ورقة بيانات LED أصفر SMD من نوع AlInGaP - أبعاد العبوة - جهد أمامي 1.7-2.5 فولت - شدة إضاءة 140-450 ميكروكانديلا - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

تحدد هذه الوثيقة مواصفات صمام ثنائي باعث للضوء (LED) من نوع جهاز مُركب على السطح (SMD) يستخدم مادة شبه موصلة من فوسفيد الألومنيوم إنديوم جاليوم (AlInGaP) لإنتاج ضوء أصفر. تم تصميم مصابيح LED من نوع SMD لعمليات التجميع الآلي للوحات الدوائر المطبوعة (PCB)، وتوفر شكلاً مضغوطًا مثاليًا للتطبيقات ذات المساحة المحدودة. وظيفتها الأساسية هي العمل كمؤشرات حالة، أو مصابيح إشارة، أو للإضاءة الخلفية للألواح الأمامية في مجموعة واسعة من المعدات الإلكترونية.

1.1 الميزات

• متوافق مع توجيهات RoHS (تقييد المواد الخطرة).
• معبأ على شريط بعرض 8 مم ملفوف على بكرات قطرها 7 بوصات للمناولة الآلية.
• بصمة عبوة قياسية وفقًا لـ EIA لضمان توافق التصميم.
• مدخلات/مخرجات متوافقة مع مستويات منطق الدوائر المتكاملة (IC).
• مصمم للتوافق مع معدات التجميع الآلي (pick-and-place).
• مناسب لعمليات لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR) الشائعة الاستخدام في تقنية التركيب السطحي (SMT).
• مُعالج مسبقًا لمستوى الحساسية للرطوبة JEDEC MSL 3، مما يشير إلى عمر تخزين يصل إلى 168 ساعة في ظروف <30°C/60% رطوبة نسبية بعد فتح الكيس المُحكم.

1.2 التطبيقات

هذا الـ LED مناسب لمختلف الأنظمة الإلكترونية التي تتطلب مؤشرات بصرية موثوقة. تشمل مجالات التطبيق الرئيسية البنية التحتية للاتصالات، ومعدات أتمتة المكاتب (الطابعات، الماسحات الضوئية)، والأجهزة المنزلية، ولوحات التحكم الصناعية. تشمل استخداماته المحددة الإشارة إلى الحالة (التشغيل، الاستعداد، النشاط)، والإضاءة الرمزية، والإضاءة الخلفية لعروض أو رموز اللوحة الأمامية.

2. تفسير عميق للمعايير التقنية

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تمثل هذه القيم حدود الإجهاد التي إذا تم تجاوزها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل عند أو تحت هذه الحدود. جميع التصنيفات محددة عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25°C.

• تبديد الطاقة (Pd):75 ملي واط. هذه هي أقصى كمية من الطاقة يمكن للعبوة أن تبددها كحرارة دون تجاوز حدودها الحرارية.
• التيار الأمامي الذروي (I_FP):80 ملي أمبير. هذا هو أقصى تيار أمامي لحظي، مسموح به فقط في ظروف النبض (دورة عمل 1/10، عرض النبضة 0.1 مللي ثانية) لمنع ارتفاع درجة الحرارة.
• التيار الأمامي المستمر (I_F):30 ملي أمبير. هذا هو أقصى تيار أمامي مستمر موصى به للتشغيل الموثوق على المدى الطويل.
• نطاق درجة حرارة التشغيل والتخزين:من -40°C إلى +100°C. يمكن للجهاز العمل والتخزين ضمن هذا النطاق الكامل لدرجة الحرارة.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

هذه هي معايير الأداء النموذجية المقاسة تحت ظروف الاختبار القياسية (Ta=25°C، I_F=20mA ما لم يُذكر خلاف ذلك).

