ورقة بيانات مصباح LED كهرماني LTL1KH6FK - قطر 5 مم - جهد أمامي 2.4 فولت - تبديد طاقة 75 ميغاواط - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

تحدد هذه الوثيقة مواصفات مصباح LED ذو فتحة مارّة بقطر 5 مم. تم تصميم هذا المكون لتطبيقات إشارة الحالة والإشارة عبر مجموعة واسعة من المعدات الإلكترونية. وهو متوفر باللون الكهرماني، ويتم تحقيقه باستخدام تقنية أشباه الموصلات AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم غاليوم) مع عدسة شفافة، مما يعزز إخراج الضوء وزاوية المشاهدة.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

تشمل المزايا الأساسية لهذا LED إخراج شدة إضاءة عالية، واستهلاك طاقة منخفض، وكفاءة عالية. إنه منتج خالٍ من الرصاص متوافق مع توجيه RoHS، مما يجعله مناسبًا للأسواق العالمية ذات اللوائح البيئية الصارمة. تسمح عبوته المتعددة الاستخدامات بالتركيب السهل على لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs) أو الألواح. تشمل التطبيقات المستهدفة صناعات متعددة، بما في ذلك معدات الاتصالات، وأجهزة الكمبيوتر، والإلكترونيات الاستهلاكية، والأجهزة المنزلية، وضوابط الصناعية، حيث تكون هناك حاجة إلى إشارة حالة موثوقة ومشرقة.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

يعد فهم المعايير الكهربائية والبصرية أمرًا بالغ الأهمية لتصميم دائرة موثوقة وتحقيق أداء متسق.

2.1 الحدود القصوى المطلقة

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

• تبديد الطاقة (Pd):75 ميغاواط عند درجة حرارة محيطة (TA) تبلغ 25 درجة مئوية. هذه هي أقصى طاقة يمكن للعبوة LED تبديدها كحرارة.
• تيار أمامي مستمر (IF):30 مللي أمبير مستمر.
• تيار أمامي ذروة:60 مللي أمبير، مسموح به فقط في ظل ظروف النبض (دورة عمل ≤ 1/10، عرض النبضة ≤ 10 ميكروثانية).
• التخفيض:يجب تقليل أقصى تيار أمامي مستمر خطيًا بمقدار 0.45 مللي أمبير لكل درجة مئوية ترتفع فيها درجة الحرارة المحيطة فوق 30 درجة مئوية.
• نطاق درجة حرارة التشغيل:-40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية.
• نطاق درجة حرارة التخزين:-40 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية.
• درجة حرارة لحام الأطراف:260 درجة مئوية كحد أقصى لمدة 5 ثوانٍ، مقاسة عند نقطة تبعد 2.0 مم (0.079 بوصة) عن جسم LED.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

هذه هي معايير الأداء النموذجية المقاسة عند TA=25 درجة مئوية و IF=20 مللي أمبير، ما لم يُذكر خلاف ذلك.

• شدة الإضاءة (Iv):تتراوح من 240 ميكروكنديلا (الحد الأدنى) إلى 880 ميكروكنديلا (الحد الأقصى)، مع توفير قيمة نموذجية. يتم تصنيف هذه المعلمة (انظر القسم 4). يستخدم القياس مستشعر/مرشح يقارب منحنى استجابة العين الضوئي CIE. يتم تضمين تسامح اختبار ±15% في الضمان.
• زاوية المشاهدة (2θ1/2):75 درجة. هذه هي الزاوية الكاملة التي تنخفض عندها شدة الإضاءة إلى نصف قيمتها المحورية (في المركز).
• الطول الموجي لذروة الانبعاث (λp):611 نانومتر. هذا هو الطول الموجي عند أعلى نقطة في طيف الضوء المنبعث.
• الطول الموجي السائد (λd):يتراوح من 600 نانومتر إلى 610 نانومتر. يتم اشتقاق هذا من مخطط لونية CIE ويمثل اللون الملاحظ لـ LED. يتم أيضًا تصنيف هذه المعلمة.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):17 نانومتر. يشير هذا إلى نقاء الطيف؛ تشير القيمة الأصغر إلى ضوء أكثر أحادية اللون.
• الجهد الأمامي (VF):2.4 فولت نموذجي عند 20 مللي أمبير. الحد الأدنى مدرج كـ 2.05 فولت.
• التيار العكسي (IR):100 ميكرو أمبير كحد أقصى عند تطبيق جهد عكسي (VR) بقيمة 5 فولت.مهم:لم يتم تصميم هذا الجهاز للعمل تحت انحياز عكسي؛ حالة الاختبار هذه هي للتوصيف فقط.

