ورقة بيانات ثنائي باعث للضوء ثنائي اللون (أخضر/أصفر) ذو عدسة بيضاء منتشرة - الأبعاد - جهد التشغيل 1.8-3.4 فولت - تبديد الطاقة 72-102 ملي واط

1. نظرة عامة على المنتج

يُفصّل هذا المستند مواصفات ثنائي باعث للضوء ذو العدسة البيضاء المنتشرة والمُصمم للتركيب الآلي على اللوحات الإلكترونية المطبوعة. يتميز المكون بصغر حجمه، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات ذات المساحات المحدودة. تم تصميمه ليكون متوافقًا مع أنظمة التركيب الآلي عالية الإنتاجية وعمليات اللحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء القياسية، مع الالتزام بمعايير الصناعة للتجميع الخالي من الرصاص.

1.1 الميزات الأساسية والسوق المستهدف

تم تصميم ثنائي الباعث الضوئي بعدة ميزات رئيسية تعزز إمكانية استخدامه في الإلكترونيات الحديثة. وهو متوافق مع توجيهات RoHS (تقييد المواد الخطرة). يتم توريده على بكرات قياسية مقاس 7 بوصات بشريط بعرض 8 مم، مما يسهل التعامل الآلي بواسطة ماكينات التركيب. الجهاز متوافق مع الدوائر المتكاملة وتمت معالجته مسبقًا لمستوى حساسية الرطوبة JEDEC Level 3، مما يضمن الموثوقية أثناء عملية اللحام. تشمل الأسواق المستهدفة الرئيسية معدات الاتصالات، وأجهزة أتمتة المكاتب، والأجهزة المنزلية، وأنظمة التحكم الصناعية. وتتراوح التطبيقات النموذجية من مؤشرات الحالة والإضاءة الخلفية للألواح الأمامية إلى إضاءة الإشارات والرموز.

2. المعلمات التقنية: تفسير موضوعي متعمق

يتم تعريف أداء ثنائي الباعث الضوئي بمجموعة شاملة من المعلمات الكهربائية والبصرية المقاسة عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية.

2.1 القيم القصوى المطلقة

تحدد هذه القيم الحدود التي إذا تم تجاوزها قد يحدث تلف دائم للجهاز. بالنسبة للضوء الأصفر، فإن أقصى تبديد للطاقة هو 72 ملي واط، بينما للضوء الأخضر هو 102 ملي واط. يشترك اللونان في أقصى تيار مستمر أمامي (IF) مستمر يبلغ 30 مللي أمبير. يُسمح بتيار أمامي ذروة أعلى يصل إلى 80 مللي أمبير في ظل ظروف النبض (دورة عمل 1/10، وعرض النبضة 0.1 مللي ثانية). تم تصنيف الجهاز للعمل ضمن نطاق درجة حرارة من -40°C إلى +85°C ويمكن تخزينه في بيئات تتراوح من -40°C إلى +100°C.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

يتم تحديد مقاييس الأداء الأساسية تحت شرط اختبار IF = 20mA. تتراوح شدة الإضاءة (Iv) للضوء الأصفر من 710 إلى 1800 ملي كانديلا كحد أدنى وأقصى على التوالي. يوفر الضوء الأخضر ناتجًا أعلى، يتراوح من 1120 إلى 2800 ملي كانديلا. زاوية المشاهدة (2θ1/2)، المُعرّفة على أنها الزاوية الكاملة التي تكون عندها الشدة نصف القيمة المحورية، تبلغ عادة 120 درجة لكليهما، مما يشير إلى نمط انبعاث واسع ومنتشر. طول موجة الانبعاث الذروي (λP) هو 590 نانومتر (أصفر) و 524 نانومتر (أخضر)، مع تحديد الطول الموجي السائد (λd) ضمن نطاقات 585-595 نانومتر و 518-528 نانومتر على التوالي. يختلف جهد التشغيل الأمامي (VF) حسب اللون: تتراوح قيمته للضوء الأصفر بين 1.8V و 2.4V، بينما يعمل الضوء الأخضر بين 2.6V و 3.4V عند 20mA. الحد الأقصى للتيار العكسي (IR) هو 10 ميكرو أمبير عند جهد عكسي (VR) قدره 5V، مع ملاحظة أن الجهاز غير مصمم للعمل بالتحيز العكسي.

