ورقة بيانات LED SMD 0201 أحمر AlInGaP - الأبعاد 0.6x0.3x0.25 مم - الجهد 1.7-2.4 فولت - الطاقة 72 ميغاواط - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

تحدد هذه الوثيقة مواصفات ثنائي باعث للضوء (LED) مصغر للتركيب السطحي (SMD) بحجم الغلاف 0201. يستخدم الجهاز تقنية فوسفيد الألومنيوم إنديوم جاليوم (AlInGaP) لإنتاج ضوء أحمر. تجعل أبعاده المدمجة للغاية مناسبة لعمليات تجميع لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) الآلية والتطبيقات التي تكون فيها المساحة محدودة للغاية.

1.1 المزايا الأساسية

• البصمة المصغرة:يعد غلاف 0201 أحد أصغر البصمات القياسية لـ LED SMD، مما يتيح تصميمات PCB عالية الكثافة.
• التوافق مع الأتمتة:مصمم لتكون متوافقاً مع معدات الاختيار والوضع الآلية عالية السرعة وعمليات لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR) القياسية.
• الامتثال لـ RoHS:يتم تصنيع الجهاز ليلبي توجيهات تقييد المواد الخطرة (RoHS).
• التوافق مع الدوائر المتكاملة (IC):تسمح الخصائص الكهربائية بالوصل المباشر مع مخارج الدوائر المتكاملة.

1.2 الأسواق المستهدفة والتطبيقات

يُقصد بهذا الـ LED مجموعة واسعة من الإلكترونيات الاستهلاكية والصناعية التي تتطلب حجمًا صغيرًا ومؤشرًا موثوقًا.

• الإلكترونيات المحمولة:مؤشرات الحالة في الهواتف المحمولة، والأجهزة اللوحية، وأجهزة الكمبيوتر المحمولة، والأجهزة القابلة للارتداء.
• معدات الشبكات والاتصالات:أضواء الارتباط/النشاط على الموجهات، والمحولات، وأجهزة المودم.
• الأجهزة المنزلية وأتمتة المكاتب:مؤشرات الطاقة، أو الوضع، أو الوظيفة.
• الإضاءة الخلفية للوحة الأمامية:إضاءة الرموز، أو الأيقونات، أو الأزرار.
• مؤشر الحالة/الإشارة العام:أي تطبيق يتطلب مؤشرًا بصريًا مدمجًا ومشرقًا.

2. الغوص العميق في المعلمات التقنية

يقدم هذا القسم تفسيرًا موضوعيًا للمعلمات الكهربائية والبصرية والحرارية الرئيسية المحددة في ورقة البيانات.

2.1 الحدود القصوى المطلقة

هذه هي حدود الإجهاد التي لا يجب تجاوزها تحت أي ظرف من الظروف، حتى بشكل لحظي. قد يؤدي التشغيل خارج هذه الحدود إلى تلف دائم.

• تبديد الطاقة (Pd):72 ميغاواط. هذا هو الحد الأقصى المسموح به لفقدان الطاقة كحرارة. قد يؤدي تجاوز ذلك إلى ارتفاع درجة الحرارة وتقليل العمر الافتراضي.
• تيار التشغيل الأمامي الذروي (I_FP):80 مللي أمبير. هذا مسموح به فقط في ظل ظروف النبض (دورة عمل 1/10، عرض النبضة 0.1 مللي ثانية). وهو ليس للتشغيل المستمر بالتيار المستمر.
• تيار التشغيل الأمامي المستمر (I_F):30 مللي أمبير. هذا هو الحد الأقصى الموصى به لتيار التشغيل الأمامي المستمر للتشغيل الموثوق على المدى الطويل.
• درجة حرارة التشغيل (T_opr):من -40°C إلى +85°C. يتم ضمان عمل الجهاز ضمن نطاق درجة الحرارة المحيطة هذا.
• درجة حرارة التخزين (T_stg):من -40°C إلى +100°C. يمكن تخزين الجهاز دون تلف ضمن هذا النطاق عندما لا يكون موصولاً بالطاقة.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

يتم قياس هذه المعلمات في حالة اختبار قياسية لدرجة حرارة محيطة 25°C وتيار تشغيل أمامي (I_F) بقيمة 20 مللي أمبير، ما لم يُذكر خلاف ذلك.

