ورقة بيانات LED SMD 3014 أبيض - الأبعاد 3.0x1.4x0.8 مم - الجهد 2.4-3.6 فولت - الطاقة 0.093 واط - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

توفر هذه الوثيقة المواصفات التقنية الكاملة لصمام ثنائي باعث للضوء (LED) من نوع الجهاز السطحي (SMD) بتنسيق عبوة 3014، مُصمم للإشعاع من الأعلى (منظر علوي). اللون الأساسي المنبعث هو الأبيض، ويتم تحقيقه من خلال مزيج من مادة شريحة إن-جا-إن (InGaN) وراتنج مغلف مصفر. تم تصميم الجهاز لتطبيقات المؤشر والإضاءة العامة حيث يكون الأداء الموثوق وسهولة التجميع أمرًا بالغ الأهمية.

تشمل المزايا الأساسية لهذا الـ LED عبوته المدمجة من نوع P-LCC-2، والتي تسهل التركيب بكثافة عالية على لوحات الدوائر المطبوعة (PCB). يتميز بعاكس داخلي وجسم عبوة أبيض لتعزيز خرج الضوء وتوجيهه. الجهاز متوافق بالكامل مع المعايير البيئية والتصنيعية الحديثة، حيث أنه خالٍ من الرصاص، ومتوافق مع RoHS، ومتوافق مع REACH، وخالٍ من الهالوجين. تمت معالجته مسبقًا وفقًا لمعيار JEDEC J-STD-020D المستوى 3 لحساسية الرطوبة، مما يضمن الموثوقية في عمليات لحام إعادة التدفق.

يشمل السوق المستهدف مجموعة واسعة من الأجهزة الإلكترونية التي تتطلب مؤشرات حالة، أو إضاءة خلفية، أو إضاءة عامة. يجعل تصميمه مناسبًا لكل من الإلكترونيات الاستهلاكية والصناعية.

2. تحليل متعمق للمعاملات التقنية

2.1 الحدود القصوى المطلقة

يتم تحديد الحدود التشغيلية للجهاز تحت الظروف البيئية القياسية (درجة حرارة المحيط = 25°مئوية). قد يؤدي تجاوز هذه التقييمات إلى تلف دائم.

• الجهد العكسي (VR):5 فولت. هذا هو أقصى جهد يمكن تطبيقه في الاتجاه العكسي عبر أطراف الـ LED.
• التيار الأمامي (IF):30 مللي أمبير. أقصى تيار مستمر مستمر موصى به للتشغيل الموثوق.
• تيار الذروة الأمامي (IFP):60 مللي أمبير. هذا مسموح به فقط في ظل ظروف النبض مع دورة عمل 1/10 عند تردد 1 كيلو هرتز.
• تبديد الطاقة (Pd):93 ملي واط. أقصى طاقة يمكن للعبوة تبديدها دون تجاوز حد درجة حرارة الوصلة.
• درجة حرارة الوصلة (Tj):115 درجة مئوية. أقصى درجة حرارة مسموح بها للوصلة شبه الموصلة.
• درجة حرارة التشغيل (Topr):من -40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية. نطاق درجة حرارة المحيط الذي تم تحديد تشغيل الجهاز ضمنه.
• درجة حرارة التخزين (Tstg):من -40 درجة مئوية إلى +90 درجة مئوية.
• التفريغ الكهروستاتيكي (ESD):يتحمل 2000 فولت (نموذج جسم الإنسان)، مما يشير إلى حساسية معتدلة في التعامل.
• درجة حرارة اللحام:يمكن للجهاز تحمل لحام إعادة التدفق بدرجة حرارة ذروية تبلغ 260°مئوية لمدة 10 ثوانٍ، أو اللحام اليدوي عند 350°مئوية لمدة 3 ثوانٍ لكل طرف.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

يتم قياس معلمات الأداء الرئيسية عند درجة حرارة محيط = 25°مئوية وبتيار أمامي (IF) قدره 20 مللي أمبير، وهي حالة الاختبار القياسية.

