مستند تقني لثنائي باعث للضوء SMD 0201 أبيض/أصفر - عبوة 0.6x0.3x0.3 مم - جهد 2.6-3.2 فولت - قدرة 96 ميغاواط

1. نظرة عامة على المنتج

يُفصّل هذا المستند المواصفات الخاصة بثنائي باعث للضوء (LED) صغير الحجم من نوع جهاز التركيب السطحي (SMD) بحجم العبوة 0201. تم تصميم هذه الثنائيات الباعثة للضوء لعمليات تجميع لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) الآلية، وهي مثالية للتطبيقات ذات المساحة المحدودة حيث تكون كثافة المكونات أمرًا بالغ الأهمية. اللون الأساسي المنبعث من رقم الجزء هذا المحدد هو أبيض مع عدسة صفراء، مما يوفر نقطة لونية محددة.

تشمل المزايا الأساسية لهذا المكون بصمته الصغيرة للغاية، وتوافقه مع معدات اللصق والوضع عالية الإنتاجية، وملاءمته لعمليات لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR) الخالية من الرصاص. تم بناؤه ليلتزم بمعايير التوافق مع RoHS (تقييد المواد الخطرة).

الأسواق المستهدفة والتطبيقات واسعة النطاق، وتشمل معدات الاتصالات، وأجهزة أتمتة المكاتب، والأجهزة المنزلية، وأنظمة التحكم الصناعي، ومختلف الإلكترونيات الاستهلاكية. تشمل الاستخدامات النموذجية مؤشرات الحالة، والإضاءة الخلفية للألواح الأمامية، وإضاءة الإشارات أو الرموز منخفضة المستوى.

2. الغوص العميق في المعلمات التقنية

2.1 الحدود القصوى المطلقة

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

• تبديد الطاقة (Pd):96 ميغاواط. هذه هي أقصى كمية من الطاقة يمكن للعبوة أن تبددها كحرارة دون تجاوز حدودها الحرارية.
• تيار الأمام الذروي (I_F(peak)):100 مللي أمبير. هذا هو أقصى تيار أمامي لحظي مسموح به، يُحدد عادةً تحت ظروف النبض (دورة عمل 1/10، عرض النبضة 0.1 مللي ثانية) لمنع ارتفاع درجة الحرارة.
• تيار الأمام المستمر (I_F):30 مللي أمبير. هذا هو أقصى تيار أمامي مستمر موصى به للتشغيل الموثوق على المدى الطويل.
• نطاق درجة حرارة التشغيل (T_opr):-40°C إلى +85°C. نطاق درجة الحرارة المحيطة الذي صُمم الثنائي الباعث للضوء ليعمل فيه بشكل صحيح.
• نطاق درجة حرارة التخزين (T_stg):-40°C إلى +100°C. نطاق درجة الحرارة لتخزين الجهاز عند عدم تشغيله.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

يتم قياس هذه المعلمات عند درجة حرارة محيطة قياسية (T_a) تبلغ 25°C وتيار أمامي (I_F) يبلغ 20 مللي أمبير، ما لم يُذكر خلاف ذلك.

• شدة الإضاءة (I_V):1500 - 2900 مللي كانديلا. هذا يحدد كمية الضوء المرئي المنبعث في اتجاه الرؤية الأساسي. يشير النطاق الواسع إلى استخدام نظام تصنيف (انظر القسم 3). يستخدم القياس مستشعرًا مُرشحًا لمطابقة استجابة العين البشرية القياسية CIE.
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):110 درجة (نموذجي). هذه هي الزاوية الكاملة التي تنخفض عندها شدة الإضاءة إلى نصف قيمتها المحورية القصوى. تشير زاوية 110° إلى نمط انبعاث واسع منتشر مناسب لإضاءة المنطقة بدلاً من شعاع مركز.
• إحداثيات اللونية (x, y):(0.3100, 0.3100) نموذجي. تحدد هذه الإحداثيات على مخطط اللونية CIE 1931 نقطة اللون الدقيقة للضوء الأبيض المنبعث. تتوافق هذه النقطة مع أبيض بدرجة حرارة لونية مترابطة (CCT) محددة.
• جهد الأمام (V_F):2.6 فولت (الحد الأدنى) - 3.2 فولت (الحد الأقصى) عند 20 مللي أمبير. انخفاض الجهد عبر الثنائي الباعث للضوء عند مرور التيار المحدد. هذا النطاق بالغ الأهمية لتصميم دائرة القيادة.
• تيار العكس (I_R):10 ميكرو أمبير (الحد الأقصى) عند V_R= 5 فولت. تيار التسرب الصغير عند تطبيق جهد عكسي.مهم:لم يُصمم هذا الجهاز للعمل بتحيز عكسي؛ هذه المعلمة لأغراض الاختبار فقط.

