مصباح LED كهرماني مُشتت 3.1 مم من نوع AlInGaP - شدة إضاءة 140-240 ميكروكانديلا عند 20 مللي أمبير - جهد أمامي 2.4 فولت - ورقة بيانات تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُفصّل هذا المستند مواصفات مصباح LED عالي الكفاءة للتركيب عبر الفتحات. تم تصميم الجهاز لتطبيقات المؤشرات العامة، حيث يوازن بين الأداء والموثوقية وسهولة الاستخدام. وظيفته الأساسية هي توفير إشارة ضوئية واضحة ومرئية في المعدات الإلكترونية.

تشمل المزايا الأساسية لهذا المكون إنتاجه لشدة إضاءة عالية مقارنة باستهلاكه المنخفض للطاقة، مما يجعله خيارًا موفرًا للطاقة. التغليف متوافق مع عمليات تركيب لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) القياسية ومصمم ليعمل بدوائر ذات تيار منخفض، وغالبًا ما يتصل مباشرة بالدوائر المتكاملة (ICs) دون الحاجة إلى مراحل قيادة معقدة. العدسة المُشتتة توفر زاوية رؤية واسعة وموحدة، مما يعزز الرؤية من مواقع مختلفة.

يشمل السوق المستهدف مجموعة واسعة من الإلكترونيات الاستهلاكية والصناعية التي تتطلب مؤشر حالة موثوقًا. وهذا يشمل، على سبيل المثال لا الحصر، مؤشرات الطاقة، ومحددات الوضع، وأضواء الحالة التشغيلية في الأجهزة المنزلية، وأجهزة الاتصالات، ومعدات المكاتب.

2. تحليل مُعمّق للمعايير التقنية

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تُحدد هذه القيم حدود الإجهاد التي إذا تجاوزتها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يُضمن التشغيل عند أو تحت هذه الحدود ويجب تجنبه في التصميم الموثوق.

• تبديد الطاقة (Pd):75 ملي واط. هذه هي أقصى كمية من الطاقة يمكن للجهاز تبديدها كحرارة عند درجة حرارة محيطة (T_A) تبلغ 25 درجة مئوية. تجاوز هذا الحد يمكن أن يؤدي إلى هروب حراري وتعطل.
• التيار الأمامي المستمر (I_F):30 مللي أمبير. أقصى تيار مستمر يمكن تمريره عبر LED.
• تيار الذروة الأمامي:60 مللي أمبير، ولكن فقط في ظل ظروف النبض (دورة عمل 1/10، عرض النبضة 0.1 مللي ثانية). هذا يسمح بلحظات قصيرة من سطوع أعلى، كما في تطبيقات الوميض.
• التخفيض بالحرارة:يجب تقليل التيار الأمامي المستمر خطيًا بمقدار 0.4 مللي أمبير لكل درجة مئوية ترتفع فيها درجة الحرارة المحيطة فوق 50 درجة مئوية. هذا أمر بالغ الأهمية لضمان طول العمر في بيئات درجة الحرارة المرتفعة.
• الجهد العكسي (V_R):5 فولت. تطبيق جهد انحياز عكسي أعلى من هذا يمكن أن يتسبب في فشل فوري وكارثي في وصلة LED.
• درجة حرارة التشغيل والتخزين:من -40 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية. الجهاز مصنف لنطاقات درجات الحرارة الصناعية.
• درجة حرارة لحام الأطراف:260 درجة مئوية لمدة 5 ثوانٍ، مقاسة على بعد 1.6 مم من جسم LED. هذا يُحدد نافذة العملية للحام اليدوي أو الحام الموجي.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

هذه هي معايير الأداء النموذجية المقاسة عند T_A=25 درجة مئوية و I_F=20 مللي أمبير، وهي حالة الاختبار القياسية.

