مصباح LED SMD ثلاثي الألوان (أحمر، أخضر، أزرق) مع عدسة بيضاء مبعثرة - مقاس 5630 (5.6x3.0x1.9 مم) - جهد 1.8-3.8 فولت - طاقة 0.13 واط - وثيقة تقنية

1. نظرة عامة على المنتج

تحدد هذه الوثيقة مواصفات مصباح LED من نوع جهاز السطح المثبت (SMD) بتنسيق مقاس 5630، ويتميز بعدسة بيضاء مبعثرة. يدمج الجهاز ثلاث شرائح منفصلة باعثة للضوء داخل حزمة واحدة: شريحة حمراء (AlInGaP)، وشريحة خضراء (InGaN)، وشريحة زرقاء (InGaN). يتيح هذا التكوين إنشاء ألوان متنوعة من خلال التحكم الفردي أو المشترك في الشرائح. الهدف الأساسي من التصميم هو توفير حل إضاءة مضغوط وموثوق وفعال مناسب لعمليات التجميع الآلي.

1.1 المزايا الأساسية

• تصميم مصغر:الشكل الصغير مثالي للتطبيقات ذات المساحة المحدودة على لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs).
• التوافق مع الأتمتة:تم تصميم الحزمة لتكون متوافقة مع معدات الالتقاط والوضع الآلي وعمليات لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR)، مما يسهل التصنيع بكميات كبيرة.
• إخراج لوني متعدد الاستخدامات:تتيح الشرائح الثلاثية المدمجة (RGB) طيفًا واسعًا من الألوان، مما يجعلها مناسبة للإشارة إلى الحالة، والإضاءة الخلفية، والإضاءة الزخرفية.
• الامتثال البيئي:المنتج يلبي توجيهات RoHS (تقييد المواد الخطرة).
• التعبئة والتغليف القياسية:يتم توريده على شريط بعرض 12 مم ملفوف على بكرات قطرها 7 بوصات، متوافق مع معايير EIA للمناولة والتخزين الفعالين.

1.2 التطبيقات المستهدفة

تم تصميم هذا المصباح LED لمجموعة واسعة من المعدات الإلكترونية التي تتطلب إضاءة إشارة موثوقة ومضغوطة. تشمل مجالات التطبيق النموذجية:

• الإلكترونيات الاستهلاكية:مؤشرات الحالة في الهواتف اللاسلكية، والهواتف المحمولة، وأجهزة الكمبيوتر المحمولة، والأجهزة المنزلية.
• المعدات المهنية والصناعية:مؤشرات اللوحة الأمامية في أنظمة الشبكات، وأجهزة أتمتة المكاتب، ولوحات التحكم الصناعية.
• العروض واللافتات:تطبيقات الإضاءة للإشارات والرموز، وكذلك الإضاءة الخلفية للوحة الأمامية حيث يكون مخرج ضوء موحد ومبعثر مطلوبًا.

2. المعلمات التقنية: تفسير موضوعي متعمق

2.1 التصنيفات القصوى المطلقة

تحدد هذه التصنيفات الحدود التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل تحت هذه الظروف.

• تبديد الطاقة (Pd):الأحمر: 130 ملي واط؛ الأخضر/الأزرق: 114 ملي واط. تشير هذه المعلمة إلى أقصى طاقة يمكن للمصباح تبديدها كحرارة. تجاوز هذا الحد يعرض لخطر التلف الحراري.
• تيار الأمامي الذروي (I_FP):100 مللي أمبير لجميع الألوان تحت ظروف النبض (دورة عمل 1/10، عرض نبضة 0.1 مللي ثانية). هذا مفيد للومضات عالية الكثافة القصيرة ولكن ليس للتشغيل المستمر.
• تيار الأمامي المستمر (I_F):الأحمر: 50 مللي أمبير؛ الأخضر/الأزرق: 30 مللي أمبير. هذا هو الحد الأقصى الموصى به لتيار الأمامي المستمر للتشغيل الموثوق طويل الأمد.
• نطاقات درجة الحرارة:التشغيل: من -40°C إلى +85°C؛ التخزين: من -40°C إلى +100°C. تحدد هذه الحدود البيئية لوظيفة الجهاز والتخزين غير التشغيلي.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

تم القياس عند حالة اختبار قياسية Ta=25°C و I_F=20mA، ما لم يُذكر خلاف ذلك.

