ورقة بيانات LED SMD أصفر AlInGaP - حزمة SMD - جهد أمامي 1.8-2.4 فولت - تدفق ضوئي يصل إلى 2.13 لومن - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

تشرح هذه الوثيقة مواصفات LED من نوع جهاز التثبيت السطحي (SMD) الذي يستخدم مادة أشباه الموصلات من فوسفيد الألومنيوم إنديوم غاليوم (AlInGaP) لإنتاج الضوء الأصفر. الجهاز مُحاط بحزمة عدسة شفافة، مصممة لعمليات التجميع الآلي والتطبيقات ذات المساحة المحدودة. وظيفته الأساسية هي العمل كمؤشر حالة، أو إشارة ضوئية، أو مكون إضاءة خلفية للوحة الأمامية في مجموعة واسعة من المعدات الإلكترونية.

1.1 الميزات والمزايا الأساسية

• متوافق مع توجيهات RoHS (تقييد المواد الخطرة).
• مُعبأ على شريط بعرض 8 مم ملفوف على بكرات قطرها 7 بوصات، مناسب لمعدات الاختيار والوضع الآلية عالية السرعة.
• يتميز بمخطط حزمة قياسي وفقاً لـ EIA (تحالف الصناعات الإلكترونية).
• مستويات منطقية متوافقة مع الدوائر المتكاملة (IC) لتسهيل التكامل مع دوائر التحكم.
• متوافق تماماً مع عمليات لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR)، ويدعم ملفات اللحام الخالية من الرصاص.
• مُعالج مسبقاً للوصول إلى مستوى الحساسية للرطوبة JEDEC (المجلس المشترك لهندسة الأجهزة الإلكترونية) 3، مما يشير إلى عمر أرضي يبلغ 168 ساعة عند <30°C / 60% رطوبة نسبية بعد فتح الكيس.

1.2 الأسواق المستهدفة والتطبيقات

تم تصميم هذا LED للاعتمادية والأداء في قطاعات متنوعة. تشمل مجالات التطبيق الرئيسية:

• الاتصالات:مؤشرات الحالة في الهواتف اللاسلكية، الهواتف المحمولة، ومعدات الشبكة.
• أتمتة المكاتب:مؤشرات اللوحة في الطابعات، الماسحات الضوئية، وأجهزة الكمبيوتر المحمولة.
• الأجهزة المنزلية:مؤشرات التشغيل، الوضع، أو الوظيفة في مختلف الأجهزة المنزلية.
• المعدات الصناعية:مؤشرات الحالة التشغيلية والعطل في لوحات التحكم والآلات.
• التنبيه العام:تطبيقات الإشارات والرموز الضوئية، وكذلك إضاءة الخلفية للوحة الأمامية حيث تكون الإضاءة الموحدة مطلوبة.

2. تحليل مفصل للمعايير التقنية

توفر الأقسام التالية تفصيلاً مفصلاً لحدود تشغيل الجهاز وخصائص أدائه تحت ظروف الاختبار القياسية (Ta=25°C).

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تمثل هذه القيم حدود الإجهاد التي قد يتسبب تجاوزها في حدوث تلف دائم للجهاز. لا يُنصح بالتشغيل عند هذه الحدود أو بالقرب منها لفترات طويلة.

• تبديد الطاقة (Pd):72 ميلي واط. هذه هي أقصى كمية من الطاقة يمكن للجهاز تبديدها كحرارة.
• تيار أمامي ذروي (I_F(PEAK)):80 مللي أمبير. هذا هو أقصى تيار أمامي لحظي، يُحدد عادةً تحت ظروف النبض (دورة عمل 1/10، عرض نبضة 0.1 مللي ثانية) لمنع ارتفاع درجة الحرارة.
• تيار أمامي مستمر DC (I_F):30 مللي أمبير. هذا هو الحد الأقصى الموصى به للتيار للتشغيل المستمر.
• الجهد العكسي (V_R):5 فولت. تطبيق جهد عكسي يتجاوز هذه القيمة يمكن أن يسبب انهيار الوصلة.
• نطاق درجة حرارة التشغيل:-40°C إلى +85°C. نطاق درجة الحرارة المحيطة الذي صُمم الجهاز للعمل ضمنه.
• نطاق درجة حرارة التخزين:-40°C إلى +100°C. نطاق درجة الحرارة للتخزين غير التشغيلي.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

تحدد هذه المعايير الأداء النموذجي لـ LED عند تشغيله تحت ظروف اختبار محددة (I_F= 20 مللي أمبير).

