مصباح LED SMD أصفر-أخضر من نوع AlInGaP بزاوية رؤية 120 درجة - أبعاد العبوة - جهد أمامي 1.8-2.4 فولت @20 مللي أمبير - شدة إضاءة 56-180 ميكروكانديلا - ورقة البيانات الفنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُفصّل هذا المستند مواصفات مصباح LED صغير الحجم وعالي الأداء من نوع جهاز مُركّب على السطح (SMD). يستخدم الجهاز مادة شبه موصلة من فوسفيد الألومنيوم إنديوم جاليوم (AlInGaP) لإنتاج ضوء أصفر-أخضر. تم تصميمه بتنسيق عبوة قياسي EIA، مما يجعله متوافقًا مع معدات التجميع الآلي "اختر وضَع" وعمليات لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR) القياسية. يتم توريد مصابيح LED على شريط قياسي صناعي بعرض 12 مم مُثبت على بكرات قطرها 7 بوصات، مما يُسهّل التصنيع بكميات كبيرة.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

تشمل المزايا الأساسية لهذا المصباح LED بصمته الصغيرة، وملاءمته للتجميع الآلي، وامتثاله لملفات تعريف لحام إعادة التدفق الخالية من الرصاص (Pb-free). تم تصميمه للتطبيقات ذات المساحة المحدودة حيث يكون الأداء الموثوق والتجميع الفعال أمرًا بالغ الأهمية. تشمل الأسواق المستهدفة مجموعة واسعة من الإلكترونيات الاستهلاكية والصناعية، بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر: معدات الاتصالات (مثل الهواتف اللاسلكية والخلوية)، وأجهزة الحوسبة المحمولة (مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة)، وأجهزة الشبكات، والأجهزة المنزلية، وإضاءة اللافتات الداخلية أو خلفية الشاشات. وظيفته الأساسية هي كمؤشر حالة، أو مصدر إشارة ضوئي، أو لإضاءة اللوحة الأمامية.

2. تحليل مُتعمّق للمعايير الفنية

يتم تحديد جميع الخصائص الكهربائية والبصرية عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية، ما لم يُذكر خلاف ذلك. فهم هذه المعايير أمر بالغ الأهمية لتصميم الدائرة الكهربائية بشكل صحيح وضمان الموثوقية على المدى الطويل.

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تُحدد هذه التصنيفات حدود الإجهاد التي قد يتسبب تجاوزها في حدوث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل عند أو تحت هذه الحدود ويجب تجنبه في التصميم.

• تبديد الطاقة (Pd):72 ملي واط. هذه هي أقصى كمية من الطاقة يمكن للعبوة تبديدها كحرارة.
• تيار أمامي مستمر (IF):30 مللي أمبير تيار مستمر. أقصى تيار ثابت للتشغيل الموثوق.
• تيار أمامي ذروي:80 مللي أمبير، مسموح به فقط في ظل ظروف النبض (دورة عمل 1/10، عرض النبضة 0.1 مللي ثانية).
• الجهد العكسي (VR):5 فولت. لم يتم تصميم الجهاز للعمل بتحيز عكسي؛ قد يتسبب تجاوز هذا الجهد في حدوث انهيار.
• نطاق درجة حرارة التشغيل:من -40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية. نطاق درجة الحرارة المحيطة للأداء الوظيفي الطبيعي.
• نطاق درجة حرارة التخزين:من -40 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية. نطاق درجة الحرارة الآمن عندما لا يكون الجهاز قيد التشغيل.

2.2 الخصائص الكهروضوئية عند Ta=25°C (IF=20mA)

هذه هي معايير الأداء النموذجية تحت ظروف الاختبار القياسية.

