مستند تقني: ثنائي باعث للضوء (LED) أخضر عالي الشدة 680-1900 مكد - جهد 2.7-3.8 فولت - قدرة 108 ميغاواط - حزمة T-1 3 مم

1. نظرة عامة على المنتج

يُفصّل هذا المستند مواصفات ثنائي باعث للضوء (LED) أخضر عالي الأداء، مُعبأ في حزمة قياسية من نوع T-1 (قطر 3 مم) للتركيب عبر الثقب (Through-Hole). صُمم هذا الجهاز لتطبيقات المؤشرات والإضاءة العامة التي تتطلب سطوعًا عاليًا، واستهلاكًا منخفضًا للطاقة، وأداءً موثوقًا. تشمل مزاياه الأساسية الامتثال لمعايير RoHS، وكفاءة إضاءة عالية، وتوافقًا مع دوائر القيادة ذات التيار المنخفض، مما يجعله مناسبًا لمجموعة واسعة من الإلكترونيات الاستهلاكية، وأجهزة التحكم الصناعية، ومؤشرات اللوحات.

2. تحليل مُتعمق للمعايير التقنية

2.1 القيم القصوى المطلقة

يتم تحديد الحدود التشغيلية للجهاز عند درجة حرارة محيطة (T_A) تبلغ 25 درجة مئوية. الحد الأقصى للتيار الأمامي المستمر هو 30 مللي أمبير، مع السماح بتيار أمامي ذروي يصل إلى 100 مللي أمبير في ظل ظروف النبض (دورة عمل 1/10، وعرض نبضة 0.1 مللي ثانية). الحد الأقصى لتشتت الطاقة هو 108 ميلي واط. نطاق درجة حرارة التشغيل هو من -30 درجة مئوية إلى +80 درجة مئوية، ونطاق درجة حرارة التخزين هو من -40 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية. بالنسبة للحام، يمكن لأطراف التوصيل تحمل 260 درجة مئوية لمدة أقصاها 5 ثوانٍ عند القياس على بعد 1.6 مم من جسم الـ LED.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

يتم قياس معايير الأداء الرئيسية عند T_A=25 درجة مئوية وتيار أمامي (I_F) بقيمة 20 مللي أمبير. تتراوح الشدة الضوئية (I_V) من حد أدنى 680 مكد إلى قيمة نموذجية 1900 مكد. زاوية الرؤية (2θ_1/2) هي نموذجيًا 40 درجة. يصدر الجهاز ضوءًا أخضر بطول موجة انبعاث ذروي (λ_P) يبلغ 523 نانومتر وطول موجة سائد (λ_d) يتراوح من 520 نانومتر إلى 538 نانومتر. الجهد الأمامي (V_F) يتراوح بين 2.7 فولت و 3.8 فولت، بقيمة نموذجية 3.3 فولت. التيار العكسي (I_R) هو بحد أقصى 10 ميكرو أمبير عند جهد عكسي (V_R) بقيمة 5 فولت. من المهم ملاحظة أن الجهاز لم يُصمم للعمل تحت انحياز عكسي؛ حالة V_Rهي فقط لاختبار I_R.

3. مواصفات نظام التصنيف (Binning)

يتم تصنيف ثنائيات الـ LED إلى مجموعات (Bins) بناءً على الشدة الضوئية وطول الموجة السائد لضمان اتساق اللون والسطوع في التطبيقات.

3.1 تصنيف الشدة الضوئية

الوحدات بالملي كانديلا (مكد) عند 20 مللي أمبير. تم تعريف مجموعتين رئيسيتين: المجموعة NP (من 680 مكد إلى 1150 مكد) والمجموعة QR (من 1150 مكد إلى 1900 مكد). ينطبق تسامح ±15% على كل حد للمجموعة.

3.2 تصنيف طول الموجة السائد

الوحدات بالنانومتر (نانومتر) عند 20 مللي أمبير. تم تعريف خمس مجموعات: G10 (520.0-523.0 نانومتر)، G11 (523.0-527.0 نانومتر)، G12 (527.0-531.0 نانومتر)، G13 (531.0-535.0 نانومتر)، و G14 (535.0-538.0 نانومتر). ينطبق تسامح ±1 نانومتر على كل حد للمجموعة.