• شدة الإضاءة (I_V):140 - 450 ميكروكانديلا (mcd). كمية الضوء المرئي المنبعث، مقاسة ضمن زاوية رؤية محددة. القيمة الفعلية مصنفة (انظر القسم 3).
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):120 درجة (نموذجي). هذه هي الزاوية الكاملة التي تكون عندها شدة الإضاءة نصف قيمتها القصوى (على المحور). تشير زاوية 120° إلى نمط انبعاث واسع ومنتشر مناسب للرؤية الواسعة.
• طول موجة الانبعاث الذروي (λ_P):592 نانومتر (نموذجي). الطول الموجي الذي يكون عنده ناتج القدرة الطيفية في أقصى حد.
• الطول الموجي السائد (λ_d):586 - 596 نانومتر. هذا هو الطول الموجي الفردي الذي تدركه العين البشرية والذي يحدد اللون (الأصفر). يتم اشتقاقه من إحداثيات اللونية CIE وهو أيضًا مصنف.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):15 نانومتر (نموذجي). العرض الطيفي للضوء المنبعث عند نصف قوته القصوى. قيمة 15 نانومتر هي سمة لمصابيح LED من نوع AlInGaP، مما يشير إلى لون نقي نسبيًا.
• الجهد الأمامي (V_F):1.7 - 2.5 فولت. انخفاض الجهد عبر الـ LED عند تشغيله بتيار 20 ملي أمبير. يغطي هذا النطاق الاختلافات الطبيعية في تصنيع أشباه الموصلات.
• التيار العكسي (I_R):10 ميكرو أمبير (أقصى) عند V_R=5V. لم يتم تصميم مصابيح LED للعمل بتحيز عكسي؛ هذه المعلمة مخصصة لاختبار تيار التسرب فقط.

3. شرح نظام التصنيف (بينينج)

لضمان اتساق اللون والسطوع في الإنتاج، يتم فرز (تصنيف) مصابيح LED بناءً على المعايير الرئيسية. وهذا يسمح للمصممين باختيار قطع تتطابق مع متطلبات التطبيق المحددة.

3.1 تصنيف شدة الإضاءة (I_V)

يتم تصنيف مصابيح LED إلى فئات بناءً على شدة إضاءتها المقاسة عند 20 ملي أمبير. التسامح داخل كل فئة هو +/-11%.

• R2:140.0 - 180.0 ميكروكانديلا
• S1:180.0 - 224.0 ميكروكانديلا
• S2:224.0 - 280.0 ميكروكانديلا
• T1:280.0 - 355.0 ميكروكانديلا
• T2:355.0 - 450.0 ميكروكانديلا

3.2 تصنيف الطول الموجي السائد (WD)

يتم أيضًا تصنيف مصابيح LED حسب طولها الموجي السائد للتحكم في درجة اللون. التسامح لكل فئة هو +/- 1 نانومتر.

• H:586.0 - 588.5 نانومتر
• J:588.5 - 591.0 نانومتر
• K:591.0 - 593.5 نانومتر
• L:593.5 - 596.0 نانومتر

يتضمن رقم الجزء الكامل عادةً رموز التصنيف هذه لتحديد كل من السطوع واللون.

4. تحليل منحنيات الأداء

بينما يتم الإشارة إلى بيانات رسومية محددة في ورقة البيانات، فإن التفسيرات التالية تستند إلى سلوك LED القياسي والمعايير المقدمة.

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

الجهد الأمامي (V_F) له معامل درجة حرارة موجب ويزداد بشكل لوغاريتمي مع التيار. نطاق V_Fالمحدد من 1.7V إلى 2.5V عند 20mA نموذجي لمصابيح LED الصفراء من نوع AlInGaP. تشغيل الـ LED بتيار ثابت، بدلاً من جهد ثابت، أمر ضروري لضمان ناتج ضوئي مستقر.

4.2 شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي

ناتج الضوء (I_V) يتناسب تقريبًا مع التيار الأمامي (I_F) ضمن نطاق التشغيل الموصى به. ومع ذلك، قد تنخفض الكفاءة عند التيارات العالية جدًا بسبب زيادة الحرارة. أقصى تيار مستمر مطلق هو 30 ملي أمبير.

4.3 خصائص درجة الحرارة

شدة الإضاءة لمصابيح LED من نوع AlInGaP تتناقص عمومًا مع زيادة درجة حرارة الوصلة. للحصول على أداء موثوق عبر نطاق التشغيل من -40°C إلى +100°C، يجب مراعاة إدارة الحرارة على لوحة الدوائر المطبوعة (مساحة نحاسية كافية لتبديد الحرارة)، خاصة عند التشغيل بالقرب من الحد الأقصى للتيار أو في درجات حرارة محيطة عالية.

4.4 التوزيع الطيفي

يكون الناتج الطيفي متمركزًا حول الطول الموجي الذروي البالغ 592 نانومتر (أصفر) بعرض نصف نموذجي يبلغ 15 نانومتر. يضمن التصنيف حسب الطول الموجي السائد بقاء اللون المُدرك ضمن نطاق تسامح ضيق.