3. شرح نظام التصنيف (Bin)

لضمان اتساق الناتج الضوئي، يتم فرز ثنائيات الباعث الضوئي إلى مجموعات (Bins) حسب شدة الإضاءة. لكل مجموعة قيمة دنيا وقيمة قصوى محددة لشدة الإضاءة، مع تطبيق تسامح يبلغ +/-11% داخل كل مجموعة.

3.1 تصنيف شدة الإضاءة

للضوء الأصفر، رموز المجموعات هي V1 (710-900 ملي كانديلا)، V2 (900-1120 ملي كانديلا)، W1 (1120-1400 ملي كانديلا)، و W2 (1400-1800 ملي كانديلا). للضوء الأخضر، المجموعات هي W1 (1120-1400 ملي كانديلا)، W2 (1400-1800 ملي كانديلا)، X1 (1800-2240 ملي كانديلا)، و X2 (2240-2800 ملي كانديلا). يسمح هذا التصنيف للمصممين باختيار المكونات التي تلبي متطلبات السطوع المحددة لتطبيقهم.

4. تحليل منحنيات الأداء

بينما يتم الإشارة إلى البيانات الرسومية المحددة في المستند المصدر، فإن منحنيات الأداء النموذجية لمثل هذه الأجهزة توضح عمومًا العلاقة بين التيار الأمامي وشدة الإضاءة (منحنى I-V)، وتغير جهد التشغيل الأمامي مع درجة الحرارة، وتوزيع القدرة الطيفي الذي يظهر الطول الموجي الذروي وعرض النطاق النصفي الطيفي. هذه المنحنيات ضرورية لفهم سلوك الجهاز في ظل ظروف التشغيل غير القياسية ولتصميم الدوائر بدقة.

5. المعلومات الميكانيكية والتغليف

5.1 أبعاد العبوة وتعيين الأطراف

يأتي ثنائي الباعث الضوئي في عبوة SMD قياسية. تحتوي العدسة البيضاء المنتشرة على شريحتين شبه موصليتين. تم تعريف تعيين الأطراف بوضوح: الطرفان 1 و 2 مخصصان للضوء الأخضر (InGaN)، والطرفان 3 و 4 مخصصان للضوء الأصفر (AlInGaP). تحدد جميع الرسومات ذات الأبعاد القياسات بالمليمترات، مع تسامح عام يبلغ ±0.2 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. هذه المعلومات بالغة الأهمية لتصميم البصمة على اللوحة الإلكترونية.

5.2 تخطيط وسادة التثبيت الموصى بها على اللوحة الإلكترونية

يتم توفير رسم يوضح النمط الموصى به لوسادة النحاس على اللوحة الإلكترونية للحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء أو بالطور البخاري. الالتزام بهذا التخطيط يضمن تكوين وصلة لحام صحيحة، وإدارة حرارية مناسبة، واستقرار ميكانيكي للمكون بعد التجميع.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 ملف تعريف اللحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء

يتم توفير ملف لحام مقترح بإعادة التدفق متوافق مع J-STD-020B للعمليات الخالية من الرصاص. تشمل المعلمات الرئيسية درجة حرارة تسخين أولية تتراوح بين 150-200 درجة مئوية، ووقت تسخين أولي يصل إلى 120 ثانية كحد أقصى، ودرجة حرارة ذروة لا تتجاوز 260 درجة مئوية، ووقت فوق نقطة السيولة (أو عند الذروة) محدود بـ 10 ثوانٍ كحد أقصى. تم التأكيد على أن الملف الأمثل يعتمد على تصميم اللوحة الإلكترونية المحدد، ومعجون اللحام، والفرن، ويجب استخدام الملف المقدم كهدف عام تم التحقق منه لخط التجميع المحدد.

