ورقة بيانات LED الأزرق متوسط القدرة 67-21S - عبوة PLCC-2 - 150 مللي أمبير - 3.2 فولت نموذجي - 540 مللي واط - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد 67-21S صمامًا ثنائيًا باعثًا للضوء (LED) متوسط القدرة من نوع الأجهزة السطحية (SMD)، مُصممًا لتطبيقات الإضاءة العامة. يستخدم عبوة PLCC-2 (حامل الرقاقة الرصاصي البلاستيكي)، مما يوفر عامل شكل مضغوطًا مناسبًا لعمليات التجميع الآلي. اللون الأساسي المنبعث هو الأزرق، ويتم تحقيقه من خلال تقنية رقاقة إن-غا-ن (InGaN)، مغلفة براتنج صافٍ لتعظيم خرج الضوء. يتميز هذا الصمام الثنائي بكفاءته العالية وزاوية رؤية واسعة تبلغ 120 درجة، مما يجعله متعدد الاستخدامات لمختلف احتياجات الإضاءة. وهو متوافق مع توجيهات RoHS ويُصنع كمكون خالٍ من الرصاص.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

تشمل المزايا الرئيسية لهذا الصمام الثنائي توازنه بين الأداء واستهلاك الطاقة، وغالبًا ما يُشار إليه بـ \"متوسط القدرة\". يوفر خرجًا ضوئيًا أعلى من صمامات LED المؤشر منخفضة القدرة النموذجية مع الحفاظ على إدارة حرارية وكفاءة أفضل مقارنة ببعض نظيراتها عالية القدرة. تضمن زاوية الرؤية الواسعة توزيعًا موحدًا للضوء، وهو أمر بالغ الأهمية للإضاءة المساحية. الأسواق المستهدفة الأساسية هي الإضاءة الزخرفية والترفيهية، حيث يكون اللون والضوء المنتشر مهمين، وإضاءة الزراعة، حيث يمكن أن تؤثر الأطياف الضوئية المحددة على نمو النبات. كما أنه مناسب للإضاءة العامة في المنتجات الاستهلاكية والتجارية.

2. الغوص العميق في المعلمات التقنية

2.1 القيم القصوى المطلقة

يتم تحديد الحدود التشغيلية للجهاز تحت ظروف محددة (درجة حرارة نقطة اللحام عند 25°C). الحد الأقصى للتيار الأمامي المستمر (I_F) هو 150 مللي أمبير. يمكنه تحمل تيار أمامي ذروي (I_FP) بقيمة 300 مللي أمبير، ولكن فقط تحت ظروف النبض بدورة عمل 1/10 وعرض نبضة 10 مللي ثانية. الحد الأقصى لتبديد الطاقة (P_d) هو 540 مللي واط. نطاق درجة حرارة التشغيل (T_opr) يتراوح من -40°C إلى +85°C، ونطاق درجة حرارة التخزين (T_stg) يتراوح من -40°C إلى +100°C. المقاومة الحرارية من الوصلة إلى نقطة اللحام (R_{th J-S}) هي 50 درجة مئوية/واط، وهي معلمة حرجة لتصميم الإدارة الحرارية. الحد الأقصى المسموح به لدرجة حرارة الوصلة (T_j) هو 125°C. الجهاز حساس للتفريغ الكهروستاتيكي (ESD)، مما يتطلب إجراءات معالجة مناسبة.

2.2 الخصائص الكهروبصرية

تحت ظروف الاختبار القياسية (T_soldering= 25°C, I_F= 150 مللي أمبير)، يتم تحديد الأداء النموذجي للصمام الثنائي. يتراوح التدفق الضوئي (Φ) من حد أدنى 9.0 لومن إلى حد أقصى 15.0 لومن، مع تسامح نموذجي ±11%. عادةً ما يقع الجهد الأمامي (V_F) بين 2.9 فولت و 3.6 فولت، مع تسامح تصنيعي أضيق يبلغ ±0.1 فولت. زاوية الرؤية (2θ_1/2)، والمعرفة على أنها الزاوية التي تنخفض فيها الشدة الضوئية إلى نصف قيمتها القصوى، تبلغ نموذجيًا 120 درجة. يتم تحديد التيار العكسي (I_R) بحد أقصى 50 ميكرو أمبير عند تطبيق جهد عكسي (V_R) بقيمة 5 فولت.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

لضمان الاتساق في الإنتاج، يتم فرز صمامات LED إلى مجموعات (Bins) بناءً على معلمات الأداء الرئيسية.