4. تحليل منحنيات الأداء

بينما لا يتم توفير بيانات رسومية محددة في نص المستخلص، فإن منحنيات الأداء النموذجية لمثل هذه الثنائيات ستشمل العلاقة بين التيار الأمامي (I_F) والجهد الأمامي (V_F)، مُظهرة الخاصية الأسية للثنائي. منحنى حاسم آخر سيرسم العلاقة بين الشدة الضوئية (I_V) والتيار الأمامي (I_F)، مُظهرًا العلاقة شبه الخطية ضمن نطاق التشغيل. تأثير درجة الحرارة المحيطة على الشدة الضوئية مهم أيضًا، حيث يُظهر عادةً انخفاضًا في الناتج مع زيادة درجة الحرارة. سيكون منحنى التوزيع الطيفي متمركزًا حول الذروة 523 نانومتر بعرض نصف قيمتي نموذجي (Δλ) يبلغ 35 نانومتر، مُحددًا نقاء اللون الأخضر.

5. معلومات الميكانيكا والحزمة

يستخدم الجهاز حزمة شائعة من نوع T-1 (قطر 3 مم) للتركيب عبر الثقب (Through-Hole) مع عدسة منتشرة بيضاء. تشمل الملاحظات الأبعادية الرئيسية: جميع الأبعاد بالمليمترات، مع تسامح عام ±0.25 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. الحد الأقصى لبروز الراتنج تحت الحافة هو 1.0 مم. يتم قياس تباعد الأطراف عند النقطة التي تخرج فيها الأطراف من جسم الحزمة. تساعد العدسة المنتشرة في تحقيق زاوية رؤية أوسع وأكثر انتظامًا مقارنة بالعدسات الشفافة.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 تشكيل الأطراف والتعامل

يجب إجراء تشكيل الأطراف في درجة حرارة الغرفة العادية وقبلعملية اللحام. يجب إجراء الانحناء على بعد 1.6 مم على الأقل من قاعدة عدسة الـ LED. لا يجب استخدام قاعدة إطار الطرف كنقطة ارتكاز أثناء الانحناء لتجنب نقل الإجهاد إلى القطعة الداخلية (Die) وروابط الأسلاك. أثناء تجميع لوحة الدوائر المطبوعة (PCB)، يجب استخدام الحد الأدنى من قوة التثبيت.

6.2 عملية اللحام

يجب الحفاظ على مسافة خالية لا تقل عن 1.6 مم بين قاعدة العدسة ونقطة اللحام. يجب تجنب غمر العدسة في اللحام لمنع تسلق الإيبوكسي، مما قد يسبب مشاكل في اللحام. كما يُمنع تصحيح موضع الـ LED بعد اللحام. الظروف الموصى بها هي:

• مكواة اللحام:درجة حرارة 400 درجة مئوية كحد أقصى، وقت 3 ثوانٍ كحد أقصى (مرة واحدة فقط).
• لحام الموجة:تسخين مسبق 120 درجة مئوية كحد أقصى لمدة 60 ثانية كحد أقصى، موجة اللحام عند 260 درجة مئوية كحد أقصى لمدة 5 ثوانٍ كحد أقصى.

6.3 التخزين والتنظيف

للتخزين خارج العبوة الأصلية، يُوصى بالاستخدام خلال ثلاثة أشهر. للتخزين الممتد، استخدم حاوية محكمة الإغلاق مع مجفف أو في جو نيتروجين. إذا كان التنظيف ضروريًا، استخدم مذيبات كحولية مثل كحول الأيزوبروبيل.

