ورقة بيانات LED SMD5050 RGB ملون كامل - الحجم 5.0x5.0 مم - الجهد 2.2-3.4 فولت - الطاقة 0.2 واط - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

مصباح LED SMD5050 RGB ملون كامل هو جهاز للتركيب السطحي مُصمم للتطبيقات التي تتطلب إضاءة نابضة بالحياة ومتعددة الألوان. فهو يدمج شرائح أشباه الموصلات الحمراء والخضراء والزرقاء (RGB) داخل غلاف واحد مقاس 5.0 مم × 5.0 مم، مما يتيح إنشاء طيف واسع من الألوان من خلال مزج الألوان الجمعي. تم هندسة هذا المكون لإنتاج سطوع عالٍ وأداء موثوق في عامل شكل مضغوط، مما يجعله مناسبًا لتصميمات الإضاءة الحديثة.

1.1 المزايا الأساسية

تشمل المزايا الأساسية لهذا المصباح LED شدة إضاءته العالية، وزاوية رؤية واسعة تبلغ 120 درجة، والقدرة على توليد ملايين الألوان من خلال التحكم بشكل مستقل في شدة الثنائيات الحمراء والخضراء والزرقاء. يسهل تصميمه للتركيب السطحي (SMD) عمليات التجميع الآلي، مما يحسن كفاءة التصنيع واتساقه.

1.2 السوق المستهدف والتطبيقات

يستهدف هذا المصباح LED قطاعات الإلكترونيات الاستهلاكية، والإضاءة المعمارية، واللافتات، وإضاءة الزينة للسيارات، وصناعات الترفيه. تشمل التطبيقات النموذجية شاشات LED الفيديو، وشرائط الإضاءة الزخرفية، ومؤشرات الحالة، والإضاءة الخلفية للشاشات، وأنظمة الإضاءة المحيطة الديناميكية حيث تكون القدرات على تغيير الألوان ضرورية.

2. تحليل المعلمات التقنية

2.1 الخصائص الضوئية والكهربائية (Ta=25°C)

يوضح الجدول التالي المعلمات التشغيلية الرئيسية لكل قناة لونية في ظل الظروف النموذجية. من الضروري الالتزام بالتصنيفات القصوى لضمان طول عمر الجهاز وأدائه.

المعلمة	الرمز	القيمة النموذجية	القيمة القصوى	الوحدة
تبديد الطاقة	PD	200	306	مللي واط
تيار الأمامي	IF	60	90	مللي أمبير
الجهد الأمامي (أحمر)	VF	2.2	2.6	V
الجهد الأمامي (أخضر)	VF	3.2	3.4	V
الجهد الأمامي (أزرق)	VF	3.2	3.4	V
الجهد العكسي	VR	-	5	V
التيار العكسي	IR	-	≤5	ميكرو أمبير
الطول الموجي القمي (λd) أحمر	λd	625	-	نانومتر
الطول الموجي القمي (λd) أخضر	λd	525	-	نانومتر
الطول الموجي القمي (λd) أزرق	λd	460	-	نانومتر
زاوية الرؤية (2θ½)	2θ½	120	-	°
درجة حرارة التشغيل	Topr	-40 إلى +80	-	°C
درجة حرارة التخزين	Tstg	-40 إلى +80	-	°C
درجة حرارة التقاطع	Tj	-	125	°C

2.2 الخصائص الحرارية

يتم تحديد درجة حرارة التقاطع القصوى (Tj) عند 125°C. الإدارة الحرارية المناسبة، بما في ذلك مساحة نحاسية كافية في اللوحة المطبوعة (PCB) وتبريد حراري محتمل، ضرورية عند التشغيل بتيارات عالية أو في درجات حرارة محيطة مرتفعة لمنع تدهور الأداء والفشل المبكر.

3. شرح نظام التصنيف

3.1 معايير تصنيف الطول الموجي

لضمان اتساق اللون في الإنتاج، يتم فرز مصابيح LED إلى مجموعات بناءً على طولها الموجي القمي للانبعاث. تحدد الرموز التالية نطاقات الطول الموجي لكل لون.