3.1 التصنيف الضوئي (التدفق الضوئي)

يتم تصنيف خرج التدفق الضوئي إلى رموز مجموعات متعددة (B8, B9, L1-L5). يمثل كل رمز نطاق تدفق محدد يتم قياسه عند 150 مللي أمبير. على سبيل المثال، تغطي المجموعة B8 من 9.0 إلى 9.5 لومن، بينما تغطي المجموعة L5 من 14.0 إلى 15.0 لومن. وهذا يسمح للمصممين باختيار صمامات LED بمستوى السطوع المطلوب لتطبيقهم.

3.2 تصنيف الجهد الأمامي

يتم تصنيف الجهد الأمامي إلى رموز من 36 إلى 42. يمثل كل رمز نطاق 0.1 فولت، بدءًا من 2.9-3.0 فولت للمجموعة 36 وحتى 3.5-3.6 فولت للمجموعة 42. يعد اختيار صمامات LED من نفس مجموعات الجهد أو المجموعات المجاورة أمرًا مهمًا لضمان توزيع تيار موحد عند توصيل عدة صمامات LED على التوازي.

3.3 تصنيف الطول الموجي السائد

يتم تصنيف اللون (الطول الموجي السائد) إلى نطاقين: B54 (465-470 نانومتر) و B55 (470-475 نانومتر). وهذا يوفر درجة من اتساق اللون للتطبيقات التي تتطلب درجة لونية زرقاء محددة. تسامح القياس للطول الموجي السائد/الذروة هو ±1 نانومتر.

4. تحليل منحنيات الأداء

4.1 توزيع الطيف

يظهر الرسم البياني للطيف المقدم منحنى انبعاث نموذجي لصمام LED أزرق من نوع إن-غا-ن (InGaN). يتركز الذروة في منطقة الطول الموجي الأزرق (حوالي 465-475 نانومتر)، بعرض طيفي ضيق نسبيًا، وهي سمة مميزة لهذه المادة شبه الموصلة.

4.2 الجهد الأمامي مقابل درجة حرارة الوصلة

يوضح الشكل 1 كيف يتحول الجهد الأمامي مع زيادة درجة حرارة الوصلة. عادةً ما ينخفض الجهد خطيًا مع ارتفاع درجة الحرارة (معامل درجة حرارة سالب)، وهي سمة شائعة للثنائيات شبه الموصلة. يجب أخذ هذا في الاعتبار في دوائر القيادة ذات الجهد الثابت.

4.3 القدرة الإشعاعية النسبية مقابل التيار الأمامي

يوضح الشكل 2 العلاقة بين قدرة الخرج البصري والتيار الأمامي. يزداد الخرج بشكل شبه خطي مع التيار، وقد تنخفض الكفاءة عند تيارات عالية جدًا بسبب زيادة توليد الحرارة وتأثيرات غير مثالية أخرى.

4.4 التدفق الضوئي النسبي مقابل درجة حرارة الوصلة

يوضح الشكل 3 تأثير التبريد الحراري. مع زيادة درجة حرارة الوصلة، ينخفض خرج التدفق الضوئي. يعد وجود بالوعة حرارة مناسبة أمرًا ضروريًا للحفاظ على خرج الضوء وطول العمر.

4.5 التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى IV)

يقدم الشكل 4 منحنى خاصية IV الكلاسيكي للثنائي عند 25°C. يظهر العلاقة الأسية بين التيار والجهد بمجرد تجاوز جهد التشغيل.

4.6 الحد الأقصى لتيار القيادة مقابل درجة حرارة اللحام

يوفر الشكل 5 منحنى تخفيض التصنيف. يشير إلى الحد الأقصى المسموح به للتيار الأمامي للحفاظ على درجة حرارة الوصلة أقل من حدها البالغ 125°C، بناءً على درجة حرارة نقطة اللحام (المرتبطة بدرجة حرارة اللوحة PCB). في درجات الحرارة المحيطة أو درجات حرارة اللوحة الأعلى، يجب تقليل التيار.

4.7 نمط الإشعاع

الشكل 6 هو رسم قطبي يظهر التوزيع المكاني لشدة الضوء. يؤكد النمط ملف الانبعاث الواسع الشبيه بلامبرتيان بزاوية رؤية 120 درجة.

5. معلومات الميكانيكية والعبوة

5.1 أبعاد العبوة

تتضمن ورقة البيانات رسمًا تفصيليًا لأبعاد عبوة PLCC-2. تشمل الأبعاد الرئيسية الطول والعرض والارتفاع الإجماليين، وكذلك تباعد ومساحة الوسادات (Pads). عادةً ما يتم تحديد الكاثود بواسطة علامة أو زاوية مشطوفة على العبوة. جميع التسامحات غير المحددة هي ±0.15 مم.

