جدول المحتويات
- 1. نظرة عامة على المنتج
- 2. تعمق في المعلمات التقنية
- 2.1 الحدود القصوى المطلقة
- 2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية
- 3. مواصفات نظام التصنيف
- 3.1 تصنيف شدة الإضاءة
- 3.2 تصنيف الطول الموجي السائد
- 4. تحليل منحنى الأداء
- 5. المعلومات الميكانيكية والتعبئة
- 5.1 الأبعاد الخارجية
- 5.2 تحديد القطبية
- 5.3 مواصفات التعبئة
- 6. إرشادات اللحام والتجميع
- 6.1 التخزين
- 6.2 التنظيف
- 6.3 تشكيل الأطراف
- 6.4 عملية اللحام
- 7. التطبيق والتوصيات التصميمية
- 7.1 تصميم دائرة التشغيل
- 7.2 الحماية من التفريغ الكهروستاتيكي (ESD)
- 7.3 سيناريوهات التطبيق النموذجية
- 8. المقارنة التقنية والاعتبارات
- 9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)
- 10. مثال دراسة حالة التصميم الداخلي
- 11. مقدمة مبدأ التكنولوجيا
- 12. اتجاهات الصناعة والسياق
1. نظرة عامة على المنتج
يُفصّل هذا المستند مواصفات مصباح LED ثقب عبر اللوحة T-1 3/4 (قطر تقريبي 5 مم). تم تصميم الجهاز لتطبيقات الإشارة والإشارة البصرية عبر مجموعة واسعة من المعدات الإلكترونية. يستخدم شريحة أشباه الموصلات من نوع AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم غاليوم) لإنتاج ضوء في الطيف الأصفر-الأخضر، تحديدًا عند ذروة 572 نانومتر. يتم تغليف LED في عدسة خضراء مُشتتة تساعد على توسيع زاوية الرؤية وتلطيف خرج الضوء. هذا النوع من الغلاف هو شكل قياسي في الصناعة، مما يسمح بالتركيب المتعدد الاستخدامات على لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs) أو الألواح باستخدام تقنيات اللحام التقليدية.
تشمل المزايا الأساسية لهذا LED امتثاله لتوجيهات RoHS (تقييد المواد الخطرة)، مما يشير إلى أنه خالٍ من الرصاص. يوازن بين خرج شدة إضاءة عالية واستهلاك منخفض للطاقة، مما يجعله مناسبًا للأجهزة التي تعمل بالبطارية والتي تعمل بالتيار الكهربائي. تصميمه متوافق مع مستويات تشغيل الدوائر المتكاملة (IC)، مما يبسط متطلبات الواجهة في الأنظمة الرقمية.
الأسواق المستهدفة لهذا المكون واسعة النطاق، تشمل معدات الاتصالات، وملحقات الكمبيوتر، والإلكترونيات الاستهلاكية، والأجهزة المنزلية، وأنظمة التحكم الصناعي. وظيفته الأساسية هي توفير ملاحظات بصرية واضحة وموثوقة فيما يتعلق بحالة النظام، أو مؤشر الطاقة، أو أوضاع التشغيل.
2. تعمق في المعلمات التقنية
2.1 الحدود القصوى المطلقة
تحدد هذه التصنيفات الحدود التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يُقصد بها التشغيل العادي.
- تبديد الطاقة (Pd):75 ميغاواط كحد أقصى. هذه هي الطاقة الكهربائية الإجمالية التي يمكن تحويلها بأمان إلى حرارة وضوء بواسطة حزمة LED عند درجة حرارة محيطة (TA) تبلغ 25 درجة مئوية.
- تيار التوصيل الأمامي المستمر (IF):30 مللي أمبير كحد أقصى للتيار المستمر.
- تيار التوصيل الأمامي الذروي:60 مللي أمبير كحد أقصى، ولكن فقط في ظل ظروف النبض (دورة عمل ≤ 1/10، عرض النبضة ≤ 10 مللي ثانية). هذا يسمح بالتشغيل الزائد لفترة وجيزة لتحقيق سطوع لحظي أعلى، كما في تطبيقات الوميض أو الومضات.
- التخفيض الحراري:يجب تقليل الحد الأقصى المسموح به لتيار التوصيل الأمامي المستمر خطيًا من تصنيفه البالغ 30 مللي أمبير عند 25 درجة مئوية بمقدار 0.57 مللي أمبير لكل درجة مئوية ترتفع فيها درجة الحرارة المحيطة فوق 50 درجة مئوية. هذا أمر بالغ الأهمية لإدارة الحرارة في البيئات عالية الحرارة.