• التدفق الضوئي (Φ_v):0.67 لومن (الحد الأدنى) إلى 2.13 لومن (الحد الأقصى). هذا هو إجمالي القدرة الضوئية المدركة المنبعثة من المصدر، مقاسة باللومن (lm). يتم إدارة النطاق الواسع من خلال التصنيف.
• الشدة الضوئية (I_v):224 ميللي كانديلا (الحد الأدنى) إلى 710 ميللي كانديلا (الحد الأقصى). هذا هو التدفق الضوئي لكل زاوية صلبة في اتجاه معين، مقاساً بالميللي كانديلا (mcd). إنها قيمة مرجعية مشتقة من قياس التدفق الضوئي.
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):120° (نموذجي). هذه هي الزاوية الكاملة التي تكون عندها الشدة الضوئية نصف القيمة عند المحور البصري (0°)، مما يشير إلى نمط رؤية واسع جداً.
• طول موجة الانبعاث الذروي (λ_p):591 نانومتر (نموذجي). الطول الموجي الذي يكون عنده توزيع القدرة الطيفية للضوء المنبعث في أقصى حد.
• الطول الموجي السائد (λ_d):584.5 نانومتر إلى 594.5 نانومتر. الطول الموجي الوحيد الذي يحدد اللون المدرك للضوء، مع تسامح ±1 نانومتر لكل تصنيف.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):15 نانومتر (نموذجي). العرض الطيفي للانبعاث عند نصف شدته القصوى، مما يشير إلى نقاء اللون.
• الجهد الأمامي (V_F):1.8 فولت (الحد الأدنى) إلى 2.4 فولت (الحد الأقصى) عند 20 مللي أمبير. انخفاض الجهد عبر LED عندما يتدفق التيار، مع تسامح ±0.1 فولت لكل تصنيف.
• التيار العكسي (I_R):10 ميكرو أمبير (الحد الأقصى) عند V_R=5 فولت. تيار التسرب الصغير الذي يتدفق عندما يكون الجهاز متحيزاً عكسياً.

3. شرح نظام التصنيف

لضمان الاتساق في عمليات الإنتاج، يتم فرز LEDs إلى تصنيفات أداء بناءً على معايير رئيسية. هذا يسمح للمصممين باختيار أجزاء تلبي متطلبات تطبيق محددة للسطوع واللون والجهد.

3.1 تصنيف التدفق الضوئي / الشدة

يتم تصنيف LED إلى تصنيفات بناءً على إجمالي إخراج الضوء. التسامح داخل كل تصنيف شدة هو ±11%.

• التصنيف D2:0.67 لومن إلى 0.84 لومن (224 ميللي كانديلا إلى 280 ميللي كانديلا)
• التصنيف E1:0.84 لومن إلى 1.07 لومن (280 ميللي كانديلا إلى 355 ميللي كانديلا)
• التصنيف E2:1.07 لومن إلى 1.35 لومن (355 ميللي كانديلا إلى 450 ميللي كانديلا)
• التصنيف F1:1.35 لومن إلى 1.68 لومن (450 ميللي كانديلا إلى 560 ميللي كانديلا)
• التصنيف F2:1.68 لومن إلى 2.13 لومن (560 ميللي كانديلا إلى 710 ميللي كانديلا)

3.2 تصنيف الجهد الأمامي

يتم أيضاً فرز LEDs حسب انخفاض الجهد الأمامي عند 20 مللي أمبير، مع تسامح ±0.1 فولت لكل تصنيف. هذا أمر بالغ الأهمية لحساب مقاومة تحديد التيار وتصميم مصدر الطاقة.

