ورقة بيانات LED SMD مقاس 2820 - عبوة 2.8x2.0 مم - لون كهرماني - جهد تشغيل نموذجي 3.0 فولت - قدرة 0.45 واط عند 150 مللي أمبير - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

تُعد سلسلة 2820-PA1501M-AM من مصابيح LED عالية الأداء ذات التركيب السطحي، مُصممة في المقام الأول لتطبيقات الإضاءة المتطلبة في السيارات. تستخدم تقنية تحويل الفوسفور لإنتاج إخراج لون كهرماني مستقر. يتم تغليف الجهاز في عبوة SMD مدمجة مقاس 2.8 مم × 2.0 مم، مما يوفر توازنًا بين الحجم وإخراج الضوء. تشمل مزاياها الأساسية الامتثال لمعيار التأهيل الصارم للسيارات AEC-Q102، وحماية عالية من التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) تبلغ 8 كيلو فولت (HBM)، والالتزام باللوائح البيئية مثل RoHS وREACH ومتطلبات الخلو من الهالوجين. السوق المستهدف هو الإضاءة الداخلية والخارجية للسيارات، حيث تكون الموثوقية، واتساق اللون، والأداء في الظروف القاسية ذات أهمية قصوى.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

2.1 الخصائص الضوئية والكهربائية

يتم توصيف أداء LED تحت تيار اختبار قياسي قدره 150 مللي أمبير. التدفق الضوئي النموذجي هو 45 لومن (lm)، مع حد أدنى 39 لومن وحد أقصى 60 لومن وفقًا لهيكل التصنيف. جهد التشغيل الأمامي (Vf) عند هذا التيار هو نموذجيًا 3.00 فولت، ويتراوح من 2.75 فولت إلى 3.5 فولت. هذه المعلمة حاسمة لتصميم السائق وإدارة الحرارة. يوفر الجهاز زاوية رؤية واسعة تبلغ 120 درجة، مما يوفر توزيعًا ضوئيًا واسعًا وموحدًا. إحداثيات اللونية تتمحور حول CIE x=0.575 و CIE y=0.418، مما يحدد درجتها الكهرمانية المحددة. جميع قياسات القياس الضوئي لها تسامح ±8%، وقياسات جهد التشغيل الأمامي لها تسامح ±0.05 فولت.

2.2 القيم القصوى المطلقة والخصائص الحرارية

لضمان الموثوقية طويلة الأجل، يجب عدم تشغيل الجهاز بما يتجاوز قيمه القصوى المطلقة. الحد الأقصى لتيار التشغيل الأمامي المستمر هو 350 مللي أمبير، مع قدرة على تيار الذروة الاندفاعي (tp ≤ 10 ميكروثانية) تبلغ 750 مللي أمبير. الحد الأقصى لتبديد الطاقة هو 1225 ملي واط. يجب ألا تتجاوز درجة حرارة الوصلة (Tj) 150 درجة مئوية، مع نطاق درجة حرارة تشغيل من -40 درجة مئوية إلى +125 درجة مئوية. يتم توفير قيمتين للمقاومة الحرارية: المقاومة الحرارية الحقيقية من الوصلة إلى نقطة اللحام (Rth JS real) هي بحد أقصى 22 كلفن/واط، بينما القيمة المشتقة بالطريقة الكهربائية (Rth JS el) هي بحد أقصى 15 كلفن/واط. هذه القيم حاسمة لحساب التبريد الحراري اللازم للحفاظ على Tj ضمن الحدود الآمنة أثناء التشغيل.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

يتم فرز مصابيح LED إلى فئات (Bins) لضمان الاتساق في المعايير الرئيسية لتصميم التطبيق.

3.1 تصنيف التدفق الضوئي

يتم تعيين فئات التدفق الضوئي F3 و F4 و F5. تغطي فئة F3 التدفق الضوئي من 39 لومن إلى 45 لومن، وF4 من 45 لومن إلى 52 لومن، وF5 من 52 لومن إلى 60 لومن. هذا يسمح للمصممين باختيار مصابيح LED بناءً على مستوى السطوع المطلوب لتطبيقهم المحدد.