3. شرح نظام التصنيف

لضمان الاتساق في الإنتاج الضخم، يتم فرز الثنائيات الباعثة للضوء إلى فئات أداء. هذا يسمح للمصممين باختيار أجزاء تلبي متطلبات الجهد والسطوع واللون المحددة.

3.1 تصنيف جهد الأمام (V_F)

يتم تصنيف الثنائيات الباعثة للضوء بناءً على انخفاض جهد الأمام عند 20 مللي أمبير.

• الفئة D8: V_F= 2.6 فولت إلى 2.9 فولت
• الفئة D9: V_F= 2.9 فولت إلى 3.2 فولت
• التسامح داخل كل فئة هو ±0.10 فولت.

3.2 تصنيف شدة الإضاءة (I_V)

يتم فرز الثنائيات الباعثة للضوء حسب قوتها الضوئية الخارجة.

• الفئة X1: I_V= 1500.0 مللي كانديلا إلى 2100.0 مللي كانديلا
• الفئة X2: I_V= 2100.0 مللي كانديلا إلى 2900.0 مللي كانديلا
• التسامح داخل كل فئة هو ±11%.

3.3 تصنيف اللون (اللونية)

هذا هو التصنيف الأكثر أهمية لاتساق اللون. يتم فرز الثنائيات الباعثة للضوء إلى أشكال رباعية محددة على مخطط اللونية CIE المحددة بأربع نقاط إحداثية (x, y).

• الفئات المحددة:Y2, W1, X1, W2. يمثل كل رمز فئة منطقة محددة على مخطط الألوان.
• تقع نقطة اللونية النموذجية (0.3100, 0.3100) ضمن هذه المناطق المحددة.
• التسامح على كل فئة لونية (إحداثيات x, y) هو ±0.01.

يضمن هذا التصنيف متعدد الأبعاد (V_F, I_V, اللون) أن الثنائيات الباعثة للضوء من نفس الدفعة الإنتاجية لها خصائص كهربائية وبصرية متطابقة بشكل وثيق، وهو أمر أساسي للتطبيقات التي تتطلب مظهرًا موحدًا، مثل مصفوفات الإضاءة الخلفية أو مجموعات مؤشرات الحالة.

4. تحليل منحنيات الأداء

بينما يتم الإشارة إلى منحنيات رسومية محددة في ورقة البيانات، فإن آثارها قياسية.

• التيار الأمامي مقابل جهد الأمام (منحنى I-V):هذا المنحنى أسي. نقطة التشغيل هي V_Fالمحددة عند 20 مللي أمبير. تؤدي الزيادات الصغيرة في الجهد إلى زيادات كبيرة في التيار، مما يستلزم دائرة تحديد تيار (مثل مقاومة متسلسلة أو محرك تيار ثابت) لمنع الانفلات الحراري.
• شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي:يكون الناتج الضوئي بشكل عام متناسبًا مع التيار الأمامي ضمن نطاق التشغيل. ومع ذلك، قد تنخفض الكفاءة عند التيارات العالية جدًا بسبب زيادة الحرارة.
• شدة الإضاءة مقابل درجة الحرارة المحيطة:ينخفض الناتج الضوئي للثنائي الباعث للضوء عادةً مع زيادة درجة حرارة الوصلة. سيؤدي التشغيل عند الحد الأعلى لنطاق درجة الحرارة (85°C) إلى شدة إضاءة أقل مما هي عليه عند 25°C. يجب أخذ هذا التخفيض في الاعتبار في التصميم الحراري.

5. المعلومات الميكانيكية والمتعلقة بالعبوة

5.1 أبعاد العبوة

يتوافق الجهاز مع المخطط القياسي للعبوة 0201 حسب معيار EIA. الأبعاد الرئيسية (بالمليمترات) هي:

• طول العبوة: 0.6 مم (تسامح ±0.2 مم)
• عرض العبوة: 0.3 مم (تسامح ±0.2 مم)
• ارتفاع العبوة: 0.3 مم (تسامح ±0.2 مم)

لون العدسة أصفر، مما يرشح الضوء الأبيض المنبعث لتحقيق اللونية النهائية. يُحدد القطب السالب عادةً بواسطة علامة أو شكل محدد للوسادة على الشريط والبكرة.

