مصباح LED RGB SMD مع مشغل مدمج - 3.2x2.8x1.9mm - 5V - 88mW - أحمر/أخضر/أزرق - ورقة البيانات التقنية

1. نظرة عامة على المنتج

يُفصّل هذا المستند مواصفات مكون LED صغير الحجم، مصمم للتركيب السطحي (SMD) على لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) بشكل آلي. يدمج الجهاز ثلاث رقائق LED فردية (أحمر، أخضر، أزرق) مع دائرة متكاملة (IC) لمشغل 8-بت داخل غلاف واحد. يتيح هذا التكامل التحكم الدقيق والمستقل لكل قناة لونية، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب مزج ألوان ديناميكيًا وضبط سطوع عالي الدقة. يتم توريد المكون على شريط قياسي بعرض 8 مم ملفوف على بكرات قطر 7 بوصات، مما يسهل التركيب الآلي بكميات كبيرة.

1.1 الميزات

• متوافق مع توجيهات RoHS البيئية.
• يستخدم مواد أشباه موصلات عالية الكفاءة من نوع AlInGaP (للأحمر) و InGaN (للأخضر والأزرق) لتحقيق سطوع فائق.
• يوفر المشغل المتكامل 8-بت 256 مستوى سطوع متميز لكل من القنوات اللونية الثلاث (أحمر، أخضر، أزرق).
• يضمن تردد مسح بيانات مرتفع لا يقل عن 800 كيلوهرتز انتقالات ألوان سلسة ومعدلات تحديث عالية.
• مغلف على شريط حامل بعرض 8 مم لتوافقه مع معدات التركيب والوضع الآلية القياسية.
• متوافق مع عمليات لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR Reflow)، ومناسب للتجميع الخالي من الرصاص.
• متوافق مع مستويات الإدخال المنطقية (Logic-Level) لتسهيل الوصل مع المتحكمات الدقيقة والدوائر المنطقية الرقمية.

1.2 التطبيقات

صُمم هذا الجهاز لمجموعة واسعة من المعدات الإلكترونية حيث تكون المساحة والتجميع الآلي والتحكم الدقيق في اللون عوامل حاسمة. تشمل مجالات التطبيق الرئيسية:

• الإضاءة الخلفية:إضاءة لوحات المفاتيح ولوحات الديكور في الإلكترونيات الاستهلاكية وأتمتة المكاتب والأجهزة المنزلية.
• مؤشرات الحالة:مؤشرات حالة وإشارات متعددة الألوان في معدات الاتصالات والشبكات والتحكم الصناعي.
• الشاشات الدقيقة واللافتات:عناصر بكسل منخفضة الدقة للشاشات الإعلامية والإضاءات الرمزية والديكورية.

2. المعلمات التقنية: تفسير موضوعي متعمق

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد هذه القيم حدود الإجهاد التي قد يتسبب تجاوزها في حدوث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل تحت هذه الظروف.

• تبديد الطاقة (P_D):88 ملي واط. هذا هو أقصى قدرة إجمالية يمكن للغلاف تبديدها كحرارة. يتجاوز هذا الحد يخاطر بزيادة حرارة الرقاقة الداخلية IC ورقائق LED.
• جهد تغذية المشغل المتكامل (V_DD* I+4.2 فولت إلى +5.5 فولت. تتطلب دائرة المشغل المتكاملة مصدر طاقة منظمًا ضمن هذا النطاق للتشغيل الموثوق. قد تتسبب الفولتية خارج هذا النطاق في خلل أو تلف.
• إجمالي التيار الأمامي (I_F):16 مللي أمبير تيار مستمر (DC). هذا هو أقصى مجموع للتيارات التي يمكن توفيرها لجميع قنوات LED الثلاث في وقت واحد.
• درجة حرارة التشغيل (T_{) قدرها 25°C مع V}):-20°C إلى +85°C. يتم ضمان عمل الجهاز ضمن نطاق درجة الحرارة المحيطة هذا.
• درجة حرارة التخزين (T_stg):-30°C إلى +85°C.
• درجة حرارة اللحام:يتحمل 260°C لمدة 10 ثوانٍ، بما يتماشى مع منحنيات إعادة التدفق الخالية من الرصاص النموذجية.