• التصنيف D2:1.8 فولت إلى 2.0 فولت
• التصنيف D3:2.0 فولت إلى 2.2 فولت
• التصنيف D4:2.2 فولت إلى 2.4 فولت

3.3 تصنيف اللون / الطول الموجي السائد

يضمن هذا التصنيف اتساق اللون. يتم فرز الطول الموجي السائد، الذي يحدد اللون الأصفر المدرك، إلى نطاقات محددة مع تسامح ±1 نانومتر لكل تصنيف.

• التصنيف H:584.5 نانومتر إلى 587.0 نانومتر
• التصنيف J:587.0 نانومتر إلى 589.5 نانومتر
• التصنيف K:589.5 نانومتر إلى 592.0 نانومتر
• التصنيف L:592.0 نانومتر إلى 594.5 نانومتر

4. تحليل منحنيات الأداء

بينما يتم الإشارة إلى بيانات رسومية محددة في ورقة البيانات، يمكن تحليل الاتجاهات النموذجية لأداء LEDs من نوع AlInGaP:

4.1 خاصية التيار مقابل الجهد (I-V)

يظهر الجهد الأمامي (V_F) علاقة لوغاريتمية مع التيار الأمامي (I_F). يزداد بشكل غير خطي، مع ارتفاع حاد عند التيارات المنخفضة (بالقرب من جهد التشغيل) وزيادة أكثر خطية عند التيارات العالية بسبب المقاومة التسلسلية داخل أشباه الموصلات والحزمة.

4.2 التدفق الضوئي مقابل التيار الأمامي

إخراج الضوء (التدفق الضوئي) يتناسب عموماً مع التيار الأمامي على مدى تشغيل كبير. ومع ذلك، تبلغ الكفاءة (لومن لكل واط) ذروتها عادةً عند تيار محدد وقد تنخفض عند التيارات العالية جداً بسبب زيادة توليد الحرارة وانخفاض الكفاءة.

4.3 الاعتماد على درجة الحرارة

تتأثر المعايير الرئيسية بدرجة حرارة الوصلة (T_j):

• الجهد الأمامي (V_F):ينخفض مع زيادة درجة الحرارة (معامل درجة حرارة سلبي).
• التدفق الضوئي/الشدة:ينخفض عموماً مع زيادة درجة الحرارة. معدل الانخفاض هو عامل حاسم لإدارة الحرارة في تطبيقات الطاقة العالية أو درجة الحرارة المحيطة العالية.
• الطول الموجي السائد (λ_d):قد يتحول قليلاً مع درجة الحرارة، مما يؤثر على اللون المدرك.

5. معلومات الميكانيكية والحزمة

5.1 أبعاد الحزمة

يتوافق الجهاز مع مخطط حزمة SMD قياسي لـ EIA. يتم توفير جميع الأبعاد الحرجة، بما في ذلك طول الجسم، العرض، الارتفاع، وتباعد الأطراف، في ورقة البيانات مع تسامح قياسي ±0.2 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. مادة العدسة الشفافة هي عادةً إيبوكسي أو سيليكون.

5.2 تحديد القطبية وتصميم الوسادة

يتم عادةً تمييز الكاثود على جسم الجهاز، غالباً بشق، نقطة خضراء، أو مؤشر بصري آخر. تتضمن ورقة البيانات نمط أرضية لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) الموصى به (وسادة التثبيت) لللحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء أو الطور البخاري. تم تصميم هذا النمط لضمان تكوين وصلة لحام مناسبة، والمحاذاة الذاتية أثناء إعادة التدفق، والتثبيت الميكانيكي الموثوق.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 ملف إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء الموصى به

الجهاز متوافق مع عمليات اللحام الخالية من الرصاص. تشير ورقة البيانات إلى ملف متوافق مع J-STD-020B. تشمل المعايير الرئيسية عادةً:

• التسخين المسبق:150°C إلى 200°C، بحد أقصى 120 ثانية لتسخين التجميع تدريجياً وتنشيط المادة المساعدة للصهر.
• درجة الحرارة الذروية:حد أقصى 260°C. يجب التحكم في الوقت فوق درجة حرارة السيولة للقصدير (مثلاً، 217°C لـ SAC305).
• إجمالي وقت اللحام:حد أقصى 10 ثوانٍ عند درجة الحرارة الذروية، مع السماح بحد أقصى دورتين لإعادة التدفق.