6. إرشادات اللحام والتجميع

الصمام الثنائي مناسب للحام بإعادة التدفق (Reflow). الحد الأقصى الموصى به للملف الشخصي للحرارة هو درجة حرارة ذروية 260°C لمدة 10 ثوانٍ. للحام اليدوي، يجب ألا تتجاوز درجة حرارة طرف المكواة 350°C، ويجب أن يقتصر وقت التلامس على 3 ثوانٍ لكل وسادة (Pad). هذه الحدود حاسمة لمنع تلف العبوة البلاستيكية والروابط السلكية الداخلية.

7. معلومات التعبئة والطلب

7.1 مواصفات البكرة والشريط

يتم توريد المكونات على شريط وبكرة مقاومة للرطوبة للتجميع الآلي (Pick-and-Place). يتم توفير أبعاد البكرة وأبعاد جيوب الشريط الحامل. الكمية القياسية المحملة هي 4000 قطعة لكل بكرة.

7.2 الحساسية للرطوبة والتعبئة

يتم تعبئة صمامات LED في كيس ألومنيوم مقاوم للرطوبة مع مجفف لحمايتها من الرطوبة المحيطة أثناء التخزين والنقل، حيث أن امتصاص الرطوبة يمكن أن يسبب ظاهرة \"الفشار\" (Popcorning) أثناء لحام إعادة التدفق.

7.3 شرح الملصق

يحتوي ملصق البكرة على معلومات مثل رقم المنتج (P/N)، الكمية (QTY)، ورموز المجموعات المحددة للشدة الضوئية (CAT)، والطول الموجي السائد (HUE)، والجهد الأمامي (REF).

8. اقتراحات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

الإضاءة الزخرفية والترفيهية:اللون الأزرق وزاوية الرؤية الواسعة يجعلانه مناسبًا للإضاءة التمييزية، اللافتات، وتأثيرات المسرح.
إضاءة الزراعة:الضوء الأزرق هو مكون رئيسي في أطياف إضاءة البستنة، حيث يؤثر على مورفولوجيا النبات والتمثيل الضوئي.
الإضاءة العامة:يمكن استخدامه في مصفوفات لأضواء الألواح، الأضواء الموجهة للأسفل، وغيرها من التركيبات حيث تكون هناك حاجة لمصدر ضوء أزرق منتشر أو أبيض (عند دمجه مع الفوسفور).

8.2 اعتبارات التصميم

الإدارة الحرارية:مع مقاومة حرارية (R_{th J-S}) بقيمة 50 درجة مئوية/واط، فإن وجود بالوعة حرارة فعالة عبر اللوحة PCB (باستخدام الثقوب الحرارية، صب النحاس) إلزامي للتشغيل الموثوق به عند التيار الكامل.
قيادة التيار:يوصى بشدة باستخدام محرك تيار ثابت بدلاً من مصدر جهد ثابت لضمان خرج ضوئي مستقر ومنع الانحراف الحراري.
البصريات:قد تتطلب زاوية الرؤية الواسعة بصريات ثانوية (عدسات، عواكس) إذا كان الحزمة الأكثر تركيزًا مطلوبة.
حماية ESD:تنفيذ حماية ESD على مدخلات اللوحة PCB وضمان المعالجة المناسبة أثناء التجميع.

9. الموثوقية والاختبار

تدرج ورقة البيانات مجموعة شاملة من اختبارات الموثوقية التي تم إجراؤها بمستوى ثقة 90% و LTPD بنسبة 10% (نسبة العيوب المسموح بها للدفعة). تشمل الاختبارات مقاومة لحام إعادة التدفق، الصدمة الحرارية، دورات درجة الحرارة، التخزين والتشغيل في درجة حرارة/رطوبة عالية، التخزين والتشغيل في درجة حرارة منخفضة، واختبارات متعددة لحياة التشغيل في درجة حرارة عالية تحت ظروف مختلفة (25°C، 55°C، 85°C مع تيارات مختلفة). تتحقق هذه الاختبارات من متانة الصمام الثنائي تحت الضغوط البيئية والتشغيلية النموذجية.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

س: هل يمكنني تشغيل هذا الصمام الثنائي عند 300 مللي أمبير بشكل مستمر؟
ج: لا. تصنيف 300 مللي أمبير مخصص للتشغيل النبضي فقط (دورة عمل 1/10، عرض نبضة 10 مللي ثانية). الحد الأقصى للتيار المستمر هو 150 مللي أمبير. تجاوز هذا من المرجح أن يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة وتلف الصمام الثنائي.

س: لماذا يعد تصنيف الجهد الأمامي مهمًا؟
ج: عند توصيل عدة صمامات LED على التوازي، تسبب الاختلافات في الجهد الأمامي توزيعًا غير متساوٍ للتيار. ستسحب صمامات LED ذات الجهد الأمامي (V_F) الأقل تيارًا أكثر، مما قد يؤدي إلى فشل مبكر. يقلل استخدام صمامات LED من نفس مجموعة الجهد من هذه المخاطر.