ملاحظة تصميم حرجة:يولد المشغل المتكامل (IC) المدمج حرارة أثناء التشغيل. يُعد نظام إدارة حرارة PCB مصممًا جيدًا (مثل مساحات نحاسية كافية، فتحات حرارية) أمرًا ضروريًا للحفاظ على درجة الحرارة عند نقاط لحام LED أقل من 85°C لتحقيق موثوقية طويلة الأجل.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

تم القياس عند درجة حرارة محيطة (T_a) of 25°C with V_DD=5V and all color channels set to maximum brightness (data = 8'b11111111).

• شدة الإضاءة (I_V):
  • الأحمر (AlInGaP): 71.0 - 180.0 ملي كانديلا (mcd)
  • الأخضر (InGaN): 180.0 - 355.0 ملي كانديلا (mcd)
  • الأزرق (InGaN): 35.5 - 71.0 ملي كانديلا (mcd)
  يتم تحديد الشدة المحددة لوحدة معينة بواسطة رمز التصنيف الخاص بها (انظر القسم 4).
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):120 درجة. هذه هي الزاوية الكاملة التي تنخفض عندها شدة الإضاءة إلى نصف قيمتها المحورية القصوى، مما يشير إلى نمط انبعاث واسع ومنتشر مناسب لإضاءة المساحات.
• الطول الموجي السائد (λ_d):
  • الأحمر: 620.0 - 628.0 نانومتر
  • الأخضر: 522.0 - 530.0 نانومتر
  • الأزرق: 464.0 - 472.0 نانومتر
  يحدد هذه المعلمة اللون المُدرك للضوء وهو أيضًا خاضع للتصنيف (Binning).
• تيار خرج المشغل المتكامل (I_Fلكل قناة):عادة 5 مللي أمبير لكل قناة لونية عند تشغيلها بجهد V_DD=5V. This is the constant current set by the internal driver for each LED.
• تيار المشغل المتكامل في حالة السكون (I_DD≈ 5V * 0.8mA = 4mW.عادة 0.8 مللي أمبير عند ضبط جميع بيانات LED على '0' (حالة إيقاف). هذا هو الطاقة التي يستهلكها مشغل IC نفسه عندما لا يقوم بإضاءة مصابيح LED بنشاط.

2.3 الواجهة الرقمية والتوقيت

يستخدم الجهاز بروتوكول بيانات تسلسلي أحادي السلك لاستقبال بيانات 24-بت (8 بت لكل قناة أحمر وأخضر وأزرق).

• المستويات المنطقية:
  • جهد الإدخال عالي المستوى (V_IH) هي 3.0 فولت كحد أدنى. مستوى منطقي عالي بجهد 3.3 فولت يلبي هذا المواصفات. ومع ذلك، يجب عليك التأكد من أن مصدر الطاقة (V
  • جهد الإدخال منخفض المستوى (V_IL): ≤ 0.3 * V_DD
• توقيت البيانات (T_H+ T_L= 1.2 ميكروثانية ± 300 نانوثانية):
  • البت '0':زمن المستوى العالي (T_0H) = 300 نانوثانية ±150 نانوثانية، زمن المستوى المنخفض (T_0L) = 900 نانوثانية ±150 نانوثانية.
  • البت '1':زمن المستوى العالي (T_1H) = 900 نانوثانية ±150 نانوثانية، زمن المستوى المنخفض (T_1L) = 300 نانوثانية ±150 نانوثانية.
• زمن القفل (LAT):يشير النبض المنخفض على خط البيانات الذي يستمر لأكثر من 250 ميكروثانية إلى نهاية إطار البيانات. يقوم المشغل المتكامل (IC) بقفل (تخزين) بيانات الـ 24-بت المستلمة وتحديث مخرجات LED وفقًا لذلك. لا ينبغي أن يحدث أي إرسال للبيانات خلال فترة القفل هذه.

