ورقة بيانات LED الأحمر العميق متوسط القدرة SMD 67-21S - عبوة PLCC-2 - 150mA - 405mW - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

تحدد هذه الوثيقة مواصفات ديود باعث للضوء متوسط القدرة من نوع جهاز مثبت على السطح (SMD) في عبوة PLCC-2، يصدر ضوءًا أحمرًا عميقًا. تم تصنيع الجهاز باستخدام تقنية شريحة AlGaInP مغلفة براتنج صافٍ. تم تصميمه للتطبيقات التي تتطلب كفاءة عالية، وزاوية رؤية واسعة، وعامل شكل مضغوط ضمن نطاق استهلاك طاقة متوسط. المكون خالٍ من الرصاص ومتوافق مع توجيهات RoHS.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

تشمل المزايا الأساسية لهذا الـ LED كفاءته الضوئية العالية، مما يعني إخراج ضوئي فعال للطاقة الكهربائية المستهلكة. تضمن زاوية الرؤية الواسعة البالغة 120 درجة توزيعًا موحدًا للضوء، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي يكون فيها الإضاءة الواسعة أمرًا بالغ الأهمية. تتيح عبوة PLCC-2 المضغوطة تخطيطات PCB عالية الكثافة. تجعل هذه الميزات مجتمعة منه خيارًا مثاليًا للإضاءة الزخرفية والترفيهية، والإضاءة الزراعية (مثل إضاءة نمو النباتات التكميلية)، وأغراض الإضاءة العامة حيث يكون الناتج الطيفي الأحمر العميق مطلوبًا.

2. الغوص العميق في المعلمات التقنية

2.1 القيم القصوى المطلقة

تحدد هذه القيم الحدود التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. يجب الحفاظ على التشغيل ضمن هذه الحدود.

• التيار الأمامي (I_F): 150 مللي أمبير (مستمر).
• تيار الذروة الأمامي (I_FP): 300 مللي أمبير (نبضي، دورة عمل 1/10، عرض النبضة 10 مللي ثانية).
• تبديد الطاقة (P_d): 405 ملي واط. هذه هي أقصى قدرة ضائعة مسموح بها عند الوصلة.
• درجة حرارة التشغيل (T_opr): من -40°C إلى +85°C.
• درجة حرارة التخزين (T_stg): من -40°C إلى +100°C.
• المقاومة الحرارية (R_{th J-S}): 50 درجة مئوية/واط (من الوصلة إلى نقطة اللحام). هذه المعلمة حاسمة لتصميم إدارة الحرارة.
• درجة حرارة الوصلة (T_j): 115 درجة مئوية (الحد الأقصى).
• درجة حرارة اللحام: إعادة التدفق: 260°C لمدة 10 ثوانٍ كحد أقصى. اللحام اليدوي: 350°C لمدة 3 ثوانٍ كحد أقصى. الجهاز حساس للتفريغ الكهروستاتيكي (ESD).

2.2 الخصائص الكهروضوئية

تم القياس عند درجة حرارة نقطة اللحام (T_soldering) تساوي 25°C. يتم توفير القيم النموذجية للرجوع إليها؛ تحدد القيم الدنيا/القصوى نطاق الأداء المضمون.

• الطاقة الإشعاعية (Φ_e): 80 ملي واط (الحد الأدنى)، 180 ملي واط (الحد الأقصى) عند I_F=150mA. هذه هي إجمالي قدرة الإخراج الضوئي، مقاسة بالملي واط. التسامح هو ±11%.
• الجهد الأمامي (V_F): 1.8 فولت (الحد الأدنى)، 2.7 فولت (الحد الأقصى) عند I_F=150mA. تقع القيمة النموذجية ضمن هذا النطاق. التسامح هو ±0.1 فولت من القيمة المجمعة.
• زاوية الرؤية (2θ_1/2): 120 درجة (نموذجي) عند I_F=150mA. هذه هي الزاوية الكاملة التي تكون عندها شدة الإضاءة نصف القيمة القصوى.
• التيار العكسي (I_R): 50 ميكرو أمبير (الحد الأقصى) عند جهد عكسي (V_R) بقيمة 5 فولت.

3. شرح نظام التجميع

يتم تصنيف الـ LED إلى مجموعات للمعلمات الرئيسية لضمان الاتساق في تصميم التطبيق. رموز المجموعات المحددة هي جزء من رقم طلب المنتج.

3.1 مجموعات الطاقة الإشعاعية

تم تجميعها عند I_F=150mA. تمثل الرموز من C1 إلى C5 نطاقات قدرة إخراج متزايدة.