• شدة الإضاءة (I_V):170 - 340 ملي كانديلا (الحد الأدنى - الحد الأقصى). هذا هو السطوع الملحوظ للـ LED كما يتم قياسه بواسطة مستشعر مُرشح لاستجابة العين البشرية (منحنى CIE). يشير النطاق الواسع إلى استخدام نظام تصنيف (انظر القسم 3).
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):110° (نموذجي). هذه هي الزاوية الكاملة التي تنخفض عندها شدة الإضاءة إلى نصف قيمتها القصوى (على المحور). توفر زاوية 110° مخروط رؤية واسع جدًا.
• طول موجة الانبعاث الذروي (λ_p):624 نانومتر (نموذجي). هذا هو الطول الموجي عند أعلى نقطة في طيف الانبعاث الضوئي.
• الطول الموجي السائد (λ_d):617 - 630 نانومتر. هذا مشتق من مخطط لونية CIE ويمثل الطول الموجي الفردي الذي يصف بشكل أفضل اللون الملحوظ (أحمر).
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):15 نانومتر (نموذجي). هذا يشير إلى نقاء الطيف؛ تشير القيمة الأصغر إلى لون أكثر أحادية اللون.
• جهد التشغيل الأمامي (V_F):1.7 - 2.4 فولت. انخفاض الجهد عبر الـ LED عند تشغيله بتيار 20 مللي أمبير. هذا النطاق يخضع أيضًا للتصنيف.
• التيار العكسي (I_R):100 ميكرو أمبير (الحد الأقصى) عند V_R= 5 فولت. لم يتم تصميم الجهاز للعمل بالتحيز العكسي؛ هذه المعلمة لأغراض اختبار التسرب فقط.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

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

3.1 تصنيف شدة الإضاءة (I_V)

يتم تصنيف مصابيح LED إلى مجموعات بناءً على شدة إضاءتها المقاسة عند 20 مللي أمبير.

• رمز المجموعة S1:الحد الأدنى 170.0 ملي كانديلا، الحد الأقصى 240.0 ملي كانديلا.
• رمز المجموعة S2:الحد الأدنى 240.0 ملي كانديلا، الحد الأقصى 340.0 ملي كانديلا.
• التسامح داخل كل مجموعة هو ±11%.

3.2 تصنيف جهد التشغيل الأمامي (V_F)

يتم أيضًا تصنيف مصابيح LED حسب انخفاض جهد التشغيل الأمامي عند 20 مللي أمبير، وهو أمر مهم لمطابقة التيار في الدوائر المتوازية وتصميم مصدر الطاقة.

• رمز المجموعة D2:الحد الأدنى 1.7 فولت، الحد الأقصى 2.0 فولت.
• رمز المجموعة D3:الحد الأدنى 2.0 فولت، الحد الأقصى 2.2 فولت.
• رمز المجموعة D4:الحد الأدنى 2.2 فولت، الحد الأقصى 2.4 فولت.
• التسامح داخل كل مجموعة هو ±0.10 فولت.

4. تحليل منحنيات الأداء

بينما يتم الإشارة إلى بيانات رسومية محددة في ورقة البيانات، يتم وصف الاتجاهات النموذجية للأداء لمثل هذه المصابيح LED أدناه.

4.1 خاصية التيار مقابل الجهد (I-V)

يظهر الـ LED منحنى I-V يشبه الثنائي. يزداد جهد التشغيل الأمامي (V_F) بشكل لوغاريتمي مع التيار. نطاق V_Fالمحدد عند 20 مللي أمبير أمر بالغ الأهمية لتصميم دائرة تحديد التيار (عادةً مقاومة متسلسلة).

4.2 شدة الإضاءة مقابل تيار التشغيل الأمامي

ناتج الضوء (I_V) يتناسب تقريبًا مع تيار التشغيل الأمامي (I_F) عبر نطاق كبير. ومع ذلك، قد تنخفض الكفاءة عند التيارات العالية جدًا بسبب زيادة الحرارة. يضمن التشغيل عند أو أقل من 20-30 مللي أمبير الموصى بها الأداء الأمثل والعمر الطويل.

4.3 الاعتماد على درجة الحرارة

أداء الـ LED حساس لدرجة الحرارة. عادةً، ينخفض جهد التشغيل الأمامي (V_F) مع زيادة درجة حرارة الوصلة، بينما تنخفض شدة الإضاءة أيضًا. يحدد نطاق درجة حرارة التشغيل المحدد من -40°C إلى +85°C حدود الأداء المضمون.

5. المعلومات الميكانيكية ومواصفات الغلاف

5.1 أبعاد الغلاف

يتوافق الجهاز مع المخطط القياسي للغلاف 0201 وفقًا لمعيار EIA. الأبعاد الرئيسية (بالمليمترات) هي تقريبًا 0.6 مم في الطول، و0.3 مم في العرض، و0.25 مم في الارتفاع. التسامح النموذجي هو ±0.2 مم. العدسة شفافة، مع شريحة AlInGaP التي تصدر ضوءًا أحمر.