• الشدة الضوئية (Iv):تتراوح من حد أدنى 2240 ميللي كانديلا إلى حد أقصى 3550 ميللي كانديلا، مع وجود قيمة نموذجية ضمن هذا النطاق. ينطبق تسامح ±11% على الشدة الضوئية.
• زاوية الرؤية (2θ1/2):الزاوية الكاملة التي تكون عندها الشدة الضوئية نصف الشدة القصوى هي عادة 120 درجة، مما يشير إلى نمط رؤية واسع مناسب للإضاءة المنتشرة.
• الجهد الأمامي (VF):يتراوح من 2.40 فولت إلى 3.60 فولت عند 20 مللي أمبير. يتم تحديد تسامح الجهد الأمامي بـ ±0.1 فولت. هذه المعلمة حاسمة لتصميم دائرة تحديد التيار.
• التيار العكسي (IR):أقصى 10 ميكرو أمبير عند تطبيق جهد عكسي 5 فولت، مما يشير إلى خصائص ثنائية جيدة.
• تسامح إحداثيات اللونية:نقطة اللون على مخطط CIE لها تسامح ±0.01، وهو أمر مهم لتوحيد اللون في التطبيقات التي تتطلب عدة مصابيح LED.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

لضمان الاتساق في السطوع واللون، يتم فرز مصابيح LED إلى مجموعات (Bins) بناءً على الأداء المقاس.

3.1 تصنيف الشدة الضوئية

يتم تصنيف مصابيح LED إلى مجموعتين رئيسيتين بناءً على شدة إضاءتها المقاسة عند IF=20mA:

• رمز المجموعة BB:نطاق الشدة الضوئية من 2240 ميللي كانديلا إلى 2800 ميللي كانديلا.
• رمز المجموعة CA:نطاق الشدة الضوئية من 2800 ميللي كانديلا إلى 3550 ميللي كانديلا.

ينطبق التسامح ±11% داخل كل مجموعة. يسمح هذا التصنيف للمصممين باختيار مصابيح LED مناسبة لمستوى السطوع المطلوب في تطبيقهم.

3.2 تصنيف إحداثيات اللونية

يتم تعريف لون الضوء الأبيض من خلال إحداثياته على مخطط اللونية CIE 1931. توفر ورقة البيانات جدولًا تفصيليًا لرموز المجموعات (مثل SB, J5, J6, K5, K6, L5, L6, M5, M6) مع قيم الإحداثيات الدنيا والقصوى المقابلة لـ x و y. على سبيل المثال، تغطي المجموعة J5 الإحداثيات من (0.2800, 0.2566) إلى (0.2800, 0.2666). هذا التصنيف الدقيق ضروري للتطبيقات حيث يكون توحيد اللون عبر عدة مصابيح LED أمرًا بالغ الأهمية، كما في الإضاءة الخلفية للشاشات أو الإضاءة المعمارية. التسامح لهذه الإحداثيات هو ±0.01.

4. تحليل منحنيات الأداء

تتضمن ورقة البيانات عدة منحنيات مميزة توفر نظرة أعمق على سلوك الـ LED تحت ظروف مختلفة.

4.1 التوزيع الطيفي

يُظهر منحنى التوزيع الطيفي النموذجي الشدة النسبية للضوء المنبعث عبر أطوال موجية مختلفة. بالنسبة لـ LED أبيض، يُظهر هذا عادةً ذروة واسعة في المنطقة الزرقاء (من شريحة InGaN) وذروة ثانوية أوسع في المنطقة الصفراء-الخضراء (من تحويل الفوسفور). الطول الموجي الذروة (λp) هو معلمة رئيسية. تتم مقارنة المنحنى بمنحنى استجابة العين القياسي V(λ).

4.2 نمط الإشعاع

يمثل مخطط خصائص الإشعاع (الشدة النسبية مقابل الزاوية) زاوية الرؤية 120 درجة بشكل مرئي، ويوضح كيف تنخفض شدة الضوء من المركز (محور 0 درجة) إلى الحواف.

4.3 التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي

يوضح هذا المنحنى العلاقة غير الخطية بين التيار المتدفق عبر الـ LED وانخفاض الجهد عبره. إنه ضروري لتصميم دائرة القيادة، حيث يمكن أن يؤدي تغيير صغير في الجهد إلى تغيير كبير في التيار. يُظهر المنحنى عادةً ارتفاعًا أسيًا.

4.4 اللونية مقابل التيار الأمامي

يُظهر هذا الرسم البياني كيف قد تتحول إحداثيات اللون (x, y) مع تغيرات تيار التشغيل. فهم هذه العلاقة مهم للتطبيقات التي يتم فيها استخدام التعتيم أو تعديل التيار، حيث يمكن أن يؤثر على اتساق اللون.

4.5 الشدة الضوئية النسبية مقابل التيار الأمامي

يوضح هذا المنحنى كيف يزداد خرج الضوء مع تيار القيادة. يكون خطيًا بشكل عام على مدى معين ولكنه سيشبع عند التيارات الأعلى. التشغيل خارج المنطقة الخطية غير فعال ويزيد الحرارة.