تدفق البيانات:يتم إدخال البيانات بشكل تسلسلي عبر طرف الإدخال التسلسلي للبيانات (DIN). بعد استلام 24 بت، يقوم أمر القفل بتحديث السجلات الداخلية. ثم يتم تمرير البيانات للخارج عبر طرف الخرج التسلسلي للبيانات (DOUT)، مما يسمح بتوصيل أجهزة متعددة على شكل سلسلة (Daisy-Chain) من طرف متحكم دقيق واحد.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

لضمان اتساق اللون والسطوع في الإنتاج، يتم فرز الأجهزة إلى فئات أداء (Bins). يتم تصنيف معلمتين رئيسيتين: شدة الإضاءة والطول الموجي السائد.

3.1 تصنيف شدة الإضاءة

يتم تصنيف كل قناة لونية بشكل منفصل مع تسامح ±15% داخل كل فئة.

• الأحمر:الفئات Q1 (71.0-90.0 mcd)، Q2 (90.0-112.0 mcd)، R1 (112.0-140.0 mcd)، R2 (140.0-180.0 mcd).
• الأخضر:الفئات S1 (180.0-224.0 mcd)، S2 (224.0-280.0 mcd)، T1 (280.0-355.0 mcd).
• الأزرق:الفئات N2 (35.5-45.0 mcd)، P1 (45.0-56.0 mcd)، P2 (56.0-71.0 mcd).

3.2 تصنيف الطول الموجي السائد (اللون)

يضمن هذا التصنيف نقاط ألوان دقيقة. التسامح هو ±1 نانومتر داخل كل فئة.

• الأحمر:الفئة U (620.0-624.0 نانومتر)، الفئة V (624.0-628.0 نانومتر).
• الأخضر:الفئة P (522.0-526.0 نانومتر)، الفئة Q (526.0-530.0 نانومتر).
• الأزرق:الفئة C (464.0-468.0 نانومتر)، الفئة D (468.0-472.0 نانومتر).

تأثير على التصميم:للتطبيقات التي تتطلب لونًا موحدًا عبر وحدات متعددة، يُوصى بتحديد رموز تصنيف ضيقة أو الشراء من نفس دفعة الإنتاج.

4. معلومات الميكانيكا والتغليف

4.1 أبعاد الجهاز وتوصيل الأطراف (Pinout)

يتميز المكون بمساحة صغيرة. تشمل الأبعاد الرئيسية حجم جسم يبلغ حوالي 3.2 مم × 2.8 مم بارتفاع 1.9 مم. التسامح عادةً ±0.15 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك.

تكوين الأطراف (Pin Configuration):

1. V_DD:مدخل مصدر الطاقة للمشغل المتكامل IC (+4.2V إلى +5.5V).
2. DIN:إدخال البيانات التسلسلي. يتم إدخال بيانات التحكم لقنوات RGB من خلال هذا الطرف.
3. V_SS:اتصال الأرضي (Ground).
4. DOUT:خرج البيانات التسلسلي. يُستخدم لتوصيل أجهزة متعددة على شكل سلسلة (Daisy-Chain)؛ يخرج البيانات المستلمة من DIN بعد تأخير داخلي.

4.2 نمط اللحام الموصى به للوحة الدوائر المطبوعة (PCB Land Pattern)

يتم توفير تخطيط مقترح لنقاط اللحام لضمان لحام موثوق واستقرار ميكانيكي. يتضمن التصميم عادةً وصلات تخفيف حرارية وحجم نقطة لحام كافٍ لتسهيل تكوين وصلة لحام جيدة أثناء إعادة التدفق.

5. إرشادات التجميع والتعامل

5.1 عملية اللحام

الجهاز متوافق مع عمليات لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR Reflow) باستخدام لحام خالي من الرصاص. الحد الأقصى الموصى به لدرجة حرارة الجسم القصوى هو 260°C، والتي لا ينبغي تجاوزها لأكثر من 10 ثوانٍ. يجب اتباع منحنيات إعادة التدفق القياسية للمكونات الحساسة للرطوبة (MSL).

