ورقة بيانات مصباح LED أحمر مُشتت 3.1 مم - قطر 3.1 مم - جهد أمامي 2.4 فولت - تبديد طاقة 75 ميغاواط - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

توفر هذه الوثيقة المواصفات التقنية الكاملة لمصباح LED مزود بعدسة مُشتتة، مُصمم للتركيب عبر الثقوب (Through-Hole). تم تصميم الجهاز لتطبيقات المؤشرات والإضاءة العامة التي تتطلب أداءً موثوقًا وسهولة في التجميع. المادة الأساسية المكونة هي AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم غاليوم)، والمعروفة بكفاءتها العالية واستقرارها في إنتاج الضوء الأحمر. المنتج متوافق مع توجيهات RoHS، مما يشير إلى خلوه من المواد الخطرة مثل الرصاص (Pb).

تشمل المزايا الأساسية لهذا الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) ناتج شدة إضاءة عاليًا، مما يضمن وضوح الرؤية حتى في البيئات ذات الإضاءة المعتدلة. يتميز باستهلاك منخفض للطاقة، مما يجعله مناسبًا للأجهزة التي تعمل بالبطاريات أو التطبيقات التي تكون فيها كفاءة الطاقة أولوية. الجهاز متوافق مع الدوائر المتكاملة نظرًا لمتطلباته المنخفضة للتيار، مما يسمح بالتشغيل المباشر من خلال دبابيس GPIO للوحدة الدقيقة (Microcontroller) أو مخرجات المنطق مع مقاومات تحديد تيار مناسبة. يقدم الغلاف بقطر 3.1 مم شكلًا متنوعًا للتركيب على لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs) أو الألواح.

2. تعمق في المعلمات التقنية

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد الحدود القصوى المطلقة حدود الإجهاد التي إذا تم تجاوزها قد يحدث تلف دائم للجهاز. يتم تحديد هذه التقييمات عند درجة حرارة محيطة (T_A) تبلغ 25 درجة مئوية. الحد الأقصى لتبديد الطاقة المستمر هو 75 ميغاواط. ذروة التيار الأمامي، المسموح بها في ظروف النبض (دورة عمل 1/10، عرض نبضة 0.1 مللي ثانية)، هي 90 مللي أمبير. الحد الأقصى الموصى به للتيار الأمامي المستمر DC هو 30 مللي أمبير. يتم تطبيق عامل تخفيض قدره 0.4 مللي أمبير/درجة مئوية خطيًا بدءًا من 50 درجة مئوية فما فوق، مما يعني أن تيار التشغيل الآمن ينخفض مع زيادة درجة الحرارة. يمكن للجهاز العمل ضمن نطاق درجة حرارة محيطة من -40 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية ويمكن تخزينه في درجات حرارة من -55 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية. بالنسبة للحام، يمكن للأطراف تحمل 260 درجة مئوية لمدة أقصاها 5 ثوانٍ عند القياس على بعد 2.0 مم من جسم LED.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

يتم قياس خصائص التشغيل النموذجية عند T_A=25 درجة مئوية وتيار أمامي (I_F) قدره 20 مللي أمبير، وهي حالة الاختبار القياسية.

• شدة الإضاءة (I_V):تتراوح من حد أدنى 85 مللي كانديلا إلى حد أقصى 310 مللي كانديلا، بقيمة نموذجية 240 مللي كانديلا. يستخدم هذا القياس مستشعرًا ومرشحًا يقتربان من منحنى استجابة العين الضوئي CIE.
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):60 درجة. هذه هي الزاوية الكاملة التي تنخفض عندها شدة الإضاءة إلى نصف قيمتها المحورية (على المحور)، وهي سمة مميزة للعدسة المُشتتة التي تنشر الضوء.
• طول موجة الانبعاث الذروة (λ_P):632 نانومتر. هذا هو الطول الموجي الذي يكون فيه توزيع القدرة الطيفية في أعلى مستوياته.
• الطول الموجي السائد (λ_d):يتراوح من 617 نانومتر إلى 629 نانومتر، بقيمة نموذجية 621 نانومتر. هذا هو الطول الموجي الفردي الذي تدركه العين البشرية والذي يحدد لون (أحمر) LED، والمستمد من مخطط لونية CIE.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):20 نانومتر. هذا يشير إلى نقاء الطيف؛ حيث تشير القيمة الأصغر إلى مصدر ضوء أكثر أحادية اللون.
• الجهد الأمامي (V_F):عادة 2.4 فولت، بحد أقصى 2.4 فولت عند I_F=20 مللي أمبير. الحد الأدنى هو 2.0 فولت.
• التيار العكسي (I_R):حد أقصى 100 ميكرو أمبير عند تطبيق جهد عكسي (V_R) قدره 5 فولت. من المهم ملاحظة أن الجهاز غير مصمم للعمل العكسي؛ حالة الاختبار هذه هي للوصف فقط.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