5. معلومات الميكانيكا والتعبئة

5.1 أبعاد العبوة

يأتي الـ LED في عبوة SMD قياسية. تشمل الملاحظات الأبعاد الرئيسية: جميع الأبعاد بالمليمترات، والتسامح العام هو ±0.2 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. لون العدسة شفاف، ولون المصدر أصفر (AlInGaP).

5.2 تحديد القطبية وتصميم الوسادة (باد)

يحتوي المكون على طرفي الأنود والكاثود. يتم توفير تخطيط وسادة التثبيت الموصى به على لوحة الدوائر المطبوعة للحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء أو بالطور البخاري لضمان تكوين وصلة لحام صحيحة واستقرار ميكانيكي. اتجاه القطبية الصحيح أثناء التجميع أمر بالغ الأهمية لتشغيل الجهاز.

5.3 التعبئة بالشريط والبكرة

يتم توريد مصابيح LED على شريط حامل بارز بعرض 8 مم، مُغلق بشريط غطاء. يتم لف الشريط على بكرات قطرها 7 بوصات (178 مم). الكمية القياسية للبكرة هي 5000 قطعة. تتبع التعبئة مواصفات ANSI/EIA-481. الحد الأدنى لكمية الطلب المتاحة للبقايا هو 500 قطعة.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 ملف تعريف إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء الموصى به

لعمليات اللحام الخالية من الرصاص، يجب أن يتوافق ملف التعريف مع J-STD-020B. تشمل المعايير الرئيسية منطقة التسخين المسبق (150-200°C، بحد أقصى 120 ثانية)، ودرجة حرارة ذروية لا تتجاوز 260°C، ووقت فوق السائل (TAL) مناسب لمعجون اللحام. يجب أن يقتصر إجمالي الوقت عند درجة الحرارة القصوى على 10 ثوانٍ كحد أقصى، ويجب إجراء إعادة التدفق بحد أقصى مرتين.

6.2 اللحام اليدوي

إذا كان اللحام اليدوي ضروريًا، فاستخدم مكواة لحام بدرجة حرارة لا تتجاوز 300°C. يجب أن يقتصر وقت التلامس على 3 ثوانٍ كحد أقصى، ويجب إجراؤه مرة واحدة فقط لمنع التلف الحراري للعبوة البلاستيكية وشريحة أشباه الموصلات.

6.3 ظروف التخزين

الكيس المُحكم:قم بالتخزين عند ≤30°C و ≤70% رطوبة نسبية (RH). العمر الافتراضي في كيس الحاجز الرطوبي المُحكم مع مجفف هو سنة واحدة.
بعد فتح الكيس:مستوى الحساسية للرطوبة (MSL) للمكونات هو 3. يجب أن تخضع للحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء خلال 168 ساعة (7 أيام) من تعرضها لبيئة ≤30°C/60% رطوبة نسبية. للتخزين لفترات أطول بعد الفتح، قم بالتخزين في وعاء محكم مع مجفف أو في مجفف مُطهر بالنيتروجين. تتطلب المكونات المعرضة لأكثر من 168 ساعة الخبز عند حوالي 60°C لمدة 48 ساعة على الأقل قبل اللحام لإزالة الرطوبة الممتصة ومنع ظاهرة \"الفشار\" (popcorning) أثناء إعادة التدفق.

6.4 التنظيف

إذا كان التنظيف بعد اللحام مطلوبًا، فاستخدم المذيبات المحددة فقط. اغمر الـ LED في كحول الإيثيل أو كحول الأيزوبروبيل في درجة الحرارة العادية لأقل من دقيقة واحدة. لا تستخدم التنظيف بالموجات فوق الصوتية أو السوائل الكيميائية غير المحددة، لأنها قد تتلف عدسة الإيبوكسي أو العبوة.

7. اقتراحات التطبيق

7.1 دوائر التطبيق النموذجية

الـ LED هو جهاز يعمل بالتيار. لضمان سطوع ثابت، خاصة عند تشغيل عدة مصابيح LED على التوازي، استخدم دائمًا مقاومة محددة للتيار على التوالي مع كل LED أو مع كل سلسلة متوازية. يمكن حساب قيمة المقاومة (R) باستخدام قانون أوم: R = (V_المصدر- V_F) / I_F، حيث V_Fهو الجهد الأمامي للـ LED عند التيار المطلوب I_F(مثال: 20mA). استخدام أقصى قيمة V_Fمن ورقة البيانات (2.5V) في الحساب سيضمن عدم تجاوز التيار للهدف حتى مع التباين بين القطع.