3.2 تصنيف جهد التشغيل الأمامي

تساعد فئات الجهد في مطابقة مصابيح LED لتقاسم التيار في مصفوفات LED المتعددة. الفئات هي 2730 (2.75 فولت - 3.00 فولت)، و3032 (3.00 فولت - 3.25 فولت)، و3235 (3.25 فولت - 3.50 فولت). يقلل استخدام مصابيح LED من نفس فئة الجهد أو فئات متقاربة من عدم التوازن في التيار.

3.3 تصنيف اللون

يتم التحكم بإحكام في اللون الكهرماني ضمن فئتين رئيسيتين: YA و YB. يتم تعريف كل فئة بمنطقة رباعية على مخطط اللونية CIE 1931. تحتوي فئة YA و YB على حدود إحداثيات محددة تضمن وقوع اللون الكهرماني المنبعث ضمن نطاق مقبول ومتسق بصريًا. تعمل الإحداثيات النموذجية المقدمة (x=0.575، y=0.418) كنقطة مرجعية مركزية.

4. تحليل منحنيات الأداء

4.1 منحنى التيار-الجهد والتدفق الضوئي النسبي

يظهر الرسم البياني للتيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي العلاقة الأسية النموذجية لمصابيح LED. عند 150 مللي أمبير، يكون Vf في حدود 3.0 فولت. يشير الرسم البياني للتدفق الضوئي النسبي مقابل التيار الأمامي إلى أن إخراج الضوء يزداد بشكل شبه خطي مع التيار. بينما يؤدي التشغيل بتيارات أعلى إلى إنتاج ضوء أكثر، فإنه يولد أيضًا حرارة أكثر، مما يؤثر على الكفاءة والعمر الافتراضي.

4.2 الاعتماد على درجة الحرارة

تعتبر الرسوم البيانية للأداء مقابل درجة حرارة الوصلة حاسمة للتطبيقات في السيارات. يُظهر منحنى التدفق الضوئي النسبي مقابل درجة حرارة الوصلة أن إخراج الضوء يتناقص مع زيادة درجة الحرارة. عند 125 درجة مئوية، يكون التدفق النسبي حوالي 70-80% من قيمته عند 25 درجة مئوية. يتمتع جهد التشغيل الأمامي بمعامل درجة حرارة سالب، حيث يتناقص خطيًا مع ارتفاع درجة الحرارة. تُظهر رسوم بيانية لانزياح إحداثيات اللونية تغيرًا طفيفًا مع زيادة التيار ودرجة الحرارة، مما يشير إلى استقرار لوني جيد.

4.3 توزيع الطيف ونمط الإشعاع

يؤكد الرسم البياني للتوزيع الطيفي النسبي على طيف محول بالفوسفور، نموذجي لمصابيح LED الكهرمانية، مع ذروة انبعاث واسعة. يوضح مخطط زاوية الرؤية نمط الانبعاث الشبيه بـ Lambertian بعرض كامل عند نصف القيمة القصوى (FWHM) يبلغ 120 درجة، مما يؤكد التوزيع الضوئي الواسع والموحد.

4.4 تخفيض التصنيف ومعالجة النبضات

يحدد منحنى تخفيض تصنيف التيار الأمامي الحد الأقصى المسموح به للتيار المستمر بناءً على درجة حرارة لوحة اللحام (Ts). على سبيل المثال، عند Ts=125 درجة مئوية، الحد الأقصى لـ IF هو 350 مللي أمبير. يفرض المنحنى حدًا أدنى لتيار التشغيل يبلغ 20 مللي أمبير. يحدد الرسم البياني لقدرة معالجة النبض المسموح بها تيار النبض الذروة المسموح به (IFP) لعرض نبض قصير جدًا (tp) ودورات عمل مختلفة (D)، وهو مفيد لتطبيقات التعتيم بـ PWM أو الوميض.