6.2 اللحام اليدوي

إذا كان اللحام اليدوي باستخدام المكواة ضروريًا، فإن الحد الأقصى الموصى به لدرجة حرارة طرف المكواة هو 300 درجة مئوية، مع وقت لحام لا يتجاوز 3 ثوانٍ لكل وصلة. يجب تنفيذ هذا مرة واحدة فقط لمنع التلف الحراري لعبوة ثنائي الباعث الضوئي.

6.3 ظروف التخزين

التخزين السليم أمر حيوي للحفاظ على قابلية اللحام. يجب تخزين الأكياس المانعة للرطوبة غير المفتوحة (مع مجفف) عند درجة حرارة ≤30°C ورطوبة نسبية ≤70%، مع عمر تخزين يبلغ عامًا واحدًا. بمجرد الفتح، يجب تخزين ثنائيات الباعث الضوئي عند درجة حرارة ≤30°C ورطوبة نسبية ≤60%. يجب أن تخضع المكونات التي تم إزالتها من تغليفها الأصلي لعملية إعادة تدفق بالأشعة تحت الحمراء خلال 168 ساعة. إذا تم تجاوز هذه الفترة، يُوصى بالمعالجة الحرارية (التجفيف) عند حوالي 60 درجة مئوية لمدة 48 ساعة على الأقل قبل اللحام لإزالة الرطوبة الممتصة ومنع ظاهرة \"الفرقعة\" أثناء إعادة التدفق.

6.4 التنظيف

إذا تطلب الأمر التنظيف بعد اللحام، فيجب استخدام المذيبات القائمة على الكحول المحددة فقط مثل الإيثانول أو الأيزوبروبانول. يجب غمر ثنائي الباعث الضوئي في درجة حرارة عادية لأقل من دقيقة واحدة. قد تتسبب المواد الكيميائية غير المحددة في إتلاف مادة العبوة أو العدسة.

7. معلومات التغليف والطلب

7.1 مواصفات الشريط والبكرة

يتم تغليف ثنائيات الباعث الضوئي في شريط ناقل بارز بعرض 8 مم ملفوف على بكرات قطرها 7 بوصات (178 مم). تحتوي كل بكرة على 2000 قطعة. يتم إغلاق الشريط بغطاء علوي. يتبع التغليف مواصفات ANSI/EIA 481، التي تحدد معلمات مثل تباعد الجيوب وأبعاد البكرة للتأكد من التوافق مع المعدات الآلية. تتوفر كمية تغليف دنيا تبلغ 500 قطعة للطلبات المتبقية.

8. اقتراحات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

هذا الثنائي الباعث للضوء ثنائي اللون مثالي للتطبيقات التي تتطلب مؤشر حالة متعدد من بصمة مكون واحدة. تشمل الأمثلة مؤشرات حالة الطاقة/الشحن (مثل الأخضر لـ \"التشغيل\" أو \"الشحن الكامل\"، والأصفر لـ \"الاستعداد\" أو \"الشحن\")، وتغذية راجعة لاختيار الوضع على الإلكترونيات الاستهلاكية، والإضاءة الخلفية للرموز أو الأيقونات على لوحات التحكم. تجعل زاوية المشاهدة الواسعة منه مناسبًا للتطبيقات التي تكون فيها الرؤية من زوايا غير محورية مهمة.

