ورقة بيانات LED SMD5050 RGB متعدد الألوان - الأبعاد 5.0x5.0x1.6 مم - الجهد 2.2-3.4 فولت - الطاقة 0.846 واط - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد SMD5050-RGB مصباح LED عالي الأداء، سطحي التركيب، ومتعدد الألوان، مُصمم للتطبيقات التي تتطلب مزج ألوان نابض بالحياة وعملية تشغيل موثوقة. يجمع هذا الجهاز رقائق LED الحمراء والخضراء والزرقاء داخل غلاف واحد مقاس 5.0 مم × 5.0 مم، مما يتيح توليد طيف واسع من الألوان من خلال تعديل عرض النبضة (PWM) أو التحكم التناظري في التيار. تشمل تطبيقاته الرئيسية الإضاءة الزخرفية، والإضاءة المعمارية التكميلية، والإضاءة الخلفية للشاشات، واللافتات، والإلكترونيات الاستهلاكية حيث تكون التأثيرات اللونية الديناميكية مطلوبة.

تكمن الميزة الأساسية لهذا الـ LED في شكله المدمج الذي يستوعب ثلاثة باعثات منفصلة، مما يبسط تصميم وتجميع لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) مقارنة باستخدام ثلاثة مصابيح LED منفصلة. يوفر زاوية مشاهدة نموذجية واسعة تبلغ 120 درجة، مما يضمن توحيدًا لونيًا جيدًا ورؤية من منظورات مختلفة. تم تصميم الغلاف لتكون متوافقًا مع عمليات تجميع تقنية التركيب السطحي القياسية (SMT)، بما في ذلك اللحام بإعادة الانصهار.

2. المعلمات والمواصفات الفنية

2.1 القيم القصوى المطلقة (Ta=25°C)

تحدد المعلمات التالية حدود الإجهاد التي قد يتسبب تجاوزها في حدوث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل تحت هذه الحدود أو عندها.

• التيار الأمامي (IF):90 مللي أمبير (مستمر)
• تيار النبضة الأمامي (IFP):120 مللي أمبير (عرض النبضة ≤10 مللي ثانية، دورة العمل ≤1/10)
• تبديد الطاقة (PD):846 ملي واط
• درجة حرارة التشغيل (Topr):-40°C إلى +80°C
• درجة حرارة التخزين (Tstg):-40°C إلى +80°C
• درجة حرارة الوصلة (Tj):125°C
• درجة حرارة اللحام (Tsld):200°C أو 230°C لمدة 10 ثوانٍ (ملف إعادة الانصهار)

2.2 الخصائص الكهروضوئية (Ta=25°C)

تحدد هذه المعلمات الأداء النموذجي تحت ظروف الاختبار القياسية.

• الجهد الأمامي (أحمر، VF_R):نموذجي 2.2 فولت، أقصى 2.6 فولت (عند IF=60 مللي أمبير)
• الجهد الأمامي (أخضر، VF_G):نموذجي 3.2 فولت، أقصى 3.4 فولت (عند IF=60 مللي أمبير)
• الجهد الأمامي (أزرق، VF_B):نموذجي 3.2 فولت، أقصى 3.4 فولت (عند IF=60 مللي أمبير)
• الجهد العكسي (VR):5 فولت
• التيار العكسي (IR):أقصى 10 ميكرو أمبير
• زاوية المشاهدة (2θ1/2):120 درجة

2.3 تصنيف الطول الموجي

يتم تصنيف مصابيح LED إلى نطاقات طول موجي محددة لضمان اتساق اللون داخل التطبيق. نطاقات الطول الموجي السائد هي كما يلي:

• أحمر (R):R1 (620-625 نانومتر)، R2 (625-630 نانومتر)
• أخضر (G):G5 (519-522.5 نانومتر)، G6 (522.5-526 نانومتر)، G7 (526-530 نانومتر)
• أزرق (B):B1 (445-450 نانومتر)، B2 (450-455 نانومتر)، B3 (455-460 نانومتر)، B4 (460-465 نانومتر)

يسمح هذا التصنيف للمصممين باختيار مصابيح LED ذات إحداثيات لونية دقيقة للتطبيقات التي تتطلب نقاط لونية محددة أو مطابقة لونية دقيقة عبر وحدات متعددة.