5.2 نمط اللحام الموصى به للوحة الدوائر المطبوعة

يتم توفير تخطيط مقترح لوسادة اللحام للحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء أو بالطور البخاري. تم تصميم هذا النمط لضمان تكوين وصلة لحام موثوقة، ومحاذاة ذاتية مناسبة أثناء إعادة التدفق، وقوة ميكانيكية كافية. يعد اتباع نمط الوسادة الموصى به أمرًا بالغ الأهمية لمنع ظاهرة "التمثال القبري" (وقوف المكون على طرفه) أو وصلات اللحام الرديئة، خاصة مع مثل هذه المكونات الصغيرة.

6. دليل اللحام والتجميع

6.1 ملف تعريف لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء

المكون متوافق مع عمليات لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء الخالية من الرصاص وفقًا لـ J-STD-020B. يُقترح ملف تعريف عام:

• التسخين المسبق:150-200°C لمدة أقصاها 120 ثانية لزيادة درجة الحرارة ببطء وتنشيط المادة المساعدة للصهر.
• درجة الحرارة القصوى:260°C كحد أقصى. يجب التحكم في الوقت فوق نقطة السيولة (عادةً ~217°C للحام الخالي من الرصاص).
• إجمالي وقت اللحام:10 ثوانٍ كحد أقصى عند درجة الحرارة القصوى، مع السماح بحد أقصى دورتين لإعادة التدفق.

ملاحظة:يعتمد الملف الأمثل على تجميع لوحة الدوائر المطبوعة المحدد (سمك اللوحة، عدد الطبقات، المكونات الأخرى، معجون اللحام). الملف المقدم هو هدف؛ مطلوب توصيف للعملية.

6.2 اللحام اليدوي (إذا لزم الأمر)

إذا تطلب الأمر إصلاحًا يدويًا، فالحذر الشديد مطلوب:

• درجة حرارة مكواة اللحام:300°C كحد أقصى.
• وقت التلامس:3 ثوانٍ كحد أقصى لكل وصلة.
• الحد:دورة لحام واحدة فقط. الكتلة الحرارية منخفضة جدًا، مما يجعله عرضة لارتفاع درجة الحرارة.

6.3 التنظيف

إذا كان التنظيف بعد اللحام مطلوبًا، فيجب استخدام المذيبات المحددة فقط لتجنب إتلاف العبوة البلاستيكية أو العدسة.

• موصى به:كحول الإيثيل أو كحول الأيزوبروبيل.
• العملية:الغمر في درجة حرارة عادية لأقل من دقيقة واحدة. لا تستخدم التنظيف بالموجات فوق الصوتية ما لم يتم التحقق من أنه آمن للعبوة.
• تجنب:منظفات كيميائية غير محددة أو قاسية.

7. التعبئة والتغليف والتعامل

7.1 مواصفات الشريط والبكرة

يتم توريد المكونات في شريط ناقل بارز قياسي في الصناعة للتعامل الآلي.

• حجم البكرة:قطر 7 بوصات (178 مم).
• عرض الشريط:12 مم.
• الكمية لكل بكرة:4000 قطعة (بكرة كاملة).
• الحد الأدنى لكمية الطلب (MOQ):500 قطعة للبكرات الجزئية.
• يتوافق التغليف مع مواصفات ANSI/EIA-481. يحتوي الشريط على غطاء لحماية المكونات.

7.2 الحساسية للرطوبة والتخزين

العبوة البلاستيكية حساسة للرطوبة (MSL).

• الكيس المغلق (مع مجفف):التخزين عند ≤30°C و ≤70% رطوبة نسبية. العمر الافتراضي هو سنة واحدة من تاريخ ختم الكيس.
• بعد فتح الكيس:يبدأ "عمر الأرضية". التخزين عند ≤30°C و ≤60% رطوبة نسبية.
• الحد الزمني الحرج:يجب تعريض المكونات للحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء خلال168 ساعة (7 أيام)من التعرض لظروف المصنع المحيطة بعد فتح الكيس.
• التخزين الممتد (مفتوح):التخزين في وعاء مغلق مع مجفف أو في مجفف نيتروجين.
• تجاوز عمر الأرضية:إذا تعرضت المكونات لأكثر من 168 ساعة، فيجب خبزها عند حوالي 60°C لمدة 48 ساعة على الأقل قبل اللحام لإزالة الرطوبة الممتصة ومنع ظاهرة "الفرقعة" (تشقق العبوة أثناء إعادة التدفق).