- نطاق درجة حرارة التشغيل:من -40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية. تم تصنيف الجهاز للعمل ضمن هذا النطاق الواسع لدرجة الحرارة.
- نطاق درجة حرارة التخزين:من -40 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية.
- درجة حرارة لحام الأطراف:260 درجة مئوية لمدة أقصاها 5 ثوانٍ، مقاسة عند نقطة تبعد 2.0 مم (0.079 بوصة) عن جسم LED. هذا يحدد نافذة العملية للحام اليدوي أو الحام الموجي.
2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية
هذه هي معلمات الأداء النموذجية المقاسة عند TA=25 درجة مئوية و IF=20 مللي أمبير، وهي حالة الاختبار القياسية.
- شدة الإضاءة (Iv):من 85 إلى 400 ملي كانديلا، بقيمة نموذجية تبلغ 180 ملي كانديلا. يتم إدارة هذا النطاق الواسع من خلال نظام التصنيف (انظر القسم 4). يستخدم القياس مستشعرًا مُرشحًا لمطابقة منحنى استجابة العين البشرية الضوئي (CIE). يتم تطبيق تسامح اختبار ±15% على حدود التصنيف.
- زاوية الرؤية (2θ1/2):40 درجة (نموذجية). هذه هي الزاوية الكاملة التي تنخفض عندها شدة الإضاءة إلى نصف قيمتها المقاسة على المحور المركزي. تساهم العدسة الخضراء المشتتة في هذه الزاوية الواسعة نسبيًا.
- طول موجة الانبعاث الذروي (λP):575 نانومتر (نموذجية). هذا هو الطول الموجي عند أعلى نقطة في منحنى النطاق الطيفي لـ LED.
- الطول الموجي السائد (λd):من 566 إلى 578 نانومتر. هذا هو الطول الموجي الفردي الذي تدركه العين البشرية والذي يحدد اللون، والمستمد من مخطط لونية CIE. الهدف هو 572 نانومتر.
- نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):11 نانومتر (نموذجية). هذا يشير إلى نقاء الطيف أو عرض النطاق الترددي للضوء المنبعث؛ تشير القيمة الأصغر إلى مصدر أكثر أحادية اللون.
- الجهد الأمامي (VF):من 2.1 إلى 2.4 فولت (نموذجي 2.4 فولت) عند IF=20 مللي أمبير. هذا هو انخفاض الجهد عبر LED أثناء التشغيل.
- التيار العكسي (IR):100 ميكرو أمبير كحد أقصى عند تطبيق جهد عكسي (VR) قدره 5 فولت.ملاحظة حرجة:حالة الاختبار هذه هي للتمييز فقط. LED هو ثنائي ولم يتم تصميمه للعمل تحت انحياز عكسي؛ تطبيق جهد عكسي يمكن أن يتلفه.
3. مواصفات نظام التصنيف
لضمان الاتساق في الإنتاج، يتم فرز مصابيح LED إلى تصنيفات أداء. هذا يسمح للمصممين باختيار أجزاء تلبي متطلبات شدة ولون محددة.
3.1 تصنيف شدة الإضاءة
يتم تعريف التصنيفات بواسطة رمز (EF0، GH0، JK0) بقيم شدة دنيا وعليا عند IF=20 مللي أمبير. يتم تطبيق تسامح ±15% على كل حد تصنيف.
- EF0:85 - 140 ملي كانديلا
- GH0:140 - 240 ملي كانديلا
- JK0:240 - 400 ملي كانديلا
يتم وضع رمز تصنيف Iv على كل كيس تعبئة للتتبع.
3.2 تصنيف الطول الموجي السائد
يتم تعريف تصنيفات الطول الموجي بواسطة الرموز من H06 إلى H11، كل منها يغطي نطاق 2 نانومتر. يتم تطبيق تسامح ±1 نانومتر على كل حد تصنيف.
- H06:566.0 - 568.0 نانومتر
- H07:568.0 - 570.0 نانومتر
- H08:570.0 - 572.0 نانومتر
- H09:572.0 - 574.0 نانومتر
- H10:574.0 - 576.0 نانومتر
- H11:576.0 - 578.0 نانومتر
4. تحليل منحنى الأداء
بينما يتم الإشارة إلى منحنيات رسومية محددة في ورقة البيانات (مثل الشكل 1 للذروة الطيفية، الشكل 6 لزاوية الرؤية)، فإن البيانات المقدمة تسمح بتحليل العلاقات الرئيسية.
