ورقة بيانات LED أصفر SMD 1206 - الأبعاد 3.2x1.6x1.1mm - جهد التشغيل 2.0 فولت - الطاقة 75 ملي واط - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

توفر هذه الوثيقة المواصفات التقنية الكاملة لـ LED أصفر عالي الأداء للتركيب السطحي. يستخدم الجهاز شريحة شبه موصلة متطورة من نوع AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم جاليوم)، والمعروفة بتقديم كفاءة إضاءة عالية ونقاء لوني ممتاز. يتم تغليف LED في عبوة قياسية 1206، مما يجعله متوافقًا مع خطوط التجميع الآلي (pick-and-place) وعمليات اللحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء أو الطور البخاري القياسية. تم تصميمه كمنتج أخضر متوافق مع RoHS، مناسب لمجموعة واسعة من التطبيقات التي تتطلب مؤشرًا أصفر ساطعًا وموثوقًا.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

تشمل المزايا الأساسية لهذا LED سطوعه الفائق، وأدائه المتسق ضمن الفئات المحددة، وتوافقه مع تقنيات التجميع القياسية في الصناعة. تصل شدة إضاءته النموذجية إلى 180 ملي كانديلا (mcd) عند تيار تشغيل قياسي 20 مللي أمبير. الأسواق المستهدفة لهذا المكون واسعة، وتشمل الإلكترونيات الاستهلاكية، ولوحات التحكم الصناعية، وإضاءة مقصورة السيارات، واللافتات، وتطبيقات المؤشرات العامة التي تتطلب إشارة صفراء واضحة ونابضة بالحياة.

2. تحليل متعمق للمعاملات التقنية

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تشغيل الجهاز خارج هذه الحدود قد يتسبب في تلف دائم. يتم تحديد الحدود القصوى المطلقة عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية.

• تبديد الطاقة (Pd):75 ملي واط. هذه هي أقصى قدر من الطاقة يمكن لعبوة LED تبديدها بأمان على شكل حرارة.
• تيار التشغيل الذروي (I_FP):80 مللي أمبير. هذا هو أقصى تيار لحظي مسموح به، عادةً في ظل ظروف النبض (دورة عمل 1/10، عرض النبضة 0.1 مللي ثانية). لا ينبغي استخدامه للتشغيل المستمر بالتيار المستمر.
• تيار التشغيل المستمر (I_F):30 مللي أمبير. هذا هو أقصى تيار تشغيل أمامي مستمر موصى به للتشغيل الموثوق على المدى الطويل.
• الجهد العكسي (V_R):5 فولت. تطبيق جهد عكسي يتجاوز هذه القيمة يمكن أن يؤدي إلى انهيار وصلة PN الخاصة بـ LED.
• نطاق درجة حرارة التشغيل والتخزين:من -55°C إلى +85°C. يمكن للجهاز العمل والتخزين ضمن هذا النطاق الواسع لدرجة الحرارة.
• ظروف اللحام بالأشعة تحت الحمراء:يتحمل 260°C لمدة 5 ثوانٍ، وهي حالة قياسية لعمليات اللحام بإعادة التدفق الخالية من الرصاص.

2.2 الخصائص الكهروبصرية

يتم قياس المعلمات التالية عند Ta=25°C وتيار تشغيل أمامي (I_F) بقيمة 20 مللي أمبير، ما لم يُذكر خلاف ذلك. هذه تحدد الأداء الأساسي لـ LED.