4.6 أقصى تيار أمامي مسموح به مقابل درجة الحرارة

منحنى تخفيض التصنيف هذا مهم للغاية للموثوقية. يوضح أقصى تيار أمامي يمكن لـ LED تحمله كدالة لدرجة حرارة المحيط (أو العلبة). مع زيادة درجة الحرارة، ينخفض الحد الأقصى المسموح به للتيار لمنع ارتفاع درجة حرارة الوصلة فوق حدها البالغ 115°مئوية. يجب الرجوع إلى هذا الرسم البياني لأي تصميم يعمل في بيئات مرتفعة الحرارة.

5. المعلومات الميكانيكية والخاصة بالعبوة

5.1 أبعاد العبوة

يأتي الـ LED في عبوة قياسية 3014. تشمل الأبعاد الرئيسية (بالمليمتر، مع تسامح نموذجي ±0.1 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك):

• الطول الكلي: 3.0 مم
• العرض الكلي: 1.4 مم
• الارتفاع الكلي: 0.8 مم
• أبعاد وسماكة الوسادات وتباعدها لتصميم نمط التثبيت على PCB.

الرسم ذو الأبعاد ضروري لإنشاء بصمة PCB صحيحة لضمان اللحام والمحاذاة المناسبين.

5.2 تحديد القطبية

يشير مخطط المنظر العلوي عادةً إلى علامة الكاثود (القطب السالب)، وهو أمر ضروري للتوجيه الصحيح أثناء التجميع. القطبية غير الصحيحة ستمنع الـ LED من الإضاءة وقد تعرضه لجهد عكسي.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 ملف تعريف لحام إعادة التدفق

يتم توفير ملف درجة حرارة لحام إعادة التدفق الخالي من الرصاص الموصى به. تشمل المراحل الرئيسية:

• التسخين المسبق:منحدر من درجة حرارة المحيط إلى 150-200°مئوية بمعدل أقصى 3°مئوية/ثانية، ويُحتفظ به لمدة 60-120 ثانية.
• إعادة التدفق:يجب الحفاظ على درجة حرارة أعلى من 217°مئوية لمدة 60-150 ثانية، مع ألا تتجاوز درجة الحرارة القصوى 260°مئوية ويُحتفظ بها لمدة أقصاها 10 ثوانٍ.
• التبريد:يتم التبريد من فوق 255°مئوية بمعدل أقصى 6°مئوية/ثانية.

يجب عدم إجراء لحام إعادة التدفق أكثر من مرتين على نفس الجهاز.

6.2 اللحام اليدوي

إذا كان اللحام اليدوي ضروريًا، فيجب أن تكون درجة حرارة طرف المكواة أقل من 350°مئوية، ويجب ألا تتجاوز مدة التلامس لكل طرف 3 ثوانٍ. يُوصى باستخدام مكواة منخفضة الطاقة (≤25 واط)، مع فاصل زمني لا يقل عن ثانيتين بين لحام كل طرف للسماح بالتبريد.

6.3 التخزين والتعامل

• يتم تعبئة مصابيح LED في أكياس مقاومة للرطوبة. يجب فتح الكيس قبل الاستخدام مباشرة فقط.
• البيئة الموصى بها عند الفتح هي <30°مئوية و <60% رطوبة نسبية.
• إذا تم تجاوز شروط مستوى حساسية الرطوبة (MSL)، أو إذا أظهرت بطاقة مؤشر الرطوبة رطوبة زائدة، فيجب تجفيف المكونات عند 60°مئوية ±5°مئوية لمدة 24 ساعة قبل الاستخدام.
• يجب عدم تطبيق إجهاد على جسم الـ LED أثناء التسخين أو بعد اللحام، ويجب ألا تتشوه لوحات الدوائر.

7. معلومات التعبئة والطلب

7.1 مواصفات البكرة والشريط

يتم توريد مصابيح LED على شريط حامل بارز ملفوف على بكرات. الكميات القياسية المحملة لكل بكرة هي 250 أو 500 أو 1000 أو 2000 قطعة. يتم توفير أبعاد مفصلة لجيب الشريط الحامل، والمسافة بين القطع، والبكرة لضمان التوافق مع معدات الاختيار والوضع الآلية.

7.2 شرح الملصق

يحتوي ملصق البكرة على معلومات رئيسية: رقم منتج العميل (CPN)، رقم المنتج (P/N)، كمية التعبئة (QTY)، رتبة الشدة الضوئية (CAT)، رتبة الطول الموجي السائد / الصبغة (HUE)، رتبة الجهد الأمامي (REF)، ورقم الدفعة (LOT No).

