ورقة البيانات الفنية لمصباح LED أحمر SMD PLCC-2 طراز G67-21S/R3C - 3.0x2.8x1.9mm - 1.8-2.9V - 150mA - 435mW - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

تشرح هذه الوثيقة بالتفصيل المواصفات الفنية لمصباح LED متوسط القدرة من نوع SMD (جهاز مثبت على السطح) يستخدم حزمة PLCC-2 (حامل الرقاقة الرصاصي البلاستيكي). تم تصميم الجهاز باستخدام رقاقة شبه موصلة من مادة AlGaInP لبعث الضوء الأحمر، ومغلفة براتنج صافٍ تمامًا. يتميز بحجم مضغوط، وكفاءة عالية تناسب فئته من القدرة، وزاوية رؤية واسعة، مما يجعله مكونًا متعدد الاستخدامات لتطبيقات الإضاءة المتنوعة. يلتزم المنتج بمعايير بيئية صارمة، فهو خالٍ من الرصاص، ومتوافق مع لائحة REACH التابعة للاتحاد الأوروبي، ومصنف على أنه خالٍ من الهالوجين، مع الحفاظ على محتوى البروم والكلور أقل من الحدود المحددة.

2. الغوص العميق في المعلمات التقنية

2.1 القيم القصوى المطلقة

يتم تحديد الحدود التشغيلية للجهاز عند درجة حرارة لحام أساسية تبلغ 25 درجة مئوية. الحد الأقصى لتيار التشغيل الأمامي المستمر (I_F) مقدر بـ 150 مللي أمبير، مع السماح بتيار تشغيل أمامي ذروي (I_FP) يصل إلى 300 مللي أمبير في ظل ظروف النبض (دورة عمل 1/10، عرض النبضة 10 مللي ثانية). الحد الأقصى لتبديد الطاقة (P_d) هو 435 ملي واط. المقاومة الحرارية من الوصلة إلى نقطة اللحام (R_{th J-S}) هي 50 درجة مئوية/واط، وهي معلمة حاسمة لتصميم إدارة الحرارة. الحد الأقصى المسموح به لدرجة حرارة الوصلة (T_j) هو 115 درجة مئوية. يتراوح نطاق درجة حرارة التشغيل من -40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية، مع نطاق تخزين من -40 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية. يمتلك الجهاز قدرة على تحمل التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) تبلغ 2000 فولت (نموذج جسم الإنسان)، على الرغم من أن التعامل معه يتطلب احتياطات ESD مناسبة. يتم تحديد معلمات اللحام لكل من عمليات إعادة التدفق (260 درجة مئوية لمدة 10 ثوانٍ) واللحام اليدوي (350 درجة مئوية لمدة 3 ثوانٍ).

2.2 الخصائص الكهروضوئية

يتم قياس المعلمات الرئيسية عند T_soldering= 25 درجة مئوية و I_F= 150 مللي أمبير. يتراوح التدفق الضوئي (Φ_v) بشكل نموذجي من 15.0 إلى 24.0 لومن، مع تسامح محدد يبلغ ±11%. يتراوح جهد التشغيل الأمامي (V_F) من 1.8 فولت إلى 2.9 فولت، مع تسامح تصنيعي أضيق يبلغ ±0.1 فولت. يوفر الجهاز زاوية رؤية واسعة (2θ_1/2) تبلغ 120 درجة. الحد الأقصى لتيار الانعكاس (I_R) هو 50 ميكرو أمبير عند تطبيق جهد انعكاسي (V_R) بقيمة 5 فولت.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

يتم تصنيف المنتج إلى مجموعات (Bins) لضمان الاتساق في المعلمات الرئيسية، مما يتيح التصميم الدقيق ومطابقة الألوان.

3.1 تصنيفات القدرة الإشعاعية (التدفق الضوئي)

يتم تصنيف ناتج التدفق الضوئي إلى مجموعات يُشار إليها برموز مثل L6، L7، L8، L9، M3، و M4. تحدد كل مجموعة قيمة دنيا وقصوى للتدفق عند I_F=150 مللي أمبير، على سبيل المثال، تغطي المجموعة L6 نطاق 15-16 لومن، بينما تغطي المجموعة M4 نطاق 21-24 لومن. ينطبق التسامح ±11% داخل كل مجموعة.

