ورقة بيانات مصباح LED أصفر T-1 3/4 - قطر 5 مم - جهد أمامي 2.4 فولت - تبديد طاقة 75 ميغاواط - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

توفر هذه الوثيقة المواصفات التقنية الكاملة لمصباح LED عالي الأداء يتم تركيبه عبر الثقب (Through-Hole). تم تصميم الجهاز لتطبيقات المؤشر والإضاءة العامة حيث تكون الموثوقية والكفاءة وسهلة التكامل ذات أهمية قصوى. يستخدم مادة شبه موصلة من نوع AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم غاليوم) لإنتاج ضوء أصفر مميز، مما يوفر توازنًا بين الوضوح البصري وكفاءة الطاقة.

يتم إيواء LED في عبوة قياسية شائعة من نوع T-1 3/4، تتوافق مع عدسة قطر 5 مم، مما يجعلها متوافقة مع مجموعة واسعة من تخطيطات اللوحات المطبوعة (PCB) الحالية وفتحات الألواح. يركز تصميمه على انخفاض استهلاك الطاقة وكثافة الإضاءة العالية، مما يجعله مناسبًا للأجهزة التي تعمل بالبطارية أو التطبيقات التي يكون فيها تقليل استخدام الطاقة أمرًا بالغ الأهمية. المنتج متوافق مع توجيهات RoHS، مما يشير إلى خلوه من المواد الخطرة مثل الرصاص (Pb).

2. الغوص العميق في المعايير التقنية

2.1 القيم القصوى المطلقة

يتم تحديد الحدود التشغيلية للجهاز تحت ظروف بيئية محددة (TA=25°C). قد يتسبب تجاوز هذه التقييمات في تلف دائم.

• تبديد الطاقة (Pd):75 ميغاواط. هذه هي أقصى كمية من الطاقة يمكن للجهاز تبديدها بأمان على شكل حرارة.
• تيار أمامي مستمر (IF):30 مللي أمبير. أقصى تيار مستمر يمكن تطبيقه بشكل مستمر.
• تيار أمامي ذروي:60 مللي أمبير. يُسمح بهذا التيار الأعلى فقط في ظروف النبض (دورة عمل 1/10، عرض نبضة 0.1 مللي ثانية) للتعامل مع الارتفاعات المفاجئة القصيرة.
• عامل التخفيض (Derating):0.4 مللي أمبير/°C فوق 50°C. يجب تقليل الحد الأقصى للتيار المستمر خطيًا مع زيادة درجة الحرارة المحيطة عن 50°C لمنع ارتفاع درجة الحرارة.
• نطاق درجة حرارة التشغيل:من -40°C إلى +100°C. نطاق درجة الحرارة المحيطة الذي تم تحديد الجهاز للعمل ضمنه.
• نطاق درجة حرارة التخزين:من -55°C إلى +100°C.
• درجة حرارة لحام الأطراف:260°C لمدة 5 ثوانٍ، مقاسة على بعد 1.6 مم من جسم LED. هذا يحدد الملف الحراري لعمليات اللحام اليدوي أو الموجي.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

يتم قياس هذه المعلمات في حالة اختبار قياسية وهي IF = 20mA و TA = 25°C، مما يوفر أداء الأساس.