يتم فرز المنتج إلى مجموعات (Bins) بناءً على معايير الأداء الرئيسية لضمان الاتساق داخل دفعة إنتاج أو لتلبية احتياجات تطبيق معين.

3.1 تصنيف شدة الإضاءة

يتم تصنيف مصابيح LED إلى ثلاث مجموعات للشدة، مقاسة بالمللي كانديلا (mcd) عند 20 مللي أمبير:

• المجموعة EF:الحد الأدنى 85 مللي كانديلا، الحد الأقصى 140 مللي كانديلا.
• المجموعة GH:الحد الأدنى 140 مللي كانديلا، الحد الأقصى 240 مللي كانديلا.
• المجموعة J:الحد الأدنى 240 مللي كانديلا، الحد الأقصى 310 مللي كانديلا.

التحمل (Tolerance) لكل حد من حدود المجموعة هو ±15%.

3.2 تصنيف الطول الموجي السائد

يتم أيضًا تصنيف مصابيح LED حسب طولها الموجي السائد للتحكم في اتساق اللون:

• المجموعة H28:من 617.0 نانومتر إلى 621.0 نانومتر.
• المجموعة H29:من 621.0 نانومتر إلى 625.0 نانومتر.
• المجموعة H30:من 625.0 نانومتر إلى 629.0 نانومتر.

التحمل (Tolerance) لكل حد من حدود المجموعة هو ±1 نانومتر. عادةً ما يتم وضع رموز المجموعات المحددة للشدة والطول الموجي على العبوة أو تكون متاحة من المورد للسماح بالاختيار الدقيق للتطبيقات الحساسة للون أو السطوع.

4. تحليل منحنيات الأداء

بينما تشير ملف PDF إلى منحنيات الخصائص النموذجية، فإن النص المقدم لا يتضمن الرسوم البيانية الفعلية. بناءً على سلوك LED القياسي والمعلمات المقدمة، يمكن استنتاج طبيعة هذه المنحنيات. سيوضحمنحنى I-V (التيار-الجهد)علاقة أسية، حيث يكون الجهد الأمامي حوالي 2.0-2.4 فولت عند تيار الاختبار البالغ 20 مللي أمبير. يكونمنحنى شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي (I_V-I_F)خطيًا بشكل عام في نطاق التشغيل العادي، مما يشير إلى أن ناتج الضوء يتناسب طرديًا مع التيار. يُظهرمنحنى شدة الإضاءة مقابل درجة الحرارة المحيطةمعاملًا سالبًا، مما يعني أن ناتج الضوء ينخفض مع زيادة درجة حرارة التقاطع. سيكونمنحنى التوزيع الطيفيمنحنى على شكل جرس متمركز حول طول الموجة الذروة البالغ 632 نانومتر بعرض نصف قدره 20 نانومتر، مما يحدد ناتج اللون الأحمر.

5. المعلومات الميكانيكية والتغليف

5.1 أبعاد الغلاف

يتم وضع الجهاز في غلاف دائري بقطر 3.1 مم مزود بعدسة مُشتتة. تشمل الملاحظات الأبعاد الرئيسية: جميع الأبعاد بالمليمترات (البوصات)؛ التحمل القياسي هو ±0.25 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك؛ أقصى بروز للراتنج تحت الحافة (Flange) هو 1.0 مم؛ ويتم قياس تباعد الأطراف حيث تخرج الأطراف من جسم الغلاف. عادةً ما يُظهر الرسم التفصيلي ذو الأبعاد قطر الجسم، وشكل العدسة، وطول الأطراف، وقطر الأطراف.