8. إرشادات التطبيق واعتبارات التصميم

8.1 تصميم دائرة القيادة

بسبب الخاصية الأسية لمنحنى I-V، فإن المقاومة المتسلسلة البسيطة هي طريقة القيادة الأكثر شيوعًا لتطبيقات المؤشرات. يتم حساب قيمة المقاومة (R_series) على النحو التالي: R_series= (V_supply- V_F) / I_F. استخدم الحد الأقصى لـ V_Fمن ورقة البيانات (3.2 فولت) لضمان ألا يتجاوز التيار 20 مللي أمبير حتى مع جزء منخفض V_F. بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب سطوعًا ثابتًا أو قيادة عدة ثنائيات باعثة للضوء على التوالي، يوصى باستخدام محرك تيار ثابت.

8.2 إدارة الحرارة

على الرغم من أن تبديد الطاقة منخفض (96 ميغاواط كحد أقصى)، فإن العبوة الصغيرة لها قدرة محدودة على تبديد الحرارة. تأكد من وجود مساحة نحاسية كافية على لوحة الدوائر المطبوعة متصلة بوسائد التبريد (إن وجدت) أو وصلات اللحام لتعمل كمشتت حراري. تجنب التشغيل عند الحد الأقصى المطلق للتيار (30 مللي أمبير مستمر) في درجات حرارة محيطة عالية دون تحليل حراري.

8.3 التكامل البصري

زاوية الرؤية الواسعة البالغة 110° تجعل هذا الثنائي الباعث للضوء مناسبًا لإضاءة المناطق الصغيرة أو أنابيب الضوء. للحصول على اقتران ضوئي أمثل في دليل الضوء، ضع في اعتبارك نمط انبعاث الثنائي الباعث للضوء وزاوية القبول للدليل. تعمل العدسة الصفراء كموزع/مرشح ألوان مدمج.

9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

س: هل يمكنني تشغيل هذا الثنائي الباعث للضوء مباشرة من مخرج منطقي 5 فولت أو 3.3 فولت؟

ج: لا. يجب عليك استخدام مقاومة تحديد تيار متسلسلة. سيتسبب توصيل 5 فولت مباشرة في تيار زائد كارثي. لمصدر طاقة 5 فولت وهدف 20 مللي أمبير، باستخدام الحد الأقصى لـ V_Fوهو 3.2 فولت، R = (5V - 3.2V) / 0.02A = 90Ω (استخدم مقاومة قياسية 91Ω أو 100Ω).

س: لماذا يعتبر تصنيف اللون مهمًا جدًا؟

ج: العين البشرية حساسة جدًا للاختلافات الطفيفة في نقطة البياض، خاصة عند مشاهدة عدة ثنائيات باعثة للضوء جنبًا إلى جنب. يمكن أن يؤدي استخدام ثنائيات باعثة للضوء من فئات ألوان مختلفة إلى ظهور مرئي غير متجانس أو غير متساوٍ في المصفوفة.

س: ماذا يحدث إذا تجاوزت عمر الأرضية البالغ 168 ساعة قبل اللحام؟

ج: يمكن أن تتحول الرطوبة الممتصة إلى بخار أثناء التسخين السريع لإعادة التدفق، مما قد يتسبب في انفصال داخلي أو تشقق للعبوة البلاستيكية ("الفرقعة")، مما يؤدي إلى فشل فوري أو كامن. الخبز إلزامي لطرد هذه الرطوبة.

س: هل هذا الثنائي الباعث للضوء مناسب للتطبيقات الخارجية أو السيارات؟

ج: يغطي نطاق درجة حرارة التشغيل (-40°C إلى +85°C) العديد من البيئات. ومع ذلك، تحدد ورقة البيانات أنه مخصص "للمعدات الإلكترونية العادية". بالنسبة للتطبيقات ذات متطلبات الموثوقية العالية، أو الإجهاد البيئي الشديد (الأشعة فوق البنفسجية، الرطوبة، الدورات الحرارية)، أو الوظائف الحرجة للسلامة (السيارات، الطبية، الطيران)، فإن التشاور مع الشركة المصنعة واختبارات التأهيل الإضافية أمران أساسيان. قد لا يمتلك هذا الثنائي الباعث للضوء التجاري القياسي شهادات الموثوقية اللازمة لمثل هذه الاستخدامات.

10. مثال على التصميم وحالة الاستخدام

السيناريو: مؤشر حالة على وحدة بلوتوث محمولة

يقوم مصمم بإنشاء وحدة صوت بلوتوث مدمجة. مساحة اللوحة محدودة للغاية. يحتاجون إلى ثنائي باعث للضوء صغير منخفض الطاقة للإشارة إلى حالة "التشغيل" و"الاقتران".

