفاءة إلى أبعد من ذلك. تشمل اتجاهات التعبئة تحسين تصميمات إدارة الحرارة داخل نفس البصمة وتطوير ملفات تعريف أرق للإلكترونيات الاستهلاكية فائقة النحافة. يستمر السعي نحو الأتمتة والموثوقية في تحسين معايير تغليف الشريط والبكرة وتوافق اللحام بإعادة التدفق.