التيار مقابل شدة الإضاءة (علاقة I-Iv):لمصابيح LED من نوع AlInGaP، تكون شدة الإضاءة عمومًا متناسبة مع تيار التوصيل الأمامي ضمن نطاق التشغيل. تشغيل LED عند أقصى تيار مستمر (30 مللي أمبير) سينتج شدة أعلى من حالة الاختبار 20 مللي أمبير، ولكن يجب مراعاة التأثيرات الحرارية وانخفاض الكفاءة. يسمح تصنيف تيار النبض (60 مللي أمبير) بسطوع ذروي أعلى في تطبيقات دورة العمل.
الاعتماد على درجة الحرارة:مواصفات التخفيض الحراري (0.57 مللي أمبير/درجة مئوية فوق 50 درجة مئوية) هي مؤشر مباشر على القيود الحرارية. مع زيادة درجة حرارة التقاطع، ينخفض الحد الأقصى المسموح به للتيار لمنع ارتفاع درجة الحرارة. علاوة على ذلك، فإن الجهد الأمامي (VF) لـ LED له عادةً معامل درجة حرارة سالب، مما يعني أنه ينخفض قليلاً مع ارتفاع درجة الحرارة. ينخفض خرج الإضاءة أيضًا عمومًا مع زيادة درجة حرارة التقاطع.
الخصائص الطيفية:يضع الطول الموجي السائد (λd) البالغ 572 نانومتر هذا LED في المنطقة الصفراء-الخضراء، وهي قريبة من ذروة حساسية منحنى الرؤية الضوئي للعين البشرية. هذا يجعله فعالاً للغاية من حيث السطوع الملحوظ لكل وحدة من الطاقة المشعة. يشير نصف العرض الطيفي البالغ 11 نانومتر إلى نطاق انبعاث ضيق نسبيًا، وهو سمة من سمات تقنية AlInGaP، مما يؤدي إلى لون مشبع.
5. المعلومات الميكانيكية والتعبئة
5.1 الأبعاد الخارجية
يتوافق الجهاز مع المظهر القياسي لحزمة الأطراف الشعاعية T-1 3/4. تشمل الملاحظات الأبعاد الرئيسية:
- جميع الأبعاد بالمليمترات، مع تسامح عام ±0.25 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك.
- أقصى بروز للراتنج تحت الحافة هو 1.0 مم.
- يتم قياس تباعد الأطراف عند النقطة التي تخرج فيها الأطراف من جسم الحزمة، وهو أمر بالغ الأهمية لتخطيط PCB.
- يحتوي إطار أطراف LED على ميزة قطع، على الأرجح للاستقرار الميكانيكي أثناء التجميع أو كجزء من عملية التصنيع.
5.2 تحديد القطبية
لمصابيح LED ثقب عبر اللوحة الشعاعية، يتم تحديد الكاثود (الطرف السالب) عادةً بواسطة بقعة مسطحة على حافة العدسة، أو طرف أقصر، أو شق في الحافة. تشير ورقة البيانات إلى الممارسة القياسية في الصناعة؛ الطرف الأطول هو عادةً الأنود (+). يجب على المصممين التحقق من القطبية أثناء التجميع لمنع الاتصال العكسي.
5.3 مواصفات التعبئة
يتم توريد مصابيح LED في أكياس تعبئة مضادة للكهرباء الساكنة. تتوفر خيارات تعبئة متعددة لكل كيس: 1000، 500، 200، أو 100 قطعة. يتم بعد ذلك توحيد هذه الأكياس في صناديق كرتون:
- الصندوق الداخلي:يحتوي على 15 كيس تعبئة. إذا تم استخدام أكياس 1000 قطعة، فإن هذا يصل إلى 15000 قطعة.
- الصندوق الخارجي:يحتوي على 8 صناديق داخلية، مما ينتج عنه إجمالي 120000 قطعة للشحنة الكاملة باستخدام أكياس 1000 قطعة. قد لا تكون العبوة النهائية في دفعة الشحن ممتلئة.
6. إرشادات اللحام والتجميع
6.1 التخزين
للتخزين طويل الأمد، يجب ألا تتجاوز درجة الحرارة المحيطة 30 درجة مئوية أو الرطوبة النسبية 70٪. يجب استخدام مصابيح LED التي تمت إزالتها من أكياسها الأصلية المحكمة الغلق والحاجزة للرطوبة في غضون ثلاثة أشهر. للتخزين الممتد خارج العبوة الأصلية، يجب الاحتفاظ بها في وعاء محكم الغلق مع مجفف أو في مجفف مُطهر بالنيتروجين لمنع امتصاص الرطوبة، مما قد يسبب ظاهرة \"الفرقعة\" أثناء اللحام.