3. مواصفات نظام التصنيف

لضمان اتساق اللون والسطوع في الإنتاج، يتم فرز LEDs في مجموعات بناءً على المعايير الرئيسية.

3.1 تصنيف شدة الإضاءة

يتم تصنيف Iv إلى خمسة رموز تصنيف (J0، K0، L0، M0، N0)، لكل منها نطاق شدة محدد أدنى وأقصى عند IF=20 مللي أمبير. التسامح لكل حد تصنيف هو ±15%.

3.2 تصنيف الطول الموجي السائد

يتم تصنيف λd إلى ثلاثة رموز تصنيف (H23، H24، H25)، تغطي النطاق من 600.0 نانومتر إلى 610.0 نانومتر. التسامح لكل حد تصنيف هو ±1 نانومتر. يتم وضع رمز التصنيف المحدد للشدة والطول الموجي على كل كيس تغليف، مما يسمح بالمطابقة الانتقائية في التطبيقات التي تتطلب تجانسًا.

4. تحليل منحنيات الأداء

تشير ورقة البيانات إلى منحنيات الخصائص النموذجية التي تعتبر ضرورية لفهم سلوك الجهاز في ظل ظروف مختلفة. بينما لا يتم إعادة إنتاج الرسوم البيانية المحددة في النص، فإنها تشمل عادةً:

• شدة الإضاءة النسبية مقابل التيار الأمامي:يوضح كيف يزداد إخراج الضوء مع التيار، عادةً بطريقة غير خطية، مما يسلط الضوء على أهمية تنظيم التيار.
• الجهد الأمامي مقابل التيار الأمامي:يوضح خاصية I-V للدايود، وهي حاسمة لحساب قيم المقاوم التسلسلي.
• شدة الإضاءة النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطة:يوضح معامل درجة الحرارة السالب لإخراج الضوء، حيث تنخفض الشدة مع ارتفاع درجة حرارة التقاطع.
• توزيع الطيف:رسم بياني للشدة النسبية مقابل الطول الموجي، يظهر الذروة عند 611 نانومتر ونصف العرض 17 نانومتر.

5. معلومات الميكانيكية والتغليف

5.1 الأبعاد الخارجية

يتميز LED بغلاف قياسي دائري بقطر 5 مم مع أطراف شعاعية. تشمل الملاحظات الأبعاد الرئيسية: جميع الأبعاد بالمليمترات (مع البوصات بين قوسين)، تسامح عام ±0.25 مم (.010")، أقصى بروز للراتنج تحت الحافة 1.0 مم (.04")، وتباعد الأطراف مقاسًا عند النقطة التي تخرج فيها الأطراف من الغلاف. يتم توفير رسم أبعاد مفصل في ورقة البيانات الأصلية لتخطيط PCB دقيق.

5.2 تحديد القطبية

عادةً ما تحتوي LEDs ذات الفتحة المارّة على طرف أنود (+) أطول وبقعة مسطحة أو شق على حافة غطاء العدسة بالقرب من طرف الكاثود (-). راجع دائمًا مخطط ورقة البيانات للعلامة القطبية المحددة لهذا المكون.