8. توصيات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

• مؤشرات الحالة:مثالي للمفاتيح والرموز والمؤشرات الضوئية في الإلكترونيات الاستهلاكية والأجهزة ولوحات التحكم الصناعية.
• الإضاءة الخلفية:مناسب للهواتف المحمولة ولوحات المفاتيح ولافتات الإعلانات المضيئة بسبب سماكته الرفيعة وزاوية رؤيته الواسعة.
• الإضاءة العامة:يمكن استخدامه كبديل لمصابيح المؤشر التقليدية في التطبيقات الداخلية والخارجية.
• اقتران دليل الضوء:تصميم العبوة مناسب جدًا لاقتران الضوء في أدلة الضوء المضاءة من الحواف لإضاءة اللوحات.

8.2 اعتبارات تصميم حرجة

• تحديد التيار:مقاومة خارجية لتحديد التيار إلزامية تمامًا. تعني الخاصية الأسية للتيار-الجهد أن تغييرًا صغيرًا في الجهد يسبب تغييرًا كبيرًا في التيار، مما يمكن أن يدمر الـ LED على الفور (\"يحترق\"). يجب حساب قيمة المقاومة بناءً على جهد الإمداد والجهد الأمامي لـ LED عند تيار التشغيل المطلوب.
• إدارة الحرارة:على الرغم من أن تبديد الطاقة منخفض، إلا أن تخطيط PCB المناسب لتبديد الحرارة مهم، خاصة عند التشغيل في درجات حرارة محيط عالية أو بالقرب من الحد الأقصى للتيار. راجع منحنى تخفيض التصنيف.
• حماية ESD:على الرغم من تصنيفه لـ 2000 فولت HBM، يجب مراعاة احتياطات ESD القياسية أثناء التعامل والتجميع.

9. المقارنة التقنية والتمييز

مقارنة بمصابيح LED التقليدية ذات الثقب المار (Through-Hole)، يقدم هذا الـ LED SMD 3014 مزايا كبيرة:

• الحجم والكثافة:تسمح البصمة المدمجة 3.0x1.4 مم بكثافة تركيب أعلى بكثير على لوحات PCB.
• تكلفة التجميع:يمكن من الاختيار والوضع الآلي بالكامل ولحام إعادة التدفق، مما يقلل وقت وتكلفة التجميع مقارنة بالإدخال اليدوي.
• الأداء:يقدم عادةً كفاءة إضاءة أعلى وخصائص بصرية أكثر اتساقًا بسبب التصنيع الآلي والتصنيف.
• الموثوقية:يؤدي البناء الصلب وتصميم التركيب السطحي عمومًا إلى مقاومة أعلى للصدمات والاهتزازات.

ضمن عائلة LED SMD، تقدم عبوة 3014 توازنًا بين خرج الضوء والحجم والتكلفة، مما يضعها بين العبوات الأصغر مثل 0402/0603 (خرج أقل) والعبوات الأكبر مثل 2835/5050 (خرج أعلى).

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

س: ما قيمة المقاومة التي أحتاجها لمصدر جهد 5 فولت؟

أ: باستخدام قانون أوم: R = (جهد_المصدر - Vf) / If. بافتراض Vf نموذجي 3.0 فولت و If مطلوب 20 مللي أمبير: R = (5V - 3.0V) / 0.020A = 100 أوم. استخدم دائمًا أقصى Vf من ورقة البيانات (3.6V) لتصميم متحفظ لضمان عدم تجاوز التيار للحدود: R_min = (5V - 3.6V) / 0.030A ≈ 47 أوم. القيمة الشائعة بين 68-100 أوم.

س: هل يمكنني تشغيل هذا الـ LED بمصدر جهد 3.3 فولت؟

أ: نعم، لكن بحذر. نطاق الجهد الأمامي (2.4V-3.6V) يعني أن بعض مصابيح LED قد لا تضيء عند 3.3 فولت إذا كان Vf الخاص بها أعلى. حتى لو أضاءت، سيكون التيار غير منظم بشكل جيد بدون دائرة قيادة. يُوصى باستخدام قائد تيار ثابت أو مقاومة ذات قيمة منخفضة جدًا للتشغيل بجهد 3.3 فولت.

س: كيف أفسر رموز مجموعات الشدة الضوئية BB و CA؟

أ: تحتوي المجموعة BB على مصابيح LED ذات سطوع أقل (2240-2800 ميللي كانديلا)، وتحتوي المجموعة CA على مصابيح LED أكثر سطوعًا (2800-3550 ميللي كانديلا). للحصول على مظهر موحد في مصفوفة، حدد واستخدم مصابيح LED من نفس رمز المجموعة.