• شدة الإضاءة (I_V):من 18.0 (الحد الأدنى) إلى 180.0 (الحد الأقصى) ملي كانديلا (mcd). يتم تحديد الشدة الفعلية لوحدة محددة بواسطة رمز فئتها (انظر القسم 3). يتم إجراء القياس باستخدام مرشح يقارب منحنى استجابة العين الضوئي CIE.
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):130 درجة (نموذجي). هذه هي الزاوية الكاملة التي تنخفض عندها شدة الإضاءة إلى نصف قيمتها عند المحور المركزي (0°). توفر زاوية رؤية واسعة كهذه نمط إضاءة عريض ومنتشر مناسب لمؤشرات اللوحات.
• طول موجة الانبعاث الذروي (λ_P):595 نانومتر (نموذجي). هذا هو الطول الموجي الذي تكون فيه توزيع القدرة الطيفية للضوء المنبعث في أقصى حد له.
• الطول الموجي السائد (λ_d):من 587 إلى 602 نانومتر. هذا مشتق من مخطط لونية CIE ويمثل اللون المُدرك للضوء. التسامح هو ±1 نانومتر.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):16 نانومتر (نموذجي). هذا يشير إلى نقاء الطيف؛ القيمة الأصغر تعني لونًا أكثر أحادية اللون.
• جهد التشغيل الأمامي (V_F):1.8 فولت (الحد الأدنى)، 2.0 فولت (نموذجي)، 2.4 فولت (الحد الأقصى) عند I_F=20 مللي أمبير. التسامح هو ±0.1 فولت. هذه المعلمة حاسمة لتصميم دائرة تحديد التيار.
• التيار العكسي (I_R):10 ميكرو أمبير (الحد الأقصى) عند V_R=5 فولت.
• السعة (C):40 بيكو فاراد (نموذجي) عند V_F=0 فولت، f=1 ميجاهرتز. هذا ذو صلة بتطبيقات التبديل عالية التردد.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

لضمان اتساق اللون والسطوع في الإنتاج، يتم فرز مصابيح LED إلى فئات. يستخدم هذا المنتج نظام تصنيف بشكل أساسي لشدة الإضاءة.

3.1 تصنيف شدة الإضاءة

يتم قياس الشدة عند I_F=20 مللي أمبير. يتم وضع رمز الفئة على بكرة التغليف. التسامح داخل كل فئة هو ±15%.

• رمز الفئة M:18.0 – 28.0 ملي كانديلا
• رمز الفئة N:28.0 – 45.0 ملي كانديلا
• رمز الفئة P:45.0 – 71.0 ملي كانديلا
• رمز الفئة Q:71.0 – 112.0 ملي كانديلا
• رمز الفئة R:112.0 – 180.0 ملي كانديلا

يجب على المصممين تحديد رمز الفئة المطلوب عند الطلب لضمان مستوى السطوع اللازم لتطبيقهم. بالنسبة للتطبيقات التي لا تتطلب مطابقة دقيقة للسطوع، قد يكون نطاق فئة أوسع مقبولاً لتقليل التكلفة.

4. تحليل منحنيات الأداء

بينما يتم الإشارة إلى منحنيات رسومية محددة في ورقة البيانات (الشكل 1، الشكل 5)، يمكن وصف سلوكها النموذجي بناءً على فيزياء أشباه الموصلات وخصائص LED القياسية.

4.1 تيار التشغيل الأمامي مقابل جهد التشغيل الأمامي (منحنى I-V)

لمادة AlInGaP جهد تشغيل أمامي نموذجي في نطاق 1.8 فولت إلى 2.4 فولت. منحنى I-V أسي. زيادة صغيرة في الجهد تتجاوز عتبة التشغيل (حوالي 1.6V-1.7V) تسبب زيادة كبيرة وغير خطية في التيار. يؤكد هذا على الحاجة الماسة لمقاومة تحديد تيار أو محرك تيار ثابت، حيث أن توصيل LED مباشرة بمصدر جهد أعلى قليلاً من V_Fسيؤدي إلى تيار مفرط وفشل فوري.

4.2 شدة الإضاءة مقابل تيار التشغيل الأمامي

خرج الضوء (شدة الإضاءة) يتناسب تقريبًا مع تيار التشغيل الأمامي في نطاق التشغيل العادي (حتى أقصى تيار مستمر). تشغيل LED بتيار أقل من 20 مللي أمبير سيقلل السطوع بشكل متناسب، بينما تشغيله بأكثر من 20 مللي أمبير (حتى 30 مللي أمبير) سيزيد السطوع ولكنه يولد أيضًا المزيد من الحرارة، مما قد يقلل العمر الافتراضي ويسبب تحولاً في اللون.

4.3 الخصائص الحرارية

مثل جميع مصابيح LED، يعتمد أداء هذا الجهاز على درجة الحرارة. مع زيادة درجة حرارة الوصلة:

• شدة الإضاءة تتناقص.يمكن أن ينخفض الناتج بشكل كبير في درجات الحرارة العالية.
• جهد التشغيل الأمامي يقل.V_Fله معامل درجة حرارة سالب.
• قد يتحول الطول الموجي السائد قليلاً،مما قد يؤثر على اللون المُدرك.

الإدارة الحرارية المناسبة في تصميم التطبيق ضرورية للحفاظ على أداء ثابت وعمر طويل.

