ورقة بيانات LED SMD طراز LTSA-G6SVUWETU - ضوء أبيض، عدسة صفراء - المواصفات الكهربائية والبصرية

1. نظرة عامة على المنتج

يُفصّل هذا المستند مواصفات ثنائي باعث للضوء (LED) عالي الأداء من نوع Surface-Mount Device (SMD). تم تصميم هذا المكون لعمليات التجميع الآلي وهو مناسب لمجموعة واسعة من المعدات الإلكترونية حيث تكون كفاءة المساحة والموثوقية أمرًا بالغ الأهمية. يتميز المصباح بمصدر ضوء أبيض، تم تحقيقه من خلال تقنية InGaN، وهو مُغلف داخل عدسة ذات لون أصفر، مما يمكن أن يؤثر على اللون النهائي المُدرك وخصائص تشتيت الضوء.

تشمل المزايا الأساسية لهذا المكون امتثاله لتوجيهات RoHS، وتوافقه مع معدات التركيب الآلي واللحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء، وتأهيله وفقًا للمعيار AEC-Q101 للمكونات من فئة السيارات. تشمل الأسواق المستهدفة الرئيسية تطبيقات إضاءة ملحقات السيارات، والإلكترونيات المحمولة، وأجهزة الحوسبة، وأنظمة الشبكات.

2. الغوص العميق في المعايير التقنية

2.1 القيم القصوى المطلقة

يتم تعريف الحدود التشغيلية للجهاز عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية. الحد الأقصى المطلق لتبديد الطاقة هو 900 ملي واط. يمكنه التعامل مع تيار أمامي مستمر (DC) يتراوح من 5 مللي أمبير إلى 250 مللي أمبير. بالنسبة للتشغيل النبضي، يُسمح بتيار أمامي ذروة يبلغ 500 مللي أمبير تحت دورة عمل 1/10 وعرض نبضة 0.1 مللي ثانية. نطاق درجة حرارة التشغيل والتخزين محدد من -40 درجة مئوية إلى +110 درجة مئوية. من المهم ملاحظة أن هذا المصباح LED غير مصمم للعمل بجهد عكسي.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

يتم تعريف معايير الأداء الرئيسية عند قياسها في Ta=25 درجة مئوية وتيار أمامي (IF) قدره 140 مللي أمبير. يتراوح نطاق شدة الإضاءة (Iv) النموذجي من 11.2 شمعة إلى 22.0 شمعة. زاوية الرؤية (2θ1/2)، والتي تمثل الزاوية التي تكون فيها الشدة نصف القيمة المحورية، تبلغ نموذجيًا 120 درجة، مما يشير إلى نمط حزمة ضوئية واسع. يتراوح جهد التشغيل الأمامي (VF) نموذجيًا بين 2.8 فولت و 3.6 فولت عند تيار الاختبار. إحداثيات اللونية (Cx, Cy) تتمحور حول (0.33, 0.34)، مما يحدد نقطة اللون الأبيض في فضاء الألوان CIE. التيار العكسي (IR) يبلغ نموذجيًا 2 ميكرو أمبير عند جهد عكسي (VR) قدره 5 فولت، على الرغم من أن التشغيل العكسي ليس مقصودًا.

2.3 الخصائص الحرارية

الإدارة الحرارية الفعالة حيوية لأداء المصباح LED وعمره الافتراضي. المقاومة الحرارية من الوصلة (المنطقة النشطة) إلى المحيط (RθJA) تبلغ نموذجيًا 45 درجة مئوية/واط، مقاسة على ركيزة FR4 قياسية بوسادة تبلغ مساحتها 16 مم². والأهم من ذلك، المقاومة الحرارية من الوصلة إلى نقطة اللحام (RθJS) تبلغ نموذجيًا 25 درجة مئوية/واط، مما يسلط الضوء على أهمية تصميم وسادة تبريد جيدة على اللوحة المطبوعة (PCB). أقصى درجة حرارة مسموح بها للوصلة (Tj) هي 150 درجة مئوية.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

يتم فرز مصابيح LED إلى مجموعات (Bins) بناءً على معايير رئيسية لضمان الاتساق في التطبيق. يُقدّم رمز التصنيف عادةً بالتنسيق: Vf / Iv / CIE (مثال: 64/FA/IM).