6.2 التنظيف
إذا كان التنظيف ضروريًا بعد اللحام، فيجب استخدام المذيبات القائمة على الكحول فقط مثل كحول الأيزوبروبيل (IPA). قد تتلف المواد الكيميائية القاسية أو العدوانية عدسة الإيبوكسي.
6.3 تشكيل الأطراف
إذا كانت هناك حاجة لثني الأطراف للتركيب، فيجب القيام بذلكقبلاللحام وفي درجة حرارة الغرفة. يجب إجراء الانحناء على الأقل على بعد 3 مم من قاعدة عدسة LED. يجب عدم استخدام قاعدة LED كنقطة ارتكاز أثناء الانحناء، لأن هذا يمكن أن يسبب إجهادًا لروابط الأسلاك الداخلية أو ختم الإيبوكسي. أثناء إدخال PCB، استخدم الحد الأدنى من قوة التثبيت لتجنب الإجهاد الميكانيكي.
6.4 عملية اللحام
يجب الحفاظ على مسافة خالية لا تقل عن 2 مم بين نقطة اللحام وقاعدة عدسة LED. يجب ألا تغمر العدسة في اللحام مطلقًا.
- مكواة اللحام:أقصى درجة حرارة 350 درجة مئوية، أقصى وقت 3 ثوانٍ لكل طرف (لحام لمرة واحدة فقط).
- اللحام الموجي:تسخين مسبق إلى أقصى حد 100 درجة مئوية لمدة تصل إلى 60 ثانية. أقصى درجة حرارة للموجة اللحامية 260 درجة مئوية، مع أقصى وقت غمر 5 ثوانٍ. يجب وضع LED بحيث لا تقترب موجة اللحام من قاعدة العدسة بأقل من 2 مم.
- تحذير حرج:يمكن أن تذيب درجة الحرارة أو الوقت المفرطين عدسة الإيبوكسي أو تشوهها، وتتلف المواد الداخلية، وتسبب فشلاً كارثيًا. يُذكر صراحةً أن اللحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR) غير مناسب لهذا النوع من حزم ثقب عبر اللوحة.
7. التطبيق والتوصيات التصميمية
7.1 تصميم دائرة التشغيل
LED هو جهاز يعمل بالتيار. يتم التحكم في سطوعه بالتيار، وليس بالجهد. لضمان سطوع موحد عند تشغيل عدة مصابيح LED، خاصة على التوازي، يُوصىبشدةباستخدام مقاومة محددة للتيار على التوالي مع كل LED (نموذج الدائرة A).
لا يُنصح باستخدام مقاومة واحدة لعدة مصابيح LED على التوازي (نموذج الدائرة B). ستؤدي الاختلافات الصغيرة في خاصية الجهد الأمامي (VF) من LED إلى آخر إلى اختلافات كبيرة في التيار المتدفق عبر كل فرع، مما يؤدي إلى سطوع غير متساوٍ. تعمل المقاومة التسلسلية على استقرار التيار والتعويض عن الاختلافات في جهد مصدر الطاقة و VF لـ LED.
يمكن حساب قيمة المقاومة (R) باستخدام قانون أوم: R = (Vcc - VF) / IF، حيث Vcc هو جهد المصدر، VF هو الجهد الأمامي لـ LED (استخدم القيمة القصوى من ورقة البيانات لتصميم متحفظ)، و IF هو تيار التوصيل الأمامي المطلوب (مثل 20 مللي أمبير).
7.2 الحماية من التفريغ الكهروستاتيكي (ESD)
LED عرضة للتلف من التفريغ الكهروستاتيكي. يجب اتخاذ الاحتياطات أثناء التعامل والتجميع:
- يجب على الأفراد ارتداء أساور معصم مؤرضة أو قفازات مضادة للكهرباء الساكنة.
- يجب تأريض جميع المعدات، ومناضد العمل، وأرفف التخزين بشكل صحيح.
- يمكن استخدام مؤين لتحييد الشحنة الساكنة التي قد تتراكم على العدسة البلاستيكية بسبب الاحتكاك.
- تنفيذ برنامج تحكم في ESD مع تدريب وشهادة للأفراد العاملين في منطقة التجميع.
7.3 سيناريوهات التطبيق النموذجية
هذا LED مناسب لكل من اللافتات الداخلية والخارجية (حيث يكون سطوعه ولونه فعالين) والمعدات الإلكترونية العامة. تشمل الاستخدامات المحددة:
- مؤشرات الطاقة/الحالة:أضضاء التشغيل/الإيقاف، أو الاستعداد، أو أوضاع التشغيل على الأجهزة، وأجهزة الكمبيوتر، ومعدات الشبكة.