• التدفق الضوئي (Φv):يتراوح من حد أدنى 0.17 لومن إلى حد أقصى 0.54 لومن. إجمالي ناتج الضوء المرئي.
• الشدة الضوئية (Iv):تتوافق مع التدفق الضوئي، وتتراوح من 56 ميكروكانديلا (mcd) إلى 180 ميكروكانديلا. هذا مقياس للسطوع المُدرك في اتجاه محدد.
• زاوية الرؤية (2θ1/2):120 درجة (نموذجي). تُعرّف على أنها الزاوية الكاملة التي تكون عندها الشدة الضوئية نصف الشدة عند المركز (0°). هذا يشير إلى نمط ضوء واسع ومنتشر.
• طول موجة الانبعاث الذروي (λp):574 نانومتر (نموذجي). الطول الموجي الذي يكون عنده الناتج الطيفي أقوى.
• الطول الموجي السائد (λd):مُحدد من 564.5 نانومتر إلى 576.5 نانومتر. هذا هو الطول الموجي الفردي الذي تدركه العين البشرية والذي يُحدد اللون (أصفر-أخضر).
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):15 نانومتر (نموذجي). عرض النطاق الترددي للطيف المنبعث عند نصف شدة الذروة، مما يشير إلى نقاء اللون.
• الجهد الأمامي (VF):يتراوح من 1.8 فولت (الحد الأدنى) إلى 2.4 فولت (الحد الأقصى) عند 20 مللي أمبير. انخفاض الجهد عبر مصباح LED عند التوصيل.
• التيار العكسي (IR):حد أقصى 10 ميكرو أمبير عند VR=5V. تيار تسرب صغير عند تطبيق جهد عكسي.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

لضمان الاتساق في الإنتاج، يتم فرز مصابيح LED إلى مجموعات أداء (Bins). هذا يسمح للمصممين باختيار قطع تلبي متطلبات محددة للسطوع والجهد واللون.

3.1 تصنيف التدفق الضوئي/الشدة الضوئية

يتم تصنيف الناتج الضوئي إلى خمس مجموعات (A2, B1, B2, C1, C2). على سبيل المثال، تقدم المجموعة C2 أعلى ناتج مع تدفق ضوئي بين 0.42 لومن و 0.54 لومن، يتوافق مع شدة 140-180 ميكروكانديلا. المجموعة A2 هي أدنى درجة ناتج. يجب على المصممين الرجوع إلى ورقة البيانات للتصنيف المحدد لرقم الجزء المطلوب للتنبؤ بدقة بناتج الضوء.

3.2 تصنيف الجهد الأمامي

يتم تصنيف الجهد الأمامي إلى ثلاث فئات (D2, D3, D4) مع تسامح ±0.1 فولت داخل كل مجموعة.

• المجموعة D2: VF = 1.8V - 2.0V
• المجموعة D3: VF = 2.0V - 2.2V
• المجموعة D4: VF = 2.2V - 2.4V

هذا أمر بالغ الأهمية لتصميم دوائر تحديد التيار، خاصة في التطبيقات التي تعمل بالبطارية حيث يؤثر اتساق الجهد على التيار وبالتالي على السطوع.

3.3 تصنيف درجة اللون (الطول الموجي السائد)

يتم التحكم في درجة اللون عن طريق تصنيف الطول الموجي السائد إلى أربع مجموعات (B, C, D, E)، لكل منها تسامح ±1 نانومتر.

• المجموعة B: λd = 564.5 nm - 567.5 nm
• المجموعة C: λd = 567.5 nm - 570.5 nm
• المجموعة D: λd = 570.5 nm - 573.5 nm
• المجموعة E: λd = 573.5 nm - 576.5 nm

هذا يضمن تجانس اللون عبر مصابيح LED متعددة مستخدمة في مصفوفة أو شاشة.

4. تحليل منحنيات الأداء

توفر البيانات الرسومية رؤية أعمق لسلوك الجهاز تحت ظروف مختلفة.

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

منحنى I-V غير خطي، وهو خاصية الصمام الثنائي. يزداد الجهد الأمامي بشكل لوغاريتمي مع التيار. عند تيار التشغيل النموذجي البالغ 20 مللي أمبير، يقع VF ضمن النطاقات المصنفة المحددة. يجب على المصممين استخدام هذا المنحنى لضمان أن دائرة القيادة توفر جهدًا كافيًا، خاصة في درجات الحرارة المنخفضة حيث يزداد VF.

4.2 الشدة الضوئية النسبية مقابل التيار الأمامي

يُظهر هذا المنحنى أن ناتج الضوء يتناسب تقريبًا مع التيار الأمامي في نطاق التشغيل القياسي. ومع ذلك، لا يُنصح بتشغيل مصباح LED فوق أقصى تيار مستمر مطلق له (30 مللي أمبير)، حيث يمكن أن يؤدي إلى تسريع التدهور، وتقليل العمر الافتراضي، وفشل محتمل بسبب الحرارة الزائدة.