• شدة الإضاءة (Iv):400 - 2500 مللي كانديلا (mcd)، بقيمة نموذجية 1150 mcd. يتم إدارة هذا النطاق الواسع من خلال نظام تصنيف (يتم تفصيله لاحقًا). يتم قياس الشدة باستخدام مستشعر مُرشح لمطابقة استجابة العين البشرية للضوء (منحنى CIE).
• زاوية الرؤية (2θ1/2):30 درجة. هذه هي الزاوية الكاملة التي تنخفض عندها شدة الإضاءة إلى نصف قيمتها المقاسة على المحور المركزي. تشير إلى شعاع مركز بشكل معتدل.
• طول موجة الانبعاث الذروي (λP):591 نانومتر. الطول الموجي الذي يكون عنده ناتج الطاقة الطيفية في أعلى مستوياته.
• الطول الموجي السائد (λd):582 - 596 نانومتر. هذا هو الطول الموجي الفردي الذي تدركه العين البشرية والذي يحدد اللون، والمستمد من مخطط لونية CIE. يضمن أن يقع اللون الأصفر ضمن نطاق محدد.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):15 نانومتر. عرض الطيف المنبعث عند نصف قوته القصوى، مما يشير إلى نقاء اللون.
• الجهد الأمامي (VF):2.05 - 2.4 فولت، بقيمة نموذجية 2.4 فولت عند 20 مللي أمبير. هذا هو انخفاض الجهد عبر LED أثناء التشغيل.
• التيار العكسي (IR):100 ميكرو أمبير كحد أقصى عند VR = 5V. لم يتم تصميم مصابيح LED للعمل بتحيز عكسي؛ هذه المعلمة لأغراض اختبار التسرب فقط.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

لضمان الاتساق في التطبيقات، يتم فرز (تصنيف) مصابيح LED بناءً على المعلمات البصرية الرئيسية. تفصل ورقة البيانات هذه نظام تصنيف لشدة الإضاءة.

تصنيف شدة الإضاءة (@ 20mA):يتم تصنيف مصابيح LED إلى ست فئات (من SB1 إلى SB6)، لكل منها نطاق شدة أدنى وأقصى. التسامح لكل حد فئة هو ±15%.

• SB1:1900 - 2500 mcd
• SB2:1500 - 1900 mcd
• SB3:1150 - 1500 mcd
• SB4:880 - 1150 mcd
• SB5:680 - 880 mcd
• SB6:400 - 680 mcd

يسمح هذا النظام للمصممين باختيار مصابيح LED بمستوى السطوع المطلوب لتطبيقهم المحدد، مما يضمن التوحيد البصري عند استخدام عدة مصابيح LED معًا.

4. تحليل منحنيات الأداء

بينما يتم الإشارة إلى بيانات رسومية محددة في الوثيقة (منحنيات الخصائص الكهربائية/البصرية النموذجية في الصفحة 4)، فإن المعلمات تشير إلى منحنيات سلوك LED القياسية التي يجب مراعاتها في التصميم:

• التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V):العلاقة أسية. يؤدي زيادة صغيرة في الجهد تتجاوز VF النموذجي إلى زيادة كبيرة في التيار، مما يستلزم اتخاذ تدابير للحد من التيار.
• شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي (منحنى I-Iv):تزداد الشدة عمومًا مع التيار ولكن قد تتشبع أو تتدهور عند تيارات عالية جدًا بسبب تأثيرات التسخين.
• شدة الإضاءة مقابل درجة الحرارة المحيطة:ينخفض ناتج الضوء عادةً مع ارتفاع درجة حرارة التقاطع في LED. يدير عامل التخفيض للتيار هذا التأثير الحراري بشكل غير مباشر.
• التوزيع الطيفي:الناتج هو نطاق ضيق يتركز حول طول الموجة الذروي البالغ 591 نانومتر، وهو سمة من سمات تقنية AlInGaP، والتي توفر تشبع لوني جيد.

5. معلومات الميكانيكا والتغليف

5.1 أبعاد العبوة

يستخدم الجهاز عبوة قياسية ذات أطراف شعاعية مع عدسة شفافة بالماء قطرها T-1 3/4 (5 مم). تشمل الملاحظات الأبعاد الرئيسية ما يلي:

• جميع الأبعاد بالمليمترات (يتم توفير البوصات في التسامح).
• التسامح القياسي هو ±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 العبوة.

5.2 تحديد القطبية

بالنسبة لمصابيح LED ذات الثقب عبر اللوحة، يتم تحديد الكاثود عادةً عن طريق بقعة مسطحة على حافة العدسة، أو طرف أقصر، أو شق في الحافة. سيوضح الرسم الأبعادي في ورقة البيانات العلامة المحددة. القطبية الصحيحة ضرورية للتشغيل.