- مؤشرات اللوحة:الإضاءة الخلفية للمفاتيح، أو الأزرار، أو النقوش على لوحات التحكم.
- الإلكترونيات الاستهلاكية:أضضاء المؤشر على معدات الصوت/الفيديو، والشواحن، والألعاب.
- ضوابط صناعية:إشارة الحالة على الآلات، وأجهزة الاستشعار، والأجهزة.
8. المقارنة التقنية والاعتبارات
مقارنةً بالتكنولوجيات الأقدم مثل مصابيح LED الخضراء GaP (فوسفيد الغاليوم)، يقدم هذا LED الأصفر-الأخضر AlInGaP كفاءة إضاءة وشدة أعلى بكثير، مما يؤدي إلى خرج أكثر سطوعًا لنفس تيار التشغيل. يوفر الطول الموجي 572 نانومتر وضوحًا ممتازًا لأنه يتماشى بشكل وثيق مع ذروة حساسية العين البشرية في الرؤية الضوئية (نهارية).
عند اختيار LED لتطبيق ما، يجب على المصممين مراعاة المفاضلة بين زاوية الرؤية والشدة المحورية. توفر زاوية الرؤية البالغة 40 درجة لهذا LED حلًا وسطًا جيدًا، مما يوفر مخروط رؤية واسعًا بشكل معقول مع الحفاظ على سطوع جيد على المحور. بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب زاوية رؤية واسعة للغاية، سيكون شكل عدسة مختلف (مثل حزمة ذات قمة مسطحة أو رؤية جانبية) أكثر ملاءمة.
تقدم حزمة ثقب عبر اللوحة مزايا في النماذج الأولية، والتجميع اليدوي، والتطبيقات التي تتطلب قوة ميكانيكية عالية لمفصل اللحام. ومع ذلك، بالنسبة للتجميع الآلي عالي الحجم، تُفضل حزم الأجهزة المركبة على السطح (SMD) عمومًا بسبب سرعات التركيب الأسرع وتقليل مساحة اللوحة.
9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)
س: هل يمكنني تشغيل هذا LED مباشرة من خرج منطق رقمي 5 فولت؟
ج: لا. الجهد الأمامي النموذجي هو 2.4 فولت. توصيله مباشرة بـ 5 فولت سيتسبب في تدفق تيار مفرط، مما يدمر LED. يجب عليك استخدام مقاومة محددة للتيار على التوالي. لمصدر طاقة 5 فولت وهدف 20 مللي أمبير، ستكون المقاومة حوالي (5 فولت - 2.4 فولت) / 0.02 أمبير = 130 أوم كنقطة بداية (استخدم القيمة القياسية الأقرب، مثل 120 أو 150 أوم).
س: ماذا تعني مواصفات \"التخفيض الحراري\" لتصميمي؟
ج: إذا كان تطبيقك يعمل في درجة حرارة محيطة أعلى من 50 درجة مئوية، يجب عليك تقليل الحد الأقصى للتيار المستمر. على سبيل المثال، عند درجة حرارة محيطة 70 درجة مئوية (20 درجة مئوية فوق المرجع 50 درجة مئوية)، يجب تقليل التيار بمقدار 20 درجة مئوية * 0.57 مللي أمبير/درجة مئوية = 11.4 مللي أمبير. لذلك، سيكون الحد الأقصى للتيار المستمر الآمن عند 70 درجة مئوية هو 30 مللي أمبير - 11.4 مللي أمبير = 18.6 مللي أمبير.
س: لماذا يوجد تصنيف \"ذروة\" تيار منفصل؟
ج: يمكن لـ LED تحمل تيار أعلى في نبضات قصيرة لأن الحرارة المتولدة ليس لديها الوقت لرفع درجة حرارة التقاطع إلى مستوى ضار. هذا مفيد لإنشاء ومضات ساطعة جدًا أو لمخططات تعدد الإرسال حيث يتم تشغيل عدة مصابيح LED بالتتابع.
س: كيف أفسر رموز التصنيف عند الطلب؟
ج: ستحدد تصنيف شدة الإضاءة المطلوب (مثل GH0 لـ 140-240 ملي كانديلا) وتصنيف الطول الموجي السائد (مثل H08 لـ 570-572 نانومتر) لضمان أن مصابيح LED التي تتلقاها لها سطوع ولون متسقين. إذا لم يكن تطبيقك حساسًا للألوان، فقد يكون تصنيف الطول الموجي الأوسع مقبولاً وربما أكثر فعالية من حيث التكلفة.