• C1: 80 - 100 ملي واط
• C2: 100 - 120 ملي واط
• C3: 120 - 140 ملي واط
• C4: 140 - 160 ملي واط
• C5: 160 - 180 ملي واط

3.2 مجموعات الجهد الأمامي

تم تجميعها عند I_F=150mA. تمثل الرموز من 25 إلى 33 نطاقات جهد أمامي متزايدة.

• 25: 1.8 - 1.9 فولت
• 26: 1.9 - 2.0 فولت
• ... حتى33: 2.6 - 2.7 فولت

3.3 مجموعات الطول الموجي القصوي

تم تجميعها عند I_F=150mA. يحدد الذروة الطيفية للانبعاث الأحمر العميق.

• DA2: 650 - 660 نانومتر
• DA3: 660 - 670 نانومتر
• DA4: 670 - 680 نانومتر

تسامح قياس الطول الموجي السائد/الذروة هو ±1 نانومتر.

4. تحليل منحنيات الأداء

4.1 توزيع الطيف

يظهر منحنى الطيف المقدم ذروة ضيقة ومحددة جيدًا في منطقة الأحمر العميق (حوالي 650-680 نانومتر اعتمادًا على المجموعة)، وهي سمة لأشباه الموصلات من نوع AlGaInP. هناك انبعاث ضئيل في النطاقات الطيفية الأخرى، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب ضوءًا أحمرًا نقيًا.

4.2 الجهد الأمامي مقابل درجة حرارة الوصلة

يوضح الشكل 1 أن الجهد الأمامي (V_F) له معامل درجة حرارة سالب. مع زيادة درجة حرارة الوصلة (T_j) من 25°C إلى 115°C، ينخفض V_Fخطيًا بحوالي 0.25 فولت. هذا اعتبار بالغ الأهمية لتصميم محرك التيار الثابت لضمان تشغيل مستقر عبر درجات الحرارة.

4.3 الطاقة الإشعاعية النسبية مقابل التيار الأمامي

يظهر الشكل 2 علاقة دون خطية. تزداد الطاقة الإشعاعية مع التيار ولكنها تبدأ في التشبع عند التيارات الأعلى (فوق ~100 مللي أمبير) بسبب زيادة التأثيرات الحرارية وانخفاض الكفاءة. قد لا يؤدي التشغيل عند أقصى تيار مقنن (150 مللي أمبير) إلى إخراج أعلى بشكل متناسب مقارنة بتيار أقل قليلاً.

4.4 الشدة الضوئية النسبية مقابل درجة حرارة الوصلة

يوضح الشكل 3 تأثير الإخماد الحراري. مع ارتفاع T_jينخفض الإخراج الضوئي. الشدة عند 115°C هي تقريبًا 70-80% من قيمتها عند 25°C. يعد وجود بالوعة حرارة فعالة أمرًا ضروريًا للحفاظ على إخراج الضوء.

4.5 التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى IV)

يقدم الشكل 4 خاصية IV الكلاسيكية للديود عند 25°C. يظهر المنحنى العلاقة الأسية في منطقة التيار المنخفض وسلوكًا أكثر خطية ومقاومًا عند تيار التشغيل البالغ 150 مللي أمبير، حيث يمكن استنتاج المقاومة الديناميكية.

4.6 أقصى تيار قيادة مقابل درجة حرارة اللحام

الشكل 5 هو منحنى تخفيض التصنيف. يشير إلى أنه يجب تقليل الحد الأقصى المسموح به للتيار الأمامي المستمر إذا تجاوزت درجة الحرارة عند نقطة اللحام (T_S) حوالي 70°C. على سبيل المثال، عند T_S=90°C، يتم تخفيض الحد الأقصى لـ I_Fإلى حوالي 110 مللي أمبير. هذا الرسم البياني حيوي للاعتمادية في بيئات درجة الحرارة المحيطة العالية.

4.7 نمط الإشعاع

الشكل 6 (مخطط الإشعاع) يؤكد نمط الانبعاث شبه لامبرتيان بزاوية رؤية 120 درجة. الشدة موحدة تقريبًا عبر منطقة مركزية واسعة، وتنخفض إلى 50% عند ±60 درجة من المحور الميكانيكي.

5. المعلومات الميكانيكية والخاصة بالعبوة

5.1 أبعاد العبوة

تحتوي عبوة PLCC-2 على بصمة قياسية. تشمل الأبعاد الرئيسية (بالمليمتر، تسامح ±0.1 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك) الطول الإجمالي والعرض والارتفاع، وكذلك تباعد ومساحة الوسادة. عادةً ما يتم تحديد الكاثود بواسطة علامة على العبوة أو زاوية مشطوفة. يجب الرجوع إلى الرسم الأبعاد الدقيق لتصميم نمط أرضية PCB.