5.3 مواصفات التعبئة

يتم تعبئة LEDs في أكياس مضادة للكهرباء الساكنة. الكميات القياسية لكل كيس هي 1000، 500، 200، أو 100 قطعة. يتم وضع عشرة أكياس في صندوق داخلي (على سبيل المثال، إجمالي 10,000 قطعة لأكياس 1000 قطعة). يتم تعبئة ثمانية صناديق داخلية في صندوق شحن خارجي (على سبيل المثال، إجمالي 80,000 قطعة). قد لا تكون العبوة الأخيرة في دفعة الشحن عبوة كاملة.

6. إرشادات اللحام والتركيب والتعامل

يعد التعامل السليم أمرًا بالغ الأهمية لمنع التلف وضمان الموثوقية طويلة الأمد.

6.1 التخزين

للتخزين طويل الأمد، يجب ألا تتجاوز درجة الحرارة المحيطة 30 درجة مئوية أو الرطوبة النسبية 70%. يجب استخدام LEDs التي تمت إزالتها من عبوتها الأصلية في غضون ثلاثة أشهر. للتخزين الممتد خارج العبوة الأصلية، استخدم حاوية محكمة الغلق مع مجفف أو مجفف نيتروجين.

6.2 التنظيف

إذا لزم الأمر، نظف فقط بمذيبات كحولية مثل كحول الأيزوبروبيل. تجنب المنظفات القاسية أو الكاشطة.

6.3 تشكيل الأطراف والتركيب

اثني الأطراف عند نقطة تبعد 3 مم على الأقل من قاعدة عدسة LED. لا تستخدم قاعدة العدسة كنقطة ارتكاز. يجب أن يتم التشكيل في درجة حرارة الغرفة وقبل اللحام. أثناء إدخال PCB، استخدم قوة تثبيت ضئيلة لتجنب الإجهاد الميكانيكي على جسم الإيبوكسي.

6.4 عملية اللحام

حافظ على مسافة لا تقل عن 2 مم بين نقطة اللحام وقاعدة العدسة. لا تغمر العدسة في اللحام أبدًا.

• مكواة اللحام:أقصى درجة حرارة 350 درجة مئوية. أقصى وقت لحام 3 ثوانٍ لكل طرف (مرة واحدة فقط).
• لحام الموجة:أقصى درجة حرارة تسخين مسبق 100 درجة مئوية لمدة تصل إلى 60 ثانية. أقصى درجة حرارة موجة لحام 260 درجة مئوية لمدة تصل إلى 5 ثوانٍ. يجب ألا يكون موضع الغمس أقل من 2 مم من قاعدة لمبة الإيبوكسي.
• ملاحظة حرجة:لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR) غير مناسب لمنتج LED ذو الفتحة المارّة هذا. يمكن أن تؤدي درجة الحرارة أو الوقت المفرط إلى تشوه العدسة أو فشل كارثي.

6.5 الحماية من التفريغ الكهروستاتيكي (ESD)

تعتبر LEDs حساسة للكهرباء الساكنة. تشمل التدابير الوقائية: استخدام أساور معصم مؤرضة أو قفازات مضادة للكهرباء الساكنة؛ التأكد من أن جميع المعدات، وطاولات العمل، وأرفف التخزين مؤرضة بشكل صحيح؛ واستخدام منفاخ أيوني لتحييد الشحنة الساكنة التي قد تتراكم على العدسة البلاستيكية. يوصى بقائمة تدقيق للتدريب ومحطة العمل للحفاظ على بيئة آمنة من ESD.