10. مثال دراسة حالة التصميم الداخلي
السيناريو:تصميم لوحة مؤشر حالة لوحدة تحكم صناعية تعمل في بيئة تصل إلى 60 درجة مئوية. تحتوي اللوحة على ثلاثة مصابيح LED: الطاقة (مضاء باستمرار)، عطل (يومض)، ونشط (ينبض أثناء الاتصال). يستخدم النظام متحكمًا دقيقًا 3.3 فولت للتحكم.
خطوات التصميم:
- اختيار التيار:بسبب درجة الحرارة المحيطة 60 درجة مئوية، قم بتطبيق التخفيض الحراري. درجة الحرارة فوق 50 درجة مئوية هي 10 درجات مئوية. تخفيض التيار = 10 درجة مئوية * 0.57 مللي أمبير/درجة مئوية = 5.7 مللي أمبير. الحد الأقصى للتيار المستمر = 30 مللي أمبير - 5.7 مللي أمبير = 24.3 مللي أمبير. تم اختيار هدف تصميم 15 مللي أمبير للاعتمادية وطول العمر، مما يوفر سطوعًا جيدًا مع البقاء ضمن الحدود.
- حساب المقاومة:باستخدام Vcc = 3.3 فولت، VF(أقصى) = 2.4 فولت، IF = 15 مللي أمبير. R = (3.3 فولت - 2.4 فولت) / 0.015 أمبير = 60 أوم. تم اختيار مقاومة قياسية 62 أوم.
- طريقة التشغيل:يتم توصيل كل LED بين دبوس GPIO للمتحكم الدقيق (مُهيأ كخرج) والأرض، مع مقاومته التسلسلية الخاصة البالغة 62 أوم. يتم جعل LED \"العطل\" يومض بواسطة البرنامج. يتم جعل LED \"النشط\" ينبض بتردد أعلى لتأثير بصري مميز، مع البقاء ضمن حد دورة العمل 1/10 إذا تم استخدام نبضات أعلى من 30 مللي أمبير.
- التصنيف:للحصول على مظهر متسق، حدد تصنيف الشدة GH0 وتصنيف الطول الموجي H08 أو H09 لضمان تطابق جميع مصابيح LED الثلاثة بشكل وثيق في السطوع واللون.
- التخطيط:يتم وضع ثقوب PCB وفقًا لبُعد تباعد الأطراف. يتم الحفاظ على منطقة خالية بنصف قطر لا يقل عن 2 مم حول جسم LED لمنع تسرب اللحام أثناء اللحام الموجي.
11. مقدمة مبدأ التكنولوجيا
يعتمد هذا LED على مادة أشباه الموصلات AlInGaP المزروعة على ركيزة. عند تطبيق جهد أمامي عبر وصلة p-n، يتم حقن الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة حيث تتحد. تطلق عملية إعادة التركيب هذه الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يتم تحديد الطول الموجي المحدد للضوء (اللون) بواسطة طاقة فجوة النطاق لمادة أشباه الموصلات، والتي يتم هندستها عن طريق ضبط نسب الألومنيوم، والإنديوم، والغاليوم، والفوسفور أثناء نمو البلورة. يتم تحقيق الانبعاث الأصفر-الأخضر 572 نانومتر بتكوين محدد من AlInGaP. تخدم عدسة الإيبوكسي الخضراء المشتتة أغراضًا متعددة: فهي تغلف وتحمي شريحة أشباه الموصلات الهشة وروابط الأسلاك، وتعمل كعنصر انكساري لتشكيل حزمة خرج الضوء (خلق زاوية الرؤية 40 درجة)، وتحتوي على جزيئات مشتتة لتشتيت الضوء، مما يجعل سطح الانبعاث يبدو أكثر اتساقًا وأقل توهجًا.
12. اتجاهات الصناعة والسياق
بينما تظل مصابيح LED ثقب عبر اللوحة مثل حزمة T-1 3/4 هذه حيوية لأسواق الإصلاح، والهواة، وبعض الأسواق الصناعية، فإن الاتجاه السائد في تصنيع الإلكترونيات هو نحو تكنولوجيا التركيب السطحي (SMT). تقدم مصابيح LED SMD مزايا كبيرة في سرعة التجميع الآلي، وتوفير مساحة اللوحة، وانخفاض الارتفاع. ومع ذلك، تُقدر المكونات ثقب عبر اللوحة لقوتها الميكانيكية، وسهولة اللحام اليدوي وإعادة العمل، واتصالها الحراري المتفوق بلوحة PCB عبر الأطراف. من حيث تكنولوجيا المواد، يظل AlInGaP المعيار لمصابيح LED الحمراء، والبرتقالية، والعنبرية، والصفراء-الخضراء عالية الكفاءة. بالنسبة للألوان الخضراء الحقيقية والزرقاء، فإن InGaN (نتريد الإنديوم غاليوم) هو التكنولوجيا السائدة. يستمر تركيز التطوير على زيادة الفعالية الضوئية (لومن لكل واط)، وتحسين اتساق اللون واستقراره على مدى درجة الحرارة والعمر الافتراضي، وتعزيز الاعتمادية في ظل الظروف البيئية القاسية.