5.2 تحديد القطبية

بالنسبة لمصابيح LED ذات الثقب عبر اللوحة (Through-Hole)، عادةً ما يتم الإشارة إلى القطبية بطول الطرف (الطرف الأطول هو الأنود، موجب) أو عن طريق بقعة مسطحة على حافة العدسة أو الحافة البلاستيكية. عادةً ما يرتبط الكاثود (سالب) بالطرف الأقصر أو الجانب ذو البقعة المسطحة.

5.3 مواصفات التعبئة

يتم تعبئة مصابيح LED في أكياس مضادة للكهرباء الساكنة. كميات التعبئة القياسية هي 1000 أو 500 أو 200 أو 100 قطعة لكل كيس. يتم وضع عشرة من هذه الأكياس في صندوق كرتوني داخلي، ليصبح المجموع 10,000 قطعة. أخيرًا، يتم تعبئة ثمانية صناديق كرتونية داخلية في صندوق شحن خارجي، مما يؤدي إلى إجمالي 80,000 قطعة لكل صندوق خارجي. يُلاحظ أنه في كل دفعة شحن، قد لا تكون العبوة النهائية فقط هي العبوة الكاملة.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 ظروف التخزين

يجب تخزين مصابيح LED في بيئة لا تتجاوز 30 درجة مئوية و70٪ رطوبة نسبية. إذا تم إخراجها من عبوة الحاجز الرطوبة الأصلية، فمن المستحسن استخدامها في غضون ثلاثة أشهر. بالنسبة للتخزين طويل الأجل خارج الكيس الأصلي، يجب الاحتفاظ بها في حاوية محكمة الغلق مع مجفف أو في مجفف بجو نيتروجين لمنع امتصاص الرطوبة.

6.2 تشكيل الأطراف

إذا كانت هناك حاجة لثني الأطراف، فيجب أن يتم ذلك في درجة حرارة الغرفة العادية وقبلاللحام. يجب إجراء الانحناء عند نقطة على الأقل 3 مم بعيدًا عن قاعدة عدسة LED. لا ينبغي استخدام قاعدة إطار الطرف (Lead Frame) كنقطة ارتكاز أثناء الثني لتجنب الإجهاد على ختم الإيبوكسي. أثناء تجميع PCB، يجب استخدام الحد الأدنى من قوة التثبيت (Clinching Force).

6.3 عملية اللحام

لهذا النوع من المصابيح ذات الثقب عبر اللوحة (Through-Hole)، فإن عمليات اللحام بالموجة (Wave Soldering) أو اللحام اليدوي بمكواة هي عمليات مناسبة.لا يُنصح بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR Reflow).يجب الحفاظ على مسافة لا تقل عن 3 مم من قاعدة العدسة إلى نقطة اللحام لمنع صعود الإيبوكسي على الأطراف وتجنب التلف الحراري. يجب عدم غمس عدسة LED في اللحام.

ظروف اللحام الموصى بها:

• مكواة اللحام:أقصى درجة حرارة 350 درجة مئوية، أقصى وقت لحام 3 ثوانٍ لكل طرف (مرة واحدة فقط).
• اللحام بالموجة:أقصى درجة حرارة تسخين مسبق 100 درجة مئوية لمدة تصل إلى 60 ثانية. أقصى درجة حرارة لموجة اللحام 260 درجة مئوية، مع أقصى وقت تلامس 5 ثوانٍ.

يمكن أن تسبب درجة الحرارة أو الوقت المفرط تشوه العدسة أو فشل كارثي.