3.1 تصنيف جهد التشغيل الأمامي (Vf)

يتم تصنيف مصابيح LED إلى أربع مجموعات جهد عند 140 مللي أمبير: المجموعة 24 (2.8-3.0 فولت)، المجموعة 64 (3.0-3.2 فولت)، المجموعة A4 (3.2-3.4 فولت)، والمجموعة E4 (3.4-3.6 فولت). ينطبق تسامح قدره ±0.1 فولت على كل مجموعة.

3.2 تصنيف شدة الإضاءة (Iv)

يتم تعريف ثلاث مجموعات شدة عند 140 مللي أمبير: المجموعة FA (11.2-14.0 شمعة، ~37.8 لومن نموذجيًا)، المجموعة FB (14.0-18.0 شمعة، ~48.0 لومن نموذجيًا)، والمجموعة GA (18.0-22.0 شمعة، ~58.0 لومن نموذجيًا). ينطبق تسامح قدره ±11% على كل مجموعة.

3.3 تصنيف اللون (إحداثيات اللونية)

يتم التحكم بدقة في نقطة اللون الأبيض من خلال تصنيف إحداثيات اللونية CIE. يتم تعريف مجموعات متعددة (مثل GM, HM, IM, JM, KM) بحدود رباعية محددة على مخطط CIE 1931 (x, y). الهدف النموذجي هو حول (0.33, 0.34). يتم الحفاظ على تسامح قدره ±0.01 لإحداثيات x و y داخل كل مجموعة لونية.

4. تحليل منحنيات الأداء

بينما يتم الإشارة إلى بيانات رسومية محددة في ورقة البيانات (مثل الشكل 2: التوزيع المكاني)، فإن المنحنيات النموذجية لمثل هذه المصابيح LED ستوضح العلاقة بين التيار الأمامي وشدة الإضاءة (تُظهر انخفاضًا شبه خطي عند التيارات العالية)، والجهد الأمامي مقابل درجة الحرارة، والشدة النسبية مقابل الطول الموجي (توزيع القدرة الطيفية). يؤكد مخطط التوزيع المكاني زاوية الرؤية الواسعة البالغة 120 درجة، ويوضح كيف تنخفض شدة الضوء خارج المحور.

5. معلومات الميكانيكا والتغليف

يأتي المصباح LED بتنسيق تغليف قياسي EIA مناسب لتجميع SMD. يُحدد إطار الرصاص الخاص بالمهبط (الكاثود) صراحةً كمشتت حراري رئيسي للجهاز، وهو أمر بالغ الأهمية لتصميم تخطيط اللوحة المطبوعة لضمان الأداء الحراري الأمثل. تُحدد الرسومات التفصيلية للأبعاد مخطط العلبة، تباعد الأطراف، والحجم الكلي، مع تسامحات تبلغ عادةً ضمن ±0.1 مم. لون العدسة أصفر بينما الضوء المنبعث أبيض.

6. إرشادات اللحام والتركيب

6.1 ملف تعريف اللحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR Reflow)

توصي ورقة البيانات بملف تعريف إعادة تدفق بالأشعة تحت الحمراء متوافق مع J-STD-020 لعمليات اللحام الخالي من الرصاص. يتضمن هذا الملف تعريف عادةً معدلات تسخين محددة، منطقة تسخين مسبق/نقع، وقت فوق نقطة الانصهار (TAL)، درجة حرارة ذروة، ومعدلات تبريد مُتحكم بها لمنع الصدمة الحرارية للمكون.

6.2 تصميم لوحة التثبيت الموصى بها على اللوحة المطبوعة (PCB)

يتم توفير تصميم مقترح لمسارات التثبيت على اللوحة المطبوعة لضمان لحام موثوق وتشتيت حراري فعال من وسادة التبريد الخاصة بالمهبط (الكاثود).

6.3 التنظيف

إذا كان التنظيف مطلوبًا بعد اللحام، يُوصى فقط بالغمر في كحول الإيثيل أو كحول الأيزوبروبيل في درجة حرارة عادية لأقل من دقيقة واحدة. يجب تجنب استخدام مواد كيميائية غير محددة لأنها قد تتلف العلبة.

