ورقة بيانات LED SMD 16-213/GHC-YR1S1/3T - أخضر لامع - 2.7-3.7 فولت - 25 مللي أمبير - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

يعد 16-213/GHC-YR1S1/3T مصباح LED من نوع الأجهزة السطحية (SMD) مصممًا للتطبيقات الإلكترونية الحديثة التي تتطلب حجمًا مضغوطًا وموثوقية عالية وأداءً بصريًا ممتازًا. يستخدم هذا المكون شريحة أشباه موصلات من إنيديوم جاليوم نيتريد (InGaN) لإنتاج خرج ضوئي أخضر لامع. تشمل مزاياه الأساسية تقليل البصمة بشكل كبير مقارنة بمصابيح LED التقليدية ذات الإطار الرصاصي، مما يتيح كثافة تعبئة أعلى على لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs)، ويقلل من متطلبات التخزين، ويساهم في النهاية في تصغير حجم المعدات النهائية. الجهاز خفيف الوزن، مما يجعله مناسبًا بشكل خاص للتطبيقات المحدودة المساحة والمحمولة.

يشمل تحديد موقع المنتج الرئيسي استخدامه كمؤشر عالي الكفاءة ومصدر إضاءة خلفية. يتم تعبئته على شريط بعرض 8 مم ملفوف على بكرات قطرها 7 بوصات، مما يضمن التوافق مع معدات التجميع الآلي القياسية (pick-and-place). تم بناء الـ LED باستخدام مادة تغليف من الراتنج الشفاف بالماء، مما يزيد من خرج الضوء إلى أقصى حد ويوفر مظهرًا نظيفًا ومشرقًا.

2. الغوص العميق في المواصفات الفنية

2.1 القيم القصوى المطلقة

يتم تحديد الحدود التشغيلية للجهاز في ظل ظروف درجة حرارة المحيط Ta=25°C. قد يتسبب تجاوز هذه التقييمات في حدوث تلف دائم.

• الجهد العكسي (V_R):5 فولت. يمكن أن يؤدي تطبيق جهد عكسي أعلى من هذا إلى انهيار وصلة PN الخاصة بـ LED.
• التيار الأمامي المستمر (I_F):25 مللي أمبير. هذا هو الحد الأقصى للتيار المستمر الموصى به للتشغيل المستمر.
• التيار الأمامي الذروي (I_FP):100 مللي أمبير. ينطبق هذا التقييم في ظل ظروف النبض بدورة عمل 1/10 عند تردد 1 كيلو هرتز، مما يسمح بفترات قصيرة من السطوع الأعلى.
• تبديد الطاقة (P_d):110 ملي واط. هذه هي أقصى طاقة يمكن للعبوة تبديدها كحرارة دون تجاوز حدودها الحرارية.
• التفريغ الكهروستاتيكي (ESD):يتحمل 150 فولت (نموذج جسم الإنسان). إجراءات التعامل الصحيحة مع ESD ضرورية أثناء التجميع.
• درجة حرارة التشغيل (T_opr):من -40°C إلى +85°C. تم تصنيف LED للتشغيل في نطاق واسع من الظروف البيئية.
• درجة حرارة التخزين (T_stg):من -40°C إلى +90°C.
• درجة حرارة اللحام (T_sol):يمكن للجهاز تحمل لحام إعادة التدفق بدرجة حرارة ذروية تبلغ 260°C لمدة تصل إلى 10 ثوانٍ، أو اللحام اليدوي عند 350°C لمدة تصل إلى 3 ثوانٍ لكل طرف.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

يتم قياس الأداء النموذجي عند Ta=25°C مع I_F=20 مللي أمبير، ما لم يُذكر خلاف ذلك.

• شدة الإضاءة (I_v):تتراوح من 112 مللي كانديلا كحد أدنى إلى 225 مللي كانديلا كحد أقصى، بقيمة نموذجية ضمن نطاق التصنيف هذا. ينطبق تسامح ±11%.
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):120 درجة. تضمن هذه الزاوية الواسعة رؤية جيدة من منظورات مختلفة.
• الطول الموجي الذروي (λ_p):عادة 518 نانومتر، مما يشير إلى الطول الموجي الذي تكون فيه شدة الضوء المنبعث أعلى ما يمكن.
• الطول الموجي السائد (λ_d):يتراوح من 520 نانومتر إلى 535 نانومتر، مما يحدد اللون المدرك (الأخضر). ينطبق تسامح ±1 نانومتر.
• عرض النطاق الطيفي (Δλ):عادة 35 نانومتر، مقاسة عند نصف أقصى شدة (FWHM).
• الجهد الأمامي (V_F):يتراوح من 2.7 فولت (الحد الأدنى) إلى 3.7 فولت (الحد الأقصى)، بقيمة نموذجية تبلغ 3.3 فولت عند 20 مللي أمبير. ينطبق تسامح ±0.05 فولت.
• التيار العكسي (I_R):حد أقصى 50 ميكرو أمبير عند تطبيق جهد عكسي 5 فولت.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