5. المعلومات الميكانيكية ومواصفات العبوة

5.1 الأبعاد الفيزيائية

يبلغ أبعاد عبوة LED 2.8 مم في الطول و 2.0 مم في العرض. يوفر الرسم الميكانيكي قياسات مفصلة تشمل الارتفاع الكلي، وهندسة العدسة، وأبعاد الأطراف. جميع التسامحات هي ±0.1 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. يسهل الحجم المدمج تخطيطات PCB عالية الكثافة.

5.2 تخطيط لوحة اللحام الموصى به

يتم توفير تصميم نمط اللحام (Land Pattern) لضمان لحام موثوق وأداء حراري مثالي. يتضمن التصميم لوحات للطرفين الكهربائيين ولوحة حرارية مركزية. تعتبر اللوحة الحرارية ضرورية لنقل الحرارة بكفاءة من وصلة LED إلى اللوحة المطبوعة (PCB). الالتزام بهذا التخطيط الموصى به يساعد في منع ظاهرة "اللوحة القبرية" (Tombstoning)، ويحسن موثوقية وصلة اللحام، ويعظم تبديد الحرارة.

5.3 تحديد القطبية

يتم عادةً تمييز الكاثود على الجهاز، غالبًا بشق، أو نقطة، أو علامة خضراء على الجانب السفلي من العبوة كما هو موضح في الرسم الميكانيكي. اتجاه القطبية الصحيح أثناء التجميع إلزامي لمنع تلف الجهاز.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 ملف تعريف لحام إعادة التدفق (Reflow)

يتم تصنيف LED لتحمل أقصى درجة حرارة لحام تبلغ 260 درجة مئوية لمدة 30 ثانية. يجب اتباع ملف تعريف إعادة تدفق مفصل، يتضمن عادةً مراحل التسخين المسبق، والنقع الحراري، وإعادة التدفق (مع عدم تجاوز درجة الحرارة القصوى 260 درجة مئوية)، والتبريد. يجب أن يكون الملف الشخصي متوافقًا مع معايير JEDEC لمستوى حساسية الرطوبة (MSL) 2 للمكونات، مما يعني أنه يجب خبز الجهاز إذا تعرض للظروف البيئية بما يتجاوز عمره الافتراضي قبل إعادة التدفق.

6.2 احتياطات الاستخدام

تشمل الاحتياطات الرئيسية: تجنب الإجهاد الميكانيكي على العدسة، ومنع تلوث السطح البصري، واستخدام إجراءات التعامل المناسبة مع ESD، وضمان نظافة اللوحة المطبوعة ومعجون اللحام لمنع التآكل الناجم عن الكبريت (يلبي الجهاز فئة اختبار الكبريت A1).

6.3 ظروف التخزين

نطاق درجة حرارة التخزين هو -40 درجة مئوية إلى +125 درجة مئوية. بالنسبة للتخزين طويل الأجل، يجب الاحتفاظ بالمكونات في أكياس الحاجز للرطوبة الأصلية مع مجفف إذا تم فتح الكيس وتجاوز وقت التعرض عمر MSL 2 الافتراضي.

7. معلومات التعبئة والطلب

7.1 مواصفات التعبئة

يتم توريد مصابيح LED على شريط وبكرة للتجميع الآلي. توفر معلومات التعبئة أبعاد البكرة، وعرض الشريط، وتباعد الجيوب، واتجاه المكونات على الشريط.

7.2 رقم القطعة وقواعد تسمية الموديل

يتبع رقم القطعة 2820-PA1501M-AM هيكلًا منطقيًا: يشير "2820" إلى حجم العبوة، و"PA" على الأرجح تعني كهرماني محول بالفوسفور، و"150" قد تشير إلى تيار الاختبار الاسمي بالمللي أمبير، و"1M" يمكن أن تشير إلى فئة تدفق ضوئي/لون أو إصدار محدد، و"AM" تؤكد اللون الكهرماني. تسمح معلومات الطلب باختيار فئات محددة للتدفق الضوئي (F3/F4/F5) وجهد التشغيل الأمامي (2730/3032/3235) لتلبية متطلبات التطبيق الدقيقة.