الرمز	الحد الأدنى	الحد الأقصى	الوحدة
R1	620	625	نانومتر
R2	625	630	نانومتر
G5	519	522.5	نانومتر
G6	522.5	526	نانومتر
G7	526	530	نانومتر
B1	445	450	نانومتر
B2	450	455	نانومتر
B3	455	460	نانومتر
B4	460	465	نانومتر

يسمح هذا التصنيف للمصممين باختيار مصابيح LED ذات نقاء لوني دقيق للتطبيقات التي تتطلب مظهرًا لونيًا موحدًا، كما في الشاشات كبيرة الحجم أو تركيبات الإضاءة المنسقة.

4. تحليل منحنى الأداء

4.1 الجهد الأمامي مقابل التيار الأمامي (منحنى IV)

يوضح منحنى IV العلاقة بين الجهد الأمامي (VF) والتيار الأمامي (IF) للشرائح الحمراء والخضراء والزرقاء. يُظهر LED الأحمر عادةً جهدًا أماميًا أقل (~2.2 فولت) مقارنة بمصابيح LED الخضراء والزرقاء (~3.2 فولت). هذه الخاصية حاسمة لتصميم دوائر تحديد تيار مناسبة أو مشغلات تيار ثابت لكل قناة لتحقيق إخراج لوني متوازن ومنع حالات التيار الزائد.

4.2 الطاقة الطيفية النسبية مقابل درجة حرارة التقاطع

يُظهر هذا الرسم البياني كيف يختلف إخراج الضوء (الطاقة الطيفية النسبية) لكل شريحة لونية مع زيادة درجة حرارة التقاطع (Tj). بشكل عام، ينخفض إخراج الضوء مع ارتفاع درجة حرارة التقاطع. يمكن أن يختلف معدل الانخفاض بين مواد أشباه الموصلات المختلفة (InGaN للأزرق/الأخضر وAlInGaP للأحمر). يعتبر التبريد الحراري الفعال أمرًا حيويًا للحفاظ على إخراج لوني وسطوع مستقرين طوال عمر المنتج.

4.3 درجة الحرارة المحيطة مقابل التيار الأمامي المسموح به

يحدد منحنى تخفيض التصنيف هذا أقصى تيار أمامي مسموح به كدالة لدرجة الحرارة المحيطة (Ta). مع زيادة درجة الحرارة المحيطة، يجب تقليل الحد الأقصى للتيار المسموح به لمنع تجاوز درجة حرارة التقاطع لحدها البالغ 125°C. يجب على المصممين الرجوع إلى هذا المنحنى لتحديد تيارات التشغيل الآمنة لبيئة تطبيقهم المحددة.

4.4 نمط الإشعاع (منحنى زاوية الرؤية)

يؤكد مخطط توزيع الشدة القطبي زاوية الرؤية البالغة 120 درجة. نمط الانبعاث هو عادةً لامبرتي أو شبه لامبرتي، مما يوفر مجال إضاءة واسع ومتساوٍ مناسب للعديد من تطبيقات الإضاءة العامة والمؤشرات.

5. المعلومات الميكانيكية والتغليف

5.1 أبعاد الغلاف والرسم التفصيلي

يتم وضع LED في غلاف SMD5050 قياسي بأبعاد 5.0 مم (طول) × 5.0 مم (عرض). يجب الرجوع إلى الارتفاع الدقيق وتسامحات الأبعاد (مثل ±0.10 مم للأبعاد .X، ±0.05 مم للأبعاد .XX) من الرسم الميكانيكي التفصيلي في ورقة البيانات الأصلية لتخطيط PCB دقيق.