3.2 تصنيفات جهد التشغيل الأمامي

يتم تصنيف جهد التشغيل الأمامي باستخدام رموز مكونة من رقمين من 25 إلى 35. يمثل كل رمز خطوة مقدارها 0.1 فولت، على سبيل المثال، تغطي المجموعة 25 نطاق 1.8-1.9 فولت، والمجموعة 26 تغطي 1.9-2.0 فولت، وهكذا حتى المجموعة 35 التي تغطي 2.8-2.9 فولت. التسامح التصنيعي لكل مجموعة هو ±0.1 فولت.

3.3 تصنيفات الطول الموجي السائد

يتم التحكم في نقطة اللون من خلال مجموعات الطول الموجي السائد. المجموعات المتاحة هي O54 (615-620 نانومتر)، و R51 (620-625 نانومتر)، و R52 (625-630 نانومتر)، والتي تحدد الدرجة المحددة للون الأحمر المنبعث. التسامح القياسي للطول الموجي السائد/الذروة هو ±1 نانومتر.

4. تحليل منحنيات الأداء

توفر ورقة البيانات عدة منحنيات مميزة توضح سلوك الجهاز تحت ظروف مختلفة.

4.1 توزيع الطيف

يظهر الرسم البياني شدة الإضاءة النسبية مقابل الطول الموجي، وهو نموذجي لمصباح LED أحمر من نوع AlGaInP، مع ذروة في نطاق 620-660 نانومتر وعرض طيفي محدد.

4.2 جهد التشغيل الأمامي مقابل درجة حرارة الوصلة

يوضح الشكل 1 تغير جهد التشغيل الأمامي مع درجة حرارة الوصلة. يُظهر المنحنى عادةً معاملًا سالبًا، مما يعني أن V_Fينخفض مع زيادة T_j، وهو عامل حاسم في تصميم محرك التيار الثابت.

4.3 القدرة الإشعاعية النسبية مقابل تيار التشغيل الأمامي

يوضح الشكل 2 العلاقة شبه الخطية بين ناتج الضوء (القدرة الإشعاعية النسبية) و تيار التشغيل الأمامي. يزداد الناتج مع زيادة التيار ولكن مع تناقص العائد عند التيارات الأعلى بسبب انخفاض الكفاءة والتأثيرات الحرارية.

4.4 التدفق الضوئي النسبي مقابل درجة حرارة الوصلة

يوضح الشكل 3 كيف ينخفض ناتج الضوء مع ارتفاع درجة حرارة الوصلة. هذا التقليل للحمل الحراري ضروري للتنبؤ بالأداء في التطبيقات الواقعية حيث قد تكون إدارة الحرارة محدودة.

4.5 تيار التشغيل الأمامي مقابل جهد التشغيل الأمامي وتقليل الحمل الحراري

يصور الشكل 4 منحنى I-V القياسي. الشكل 5 حاسم للموثوقية، حيث يظهر الحد الأقصى المسموح به لتيار التشغيل الأمامي كدالة لدرجة حرارة اللحام، مما يضمن عدم تعرض الجهاز لإجهاد زائد أثناء التشغيل بعد التجميع.

4.6 نمط الإشعاع

يقدم الشكل 6 مخططًا قطبيًا للإشعاع، مؤكدًا زاوية الرؤية البالغة 120 درجة (حيث تنخفض الشدة إلى 50% من القيمة المحورية) ونمط الانبعاث المتماثل الشبيه بـ Lambertian النموذجي لحزم PLCC ذات المنظر العلوي.

5. المعلومات الميكانيكية ومواصفات الحزمة

5.1 أبعاد الحزمة

تتميز حزمة PLCC-2 بأبعاد اسمية تبلغ 3.0 مم في الطول، و 2.8 مم في العرض، وارتفاع 1.9 مم. يحدد رسم تفصيلي بالأبعاد مواقع الوسادات، والتسامحات العامة (±0.1 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك)، وتركيب العدسة. يشير تصميم المنظر العلوي إلى أن الضوء ينبعث بشكل عمودي على مستوى التثبيت.

5.2 تحديد القطبية

يتم تحديد القطب السالب (الكاثود) عادةً بواسطة علامة مرئية على الحزمة، مثل شق، أو نقطة، أو زاوية مقطوعة على العدسة أو الجسم، كما هو موضح في رسم الأبعاد. التوجيه الصحيح للقطبية ضروري أثناء التجميع.