7. معلومات التعبئة والطلب

تدفق التعبئة القياسي هو: 1000 قطعة لكل كيس تعبئة مضاد للكهرباء الساكنة. يتم تعبئة عشرة أكياس في صندوق داخلي، بإجمالي 10000 قطعة لكل صندوق داخلي. يتم تعبئة ثمانية صناديق داخلية في صندوق شحن خارجي، مما ينتج عنه إجمالي 80000 قطعة لكل صندوق خارجي. يتم وضع رمز تصنيف الشدة الضوئية على كل كيس تعبئة لتتبع المنتج.

8. توصيات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

يُقصد بهذا الـ LED للمعدات الإلكترونية العادية بما في ذلك أجهزة أتمتة المكاتب، ومعدات الاتصالات، والأجهزة المنزلية. سطوعه العالي يجعله مناسبًا لمؤشرات الحالة، والإضاءة الخلفية للوحات والمفاتيح، والإضاءة الزخرفية حيث تكون هناك حاجة لإشارة خضراء مميزة.

8.2 اعتبارات تصميم الدائرة

ثنائيات الـ LED هي أجهزة تعمل بالتيار. لضمان سطوع موحد عند تشغيل عدة ثنائيات LED على التوازي، يُوصى بشدة باستخدام مقاومة محددة للتيار على التوالي مع كل LED (نموذج الدائرة A). يمكن أن يؤدي تشغيل عدة ثنائيات LED على التوازي بدون مقاومات فردية (نموذج الدائرة B) إلى اختلافات كبيرة في السطوع بسبب الاختلافات في الجهد الأمامي (V_F) للأجهزة الفردية. يمكن حساب قيمة المقاومة التسلسلية باستخدام قانون أوم: R = (V_المصدر- V_F) / I_F، حيث I_Fهو تيار القيادة المطلوب (مثلاً، 20 مللي أمبير).

8.3 احتياطات للتطبيقات الحرجة

استشر المورد قبل استخدام هذا الـ LED في التطبيقات التي تتطلب موثوقية استثنائية، خاصةً حيث يمكن أن يعرض الفشل الحياة أو الصحة للخطر (مثل الطيران، والأنظمة الطبية، وأجهزة السلامة).

9. التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) واحتياطات التعامل

ثنائيات الـ LED حساسة للتفريغ الكهروستاتيكي وارتفاعات الجهد. يُوصى باستخدام سوار معصم أو قفازات مضادة للكهرباء الساكنة عند التعامل. يجب تأريض جميع المعدات بشكل صحيح، بما في ذلك مكاوي اللحام وأسطح العمل. تجنب تطبيق أي إجهاد ميكانيكي على الأطراف، خاصةً عندما يكون الجهاز ساخنًا أثناء اللحام.

10. المقارنة التقنية والتمييز

تشمل المميزات الرئيسية لهذا الجهاز في فئته نطاق الشدة الضوئية العالي (حتى 1900 مكد) من حزمة T-1 القياسية، مما يوفر سطوعًا كبيرًا في شكل شائع. يوفر استخدام تكنولوجيا إن-غا-ن (Indium Gallium Nitride) انبعاثًا أخضرًا فعالاً. يسمح هيكل التصنيف المحدد لكل من الشدة وطول الموجة للمصممين باختيار القطع للتطبيقات التي تتطلب مطابقة دقيقة للون والسطوع، مما يقلل الحاجة إلى المعايرة بعد الإنتاج.

11. الأسئلة الشائعة (FAQs)

11.1 هل يمكنني تشغيل هذا الـ LED بدون مقاومة تسلسلية؟

لا. لا يُنصح بتشغيل الـ LED مباشرة من مصدر جهد لأنه جهاز يعمل بالتيار. يمكن أن يتسبب التباين الصغير في الجهد الأمامي في تغيير كبير في التيار، مما قد يتجاوز الحد الأقصى للتصنيف ويدمر الـ LED. المقاومة التسلسلية ضرورية للتشغيل المستقر والآمن.