يتم تصنيف المنتج إلى مجموعات بناءً على المعلمات البصرية والكهربائية الرئيسية لضمان الاتساق في تصميم التطبيق.

3.1 تصنيف شدة الإضاءة

يتم تعريف المجموعات لـ I_vعند I_F=20 مللي أمبير:

• R1:من 112 إلى 140 مللي كانديلا
• R2:من 140 إلى 180 مللي كانديلا
• S1:من 180 إلى 225 مللي كانديلا

يشير رمز التصنيف المحدد (على سبيل المثال، جزء من GHC-YR1S1) إلى نطاق الشدة المضمون لتلك الوحدة المعينة.

3.2 تصنيف الطول الموجي السائد

يتم تعريف المجموعات لـ λ_dعند I_F=20 مللي أمبير:

• X:من 520 إلى 525 نانومتر
• Y:من 525 إلى 530 نانومتر
• Z:من 530 إلى 535 نانومتر

يسمح هذا للمصممين باختيار مصابيح LED ذات درجة لون أخضر محددة للغاية لتطبيقات مطابقة الألوان.

4. تحليل منحنيات الأداء

توفر ورقة البيانات عدة منحنيات مميزة تعتبر بالغة الأهمية للتصميم.

4.1 شدة الإضاءة النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطة

يظهر المنحنى أن شدة الإضاءة مستقرة نسبيًا من -40°C إلى حوالي 25°C. بعد 25°C، تتناقص الشدة تدريجيًا مع زيادة درجة الحرارة، وهي خاصية شائعة لمصابيح LED بسبب زيادة إعادة التركيب غير المشع والتأثيرات الحرارية الأخرى. عند أقصى درجة حرارة تشغيل 85°C، قد يكون الناتج أقل بشكل ملحوظ مقارنة بدرجة حرارة الغرفة. يجب أخذ هذا في الاعتبار في التصميمات التي يُتوقع فيها درجات حرارة محيطة عالية.

4.2 منحنى تخفيض التيار الأمامي

يحدد هذا الرسم البياني أقصى تيار أمامي مسموح به كدالة لدرجة الحرارة المحيطة. عند 25°C، يُسمح بالتيار الكامل 25 مللي أمبير. مع ارتفاع درجة الحرارة المحيطة، يجب تقليل الحد الأقصى للتيار المسموح به خطيًا لمنع تجاوز حد تبديد طاقة الجهاز البالغ 110 ملي واط وضمان الموثوقية على المدى الطويل. هذا أمر بالغ الأهمية لمنع الانفلات الحراري والفشل المبكر.

3.3 شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي

العلاقة خطية بشكل عام عند التيارات المنخفضة ولكن قد تظهر علامات التشبع أو انخفاض الكفاءة عند التيارات الأعلى (الاقتراب من الحد الأقصى للتصنيف). يسمح المنحنى للمصممين بالتنبؤ بالسطوع لتيار تشغيل معين.

4.4 توزيع الطيف

يظهر الرسم الطيفي ذروة واحدة سائدة تتمحور حول 518 نانومتر (أخضر)، مع عرض النطاق النموذجي 35 نانومتر (FWHM). هناك انبعاث ضئيل في أجزاء أخرى من الطيف المرئي، مما يؤكد اللون الأخضر النقي.

4.5 التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي

يوضح منحنى IV العلاقة الأسية النموذجية للدايود. يزداد الجهد الأمامي مع التيار. نطاق V_Fالمحدد (2.7-3.7 فولت عند 20 مللي أمبير) مرئي على هذا المنحنى. يستخدم المصممون هذا لحساب قيمة المقاوم المحدد للتيار اللازمة لجهد إمداد معين.

4.6 نمط الإشعاع

يوضح الرسم القطبي زاوية الرؤية 120 درجة. تكون الشدة موحدة تقريبًا داخل المخروط المركزي وتتناقص نحو الحواف. هذا النمط مهم للتطبيقات التي تتطلب زوايا إضاءة محددة.