5.2 تحديد القطبية

يجب أن يكون الاتجاه صحيحًا للتشغيل الصحيح. يوضح رسم العبوة في ورقة البيانات بوضوح وسائد الأنود والكاثود. سيؤدي اتصال القطبية غير الصحيح أثناء اللحام إلى منع الـ LED من الإضاءة وقد يعرضه لجهد عكسي.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 ملف تعريف لحام إعادة التدفق

أقصى حالة تحمل هي 260°C لمدة 10 ثوانٍ. يوصى بملف تعريف قياسي خالٍ من الرصاص لإعادة التدفق بذروة درجة حرارة أقل من 260°C ووقت فوق السائل (TAL) يتم التحكم فيه. يجب مراعاة اختلافات الكتلة الحرارية على لوحة PCB لضمان تعرض جميع مصابيح LED لنفس التعرض الحراري.

6.2 اللحام اليدوي

إذا كان اللحام اليدوي ضروريًا، يجب ألا تتجاوز درجة حرارة طرف المكواة 350°C، ويجب أن يقتصر وقت التلامس مع طرف الـ LED على 3 ثوانٍ أو أقل لكل وسادة. استخدم تقنية منخفضة الكتلة الحرارية.

6.3 ظروف التخزين

يتم تعبئة الأجهزة في أكياس حاجزة مقاومة للرطوبة مع مجفف. بمجرد فتح الكيس المغلق، تصبح المكونات حساسة لامتصاص الرطوبة (تصنيف MSL). يجب استخدامها ضمن العمر الافتراضي المحدد أو خبزها وفقًا لمعايير IPC/JEDEC قبل إعادة التدفق إذا تم تجاوزه. يجب أن يكون التخزين طويل الأمد في بيئة جافة بدرجات حرارة بين -40°C و 100°C.

7. معلومات التعبئة والطلب

7.1 مواصفات البكرة والشريط

يتم توريد مصابيح LED على شرائط ناقلة بارزة ملفوفة على بكرات. يتم توفير أبعاد البكرة القياسية وعروض الشرائط. تشمل الكميات الشائعة لكل بكرة 250 و 500 و 1000 و 2000 و 3000 و 4000 قطعة، مما يسهل التجميع الآلي بالالتقاط والوضع.

7.2 شرح الملصق

يحتوي ملصق البكرة على معلومات حرجة: رقم المنتج (P/N)، الذي يشفر اختيارات المجموعات المحددة للطاقة الإشعاعية (CAT)، والطول الموجي (HUE)، والجهد الأمامي (REF)؛ كمية التعبئة (QTY)؛ ورقم الدفعة (LOT No) للتتبع.

8. اقتراحات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

• الإضاءة الزخرفية والترفيهية: إضاءة الزخرفة المعمارية، إضاءة المسرح، واللافتات حيث يكون اللون الأحمر العميق مطلوبًا.
• الإضاءة الزراعية: إضاءة تكميلية في البستنة، خاصة للاستجابات الضوئية الشكلية في النباتات (مثل التأثير على الإزهار، استطالة الساق) التي تكون حساسة للضوء الأحمر والأحمر البعيد.
• الاستخدام العام: أضواء المؤشر، الإضاءة الخلفية، وأي تطبيق يحتاج إلى مصدر ضوء أحمر موثوق وفعال.

8.2 اعتبارات التصميم

• إدارة الحرارة: مع R_{th J-S}بقيمة 50°C/W، يجب أن تعمل لوحة PCB كبالوعة حرارة فعالة. استخدم مساحة نحاسية كافية تحت وحول الوسادة الحرارية، وفكر في الثقوب الحرارية إلى الطبقات الداخلية أو لوحة PCB ذات قلب معدني للتطبيقات عالية الطاقة أو ذات درجة الحرارة المحيطة العالية.
• قيادة التيار:** استخدم دائمًا محرك تيار ثابت، وليس مصدر جهد ثابت. يجب تصميم المحرك لاستيعاب نطاق V_Fالمجمع ومعامله الحراري السالب. فكر في إمكانيات التعتيم إذا لزم الأمر.
• التصميم البصري: قد تتطلب زاوية الرؤية الواسعة بصريات ثانوية (عدسات، عواكس) إذا كانت هناك حاجة لتشكيل الحزمة أو تركيزها. يسمح الراتنج الصافي باستخراج ضوء جيد.

