ورقة بيانات LED SMD 0603 أصفر AlInGaP - الأبعاد 1.6x0.8x0.6 مم - الجهد 1.8-2.4 فولت - الطاقة 72 ميغاواط - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

تحدد هذه الوثيقة مواصفات ثنائي باعث للضوء (LED) ذو تركيب سطحي (SMD) بتنسيق غلاف مصغر 0603. تم تصميم الجهاز لعمليات التجميع الآلي للوحات الدوائر المطبوعة (PCB)، مما يجعله مناسبًا للتصنيع بكميات كبيرة. حجمه المضغوط مثالي للتطبيقات ذات المساحة المحدودة حيث تكون مساحة اللوحة ثمينة.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

تشمل المزايا الأساسية لهذا الـ LED توافقه مع معدات الاختيار والوضع الآلية وعمليات اللحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR)، وهي معايير في التصنيع الإلكتروني الحديث. وهو متوافق مع معايير الصناعة ذات الصلة، بما في ذلك RoHS (تقييد المواد الخطرة). يتم تعبئة الجهاز على شريط حامل ونقله على بكرات للتعامل الفعال في خطوط الإنتاج.

التطبيقات المستهدفة واسعة، وتغطي قطاعات مثل الاتصالات (مثل مؤشرات الحالة في الموجهات والهواتف)، وأتمتة المكاتب (مثل الإضاءة الخلفية للوحات المفاتيح، ومؤشرات اللوحات)، والأجهزة المنزلية، والمعدات الصناعية، وتطبيقات الإضاءة المختلفة للإشارات والرموز واللوحات الإعلانية الداخلية. وظيفته الأساسية هي كمؤشر حالة أو مصدر إضاءة منخفض المستوى.

2. المعايير التقنية: تفسير موضوعي متعمق

يقدم هذا القسم تحليلاً تفصيلياً وموضوعياً للمعايير الرئيسية لأداء الـ LED تحت ظروف الاختبار القياسية (درجة حرارة المحيط = 25 درجة مئوية).

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد هذه التقييمات الحدود التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يُقصد بها التشغيل المستمر.

• تبديد الطاقة (Pd):72 ميغاواط. هذه هي أقصى كمية من الطاقة يمكن للغلاف الـ LED تبديدها كحرارة دون تدهور الأداء أو الموثوقية.
• التيار الأمامي المستمر (IF):30 مللي أمبير تيار مستمر. أقصى تيار ثابت يمكن تطبيقه.
• تيار الذروة الأمامي:80 مللي أمبير، ولكن فقط تحت ظروف النبض (دورة عمل 1/10، عرض النبضة 0.1 مللي ثانية). هذا يسمح بومضات عالية الكثافة قصيرة المدى.
• الجهد العكسي (VR):5 فولت. تجاوز هذا الجهد في الانحياز العكسي يمكن أن يسبب فشلاً فورياً.
• نطاق درجة حرارة التشغيل:من -40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية. نطاق درجة حرارة المحيط الذي يُضمن فيه تشغيل الـ LED ضمن المواصفات.
• نطاق درجة حرارة التخزين:من -40 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية. نطاق درجة الحرارة للتخزين غير التشغيلي.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

هذه هي معايير الأداء النموذجية المقاسة عند تيار أمامي (IF) قدره 20 مللي أمبير.