• شدة الإضاءة (I_v):مقياس رئيسي لإخراج الضوء المُدرك. القيم الدنيا/النموذجية/القصوى: الأحمر: 560/-/1120 مللي كانديلا؛ الأخضر: 1400/-/2800 مللي كانديلا؛ الأزرق: 280/-/560 مللي كانديلا. تظهر الشريحة الخضراء أعلى إخراج نموذجي.
• زاوية المشاهدة (2θ_1/2):عادة 120 درجة. توفر هذه الزاوية الواسعة، التي تسهلها العدسة المبعثرة، إضاءة واسعة ومتساوية بدلاً من شعاع ضيق، مما يجعلها مثالية لتطبيقات المؤشرات.
• جهد الأمامي (V_F):انخفاض الجهد عبر المصباح LED عند التوصيل. النطاقات: الأحمر: 1.8V إلى 2.6V؛ الأخضر/الأزرق: 2.8V إلى 3.8V. انخفاض V_Fلشريحة الأحمر هو سمة لتقنية AlInGaP مقارنة بـ InGaN (الأخضر/الأزرق). يجب على المصممين مراعاة هذه الاختلافات في تصميم دائرة القيادة.
• طول موجة الذروة (λ_P) وطول موجة السائد (λ_d): λ_Pهو الذروة الطيفية: الأحمر ~630 نانومتر، الأخضر ~518 نانومتر، الأزرق ~468 نانومتر. λ_dهو الطول الموجي الفردي الذي تدركه العين البشرية، مع تصنيفات محددة للأخضر (520-530 نانومتر) والأزرق (465-475 نانومتر).
• تيار عكسي (I_R):أقصى 10 ميكرو أمبير عند V_R=5V. لم يتم تصميم الجهاز للعمل بتحيز عكسي؛ هذه المعلمة لأغراض الاختبار فقط. يوصى بحماية الدائرة (مثل مقاومة متسلسلة أو ديود) إذا كان الجهد العكسي ممكنًا.

3. شرح نظام التصنيف

لضمان اتساق اللون والسطوع في الإنتاج، يتم فرز مصابيح LED إلى فئات أداء. يستخدم هذا الجهاز نظام تصنيف ثنائي الأبعاد يعتمد على شدة الإضاءة وطول موجة السائد.

3.1 تصنيف شدة الإضاءة

يتم تصنيف كل شريحة لونية بشكل منفصل بناءً على إخراجها الضوئي عند 20 مللي أمبير.

• الأحمر:الفئات U2 (560-710 مللي كانديلا)، V1 (710-900 مللي كانديلا)، V2 (900-1120 مللي كانديلا).
• الأخضر:الفئات W2 (1400-1800 مللي كانديلا)، X1 (1800-2240 مللي كانديلا)، X2 (2240-2800 مللي كانديلا).
• الأزرق:الفئات T1 (280-355 مللي كانديلا)، T2 (355-450 مللي كانديلا)، U1 (450-560 مللي كانديلا).
• التسامح داخل كل فئة شدة هو +/-11%.

3.2 تصنيف طول موجة السائد

يُطبق على الشرائح الخضراء والزرقاء للتحكم في اللون.

• الأخضر:الفئات AP (520-525 نانومتر)، AQ (525-530 نانومتر).
• الأزرق:الفئات AC (465-470 نانومتر)، AD (470-475 نانومتر).
• التسامح داخل كل فئة طول موجي هو +/-1 نانومتر.

3.3 رمز التصنيف المشترك (الرمز على الملصق)

رمز أبجدي رقمي واحد (مثل A1، B4، D2) مطبوع على ملصق بكرة المنتج يجمع بين فئات الشدة لجميع الألوان الثلاثة وفئات الطول الموجي للأخضر/الأزرق. يسمح جدول المراجع هذا للمصممين بتحديد وشراء مصابيح LED ذات خصائص بصرية مضبوطة بدقة، مما يضمن الاتساق البصري في منتجاتهم النهائية. على سبيل المثال، يحدد الرمز 'A1' الأحمر في الفئة U2، والأخضر في الفئة W2، والأزرق في الفئة T1.

4. المعلومات الميكانيكية والتعبئة والتغليف

4.1 أبعاد الحزمة

يتوافق الجهاز مع بصمة قياسية 5630. تشمل الأبعاد الرئيسية (بالمليمترات، تسامح ±0.2 مم ما لم يُذكر) طول الجسم حوالي 5.6 مم، وعرض 3.0 مم، وارتفاع 1.9 مم. يحدد رسم الأبعاد التفصيلي مواقع الوسادات، وشكل العدسة، وعلامات القطبية.