7. توصيات التطبيق

7.1 الاستخدام المقصود والتحذيرات

تم تصميم هذا LED للمعدات الإلكترونية العادية بما في ذلك معدات المكاتب، وأجهزة الاتصالات، والتطبيقات المنزلية. لا يُنصح باستخدامه في التطبيقات الحرجة للسلامة أو عالية الموثوقية حيث يمكن أن يعرض الفشل الحياة أو الصحة للخطر (مثل الطيران، ودعم الحياة الطبي، ومراقبة النقل) دون استشارة وتأهيل مسبقين.

7.2 تصميم دائرة التشغيل

مصابيح LED هي أجهزة تعمل بالتيار. لضمان سطوع موحد عند تشغيل عدة مصابيح LED على التوازي، يُوصىبشدةباستخدام مقاوم محدد للتيار على التوالي مع كل LED (نموذج الدائرة A). لا يُنصح بتشغيل مصابيح LED على التوازي مباشرة من مصدر جهد (نموذج الدائرة B) لأن الاختلافات الصغيرة في خاصية الجهد الأمامي (V_F) بين مصابيح LED الفردية يمكن أن تسبب اختلافات كبيرة في تقاسم التيار، وبالتالي، سطوع غير متساوٍ. يمكن حساب قيمة المقاوم التسلسلي باستخدام قانون أوم: R = (V_المصدر- V_F) / I_F، حيث I_Fهو التيار الأمامي المطلوب (على سبيل المثال، 20 مللي أمبير).

7.3 الحماية من التفريغ الكهروستاتيكي (ESD)

هذه المصابيح LED عرضة للتلف من التفريغ الكهروستاتيكي. يجب اتخاذ الاحتياطات أثناء التعامل والتجميع:

• يجب على المشغلين ارتداء أساور معصم مؤرضة أو قفازات مضادة للكهرباء الساكنة.
• يجب تأريض جميع المعدات، ومحطات العمل، وأرفف التخزين بشكل صحيح.
• استخدام مؤين (Ionizer) لتحييد الشحنة الساكنة التي قد تتراكم على سطح العدسة البلاستيكية.

يمكن أن يظهر تلف ESD على شكل تيار تسرب عكسي مرتفع، أو جهد أمامي منخفض بشكل غير طبيعي، أو فشل في الإضاءة عند التيارات المنخفضة.

8. التنظيف

إذا كان التنظيف ضروريًا بعد اللحام، فيجب استخدام المذيبات القائمة على الكحول فقط مثل كحول الأيزوبروبيل. قد تتسبب المواد الكيميائية القاسية أو التنظيف بالموجات فوق الصوتية في إتلاف عدسة الإيبوكسي أو الهيكل الداخلي.

9. المقارنة التقنية والاعتبارات

مقارنةً بالتكنولوجيات الأقدم مثل مصابيح LED الحمراء GaAsP (فوسفيد زرنيخيد الغاليوم)، يقدم جهاز AlInGaP هذا كفاءة إضاءة أعلى بكثير، مما يؤدي إلى سطوع أكبر لنفس تيار الإدخال. توفر العدسة المُشتتة زاوية رؤية أوسع وأكثر اتساقًا مقارنة بعدسة شفافة أو صافية تمامًا، مما يجعلها مثالية لمؤشرات الحالة التي يجب رؤيتها من زوايا مختلفة. يعتبر حجم 3.1 مم معيارًا صناعيًا شائعًا، ويوفر توازنًا جيدًا بين ناتج الضوء واستهلاك مساحة اللوحة، مقارنةً بمصابيح LED الأصغر 2 مم أو 3 مم، أو الأنواع الأكبر 5 مم و 10 مم.

10. الأسئلة الشائعة (FAQ)

س: ما الفرق بين طول موجة الذروة والطول الموجي السائد؟

ج: طول موجة الذروة (λ_P=632 نانومتر) هو الذروة الفيزيائية للطيف الضوئي الذي يصدره LED. الطول الموجي السائد (λ_d=~621 نانومتر) هو قيمة محسوبة بناءً على إدراك اللون البشري (مخطط CIE) الذي يحدد اللون المرئي. غالبًا ما يكونان مختلفين.