4.3 الشدة الضوئية النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطة

تقل الشدة الضوئية لمصابيح LED من نوع AlInGaP مع ارتفاع درجة الحرارة المحيطة. هذا المنحنى حيوي للتطبيقات التي تعمل في بيئات مرتفعة الحرارة. قد يحتاج المصممون إلى تخفيض ناتج الضوء المتوقع أو تنفيذ إدارة حرارية إذا كان السطوع الثابت مطلوبًا عبر نطاق واسع من درجات الحرارة.

4.4 التوزيع الطيفي

يُظهر الرسم البياني الطيفي ذروة ضيقة تتمحور حول 574 نانومتر (أصفر-أخضر) بعرض نصف نموذجي يبلغ 15 نانومتر. هذا يؤكد نقاء اللون ومنطقة الطول الموجي المحددة للضوء المنبعث.

5. المعلومات الميكانيكية ومواصفات العبوة

5.1 أبعاد عبوة الجهاز

يتوافق مصباح LED مع مخطط عبوة SMD قياسي. يتم توفير جميع الأبعاد الحرجة بالمليمترات مع تسامح عام ±0.2 مم. يتضمن الرسم طول الجسم، والعرض، والارتفاع، وموقع وحجم وسادات اللحام/الأطراف. يتم تحديد العدسة على أنها "شفافة مائية".

5.2 تخطيط وسادة التثبيت الموصى بها على اللوحة الإلكترونية (PCB)

يتم توفير رسم لنمط وسادة التثبيت لتصميم اللوحة الإلكترونية المطبوعة (PCB). يُظهر هذا حجم وسادة النحاس الموصى به والتباعد لضمان تكوين وصلة لحام مناسبة أثناء إعادة التدفق، والتلاصق الميكانيكي الجيد، وتبديد الحرارة الفعال من أطراف مصباح LED.

5.3 تحديد القطبية

يجب أن تشير ورقة البيانات إلى تحديد الكاثود/الأنود على عبوة الجهاز، عادةً عبر علامة، أو شق، أو حجم وسادة مختلف. يجب مراعاة القطبية الصحيحة أثناء التجميع لمنع التلف.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 ملف تعريف لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR)

يتم توفير ملف تعريف درجة حرارة إعادة تدفق مفصل، متوافق مع J-STD-020B للعمليات الخالية من الرصاص (Pb-free). تشمل المعايير الرئيسية:

• التسخين المسبق/النقع:الارتفاع التدريجي إلى 150-200 درجة مئوية.
• الوقت فوق السائل (TAL):الوقت الموصى به للمحافظة عليه.
• درجة الحرارة القصوى:يجب ألا تتجاوز 260 درجة مئوية.
• الوقت ضمن 5 درجات مئوية من القمة:يجب أن يكون محدودًا (على سبيل المثال، 10 ثوانٍ كحد أقصى).

يؤكد ملف التحكم على الارتفاع التدريجي والتبريد المتحكم فيه لتقليل الصدمة الحرارية للمكون.

6.2 اللحام اليدوي (مكواة اللحام)

إذا كان الإصلاح اليدوي ضروريًا، يجب ألا تتجاوز درجة حرارة طرف المكواة 300 درجة مئوية، ويجب أن يقتصر وقت اللحام لكل طرف على 3 ثوانٍ كحد أقصى. يجب إجراء اللحام مرة واحدة فقط لكل وسادة لتجنب إتلاف العبوة أو التثبيت الداخلي للرقاقة.

6.3 التنظيف

إذا كان التنظيف بعد اللحام مطلوبًا، فيجب استخدام المذيبات القائمة على الكحول المحددة فقط مثل الكحول الإيثيلي أو كحول الأيزوبروبيل. يجب غمر مصباح LED في درجة حرارة عادية لأقل من دقيقة واحدة. قد تتسبب المنظفات الكيميائية غير المحددة في إتلاف عدسة الإيبوكسي أو العبوة.