• شدة الإضاءة (Iv):تتراوح من حد أدنى 140.0 مللي كانديلا إلى حد أقصى 450.0 مللي كانديلا. القيمة الفعلية تعتمد على التصنيف الإنتاجي (انظر القسم 3). هذا مقياس للسطوع المُدرك بالعين البشرية.
• زاوية المشاهدة (2θ1/2):حوالي 110 درجات. هذه هي الزاوية الكاملة التي تنخفض عندها شدة الإضاءة إلى نصف قيمتها القصوى (على المحور). تشير زاوية 110 درجة إلى نمط مشاهدة واسع نسبياً.
• الطول الموجي الذروي (λP):عادة 591 نانومتر، مما يضعه في المنطقة الصفراء من الطيف المرئي.
• الطول الموجي السائد (λd):محدد بين 584.5 نانومتر و 594.5 نانومتر. هذا هو الطول الموجي الفردي الذي تدركه العين البشرية ويتطابق بشكل أفضل مع لون الـ LED.
• عرض النطاق الطيفي (Δλ):حوالي 15 نانومتر. هذا يحدد انتشار الأطوال الموجية المنبعثة حول الذروة، مما يؤثر على نقاء اللون.
• الجهد الأمامي (VF):بين 1.8 فولت و 2.4 فولت عند 20 مللي أمبير. هذا هو انخفاض الجهد عبر الـ LED أثناء التشغيل. التسامح لأي وحدة هو +/-0.1 فولت من قيمة تصنيفها.
• التيار العكسي (IR):بحد أقصى 10 ميكرو أمبير عند VR=5V. هذا تيار تسرب تحت ظروف الانحياز العكسي.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

لضمان الاتساق في الإنتاج، يتم فرز مصابيح LED إلى فئات بناءً على معايير رئيسية. هذا يسمح للمصممين باختيار قطع تلبي متطلبات محددة لتوحيد اللون والسطوع في تطبيقهم.

3.1 تصنيف جهد التشغيل الأمامي (VF)

يتم تصنيف مصابيح LED إلى ثلاث فئات جهد (D2، D3، D4)، لكل منها نطاق 0.2 فولت. هذا أمر بالغ الأهمية لتصميم دوائر تحديد التيار، خاصة عند توصيل عدة مصابيح LED على التوالي، لضمان توزيع متساوٍ للتيار.

3.2 تصنيف شدة الإضاءة (Iv)

يتم فرز الشدة إلى خمس فئات (R2، S1، S2، T1، T2)، مع قيم دنيا تتراوح من 140.0 مللي كانديلا إلى 355.0 مللي كانديلا. هذا يسمح بالاختيار بناءً على مستويات السطوع المطلوبة. ينطبق تسامح +/-11% داخل كل فئة.

3.3 تصنيف الطول الموجي السائد (WD)

يتم إدارة اتساق اللون من خلال أربع فئات طول موجي (H، J، K، L)، تغطي النطاق من 584.5 نانومتر إلى 594.5 نانومتر. هذا يضمن لونًا أصفر موحدًا عبر جميع مصابيح LED المستخدمة في التجميع.

4. تحليل منحنيات الأداء

بينما يتم الإشارة إلى رسوم بيانية محددة في ورقة البيانات، فإن آثارها حاسمة للتصميم.

4.1 التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V)

خاصية I-V غير خطية. يمكن أن يؤدي زيادة صغيرة في الجهد تتجاوز VF النموذجي إلى زيادة كبيرة، وربما مدمرة، في التيار. لذلك، يجب تشغيل مصابيح LED بواسطة مصدر محدود التيار، وليس مصدر جهد ثابت.

4.2 شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي

ناتج الضوء يتناسب بشكل عام مع التيار الأمامي، ولكن هذه العلاقة قد تصبح غير خطية عند تيارات عالية جدًا. التشغيل عند أو أقل من 20 مللي أمبير الموصى بها يضمن أداءً مستقرًا وعمرًا أطول.

4.3 الاعتماد على درجة الحرارة

أداء الـ LED حساس لدرجة الحرارة. عادةً، ينخفض الجهد الأمامي مع زيادة درجة الحرارة، بينما تنخفض الكفاءة الضوئية (ناتج الضوء لكل وحدة طاقة كهربائية) أيضًا. يجب أخذ هذا في الاعتبار للتطبيقات التي تعمل على نطاق واسع من درجات حرارة المحيط.