5.2 تصميم مسارات اللحام الموصى بها على لوحة الدوائر المطبوعة (PCB)

يتم توفير نمط مسارات اللحام (البصمة) لـ PCB لضمان اللحام السليم والاستقرار الميكانيكي أثناء إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء. يتضمن التصميم عادةً مسارين مستطيلين أكبر قليلاً من أطراف الجهاز لتسهيل تكوين حشوة لحام جيدة.

5.3 تحديد القطبية

لغلاف 0201، عادةً ما يتم الإشارة إلى القطبية بواسطة علامة على جسم المكون أو من خلال الهيكل الداخلي لتعبئة الشريط والبكرة. عادةً ما يتم تحديد الكاثود (القطب السالب). يجب على المصممين الرجوع إلى مخطط اتجاه الشريط لضمان الوضع الصحيح.

6. إرشادات اللحام والتركيب

6.1 معلمات لحام إعادة التدفق (Reflow)

الجهاز متوافق مع عمليات لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء الخالية من الرصاص. يتم توفير ملف تعريف مقترح وفقًا لـ J-STD-020B، مع حدود رئيسية:

• التسخين المسبق:150-200°C لمدة أقصاها 120 ثانية.
• درجة الحرارة القصوى:الحد الأقصى 260°C.
• الوقت فوق درجة السيولة:يوصى بأن يكون ضمن حدود الملف الشخصي القياسي لضمان تكوين وصلة سليمة دون تلف حراري.

ملاحظة:يجب تحديد الملف الشخصي الفعلي لتجميع PCB المحدد، مع مراعاة سمك اللوحة، وكثافة المكونات، ومواصفات معجون اللحام.

6.2 التخزين والتعامل

• الحساسية للرطوبة:يتم تعبئة الأجهزة في أكياس حاجزة للرطوبة مع مجفف. بمجرد فتح الكيس الأصلي، تصبح المكونات حساسة للرطوبة المحيطة.
• العمر الافتراضي على أرضية الإنتاج:يوصى بإكمال لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء خلال 168 ساعة (7 أيام) بعد فتح كيس التعبئة الجاف إذا تم التخزين عند ≤ 30°C / 60% رطوبة نسبية.
• التخزين الممتد:للتخزين لأكثر من 168 ساعة، يجب إعادة تجفيف المكونات (على سبيل المثال، 60°C لمدة 48 ساعة) قبل اللحام لمنع ظاهرة "الفشار" أثناء إعادة التدفق.

6.3 التنظيف

إذا كان التنظيف بعد اللحام ضروريًا، فيجب استخدام المذيبات القائمة على الكحول فقط مثل كحول الأيزوبروبيل (IPA) أو الكحول الإيثيلي. يجب أن يكون الغمر في درجة حرارة عادية ولمدة أقل من دقيقة واحدة. قد تتسبب المواد الكيميائية غير المحددة في تلف غلاف الـ LED.

7. التعبئة والطلب

7.1 مواصفات الشريط والبكرة (Tape and Reel)

يتم توريد المكونات على شريط ناقل بارز بعرض 12 مم، ملفوف على بكرات قطرها 7 بوصات (178 مم).

• الكمية لكل بكرة:4000 قطعة.
• الحد الأدنى لكمية الطلب (MOQ):500 قطعة للكميات المتبقية.
• معايير التعبئة:متوافقة مع مواصفات ANSI/EIA-481.

8. توصيات التطبيق

8.1 تصميم دائرة القيادة

مصابيح LED هي أجهزة تعمل بالتيار. لضمان سطوع موحد، خاصة عند توصيل عدة مصابيح LED على التوازي، يجب أن يكون لكل LED مقاومة تحديد تيار خاصة به بشكل مثالي. يضمن تشغيل مصابيح LED على التوالي تيارًا متطابقًا، مما يعزز مطابقة الشدة.

8.2 إدارة الحرارة

على الرغم من أن تبديد الطاقة منخفض (72 ميغاواط كحد أقصى)، إلا أن تخطيط PCB المناسب يمكن أن يساعد في تبديد الحرارة. يضمن توفير مساحة نحاسية كافية حول مسارات اللحام وتجنب وضعها في النقاط الساخنة الموضعية على PCB موثوقية طويلة الأمد.

8.3 التحقق من التصميم

بسبب الحجم المصغر، قد يتطلب الفحص البصري بعد اللحام التكبير. يجب أن يتحقق الاختبار الكهربائي من أن جهد التشغيل الأمامي وناتج الضوء ضمن النطاقات المتوقعة لرموز المجموعات المحددة.

9. المقارنة التقنية والتمييز

يكمن التمييز الأساسي لهذا المكون في حجم غلافه. بصمة 0201 أصغر بكثير من البدائل الشائعة مثل مصابيح LED SMD 0402 أو 0603. هذا يسمح بكثافة مكونات أعلى ومنتجات نهائية أكثر إحكاما. يمكن أن تكون المقايضة هي تبديد طاقة أقصى أقل قليلاً والحاجة إلى معدات تجميع أكثر دقة مقارنة بالأغلفة الأكبر.