6.4 التخزين والحساسية للرطوبة

مصابيح LED حساسة للرطوبة. عند تخزينها في الكيس الأصلي المضاد للرطوبة مع مجفف، يجب تخزينها عند ≤30 درجة مئوية و ≤70% رطوبة نسبية واستخدامها خلال عام واحد. بمجرد فتح الكيس، يبدأ "عمر التخزين المفتوح". يجب تخزين المكونات عند ≤30 درجة مئوية و ≤60% رطوبة نسبية ويوصى بإعادة تدفقها بالأشعة تحت الحمراء خلال 168 ساعة (7 أيام). بالنسبة للتخزين الذي يتجاوز هذه الفترة، يجب الاحتفاظ بها في حاوية محكمة الإغلاق مع مجفف أو في بيئة نيتروجين. تتطلب المكونات التي تتجاوز عمر التخزين المفتوح إجراء عملية تجفيف (حوالي 60 درجة مئوية لمدة 48 ساعة على الأقل) قبل اللحام لإزالة الرطوبة الممتصة ومنع ظاهرة "الفشار" أثناء إعادة التدفق.

7. معلومات التعبئة والطلب

7.1 مواصفات الشريط والبكرة

يتم توريد الجهاز على شريط حامل بارز بشريط غطاء واقي. يتم توفير أبعاد مفصلة لجيب الشريط، والمسافة، والبكرة، متوافقة مع معايير ANSI/EIA-481. البكرة القياسية قطرها 7 بوصات وتحتوي على 3000 قطعة. الحد الأدنى لكمية التعبئة المتاحة للطلبات المتبقية هو 500 قطعة. يضمن الشريط التوافق مع معدات التجميع الآلي عالية السرعة.

8. ملاحظات التطبيق واعتبارات التصميم

8.1 دوائر التطبيق النموذجية

يتطلب مصباح LED عنصرًا محددًا للتيار على التوالي، مثل المقاوم. يمكن حساب قيمة المقاومة (R) باستخدام قانون أوم: R = (Vsupply - VF) / IF، حيث VF هو الجهد الأمامي لمصباح LED عند التيار المطلوب IF. يضمن استخدام أقصى VF من المجموعة ألا يتجاوز التيار الحد حتى مع تسامح المكونات. للدقة أو السطوع المتغير، يوصى باستخدام مشغلات التيار الثابت.

8.2 الإدارة الحرارية

على الرغم من أن تبديد الطاقة منخفض (72 ملي واط كحد أقصى)، إلا أن التصميم الحراري الفعال على اللوحة الإلكترونية لا يزال مهمًا لطول العمر، خاصة في درجات الحرارة المحيطة العالية أو عند التشغيل بتيارات عالية. يضمن توفير مساحة نحاسية كافية متصلة بوسادات التوصيل الحراري لمصباح LED تبديد الحرارة والحفاظ على ناتج ضوء مستقر.

8.3 التصميم من أجل التصنيع (DFM)

الالتزام بتخطيط وسادة اللوحة الإلكترونية الموصى به وملف إعادة التدفق المحدد. تأكد من توافق فوهة آلة "اختر وضَع" مع حجم العبوة. تحقق من تطابق إعداد وحدة تغذية الشريط مع مواصفات الشريط والبكرة.

9. المقارنة الفنية والتمييز

مقارنة بتقنية أقدم مثل مصابيح LED من فوسفيد الجاليوم (GaP)، تقدم مصابيح LED من نوع AlInGaP كفاءة ضوئية أعلى بكثير، مما يؤدي إلى ناتج أكثر سطوعًا عند نفس التيار. توفر زاوية الرؤية 120 درجة نمط ضوء أوسع وأكثر انتشارًا مقارنة بمصابيح LED ذات زاوية رؤية ضيقة، مما يجعلها مثالية لمؤشرات الحالة التي يجب أن تكون مرئية من زوايا مختلفة. تضمن العبوة القياسية EIA التوافق المباشر مع نظام بيئي واسع من أدوات التجميع وتصميمات اللوحات الإلكترونية الحالية.

10. الأسئلة الشائعة (FAQ)

10.1 ما الفرق بين التدفق الضوئي والشدة الضوئية؟

التدفق الضوئي (يُقاس باللومن، lm) هو إجمالي كمية الضوء المرئي المنبعث من المصدر في جميع الاتجاهات. الشدة الضوئية (تُقاس بالكانديلا أو الميكروكانديلا، mcd) هي كمية الضوء المنبعثة في اتجاه محدد. توفر ورقة البيانات الخاصة بهذا المصباح LED كليهما، مع قياس الشدة على طول المحور المركزي (0°).