5.2 تخطيط الوسادة الموصى به وتصميم الاستنسل

يتم توفير نمط أرضي موصى به (بصمة) وتصميم استنسل معجون لحام لضمان لحام موثوق. يتميز تخطيط الوسادة عادةً بست وسائد - اثنتان لكل من الشرائح اللونية الثلاث، والتي تشترك في تكوين كاثود أو أنود مشترك اعتمادًا على رقم الجزء المحدد. الالتزام بهذا التخطيط الموصى به يقلل من عيوب اللحام مثل "تومبستونينج" ويضمن اتصالًا حراريًا وكهربائيًا سليمًا.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 معلمات لحام إعادة التدفق

يتوافق هذا LED مع عمليات لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR) أو الحمل الحراري القياسية المستخدمة لتقنية التركيب السطحي (SMT). بشكل عام، ينطبق ملف إعادة تدفق نموذجي خالٍ من الرصاص بدرجة حرارة قمة لا تتجاوز 260°C لمدة تحددها معايير JEDEC (على سبيل المثال، 10-30 ثانية فوق 240°C). من الأهمية بمكان تجنب الإجهاد الحراري المفرط لمنع تلف روابط الأسلاك الداخلية وعدسة الإيبوكسي.

6.2 احتياطات التعامل والتخزين

مصابيح LED حساسة للتفريغ الكهروستاتيكي (ESD). تعامل معها دائمًا في بيئة محمية من ESD باستخدام أساور معصم مؤرضة وحاويات موصلة. قم بتخزين المكونات في أكياسها الأصلية الحاجبة للرطوبة في الظروف الموصى بها (درجة حرارة < 40°C، رطوبة < 70% RH) لمنع امتصاص الرطوبة، مما قد يتسبب في ظاهرة "الفشار" أثناء إعادة التدفق.

7. معلومات التغليف والطلب

7.1 مواصفات تغليف المنتج

يتم توريد مصابيح LED في شريط ناقل بارز للتجميع الآلي بالالتقاط والوضع. يتبع عرض الشريط وأبعاد الجيوب وعدد البكرات معايير EIA-481. يقوم شريط غطاء بقوة فصل محددة (0.1 - 0.7 نيوتن بزاوية 10 درجات) بإغلاق المكونات في مكانها. يضمن هذا التغليف حماية المكونات واتساق الاتجاه وموثوقية التغذية في آلات التجميع عالية السرعة.

7.2 نظام ترقيم الأجزاء (قاعدة تسمية الموديل)

يتبع رقم الجزء تنسيقًا منظمًا يشفر السمات الرئيسية:

T [رمز الشكل] [عدد الشرائح] [رمز البصريات] [رمز داخلي] [رمز اللون] [رمز التدفق الضوئي] - [رمز درجة حرارة اللون المترابط CCT] [رموز أخرى].

على سبيل المثال، يشير الرمز "5A" إلى شكل 5050N، ويشير "3" إلى ثلاث شرائح (RGB)، ويشير "00" إلى عدم وجود عدسة ثانوية، ويشير "F" إلى ملون كامل، إلخ. فهم هذه التسمية ضروري لتحديد وطلب نوع LED المطلوب بدقة مع اللون والسطوع والخصائص البصرية الصحيحة.

8. توصيات التطبيق

8.1 دوائر التطبيق النموذجية

يجب تشغيل كل قناة لونية من LED RGB بشكل مستقل باستخدام مصدر تيار ثابت أو مقاومة تحديد تيار متسلسلة مع مصدر جهد مفتوح. تعد تعديل عرض النبضة (PWM) الطريقة المفضلة للتحكم في الشدة (التعتيم ومزج الألوان) لأنها تحافظ على جهد أمامي ونقاء لوني ثابتين، على عكس التعتيم التناظري الذي قد يتسبب في انزياح اللون. يُستخدم متحكم دقيق بمخرجات PWM بشكل شائع لتوليد إشارات التحكم.