5. المعلومات الميكانيكية والمتعلقة بالغلاف

5.1 أبعاد الغلاف

يتوافق الجهاز مع البصمة القياسية 0603 (1.6 مم × 0.8 مم). الارتفاع النموذجي حوالي 0.6 مم. يجب الرجوع إلى الرسومات الأبعاد التفصيلية لتصميم نمط اللحام الدقيق على الـ PCB.

5.2 تحديد القطبية

يتم عادةً تمييز الكاثود على الجهاز، غالبًا بلون أخضر على الجانب المقابل للعدسة أو بشق في الغلاف. يجب أن تتضمن بصمة الـ PCB مؤشر قطبية (مثل نقطة أو علامة "K") لمنع وضع غير صحيح.

6. إرشادات اللحام والتركيب

6.1 ملف إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء الموصى به

توصي ورقة البيانات بملف متوافق مع J-STD-020B للعمليات الخالية من الرصاص. تشمل المعايير الرئيسية:

• التسخين المسبق:150-200 درجة مئوية لمدة أقصاها 120 ثانية لتسخين اللوحة والمكونات تدريجيًا.
• درجة حرارة الذروة:بحد أقصى 260 درجة مئوية.
• الوقت فوق السائل (TAL):يوصى بأن يكون 10 ثوانٍ كحد أقصى، ولا ينبغي تنفيذ عملية إعادة التدفق أكثر من مرتين.

هذه المعايير حاسمة لمنع الصدمة الحرارية، أو عيوب وصلة اللحام، أو تلف الهيكل الداخلي للـ LED.

6.2 ظروف التخزين

مصابيح LED هي أجهزة حساسة للرطوبة (MSD).

• العبوة المغلقة:قم بالتخزين عند ≤30 درجة مئوية و ≤70% رطوبة نسبية. الاستخدام خلال سنة واحدة من تاريخ التعبئة.
• العبوة المفتوحة:قم بالتخزين عند ≤30 درجة مئوية و ≤60% رطوبة نسبية. إذا تعرضت للهواء المحيط لأكثر من 168 ساعة، يلزم تجفيفها عند 60 درجة مئوية لمدة 48 ساعة على الأقل قبل اللحام لمنع ظاهرة "الفشار" أثناء إعادة التدفق.

6.3 التنظيف

إذا كان التنظيف ضروريًا بعد اللحام، استخدم فقط المذيبات المحددة مثل الكحول الإيثيلي أو كحول الأيزوبروبيل في درجة حرارة الغرفة لأقل من دقيقة واحدة. قد تتسبب المواد الكيميائية غير المحددة في تلف عدسة الإيبوكسي أو الغلاف.

7. معلومات التعبئة والطلب

7.1 مواصفات التعبئة

يتم توريد مصابيح LED على شريط حامل بارز بعرض 12 مم ملفوف على بكرات قطر 7 بوصات (178 مم). تحتوي كل بكرة على 4000 قطعة. يتم إغلاق جيوب الشريط بشريط غطاء لحماية المكونات أثناء الشحن والتعامل.

7.2 تفسير رقم القطعة

رقم القطعة (مثل LTST-010KSKT) يشفر عادةً معلومات حول حجم الغلاف (010 لـ 0603)، ولون العدسة (K للعدسة الشفافة)، ومادة/لون الشريحة (SKT تشير على الأرجح إلى التركيبة الصفراء المحددة من AlInGaP). يجب التحقق من التفسير الدقيق مع دليل تسمية الشركة المصنعة.

8. اقتراحات التطبيق

8.1 دوائر التطبيق النموذجية

الـ LED هو جهاز يعمل بالتيار. طريقة التشغيل الأكثر شيوعًا هي استخدام مقاومة محددة للتيار على التوالي. يتم حساب قيمة المقاومة (R) باستخدام قانون أوم: R = (Vcc - VF) / IF، حيث Vcc هو جهد الإمداد، VF هو جهد التشغيل الأمامي للـ LED (استخدم القيمة القصوى من الفئة للموثوقية)، و IF هو التيار الأمامي المطلوب (مثل 20 مللي أمبير). للحصول على سطوع ثابت عبر نطاق من Vcc أو درجة الحرارة، يوصى بدائرة محرك تيار ثابت.