5.2 التنظيف

إذا كان التنظيف بعد التجميع ضروريًا، انقع اللوحة المجمعة في كحول الإيثيل أو كحول الأيزوبروبيل في درجة حرارة الغرفة لمدة لا تزيد عن دقيقة واحدة. قد يؤدي استخدام منظفات كيميائية غير محددة أو عدوانية إلى إتلاف مادة غلاف LED.

5.3 احتياطات التفريغ الكهروستاتيكي (ESD)

الدائرة المتكاملة ورقائق LED حساسة للتفريغ الكهروستاتيكي. يجب أن تكون ضوابط ESD المناسبة موجودة أثناء التعامل والتجميع:

• يجب على الأفراد ارتداء أساور معصم مؤرضة أو قفازات مضادة للكهرباء الساكنة.
• يجب تأريض جميع محطات العمل والأدوات والمعدات بشكل صحيح.
• قم بتخزين ونقل المكونات في عبوات واقية من ESD.

5.4 ظروف التخزين

• كيس حاجز الرطوبة المغلق (MBB):قم بالتخزين عند ≤30°C و ≤90% رطوبة نسبية (RH). العمر الافتراضي هو سنة واحدة من تاريخ إغلاق الكيس عند التخزين مع مجفف بالداخل.
• بعد فتح الكيس:إذا لم يتم استخدامها على الفور، فيجب تخزين المكونات في بيئة لا تتجاوز 30°C و 60% رطوبة نسبية. للتخزين طويل الأمد بعد الفتح، قد تكون هناك حاجة إلى عملية تجفيف (Baking) وفقًا لإجراءات مستوى الحساسية للرطوبة القياسية IPC/JEDEC قبل إعادة التدفق.

6. التغليف والطلب

6.1 مواصفات الشريط والبكرة (Tape and Reel)

يتم توريد الجهاز للتجميع الآلي:

• عرض الشريط: 8mm.
• قطر البكرة:7 بوصات (178 مم).
• الكمية لكل بكرة:4000 قطعة.
• الحد الأدنى لكمية الطلب (MOQ):500 قطعة للكميات المتبقية.
• إغلاق الجيوب:يتم إغلاق جيوب المكونات بشريط غطاء علوي.
• المكونات المفقودة:يُسمح بحد أقصى جيبين فارغين متتاليين وفقًا للمواصفات.
• المعيار:يتوافق التغليف مع مواصفات ANSI/EIA-481.

7. ملاحظات التطبيق واعتبارات التصميم

7.1 دائرة التطبيق النموذجية

يتضمن التنفيذ النموذجي توصيل طرف الإدخال/الإخراج للأغراض العامة (GPIO) للمتحكم الدقيق بـ DIN لأول LED في السلسلة. يتم توصيل DOUT لأول LED بـ DIN للجهاز التالي، وهكذا. وبالتالي يمكن لطرف GPIO واحد التحكم في سلسلة طويلة من مصابيح LED. يجب توفير مصدر طاقة 5 فولت مستقر ومنفصل (Decoupled) لأطراف V_DD، مع مكثف تجاوز محلي (مثل 100 نانو فاراد) يوضع بالقرب من كل جهاز أو مجموعة صغيرة من الأجهزة.

7.2 إدارة الحرارة

كما تم التأكيد في التقييمات، فإن تصميم الحرارة أمر بالغ الأهمية. يجب أن تستخدم لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) مستويات نحاسية متصلة بنقاط الأرضي (V_SS) لتعمل كمشتت حراري. يمكن أن تساعد الفتحات الحرارية (Thermal Vias) أسفل الجهاز في نقل الحرارة إلى الطبقات الداخلية أو السفلية. للتشغيل بسطوع عالي أو دورة عمل عالية، راقب درجة حرارة نقطة اللحام للتأكد من بقائها أقل من 85°C.