3. منحنيات الأداء والتحليل

3.1 التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V)

تعتبر خاصية I-V أساسية لتصميم السائق. تُظهر رقاقة LED الحمراء جهدًا أماميًا أقل (نموذجيًا ~2.2 فولت) مقارنة بالرقاقتين الخضراء والزرقاء (نموذجيًا ~3.2 فولت)، وهو ما يتوافق مع مواد أشباه الموصلات المختلفة المستخدمة (مثل AlInGaP للأحمر مقابل InGaN للأخضر/الأزرق). تستلزم هذه الفجوة تصميم دائرة كهربائية دقيق، غالبًا ما يتضمن مقاومات محددة للتيار أو قنوات تيار ثابت مستقلة لكل لون لتحقيق سطوع متوازن ومزج ألوان صحيح. يُظهر المنحنى تشغيلًا حادًا، وهو نموذجي لسلوك الصمام الثنائي.

3.2 القدرة الطيفية النسبية مقابل درجة حرارة الوصلة

ينتقل الناتج الطيفي لـ LED مع تغيرات درجة حرارة الوصلة. بشكل عام، مع زيادة درجة حرارة الوصلة، يميل الطول الموجي السائد لمصابيح LED القائمة على InGaN (الأخضر/الأزرق) إلى التحول إلى أطوال موجية أطول (انزياح نحو الأحمر)، بينما تنخفض قدرة الإخراج الضوئي. بالنسبة لمصابيح LED الحمراء القائمة على AlInGaP، قد يتحول الطول الموجي أيضًا، وتنخفض الكفاءة. يعد هذا الرسم البياني حاسمًا للتطبيقات التي تعمل في درجات حرارة بيئية متغيرة أو حيث تكون إدارة الحرارة صعبة، حيث يمكن أن يؤثر على اللون المُدرَك ومخرج الضوء. يُعد التبريد المناسب والتصميم الحراري ضروريين للحفاظ على أداء لوني مستقر.

4. المعلومات الميكانيكية والتعبئة

4.1 الأبعاد والرسم التفصيلي

أبعاد الغلاف هي 5.0 مم (الطول) × 5.0 مم (العرض) × 1.6 مم (الارتفاع). يتضمن الرسم التفصيلي التسامحات الحرجة: أبعاد .X لها تسامح ±0.10 مم، وأبعاد .XX لها تسامح ±0.05 مم. يتميز الـ LED بستة أطراف (قطب موجب وقطب سالب لكل من رقائق الألوان الثلاث).

4.2 تصميم البصمة والقالب الموصى بهما

يتم توفير تصميم بصمة موصى به للوحة الدوائر المطبوعة (البصمة) وتصميم قالب معجون لحام لضمان تكوين وصلة لحام موثوقة أثناء إعادة الانصهار. تتضمن البصمة أنماط تخفيف حراري وأحجام وسادات مناسبة لتسهيل ترطيب جيد للحمل والاستقرار الميكانيكي. الالتزام بهذا التخطيط الموصى به يساعد في منع ظاهرة "اللوح القبري"، وسوء المحاذاة، ووصلات اللحام غير الكافية.

5. إرشادات التجميع والتعامل والتطبيق

5.1 الحساسية للرطوبة والتجفيف

غلاف SMD5050 حساس للرطوبة (مصنف MSL وفقًا لـ IPC/JEDEC J-STD-020C). إذا تم فتح كيس الحاجز الرطوبي الأصلي وتعرضت المكونات للرطوبة المحيطة بما يتجاوز الحدود المحددة، يمكن أن يتبخر الرطوبة الممتصة أثناء لحام إعادة الانصهار، مما قد يتسبب في انفصال داخلي أو تشقق (ظاهرة "الفشار").