ملاحظة:يعتمد الملف الأمثل على تصميم PCB المحدد، المكونات، معجون اللحام، والفرن. الملف المقدم هو إرشاد يجب توصيفه لإعداد الإنتاج الفعلي.

6.2 اللحام اليدوي

إذا كان اللحام اليدوي ضرورياً، يجب توخي الحذر الشديد:

• درجة حرارة المكواة:حد أقصى 300°C.
• وقت اللحام:حد أقصى 3 ثوانٍ لكل وصلة.
• الحد:يُسمح بدورة لحام واحدة فقط لللحام اليدوي لتقليل الإجهاد الحراري على حزمة LED.

6.3 التنظيف

يجب استخدام مواد التنظيف المحددة فقط. قد تتسبب المواد الكيميائية غير المحددة في تلف عدسة الإيبوكسي أو الحزمة. إذا كان التنظيف مطلوباً بعد اللحام، يُوصى بالغمر في كحول الإيثيل أو كحول الأيزوبروبيل في درجة حرارة الغرفة لأقل من دقيقة واحدة.

6.4 التخزين والتعامل

التخزين السليم أمر بالغ الأهمية بسبب مستوى حساسية الجهاز للرطوبة (MSL 3):

• الحزمة المغلقة:قم بالتخزين عند ≤30°C و ≤70% رطوبة نسبية. الاستخدام خلال سنة واحدة من تاريخ ختم الكيس.
• الحزمة المفتوحة:قم بالتخزين عند ≤30°C و ≤60% رطوبة نسبية. يجب إعادة تدفق المكونات بالأشعة تحت الحمراء خلال 168 ساعة (7 أيام) من التعرض للهواء المحيط.
• التعرض الممتد:للتخزين لأكثر من 168 ساعة، قم بالتخزين في حاوية مغلقة مع مجفف أو في بيئة نيتروجين. تتطلب المكونات المعرضة لأكثر من 168 ساعة الخبز عند حوالي 60°C لمدة 48 ساعة على الأقل قبل اللحام لإزالة الرطوبة الممتصة ومنع "انفجار الفشار" أثناء إعادة التدفق.

7. معلومات التعبئة والطلب

7.1 مواصفات الشريط والبكرة

يتم توريد LEDs في شريط ناقل بارز قياسي للصناعة:

• عرض الشريط:8 مم.
• قطر البكرة:7 بوصات.
• الكمية لكل بكرة:2000 قطعة (بكرة كاملة قياسية).
• الحد الأدنى لكمية الطلب (MOQ):500 قطعة للكميات المتبقية.
• يتم إغلاق الشريط بشريط غطاء علوي. تتوافق التعبئة مع مواصفات ANSI/EIA-481، مع السماح بحد أقصى مكونين مفقودين متتاليين.

8. ملاحظات التطبيق واعتبارات التصميم

8.1 تحديد التيار

مقاومة تحديد تيار تسلسلية إلزامية للتشغيل الموثوق. يمكن حساب قيمة المقاومة (R_s) باستخدام قانون أوم: R_s= (V_المصدر- V_F) / I_F. استخدم أقصى V_Fمن التصنيف أو ورقة البيانات لضمان ألا يتجاوز التيار I_Fالمرغوب تحت أسوأ الظروف. يجب أن تكون قدرة المقاومة كافية: P_R= (I_F)² * R_s.

8.2 إدارة الحرارة

بينما هذا جهاز منخفض الطاقة، فإن التصميم الحراري السليم يطيل العمر الافتراضي ويحافظ على استقرار إخراج الضوء. تأكد من وجود مساحة نحاسية كافية على PCB متصلة بالوسادة الحرارية لـ LED (إن وجدت) أو الأطراف لتبديد الحرارة. تجنب التشغيل عند أقصى تيار مطلق وتبديد طاقة في درجات حرارة محيطة عالية.