5. المعلومات الميكانيكية والتغليف

5.1 أبعاد العبوة

يتمتع LED ببصمة SMD مضغوطة. تشمل الأبعاد الحرجة حجم الجسم، وتباعد الأطراف، والارتفاع الإجمالي. يتم توفير رسم تفصيلي بأبعاد في ورقة البيانات مع تسامح قياسي ±0.1 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. كما يتم عرض تخطيط الوسادة المقترح على PCB، المصمم للحام موثوق واستقرار ميكانيكي. يُنصح المصممون بتعديل أبعاد الوسادة بناءً على عملية تصنيع PCB المحددة ومتطلباتها الحرارية.

5.2 تحديد القطبية

يحتوي المكون على أنود (قطب موجب) وكاثود (قطب سالب). يشير الرسم في ورقة البيانات إلى القطبية، وعادة ما يتم تمييزها بشق، أو نقطة، أو شكل طرف مختلف. يجب مراعاة القطبية الصحيحة أثناء تخطيط PCB والتجميع لضمان الوظيفة الصحيحة.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 ملف تعريف اللحام بإعادة التدفق (Reflow)

يتم توفير ملف درجة حرارة مفصل للحام إعادة التدفق الخالي من الرصاص:

• التسخين المسبق:من 150 إلى 200°C لمدة 60 إلى 120 ثانية.
• الوقت فوق نقطة السيولة (217°C):من 60 إلى 150 ثانية.
• درجة الحرارة الذروية:260°C كحد أقصى، يتم الاحتفاظ بها لمدة لا تزيد عن 10 ثوانٍ.
• معدل التسخين:6°C/ثانية كحد أقصى.
• معدل التبريد:3°C/ثانية كحد أقصى.

يوصى بعدم تعريض LED لأكثر من دورتي لحام بإعادة التدفق. يجب تجنب الإجهاد على جسم LED أثناء التسخين وانحناء PCB بعد اللحام.

6.2 اللحام اليدوي

إذا كان اللحام اليدوي ضروريًا، فيجب أن تكون درجة حرارة طرف المكواة أقل من 350°C، ويجب ألا تتجاوز مدة التلامس لكل طرف 3 ثوانٍ. يوصى باستخدام مكواة منخفضة الطاقة (≤25 واط). يجب السماح بفترة تبريد لا تقل عن ثانيتين بين لحام الطرفين لمنع الصدمة الحرارية.

6.3 الإصلاح وإعادة العمل

لا يُنصح بالإصلاح بعد اللحام. إذا كان لا مفر منه، فيجب استخدام مكواة لحام برأس مزدوج لتسخين كلا الطرفين في وقت واحد، مما يقلل من الإجهاد على LED. يجب تقييم التأثير المحتمل على خصائص LED من إعادة العمل مسبقًا.

7. معلومات التعبئة والطلب

7.1 مواصفات البكرة والشريط

يتم توريد مصابيح LED في شريط حامل بارز بأبعاد محددة في ورقة البيانات. تحتوي كل بكرة على 3000 قطعة. يتم توفير أبعاد البكرة (قطر 7 بوصات) لإعداد معدات المعالجة الآلية.

7.2 حساسية الرطوبة والتخزين

يتم تعبئة المنتج في كيس ألومنيوم مقاوم للرطوبة مع مجفف وبطاقة مؤشر رطوبة. لمنع التلف الناجم عن الرطوبة (ظاهرة "الفشار") أثناء إعادة التدفق:

• قبل الفتح:قم بالتخزين عند ≤30°C و ≤90% رطوبة نسبية.
• بعد الفتح:"العمر الافتراضي" هو سنة واحدة تحت ≤30°C و ≤60% رطوبة نسبية. يجب إعادة إغلاق الأجزاء غير المستخدمة.
• التجفيف (Baking):إذا أشار المجفف إلى التشبع أو تجاوز وقت التخزين، قم بالتجفيف عند 60±5°C لمدة 24 ساعة قبل الاستخدام.

7.3 شرح الملصق

يحتوي ملصق البكرة على رموز لـ:

• رقم جزء العميل (CPN)
• رقم المنتج (P/N)
• كمية التعبئة (QTY)
• رتبة شدة الإضاءة (CAT)
• رتبة اللونية/الطول الموجي السائد (HUE)
• رتبة الجهد الأمامي (REF)
• رقم الدفعة (LOT No.)