8. توصيات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

التطبيق الأساسي هو إضاءة السيارات. وهذا يشمل التطبيقات الداخلية مثل الإضاءة الخلفية للوحة القيادة، وإضاءة المفاتيح، والإضاءة المحيطة. تشمل التطبيقات الخارجية أضواء علامة الجانب، ومؤشرات إشارة الانعطاف (اعتمادًا على اللوائح المحلية وشدة الإضاءة المطلوبة)، وأضواء التشغيل النهاري (DRLs) عند استخدامها في مجموعات أو مع بصريات مناسبة.

8.2 اعتبارات التصميم

يجب على المصممين مراعاة عدة عوامل:الإدارة الحرارية:استخدم قيم المقاومة الحرارية ومنحنى تخفيض التصنيف لتصميم مبرد حراري كافٍ للوحة المطبوعة (صب نحاسي) وربما النظر في استخدام لوحات مطبوعة ذات قلب معدني (MCPCBs) للتطبيقات عالية الطاقة أو ذات درجة الحرارة المحيطة العالية.قيادة التيار:استخدم سائق تيار ثابت لإخراج ضوئي مستقر. يجب تصميم السائق لاستيعاب نطاق فئة جهد التشغيل الأمامي.البصريات:قد تتطلب زاوية الرؤية البالغة 120 درجة بصريات ثانوية (عدسات، أدلة ضوئية) لتحقيق أنماط حزم الضوء المطلوبة لتطبيقات محددة.تخطيط اللوحة المطبوعة (PCB Layout):اتبع تصميم لوحة اللحام الموصى به بدقة، خاصة بالنسبة لاتصال اللوحة الحرارية، والتي يجب توصيلها بمساحة نحاسية كبيرة مع فتحات متعددة (Vias) للطبقات الداخلية أو السفلية لنشر الحرارة.

9. المقارنة التقنية والتمييز

مقارنة بمصابيح LED التجارية القياسية، تتميز سلسلة 2820-PA1501M-AM من خلال تأهيلها من الدرجة الصناعية للسيارات (AEC-Q102). يتضمن ذلك اختبارات أكثر صرامة لدورات درجة الحرارة، ومقاومة الرطوبة، وعمر التشغيل في درجات الحرارة العالية (HTOL)، وغيرها من الضغوطات. تصنيف ESD البالغ 8 كيلو فولت أعلى من الأجزاء التجارية النموذجية. مقاومتها للكبريت (الفئة A1) هي ميزة رئيسية في البيئات الصناعية والسيارات حيث يمكن للكبريت الجوي أن يسبب تآكل المكونات المطلية بالفضة. يجمع المنتج بين إخراج تدفق ضوئي مرتفع نسبيًا (45 لومن نموذجي) من عبوة 2820 صغيرة، مما يوفر كفاءة إضاءة جيدة ومرونة في التصميم.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

س: هل يمكنني تشغيل هذا LED عند 350 مللي أمبير بشكل مستمر؟

ج: يمكنك تشغيله عند 350 مللي أمبير فقط إذا كانت درجة حرارة لوحة اللحام (Ts) عند أو أقل من 25 درجة مئوية، وفقًا لمنحنى تخفيض التصنيف. في تطبيق حقيقي مع Ts أعلى، سيكون الحد الأقصى المسموح به للتيار المستمر أقل. استشر دائمًا منحنى تخفيض التصنيف.

س: ما الفرق بين Rth JS real و Rth JS el؟

ج: يتم قياس Rth JS real باستخدام معلمة حساسة لدرجة الحرارة (مثل جهد التشغيل الأمامي) وتمثل المسار الحراري الفعلي. يتم حساب Rth JS el من المعايير الكهربائية وغالبًا ما يكون أقل. للتصميم الحراري المحافظ، استخدم قيمة Rth JS real الأعلى (22 كلفن/واط كحد أقصى).

س: كيف أختار الفئة (Bin) المناسبة؟

ج: للتطبيقات التي تتطلب سطوعًا متسقًا، حدد فئة تدفق ضوئي ضيقة (مثل F4). للمصفوفات حيث يكون تقاسم التيار حاسمًا، حدد فئة جهد تشغيل أمامي ضيقة. للتطبيقات الحساسة للون، حدد فئة اللون (YA أو YB).