س: تذكر ورقة البيانات \"راتنج منقط أخضر قليلاً.\" هل يؤثر هذا على لون الضوء؟

أ: الصبغة الصفراء/المخضرة للراتنج هي جزء من نظام تحويل اللون. تشع شريحة InGaN ضوءًا أزرقًا، مما يحفز الفوسفور داخل الراتنج لإنتاج ضوء أصفر. ينتج عن المزيج ضوء أبيض. لون الراتنج نفسه ليس لون الضوء المنبعث.

11. أمثلة عملية للتصميم والاستخدام

المثال 1: لوحة مؤشر حالة متعددة الـ LED

تتطلب لوحة تحكم 10 مؤشرات بيضاء موحدة. لضمان الاتساق، يجب على المصمم:

1. تحديد جميع مصابيح LED من نفس مجموعة الشدة الضوئية (مثل CA) ونفس مجموعة اللونية (مثل K5).

2. استخدام مقاومات تحديد تيار متطابقة لكل LED، محسوبة باستخدام أقصى Vf.

3. تخطيط PCB لتوفير أطوال آثار متساوية وتخفيف حراري لكل وسادة LED لتقليل الاختلافات.

المثال 2: إضاءة خلفية لشاشة صغيرة

يتم وضع أربعة مصابيح LED على طول حافة دليل ضوء لإضاءة شاشة LCD. الخطوات الرئيسية:

1. اختيار موضع LED وزاوية الرؤية (120° مناسبة) لضمان اقتران متساوٍ في الدليل.

2. النظر في استخدام دائرة متكاملة (IC) قائدة لـ LED ذات تيار ثابت بدلاً من مقاومات فردية لضمان سطوع متطابق وتمكين التعتيم عبر PWM.

3. التحقق من أن درجة حرارة التشغيل داخل غلاف الجهاز لا تتطلب تخفيض تصنيف التيار الأمامي باستخدام منحنى \"أقصى تيار أمامي مسموح به مقابل درجة الحرارة\".

12. مبدأ التشغيل

هذا هو صمام ثنائي باعث للضوء ذو الحالة الصلبة. عندما يتم تطبيق جهد أمامي يتجاوز جهد الأمامي المميز له (Vf)، تتحد الإلكترونات والثقوب داخل مادة أشباه الموصلات InGaN، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). الانبعاث الأساسي من الشريحة يكون في الطيف الأزرق. يصطدم هذا الضوء الأزرق بعد ذلك بجزيئات الفوسفور المضمنة في الراتنج المغلف. يمتص الفوسفور الضوء الأزرق ويعيد إصدار الضوء عبر طيف أوسع، بشكل رئيسي في المنطقة الصفراء. تدرك العين البشرية مزيج الضوء الأزرق المباشر والضوء الأصفر المحول بالفوسفور على أنه أبيض. يساعد العاكس الداخلي والعبوة البيضاء في توجيه المزيد من هذا الضوء المنبعث خارج الجزء العلوي من الجهاز، مما يزيد من الشدة الضوئية الإجمالية.

13. اتجاهات التكنولوجيا

يتبع تطور مصابيح LED SMD مثل 3014 عدة اتجاهات صناعية واضحة:

زيادة الكفاءة:تستمر التحسينات المستمرة في تقنية الطبقات البلورية شبه الموصلة (Epitaxy) وتقنية الفوسفور في رفع الكفاءة الضوئية (لومن لكل واط)، مما يسمح بضوء أكثر سطوعًا أو استهلاك طاقة أقل من نفس حجم العبوة.

جودة اللون:تحسن التطورات في خلطات الفوسفور المتعددة وتصاميم الشرائح من مؤشر تجسيد اللون (CRI) وتسمح بضبط أكثر دقة لدرجة حرارة اللون الأبيض (CCT).

التصغير والتكامل:بينما يظل 3014 شائعًا، هناك اتجاه نحو عبوات أصغر حجمًا مع خرج مماثل، وكذلك وحدات LED متكاملة تجمع بين LED والقائد ودائرة التحكم في عبوة واحدة.

الإضاءة الذكية:يتجه السوق الأوسع نحو مصابيح LED قابلة للعنونة والضبط (CCT والتعتيم)، على الرغم من أن هذا يتطلب عادةً عبوات أكثر تعقيدًا من مصباح LED المؤشر الأساسي الموصوف هنا.

الموثوقية والتوحيد القياسي:يوفر الالتزام المستمر وتطوير المعايير للاختبار والتصنيف والموثوقية (مثل LM-80 للحفاظ على اللومن) للمصممين بيانات أداء طويلة الأجل أكثر قابلية للتنبؤ.