6.4 التخزين والتعامل

يُصنف المنتج على أنه مستوى حساسية الرطوبة (MSL) 2 وفقًا لـ JEDEC J-STD-020. عند إغلاق الكيس المضاد للرطوبة مع مجفف، يجب أن يكون التخزين عند ≤30 درجة مئوية و ≤70% رطوبة نسبية، مع عمر تخزين قدره سنة واحدة. بمجرد الفتح، يجب تخزين المكونات عند ≤30 درجة مئوية و ≤60% رطوبة نسبية ويجب أن تخضع للحم بإعادة التدفق خلال سنة واحدة. للتخزين الممتد خارج التغليف الأصلي، فإن ظروف التخزين الجاف المناسبة ضرورية.

7. معلومات التعبئة والطلب

يتم توريد مصابيح LED بتنسيق شريط وبكرة متوافق مع آلات الاختيار والوضع الآلي. عرض الشريط 12 مم، ملفوف على بكرة قياسية قطرها 7 بوصات (178 مم). تحتوي كل بكرة على 1000 قطعة. بالنسبة للكميات الأقل من بكرة كاملة، يتم تحديد حد أدنى لتعبئة 500 قطعة للباقي. تتوافق التعبئة مع مواصفات ANSI/EIA 481.

8. اقتراحات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

هذا المصباح LED مناسب جدًا لإضاءة مقصورة السيارات وملحقاتها، والإضاءة الخلفية للمؤشرات في الإلكترونيات الاستهلاكية (الهواتف، أجهزة الكمبيوتر المحمولة)، ومؤشرات الحالة في معدات الشبكات، والإضاءة العامة في الأجهزة المدمجة.

8.2 اعتبارات التصميم

الإدارة الحرارية:بسبب تبديد الطاقة (حتى 900 ملي واط) وأرقام المقاومة الحرارية، فإن تصميم مسار حراري كافٍ من وسادة المهبط إلى صب النحاس على اللوحة المطبوعة أو مشتت حراري خارجي هو أمر بالغ الأهمية للحفاظ على درجة حرارة الوصلة أقل من 150 درجة مئوية وضمان موثوقية طويلة الأمد وإخراج ضوئي مستقر.
قيادة التيار:يُوصى باستخدام سائق تيار ثابت بدلاً من مصدر جهد ثابت لضمان شدة إضاءة ونقطة لونية متسقة. يجب تصميم السائق للعمل ضمن نطاق التيار الأمامي المستمر المحدد (5-250 مللي أمبير).
التصميم البصري:زاوية الرؤية الواسعة البالغة 120 درجة تجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب إضاءة واسعة دون بصريات ثانوية. للحزم المركزة، ستكون هناك حاجة إلى عدسات أو عواكس خارجية.

9. المقارنة التقنية والتمييز

تشمل عوامل التمييز الرئيسية لهذا المصباح LED تأهيله لمعيار AEC-Q101، مما يجعله مناسبًا لبيئات السيارات المتطلبة التي تتجاوز الإلكترونيات الاستهلاكية الأساسية. يجمع المكون بين تصنيف قدرة عالي (900 ملي واط)، مقاومة حرارية منخفضة نسبيًا من الوصلة إلى نقطة اللحام (25 درجة مئوية/واط)، وتصنيف ثلاثي الأبعاد مفصل (Vf, Iv, CIE)، مما يمنح المصممين مكونًا بأداء يمكن التنبؤ به للتطبيقات الحساسة للألون والمقيدة حرارياً. التحديد الصريح للمهبط كمشتت حراري يبسط تصميم الإدارة الحرارية.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

س: هل يمكنني تشغيل هذا المصباح LED بمصدر طاقة 5 فولت؟
ج: ليس مباشرة. جهد التشغيل الأمامي يتراوح نموذجيًا بين 2.8 فولت و 3.6 فولت. توصيله مباشرة بمصدر 5 فولت سيسبب تيارًا مفرطًا وفشلاً فوريًا. يجب استخدام مقاومة محددة للتيار أو، يُفضل، دائرة سائق تيار ثابت.

س: ما الفرق بين شدة الإضاءة (شمعة) والتدفق الضوئي (لومن)؟
ج: شدة الإضاءة تقيس سطوع المصباح LED في اتجاه محدد (شمعة). التدفق الضوئي يقيس إجمالي ناتج الضوء المرئي في جميع الاتجاهات (لومن). توفر ورقة البيانات معادلات لومن نموذجية لمجموعات الشدة، ولكن المواصفة الأساسية هي الشدة بسبب الطبيعة الاتجاهية للقياس.