مصطلحات مواصفات LED
شرح كامل للمصطلحات التقنية للـ LED
الأداء الكهروضوئي
| المصطلح | الوحدة/التمثيل | شرح مبسط | لماذا هو مهم |
|---|---|---|---|
| الكفاءة الضوئية | لومن/وات | الإخراج الضوئي لكل واط من الكهرباء، أعلى يعني أكثر كفاءة في استخدام الطاقة. | يحدد مباشرة درجة كفاءة الطاقة وتكلفة الكهرباء. |
| التدفق الضوئي | لومن | إجمالي الضوء المنبعث من المصدر، يسمى عادةً "السطوع". | يحدد ما إذا كان الضوء ساطعًا بما يكفي. |
| زاوية الرؤية | درجة، مثل 120 درجة | الزاوية التي ينخفض فيها شدة الضوء إلى النصف، يحدد عرض الحزمة. | يؤثر على نطاق الإضاءة والتوحيد. |
| درجة حرارة اللون | كلفن، مثل 2700K/6500K | دفء/برودة الضوء، القيم المنخفضة صفراء/دافئة، العالية بيضاء/باردة. | يحدد أجواء الإضاءة والسيناريوهات المناسبة. |
| مؤشر تجسيد اللون | بدون وحدة، 0-100 | القدرة على تقديم ألوان الكائن بدقة، Ra≥80 جيد. | يؤثر على أصالة اللون، يُستخدم في أماكن الطلب العالي مثل المراكز التجارية والمتاحف. |
| تفاوت اللون | خطوات بيضاوي ماك آدم، مثل "5 خطوات" | مقياس اتساق اللون، خطوات أصغر تعني لون أكثر اتساقًا. | يضمن لونًا موحدًا عبر نفس دفعة مصابيح LED. |
| الطول الموجي المهيمن | نانومتر، مثل 620 نانومتر (أحمر) | الطول الموجي المقابل للون مصابيح LED الملونة. | يحدد تدرج اللون الأحمر، الأصفر، الأخضر مصابيح LED أحادية اللون. |
| توزيع الطيفي | منحنى الطول الموجي مقابل الشدة | يُظهر توزيع الشدة عبر الأطوال الموجية. | يؤثر على تجسيد اللون وجودة اللون. |
المعايير الكهربائية
| المصطلح | الرمز | شرح مبسط | اعتبارات التصميم |
|---|---|---|---|
| الجهد الأمامي | Vf | الحد الأدنى للجهد لتشغيل LED، مثل "عتبة البدء". | يجب أن يكون جهد مصدر التشغيل ≥ Vf، تضاف الفولتية لمصابيح LED المتسلسلة. |
| التيار الأمامي | If | قيمة التيار للعمل العادي لمصباح LED. | عادةً استخدام تشغيل تيار ثابت، التيار يحدد السطوع وعمر التشغيل. |
| التيار النبضي الأقصى | Ifp | تيار الذروة الذي يمكن تحمله لفترات قصيرة، يُستخدم للتعتير أو الوميض. | يجب التحكم بدقة في عرض النبضة ودورة العمل لتجنب التلف. |
| الجهد العكسي | Vr | أقصى جهد عكسي يمكن أن يتحمله LED، التجاوز قد يسبب انهيارًا. | يجب على الدائرة منع الاتصال العكسي أو ارتفاع الجهد. |
| المقاومة الحرارية | Rth (°C/W) | مقاومة نقل الحرارة من الشريحة إلى نقطة اللحام، الأقل أفضل. | المقاومة الحرارية العالية تتطلب تبديد حرارة أقوى. |
| مناعة التفريغ الكهروستاتيكي | V (HBM)، مثل 1000V | القدرة على تحمل التفريغ الكهروستاتيكي، أعلى يعني أقل عرضة للتلف الكهروستاتيكي. | يجب اتخاذ إجراءات مضادة للكهرباء الساكنة في الإنتاج، خاصةً لمصابيح LED الحساسة. |
إدارة الحرارة والموثوقية
| المصطلح | المقياس الرئيسي | شرح مبسط | التأثير |
|---|---|---|---|
| درجة حرارة الوصلة | Tj (°C) | درجة حرارة التشغيل الفعلية داخل شريحة LED. | كل انخفاض 10°C قد يضاعف عمر التشغيل؛ عالي جدًا يسبب تدهور الضوء، انزياح اللون. |