8.2 اعتبارات التصميم

القيادة بالتيار:ثنائيات الباعث الضوئي هي أجهزة تُقاد بالتيار. يجب استخدام مقاومة محددة للتيار على التوالي لكل قناة لون عند القيادة من مصدر جهد. يتم حساب قيمة المقاومة باستخدام قانون أوم: R = (Vsource - VF_LED) / IF، حيث VF_LED هو جهد التشغيل الأمامي للون ثنائي الباعث الضوئي المحدد عند التيار المطلوب (مثل 20mA). استخدام أقصى قيمة VF من ورقة البيانات يضمن ألا يتجاوز التيار الحد حتى مع اختلاف المكونات.

الإدارة الحرارية:على الرغم من أن تبديد الطاقة منخفض، فإن ضمان مساحة نحاسية كافية على اللوحة الإلكترونية حول الوسائد الحرارية (إن وجدت) أو عرض المسار العام يساعد على تبديد الحرارة، والحفاظ على أداء ثنائي الباعث الضوئي وعمره الافتراضي، خاصة في بيئات درجة الحرارة المحيطة العالية.

تخطيط الدائرة:احتفظ بمسارات قيادة التيار للونين منفصلة للسماح بالتحكم المستقل.

9. المقارنة التقنية والتمييز

الميزة الرئيسية المميزة لهذا المكون هي دمج لونين متميزين من ثنائيات الباعث الضوئي (الأخضر والأصفر) داخل عبوة بيضاء منتشرة واحدة ومضغوطة. هذا يوفر مساحة على اللوحة الإلكترونية مقارنة باستخدام ثنائيي باعث ضوئي أحاديي اللون منفصلين. توفر العدسة المنتشرة زاوية مشاهدة واسعة تبلغ 120 درجة، مما يوفر إضاءة موحدة مثالية لمؤشرات الألواح. تضمن توافق الجهاز مع عمليات تجميع SMD القياسية (JEDEC Level 3 MSL، إعادة تدفق خالية من الرصاص) إمكانية دمجه في خطوط التصنيع عالية الإنتاج الحالية دون الحاجة إلى معالجة خاصة أو تغييرات في العملية.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

س: هل يمكنني تشغيل لوني ثنائي الباعث الضوئي في وقت واحد بأقصى تيار لهما؟

ج: لا. تحدد القيم القصوى المطلقة حدود تبديد الطاقة لكل لون على حدة (72 ملي واط للأصفر، 102 ملي واط للأخضر). تشغيل كليهما عند 30mA تيار مستمر سيؤدي إلى طاقة إجمالية من المحتمل أن تتجاوز القدرة الحرارية للعبوة، مما قد يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة وتقليل العمر الافتراضي. استشر منحنيات تخفيض التصنيف (إن وجدت) أو شغّل عند تيارات أقل للاستخدام المتزامن.

س: ما الفرق بين الطول الموجي الذروي والطول الموجي السائد؟

ج: الطول الموجي الذروي (λP) هو الطول الموجي الذي تكون فيه الطاقة الضوئية المنبعثة في أعلى مستوياتها. الطول الموجي السائد (λd) هو الطول الموجي الوحيد للضوء أحادي اللون الذي سيبدو له نفس لون ناتج ثنائي الباعث الضوئي للمراقب البشري القياسي. يتم اشتقاق λd من مخطط لونية CIE وغالبًا ما يكون أكثر صلة بتحديد اللون.

س: نطاق جهد التشغيل الأمامي واسع جدًا (مثل 2.6V-3.4V للأخضر). كيف يؤثر هذا على تصميم دوارتي؟

ج: هذا الاختلاف نموذجي في ثنائيات الباعث الضوئي بسبب تسامحات تصنيع أشباه الموصلات. يجب تصميم دائرة تحديد التيار الخاصة بك للتعامل مع أسوأ سيناريو. استخدم أقصى قيمة VF (3.4V) في حساب المقاومة الخاصة بك لضمان ألا يتجاوز التيار القيمة المطلوبة (مثل 20mA) حتى إذا تلقيت ثنائي باعث ضوئي بأعلى VF. سيؤدي هذا إلى تشغيل بسطوع أقل قليلاً لثنائيات الباعث الضوئي ذات الـ VF المنخفض، لكنه نهج التصميم الآمن.