س: كيف أفسر قيمة المقاومة الحرارية (50 درجة مئوية/واط)؟
ج: هذا يعني أنه لكل واط من الطاقة المبددة في وصلة الصمام الثنائي، سترتفع درجة حرارة الوصلة بمقدار 50°C فوق درجة الحرارة عند نقطة اللحام. على سبيل المثال، عند 150 مللي أمبير وجهد أمامي (V_F) بقيمة 3.2 فولت، الطاقة حوالي 0.48 واط. سيؤدي هذا إلى ارتفاع قدره 24°C من وسادة اللوحة PCB إلى الوصلة.

س: ما هو الغرض من الكيس المقاوم للرطوبة؟
ج: يمكن لعبوات SMD امتصاص الرطوبة من الهواء. أثناء عملية لحام إعادة التدفق عالية الحرارة، يمكن لهذه الرطوبة المحتبسة أن تتبخر بسرعة، مما يخلق ضغطًا داخليًا يتسبب في تشقق العبوة (\"الفشار\"). يمنع الكيس المقاوم للرطوبة والمجفف الامتصاص قبل الاستخدام.

11. حالة تصميم عملية

السيناريو:تصميم شريط ضوئي خطي باستخدام 20 قطعة من صمام LED 67-21S.
خطوات التصميم:
1. التصميم الكهربائي:تحديد تكوين التوالي-التوازي. على سبيل المثال، توصيل 10 سلاسل على التوازي، تحتوي كل سلسلة على 2 صمام LED على التوالي. يتطلب هذا جهد قيادة حوالي 6.4 فولت (2 * 3.2 فولت) وتيار إجمالي 1.5 أمبير (10 سلاسل * 150 مللي أمبير). هناك حاجة إلى محرك تيار ثابت مضبوط على 1.5 أمبير وقادر على إخراج >7 فولت.
2. التصميم الحراري:حساب تبديد الطاقة الإجمالي: 20 صمام LED * 0.48 واط ≈ 9.6 واط. يجب أن تعمل اللوحة PCB كبالوعة حرارة. استخدم طبقة نحاسية 2 أونصة، ثقوب حرارية تحت كل وسادة صمام LED متصلة بمستوى أرضي داخلي كبير، وفكر في لوحة PCB ذات قلب ألومنيوم (MCPCB) لنشر حراري أفضل.
3. التصميم البصري:للشريط الخطي، قد تكون الحزمة الأصلية بزاوية 120 درجة كافية. إذا تم استخدام غطاء منتشر، فتأكد من أن له نفاذية عالية للحفاظ على الكفاءة.
4. اختيار المكونات:حدد صمامات LED من نفس مجموعة التدفق الضوئي (مثل L2) ومجموعة الجهد الأمامي (مثل 38) لضمان سطوع موحد وتقاسم التيار.

12. مقدمة عن المبدأ التقني

يعتمد صمام LED 67-21S على بنية غير متجانسة شبه موصلة مصنوعة من نيتريد الغاليوم الإنديوم (InGaN). عند تطبيق جهد أمامي عبر وصلة p-n، يتم حقن الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة. يؤدي إعادة اتحادها إلى إطلاق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد التركيب المحدد لسبيكة InGaN طاقة فجوة النطاق، والتي بدورها تحدد الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث - في هذه الحالة، الأزرق. تحتوي عبوة PLCC-2 على القطعة شبه الموصلة على إطار توصيل، وتوصله بأسلاك دقيقة، وتغلفه في راتنج إيبوكسي أو سيليكون صافٍ يحمي القطعة ويعمل كعنصر بصري أساسي.

13. اتجاهات التكنولوجيا

يستمر سوق صمامات LED متوسطة القدرة مثل 67-21S في التطور. تشمل الاتجاهات الرئيسية:
زيادة الكفاءة (لومن/واط):التحسينات المستمرة في تصميم الرقاقة، النمو الطبقي، وكفاءة استخراج العبوة تؤدي إلى خرج ضوئي أعلى لنفس المدخلات الكهربائية.
تحسين اتساق اللون:تسامحات تصنيف أضيق وضوابط تصنيع متقدمة تقلل من تباين اللون داخل وبين دفعات الإنتاج.
تعزيز الموثوقية:تطوير مواد عبوة أكثر متانة (مثل السيليكونات عالية الحرارة) وتقنيات تثبيت القطعة لتحمل درجات حرارة تشغيل أعلى وبيئات أقسى.
التحسين المخصص للتطبيق:يتم تصميم صمامات LED بشكل متزايد لأسواق محددة مثل البستنة، مع أطياف محسنة لمستقبلات الضوء النباتية، أو للإضاءة المتمحورة حول الإنسان، مع مراعاة الإيقاعات اليومية.