6. إرشادات اللحام والتركيب

التعامل السليم أمر بالغ الأهمية للموثوقية. توفر الوثيقة تحذيرات مفصلة:

• تشكيل الأطراف:يجب أن يتم ذلك في درجة حرارة الغرفة، قبل اللحام. اثنِ الأطراف عند نقطة على الأقل 3 مم من قاعدة عدسة LED. لا تستخدم جسم العبوة كنقطة ارتكاز.
• اللحام:
  • لحام المكواة:أقصى درجة حرارة 350°C لمدة أقصاها 3 ثوانٍ (مرة واحدة فقط).
  • اللحام الموجي:تسخين مسبق إلى أقصى 100°C لمدة أقصاها 60 ثانية، موجة اللحام عند أقصى 260°C لمدة أقصاها 5 ثوانٍ.
  • قاعدة حرجة:الحفاظ على مسافة لا تقل عن 3 مم من قاعدة العدسة إلى نقطة اللحام. تجنب غمس العدسة في اللحام لمنع صعود الراتنج على الأطراف، مما قد يسبب مشاكل في اللحام.
  • غير موصى به:لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR reflow) غير مناسب لهذا المنتج من نوع الثقب عبر اللوحة.
• التنظيف:استخدم المذيبات القائمة على الكحول مثل كحول الأيزوبروبيل إذا لزم الأمر.
• التخزين:قم بالتخزين في ظروف لا تتجاوز 30°C و 70% رطوبة نسبية. يجب استخدام مصابيح LED التي تمت إزالتها من التغليف الأصلي في غضون ثلاثة أشهر. للتخزين الأطول، استخدم حاويات محكمة الغلق مع مجفف أو في جو نيتروجين.

7. معلومات التغليف والطلب

تدفق التغليف القياسي كما يلي:

• تغليف الوحدة:1000 أو 500 أو 200 أو 100 قطعة لكل كيس تغليف مضاد للكهرباء الساكنة.
• الصندوق الداخلي:8 أكياس تغليف لكل صندوق، بإجمالي 8000 قطعة.
• الصندوق الخارجي (شحنة الشحن):8 صناديق داخلية لكل صندوق خارجي، بإجمالي 64,000 قطعة. قد لا تكون العبوة النهائية في شحنة الشحن ممتلئة بالكامل.

الرقم الجزئي المحدد لهذا الجهاز هو LTL2R3KSK، والذي يشفر معلومات حول نوع العدسة (شفافة بالماء)، وتقنية المصدر (AlInGaP)، واللون (أصفر).

8. اقتراحات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

هذا LED مخصص للمعدات الإلكترونية العادية، بما في ذلك:

• مؤشرات الحالة والطاقة في الإلكترونيات الاستهلاكية والأجهزة والمعدات المكتبية.
• إضاءة الألواح والإضاءة الخلفية للمفاتيح والشاشات.
• إشارات وإضاءة زخرفية عامة حيث يكون المؤشر الأصفر الواضح مطلوبًا.

ملاحظة مهمة:للتطبيقات التي تتطلب موثوقية استثنائية حيث قد يعرض الفشل الحياة أو الصحة للخطر (الطيران، الأجهزة الطبية، أنظمة السلامة)، تكون الاستشارة والتأهيل المحددين ضروريين.

8.2 اعتبارات التصميم وطريقة القيادة

LED هو جهاز يعمل بالتيار. لضمان سطوع ثابت، خاصة عند تشغيل عدة مصابيح LED على التوازي، فإن المقاوم المحدد للتيار على التوالي لكل LED هوموصى به بشدة(نموذج الدائرة أ).