8.2 اعتبارات التصميم

• مطابقة التيار:بسبب اختلاف Vf وكفاءة شرائح R و G و B، هناك حاجة إلى مقاومات أو مشغلات منفصلة لضبط التيار لتحقيق توازن أبيض أو نسب ألوان مرغوبة.
• الإدارة الحرارية:قم بتضمين إغاثة حرارية كافية ومساحة نحاسية على PCB، خاصة عند التشغيل بتيارات عالية أو في مصفوفات عالية الكثافة.
• حماية ESD:قم بتضمين ثنائيات حماية ESD على خطوط الإشارة بالقرب من LED، خاصة في التطبيقات المحمولة أو الاستهلاكية.
• التصميم البصري:ضع في الاعتبار زاوية الرؤية البالغة 120 درجة عند تصميم العدسات أو أدلة الضوء لتحقيق نمط الحزمة والتوزيع المكاني المطلوبين.

9. معايير الموثوقية والجودة

9.1 معايير اختبار الموثوقية

يخضع المنتج لاختبارات موثوقية صارمة وفقًا للمعايير الصناعية (JESD22، MIL-STD-202G). تشمل الاختبارات الرئيسية:

• اختبار عمر التشغيل:يتم إجراؤه في درجة حرارة الغرفة، ودرجة حرارة عالية (85°C)، ودرجة حرارة منخفضة (-40°C) لمدة 1008 ساعة تحت أقصى تيار.
• عمر التشغيل في درجة حرارة/رطوبة عالية:1008 ساعة عند 60°C / 90% رطوبة نسبية.
• التدوير الحراري:تعريض الجهاز لانتقالات سريعة بين درجات حرارة قصوى (مثل -40°C إلى +125°C).

يتم تحديد معايير الفشل بدقة، بما في ذلك حدود انزياح الجهد الأمامي (≤200 مللي فولت)، وتدهور التدفق الضوئي (≤15% لـ InGaN، ≤25% لـ AlInGaP)، والتيار التسريبي (≤10 ميكرو أمبير).

10. الأسئلة الشائعة (FAQ)

10.1 كيف أحصل على ضوء أبيض نقي باستخدام هذا LED RGB؟

يتم إنشاء اللون الأبيض النقي عن طريق مزج شدة محددة من الضوء الأحمر والأخضر والأزرق. تعتمد نسبة التيار الدقيقة المطلوبة (مثل IR:IG:IB) على الكفاءة الفردية وإحداثيات النقاء اللوني لمجموعة LED المحددة. عادة ما تتطلب معايرة وملاحظات من مستشعر لون للتطبيقات عالية الدقة. يسمح استخدام تحكم PWM بالضبط الدقيق لهذه النسبة.

10.2 هل يمكنني تشغيل القنوات الثلاث بالتوازي من مصدر تيار ثابت واحد؟

لا. بسبب الاختلاف الكبير في الجهد الأمامي بين الشريحة الحمراء (~2.2 فولت) والشرائح الزرقاء/الخضراء (~3.2 فولت)، فإن توصيلها بالتوازي سيؤدي إلى اختلال شديد في التيار، مما قد يؤدي إلى تشغيل القناة الحمراء بشكل زائد بينما يتم تشغيل القنوات الأخرى بأقل من المطلوب. يجب أن يكون لكل قناة لونية دائرة تحكم تيار خاصة بها.

10.3 ما هو تأثير درجة حرارة التقاطع على اللون؟

تتسبب زيادة درجة حرارة التقاطع في انزياح في الطول الموجي القمي (عادةً طول موجي أطول لـ AlInGaP الأحمر وطول موجي أقصر لـ InGaN الأزرق/الأخضر) وانخفاض في إخراج الضوء. يمكن أن يؤدي هذا إلى انزياح لوني مرئي في أنظمة RGB إذا لم تتم إدارته. يعد الحفاظ على درجة حرارة تقاطع منخفضة ومستقرة من خلال التصميم الحراري الجيد أمرًا بالغ الأهمية للتطبيقات المستقرة لونيًا.