4.4 التوزيع الطيفي

يتميز منحنى الناتج الطيفي لهذا LED الأصفر AlInGaP بذروة واحدة سائدة حول 595 نانومتر مع نصف عرض ضيق نسبيًا يبلغ 16 نانومتر. يؤدي هذا إلى لون أصفر مشبع ونقي دون انبعاث كبير في المناطق الطيفية الحمراء أو الخضراء.

5. المعلومات الميكانيكية والخاصة بالعبوة

5.1 أبعاد العبوة

يتم تغليف LED في عبوة قياسية للتركيب السطحي 1206 (SMD). تشمل الأبعاد الرئيسية طول الجسم حوالي 3.2 مم، وعرض 1.6 مم، وارتفاع 1.1 مم. تتميز العبوة بعدسة شفافة تمامًا لا تبعثر الضوء، مما يسمح بتحقيق سطوع ولون الشريحة المتأصلين بالكامل. يتم توفير رسومات ميكانيكية مفصلة مع تسامحات (±0.10 مم عادةً) في ورقة البيانات لتصميم بصمة PCB.

5.2 تحديد القطبية وتصميم الوسادة (Pad)

يتم تحديد الكاثود (الطرف السالب) عادةً بواسطة علامة خضراء على العبوة أو شق في العدسة. من الأهمية بمكان توجيه LED بشكل صحيح على اللوحة PCB. يتم توفير أبعاد وسادة اللحام الموصى بها لضمان وصلة لحام موثوقة ومحاذاة صحيحة أثناء إعادة التدفق. يأخذ تصميم الوسادة في الاعتبار تخفيف الحرارة ويمنع ظاهرة "اللوحة القبرية" (رفع أحد الأطراف أثناء اللحام).

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 ملف تعريف اللحام بإعادة التدفق

تم تضمين ملف تعريف مقترح لإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR) للعمليات الخالية من الرصاص. تشمل المعلمات الرئيسية:

• التسخين المسبق:الارتفاع التدريجي إلى 120-150°C.
• وقت النقع/التسخين المسبق:120 ثانية كحد أقصى.
• درجة الحرارة القصوى:260°C كحد أقصى.
• الوقت فوق نقطة الانصهار:5 ثوانٍ كحد أقصى عند درجة الحرارة القصوى.

الالتزام بهذا الملف الشخصي يمنع الصدمة الحرارية والتلف للعدسة الإيبوكسية لـ LED والروابط السلكية الداخلية.

6.2 التنظيف والتخزين

التنظيف:إذا كان التنظيف بعد اللحام ضروريًا، استخدم فقط المذيبات المحددة. يوصى بغمر LED في كحول الإيثيل أو كحول الأيزوبروبيل في درجة حرارة الغرفة لأقل من دقيقة واحدة. يمكن للمواد الكيميائية القاسية أو غير المحددة أن تتلف العدسة البلاستيكية، مما يسبب تعكرًا أو تشققًا.

التخزين:يجب تخزين مصابيح LED في عبوة الحاجز الرطوبة الأصلية الخاصة بها في ظروف لا تتجاوز 30°C و 70% رطوبة نسبية. بمجرد إزالتها من العبوة، يجب لحامها بإعادة التدفق في غضون أسبوع واحد. للتخزين لفترات أطول خارج الكيس الأصلي، يجب الاحتفاظ بها في حاوية محكمة الغلق مع مجفف أو في جو نيتروجين. إذا تم تخزينها لأكثر من أسبوع خارج الكيس، يلزم تجفيفها عند حوالي 60°C لمدة 24 ساعة على الأقل قبل اللحام لإزالة الرطوبة الممتصة ومنع ظاهرة "الفرقعة" (popcorning) أثناء إعادة التدفق.

7. معلومات التغليف والطلب

يتم توريد مصابيح LED على شريط ناقل بارز بعرض 8 مم ملفوف على بكرات قطر 7 بوصات (178 مم). تحتوي كل بكرة على 4000 قطعة. يتم إغلاق جيوب الشريط بشريط غطاء علوي لحماية المكونات. يتوافق التغليف مع معايير ANSI/EIA-481-1-A. بالنسبة للكميات الأصغر، يتوفر تغليف أدنى بـ 500 قطعة للدفعات المتبقية. رقم الجزء LTST-C190KYKT يحدد بشكل فريد هذا المتغير من المنتج (عدسة شفافة تمامًا، شريحة AlInGaP، لون أصفر).