6. إرشادات اللحام والتركيب

6.1 معلمات لحام إعادة التدفق (Reflow)

يبلغ ذروة ملف تعريف لحام إعادة التدفق الموصى به 260 درجة مئوية لمدة 10 ثوانٍ. هذا هو متطلب عملية اللحام الخالي من الرصاص القياسي (SnAgCu). يجب أن يقتصر اللحام اليدوي، إذا لزم الأمر، على 350 درجة مئوية لمدة لا تزيد عن 3 ثوانٍ لكل رصاصة، باستخدام مكواة مؤرضة.

6.2 ظروف التخزين

يتم تعبئة المكونات في أكياس حاجزة حساسة للرطوبة مع مجفف. قبل فتح الكيس، يجب تخزين مصابيح LED عند درجة حرارة 30 درجة مئوية أو أقل ورطوبة نسبية 90% أو أقل. بمجرد الفتح، يجب استخدام المكونات خلال إطار زمني محدد أو تجفيفها وفقًا لإجراءات مستوى الحساسية للرطوبة (MSL) لمنع حدوث ظاهرة "الفشار" (popcorning) أثناء إعادة التدفق.

6.3 احتياطات الاستخدام

الحماية من التيار الزائد:مصابيح LED هي أجهزة تعمل بالتيار. مقاومة خارجية محددة للتيار أو محرك تيار ثابت إلزاميان. يمكن أن يؤدي زيادة صغيرة في جهد التشغيل الأمامي إلى زيادة كبيرة، وربما مدمرة، في التيار بسبب الخاصية الأسية لمنحنى I-V للدايود.
احتياطات التفريغ الكهروستاتيكي (ESD):الجهاز حساس للتفريغ الكهروستاتيكي. استخدم محطات عمل آمنة من ESD، وأساور معصم، وتعبئة مناسبة أثناء التعامل والتجميع.

7. معلومات التعبئة والطلب

7.1 مواصفات الشريط والبكرة (Tape and Reel)

يتم توريد مصابيح LED على شريط حامل بارز (embossed) لتجميع الالتقاط والوضع الآلي. يتم تحديد عرض الشريط، وأبعاد الجيوب، وتباعد ثقوب التروس. تحتوي كل بكرة على 4000 قطعة. يتم توفير أبعاد البكرة (القطر، العرض، حجم المحور) لتكون متوافقة مع المعدات الآلية.

7.2 التعبئة المقاومة للرطوبة

تتضمن عملية التعبئة الكاملة وضع المكونات المعبأة على البكرات في كيس مقاوم للرطوبة من رقائق الألومنيوم مع مجفف وبطاقة مؤشر الرطوبة. ثم يتم إغلاق الكيس.

7.3 شرح الملصق

تتضمن ملصقات البكرة عدة رموز: P/N (رقم المنتج)، QTY (كمية التعبئة)، CAT (رتبة/مجموعة شدة الإضاءة)، HUE (رتبة/مجموعة الطول الموجي السائد)، REF (رتبة/مجموعة جهد التشغيل الأمامي)، و LOT No (رقم الدفعة القابل للتتبع).

8. اقتراحات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

يجعل الجمع بين القدرة المتوسطة، والكفاءة الجيدة، والزاوية الواسعة، والحجم المضغوط هذا المصباح LED مناسبًا لما يلي:
• الإضاءة الزخرفية والترفيهية:إضاءة الزخارف المعمارية، واللافتات، وتأثيرات إضاءة المسرح حيث يكون اللون الأحمر مطلوبًا.
• إضاءة الزراعة:الإضاءة التكميلية في البستنة، والتي قد تؤثر على التشكل الضوئي للنباتات في الطيف الأحمر.
• الإضاءة العامة:مصابيح المؤشر، ومصابيح الحالة، والإضاءة الخلفية للوحات أو المفاتيح، والتطبيقات الأخرى التي تتطلب مؤشرًا أحمر موثوقًا.

8.2 اعتبارات التصميم

• إدارة الحرارة:مع مقاومة حرارية R_{th J-S}بقيمة 50 درجة مئوية/واط، فإن تصميم مسار حراري فعال على لوحة الدوائر المطبوعة (باستخدام الثقوب الحرارية، ومناطق النحاس) مهم للحفاظ على درجة حرارة وصلة منخفضة، مما يضمن موثوقية طويلة الأمد واستقرار ناتج الضوء.
• محرك التيار:استخدم دائمًا مصدر تيار ثابت أو مصدر جهد مع مقاومة متسلسلة محسوبة بناءً على أقصى قيمة V_Fمن جدول التصنيف والتيار التشغيلي المستهدف.
• التصميم البصري:تسهل زاوية الرؤية البالغة 120 درجة والنمط اللامبرتي تصميم البصريات الثانوية لتشكيل الحزمة إذا لزم الأمر.