• التخزين:قم بتخزين الأكياس غير المفتوحة عند <30°C/<85% رطوبة نسبية. بعد الفتح، قم بالتخزين عند <30°C/<60% رطوبة نسبية واستخدم خلال 12 ساعة.
• التجفيف:إذا تجاوز التعرض الحدود أو أظهرت بطاقة مؤشر الرطوبة رطوبة عالية، قم بالتجفيف عند 60°C لمدة 24 ساعة قبل اللحام. لا تتجاوز 60°C. استخدم خلال ساعة واحدة بعد التجفيف أو قم بالتخزين في خزانة جافة (<20% رطوبة نسبية).

5.2 الحماية من التفريغ الكهروستاتيكي (ESD)

مصابيح LED هي أجهزة أشباه موصلات عرضة للتلف الناتج عن التفريغ الكهروستاتيكي، وخاصة الأصناف الخضراء والزرقاء والبيضاء (غير قابلة للتطبيق هنا). يمكن أن يتسبب التفريغ الكهروستاتيكي في فشل فوري (كارثي) أو تلف كامن يؤدي إلى تقليل العمر الافتراضي وتدهور الأداء.

• احتياطات:نفذ برنامج تحكم كامل في التفريغ الكهروستاتيكي: استخدم أساور معصم مؤرضة، وسجاد مضاد للكهرباء الساكنة، وأجهزة تأيين، وأرضيات موصلة. تعامل مع مصابيح LED فقط في محطات عمل محمية من التفريغ الكهروستاتيكي.
• التعبئة:استخدم مواد موصلة أو مبددة للنقل والتخزين.

5.3 توصيات تصميم الدائرة الكهربائية

تعتبر دائرة القيادة المناسبة حاسمة للأداء وطول العمر.

• تحديد التيار:استخدم دائمًا مقاومة محددة للتيار على التوالي لكل قناة لونية. هذا يثبت التيار ضد التغيرات في جهد الإمداد والجهد الأمامي (Vf) بين مصابيح LED الفردية.
• نوع السائق:يوصى بشدة باستخدام سائقات التيار الثابت على سائقات الجهد الثابت لتحقيق الاستقرار الأمثل ومنع الانحراف الحراري.
• قطبية التوصيل:تحقق من قطبية القطب الموجب/السالب قبل تطبيق الطاقة. يمكن أن يؤدي التوصيل العكسي إلى إتلاف الـ LED.
• تسلسل الطاقة:عند التوصيل، قم أولاً بتوصيل مخرج السائق بالـ LED، ثم قم بتطبيق طاقة الإدخال على السائق لتجنب التغيرات العابرة في الجهد.

توضح ورقة البيانات تكوينين للدائرة: أحدهما بمقاومة واحدة لكل سلسلة متوازية (أقل مثالية بسبب عدم توازن التيار إذا اختلف Vf) والآخر بمقاومة فردية لكل LED (مفضل لتحكم أفضل في التيار).

5.4 احتياطات التعامل

تجنب التعامل المباشر مع عدسة الـ LED بأصابع عارية. يمكن أن تلوث زيوت الجلد عدسة السيليكون، مما يسبب تدهورًا بصريًا ويقلل من مخرج الضوء. استخدم أدوات شفط بالتفريغ أو ملاقط نظيفة مصممة للتعامل مع المكونات. يمكن أن تتسبب القوة الميكانيكية المفرطة بالملاقط في إتلاف روابط الأسلاك أو شريحة أشباه الموصلات داخل الغلاف.

6. معلومات الطلب وترقيم الموديل

يتبع المنتج نظام ترميز محدد لرقم الجزء: T5A003FA. بينما يتم توفير تفاصيل فك التشفير الكاملة لكل مقطع في المستند (تغطي كود التدفق، درجة حرارة اللون، الكود الداخلي، عدد الرقائق، كود العدسة، ومخطط الغلاف)، فإن المعرف الرئيسي "5050" يؤكد حجم الغلاف، و"RGB" أو "F" يشير إلى النوع متعدد الألوان (أحمر، أخضر، أزرق).