4.2 تعيين الدبابيس والقطبية

يتيح تكوين 6 وسادات الوصول المستقل إلى كل شريحة: الدبابيس 1 و 6: أزرق؛ الدبابيس 2 و 5: أخضر؛ الدبابيس 3 و 4: أحمر. يُشار عادةً إلى الكاثود لكل شريحة في مخطط البصمة. يجب مراعاة القطبية الصحيحة أثناء تخطيط وتجميع لوحة الدوائر المطبوعة.

4.3 وسادة التثبيت الموصى بها للوحة الدوائر المطبوعة

يتم توفير نمط أرضي مقترح (بصمة) لضمان تكوين وصلة لحام مناسبة، واستقرار ميكانيكي، وتبديد حرارة أثناء لحام إعادة التدفق. الالتزام بهذا النمط أمر بالغ الأهمية لعائد التجميع والموثوقية طويلة الأمد.

4.4 التعبئة والتغليف بالشريط والبكرة

يتم توريد مصابيح LED في شريط حامل بارز (عرض 12 مم) مغلق بشريط غطاء. يتم لف الشريط على بكرة قياسية قطرها 7 بوصات (178 مم). تحتوي كل بكرة على 1000 قطعة. التعبئة والتغليف متوافقة مع مواصفات EIA-481-1-B، مما يضمن التوافق مع معدات التجميع الآلي.

5. إرشادات اللحام والتجميع

5.1 ملف تعريف لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء

يتم توفير ملف تعريف إعادة تدفق موصى به لعمليات اللحام الخالية من الرصاص، متوافق مع J-STD-020B. يوضح هذا الملف المعلمات الحرجة: التسخين المسبق، والنقع، ودرجة حرارة ذروة إعادة التدفق (التي يجب ألا تتجاوز الحد الأقصى لدرجة حرارة المصباح LED)، ومعدلات التبريد. اتباع هذا الملف ضروري لمنع الصدمة الحرارية وتلف حزمة المصباح LED أو عدسة الإيبوكسي.

5.2 التنظيف

إذا كان التنظيف بعد التجميع ضروريًا، فيجب استخدام المذيبات المحددة فقط. توصي ورقة البيانات بالغمر في الكحول الإيثيلي أو كحول الأيزوبروبيل في درجة الحرارة العادية لأقل من دقيقة واحدة. يمكن أن يؤدي استخدام مواد كيميائية غير محددة أو عدوانية إلى إتلاف مادة العدسة أو علامات الحزمة.

5.3 ظروف التخزين

الحزمة المغلقة:يجب تخزين مصابيح LED في كيسها الأصلي المضاد للرطوبة مع مجفف عند ≤30°C و ≤70% رطوبة نسبية (RH). العمر الافتراضي الموصى به تحت هذه الظروف هو سنة واحدة.
الحزمة المفتوحة:بمجرد فتح كيس الحاجز الرطوبي، يجب استخدام المكونات على الفور. إذا كانت هناك حاجة للتخزين، فلا يجب أن تتجاوز الظروف 30°C و 60% رطوبة نسبية. يمكن أن يؤدي التعرض لرطوبة أعلى إلى امتصاص الرطوبة، مما قد يتسبب في \"انفجار\" (تشقق الحزمة) أثناء لحام إعادة التدفق.

6. اقتراحات التطبيق واعتبارات التصميم

6.1 تصميم دائرة القيادة

بسبب اختلاف جهود الأمامي (V_F) للشرائح الحمراء والخضراء والزرقاء، لا يوصى بالاتصال المتوازي البسيط بمصدر جهد مشترك، لأن ذلك سيؤدي إلى توزيع غير متساو للتيار والسطوع. الطريقة المفضلة هي قيادة كل قناة لونية بشكل مستقل بمقاومة محددة للتيار أو، لتحقيق اتساق أفضل والتحكم في التعتيم، باستخدام قائد تيار ثابت أو دائرة تعديل عرض النبضة (PWM).

6.2 إدارة الحرارة

على الرغم من أن تبديد الطاقة منخفض نسبيًا، إلا أن التصميم الحراري المناسب على لوحة الدوائر المطبوعة لا يزال مهمًا لطول العمر. يضمن توفير مساحة نحاسية كافية متصلة بالوسادات الحرارية (إن وجدت) أو وسادات تركيب الجهاز المساعدة في تبديد الحرارة، والحفاظ على درجات حرارة تقاطع أقل والحفاظ على إخراج الإضاءة وعمر التشغيل.