7. توصيات تصميم التطبيق

7.1 تصميم دائرة القيادة

تعتبر LEDs أجهزة تعمل بالتيار. لضمان سطوع موحد عند تشغيل عدة LEDs على التوازي، يُوصى بشدة باستخدام مقاوم محدد للتيار على التوالي مع كل LED (نموذج الدائرة A). لا يُنصح بتشغيل LEDs على التوازي مباشرة من مصدر جهد (نموذج الدائرة B)، حيث أن الاختلافات الصغيرة في خاصية الجهد الأمامي (VF) بين LEDs الفردية ستسبب اختلافات كبيرة في التيار، وبالتالي، السطوع.يوصى بشدةباستخدام مقاوم محدد للتيار على التوالي مع كل LED (نموذج الدائرة A). لا يُنصح بتشغيل LEDs على التوازي مباشرة من مصدر جهد (نموذج الدائرة B)، حيث أن الاختلافات الصغيرة في خاصية الجهد الأمامي (VF) بين LEDs الفردية ستسبب اختلافات كبيرة في التيار، وبالتالي، السطوع.

7.2 حساب المقاوم التسلسلي

يتم حساب قيمة مقاوم تحديد التيار (R_s) باستخدام قانون أوم: R_s= (V_المصدر- V_F) / I_F. على سبيل المثال، مع مصدر 5 فولت، V_Fنموذجي 2.4 فولت، و I_Fمطلوب 20 مللي أمبير: R_s= (5V - 2.4V) / 0.020A = 130 Ω. يجب أن تكون قدرة المقاوم على الأقل P = I_F²* R_s= (0.020)²* 130 = 0.052W، لذا فإن مقاوم قياسي 1/8W (0.125W) كافٍ.

7.3 اعتبارات إدارة الحرارة

على الرغم من أن تبديد الطاقة منخفض، يجب احترام منحنى التخفيض في تطبيقات درجة الحرارة المحيطة العالية. سيؤدي تجاوز أقصى درجة حرارة تقاطع إلى تسريع استهلاك اللومن وتقليل عمر التشغيل. تأكد من وجود تدفق هواء كافٍ إذا تم تشغيل LED عند أو بالقرب من تصنيف التيار الأقصى في مساحة محدودة.

8. المقارنة والتمييز التقني

يقدم هذا LED الكهرماني AlInGaP مزايا مميزة مقارنة بالتكنولوجيات الأقدم مثل GaAsP (فوسفيد زرنيخيد الغاليوم). يوفر AlInGaP كفاءة إضاءة أعلى بكثير واستقرارًا أفضل لدرجة الحرارة، مما يؤدي إلى إخراج ضوء أكثر إشراقًا واتساقًا على نطاق واسع من درجات الحرارة. العدسة الشفافة، على عكس العدسة المنتشرة أو الملونة، تعظم إخراج الضوء وتخلق نمط حزمة محددة جيدًا وحادة بزاوية مشاهدة محددة 75 درجة، مما يجعلها مثالية لمؤشرات الألواح حيث يكون الضوء الموجه مفيدًا.

9. الأسئلة الشائعة (FAQ)

9.1 هل يمكنني تشغيل هذا LED بدون مقاوم تسلسلي؟

No.يتم تثبيط تشغيل LED مباشرة من مصدر جهد بشدة ومن المحتمل أن يدمر الجهاز بسبب تدفق تيار غير منضبط. الجهد الأمامي ليس عتبة ثابتة ولكنه منحنى خاصية. يمكن أن يؤدي زيادة صغيرة في الجهد تتجاوز VF النموذجي إلى زيادة كبيرة ومدمرة في التيار.

9.2 ما الفرق بين الطول الموجي القمة والطول الموجي السائد؟

الطول الموجي القمة (λp)هو الطول الموجي الفيزيائي عند أعلى نقطة شدة على منحنى إخراج الطيف.الطول الموجي السائد (λd)هي قيمة محسوبة بناءً على إدراك اللون البشري (مخطط CIE) التي تطابق اللون الملاحظ بشكل أفضل. لمصادر أحادية اللون مثل هذا LED الكهرماني، غالبًا ما تكون قريبة، لكن λd هي المعلمة الأكثر صلة لتحديد اللون.