7.3 سلامة إشارة البيانات

لسلاسل Daisy-Chain طويلة أو في بيئات كهربائية صاخبة، ضع في الاعتبار ما يلي:

• اجعل خطوط البيانات قصيرة قدر الإمكان.
• تجنب تشغيل خطوط البيانات بالتوازي مع مسارات التيار العالي أو التبديل.
• يمكن لمقاوم متسلسل صغير (مثل 33-100 أوم) يوضع بالقرب من طرف الخرج للمتحكم الدقيق أن يساعد في تقليل الرنين (Ringing) على خط البيانات.
• تأكد من قدرة المتحكم الدقيق على توليد توقيت البت الدقيق البالغ 1.2 ميكروثانية الذي يتطلبه البروتوكول.

7.4 تسلسل تشغيل مصدر الطاقة والتيار الابتدائي (Inrush Current)

عند تشغيل سلسلة طويلة من مصابيح LED، قد يتسبب التشغيل المتزامن لمشغلات IC الداخلية في حدوث طفرة لحظية في التيار الابتدائي (Inrush Current) على خط V_DD. يجب أن يكون مصدر الطاقة ومسارات PCB بمقاسات كافية للتعامل مع هذا دون انخفاض كبير في الجهد. قد تكون هناك حاجة لدائرة بدء بطيء (Slow-Start) أو تمكين متدرج لسلاسل مختلفة في المصفوفات الكبيرة.

8. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

8.1 هل يمكنني تشغيل هذا المصباح LED بواسطة متحكم دقيق (Microcontroller) بجهد 3.3 فولت؟

نعم، ولكن بحذر. متطلبات جهد الإدخال عالي المستوى (V_IH) requirement is 3.0V minimum. A 3.3V logic high meets this specification. However, you must ensure the power supply (V_DD) is still within its specified range of 4.2V to 5.5V. The LED driver IC itself requires 5V, so you cannot power it from 3.3V.

8.2 ما هو الغرض من طرف الخرج التسلسلي للبيانات (DOUT Pin)؟

يسمح طرف DOUT بالتوصيل على شكل سلسلة (Daisy-Chaining). يقوم المشغل المتكامل (IC) داخليًا بتخزين البيانات التسلسلية الواردة مؤقتًا وإخراجها بعد تأخير ثابت. هذا يسمح لخط بيانات واحد من متحكم دقيق بتغذية عدد غير محدود من مصابيح LED على التوالي، حيث يقوم كل جهاز بتمرير تدفق البيانات إلى الجهاز التالي.

8.3 كيف أحسب إجمالي استهلاك الطاقة؟

إجمالي الطاقة هو مجموع طاقة LED وطاقة المشغل المتكامل في حالة السكون.
طاقة LED (الحد الأقصى):(V_DD* I_{F_Red}) + (V_DD* I_{F_Green}) + (V_DD* I_{F_Blue}) ≈ 5V * (5mA+5mA+5mA) = 75mW.
طاقة المشغل المتكامل في حالة السكون: V_DD* I_DD≈ 5V * 0.8mA = 4mW.
إجمالي تقريبي (جميعها قيد التشغيل):79mW، وهو أقل من الحد الأقصى للتبديد البالغ 88mW. تذكر، هذا عند السطوع الكامل. ستستهلك إعدادات السطوع المنخفضة طاقة أقل.

8.4 لماذا يوجد حد أدنى لزمن القفل (Latch Time) يبلغ 250 ميكروثانية؟

زمن القفل (LAT) هو فترة إعادة تعيين. تشير إشارة منخفضة أطول من 250 ميكروثانية إلى المشغل المتكامل (IC) أن إطار بيانات الـ 24-بت الحالي قد اكتمل ويجب عليه تحديث سجلات الخرج الخاصة به. تضمن هذه الآلية تزامنًا موثوقًا بين المتحكم وسلسلة LED، مما يمنع عرض بيانات تالفة.