ورقة بيانات LED أصفر SMD 595 نانومتر - عبوة EIA - 30 مللي أمبير - 75 مللي واط - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

توضح هذه الوثيقة مواصفات LED أصفر عالي الأداء للتركيب السطحي. يستخدم الجهاز تقنية شريط AlInGaP فائق السطوع، مما يوفر شدة إضاءة عالية في عبوة مدمجة قياسية في الصناعة. تم تصميمه لتكون متوافقًا مع عمليات التجميع الآلي، بما في ذلك اللحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء، مما يجعله مناسبًا لبيئات التصنيع ذات الأحجام الكبيرة. المنتج متوافق مع توجيهات RoHS ويصنف كمنتج صديق للبيئة.

2. الغوص العميق في المعلمات التقنية

2.1 الحدود القصوى المطلقة

يتم تعريف الحدود التشغيلية للجهاز عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية. قد يؤدي تجاوز هذه التقييمات إلى تلف دائم.

• تبديد الطاقة (Pd):75 مللي واط. هذه هي أقصى طاقة يمكن لـ LED تبديدها كحرارة.
• تيار الأمام الذروي (I_F(PEAK)):80 مللي أمبير. هذا مسموح به فقط في ظروف النبض (دورة عمل 1/10، عرض نبضة 0.1 مللي ثانية) لمنع ارتفاع درجة الحرارة.
• تيار الأمام المستمر (I_F):30 مللي أمبير تيار مستمر. هذا هو الحد الأقصى الموصى به للتيار للتشغيل المستمر.
• التخفيض (Derating):يجب تقليل الحد الأقصى لتيار الأمام خطيًا بمقدار 0.4 مللي أمبير لكل درجة مئوية فوق درجة حرارة محيطة تبلغ 50 درجة مئوية للحفاظ على الموثوقية.
• الجهد العكسي (V_R):5 فولت. تطبيق جهد عكسي أعلى يمكن أن يتلف وصلة أشباه الموصلات في LED.
• نطاق درجة حرارة التشغيل والتخزين:من -55 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية.
• حالة اللحام بالأشعة تحت الحمراء:يتحمل درجة حرارة ذروية تبلغ 260 درجة مئوية لمدة 5 ثوانٍ، متوافق مع عمليات اللحام الخالية من الرصاص.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

يتم قياس معلمات الأداء الرئيسية عند Ta=25 درجة مئوية وتيار أمامي (I_F) قدره 20 مللي أمبير، ما لم يُذكر خلاف ذلك.

• شدة الإضاءة (I_V):تتراوح من حد أدنى 18.0 مللي كانديلا إلى قيمة نموذجية 50.0 مللي كانديلا. هذه هي السطوع المُدرك كما يقيسه مستشعر مُرشح لمطابقة استجابة العين البشرية الضوئية (منحنى CIE).
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):130 درجة. تشير زاوية الرؤية الواسعة هذه إلى أن LED يشع الضوء على مساحة واسعة، حيث تقع نقاط نصف الشدة عند 65 درجة بعيدًا عن المحور المركزي.
• طول موجة الانبعاث الذروي (λ_P):595 نانومتر. هذا هو الطول الموجي الذي يكون عنده ناتج القدرة الطيفية في أعلى مستوياته.
• الطول الموجي السائد (λ_d):592 نانومتر. هذا هو الطول الموجي الفردي الذي يمثل بشكل أفضل اللون المُدرك لـ LED، والمشتق من حسابات إحداثيات اللون CIE.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):16 نانومتر. تشير هذه المعلمة إلى نقاء الطيف؛ القيمة الأصغر تعني مصدر ضوء أكثر أحادية اللون.
• جهد الأمام (V_F):نموذجيًا 2.4 فولت، بحد أقصى 2.4 فولت عند 20 مللي أمبير. هذا هو انخفاض الجهد عبر LED عند مرور التيار.
• التيار العكسي (I_R):حد أقصى 10 ميكرو أمبير عند تطبيق انحياز عكسي 5 فولت.
• السعة (C):نموذجيًا 40 بيكو فاراد مقاسة عند انحياز 0 فولت وتردد 1 ميجا هرتز.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

يتم فرز شدة إضاءة LEDs في مجموعات (Bins) لضمان الاتساق داخل دفعة الإنتاج. يحدد رمز المجموعة (Bin Code) نطاق الشدة الأدنى والأقصى.