س: هل يمكنني تشغيل هذا LED بدون مقاوم تسلسلي؟

ج: لا. من المرجح أن يتسبب توصيل LED مباشرة بمصدر جهد في تدفق تيار مفرط، وارتفاع درجة الحرارة، وفشل فوري. يعتبر المقاوم التسلسلي إلزاميًا لتنظيم التيار.

س: لماذا يوجد نظام تصنيف (Binning)؟

ج: تسبب الاختلافات التصنيعية اختلافات طفيفة في الأداء. يقوم التصنيف (Binning) بفرز مصابيح LED إلى مجموعات ذات معلمات مضبوطة بدقة (السطوع، اللون)، مما يسمح للمصممين باختيار المجموعة المناسبة للتطبيقات التي تتطلب الاتساق.

س: ماذا يحدث إذا تجاوزت الحدود القصوى المطلقة؟

ج: يمكن أن يتسبب التشغيل خارج هذه الحدود، حتى لفترة وجيزة، في حدوث تلف لا رجعة فيه، مثل انخفاض ناتج الضوء، أو تحول اللون، أو فشل كامل. صمم دائمًا بهامش أمان.

11. دراسة حالة التصميم والاستخدام

السيناريو: تصميم لوحة مؤشرات متعددة لمكبر صوت استهلاكي.تتطلب اللوحة 10 مؤشرات طاقة/حالة حمراء. لضمان أن يكون لجميع مصابيح LED نفس السطوع واللون، يحدد المصمم مصابيح LED من نفس مجموعة الشدة (على سبيل المثال، مجموعة GH: 140-240 مللي كانديلا) ونفس مجموعة الطول الموجي (على سبيل المثال، H29: 621-625 نانومتر) من المورد. يتوفر خط جهد 5 فولت على اللوحة. باستخدام V_Fالنموذجي البالغ 2.4 فولت و I_Fهدف قدره 20 مللي أمبير، يتم حساب المقاوم التسلسلي: R = (5 فولت - 2.4 فولت) / 0.020 أمبير = 130 أوم. يتم اختيار مقاوم قياسي 130Ω أو 150Ω. يحصل كل LED على مقاومته الخاصة المتصلة بخط 5 فولت، ويتم التحكم فيه بواسطة ترانزستور أو دبوس GPIO من وحدة التحكم الدقيقة (Microcontroller) للمكبر. أثناء التجميع، يستخدم الفنيون ممارسات آمنة من ED ويقومون بلحام LED يدويًا عند 320 درجة مئوية لأقل من ثانيتين لكل طرف، مع ضمان الحفاظ على مسافة 3 مم من العدسة.

12. مبدأ التشغيل

LED هو صمام ثنائي شبه موصل. عندما يتم تطبيق جهد أمامي يتجاوز فجوة النطاق (Bandgap) الخاصة به، تتحد الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة (طبقة AlInGaP في هذه الحالة). يطلق هذا الاتحاد الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد التركيب المادي المحدد (AlInGaP) طاقة فجوة النطاق، والتي تحدد مباشرة الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث - في هذه الحالة، في الطيف الأحمر. تحتوي عدسة الإيبوكسي المُشتتة على جسيمات مبعثرة تعمل على عشوائية اتجاه الفوتونات المنبعثة، مما يخلق نمط حزمة أوسع وأكثر ليونة مقارنة بعدسة شفافة.

13. اتجاهات التكنولوجيا

الاتجاه العام في تكنولوجيا LED هو نحو كفاءة أعلى (المزيد من اللومن لكل واط)، وتحسين تجسيد الألوان، وموثوقية أكبر. بالنسبة لمصابيح LED من نوع المؤشر، يستمر التصغير (على سبيل المثال، أغلفة 1.6 مم، 1.0 مم). هناك أيضًا تركيز متزايد على زوايا رؤية أوسع وأكثر اتساقًا وتحملات تصنيف (Binning) أضيق لتلبية متطلبات الإلكترونيات الاستهلاكية والتطبيقات السياراتية. علاوة على ذلك، فإن السعي نحو الاستدامة يدفع نحو مواد وعمليات ذات تأثير بيئي أقل طوال دورة الحياة.