9. الاعتمادية والاختبار

تحدد ورقة البيانات خطة اختبار اعتمادية شاملة أجريت بمستوى ثقة 90% ونسبة عيوب تحمل الدفعة (LTPD) 10%. تشمل الاختبارات:

• مقاومة لحام إعادة التدفق
• الصدمة الحرارية (-10°C إلى +100°C)
• دورة درجة الحرارة (-40°C إلى +100°C)
• التخزين في درجة حرارة/رطوبة عالية (85°C/85% RH)
• اختبارات تخزين وعمر تشغيل في درجات حرارة عالية/منخفضة تحت ظروف تيار ودرجة حرارة مختلفة.

تتحقق هذه الاختبارات من متانة الـ LED تحت ضغوط التصنيع والتشغيل النموذجية، مما يضمن الأداء طويل الأمد.

10. المقارنة التقنية والتمييز

بصفته LED أحمر عميق متوسط القدرة في عبوة PLCC-2، تكمن ميزاته الرئيسية في توازن الأداء والحجم. مقارنةً بمصابيح LED منخفضة القدرة، فإنه يوفر تدفقًا إشعاعيًا أعلى بكثير. مقارنةً بمصابيح LED عالية القدرة، فإنه يتمتع عادةً بمقاومة حرارية أقل للوحة ويمكن تشغيله بتيارات أقل، مما يبسط تصميم المحرك. يوفر استخدام تقنية AlGaInP كفاءة عالية في الطيف الأحمر مقارنة بتقنيات أخرى مثل الأحمر المحول بالفوسفور. يستهدف المزيج المحدد لتيار القيادة 150mA، وتبديد الطاقة 405mW، وزاوية 120° في عامل الشكل المضغوط هذا مكانة محددة في سوق الإضاءة.

11. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

11.1 ما هو تيار القيادة الذي يجب أن أستخدمه؟

للحصول على الإخراج المحدد بالكامل، استخدم تيارًا ثابتًا بقيمة 150 مللي أمبير. ومع ذلك، لتحسين طول العمر أو تقليل الحمل الحراري، يمكن القيادة بتيار أقل (مثل 100-120 مللي أمبير)، مع الإشارة إلى الإخراج بالنسبة لمنحنى الطاقة الإشعاعية النسبية مقابل التيار (الشكل 2). لا تتجاوز أبدًا 150 مللي أمبير مستمر.

11.2 كيف أفسر رموز المجموعات في رقم الجزء؟

يشفر رقم الجزء (مثل NDR3C-P5080C1C51827Z15/2T) المجموعات المحددة. يجب عليك الرجوع إلى الرموز الأبجدية الرقمية مع جداول المجموعات في الأقسام 3.1 و 3.2 و 3.3 لتحديد القيم الدنيا والقصوى المضمونة للطاقة الإشعاعية، والجهد الأمامي، والطول الموجي القصوي لهذا العنصر القابل للطلب المحدد.

11.3 لماذا ينخفض إخراج الضوء عندما يسخن الـ LED؟

هذا بسبب الخاصية المتأصلة لمواد أشباه الموصلات المعروفة باسم الإخماد الحراري أو انخفاض الكفاءة، كما هو موضح في الشكل 3. مع ارتفاع درجة الحرارة، تزداد إعادة التركيب غير الإشعاعي، مما يقلل من الكفاءة الكمية الداخلية. تقلل بالوعة الحرارة المناسبة من ارتفاع درجة حرارة الوصلة، مما يحافظ على إخراج ضوء أعلى.

11.4 هل يمكنني توصيل عدة مصابيح LED على التوالي أو التوازي؟

يُفضل عمومًا التوصيل على التوالي عند استخدام محرك تيار ثابت، حيث يمر نفس التيار عبر جميع مصابيح LED. ومع ذلك، فإن تسامحات الجهد الأمامي (المجموعات) تتراكم، مما يتطلب محركًا بجهد امتثال كافٍ. لا يُنصح بالتوصيل على التوازي بدون مقاومات محددة للتيار أو قنوات مخصصة بسبب عدم تطابق V_F، مما قد يسبب استحواذ التيار وعدم انتظام السطوع أو الفشل.

12. دراسة حالة تصميم عملية

السيناريو: تصميم شريط إضاءة زراعي للضوء الأحمر التكميلي في دفيئة بدرجة حرارة محيطة تصل إلى 40°C.

