مستند تقني لصمام ثنائي باعث للضوء SMD أخضر مُشتت بزاوية رؤية 120 درجة - 3.2x1.6x1.1 مم - 3.3 فولت - 80 ميغاواط

1. نظرة عامة على المنتج

يُفصّل هذا المستند مواصفات صمام ثنائي باعث للضوء (LED) من نوع جهاز مُركّب على السطح (SMD) يستخدم عدسة مُشتتة وتقنية إنديوم جاليوم نيتريد (InGaN) لإنتاج ضوء أخضر. مُصمم للتجميع الآلي للوحات الدوائر المطبوعة (PCB)، هذا المكون مثالي للتطبيقات ذات المساحة المحدودة عبر مختلف المعدات الإلكترونية. وظيفته الأساسية هي العمل كمؤشر حالة، أو مصدر إضاءة للإشارات، أو للإضاءة الخلفية للألواح الأمامية في الأجهزة الاستهلاكية والصناعية والاتصالات.

يتم تعبئة الصمام الثنائي على شريط بعرض 8 مم ملفوف على بكرات قطرها 7 بوصات، مما يسهل عمليات التجميع عالية السرعة بواسطة آلات اللقط والوضع. وهو متوافق مع المعايير الصناعية، بما في ذلك توجيهية RoHS (تقييد المواد الخطرة)، ومتوافق مع عمليات لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR)، مما يجعله مناسبًا لخطوط التصنيع الحديثة الخالية من الرصاص.

1.1 الميزات الرئيسية

• مكونات متوافقة مع توجيهية RoHS.
• مُعبأ على شريط بعرض 8 مم على بكرات قطر 7 بوصات للتجميع الآلي.
• بصمة حزمة قياسية وفقًا لـ EIA.
• متطلبات تشغيل متوافقة مع مستوى المنطق (متوافقة مع الدوائر المتكاملة).
• مُصمم للتوافق مع معدات التركيب الآلي.
• يتحمل ملفات تعريف لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء.
• مُعالج مسبقًا لمستوى الحساسية للرطوبة JEDEC 3.

1.2 التطبيقات المستهدفة

• معدات الاتصالات (مثل الهواتف اللاسلكية/الخلوية).
• أجهزة أتمتة المكاتب (مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة، أنظمة الشبكات).
• الأجهزة المنزلية ولافتات الإعلان الداخلية.
• مؤشرات حالة المعدات الصناعية.
• مصابيح إشارة ورموز للأغراض العامة.
• الإضاءة الخلفية للألواح الأمامية.

2. أبعاد الحزمة والمعلومات الميكانيكية

يتوافق الصمام الثنائي مع مخطط حزمة SMD قياسي. تشمل الأبعاد الحرجة حجم جسم يبلغ حوالي 3.2 مم في الطول، و1.6 مم في العرض، و1.1 مم في الارتفاع، مع تسامح ±0.2 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. يتميز المكون بعدسة مُشتتة، تعمل على توسيع نمط انبعاث الضوء، ويتم تحديد أطراف الأنود/الكاثود بوضوح للتوجيه الصحيح على لوحة الدوائر المطبوعة. يتم توفير تخطيط وسادة التثبيت الموصى به على PCB لضمان تكوين وصلة لحام مثالية وإدارة حرارية أثناء عمليات لحام إعادة التدفق.

3. تحليل مُعمّق للمعايير التقنية

3.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد هذه القيم الحدود التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. يجب دائمًا الحفاظ على التشغيل ضمن هذه الحدود.

• تبديد الطاقة (Pd):80 ميغاواط. هذه هي أقصى كمية من الطاقة يمكن للجهاز تبديدها كحرارة عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية.
• تيار أمامي ذروي (I_FP):100 مللي أمبير. هذا هو أقصى تيار أمامي لحظي، مسموح به فقط في ظل ظروف النبض (دورة عمل 1/10، عرض نبضة 0.1 مللي ثانية) لمنع ارتفاع درجة الحرارة.
• تيار أمامي مستمر (I_F):20 مللي أمبير. هذا هو الحد الأقصى الموصى به للتيار المستمر للتشغيل المستمر الموثوق.
• نطاق درجة حرارة التشغيل:من -40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية. يتم ضمان عمل الجهاز ضمن نطاق درجة الحرارة المحيطة هذا.
• نطاق درجة حرارة التخزين:من -40 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية. يمكن تخزين الجهاز دون تدهور ضمن هذه الحدود.