• رمز المجموعة M:18.0 - 28.0 مللي كانديلا
• رمز المجموعة N:28.0 - 45.0 مللي كانديلا
• رمز المجموعة P:45.0 - 71.0 مللي كانديلا
• رمز المجموعة Q:71.0 - 112.0 مللي كانديلا
• رمز المجموعة R:112.0 - 180.0 مللي كانديلا

يتم تطبيق تسامح +/-15% على كل مجموعة شدة. يسمح هذا النظام للمصممين باختيار LEDs بمستويات سطوع يمكن التنبؤ بها لتطبيقهم.

4. تحليل منحنيات الأداء

بينما يتم الإشارة إلى رسوم بيانية محددة في ورقة البيانات (مثل الشكل 1، الشكل 6)، تشمل المنحنيات النموذجية لمثل هذه الأجهزة:

• منحنى I-V (التيار-الجهد):يوضح العلاقة الأسية بين جهد الأمام والتيار. سيكون للمنحنى جهد "ركبة" مميز حول 2.0-2.4 فولت.
• شدة الإضاءة مقابل تيار الأمام:تزداد الشدة عمومًا خطيًا مع التيار حتى نقطة معينة، وبعدها قد تنخفض الكفاءة بسبب التسخين.
• شدة الإضاءة مقابل درجة الحرارة المحيطة:تنخفض الشدة عادةً مع ارتفاع درجة الحرارة المحيطة بسبب انخفاض الكفاءة الكمية الداخلية وزيادة إعادة التركيب غير المشع.
• التوزيع الطيفي:رسم بياني للقدرة الإشعاعية النسبية مقابل الطول الموجي، يبلغ ذروته عند 595 نانومتر بعرض نصف 16 نانومتر، مما يؤكد انبعاث اللون الأصفر.
• نمط زاوية الرؤية:رسم قطبي يوضح التوزيع الزاوي لشدة الضوء، مؤكدًا زاوية الرؤية الكاملة البالغة 130 درجة.

5. معلومات الميكانيكا والتعبئة

5.1 أبعاد العبوة

يتم وضع LED في عبوة قياسية في الصناعة من نوع EIA. جميع الأبعاد بالمليمترات مع تسامح عام ±0.10 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. تتميز العبوة بعدسة شفافة تمامًا (Water-Clear).

5.2 تحديد القطبية وتصميم الوسادة (Pad)

تتضمن ورقة البيانات تخطيطًا مقترحًا لوسادة اللحام لضمان تكوين وصلة لحام مناسبة واستقرار ميكانيكي أثناء إعادة التدفق. يتم تحديد الكاثود عادةً بواسطة علامة مرئية على العبوة، مثل شق، علامة خضراء، أو رصاصة (Lead) أقصر. يساعد تصميم الوسادة الموصى به في منع ظاهرة "اللوحة القبرية" (Tombstoning) ويضمن المحاذاة الصحيحة.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 ملف تعريف اللحام بإعادة التدفق (Reflow)

يتم توفير ملف تعريف مقترح لإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR) لعمليات معجون اللحام الخالي من الرصاص (SnAgCu). تشمل المعلمات الرئيسية:

• التسخين المسبق (Preheat):الارتفاع التدريجي إلى 120-150 درجة مئوية.
• زمن النقع/التسخين المسبق:حد أقصى 120 ثانية لتفعيل المادة المساعدة (Flux) ومعادلة درجة حرارة اللوحة.
• درجة الحرارة الذروية:حد أقصى 240 درجة مئوية.
• الوقت فوق نقطة السيولة (Time Above Liquidus):مدة محددة (يُفهم من الملف الشخصي) لضمان تكوين وصلة لحام مناسبة دون ارتفاع درجة حرارة المكون.
• الحد الحرج:يجب ألا تتجاوز درجة حرارة جسم المكون 260 درجة مئوية لأكثر من 5 ثوانٍ.

6.2 اللحام اليدوي

إذا كان اللحام اليدوي ضروريًا:

• يجب ألا تتجاوز درجة حرارة طرف المكواة 300 درجة مئوية.
• يجب أن يقتصر وقت اللحام لكل رصاصة (Lead) على حد أقصى 3 ثوانٍ.
• يجب تنفيذ هذا مرة واحدة فقط لتجنب الإجهاد الحراري على العبوة.