8.2 اعتبارات التصميم

• إدارة الحرارة:على الرغم من أن تبديد الطاقة منخفض، فإن ضمان مساحة كافية من النحاس على الـ PCB حول الوسادات يمكن أن يساعد في تبديد الحرارة، خاصة في درجات حرارة المحيط العالية أو عند التشغيل بتيارات أعلى.
• حماية من التفريغ الكهروستاتيكي (ESD):يمكن أن تكون مصابيح LED حساسة للتفريغ الكهروستاتيكي. يجب مراعاة احتياطات التعامل القياسية مع ESD أثناء التجميع.
• التصميم البصري:زاوية المشاهدة الواسعة البالغة 110 درجة تجعلها مناسبة للتطبيقات التي تحتاج فيها المؤشر إلى أن يُرى من زوايا مختلفة. للحصول على ضوء أكثر توجيهًا، قد تكون البصريات الثانوية (العدسات) مطلوبة.

9. المقارنة والتمييز التقني

مقارنة بمصابيح LED القديمة ذات الثقب المار (Through-Hole)، يقدم هذا النوع SMD مزايا كبيرة: حجم أصغر بكثير، وملاءمة للتجميع الآلي (تكلفة أقل)، وموثوقية أفضل بسبب عدم وجود أطراف، وتوافق مع تجميع الـ PCB ذو الوجهين. داخل عائلة LED SMD، يوفر غلاف 0603 توازنًا بين التصغير وسهولة التعامل/التصنيع، حيث يكون أكبر من 0402 ولكنه أصغر من 0805. يوفر استخدام تقنية AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم جاليوم) للضوء الأصفر عادةً كفاءة أعلى واستقرارًا أفضل لدرجة الحرارة مقارنة بالتكنولوجيات القديمة مثل GaAsP على GaP.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

10.1 هل يمكنني تشغيل هذا الـ LED مباشرة من دبوس متحكم دقيق بجهد 3.3 فولت أو 5 فولت؟

لا، ليس مباشرة.دبوس GPIO للمتحكم الدقيق هو مصدر جهد، وليس مصدر تيار. سيؤدي توصيل الـ LED مباشرةً إلى محاولة سحب تيار محدود فقط بمقاومة الدبوس الداخلية والمقاومة الديناميكية للـ LED، مما قد يتجاوز الحد الأقصى المطلق للتيار ويدمر الـ LED. استخدم دائمًا مقاومة محددة للتيار على التوالي أو محرك LED مخصص.

10.2 لماذا يوجد نطاق واسع في شدة الإضاءة (450-140 مللي كانديلا)؟

يمثل هذا النطاق الانتشار الكلي عبر جميع الفئات الإنتاجية. من خلال تحديد رمز فئة معين (مثل T2)، يمكنك تأمين مصابيح LED بنطاق شدة أضيق بكثير (450-355 مللي كانديلا)، مما يضمن سطوعًا متسقًا في منتجك. يسمح نظام التصنيف بتحسين التكلفة باستخدام فئات مختلفة لمتطلبات السطوع المختلفة.

10.3 ماذا يحدث إذا قمت بلحام هذا الـ LED باستخدام ملف لحام قياسي للمكونات ذات الأطراف (Leaded)؟

ملفات اللحام للمكونات ذات الأطراف لها درجات حرارة ذروة أعلى (غالبًا > 260 درجة مئوية). يمكن أن يتسبب تجاوز الذروة الموصى بها البالغة 260 درجة مئوية في عدة مشكلات: تدهور عدسة الإيبوكسي (اصفرار)، تلف وصلات الأسلاك داخل الغلاف، أو إجهاد حراري يؤدي إلى فشل مبكر. استخدم دائمًا الملف الخالي من الرصاص الموصى به أو ملف درجة حرارة منخفضة يتم التحكم فيه بعناية.