11. دراسة حالة تطبيقية عملية

السيناريو: تصميم مؤشر شحن ثنائي الحالة لجهاز محمول.

حالة استخدام شائعة هي مؤشر يظهر الأحمر للشحن، والأصفر للشحن شبه الكامل، والأخضر للشحن الكامل. بينما لا يتضمن ثنائي الباعث الضوئي المحدد هذا اللون الأحمر، فإن مبدأ تصميم مماثل ينطبق. ستتحكم دائرتا قيادة مستقلتان (مثل أطراف GPIO من متحكم دقيق مع مقاومات على التوالي) في ثنائيي الباعث الضوئي الأصفر والأخضر. سيقوم البرنامج الثابت بتسلسل الألوان: إيقاف الأخضر/تشغيل الأصفر أثناء الشحن النشط، ثم التبديل إلى تشغيل الأخضر/إيقاف الأصفر عند اكتمال الشحن. تضمن العدسة البيضاء المنتشرة مزج الضوء بشكل متساوٍ ومرئيته من زاوية واسعة، مما يوفر ملاحظات واضحة للمستخدم. تتيح عبوة SMD هذه الوظيفة في أصغر بصمة ممكنة على اللوحة الإلكترونية المزدحمة للجهاز.

12. مقدمة عن مبدأ التشغيل

ثنائيات الباعث الضوئي (LEDs) هي أجهزة شبه موصلة تُصدر ضوءًا عندما يمر تيار كهربائي عبرها. تُسمى هذه الظاهرة بالانبعاث الكهروضوئي. عند تطبيق جهد أمامي عبر وصلة p-n، تتحد الإلكترونات من المادة من النوع n مع الفجوات من المادة من النوع p، مما يؤدي إلى إطلاق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يتم تحديد اللون المحدد للضوء بواسطة فجوة النطاق الطاقي للمادة شبه الموصلة المستخدمة. في هذا المكون، يُنتج الضوء الأخضر بواسطة شريحة من نتريد الغاليوم الإنديوم (InGaN)، ويُنتج الضوء الأصفر بواسطة شريحة من فوسفيد الألومنيوم الإنديوم الغاليوم (AlInGaP). تقوم العدسة الإيبوكسية البيضاء المنتشرة بتغليف الشرائح، مما يوفر حماية ميكانيكية، ويشكل حزمة إخراج الضوء إلى زاوية واسعة، وينشر الضوء لتقليل الوهج وخلق مظهر موحد.

13. اتجاهات وتطورات الصناعة

يستمر الاتجاه في ثنائيات الباعث الضوئي SMD لتطبيقات المؤشرات نحو كفاءة أعلى (مزيد من الناتج الضوئي لكل وحدة طاقة كهربائية)، وأحجام عبوات أصغر للإلكترونيات الأكثر كثافة، وزيادة التكامل. أصبحت ثنائيات الباعث الضوئي متعددة الألوان وRGB في عبوات واحدة أكثر شيوعًا، مما يتيح قابلية البرمجة بالألوان الكاملة. هناك أيضًا تركيز على تحسين اتساق اللون وتشديد مواصفات التصنيف (Binning) لتلبية متطلبات التطبيقات التي يكون فيها مطابقة الألوان أمرًا بالغ الأهمية. علاوة على ذلك، تهدف التطورات في مواد التغليف إلى تعزيز الموثوقية تحت ملفات إعادة التدفق ذات درجات الحرارة الأعلى وتحسين صيانة اللومن على المدى الطويل. يتناسب المكون الموصوف ضمن هذه الاتجاهات الأوسع من خلال تقديم وظيفة ثنائية اللون بتنسيق SMD موحد وموثوق مناسب للتصنيع الآلي عالي الموثوقية.