6.3 التنظيف

يجب استخدام مواد التنظيف المحددة فقط. المذيبات الموصى بها هي الإيثانول أو الأيزوبروبانول في درجة حرارة الغرفة العادية. يجب غمر LED لأقل من دقيقة واحدة. قد تتلف المواد الكيميائية غير المحددة العدسة البلاستيكية أو مادة العبوة.

6.4 ظروف التخزين

• البيئة الموصى بها للتخزين: ≤30 درجة مئوية و ≤70% رطوبة نسبية.
• يجب لحام LEDs التي تمت إزالتها من عبوة الحاجز الرطوبة الأصلية بإعادة التدفق خلال 672 ساعة (28 يومًا) لمنع امتصاص الرطوبة.
• للتخزين الممتد خارج الكيس الأصلي، استخدم حاوية محكمة الإغلاق مع مجفف أو مجفف نيتروجين.
• تتطلب المكونات المخزنة خارج الكيس لأكثر من 672 ساعة معالجة مسبقة بالخبز (حوالي 60 درجة مئوية لمدة 24 ساعة على الأقل) قبل اللحام لطرد الرطوبة الممتصة ومنع ظاهرة "الانتفاش" (Popcorning) أثناء إعادة التدفق.

7. معلومات التعبئة والطلب

7.1 مواصفات الشريط والبكرة (Tape and Reel)

يتم توريد LEDs في شريط حامل بعرض 8 مم على بكرات قطرها 7 بوصات (178 مم)، متوافق مع معدات الاختيار والوضع الآلية القياسية.

• القطع لكل بكرة: 3000.
• الحد الأدنى لكمية الطلب (MOQ) للباقي:500 قطعة.
• شريط الغطاء (Cover Tape):يتم إغلاق الجيوب الفارغة للمكونات في الشريط الحامل بشريط غطاء علوي.
• المكونات المفقودة:يُسمح بحد أقصى اثنين من LEDs مفقودين متتاليين ("تخطيات") لكل مواصفات بكرة.
• تتوافق التعبئة مع المعيار ANSI/EIA 481-1-A-1994.

8. توصيات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

هذا LED مناسب للإضاءة العامة وأغراض المؤشر في المعدات الإلكترونية العادية، بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر:

• مؤشرات الحالة على الإلكترونيات الاستهلاكية (التلفزيونات، الموجهات، الشواحن).
• الإضاءة الخلفية للأزرار، المفاتيح، أو اللوحات الصغيرة.
• الإضاءة الزخرفية في الأجهزة.
• لافتات وعناصر العرض.

ملاحظة مهمة:لا يوصى به للتطبيقات الحرجة للسلامة (مثل الطيران، دعم الحياة الطبي، التحكم في النقل) دون استشارة وتأهيل مسبقين، حيث أن الفشل قد يعرض الحياة أو الصحة للخطر.

8.2 اعتبارات تصميم الدائرة

طريقة القيادة:LEDs هي أجهزة تعمل بالتيار. لضمان سطوع موحد عند تشغيل عدة LEDs على التوازي، يُوصى بشدةيوصى بشدةباستخدام مقاوم محدد للتيار على حدة في سلسلة مع كل LED (نموذج الدائرة أ).

• نموذج الدائرة أ (موصى به):Vcc → المقاوم → LED → GND. هذا يعوض عن الاختلافات الطفيفة في جهد الأمام (V_F) لكل LED على حدة، مما يضمن حصول كل منها على نفس التيار تقريبًا وبالتالي يشع سطوعًا متشابهًا.
• نموذج الدائرة ب (غير موصى به على التوازي):يتم تثبيط توصيل عدة LEDs مباشرة على التوازي بمقاوم محدد للتيار واحد (Vcc → المقاوم → [LED1 // LED2 // ...] → GND). يمكن أن تسبب الاختلافات الصغيرة في V_Fاختلالًا كبيرًا في التيار، حيث يأخذ LED ذو أقل V_Fمعظم التيار، ويظهر أكثر سطوعًا وقد يتعرض لإجهاد زائد، بينما يظهر الآخرون باهتًا.