• اختيار المكون:تم اختيار هذا الثنائي الباعث للضوء 0201 لبصمته الصغيرة للغاية (0.6x0.3 مم).
• تصميم الدائرة:تعمل الوحدة على بطارية ليثيوم أيون 3.7 فولت. سيقوم دبوس GPIO على المتحكم الدقيق، القادر على توفير 20 مللي أمبير، بتشغيل الثنائي الباعث للضوء. يتم حساب المقاومة المتسلسلة: R = (3.7V - 2.9V_typ) / 0.02A = 40Ω. تم اختيار مقاومة 39Ω، مما يؤدي إلى تيار يبلغ حوالي 20.5 مللي أمبير، وهو ضمن المواصفات.
• تخطيط لوحة الدوائر المطبوعة:تم استخدام نمط الوسادة الموصى به. تم استخدام وصلات تخفيف حرارية صغيرة على الوسائد للمساعدة في اللحام ولكن مع الحفاظ على بعض الاتصال الحراري مع مستوى التأريض لتبديد الحرارة.
• التجميع:يستخدم تجميع لوحة الدوائر المطبوعة الكامل معجون لحام خالي من الرصاص ويتبع ملف تعريف إعادة التدفق JEDEC. يتم الاحتفاظ بالثنائيات الباعثة للضوء في كيسها المغلق حتى يصبح خط الإنتاج جاهزًا، مما يضمن عدم تجاوز عمر الأرضية.
• النتيجة:مؤشر حالة موثوق وساطع يستهلك الحد الأدنى من مساحة اللوحة والطاقة، ويُلبي جميع متطلبات التصميم.

11. مقدمة عن المبدأ التقني

الثنائي الباعث للضوء هو ثنائي شبه موصل. عند تطبيق جهد أمامي عبر أطرافه (الأنود موجب بالنسبة للكاثود)، تتحد الإلكترونات من مادة أشباه الموصلات من النوع n مع الفجوات من مادة النوع p داخل المنطقة النشطة. يطلق هذا الاتحاد الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يتم تحديد الطول الموجي (اللون) المحدد للضوء بواسطة فجوة النطاق الطاقي لمواد أشباه الموصلات المستخدمة.

يتم إنشاء ثنائي باعث للضوء "أبيض"، كما في هذا المكون، عادةً باستخدام شريحة ثنائي باعث للضوء أزرق أو فوق بنفسجي مطلية بطبقة فوسفورية. الضوء الأساسي من الشريحة يحفز الفوسفور، الذي يعيد بعد ذلك إصدار الضوء عبر طيف أوسع، مجتمعًا لإنتاج ضوء أبيض. تقوم العدسة الصفراء بتعديل هذا الناتج بشكل أكبر لتحقيق إحداثيات اللونية المحددة على طيف الضوء الأبيض.

12. اتجاهات الصناعة والسياق

تمثل عبوة 0201 الاتجاه المستمر في الإلكترونيات نحو التصغير وزيادة الكثافة الوظيفية على لوحات الدوائر المطبوعة. مع تصغير الأجهزة الاستهلاكية مثل الهواتف الذكية والأجهزة القابلة للارتداء وأجهزة استشعار إنترنت الأشياء، يزداد الطلب على المكونات السلبية والنشطة فائقة الصغر.

تشمل الاتجاهات الرئيسية المؤثرة على مثل هذه المكونات:

• التعبئة المتقدمة:تحسين الأداء الحراري والموثوقية في بصمات أصغر حجمًا.
• كفاءة أعلى:تقديم ناتج إضاءة أكثر (لومن) لكل وحدة من قوة الإدخال الكهربائية (واط)، مما يقلل من استهلاك الطاقة وتوليد الحرارة.
• تصنيف أكثر تشددًا:مع تطلب تطبيقات العرض والإضاءة اتساقًا أعلى في اللون، تستمر حدود التسامح في فئات اللونية والشدة في التشدد.
• توافق الأتمتة:يجب تصميم المكونات لآلات اللصق والوضع عالية السرعة والدقة، مع كون التعبئة الموثوقة بالشريط والبكرة جزءًا حاسمًا من سلسلة التوريد.

يقع هذا المكون ضمن هذا النظام البيئي، مما يتيح تصميمات مدمجة مع توفير معلمات الأداء اللازمة لمجموعة واسعة من تطبيقات المؤشرات والإضاءة منخفضة المستوى.