8. ملاحظات التطبيق واعتبارات التصميم

8.1 تصميم دائرة التشغيل

مصابيح LED هي أجهزة تعمل بالتيار. القاعدة الأكثر أهمية في التصميم هي استخدام مقاومة تحديد تيار على التوالي دائمًا عند التشغيل من مصدر جهد. يمكن حساب قيمة المقاومة (R) باستخدام قانون أوم: R = (V_المصدر- V_F) / I_F. على سبيل المثال، لتشغيل LED عند 20 مللي أمبير من مصدر 5 فولت مع V_Fنموذجي بقيمة 2.0 فولت: R = (5V - 2.0V) / 0.020A = 150 Ω. يجب استخدام مقاومة لكل LED عند توصيل عدة مصابيح LED على التوازي (نموذج الدائرة A). لا يوصى بتوصيل مصابيح LED مباشرة على التوازي بدون مقاومات فردية (نموذج الدائرة B) بسبب الاختلافات في خصائص V_Fالفردية، مما يسبب توزيعًا غير متساوٍ للتيار ومستويات سطوع مختلفة.

8.2 الحماية من التفريغ الكهروستاتيكي (ESD)

هذا LED حساس للتفريغ الكهروستاتيكي. يمكن أن يسبب ESD تلفًا كامنًا، يؤدي إلى زيادة تيار التسرب العكسي، أو انخفاض جهد التشغيل الأمامي، أو فشل كامل (عدم إضاءة). إجراءات الوقاية إلزامية أثناء التعامل والتجميع:

• استخدام أساور معصم مؤرضة وحصائر مضادة للكهرباء الساكنة.
• تأكد من أن جميع المعدات ومحطات العمل مؤرضة بشكل صحيح.
• استخدام مؤينات لتحييد الشحنة الساكنة التي قد تتراكم على العدسة البلاستيكية.

لاختبار التلف المحتمل من ESD، تحقق مما إذا كان LED يضيء عند تيار منخفض جدًا (مثل 0.1 مللي أمبير). يجب أن يكون لـ LED AlInGaP السليم V_F> 1.4 فولت في حالة الاختبار هذه.

8.3 الإدارة الحرارية

على الرغم من أن تبديد الطاقة منخفض نسبيًا (75 ملي واط كحد أقصى)، فإن التبريد الفعال عبر وسادات النحاس في PCB مهم للحفاظ على إخراج ضوء مستقر وعمر طويل، خاصة في بيئات درجة الحرارة المحيطة العالية أو عند التشغيل بالقرب من التيار الأقصى. تأكد من أن تخطيط PCB يوفر مساحة نحاسية كافية متصلة بالوسادات الحرارية لـ LED.

9. الموثوقية والاختبار

يخضع المنتج لاختبارات موثوقية قياسية وفقًا للمعايير الصناعية. قد تشمل هذه الاختبارات اختبار عمر التشغيل في درجة حرارة الغرفة ودرجات حرارة مرتفعة، والتدوير الحراري، واختبار الرطوبة، واختبارات قابلية اللحام. يتم الإشارة إلى ظروف الاختبار والمعايير المحددة في ورقة البيانات لضمان متانة المكون للتطبيقات التجارية والصناعية.

10. الأسئلة المتكررة (FAQ)

10.1 ما الفرق بين الطول الموجي الذروي والطول الموجي السائد؟

الطول الموجي الذروي (λ_P) هو الطول الموجي الفيزيائي حيث يكون انبعاث الضوء أقوى. الطول الموجي السائد (λ_d) هو قيمة محسوبة من علم الألوان (مخطط CIE) تمثل بشكل أفضل اللون الذي تدركه العين البشرية. لمصدر أحادي اللون مثل هذا LED الأصفر، غالبًا ما يكونان قريبين ولكن ليسا متطابقين.

10.2 هل يمكنني تشغيل هذا LED بدون مقاومة تحديد تيار؟

لا. جهد التشغيل الأمامي ليس قيمة ثابتة ولكنه يختلف قليلاً من وحدة لأخرى وينخفض مع درجة الحرارة. توصيله مباشرة بمصدر جهد سيؤدي إلى تدفق تيار غير مسيطر عليه وربما مدمر. مطلوب دائمًا مقاومة على التوالي أو محرك تيار ثابت.