7.2 اعتبارات التصميم

• إدارة الحرارة:تأكد من أن تخطيط لوحة الدوائر المطبوعة يوفر تخفيفًا حراريًا كافيًا، خاصة عند التشغيل بتيارات عالية أو في درجات حرارة محيطة عالية، للحفاظ على كفاءة الـ LED وعمره الافتراضي.
• الحماية من الكهرباء الساكنة (ESD):على الرغم من عدم ذكرها صراحةً على أنها حساسة، إلا أنه يُوصى بالتعامل مع جميع أجهزة أشباه الموصلات مع اتخاذ احتياطات ESD القياسية.
• التصميم البصري:زاوية الرؤية الواسعة البالغة 120° تجعل هذا الـ LED مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب رؤية واسعة. للحصول على حزم مركزة، ستكون هناك حاجة إلى بصريات ثانوية (عدسات).

7.3 الاستخدام المقصود والقيود

تم تصميم هذا الـ LED للاستخدام في المعدات الإلكترونية العادية. لم يتم تصنيفه للتطبيقات التي يمكن أن يؤدي فيها الفشل إلى تعريض الحياة أو الصحة للخطر مباشرة، كما في الطيران، ومراقبة النقل، وأنظمة دعم الحياة الطبية، أو أجهزة السلامة الحرجة. لمثل هذه التطبيقات، استشر الشركة المصنعة للحصول على مكونات ذات مؤهلات موثوقية مناسبة.

8. المقارنة والتمايز التقني

يقدم هذا الـ LED الأصفر من نوع AlInGaP توازنًا في خصائص الأداء. مقارنة بتقنية مصابيح LED الصفراء القديمة (على سبيل المثال، القائمة على GaAsP)، يوفر AlInGaP كفاءة إضاءة أعلى، مما يؤدي إلى ناتج أكثر سطوعًا لنفس تيار التشغيل، ونقاء لوني أفضل (عرض طيفي أضيق). زاوية الرؤية الواسعة البالغة 120° هي ميزة رئيسية تميزها عن مصابيح LED ذات العدسات \"الصافية تمامًا\" التي لها حزمة أضيق بكثير، مما يجعل هذا الجزء مثاليًا للتطبيقات التي تحتاج فيها المؤشر إلى أن يُرى من مجموعة واسعة من الزوايا دون حاجة إلى موزعات إضافية. تصنيف MSL 3 والتوافق مع ملفات تعريف إعادة التدفق الخالية من الرصاص القياسية يجعله خيارًا قويًا لخطوط تجميع SMT الحديثة عالية الحجم.

9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

9.1 ما المقاومة التي يجب أن أستخدمها مع مصدر طاقة 5 فولت؟

باستخدام أقصى V_Fبقيمة 2.5V و I_Fهدف بقيمة 20mA: R = (5V - 2.5V) / 0.02A = 125 أوم. ستكون القيمة القياسية الأقرب وهي 120 أوم أو 130 أوم مناسبة. يجب أن تكون قدرة المقاومة على الأقل P = I²R = (0.02)²* 120 = 0.048W، لذا فإن مقاومة قياسية بقدرة 1/8W (0.125W) أو 1/10W كافية.

9.2 هل يمكنني تشغيل هذا الـ LED بتيار 30 ملي أمبير بشكل مستمر؟

نعم، 30 ملي أمبير هو أقصى تيار أمامي مستمر موصى به. ومع ذلك، قد يؤدي التشغيل عند الحد الأقصى المطلق إلى تقليل الموثوقية على المدى الطويل وزيادة درجة حرارة الوصلة، مما يمكن أن يقلل من ناتج الضوء. للحصول على عمر افتراضي واستقرار مثاليين، يُنصح بالتشغيل عند 20 ملي أمبير أو أقل إذا كانت شدة الإضاءة تلبي متطلبات التطبيق.