يمكن حساب قيمة المقاوم (R) باستخدام قانون أوم: R = (V_supply- V_F) / I_F, حيث V_Fهو جهد الأمام النموذجي (مثل 2.4 فولت) و I_Fهو تيار التشغيل المطلوب (مثل 20 مللي أمبير).

9. الحماية من التفريغ الكهروستاتيكي (ESD)

LED حساس للتفريغ الكهروستاتيكي. يمكن أن يسبب ESD تلفًا كامنًا أو كارثيًا، مما يؤدي إلى تدهور الأداء أو فشل فوري.

أعراض تلف ESD:تيار تسرب عكسي مرتفع، جهد أمامي منخفض بشكل غير طبيعي (V_F)، أو فشل في الإضاءة عند تيارات تشغيل منخفضة.

إجراءات الوقاية من ESD:

• يجب على المشغلين ارتداء سوار معصم مؤرض أو قفازات مضادة للكهرباء الساكنة.
• يجب تأريض جميع المعدات، طاولات العمل، وأرفف التخزين بشكل صحيح.
• استخدم مؤينًا لتحييد الشحنات الساكنة التي قد تتراكم على عدسة LED بسبب الاحتكاك أثناء التعامل.
• تعامل مع المكونات في منطقة محمية من ESD (EPA).

اختبار تلف ESD:تحقق من الإضاءة وقم بقياس V_Fعند تيار منخفض جدًا (مثل 0.1 مللي أمبير). بالنسبة لمنتج AlInGaP هذا، يجب أن يكون لـ LED "الجيد" V_F> 1.4 فولت عند 0.1 مللي أمبير.

10. المقارنة والتمييز التقني

يتميز هذا LED بعدة ميزات رئيسية:

• تقنية الشريط:يستخدم AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم جاليوم)، المعروف بكفاءته العالية واستقراره في طيف الألوان الأحمر، البرتقالي، الكهرماني، والأصفر، مقارنة بالتقنيات الأقدم مثل GaAsP.
• السطوع:يوفر شدة إضاءة عالية (تصل إلى 180 مللي كانديلا في أعلى مجموعة) من عبوة صغيرة.
• زاوية رؤية واسعة:توفر زاوية الرؤية البالغة 130 درجة إضاءة واسعة ومتساوية مثالية لمؤشرات اللوحات.
• توافق العملية:متوافق بالكامل مع تجميع SMT الآلي واللحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء الخالي من الرصاص، مما يقلل من تعقيد التصنيع والتكلفة.
• التوحيد القياسي:يضمن بصمة العبوة القياسية EIA سهولة المصدر الثاني وقابلية نقل التصميم.

11. الأسئلة الشائعة (FAQs)

س1: ما الفرق بين الطول الموجي الذروي (λ_P) والطول الموجي السائد (λ_d)?

ج1: الطول الموجي الذروي هو النقطة الفعلية لأعلى ناتج طيفي. الطول الموجي السائد هو قيمة محسوبة تمثل اللون المُدرك كما هو محدد في مخطط إحداثيات اللون CIE. غالبًا ما يكونان متقاربين ولكن ليسا متطابقين.

س2: هل يمكنني تشغيل هذا LED عند أقصى تيار ذروي له (80 مللي أمبير) بشكل مستمر؟

ج2: لا. تقييم 80 مللي أمبير مخصص لنبضات قصيرة جدًا (عرض 0.1 مللي ثانية) بدورة عمل منخفضة (10%). يجب ألا يتجاوز التشغيل المستمر تقييم تيار الأمام المستمر البالغ 30 مللي أمبير، ويجب تخفيض هذا التقييم فوق درجة حرارة محيطة تبلغ 50 درجة مئوية.

س3: لماذا نحتاج إلى مقاوم سلسلة فردي لكل LED على التوازي؟

ج3: يوفر رد فعل سلبي، مما يثبت التيار. إذا كان لـ LED واحد V_Fأقل قليلاً، يزداد انخفاض الجهد عبر مقاومته قليلاً، مما يحد من ارتفاع التيار ويوازن السطوع عبر جميع LEDs.