لا يُنصح باستخدام مصدر جهد مشترك مع مقاوم واحد لعدة مصابيح LED متوازية (نموذج الدائرة ب). ستؤدي الاختلافات الصغيرة في خاصية الجهد الأمامي (VF) من LED إلى آخر إلى اختلافات كبيرة في التيار المتدفق عبر كل منها، مما يؤدي إلى سطوع غير متساوٍ. يقوم المقاوم التسلسلي لكل LED بتثبيت التيار ويعوض عن هذه الاختلافات الطفيفة في VF.

يمكن حساب قيمة المقاوم (R) باستخدام قانون أوم: R = (Vcc - VF) / IF، حيث Vcc هو جهد الإمداد، VF هو الجهد الأمامي لـ LED (استخدم القيمة القصوى للموثوقية)، و IF هو التيار الأمامي المطلوب (مثل 20mA).

9. الحماية من التفريغ الكهروستاتيكي (ESD)

مصابيح LED حساسة للتفريغ الكهروستاتيكي. لمنع التلف:

• يجب على المشغلين ارتداء أساور معصم موصلة أو قفازات مضادة للكهرباء الساكنة.
• يجب تأريض جميع المعدات ومحطات العمل وأرفف التخزين بشكل صحيح.
• استخدم مؤينًا لتحييد الشحنات الساكنة التي قد تتراكم على العدسة البلاستيكية.
• تعامل مع الأجهزة في مناطق محمية من ESD.

10. المقارنة التقنية والتمييز

يقدم LED الأصفر هذا من نوع AlInGaP مزايا مميزة:

• مقارنة بمصابيح LED الصفراء التقليدية القائمة على الفوسفور:AlInGaP هي مادة شبه موصلة مباشرة للضوء الأصفر، مما يوفر كفاءة أعلى، واستقرار لوني أفضل مع مرور الوقت ودرجة الحرارة، وعمر افتراضي أطول محتمل مقارنة بالتكنولوجيات الأقدم مثل LED أزرق مع فوسفور أصفر.
• مقارنة بألوان أخرى في عبوة مماثلة:توفر زاوية الرؤية المحددة (30°) شعاعًا أكثر تركيزًا من مصابيح LED ذات الزاوية الواسعة، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تتطلب ضوءًا موجهًا أو شدة محورية أعلى.
• ملخص المزايا الرئيسية:ناتج شدة إضاءة عالي، استهلاك طاقة منخفض، كفاءة عالية، توافق مع RoHS، وتوافق مع التركيب القياسي T-1 3/4.

11. الأسئلة الشائعة (FAQs)

س1: هل يمكنني تشغيل هذا LED مباشرة من ناتج منطقي 5V أو 3.3V؟

ج: لا. يجب عليك استخدام مقاوم محدد للتيار على التوالي. على سبيل المثال، مع إمداد 5V و VF نموذجي 2.4V عند 20mA، يلزم مقاوم بقيمة تقريبية (5V - 2.4V) / 0.02A = 130 أوم. تحقق دائمًا من الحد الأقصى لتصنيف التيار.

س2: لماذا يوجد مثل هذا النطاق الواسع في شدة الإضاءة (400-2500 mcd)؟

ج: يعكس هذا التباين الطبيعي في تصنيع أشباه الموصلات. يسمح نظام التصنيف (SB1-SB6) لك بشراء مصابيح LED ضمن نطاق سطوع محدد وأضيق لتطبيقك لضمان الاتساق.

س3: ما الفرق بين طول موجة الذروة والطول الموجي السائد؟

ج: طول موجة الذروة (λP) هو الذروة الفيزيائية للطيف الضوئي المنبعث. الطول الموجي السائد (λd) محسوب من إحداثيات اللون ويمثل الطول الموجي الفردي الذي تدركه العين البشرية للون. λd أكثر صلة بتحديد اللون.