8.3 التصميم البصري

توفر زاوية الرؤية 120° شعاعاً واسعاً جداً. للتطبيقات التي تتطلب شعاعاً أكثر تركيزاً، يجب استخدام بصريات ثانوية (عدسات، أنابيب ضوئية). العدسة الشفافة مناسبة للتطبيقات حيث لا تكون صورة القطعة حاسمة؛ لمظهر أكثر انتشاراً، ستكون هناك حاجة إلى عدسة منتشرة حليبية أو ملونة.

9. الأسئلة الشائعة (FAQ)

9.1 ما الفرق بين التدفق الضوئي والشدة الضوئية؟

التدفق الضوئي (لومن)يقيس إجمالي كمية الضوء المرئي المنبعث من المصدر في جميع الاتجاهات.الشدة الضوئية (ميللي كانديلا)تقيس مدى سطوع المصدر في اتجاه محدد. قد يكون لـ LED عالي الشدة شعاع ضيق، بينما يصدر LED عالي التدفق ضوءاً إجمالياً أكثر، ربما على مساحة أوسع. في ورقة البيانات هذه، الشدة هي قيمة مرجعية مشتقة من قياس التدفق.

9.2 لماذا يعتبر التصنيف مهماً؟

تسبب الاختلافات التصنيعية اختلافات في V_F، إخراج الضوء، واللون بين LEDs الفردية. يقوم التصنيف بفرزها إلى مجموعات ذات معايير مضبوطة بإحكام. للتطبيقات التي تتطلب مظهراً موحداً (مثلاً، شاشات متعددة LEDs، إضاءة خلفية) أو تشغيل تيار دقيق، فإن تحديد تصنيف واحد أو مزيج من تصنيفات من نفس المجموعة أمر أساسي.

9.3 هل يمكنني تشغيل هذا LED بدون مقاومة تحديد تيار؟

No.LED هو ثنائي ذو خاصية I-V غير خطية. زيادة صغيرة في الجهد فوق V_Fيمكن أن تسبب زيادة كبيرة، وربما مدمرة، في التيار. هناك حاجة دائماً إلى مقاومة تسلسلية (أو محرك تيار ثابت) لتعيين نقطة التشغيل بأمان.

9.4 ماذا يحدث إذا تجاوزت وقت التخزين أو إعادة التدفق بعد فتح الكيس؟

يمكن أن تتبخر الرطوبة الممتصة في الحزمة البلاستيكية بسرعة أثناء عملية لحام إعادة التدفق عالية الحرارة، مما يسبب انفصالاً داخلياً، تشققاً، أو تلف سلك الربط ("انفجار الفشار"). اتباع إرشادات MSL 3 (عمر أرضي 168 ساعة) وإجراء الخبز المطلوب إذا تم تجاوزها أمر بالغ الأهمية لعائد التجميع والاعتمادية طويلة المدى.

10. مبدأ التشغيل والتكنولوجيا

10.1 تكنولوجيا أشباه الموصلات AlInGaP

يستخدم هذا LED مركب أشباه الموصلات من فوسفيد الألومنيوم إنديوم غاليوم (AlInGaP) لمنطقته النشطة. من خلال التحكم الدقيق في نسب هذه العناصر أثناء نمو البلورة، يتم هندسة فجوة النطاق للمادة لبعث الضوء في المنطقة الصفراء من الطيف المرئي (حوالي 590 نانومتر) عندما تتحد الإلكترونات والثقوب عبر فجوة النطاق (الانبعاث الكهربي). تشتهر تكنولوجيا AlInGaP بكفاءتها العالية في أطوال موجات الأحمر والبرتقالي والأصفر.

10.2 بناء حزمة SMD

يتم تركيب شريحة أشباه الموصلات على إطار توصيل، الذي يوفر الاتصالات الكهربائية (الأنود والكاثود) وغالباً ما يعمل كمشتت حراري. تقوم أسلاك الربط بتوصيل أعلى الشريحة بالطرف الآخر لإطار التوصيل. ثم يتم تغليف هذا التجميع في مركب صب إيبوكسي أو سيليكون شفاف يشكل العدسة. يحدد شكل العدسة زاوية الرؤية ويوفر الحماية الميكانيكية والبيئية.