3.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

يتم قياس هذه المعلمات عند Ta=25 درجة مئوية و I_F=20 مللي أمبير، مما يمثل ظروف التشغيل النموذجية.

• شدة الإضاءة (I_V):355 - 1120 ميللي كانديلا. يتم قياس خرج الضوء باستخدام مستشعر مُرشح لمطابقة استجابة العين البشرية للضوء. يتم إدارة النطاق الواسع من خلال نظام فرز.
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):120 درجة (نموذجي). هذه هي الزاوية الكاملة التي تنخفض عندها شدة الإضاءة إلى نصف قيمتها المحورية القصوى. تخلق العدسة المُشتتة نمط الرؤية الواسع والموحد هذا.
• طول موجة الانبعاث الذروي (λ_P):523 نانومتر (نموذجي). هذا هو الطول الموجي الذي يكون فيه توزيع القدرة الطيفية في أقصى حد.
• الطول الموجي السائد (λ_d):520 - 535 نانومتر. هذا هو الطول الموجي الفردي الذي تدركه العين البشرية والذي يحدد لون (أخضر) الصمام الثنائي، والمستمد من مخطط لونية CIE.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):25 نانومتر (نموذجي). هذا يشير إلى نقاء الطيف؛ قيمة 25 نانومتر هي سمة لصمامات LED الخضراء القائمة على InGaN.
• الجهد الأمامي (V_F):3.3 فولت (نموذجي)، 3.8 فولت (أقصى). انخفاض الجهد عبر الصمام الثنائي عند تشغيله بتيار 20 مللي أمبير.
• التيار العكسي (I_R):10 ميكرو أمبير (أقصى) عند V_R=5 فولت. الجهاز غير مصمم للعمل تحت انحياز عكسي؛ هذه المعلمة لأغراض الاختبار فقط.

4. شرح نظام الفرز

لضمان الاتساق في التطبيق، يتم فرز صمامات LED بناءً على معايير رئيسية. يمكن للمصممين تحديد مجموعات الفرز لمطابقة متطلباتهم لتوحيد اللون والسطوع.

4.1 رتبة الجهد الأمامي (V_f)

يتم الفرز عند I_F=20 مللي أمبير. التسامح لكل مجموعة هو ±0.1 فولت.

أمثلة على مجموعات الفرز: D7 (2.8-3.0 فولت)، D8 (3.0-3.2 فولت)، D9 (3.2-3.4 فولت)، D10 (3.4-3.6 فولت)، D11 (3.6-3.8 فولت).

4.2 رتبة شدة الإضاءة (I_V)

يتم الفرز عند I_F=20 مللي أمبير. التسامح لكل مجموعة هو ±11%.

أمثلة على مجموعات الفرز: T2 (355-450 ميللي كانديلا)، U1 (450-560 ميللي كانديلا)، U2 (560-710 ميللي كانديلا)، V1 (710-900 ميللي كانديلا)، V2 (900-1120 ميللي كانديلا).

4.3 رتبة الطول الموجي السائد (W_d)

يتم الفرز عند I_F=20 مللي أمبير. التسامح لكل مجموعة هو ±1 نانومتر.

أمثلة على مجموعات الفرز: AP (520-525 نانومتر)، AQ (525-530 نانومتر)، AR (530-535 نانومتر).