10.3 لماذا يوجد نطاق واسع في مواصفة شدة الإضاءة (180-18 ملي كانديلا)؟

هذا هو النطاق الإجمالي المحتمل عبر جميع فئات الإنتاج. يتم فرز مصابيح LED الفعلية إلى فئات أضيق (M, N, P, Q, R) كما هو موضح في القسم 3. يجب عليك تحديد فئة السطوع المطلوبة عند الطلب للحصول على أداء متسق.

10.4 هل هذا LED مناسب للاستخدام في الهواء الطلق؟

نطاق درجة حرارة التشغيل (-55°C إلى +85°C) يسمح بالاستخدام في العديد من البيئات الخارجية. ومع ذلك، قد يؤدي التعرض المطول لأشعة الشمس فوق البنفسجية المباشرة إلى تدهور مادة العدسة الإيبوكسية بمرور الوقت، مما قد يسبب تغير اللون أو انخفاض إخراج الضوء. للتطبيقات الخارجية القاسية، يجب النظر في مصابيح LED ذات عدسات مقاومة للأشعة فوق البنفسجية.

11. مثال تطبيقي عملي

السيناريو: تصميم لوحة مؤشرات حالة لوحدة تحكم صناعية.تتطلب اللوحة 10 مصابيح LED صفراء ساطعة للإشارة إلى "النظام نشط" أو "تحذير". خط الطاقة للنظام هو 3.3 فولت.

خطوات التصميم:

1. اختيار التيار:اختر تيار تشغيل 20 مللي أمبير لتوازن جيد بين السطوع والعمر الافتراضي.
2. حساب المقاومة:استخدام أقصى V_F(2.4 فولت) لتصميم متحفظ يضمن عدم تشغيل LED بشكل مفرط حتى مع الاختلاف بين الوحدات. R = (3.3V - 2.4V) / 0.020A = 45 Ω. أقرب قيمة قياسية هي 47 Ω.
3. الطاقة في المقاومة:P = I²* R = (0.020)²* 47 = 0.0188 واط. مقاومة قياسية 1/8 واط (0.125 واط) أكثر من كافية.
4. طوبولوجيا الدائرة:استخدم 10 دوائر متطابقة، كل دائرة تحتوي على LED واحد ومقاومة 47Ω متصلة بخط 3.3 فولت. لا تقم بتوصيل مصابيح LED العشرة على التوازي بمشاركة مقاومة واحدة.
5. تخطيط PCB:اتبع تخطيط الوسادة الموصى به من ورقة البيانات. قم بتضمين مساحة نحاسية صغيرة متصلة بوسادات الكاثود/الأنود لتخفيف حراري طفيف.
6. الطلب:حدد رمز الفئة "R" (112-180 ملي كانديلا) لضمان أن المؤشرات موحدة السطوع وواضحة الرؤية.

12. مقدمة التكنولوجيا والاتجاهات

12.1 مبدأ تكنولوجيا AlInGaP

AlInGaP هو مادة شبه موصلة مركبة من المجموعة III-V حيث يتم دمج الألومنيوم (Al)، والإنديوم (In)، والجاليوم (Ga)، والفوسفور (P) بنسب محددة. من خلال ضبط هذه النسب، يمكن هندسة فجوة النطاق للمادة، والتي تحدد مباشرة الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث عندما تتحد الإلكترونات والثقوب. AlInGaP فعال بشكل خاص في المناطق الطيفية الحمراء والبرتقالية والعنبرية والصفراء، مما يوفر كفاءة أعلى واستقرار حراري أفضل من التقنيات الأقدم مثل GaAsP.

12.2 اتجاهات الصناعة

الاتجاه العام في مصابيح LED المؤشر SMD هو نحو كفاءة أعلى (مزيد من إخراج الضوء لكل وحدة طاقة كهربائية)، وتحسين اتساق اللون من خلال تصنيف أضيق، وزيادة الموثوقية تحت ملفات تعريف اللحام عالية الحرارة المطلوبة للتجميع الخالي من الرصاص. هناك أيضًا اتجاه نحو التصغير (عبوات أصغر مثل 0402 و 0201) للتطبيقات المقيدة بالمساحة، على الرغم من أن عبوة 1206 تظل شائعة لسهولة التعامل معها، ورؤية وصلة اللحام الجيدة، وأدائها الحراري القوي. اتجاه آخر هو دمج مقاومات مدمجة أو محركات IC داخل عبوة LED لتبسيط تصميم الدائرة.