9. الموثوقية وضمان الجودة

يتم إجراء مجموعة شاملة من اختبارات الموثوقية بمستوى ثقة 90% ونسبة عيوب متسامح معها للدفعة (LTPD) تبلغ 10%. تتضمن مصفوفة الاختبار ما يلي:
• مقاومة لحام إعادة التدفق
• الصدمة الحرارية (-10°C إلى +100°C)
• دورات الحرارة (-40°C إلى +100°C)
• التخزين في درجة حرارة ورطوبة عالية (85°C / 85% RH)
• اختبارات تشغيل وتخزين الحياة في درجات حرارة عالية/منخفضة في ظروف وتيارات مختلفة (مثل 90 مللي أمبير، 180 مللي أمبير).
يستخدم كل اختبار حجم عينة مكون من 22 قطعة مع معيار قبول/رفض 0/1، مما يشير إلى معايير موثوقية عالية.

10. المقارنة التقنية والتحديد

يحتل مصباح LED متوسط القدرة هذا من نوع PLCC-2 مكانة محددة. مقارنة بمصابيح LED SMD منخفضة القدرة (مثل 0603، 0805)، فإنه يوفر تدفقًا ضوئيًا أعلى بكثير، مما يجعله مناسبًا للإضاءة وليس فقط للإشارة. مقارنة بمصابيح LED عالية القدرة، فإنه يتطلب إدارة حرارية ودوائر تشغيل أقل تعقيدًا مع الاستمرار في تقديم ناتج ضوئي مفيد للعديد من التطبيقات. توفر تقنية AlGaInP كفاءة عالية في الطيف الأحمر/البرتقالي/الكهرماني مقارنة بمصابيح LED البيضاء المحولة بالفوسفور من الحجم المماثل. زاوية الرؤية الواسعة البالغة 120 درجة هي عامل تمييز رئيسي عن مصابيح LED ذات الحزم الأضيق والأكثر تركيزًا.

11. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

س: ما هو تيار التشغيل الذي يجب أن أستخدمه؟
ج: الحد الأقصى المطلق للتيار المستمر هو 150 مللي أمبير. للحصول على توازن مثالي بين الكفاءة، والعمر الافتراضي، وناتج الضوء، فإن التشغيل بين 60-120 مللي أمبير هو النموذجي، ولكن دائمًا راجع منحنيات تقليل الحمل (الشكل 5) بناءً على أداء اللوحة الحراري.
س: كيف أفسر رموز التصنيف في طلبي؟
ج: رموز الملصق CAT، و HUE، و REF تتوافق مباشرة مع جداول التصنيف الخاصة بالتدفق الضوئي، والطول الموجي السائد، وجهد التشغيل الأمامي في الأقسام 3.1، و 3.2، و 3.3. وهذا يسمح لك بمعرفة النطاق الدقيق لأداء مصابيح LED التي تلقيتها.
س: هل يمكنني تشغيل هذا المصباح LED مباشرة من مصدر طاقة منطقي 3.3 فولت أو 5 فولت؟
ج: لا. يجب عليك استخدام مقاومة متسلسلة محددة للتيار. احسب قيمة المقاومة كالتالي: R = (V_supply- V_F) / I_F. استخدم أقصى قيمة V_Fمن مجموعة جهد التشغيل الخاصة بك لضمان انخفاض جهد كافٍ عبر المقاومة في جميع الأوقات.
س: ما هو تأثير درجة حرارة الوصلة على الأداء؟
ج: كما هو موضح في الشكل 3، ينخفض ناتج الضوء مع زيادة T_j. علاوة على ذلك، فإن درجات الحرارة الأعلى تسرع من تدهور التدفق الضوئي ويمكن أن تقلل من عمر الجهاز الافتراضي. الحفاظ على درجة حرارة وصلة T_jمنخفضة من خلال تبريد حراري جيد أمر بالغ الأهمية لأداء ثابت وطويل الأمد.