خطوات التصميم:

1. الاختيار: اختر هذا الـ LED الأحمر العميق لطيفه المستهدف (مثل مجموعة DA3: 660-670 نانومتر، ذو صلة بتنشيط الفيتوكروم).
2. التحليل الحراري: استهدف درجة حرارة وصلة قصوى (T_j) بقيمة 85°C لطول عمر جيد. نظرًا لأن T_ambient=40°C، و R_{th J-S}=50°C/W، و P_d≈ V_F*I_F(مثل 2.2V * 0.15A = 0.33W). ارتفاع درجة الحرارة من نقطة اللحام إلى الوصلة: ΔT = P_d* R_{th J-S}= 0.33W * 50°C/W = 16.5°C. لذلك، يجب الحفاظ على درجة حرارة نقطة اللحام (T_S) أقل من T_j- ΔT = 85°C - 16.5°C = 68.5°C.
3. تصميم PCB: صمم لوحة PCB بوسادة نحاسية كبيرة ومستمرة متصلة بالوسادة الحرارية للـ LED. استخدم عدة ثقوب حرارية إلى مستويات التأريض الداخلية أو طبقة حرارية مخصصة للحفاظ على T_Sأقل من 68.5°C عندما تكون T_ambient=40°C. راجع الشكل 5 للتأكد من أن تيار القيادة مقبول لـ T_S.
4. تصميم المحرك: اختر محرك تيار ثابت قادر على توصيل 150 مللي أمبير لكل سلسلة. لعشر مصابيح LED على التوالي، يجب أن يغطي جهد امتثال إخراج المحرك مجموع أقصى V_Fفي المجموعة المختارة (مثل 10 * 2.3V = 23V) بالإضافة إلى بعض هامش الأمان.
5. التخطيط البصري: وزع مصابيح LED بشكل مناسب على الشريط لتحقيق تجانس شدة الإضاءة المطلوب عبر مظلة النبات، مع مراعاة زاوية الرؤية البالغة 120 درجة.

13. مبدأ التشغيل

هذا الـ LED هو ديود وصلة p-n شبه موصل يعتمد على مادة فوسفيد الألومنيوم الغاليوم الإنديوم (AlGaInP). عندما يتم تطبيق جهد أمامي يتجاوز عتبة تشغيل الديود، يتم حقن الإلكترونات من المنطقة من النوع n والثقوب من المنطقة من النوع p في المنطقة النشطة. تعيد هذه حاملات الشحن تركيبها إشعاعيًا، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات. تحدد طاقة فجوة النطاق المحددة لسبيكة AlGaInP الطول الموجي للضوء المنبعث، والذي يكون في هذه الحالة في الطيف الأحمر العميق (650-680 نانومتر). يحمي مغلف راتنج الإيبوكسي الصافي الشريحة شبه الموصلة، ويوفر الاستقرار الميكانيكي، ويشكل نمط إخراج الضوء.

14. اتجاهات التكنولوجيا

تمثل مصابيح LED متوسطة القدرة مثل هذا المنتج اتجاهًا مهمًا في الإضاءة ذات الحالة الصلبة، حيث تعمل كجسر بين مصابيح LED المؤشر منخفضة القدرة ومصابيح LED الإضاءة عالية القدرة. تشمل اتجاهات الصناعة الرئيسية المؤثرة على هذا القطاع:

• زيادة الكفاءة: يهدف البحث المستمر في المواد والتعبئة والتغليف إلى تقديم طاقة إشعاعية أعلى (ملي واط) لكل وحدة مدخل كهربائي (مللي أمبير)، مما يقلل استهلاك الطاقة لنفس إخراج الضوء.
• تحسين إدارة الحرارة: تسمح التطورات في تصميم العبوة (مثل الوسائد الحرارية المحسنة) ومواد PCB (مثل الركائز المعدنية المعزولة، لوحات مغلفة حرارياً) بتشتيت حرارة أفضل، مما يتيح تيارات قيادة أعلى أو تحسين الاعتمادية عند التيارات القياسية.
• قمم طيفية أضيق وأطوال موجية جديدة: في الزراعة، هناك طلب على مصابيح LED ذات قمم انبعاث ضيقة جدًا ومحددة تتطابق مع مستقبلات الضوء النباتية (مثل 660 نانومتر، 730 نانومتر). يستمر التطوير لتحسين الكفاءة عند هذه الأطوال الموجية المستهدفة.
• التصغير والتكامل: يستمر السعي نحو مصفوفات إضاءة أصغر وأكثر كثافة، مما يدفع نحو عبوات ذات بصمة أصغر مع الحفاظ على الأداء البصري والحراري أو تحسينه.