11.2 لماذا يوجد نطاق للشدة الضوئية (680-1900 مكد)؟

يمثل النطاق هيكل التصنيف (Binning). بسبب اختلافات عملية التصنيع، يتم فرز (تصنيف) ثنائيات الـ LED بعد الإنتاج بناءً على الأداء المقاس. تحدد ورقة البيانات الحدود الدنيا والقصوى للمجموعات المتاحة (NP و QR). يجب على المصممين مراعاة التسامح ±15% داخل المجموعة عند التصميم لمستوى سطوع محدد.

11.3 ما الفرق بين طول موجة الذروة وطول الموجة السائد؟

طول موجة الذروة (λ_P) هو الطول الموجي الذي يكون فيه توزيع القدرة الطيفية في أقصى حد (523 نانومتر لهذا الـ LED). يتم اشتقاق طول الموجة السائد (λ_d) من مخطط لونية CIE ويمثل الطول الموجي الوحيد للضوء أحادي اللون الذي، عند دمجه مع مرجع أبيض محدد، يطابق لون الـ LED. إنه اللون المُدرك. نطاق طول الموجة السائد هو 520-538 نانومتر.

12. دراسة حالة للتصميم والاستخدام

السيناريو:تصميم لوحة مؤشرات حالة متعددة للمعدات الصناعية تتطلب 10 ثنائيات LED خضراء موحدة السطوع.خطوات التصميم:1. اختر ثنائيات LED من نفس مجموعة الشدة الضوئية (مثل QR) ومجموعة طول موجة سائد ضيقة (مثل G11) لتحقيق الاتساق. 2. مصدر الطاقة هو 5 فولت تيار مستمر. 3. باستخدام V_Fالنموذجي 3.3 فولت و I_Fهدف 20 مللي أمبير، احسب المقاومة التسلسلية: R = (5V - 3.3V) / 0.02A = 85 أوم. يمكن استخدام مقاومة قياسية 82 أوم أو 100 أوم، مع تعديل التيار قليلاً. 4. نفذ نموذج الدائرة A، باستخدام مقاومة واحدة لكل LED. 5. أثناء تخطيط لوحة الدوائر المطبوعة (PCB)، تأكد من المسافة الخالية الموصى بها 1.6 مم بين جسم الـ LED ووسادة اللحام. 6. اتبع ملف تعريف لحام الموجة بدقة. يضمن هذا النهج التشغيل الموثوق والمظهر الموحد.

13. مقدمة عن مبدأ التشغيل

ثنائي باعث للضوء (LED) هو ثنائي تقاطع شبه موصل من النوع p-n. عند تطبيق جهد أمامي، يتم حقق الإلكترونات من المنطقة من النوع n والفجوات من المنطقة من النوع p في منطقة التقاطع. عندما تتحد هذه حاملات الشحنة مرة أخرى، يتم إطلاق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يتم تحديد لون (طول موجة) الضوء المنبعث من خلال فجوة النطاق الطاقي لمادة أشباه الموصلات. يستخدم هذا الـ LED المحدد مركب أشباه الموصلات إن-غا-ن (Indium Gallium Nitride)، والذي تم هندسته ليكون له فجوة نطاق تتوافق مع انبعاث الضوء الأخضر.

14. اتجاهات التكنولوجيا

تواصل صناعة الـ LED التقدم في الكفاءة (لومن لكل واط)، مما يسمح بسطوع أعلى مع استهلاك أقل للطاقة. هناك اتجاه نحو تسامحات تصنيف (Binning) أضيق لكل من اللون والتدفق الضوئي لتلبية متطلبات تطبيقات مثل شاشات العرض الملونة الكاملة والإضاءة المعمارية حيث يكون الاتساق في غاية الأهمية. بينما تظل الحزم من نوع Through-Hole مثل T-1 شائعة للنماذج الأولية، والاستخدام الهواة، وبعض التطبيقات الصناعية، تهيمن حزم الأجهزة ذات التركيب السطحي (SMD) على الإنتاج الضخم بسبب حجمها الأصغر وملاءمتها للتجميع الآلي. تكنولوجيا إن-غا-ن الأساسية لثنائيات الـ LED الخضراء والزرقاء ناضجة ولكنها تستمر في رؤية تحسينات تدريجية في الكفاءة والموثوقية.