9.3 ماذا يعني \"رمز التصنيف\" (Bin Code) عند الطلب؟

يحدد رمز التصنيف الحد الأدنى والحد الأقصى المضمونين لشدة الإضاءة (مثال: T1: 280-355 mcd) والطول الموجي السائد (مثال: K: 591.0-593.5 nm). يضمن تحديد رموز التصنيف حصولك على مصابيح LED ذات سطوع ولون متسقين من طلب لآخر، وهو أمر بالغ الأهمية للوحات المؤشرات المتعددة أو المنتجات التي يكون فيها الاتساق البصري مهمًا.

9.4 كم من الوقت يمكنني ترك هذه المصابيح LED على المنضدة بعد فتح الكيس؟

للحام موثوق، لديك 168 ساعة (7 أيام) في ظروف أرضية المصنع (≤30°C/60% رطوبة نسبية) بعد فتح الكيس المحكم ضد الرطوبة. إذا تم تجاوز هذا الوقت، فيجب خبز مصابيح LED عند 60°C لمدة 48 ساعة قبل محاولة لحام إعادة التدفق لمنع تلف العبوة الداخلي من التبخر السريع للرطوبة.

10. حالة استخدام عملية

السيناريو: تصميم لوحة مؤشرات حالة لموجه شبكة (راوتر).تتطلب اللوحة 10 مصابيح LED صفراء لإظهار نشاط الاتصال وحالة النظام. لضمان مظهر موحد، يختار المصمم مصابيح LED من نفس فئة شدة الإضاءة (مثال: S2: 224-280 mcd) وفئة الطول الموجي (مثال: J: 588.5-591.0 nm). يتم تشغيل كل LED بواسطة دبوس GPIO لوحدة تحكم دقيقة عبر مقاومة محددة للتيار بقيمة 120 أوم إلى خط طاقة 3.3 فولت، مما يؤدي إلى تيار أمامي يبلغ تقريبًا ((3.3V - 2.1V نموذجي)/120Ω) ≈ 10mA، مما يوفر سطوعًا كافيًا مع الحفاظ على الطاقة. تضمن زاوية الرؤية الواسعة البالغة 120° رؤية المؤشرات من أي مكان أمام الجهاز. يتضمن تخطيط لوحة الدوائر المطبوعة بصمة وسادة اللحام الموصى بها ومصمم للتجميع باستخدام ملف تعريف إعادة تدفق خالٍ من الرصاص قياسي بدرجة حرارة ذروية تبلغ 250°C.

11. مقدمة عن المبدأ

يعتمد هذا الـ LED على تقنية أشباه الموصلات من فوسفيد الألومنيوم إنديوم جاليوم (AlInGaP). عند تطبيق جهد أمامي عبر وصلة p-n، يتم حقن الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة حيث تتحد. يتم انبعاث الطاقة المنطلقة أثناء هذا الاتحاد كفوتونات (ضوء). يحدد التركيب المحدد لسبيكة AlInGaP طاقة فجوة النطاق، والتي بدورها تحدد الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث - في هذه الحالة، الأصفر (~592 نانومتر). تقوم عدسة الإيبوكسي الشفافة بتغليف شريحة أشباه الموصلات، وتوفر الحماية الميكانيكية، وتشكل نمط ناتج الضوء لتحقيق زاوية الرؤية المحددة البالغة 120°.

12. اتجاهات التطوير

يستمر الاتجاه العام في مصابيح LED المؤشر من نوع SMD نحو كفاءة إضاءة أعلى (مزيد من ناتج الضوء لكل وحدة من المدخلات الكهربائية)، مما يتيح استهلاك طاقة أقل لنفس السطوع. كما أن أحجام العبوات تتجه نحو التصغير أكثر، مما يسمح بمصفوفات مؤشرات أكثر كثافة. هناك تركيز متزايد على تسامحات تصنيف (بينينج) أضيق لكل من اللون والشدة لتلبية متطلبات الإلكترونيات الاستهلاكية حيث يكون الاتساق البصري أمرًا بالغ الأهمية. علاوة على ذلك، يظل التوافق مع اللوائح البيئية المتزايدة الصرامة (أبعد من RoHS، مثل REACH) والقدرة على تحمل ملفات تعريف اللحام الخالية من الرصاص ذات درجات الحرارة الأعلى من محركات التطوير الرئيسية. التكنولوجيا ناضجة، مع تحسينات تدريجية تركز على إنتاجية التصنيع، وتقليل التكلفة، والموثوقية في الظروف القاسية.