8. اقتراحات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

• الإضاءة الخلفية:مثالي لمؤشرات لوحة القيادة، وإضاءة المفاتيح، والإضاءة الخلفية المسطحة لشاشات LCD والرموز.
• الاتصالات:مؤشرات الحالة والإضاءة الخلفية للوحة المفاتيح في الهواتف وأجهزة الفاكس.
• التنبيه العام:حالة الطاقة، واختيار الوضع، ومؤشرات واجهة المستخدم الأخرى في مجموعة واسعة من الإلكترونيات الاستهلاكية والصناعية والسيارات.

8.2 اعتبارات تصميم حرجة

• تحديد التيار:المقاوم المتسلسل الخارجيإلزامي تمامًالتحديد التيار الأمامي. تعني الخاصية الأسية V-I لـ LED أن زيادة صغيرة في الجهد يمكن أن تسبب طفرة تيار كبيرة مدمرة.
• الإدارة الحرارية:الالتزام بمنحنى تخفيض التيار الأمامي. تأكد من وجود مساحة كافية من النحاس على PCB أو مشتتات حرارية أخرى إذا كان التشغيل في درجات حرارة محيطة عالية أو بالقرب من أقصى تيار.
• حماية ESD:تنفيذ دوائر حماية ESD على الخطوط الحساسة واتبع إجراءات التعامل الصحيحة أثناء التجميع.
• التصميم البصري:ضع في اعتبارك زاوية الرؤية 120 درجة ونمط الإشعاع عند تصميم أدلة الضوء، أو العدسات، أو المشتتات لتحقيق تأثير الإضاءة المطلوب.

9. المقارنة الفنية والتمييز

مقارنة بتقنيات LED القديمة ذات الثقب المار (Through-Hole)، يقدم هذا الـ LED SMD مزايا كبيرة:

• الحجم والكثافة:بصمة أصغر بشكل كبير تتيح التصغير.
• الأتمتة:متوافق تمامًا مع تجميع SMT عالي السرعة، مما يقلل من تكلفة التصنيع.
• الأداء:توفر تقنية InGaN كفاءة أعلى وخرج أخضر أكثر سطوعًا مقارنة بالمواد القديمة.
• الموثوقية:غالبًا ما يؤدي بناء SMD إلى أداء حراري أفضل ومتانة ميكانيكية عند اللحام بشكل صحيح.
• الامتثال:الجهاز خالي من الرصاص، ومتوافق مع لوائح RoHS وREACH التابعة للاتحاد الأوروبي، ويلبي معايير خالية من الهالوجين (Br <900 جزء في المليون، Cl <900 جزء في المليون، Br+Cl <1500 جزء في المليون)، مما يجعله مناسبًا للتصميمات الواعية بالبيئة والأسواق العالمية.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات الفنية)

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

باستخدام قانون أوم (R = (V_supply- V_F) / I_F) وبافتراض V_Fنموذجي 3.3 فولت عند 20 مللي أمبير: R = (5V - 3.3V) / 0.02A = 85 أوم. سيكون المقاوم القياسي 82 أو 100 أوم مناسبًا. احسب دائمًا لأقل V_F(2.7 فولت) لضمان ألا يتجاوز التيار الحد الأقصى للتصنيف.

10.2 هل يمكنني تشغيل هذا الـ LED بتيار 30 مللي أمبير للحصول على سطوع أكبر؟

لا. الحد الأقصى المطلق للتصنيف للتيار الأمامي المستمر هو 25 مللي أمبير. يتعارض تجاوز هذا التقييم مع الموثوقية وقد يتسبب في فشل فوري أو تدريجي. للحصول على سطوع أعلى، اختر LED من مجموعة شدة إضاءة أعلى (مثل مجموعة S1) أو منتج مصنف لتيار أعلى.

10.3 كيف تؤثر درجة الحرارة على خرج الضوء؟

كما هو موضح في منحنيات الأداء، تتناقص شدة الإضاءة مع زيادة درجة الحرارة المحيطة. عند 85°C، قد يكون الناتج 60-70% فقط من قيمته عند 25°C. يجب أخذ هذا في الاعتبار في التصميم البصري للنظام.