| تدهور التدفق الضوئي | L70 / L80 (ساعة) | الوقت اللازم لانخفاض السطوع إلى 70% أو 80% من القيمة الأولية. | يحدد مباشرة "عمر الخدمة" لمصباح LED. |
| الحفاظ على التدفق الضوئي | %، مثل 70% | النسبة المئوية للسطوع المتبقي بعد الوقت. | يشير إلى قدرة الحفاظ على السطوع على المدى الطويل. |
| انزياح اللون | Δu′v′ أو بيضاوي ماك آدم | درجة تغير اللون أثناء الاستخدام. | يؤثر على اتساق اللون في مشاهد الإضاءة. |
| الشيخوخة الحرارية | تدهور المادة | التدهور بسبب درجة الحرارة العالية على المدى الطويل. | قد يسبب انخفاض السطوع، تغير اللون، أو فشل الدائرة المفتوحة. |
التعبئة والمواد
| المصطلح | الأنواع الشائعة | شرح مبسط | الميزات والتطبيقات |
|---|---|---|---|
| نوع التغليف | EMC، PPA، السيراميك | مادة الغلاف التي تحمي الشريحة، توفر واجهة بصرية/حرارية. | EMC: مقاومة حرارة جيدة، تكلفة منخفضة؛ السيراميك: تبديد حرارة أفضل، عمر أطول. |
| هيكل الشريحة | أمامي، شريحة معكوسة | ترتيب أقطاب الشريحة. | الشريحة المعكوسة: تبديد حرارة أفضل، كفاءة ضوئية أعلى، للطاقة العالية. |
| طلاء الفسفور | YAG، السيليكات، النتريدات | يغطي الشريحة الزرقاء، يحول بعضها إلى أصفر/أحمر، يخلط إلى أبيض. | الفسفورات المختلفة تؤثر على الكفاءة الضوئية، درجة حرارة اللون، ومؤشر تجسيد اللون. |
| العدسة/البصريات | مسطحة، العدسات الدقيقة، الانعكاس الداخلي الكلي | الهيكل البصري على السطح يتحكم في توزيع الضوء. | يحدد زاوية الرؤية ومنحنى توزيع الضوء. |
مراقبة الجودة والتصنيف
| المصطلح | محتوى الفرز | شرح مبسط | الغرض |
|---|---|---|---|
| فرز التدفق الضوئي | الرمز مثل 2G، 2H | مجمعة حسب السطوع، كل مجموعة لها قيم لومن دنيا/قصوى. | يضمن سطوعًا موحدًا في نفس الدفعة. |
| فرز الجهد | الرمز مثل 6W، 6X | مجمعة حسب نطاق الجهد الأمامي. | يسهل مطابقة مصدر التشغيل، يحسن كفاءة النظام. |
| فرز اللون | 5 خطوات بيضاوي ماك آدم | مجمعة حسب إحداثيات اللون، تضمن نطاق ضيق. | يضمن اتساق اللون، يتجنب لون غير متساوٍ داخل التركيبة. |
| فرز درجة حرارة اللون | 2700K، 3000K إلخ. | مجمعة حسب درجة حرارة اللون، لكل منها نطاق إحداثي مقابل. | يلبي متطلبات درجة حرارة اللون لمشاهد مختلفة. |
الاختبار والشهادات
| المصطلح | المعيار/الاختبار | شرح مبسط | الأهمية |
|---|---|---|---|
| LM-80 | اختبار الحفاظ على التدفق الضوئي | إضاءة طويلة الأمد في درجة حرارة ثابتة، تسجيل بيانات تدهور السطوع. | يُستخدم لتقدير عمر مصباح LED (مع TM-21). |
| TM-21 | معيار تقدير العمر | يقدر العمر تحت الظروف الفعلية بناءً على بيانات LM-80. | يوفر تنبؤ علمي للعمر. |
| IESNA | جمعية هندسة الإضاءة | يغطي طرق الاختبار البصرية، الكهربائية، الحرارية. | أساس اختبار معترف به في الصناعة. |
| RoHS / REACH | شهادة بيئية | يضمن عدم وجود مواد ضارة (الرصاص، الزئبق). | شرط الوصول إلى السوق دوليًا. |
| ENERGY STAR / DLC | شهادة كفاءة الطاقة | شهادة كفاءة الطاقة والأداء لمنتجات الإضاءة. | يُستخدم في المشتريات الحكومية، برامج الدعم، يعزز القدرة التنافسية. |