س4: هل يمكنني استخدام هذا للتطبيقات الخارجية؟

ج: يسمح نطاق درجة حرارة التشغيل (-40°C إلى +100°C) بالعديد من البيئات الخارجية. ومع ذلك، ضع في اعتبارك عوامل إضافية مثل متانة العدسة ضد الأشعة فوق البنفسجية وتسلل الرطوبة، والتي لم يتم تحديدها في ورقة البيانات هذه. قد يكون طلاء مطابق أو استخدام LED مصنف للاستخدام الخارجي ضروريًا.

12. دراسة حالة تصميم عملية

السيناريو:تصميم لوحة تحكم بها 10 مؤشرات حالة صفراء موحدة، تعمل بواسطة خط تيار مستمر 12 فولت.

خطوات التصميم:

1. اختيار LED:اختر مصابيح LED من نفس فئة الشدة (مثل SB3: 1150-1500 mcd) لضمان مطابقة السطوع.
2. ضبط التيار:حدد تيار تشغيل قياسي 20mA لسطوع جيد وطول عمر.
3. حساب المقاوم:باستخدام أقصى VF (2.4V) للموثوقية: R = (12V - 2.4V) / 0.02A = 480 أوم. أقرب قيمة قياسية هي 470 أوم. إعادة حساب التيار: IF = (12V - 2.4V) / 470Ω ≈ 20.4 مللي أمبير (آمن).
4. الطاقة في المقاوم:P_R = IF^2 * R = (0.0204A)^2 * 470Ω ≈ 0.196W. استخدم مقاوم 1/4 واط.
5. التخطيط:ضع كل LED مع مقاومه المخصص 470Ω على التوالي. تأكد من أن ثقوب PCB تطابق تباعد الأطراف من الرسم الأبعادي في ورقة البيانات. حافظ على مسافة لا تقل عن 3 مم من جسم LED إلى وسادة اللحام.
6. التركيب:اتبع إرشادات اللحام بدقة، باستخدام مكواة ذات درجة حرارة مضبوطة لتجنب التلف الحراري.

يضمن هذا النهج أن جميع المؤشرات العشرة لها أداء ثابت وموثوق.

13. مبدأ التشغيل

يعمل هذا LED على مبدأ الإضاءة الكهربائية في وصلة أشباه الموصلات من النوع p-n. المنطقة النشطة مكونة من AlInGaP. عندما يتم تطبيق جهد أمامي يتجاوز طاقة فجوة النطاق للمادة، يتم حقن الإلكترونات من المنطقة من النوع n والثقوب من المنطقة من النوع p في المنطقة النشطة. عندما تتحد حاملات الشحن هذه، فإنها تطلق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد التركيب المحدد لسبيكة AlInGaP طاقة فجوة النطاق، والتي تتوافق مباشرة مع الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث - في هذه الحالة، الأصفر (~590 نانومتر). تقوم عدسة الإيبوكسي الشفافة بالماء بتغليف الشريحة شبه الموصلة، وتوفر الحماية الميكانيكية، وتشكل شعاع ناتج الضوء.

14. اتجاهات التكنولوجيا

بينما تظل مصابيح LED ذات الثقب عبر اللوحة حيوية للنماذج الأولية والإصلاح وبعض التطبيقات الصناعية، فإن صناعة الإلكترونيات الضوئية الأوسع تتجه نحو عبوات الأجهزة ذات التركيب السطحي (SMD) لمعظم التصميمات الجديدة. تقدم مصابيح LED من نوع SMD مزايا في التجميع الآلي، ومساحة أصغر، وإدارة حرارية أفضل. بالنسبة لمكونات الثقب عبر اللوحة، تركز التطورات المستمرة على زيادة الكفاءة (مزيد من ناتج الضوء لكل واط)، وتحسين اتساق اللون من خلال التصنيف المتقدم، وتعزيز الموثوقية في ظل الظروف البيئية القاسية. يمثل نظام مادة AlInGaP المستخدم هنا تقنية ناضجة وفعالة للألوان الكهرمانية والصفراء والحمراء، مع استمرار التحسينات التدريجية في النمو الطبقي والتغليف في دفع حدود الأداء.