6.3 التكامل البصري

توفر العدسة البيضاء المبعثرة نمط انبعاث لامبرتي (زاوية مشاهدة واسعة). بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب ضوءًا أكثر توجيهًا، قد تكون البصريات الثانوية (مثل أدلة الضوء أو العدسات الخارجية) ضرورية. تساعد الطبيعة المبعثرة في تقليل النقاط الساخنة وتوفر مظهرًا موحدًا عند المشاهدة مباشرة.

7. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

س: هل يمكنني تشغيل جميع الألوان الثلاثة (RGB) بالتوازي من مصدر طاقة واحد 3.3 فولت؟
ج: ليس بشكل فعال. جهد الأمامي للشرائح الزرقاء والخضراء (الحد الأدنى 2.8 فولت) قريب من 3.3 فولت، مما يترك انخفاض جهد ضئيل جدًا لمقاومة تحديد التيار، مما يجعل التحكم في التيار غير دقيق وحساس لتغيرات الإمداد. ستتلقى الشريحة الحمراء (V_F~2.2V) تيارًا مرتفعًا بشكل غير متناسب. يوصى بشدة بالتحكم المستقل في التيار لكل قناة.

س: ما الفرق بين طول موجة الذروة وطول موجة السائد؟
ج: طول موجة الذروة (λ_P) هو أعلى نقطة حرفية في توزيع الطاقة الطيفية للمصباح LED. طول موجة السائد (λ_d) هو قيمة محسوبة تمثل الطول الموجي الفردي للضوء أحادي اللون النقي الذي سيظهر بنفس اللون (درجة اللون) مثل المصباح LED لمراقب بشري قياسي. λ_dأكثر صلة بتحديد اللون.

س: الحد الأقصى للتيار المستمر هو 30 مللي أمبير للأخضر/الأزرق، لكن تيار النبضة الذروي هو 100 مللي أمبير. هل يمكنني استخدام PWM عند 100 مللي أمبير؟
ج: نعم، ولكن بقيود صارمة. ينطبق تصنيف 100 مللي أمبير فقط تحت ظروف محددة للغاية: عرض نبضة 0.1 مللي ثانية ودورة عمل 10% (أي أن المصباح LED يعمل لمدة 0.1 مللي ثانية، ثم يتوقف لمدة 0.9 مللي ثانية). يجب ألا يتجاوز متوسط التيار التصنيف المستمر. على سبيل المثال، نبضة 100 مللي أمبير عند دورة عمل 10% تؤدي إلى متوسط تيار 10 مللي أمبير، وهو آمن. يمكن أن يتسبب تجاوز عرض النبضة أو مواصفات دورة العمل في ارتفاع درجة الحرارة.

س: كيف أفسر رمز التصنيف على ملصق البكرة؟
ج: الرمز الأبجدي الرقمي (مثل C5، D1) هو مرجع متقاطع للجداول في القسمين 4.1 و 4.2 من ورقة البيانات. تبحث عن هذا الرمز للعثور على نطاق شدة الإضاءة المحدد للأحمر والأخضر والأزرق، وكذلك نطاق طول موجة السائد للأخضر والأزرق. هذا يضمن لك معرفة خصائص الأداء الدقيقة لمصابيح LED على تلك البكرة.

8. حالة تصميم واستخدام عملية

السيناريو: تصميم مؤشر حالة متعدد الألوان لموجه شبكة.
يتطلب الجهاز مصابيح LED للإشارة إلى الطاقة (أخضر ثابت)، ونشاط الشبكة (أخضر وامض)، وحالات الخطأ (أحمر أو أزرق). يمكن لمصباح LED ثلاثي الألوان (RGB) واحد مثل LTST-G563EGBW أن يلبي جميع هذه الأدوار، مما يوفر مساحة على لوحة الدوائر المطبوعة مقارنة باستخدام ثلاثة مصابيح LED منفصلة.