11. حالة عملية للتصميم والاستخدام

الحالة: تصميم لوحة مؤشرات حالة لمحول شبكة (Switch)

يحتاج مصمم إلى عدة مصابيح LED صفراء كمؤشرات نشاط المنافذ على اللوحة الأمامية لمحول شبكة. اللوحة محدودة المساحة، مما يتطلب مكونًا صغيرًا. تم اختيار غلاف 0603. لضمان مظهر موحد، يحدد المصمم فئة طول موجي واحدة (مثل K: 589.5-592.0 نانومتر) وفئة شدة واحدة (مثل S2: 280-224 مللي كانديلا) لجميع مصابيح LED في قائمة المواد (BOM). تستخدم دائرة التشغيل خط جهد 3.3 فولت. بافتراض VF بقيمة 2.2 فولت (منتصف فئة D3) وهدف IF بقيمة 20 مللي أمبير، يتم حساب المقاومة المحددة للتيار كالتالي: R = (3.3V - 2.2V) / 0.020A = 55 أوم. يتم اختيار مقاومة قياسية 56 أوم. تم تصميم نمط اللحام على الـ PCB وفقًا لتخطيط الوسادة الموصى به في ورقة البيانات لضمان لحام موثوق ومحاذاة ذاتية صحيحة أثناء إعادة التدفق.

12. مقدمة عن مبدأ التشغيل

الـ LED هو ثنائي شبه موصل. عند تطبيق جهد أمامي، يتم حقق الإلكترونات من أشباه الموصلات من النوع n والثقوب من أشباه الموصلات من النوع p في المنطقة النشطة (الوصلة). عندما يعيد الإلكترون الاتحاد مع ثقب، يتم إطلاق الطاقة. في الـ LED، يتم إطلاق هذه الطاقة في شكل فوتون (ضوء). يتم تحديد الطول الموجي (اللون) المحدد للضوء بواسطة طاقة فجوة النطاق لمواد أشباه الموصلات المستخدمة في المنطقة النشطة. بالنسبة لهذا الـ LED الأصفر، نظام المادة هو AlInGaP، الذي له فجوة نطاق تتوافق مع الضوء الأصفر (~590 نانومتر). تقوم عدسة الإيبوكسي الشفافة بتغليف الشريحة، وتوفر الحماية الميكانيكية، وتساعد في تشكيل حزمة إخراج الضوء.

13. الاتجاهات التكنولوجية

الاتجاه العام في مصابيح LED SMD يتجه نحو عدة مجالات رئيسية:

1. زيادة الكفاءة:تؤدي التحسينات المستمرة في علم المواد (مثل تحسين AlInGaP و InGaN) إلى إنتاج المزيد من اللومن لكل واط (lm/W)، مما يقلل من استهلاك الطاقة لنفس ناتج الضوء.
2. التصغير:تستمر الأغلفة في الانكماش (مثل 0402، 0201) لتمكين منتجات نهائية أصغر حجمًا، على الرغم من أن هذا يمثل تحديات لإدارة الحرارة والتعامل.
3. موثوقية واستقرار أعلى:تؤدي التحسينات في مواد وعمليات التغليف إلى عمر أطول واتساق أفضل في الأداء عبر درجة الحرارة والزمن.
4. حلول متكاملة:هناك اتجاه نحو مصابيح LED ذات مقاومات محددة للتيار مدمجة أو حتى دوائر IC بسيطة للمحرك في نفس الغلاف، مما يبسط تصميم الدائرة للمستخدم النهائي.
5. اتساق اللون:تسامحات تصنيف أضيق وعمليات تصنيع محسنة تعمل باستمرار على تحسين توحيد اللون عبر دفعات الإنتاج.

يمثل هذا الـ LED الأصفر AlInGaP 0603 المحدد حلاً ناضجًا وموثوقًا وفعالاً من حيث التكلفة ضمن هذا المشهد التكنولوجي المتطور.