7. ملاحظات التطبيق واعتبارات التصميم

7.1 إدارة الحرارة

على الرغم من أن درجة حرارة الوصلة القصوى هي 125°C، فإن التشغيل عند درجات حرارة أقل يطيل العمر الافتراضي بشكل كبير ويحافظ على استقرار اللون. تأكد من أن لوحة الدوائر المطبوعة لديها مساحة نحاسية كافية لانتشار الحرارة. لمصفوفات الطاقة العالية أو الكثافة العالية، فكر في استخدام لوحات دوائر مطبوعة ذات قلب معدني (MCPCBs) أو تبريد نشط.

7.2 مزج الألوان والتحكم

لتحقيق نقطة بيضاء محددة أو لون مشبع، يلزم التحكم الدقيق في نسبة التيار بين القنوات الحمراء والخضراء والزرقاء. يتم ذلك عادةً عبر تخفيف تعديل عرض النبضة (PWM)، وهو أكثر فعالية للتحكم في اللون من التخفيف التناظري، لأنه يحافظ على الجهد الأمامي الأمثل للـ LED وخصائصه اللونية. تتطلب الجهود الأمامية المختلفة قنوات سائق منفصلة أو قيم مقاومات محسوبة بعناية لكل لون إذا كان يتم استخدام مصدر جهد مشترك مع مقاومات.

7.3 التصميم البصري

توفر زاوية المشاهدة البالغة 120 درجة نمط انبعاث واسع يشبه لامبرتيان. للتطبيقات التي تتطلب ضوءًا موجهًا، يمكن تركيب بصريات ثانوية مثل العدسات أو العواكس فوق الـ LED. مادة عدسة السيليكون ناعمة نسبيًا؛ يجب الحرص على عدم خدشها أثناء التجميع.

8. المقارنة والتمييز

مقارنة باستخدام ثلاثة مصابيح LED سطحية التركيب منفصلة (مثل غلاف 3528)، يوفر الـ SMD5050 RGB المتكامل حلاً أكثر إحكاما، ويبسط تجميع الالتقاط والوضع (مكون واحد مقابل ثلاثة)، ويضمن محاذاة مكانية دقيقة لنقاط الألوان الثلاث، وهو أمر بالغ الأهمية لمزج ألوان جيد على مسافات قصيرة. مقارنة بأغلفة LED RGB السابقة، غالبًا ما يوفر غلاف 5050 إخراج ضوء أعلى وأداء حراري أفضل بسبب بصمته الأكبر.

9. الأسئلة الشائعة (FAQs)

9.1 هل يمكنني تشغيل الألوان الثلاثة على التوازي باستخدام مقاومة واحدة؟

لا، هذا غير موصى به. الجهود الأمامية (Vf) للرقائق الحمراء والخضراء والزرقاء مختلفة. سيؤدي توصيلها على التوازي بمقاومة واحدة إلى حدوث اختلال شديد في التيار، حيث يتدفق معظم التيار عبر القناة ذات أقل Vf (عادةً الأحمر)، مما يؤدي إلى ألوان غير صحيحة وتيار زائد محتمل في بعض الرقائق.

9.2 لماذا التجفيف ضروري، وهل يمكنني استخدام درجة حرارة أعلى للتجفيف بشكل أسرع؟

يزيل التجفيف الرطوبة الممتصة لمنع التلف أثناء إعادة الانصهار. لا تتجاوز 60°C. يمكن أن تؤدي درجات الحرارة الأعلى إلى تدهور المواد الداخلية (السيليكون، الفوسفور إذا كان موجودًا، المواد اللاصقة) وتعبئة الشريط والبكرة نفسها.