11. دراسة حالة تصميم عملية

11.1 تصميم مصباح مكتب قابل لضبط اللون

فكر في مصباح مكتب يستخدم مصفوفة من مصابيح LED SMD5050 RGB هذه. سيتضمن التصميم:

1. دائرة المشغل:دائرة متكاملة مخصصة لمشغل LED بثلاثة مخرجات تيار ثابت مستقلة وقدرة تعتيم PWM لكل قناة، يتم التحكم فيها عبر I2C أو واجهة مماثلة من متحكم دقيق.
2. التصميم الحراري:تعمل اللوحة المطبوعة ذات القلب المعدني (MCPCB) كمشتت حراري. تربط الثقوب الحرارية الوسائد الحرارية لـ LED بمستوى نحاسي كبير على الجانب الخلفي من اللوحة لتبديد الحرارة بكفاءة.
3. البصريات:يتم وضع موزع ضوء فوق مصفوفة LED لدمج نقاط الضوء الفردية في منطقة إضاءة موحدة وخالية من الوهج.
4. التحكم:تسمح واجهة المستخدم (أزرار، مستشعر لمس، أو تطبيق) باختيار ألوان محددة مسبقًا (أبيض، أبيض دافئ، أبيض بارد) أو ألوان مخصصة عبر منزلقات RGB. يترجم المتحكم الدقيق هذه المدخلات إلى دورات عمل PWM المقابلة لقنوات R و G و B.

تسلط هذه الحالة الضوء على تكامل اعتبارات التصميم الكهربائي والحراري والبصري وبرنامج الثبات عند استخدام هذا المكون.

12. مقدمة المبدأ التقني

12.1 مبدأ عمل مصابيح LED RGB

مصباح LED RGB هو في الأساس ثلاثة ثنائيات باعثة للضوء مستقلة - الأحمر والأخضر والأزرق - مغلفة معًا. ينبعث كل ثنائي ضوءًا من خلال الوميض الكهربائي: عند تطبيق جهد أمامي عبر تقاطع p-n لمادة شبه موصلة (AlInGaP للأحمر، InGaN للأخضر والأزرق)، تتحد الإلكترونات مع الفجوات، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات. يتم تحديد الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث من خلال طاقة فجوة النطاق للمادة شبه الموصلة. من خلال التحكم بشكل مستقل في شدة هذه الألوان الأساسية الثلاثة، يمكن إنتاج مجموعة واسعة من الألوان الثانوية من خلال مزج الألوان الجمعي.

13. اتجاهات التكنولوجيا

13.1 التطور في مصابيح LED الملونة الكاملة

يستمر سوق مصابيح LED الملونة الكاملة في التطور مع اتجاهات تركز على:

• كفاءة أعلى (لومن/واط):تحسينات مستمرة في النمو الطبقي الخارجي وتصميم الشريحة تنتج مزيدًا من إخراج الضوء لكل وحدة طاقة كهربائية، مما يقلل من استهلاك الطاقة والحمل الحراري.
• تحسين تجسيد اللون والنطاق اللوني:تطوير أنظمة فوسفور جديدة وبواعث ذات نطاق ضيق (مثل النقاط الكمومية) لتوسيع النطاق اللوني للشاشات وتحسين مؤشر تجسيد اللون (CRI) للإضاءة، حتى في الأنظمة القائمة على RGB.
• التصغير:تطوير أحجام عبوات أصغر (مثل 2020، 1515) بأداء مماثل أو محسّن للتطبيقات المحدودة المساحة مثل الإضاءة الخلفية بمصابيح LED الصغيرة للتلفزيونات والشاشات.
• ميزات ذكية مدمجة:ظهور مصابيح LED ذات مشغلات ووحدات تحكم وواجهات اتصال مدمجة (مثل I2C أو SPI أو لاسلكية مثل Zigbee/BLE) مما يبسط تصميم النظام للإضاءة المتصلة بإنترنت الأشياء.
• موثوقية محسنة:تقدم في مواد التغليف (السيليكونات، السيراميك) لتحمل درجات حرارة أعلى وظروف بيئية أقسى بشكل أفضل، مما يطيل عمر المنتج.