12. دراسة حالة تطبيقية للتصميم

السيناريو:تصميم منارة سلامة حمراء تعمل بالبطارية ومنخفضة التكلفة.
المتطلبات:مرئية من جميع الزوايا، استهلاك منخفض للطاقة، دائرة تشغيل بسيطة، مضغوطة.
خيارات التصميم:
1. اختيار مصباح LED:تم اختيار مصباح LED الأحمر هذا من نوع PLCC-2 لزاوية رؤيته البالغة 120 درجة (اتجاهية جيدة في جميع الاتجاهات)، وقدرته المتوسطة (سطوع جيد مقابل عمر البطارية)، وحزمته SMD (صغيرة، وسهلة التجميع).
2. دائرة التشغيل:دائرة بسيطة تستخدم بطارية عملة معدنية 3 فولت، وترانزستور MOSFET للتبديل، ومقاومة متسلسلة. تم حساب قيمة المقاومة لـ I_F= 100 مللي أمبير باستخدام R = (3.0V - 2.5V_typ) / 0.1A = 5Ω. تم اختيار مقاومة بقيمة 5.1Ω، 1/4 واط.
3. التصميم الحراري ولوحة الدوائر المطبوعة:تعمل المنارة بنبضات قصيرة (دورة عمل 10%)، مما يقلل من متوسط الطاقة والحمل الحراري. تستخدم لوحة الدوائر المطبوعة تصميمًا بطبقتين بسيطًا مع توصيل وسادة LED بمنطقة نحاسية صغيرة في الطبقة السفلية للتبريد الحراري الطفيف.
4. النتيجة:منارة وظيفية وموثوقة تلبي أهداف الحجم، والتكلفة، والأداء، مستفيدةً من الخصائص المحددة لمصباح LED.

13. مبدأ التشغيل

هذا جهاز ضوئي شبه موصل يعتمد على بنية غير متجانسة من AlGaInP (فوسفيد الألومنيوم الغاليوم الإنديوم). عند تطبيق جهد أمامي يتجاوز جهد تشغيل الدايود، يتم حقن الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة من الطبقات من النوع n والنوع p على التوالي. تتحد هذه حاملات الشحنة إشعاعيًا داخل آبار الكم في المنطقة النشطة، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات. يحدد التركيب المحدد لسبيكة AlGaInP طاقة فجوة النطاق، والتي تحدد مباشرة الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث - في هذه الحالة، في الطيف الأحمر (615-630 نانومتر). يقوم الراتنج الإيبوكسي الصافي تمامًا بحماية الرقاقة شبه الموصلة، ويوفر الاستقرار الميكانيكي، ويشكل حزمة ناتج الضوء.

14. اتجاهات التكنولوجيا

تستمر مصابيح LED متوسطة القدرة من نوع SMD مثل هذا النوع PLCC-2 في التطور. تشمل الاتجاهات العامة للصناعة ما يلي:
• زيادة الكفاءة:تؤدي التحسينات المستمرة في الكفاءة الكمية الداخلية، واستخراج الضوء، وتصميم الحزمة إلى زيادة اللومن لكل واط (lm/W)، مما يقلل من استهلاك الطاقة لنفس ناتج الضوء.
• تحسين اتساق اللون:تسامحات تصنيف أضيق للطول الموجي والتدفق، مكنتها عمليات التحكم المتقدمة في التصنيع، تسمح بمطابقة ألوان أفضل في مصفوفات LED المتعددة دون فرز يدوي.
• تعزيز الموثوقية:تطوير مواد حزمة أكثر متانة (مركبات القولبة، إطارات التوصيل) وتحسين الموثوقية على مستوى الرقاقة يؤدي إلى أعمار تشغيلية أطول (مقاييس L70، L90) تحت تيارات تشغيل ودرجات حرارة أعلى.
• التصغير مع الأداء:يدفع السعي نحو مصفوفات LED أصغر وأكثر كثافة إلى تقليل أحجام الحزم مع الحفاظ على ناتج الضوء أو زيادته، على الرغم من أن هذا يزيد من تحديات إدارة الحرارة.
• الحلول الذكية والمتكاملة:يشهد السوق الأوسع نموًا في مصابيح LED ذات المحركات، أو المتحكمات، أو أجهزة الاستشعار المدمجة، على الرغم من أن هذا أكثر انتشارًا في قطاعات القدرة العالية أو المتخصصة.