س: هل هذا LED مناسب للتعتيم بـ PWM؟

ج: نعم، يُظهر الرسم البياني لقدرة معالجة النبضات أنه يمكنه التعامل مع تيارات ذروة عالية عند دورات عمل منخفضة. تأكد من أن عرض النبضة والتردد ضمن الحدود المحددة لتجنب ارتفاع درجة الحرارة.

11. أمثلة عملية للتصميم والاستخدام

المثال 1: شريط إضاءة محيطة داخلية للسيارة:يستخدم التصميم 20 LED على التوالي على لوحة مطبوعة مرنة. يختار المصمم فئة التدفق الضوئي F4 لسطوع متسق وفئة الجهد 3032 لمطابقة جيدة. يتم استخدام سائق تيار ثابت يزود 150 مللي أمبير. يتم تثبيت اللوحة المطبوعة المرنة على هيكل معدني للتبريد الحراري، مما يحافظ على Ts أقل من 80 درجة مئوية، مما يسمح بتيار تشغيل آمن وفقًا لمنحنى تخفيض التصنيف.

المثال 2: ضوء علامة جانبي خارجي:يستخدم التصميم 3 مصابيح LED. بسبب ارتفاع درجات الحرارة المحيطة تحت الغطاء، يستخدم المصمم لوحة مطبوعة ذات قلب معدني (MCPCB). يتم إجراء محاكاة حرارية باستخدام Rth JS real = 22 كلفن/واط ودرجة الحرارة المحيطة المتوقعة لضمان بقاء Tj أقل من 125 درجة مئوية. تلغي زاوية الرؤية الواسعة البالغة 120 درجة الحاجة إلى عدسة موزع ثانوية، مما يبسط تصميم العلبة.

12. مقدمة عن مبدأ التشغيل

هذا LED من النوع المحول بالفوسفور. تبعث شريحة أشباه الموصلات الأساسية ضوءًا عند طول موجي قصير (عادةً أزرق أو قريب من الأشعة فوق البنفسجية). يمتص هذا الضوء طبقة من مادة الفوسفور المترسبة على أو حول الشريحة. ثم يعيد الفوسفور إصدار الضوء بأطوال موجية أطول. من خلال اختيار تركيبة الفوسفور بعناية، يُنظر إلى الضوء المدمج من الشريحة والفوسفور على أنه كهرماني. تتيح هذه الطريقة التحكم الدقيق في نقطة اللون وغالبًا ما توفر استقرارًا واتساقًا أفضل مقارنة بمصابيح LED الملونة ذات الانبعاث المباشر (مثل AlInGaP للكهرماني/الأحمر). تجمع العبوة ذات التركيب السطحي بين الشريحة، والفوسفور، وعدسة سيليكون أو إيبوكسي مصبوبة تشكل إخراج الضوء وتوفر الحماية البيئية.

13. اتجاهات وتطورات التكنولوجيا

يتجه تطور إضاءة LED للسيارات نحو كفاءة أعلى (المزيد من اللومن لكل واط)، وكثافة طاقة أكبر (المزيد من الضوء من عبوات أصغر)، وتحسين الموثوقية في الظروف القاسية. تستمر تكنولوجيا الفوسفور في التقدم، مما يوفر كفاءة تحويل أعلى واستقرار لوني أفضل مع درجة الحرارة والزمن. تتطور تقنيات التغليف لتحسين الأداء الحراري، مما يسمح بتيارات تشغيل أعلى دون المساس بالعمر الافتراضي. علاوة على ذلك، فإن دمج الإلكترونيات القائدة ورقائق LED المتعددة في وحدات واحدة هو اتجاه متزايد. يعكس الالتزام بمعايير مثل AEC-Q102 واختبارات مقاومة الكبريت المحددة دفع الصناعة نحو موثوقية قابلة للقياس ومضمونة في البيئات القاسية للسيارات.