س4: ما مدى أهمية عمر الأرضية البالغ 672 ساعة بعد فتح كيس حاجز الرطوبة؟

ج4: إنه مهم جدًا لموثوقية العملية. يمكن أن تتبخر الرطوبة الممتصة بسرعة أثناء إعادة التدفق، مما يسبب انفصالًا داخليًا أو تشققًا ("انتفاش"). الالتزام بهذا الإرشاد أو تنفيذ دورة خبز أمر ضروري للحصول على عائد مرتفع.

12. دراسة حالة التصميم (Design-in)

السيناريو:تصميم لوحة تحكم بها 10 مؤشرات حالة صفراء. مصدر طاقة النظام هو 5 فولت.

خطوات التصميم:

1. اختيار التيار:اختر تيار تشغيل. لتحقيق توازن بين السطوع والعمر الطويل، تم اختيار 20 مللي أمبير من حالة الاختبار في ورقة البيانات.
2. طوبولوجيا الدائرة:لضمان سطوع موحد، استخدم نموذج الدائرة أ: مقاوم واحد لكل LED.
3. حساب المقاوم:باستخدام V_Fالنموذجي = 2.4 فولت، V_supply= 5 فولت، I_F= 0.020 أمبير.
   
   R = (5V - 2.4V) / 0.020A = 2.6V / 0.02A = 130 أوم.
   
   أقرب قيمة مقاوم قياسية 5% هي 130 أوم أو 120 أوم. استخدام 120 أوم سيعطي I_F≈ (5-2.4)/120 = 21.7 مللي أمبير، وهو مقبول.
4. تصنيف القدرة للمقاوم:P = I²* R = (0.020)²* 120 = 0.048 واط. مقاوم قياسي 1/8 واط (0.125 واط) أو 1/10 واط أكثر من كافٍ.
5. التخطيط (Layout):اتبع أبعاد وسادة اللحام المقترحة من ورقة البيانات للحصول على حشوات لحام مثالية وقوة ميكانيكية.
6. التجميع:اتبع ملف تعريف إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء الموصى به. تأكد من استخدام المكونات خلال عمر الأرضية البالغ 672 ساعة أو يتم خبزها وفقًا لذلك.

13. مقدمة عن المبدأ التقني

يعتمد هذا LED على مادة أشباه الموصلات AlInGaP المزروعة على ركيزة. عند تطبيق جهد أمامي، يتم حقن الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة حيث تتحد. في أشباه الموصلات ذات الفجوة المباشرة مثل AlInGaP، غالبًا ما يطلق هذا الاتحاد الطاقة في شكل فوتونات (ضوء) – وهي عملية تسمى الإضاءة الكهربائية (Electroluminescence). يتم تحديد الطول الموجي المحدد للضوء المنبعث (أصفر، ~592-595 نانومتر) بواسطة طاقة فجوة النطاق لتركيب سبيكة AlInGaP. تقوم عدسة الإيبوكسي الشفافة تمامًا بتغليف الشريط، وتوفر الحماية الميكانيكية، وتشكل حزمة إخراج الضوء (في هذه الحالة، لزاوية رؤية واسعة).

14. اتجاهات الصناعة

يستمر سوق LEDs SMD في التطور. تشمل الاتجاهات العامة الملاحظة في مكونات مثل هذا:

• زيادة الكفاءة:تؤدي التحسينات المستمرة في النمو الطبقي (Epi) وتصميم الشريط إلى كفاءة إضاءة أعلى (مزيد من إخراج الضوء لكل واط كهربائي).
• التصغير:بينما هذه عبوة قياسية، تدفع الصناعة نحو بصمات أصغر (مثل 0402، 0201) للتطبيقات المقيدة بالمساحة.
• تعزيز الموثوقية:تؤدي مواد وعمليات التعبئة المحسنة إلى فترات تشغيل أطول وأداء أفضل تحت الإجهاد الحراري والبيئي.
• التوحيد القياسي والتوافق:يبقى الالتزام بالمعايير العالمية (EIA، JEDEC) والتوافق مع العمليات (خالي من الرصاص، إعادة التدفق) أمرًا بالغ الأهمية للاندماج السلس في تصنيع الإلكترونيات الحديث.
• اتساق اللون:يتم طلب مواصفات تصنيف (Binning) أكثر تشددًا وتقنيات فوسفور متقدمة (لـ LEDs البيضاء) للتطبيقات التي تتطلب مطابقة ألوان دقيقة.