10.2 هل يمكنني تشغيل هذا المصباح LED بدون مقاوم محدد للتيار؟

لا. مصباح LED هو جهاز يعمل بالتيار. سيؤدي توصيله مباشرة بمصدر جهد إلى تدفق تيار مفرط، مما يؤدي إلى تدميره بسرعة. استخدم دائمًا مقاومًا على التوالي أو مشغل تيار ثابت.

10.3 لماذا ينخفض ناتج الضوء في درجات الحرارة العالية؟

هذه خاصية أساسية لمواد أشباه الموصلات. تؤثر درجة الحرارة المرتفعة على الكفاءة الكمومية الداخلية للوصلة الباعثة للضوء، مما يقلل من عدد الفوتونات الناتجة لكل إلكترون. تقوم منحنيات الأداء في ورقة البيانات بتحديد هذا التأثير كميًا.

10.4 كيف أفسر رموز التصنيف (Bins) عند الطلب؟

قد يتضمن رقم الجزء الكامل لاحقات تشير إلى مجموعات محددة للشدة الضوئية (مثل C2)، والجهد الأمامي (مثل D3)، والطول الموجي السائد (مثل E). راجع دليل الطلب الخاص بالشركة المصنعة. إذا لم يتم تحديد مجموعة معينة، فستتلقى أجزاء من التوزيع الإنتاجي القياسي عبر المجموعات المحددة.

11. أمثلة عملية للتصميم والاستخدام

11.1 مؤشر حالة منخفض الطاقة

في عقدة مستشعر إنترنت الأشياء التي تعمل بالبطارية، يمكن استخدام مصباح LED كمؤشر "نبض" منخفض الطاقة. باستخدام دبوس GPIO لوحدة التحكم الدقيقة، يمكن تشغيل مصباح LED بنبضات بدورة عمل منخفضة (على سبيل المثال، تشغيل لمدة 10 مللي ثانية، إيقاف لمدة 990 مللي ثانية) للإشارة إلى نشاط الجهاز مع استهلاك متوسط تيار ضئيل، وبالتالي إطالة عمر البطارية.

11.2 إضاءة خلفية للوحة أمامية لوحة مفاتيح

يمكن لمجموعة من هذه المصابيح LED، الموضوعة خلف موزع ضوء، توفير إضاءة خلفية موحدة لألواح المفاتيح المرنة أو النقوش على لوحات التحكم. تساعد زاوية الرؤية الواسعة 120 درجة في تحقيق إضاءة متساوية عبر سطح اللوحة. يجب على المصممين ضمان التباعد المناسب وتشغيل التيار لتلبية مستوى السطوع المطلوب.

12. مقدمة عن مبدأ التكنولوجيا

يعتمد هذا المصباح 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. تتحد هذه الجسيمات، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات. تحدد النسبة المحددة من الألومنيوم، والإنديوم، والجاليوم، والفوسفيد في الشبكة البلورية طاقة فجوة النطاق، والتي تحدد مباشرة الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث - في هذه الحالة، أصفر-أخضر (~574 نانومتر). تقوم عدسة الإيبوكسي "الشفافة المائية" بتغليف الرقاقة شبه الموصلة، وتوفر الحماية البيئية، وتشكل نمط ناتج الضوء.

13. اتجاهات وتطورات الصناعة

الاتجاه العام في مصابيح LED من نوع SMD هو نحو كفاءة ضوئية أعلى (مزيد من ناتج الضوء لكل واط من المدخلات الكهربائية)، وتحسين تجانس اللون من خلال تصنيف (binning) أكثر دقة، وتعزيز الموثوقية في ظل الظروف البيئية القاسية. هناك أيضًا تطور مستمر في التصغير (أحجام عبوات أصغر) والتكامل (على سبيل المثال، مصابيح LED مع دوائر متكاملة مدمجة للتحكم). بالنسبة لتطبيقات المؤشرات، يظل التركيز على فعالية التكلفة، والموثوقية، والتوافق مع عمليات التجميع المتقدمة مثل إعادة التدفق المزدوجة. تمثل التكنولوجيا الموضحة في ورقة البيانات هذه حلاً ناضجًا ومعتمدًا على نطاق واسع لاحتياجات المؤشرات القياسية.