9.3 ما هو العمر الافتراضي النموذجي لهذا الـ LED؟

يعتمد العمر الافتراضي للـ LED (غالبًا ما يُعرّف بـ L70 - الوقت حتى 70% من التدفق الضوئي الأولي) اعتمادًا كبيرًا على ظروف التشغيل، وخاصة تيار القيادة ودرجة حرارة الوصلة. يمكن أن يؤدي التشغيل عند التيار الموصى به أو أقل (60 مللي أمبير لكل رقاقة) والحفاظ على درجة حرارة وصلة منخفضة من خلال تصميم حراري جيد إلى عشرات الآلاف من ساعات التشغيل.

10. مثال تطبيقي عملي

السيناريو: تصميم شريط LED متغير الألوان.

1. التخطيط:يتم وضع عدة مصابيح LED من نوع SMD5050 RGB على طول شريط لوحة دوائر مطبوعة مرن بمسافة محددة (مثل 30 LED/متر).
2. الدائرة الكهربائية:يتم توصيل الأقطاب الموجبة R و G و B لكل LED إلى قضبان طاقة مشتركة (Vcc_R، Vcc_G، Vcc_B) عبر مقاومات محددة للتيار على الشريط. يتم توصيل الأقطاب السالبة إلى مصدر قنوات MOSFET من النوع N التي يتحكم فيها متحكم دقيق.
3. التحكم:يقوم المتحكم الدقيق بتوليد إشارات تعديل عرض النبضة (PWM) لكل قناة لونية من كل مجموعة LED (غالبًا ما يتم تجميعها في مقاطع من 3 LED للشرائط القابلة للعنونة مثل WS2812B، الذي يدمج شريحة تحكم). هذا يسمح بالتحكم المستقل في اللون والسطوع لكل مقطع.
4. الطاقة:يتم استخدام مصدر جهد ثابت 5 فولت أو 12 فولت. يتم اختيار الجهد وقيم المقاومات لتوفير 60 مللي أمبير المطلوبة لكل رقاقة، مع مراعاة انخفاض الجهد على طول الشريط.
5. التجميع:يتم تجميع الشريط باستخدام عمليات التركيب السطحي، مع اتباع إرشادات الحساسية للرطوبة والتفريغ الكهروستاتيكي. بعد اللحام، غالبًا ما يتم تطبيق طلاء سيليكون للعزل المائي.

11. مبدأ التشغيل

الـ LED هو صمام ثنائي تقاطع p-n من أشباه الموصلات. عندما يتم تطبيق جهد أمامي يتجاوز عتبة الصمام الثنائي، تندمج الإلكترونات من المنطقة من النوع n مع الفجوات من المنطقة من النوع p داخل الطبقة النشطة. يطلق هذا الاندماج الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يتم تحديد الطول الموجي المحدد (اللون) للضوء المنبعث بواسطة طاقة فجوة النطاق لمواد أشباه الموصلات المستخدمة في المنطقة النشطة. يجمع SMD5050 RGB ثلاثة تقاطعات من هذا القبيل، مصنوعة من أنظمة مواد مختلفة (مثل AlInGaP للأحمر، InGaN للأخضر والأزرق)، في غلاف واحد. يختلط الضوء من كل رقاقة خارجيًا لإنتاج اللون المُدرَك.

12. اتجاهات التكنولوجيا

الاتجاه العام في مصابيح LED RGB هو نحو كفاءة أعلى (المزيد من لومن لكل واط)، وتحسين تجسيد الألوان (نطاق ألوان أوسع)، وموثوقية أعلى. هناك أيضًا اتجاه نحو تصنيف ألوان وتدفق أكثر دقة لضمان الاتساق في الإنتاج الضخم. أصبح التكامل مع الإلكترونيات التحكمية (مثل إنشاء "مصابيح LED ذكية" أو مصابيح LED قابلة للعنونة مزودة بدوائر متكاملة مدمجة) شائعًا بشكل متزايد، مما يبسط تصميم النظام لتطبيقات الإضاءة الديناميكية. علاوة على ذلك، تهدف التطورات في مواد التعبئة والتغليف إلى توفير أداء حراري أفضل ومقاومة طويلة الأمد للعوامل البيئية مثل الرطوبة والتعرض للأشعة فوق البنفسجية.