10.4 هل يلزم وجود مشتت حراري (Heatsink)؟

للتشغيل المستمر عند 20 مللي أمبير ودرجات حرارة محيطة معتدلة (<50°C)، عادة ما يتم تبديد الحرارة بشكل كافٍ من خلال أطراف LED إلى النحاس الموجود على PCB. يتبع تخطيط الوسادة المقترح يحسن هذا. لدرجات الحرارة المحيطة العالية أو إذا كان التشغيل بالقرب من أقصى تيار، فإن زيادة مساحة النحاس على PCB المتصلة بوسائد LED تعمل كمشتت حراري فعال.

11. دراسة حالة للتصميم والاستخدام

السيناريو: تصميم لوحة مؤشرات حالة لوحدة تحكم صناعية.

1. المتطلبات:مصابيح LED خضراء لامعة متعددة للإشارة إلى حالة "النظام جاهز". تعمل اللوحة في بيئة تصل إلى 60°C.
2. الاختيار:تم اختيار 16-213/GHC-YR1S1/3T في مجموعة S1 (180-225 مللي كانديلا) للرؤية العالية.
3. تصميم الدائرة:باستخدام خط طاقة نظام 3.3 فولت. بافتراض V_F= 3.3 فولت، يتم حساب المقاوم المتسلسل: R = (3.3V - 3.3V) / 0.02A = 0 أوم. هذا غير صالح. لذلك، يتم تشغيل LED بتيار أقل، على سبيل المثال 15 مللي أمبير. R = (3.3V - 3.0V*) / 0.015A = 20 أوم. (*V_Fمقدرة أقل لـ 15 مللي أمبير من منحنى IV).
4. الفحص الحراري:عند درجة حرارة محيطة 60°C، يتطلب منحنى التخفيض تقليل الحد الأقصى للتيار. التشغيل عند 15 مللي أمبير يوفر هامش أمان جيد أقل من الحد المخفض، مما يضمن الموثوقية على المدى الطويل.
5. التخطيط:يتبع تصميم وسادة PCB توصية ورقة البيانات، مع إضافة مساحات نحاسية إضافية متصلة بوسادة الكاثود لنشر الحرارة.
6. النتيجة:نظام مؤشرات موثوق ومشرق باستمرار مناسب لبيئة التشغيل.

12. مقدمة عن مبدأ التشغيل

يعمل هذا الـ LED على مبدأ الإضاءة الكهربائية في وصلة PN لأشباه الموصلات. المنطقة النشطة مكونة من InGaN. عند تطبيق جهد أمامي يتجاوز عتبة الدايود، يتم حقن الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة من الطبقات من النوع N والنوع P على التوالي. تعيد هذه حاملات الشحن تركيبها، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات. يحدد التركيب المحدد لسبيكة InGaN طاقة فجوة النطاق، والتي تتوافق مباشرة مع الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث - في هذه الحالة، الأخضر (~518 نانومتر). يحمي الراتنج الإيبوكسي الشفاف بالماء شريحة أشباه الموصلات، ويوفر الاستقرار الميكانيكي، ويعمل كعدسة لتشكيل حزمة خرج الضوء.

13. اتجاهات التكنولوجيا

تطوير مصابيح LED SMD مثل هذا هو جزء من اتجاهات أوسع في الإلكترونيات الضوئية:

• التصغير:التقليل المستمر في حجم العبوة (على سبيل المثال، من 0603 إلى 0402 إلى 0201 مقاسات مترية) لتمكين أجهزة أصغر حجمًا.
• زيادة الكفاءة:التحسينات المستمرة في النمو البلوري وتصميم الشريحة تؤدي إلى كفاءة إضاءة أعلى (مزيد من خرج الضوء لكل واط كهربائي مدخل).
• اتساق اللون:مواصفات تصنيف أكثر تشددًا وعمليات تصنيع متقدمة تضمن لونًا وسطوعًا موحدين للغاية عبر دفعات الإنتاج، وهو أمر بالغ الأهمية لمصفوفات LED المتعددة والشاشات.
• تعزيز الموثوقية:تحسين مواد التغليف وتصميمات الإدارة الحرارية تمدد العمر التشغيلي وتسمح بالاستخدام في بيئات أكثر قسوة (درجة حرارة أعلى، رطوبة).
• التكامل:تشمل الاتجاهات دمج دوائر التحكم IC، أو مقاومات تحديد التيار، أو حتى شرائح متعددة الألوان (RGB) في عبوة واحدة، مما يبسط تصميم الدائرة للمستخدم النهائي.

تقود هذه الاتجاهات تطور المكون نحو حلول أكثر قدرة وموثوقية وملاءمة للتطبيق.