التنفيذ:
1. يتم توصيل دبابيس الإدخال/الإخراج للغرض العام (GPIO) لوحدة التحكم الدقيقة بثلاثة ترانزستورات قيادة منفصلة (أو دائرة متكاملة مخصصة لقيادة مصابيح LED)، كل منها يتحكم في قناة لونية واحدة من مصباح LED ثلاثي الألوان.
2. للحالة \"التشغيل\"، يتم تشغيل القناة الخضراء عند 10-15 مللي أمبير (أقل بكثير من الحد الأقصى 30 مللي أمبير) للحصول على إشارة واضحة ومشرقة.
3. للحالة \"نشاط الشبكة\"، يتم تبديل نفس القناة الخضراء عبر PWM بتردد عالٍ لخلق تأثير وميض، مع بقاء متوسط التيار ضمن الحدود.
4. لحالة \"خطأ\"، يمكن إضاءة القناة الحمراء. يمكن لحالة \"خطأ حرج\" أكثر تحديدًا استخدام القناة الزرقاء أو مزيج (مثل أحمر+أزرق = أرجواني).
5. تضمن زاوية المشاهدة الواسعة 120 درجة للعدسة المبعثرة رؤية الحالة من زوايا مختلفة حول الموجه.
6. من خلال تحديد رمز تصنيف ضيق (مثل طلب الأخضر في الفئة X1 وفئة طول موجي محددة)، يضمن المصمم اتساق اللون والسطوع عبر جميع وحدات الموجه المصنعة.

9. مقدمة تقنية

يستخدم هذا المصباح LED تقنيتين أساسيتين للمواد شبه الموصلة:
فوسفيد الألومنيوم إنديوم جاليوم (AlInGaP):يستخدم للشريحة الباعثة للضوء الأحمر. نظام المواد هذا فعال لإنتاج الضوء في الجزء الأحمر إلى الكهرماني من الطيف وعادة ما يُظهر جهد أمامي أقل من مصابيح LED القائمة على InGaN.
نتريد إنديوم جاليوم (InGaN):يستخدم للشرائح الباعثة للضوء الأخضر والأزرق. من خلال تغيير نسبة الإنديوم/الجاليوم في البنية البلورية، يمكن ضبط فجوة النطاق - وبالتالي الطول الموجي المنبعث. كان تحقيق ضوء أخضر عالي الكفاءة باستخدام InGaN تاريخيًا أكثر صعوبة من الأزرق، وهو ما ينعكس في معلمات الأداء المختلفة (مثل جهد الأمامي، الكفاءة) بين الشرائح الخضراء والزرقاء، على الرغم من استخدام نفس المادة الأساسية.

تصنع العدسة البيضاء المبعثرة عادةً من راتنج الإيبوكسي أو السيليكون المطعم بجسيمات تشتيت. تعمل مادة التشتيت هذه على عشوائية اتجاه الضوء المنبعث من الشريحة الصغيرة، وتحويله من شعاع ضيق واتجاهي إلى نمط انبعاث لامبرتي واسع، مما يجعل سطح العدسة بأكمله يظهر مشرقًا بشكل موحد.

10. اتجاهات التطوير

يستمر مجال مصابيح LED من نوع SMD في التطور على عدة مسارات رئيسية ذات صلة بمكونات مثل هذا:
زيادة الكفاءة (لومن لكل واط):تؤدي التحسينات المستمرة في النمو البلوري، وتصميم الشريحة، وتقنيات استخراج الضوء إلى زيادة الإخراج الضوئي بشكل مطرد لتيار إدخال معين، مما يسمح بمؤشرات أكثر سطوعًا أو استهلاك طاقة أقل.
اتساق اللون والتصنيف:تقوم التطورات في التحكم في عملية التصنيع بتقليل التباين الطبيعي في خصائص مصابيح LED. هذا يسمح بمواصفات تصنيف أكثر ضيقًا أو حتى عروض \"خالية من التصنيف\"، مما يبسط إدارة المخزون للمصنعين ويضمن تفوق اتساق اللون في المنتجات النهائية.
التصغير والتكامل:يدفع السعي نحو أجهزة إلكترونية أصغر إلى استخدام مصابيح LED في حزم أكثر إحكاما. علاوة على ذلك، يزداد التكامل، مع انتشار حزم متعددة الشرائح أكثر تعقيدًا (مثل RGBW، مصابيح LED قابلة للعنونة مع دوائر قيادة مدمجة) لتبسيط تصميم الدائرة.
مواد عالية الموثوقية:يؤدي تطوير مواد عدسة أكثر متانة (مثل السيليكونات عالية الحرارة) وهياكل حزم إلى تحسين المقاومة للدورات الحرارية والرطوبة والبيئات القاسية، مما يوسع مجالات التطبيق الممكنة.