5. تحليل منحنيات الأداء

توفر منحنيات الخصائص النموذجية نظرة ثاقبة على سلوك الجهاز تحت ظروف مختلفة. تشمل هذه العلاقة بين التيار الأمامي (I_F) والجهد الأمامي (V_F)، وهي علاقة أسية وحاسمة لتصميم دوائر تحديد التيار. العلاقة بين شدة الإضاءة والتيار الأمامي هي بشكل عام خطية ضمن نطاق التشغيل ولكن قد تشبع عند التيارات الأعلى بسبب التأثيرات الحرارية. اعتماد شدة الإضاءة على درجة الحرارة يُظهر انخفاضًا في الخرج مع ارتفاع درجة حرارة التقاطع، وهو عامل حاسم للإدارة الحرارية في التطبيقات عالية الطاقة أو الكثيفة. يركز منحنى التوزيع الطيفي حول طول الموجة الذروي البالغ 523 نانومتر مع نصف العرض المحدد.

6. إرشادات التجميع والتعامل

6.1 عملية اللحام

الجهاز متوافق مع لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR) للعمليات الخالية من الرصاص. يتضمن الملف الشخصي المقترح، المتوافق مع J-STD-020B، مرحلة تسخين مسبق (150-200 درجة مئوية، بحد أقصى 120 ثانية)، ودرجة حرارة ذروية لا تتجاوز 260 درجة مئوية، ووقت فوق السائل (TAL) بحد أقصى 10 ثوانٍ. يجب أن يقتصر اللحام على حد أقصى دورتي إعادة تدفق. للإصلاح اليدوي، يمكن استخدام مكواة لحام بحد أقصى 300 درجة مئوية لمدة لا تزيد عن 3 ثوانٍ، مرة واحدة فقط. الالتزام بمواصفات مصنع معجون اللحام أمر ضروري.

6.2 التنظيف

إذا كان التنظيف ضروريًا بعد اللحام، فيجب استخدام المذيبات القائمة على الكحول المحددة فقط مثل الإيثانول أو الأيزوبروبانول. يجب غمر الصمام الثنائي في درجة حرارة عادية لأقل من دقيقة واحدة. قد تتسبب المواد الكيميائية غير المحددة في إتلاف غلاف الإيبوكسي.

6.3 التخزين والحساسية للرطوبة

كجهاز بمستوى حساسية للرطوبة 3 (MSL3)، فإن له عمرًا أرضيًا يبلغ 168 ساعة (أسبوع واحد) بعد فتح الكيس المحكم المضاد للرطوبة، في ظل ظروف ≤30 درجة مئوية/60% رطوبة نسبية. للتخزين لفترة أطول من هذه أو خارج العبوة الأصلية، يلزم الخبز عند 60 درجة مئوية لمدة 48 ساعة على الأقل قبل إعادة التدفق لمنع تشقق "الفشار" أثناء اللحام. للتخزين طويل الأمد خارج الكيس، استخدم حاوية محكمة الإغلاق مع مجفف أو في جو نيتروجين.

7. مواصفات التعبئة والبكرات

يتم توريد صمامات LED في شريط حامل بارز بعرض 8 مم. يتم لف الشريط على بكرة قياسية قطرها 7 بوصات (178 مم). تحتوي كل بكرة على 2000 قطعة. يحتوي الشريط على شريط غطاء لإغلاق جيوب المكونات. تتوافق التعبئة مع مواصفات ANSI/EIA-481. الحد الأقصى المسموح به لعدد المكونات المفقودة المتتالية على بكرة هو اثنان.

8. اعتبارات تصميم التطبيق

8.1 تصميم دائرة التشغيل

صمامات LED هي أجهزة تعمل بالتيار. لضمان سطوع ثابت وعمر طويل، يجب استخدام مصدر تيار ثابت أو مقاومة تحديد تيار على التوالي مع مصدر جهد. يمكن حساب قيمة المقاومة باستخدام قانون أوم: R = (V_المصدر- V_F) / I_F. باستخدام V_Fالنموذجي البالغ 3.3 فولت و I_Fمطلوب قدره 20 مللي أمبير من مصدر 5 فولت، R = (5V - 3.3V) / 0.02A = 85Ω. ستكون مقاومة قياسية 82Ω أو 100Ω مناسبة. عند توصيل عدة صمامات LED على التوازي، يوصى بشدة باستخدام مقاومات تحديد تيار فردية لكل صمام لمنع احتكار التيار بسبب الاختلافات الطبيعية في V_F.