9.3 هل يمكنني استخدام هذا LED في التطبيقات الخارجية؟

تنص ورقة البيانات على أنها مناسبة للعلامات الداخلية والخارجية. ومع ذلك، بالنسبة للبيئات الخارجية القاسية مع التعرض المطول للأشعة فوق البنفسجية، والرطوبة، ودرجات الحرارة القصوى، هناك حاجة إلى اعتبارات تصميم إضافية، مثل طلاء مطابق على PCB والتأكد من بقاء درجة حرارة التشغيل ضمن المواصفات.

9.4 لماذا يوجد نظام تصنيف؟

تسبب الاختلافات في التصنيع اختلافات طفيفة في الأداء بين LEDs الفردية. يقوم التصنيف بفرزها إلى مجموعات ذات معايير مضبوطة بإحكام (الشدة، اللون). هذا يسمح للمصممين باختيار مجموعات تلبي متطلبات التجانس المحددة لديهم، وهو أمر مهم بشكل خاص في مصفوفات أو شاشات LED متعددة.

10. دراسة حالة تصميم عملية

السيناريو:تصميم لوحة تحكم بها 10 مؤشرات حالة كهرمانية موحدة تعمل من خط 12 فولت.

خطوات التصميم:

1. اختيار التيار:اختر تيار تشغيل. 20 مللي أمبير هي حالة الاختبار القياسية وتوفر سطوعًا جيدًا.
2. حساب المقاوم:لمصدر 12 فولت و VF نموذجي 2.4 فولت: R_s= (12V - 2.4V) / 0.020A = 480 Ω. أقرب قيمة قياسية هي 470 Ω. إعادة حساب التيار الفعلي: I_F= (12V - 2.4V) / 470Ω ≈ 20.4 مللي أمبير (مقبول).
3. تصنيف القدرة: P_{المقاوم}= (0.0204A)²* 470Ω ≈ 0.195W. استخدم مقاوم 1/4W (0.25W) هامش أمان.
4. التصنيف للتجانس:حدد تصنيف شدة واحد وضيق (مثل M0: 520-680 ميكروكنديلا) وتصنيف طول موجي واحد (مثل H24: 603.0-606.5 نانومتر) عند الطلب لضمان أن تبدو جميع المؤشرات العشرة متطابقة.
5. التخطيط:ضع المقاومات على تخطيط PCB، مع الحفاظ على مسافة لا تقل عن 2 مم بين اللحام والجسم. تأكد من أن قطبية كل LED موجهة بشكل صحيح.

11. مبدأ التشغيل

هذا LED هو ديود شبه موصل يعتمد على مواد AlInGaP. عندما يتم تطبيق جهد أمامي يتجاوز جهد الأمامي الخاص به (VF)، تتحد الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة من أشباه الموصلات، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد التركيب المحدد لطبقات AlInGaP الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث، في هذه الحالة، الكهرماني (~610 نانومتر). تقوم عدسة الإيبوكسي الشفافة بتغليف شريحة أشباه الموصلات، وتوفر حماية ميكانيكية، وتشكل الضوء المنبعث إلى زاوية المشاهدة المحددة.

12. اتجاهات التكنولوجيا

بينما تهيمن LEDs ذات الأجهزة المركبة على السطح (SMD) على الإلكترونيات الحديثة عالية الكثافة، تظل LEDs ذات الفتحة المارّة مثل هذه ذات صلة للتطبيقات التي تتطلب متانة، وسهولة التجميع اليدوي، والإصلاح، أو سطوع فردي عالي من مصدر نقطة واحدة. يستمر الاتجاه التكنولوجي داخل LEDs ذات الفتحة المارّة في التركيز على زيادة الفعالية الضوئية (مزيد من إخراج الضوء لكل واط)، وتحسين اتساق اللون من خلال التصنيف المتقدم، وتعزيز الموثوقية من خلال مواد تغليف أفضل. التحول نحو مواد أشباه الموصلات ذات الكفاءة العالية مثل AlInGaP مقارنة بالتكنولوجيات الأقدم هو مثال واضح على هذا التقدم.