10. الأسئلة الشائعة (FAQs)

10.1 هل يمكنني تشغيل هذا الـ LED مباشرة من مخرج منطقي بجهد 3.3 فولت أو 5 فولت؟

لا. مطلوب دائمًا مقاومة تحديد تيار متسلسلة. يتم حساب قيمة المقاومة (R) باستخدام قانون أوم: R = (V_supply- V_F) / I_F. باستخدام الحد الأقصى لـ V_F(2.4 فولت) لتصميم متحفظ، مع مصدر طاقة 3.3 فولت وهدف I_Fبقيمة 20 مللي أمبير، R = (3.3 - 2.4) / 0.02 = 45 أوم. ستكون مقاومة قياسية بقيمة 47 أوم مناسبة.

10.2 لماذا يعتبر نظام التصنيف (Binning) مهماً؟

يضمن التصنيف اتساق اللون والسطوع داخل دفعة إنتاج واحدة. بالنسبة للتطبيقات التي تستخدم فيها عدة مصابيح LED جنبًا إلى جنب (مثل لوحة المؤشرات)، فإن تحديد رموز مجموعات الشدة والجهد نفسها أمر بالغ الأهمية لتجنب الاختلافات المرئية في السطوع أو درجة اللون.

10.3 ماذا يحدث إذا تجاوزت الحد الأقصى المطلق للتيار المستمر؟

يؤدي التشغيل فوق 30 مللي أمبير تيار مستمر إلى زيادة درجة حرارة الوصلة إلى ما بعد الحدود الآمنة. هذا يسرع من استهلاك اللومن (يخفت الـ LED بمرور الوقت) ويمكن أن يؤدي إلى فشل كارثي. صمم الدوائر دائمًا لتشغيل ضمن تيار التشغيل الأمامي المستمر الموصى به.

11. دراسة حالة تصميمية عملية

السيناريو:تصميم وحدة استشعار إنترنت الأشياء (IoT) مدمجة مع مؤشر حالة LED أحمر واحد. المساحة محدودة للغاية على لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) ذات 4 طبقات.

التنفيذ:تم اختيار LED 0201 لبصمته الدنيا. يتم وضعه بالقرب من حافة اللوحة. يتم وضع مقاومة بقيمة 47 أوم، بحجم 0201، على التوالي بين الأنود الخاص بـ LED ودبوس GPIO لوحدة تحكم دقيقة بجهد 3.3 فولت. تم تكوين GPIO كمخرج مفتوح المصرف (open-drain)، يسحب التيار إلى الأرض عند التنشيط. يتم توصيل الكاثود (القطب السالب) بدبوس GPIO، ويتم توصيل الأنود (القطب الموجب) بـ 3.3 فولت عبر المقاومة. يسمح هذا التكوين لوحدة التحكم الدقيقة بتشغيل الـ LED عن طريق ضبط GPIO على مستوى منخفض. يتم استخدام نمط مسارات اللحام من ورقة البيانات في تخطيط PCB. يتم إبلاغ ورشة التجميع بمستوى حساسية الرطوبة (MSL) للمكون والحاجة إلى ملف تعريف إعادة تدفق خاضع للتحكم.

12. مبدأ التشغيل

يعتمد هذا الـ LED على مادة أشباه الموصلات من فوسفيد الألومنيوم إنديوم جاليوم (AlInGaP). عند تطبيق جهد أمامي، يتم حقن الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة من وصلة أشباه الموصلات. يؤدي إعادة اتحادها إلى إطلاق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد التركيب المحدد لسبيكة AlInGaP طاقة فجوة النطاق، والتي تتوافق مباشرة مع الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث - في هذه الحالة، في الطيف الأحمر (~624 نانومتر). تغلف عدسة الإيبوكسي الشفافة شريحة أشباه الموصلات وتشكل حزمة ناتج الضوء.

13. الاتجاهات التكنولوجية

يستمر الاتجاه العام في مصابيح LED المؤشر نحو أحجام أغلفة أصغر (مثل 0201 و 01005) لدعم تصغير الأجهزة الإلكترونية. هناك أيضًا تركيز على زيادة الكفاءة (مزيد من ناتج الضوء لكل وحدة من الطاقة الكهربائية) وتحسين الموثوقية في ظل الظروف القاسية. علاوة على ذلك، فإن التكامل مع المكونات السلبية الأخرى أو مشغلات القيادة في وحدات متعددة الشرائح هو مجال للتطوير، على الرغم من أن مصابيح LED المنفصلة مثل هذه تظل ضرورية لمرونة التصميم وفعالية التكلفة في العديد من التطبيقات.