8.2 الإدارة الحرارية

على الرغم من أن تبديد الطاقة منخفض نسبيًا (80 ميغاواط)، إلا أن التصميم الحراري الفعال على PCB لا يزال مهمًا، خاصة في درجات الحرارة المحيطة العالية أو المساحات المغلقة. يساعد تخطيط وسادة PCB الموصى به في تبديد الحرارة. يضمن توفير مساحة نحاسية كافية حول الوسائد الحرارية والاستخدام المحتمل للفتحات الحرارية الحفاظ على درجة حرارة تقاطع أقل، مما يحافظ على خرج الإضاءة وعمر الجهاز.

8.3 التكامل البصري

توفر زاوية الرؤية المُشتتة البالغة 120 درجة نمط انبعاث واسع وناعم مناسب لتطبيقات المؤشرات حيث تكون الرؤية من زوايا متعددة مطلوبة. لتطبيقات دليل الضوء أو الإضاءة الخلفية، قد تتطلب الطبيعة المُشتتة للعدسة تصميمًا بصريًا محددًا لتحقيق التوحيد المطلوب. اللون الأخضر، المحدد بمجموعة طول موجته السائد، مناسب لمؤشرات الحالة (مثل التشغيل، الوضع النشط) والإضاءة العامة حيث تكون هناك حاجة للتمييز اللوني.

9. الموثوقية والملاحظات التشغيلية

هذا المنتج مخصص للمعدات الإلكترونية التجارية والصناعية القياسية. للتطبيقات التي تتطلب موثوقية استثنائية حيث قد يعرض الفشل السلامة للخطر (مثل الطيران، دعم الحياة الطبي، التحكم في النقل)، يلزم التأهيل المحدد والتشاور مع الشركة المصنعة قبل التصميم. الجهاز غير مصمم للعمل في ظل ظروف انحياز عكسي. تجاوز الحدود القصوى المطلقة، خاصة التيار الأمامي أو تبديد الطاقة، سيسرع التدهور ويمكن أن يتسبب في فشل كارثي.

10. السياق التكنولوجي والسوقي

10.1 المبدأ التكنولوجي الأساسي

يعتمد هذا الصمام الثنائي على مادة أشباه الموصلات من إنديوم جاليوم نيتريد (InGaN). عند تطبيق جهد أمامي، تتحد الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة من أشباه الموصلات، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات. تحدد النسبة المحددة للإنديوم إلى الجاليوم في السبيكة طاقة فجوة النطاق وبالتالي الطول الموجي للضوء المنبعث، والذي يكون في هذه الحالة في الطيف الأخضر (~523 نانومتر). العدسة المُشتتة مصنوعة من الإيبوكسي أو السيليكون مع جسيمات تشتيت مدمجة لتوسيع زاوية الشعاع.

10.2 المزايا المقارنة

مقارنة بالتكنولوجيات الأقدم مثل صمامات LED الخضراء القائمة على AlGaInP، تقدم InGaN كفاءة أعلى واستقرار أداء أفضل. توفر حزمة SMD مزايا كبيرة مقارنة بصمامات LED ذات الثقب: بصمة أصغر، ارتفاع أقل، ملاءمة للتجميع الآلي، وتوافق أفضل مع عمليات لحام إعادة التدفق عالية الحجم، مما يؤدي إلى انخفاض تكاليف التصنيع الإجمالية.

10.3 اتجاهات الصناعة

يستمر سوق صمامات LED من نوع SMD في النمو، مدفوعًا بالتصغير، ومتطلبات كفاءة الطاقة، وانتشار تطبيقات المؤشرات والإضاءة الخلفية في الإلكترونيات الاستهلاكية وأجهزة إنترنت الأشياء. تشمل الاتجاهات زيادة أكبر في الفعالية الضوئية (مزيد من خرج الضوء لكل واط)، وتسامحات فرز أضيق لتوحيد اللون والسطوع في تطبيقات العرض، وتطوير أحجام حزم أصغر. التحول نحو المواد الخالية من الرصاص والهالوجين امتثالًا للوائح البيئية العالمية هو أيضًا ممارسة قياسية.