س: لماذا تكون المقاومة الحرارية إلى نقطة اللحام (RθJS) أقل من تلك إلى المحيط (RθJA)؟
ج: تقيس RθJS المسار الحراري من الوصلة السليكونية مباشرة إلى مسارات اللحام على لوحتك المطبوعة (PCB). تشمل RθJA المقاومة الإضافية من اللوحة المطبوعة إلى الهواء المحيط. RθJS أكثر فائدة لتصميم الإدارة الحرارية للوحة المطبوعة، حيث تُظهر مدى فعالية تخطيط لوحتك في سحب الحرارة من المصباح LED نفسه.

س: ماذا يعني "غير مصمم للتشغيل العكسي"؟
ج: يعني أنه لا ينبغي أبدًا تعريض المصباح LED لجهد عكسي في تشغيل الدائرة العادي. بينما يتم تحديد تيار عكسي صغير (2 ميكرو أمبير عند 5 فولت) لأغراض الاختبار، فإن تطبيق جهد عكسي في دائرة حية يمكن أن يتلف الجهاز.

11. حالة تطبيق عملية

السيناريو: مؤشر لوحة القيادة لملحق سيارة.
يحتاج مصمم إلى مؤشر حالة ساطع وموثوق لملحق سيارة جديد في السوق الثانوي. يختار هذا المصباح LED من المجموعة 64/FA/IM. يصمم لوحة مطبوعة (PCB) بمساحة نحاسية كبيرة متصلة بوسادة المهبط للتشتيت الحراري. يتم تنفيذ دائرة تيار ثابت بسيطة مضبوطة على 140 مللي أمبير باستخدام دائرة متكاملة سائقة (IC). تضمن زاوية الرؤية الواسعة البالغة 120 درجة رؤية المؤشر من أوضاع جلوس مختلفة. يوفر تأهيل AEC-Q101 ثقة في قدرة المكون على تحمل نطاق درجة حرارة السيارة والاهتزاز. يضمن التصنيف المحدد اتساق اللون والسطوع عبر جميع وحدات الإنتاج.

12. مقدمة عن مبدأ التشغيل

هذا مصدر ضوء صلب يعتمد على وصلة أشباه الموصلات من النوع p-n. عند تطبيق جهد أمامي يتجاوز عتبة الثنائي، تتحد الإلكترونات والثقوب داخل المنطقة النشطة (المصنوعة من مواد InGaN)، مُطلقة الطاقة في شكل فوتونات. الانبعاث الأساسي من شريحة InGaN يكون في الطيف الأزرق أو فوق البنفسجي. لإنتاج ضوء أبيض، يتم تحويل هذا الانبعاث الأساسي باستخدام طبقة فوسفورية داخل العلبة. تثير الفوتونات الزرقاء/فوق البنفسجية المواد الفوسفورية، والتي تعيد بعد ذلك إصدار الضوء عبر طيف أوسع (أصفر، أحمر)، ممتزجة مع الضوء الأزرق المتبقي لخلق إدراك اللون الأبيض. تعمل العدسة الخارجية الصفراء كمرشح/مشتت نهائي، مما قد يؤدي إلى تدفئة درجة حرارة اللون قليلاً ونشر الضوء.

13. اتجاهات التكنولوجيا

الاتجاه العام في مصابيح LED من نوع SMD مثل هذا هو نحو كفاءة أعلى (المزيد من اللومن لكل واط)، وتحسين مؤشر تجسيد اللون (CRI) لدقة لونية أفضل، وتسامحات تصنيف (binning) أضيق لتطبيقات مثل الإضاءة الخلفية للشاشات. هناك أيضًا دفع مستمر لزيادة كثافة الطاقة وخفض المقاومة الحرارية للتغليف لتمكين إخراج أكثر سطوعًا من بصمات أصغر. يهدف اعتماد تقنيات فوسفورية جديدة وتصاميم شرائح إلى توفير أداء لوني أكثر استقرارًا عبر درجة الحرارة والعمر الافتراضي. يستمر السعي نحو التصغير مع الحفاظ على الأداء البصري والحراري أو تحسينه.