• شدة الإضاءة (I_V):140-240 ميكروكانديلا. هذا يحدد السطوع الملحوظ لـ LED كما يقيسه مستشعر مُرشح لمطابقة استجابة العين البشرية الضوئية (منحنى CIE). النطاق الواسع يشير إلى استخدام نظام تصنيف (انظر القسم 3).
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):75 درجة. هذه هي الزاوية الكاملة التي تنخفض عندها شدة الضوء إلى نصف قيمتها القصوى (على المحور). تشير زاوية 75 درجة إلى نمط حزمة مُشتتة واسع بشكل معقول، مناسب للإشارة في منطقة واسعة.
• طول موجة الانبعاث الذروي (λ_P):591 نانومتر. هذا هو الطول الموجي الذي يكون عنده ناتج القدرة الطيفية في أعلى مستوياته.
• الطول الموجي السائد (λ_d):590 نانومتر. هذا مقياس لوني مُشتق من مخطط لونية CIE، يمثل الطول الموجي الفردي الذي يصف بشكل أفضل اللون الملحوظ (الكهرماني) لـ LED. إنه المعيار الأكثر صلة لتحديد اللون.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):15 نانومتر. هذا يشير إلى نقاء الطيف أو عرض النطاق الترددي للضوء المنبعث. عرض أضيق يشير إلى مصدر أكثر أحادية اللون.
• الجهد الأمامي (V_F):2.4 فولت (نموذجي، أقصى). انخفاض الجهد عبر LED عند التشغيل بتيار 20 مللي أمبير. هذا أمر بالغ الأهمية لتصميم المقاوم المحدد للتيار المتسلسل.
• التيار العكسي (I_R):100 ميكرو أمبير (أقصى) عند V_R=5 فولت. مقياس لتسرب الوصلة في حالة الإيقاف.
• السعة (C):40 بيكوفاراد (نموذجي) عند انحياز 0 فولت وتردد 1 ميجاهرتز. هذا ذو صلة بتطبيقات التبديل عالية السرعة جدًا، رغم أنه عادة ما يكون مهملاً لاستخدام المؤشر.

3. شرح نظام التصنيف

لضمان الاتساق في الإنتاج الضخم، يتم فرز (تصنيف) مصابيح LED بناءً على معايير بصرية رئيسية. هذا يسمح للمصممين باختيار قطع تلبي متطلبات سطوع ولون محددة.

3.1 تصنيف شدة الإضاءة

الوحدات: ميكروكانديلا عند 20 مللي أمبير. رمز التصنيف المقدم لرقم الجزء المحدد هذا هو 'GH'، والذي يتوافق مع حد أدنى للشدة يبلغ 140 ميكروكانديلا وحد أقصى 240 ميكروكانديلا. تصنيفات أخرى متاحة (JK, LM) تقدم نطاقات شدة أعلى (تصل إلى 680 ميكروكانديلا). التسامح لكل حد تصنيف هو ±15%.

3.2 تصنيف الطول الموجي السائد

الوحدات: نانومتر عند 20 مللي أمبير. تسرد ورقة البيانات تصنيفات من H14 (582-584 نانومتر) إلى H20 (594-596 نانومتر). لم يُذكر التصنيف المحدد لرقم الجزء LTL1KHKSD في المقتطف المقدم، لكنه سيكون ضمن أحد هذه النطاقات، مما يحدد درجته الكهرمانية الدقيقة. التسامح لكل حد تصنيف هو ±1 نانومتر، مما يضمن تحكمًا دقيقًا في اللون داخل التصنيف المحدد.

4. تحليل منحنيات الأداء

بينما لا يتم تفصيل الرسوم البيانية المحددة في النص، فإن المنحنيات النموذجية لمثل هذا LED ستشمل:

• منحنى I-V (التيار-الجهد):يوضح العلاقة الأسية بين الجهد الأمامي والتيار. جهد الركبة حوالي 2.0-2.1 فولت لمصابيح LED من نوع AlInGaP.
• شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي (I_Vمقابل I_F):علاقة شبه خطية بشكل عام، تُظهر أن السطوع يزداد مع التيار، ولكن الكفاءة قد تنخفض عند التيارات العالية جدًا بسبب التأثيرات الحرارية.
• شدة الإضاءة مقابل درجة الحرارة المحيطة:يُظهر تخفيض ناتج الضوء مع زيادة درجة الحرارة. تتمتع مصابيح LED من نوع AlInGaP عادة بأداء جيد في درجات الحرارة المرتفعة مقارنة بالتقنيات الأقدم.
• التوزيع الطيفي:رسم بياني للشدة النسبية مقابل الطول الموجي، يُظهر ذروة حول 591 نانومتر بعرض نصف يبلغ حوالي 15 نانومتر، مؤكدًا اللون الكهرماني.

5. معلومات الميكانيكا والتغليف

5.1 أبعاد التغليف

يتميز LED بتغليف دائري بقطر 3.1 مم. تشمل ملاحظات الأبعاد الرئيسية: جميع الأبعاد بالمليمتر؛ التسامح القياسي هو ±0.25 مم؛ أقصى بروز للراتنج تحت الحافة هو 1.0 مم؛ ويتم قياس تباعد الأطراف عند نقطة الخروج من جسم التغليف. الأطراف مصممة للتركيب عبر الفتحات.

5.2 تحديد القطبية

لمصابيح LED عبر الفتحات، يتم تحديد الكاثود (القطب السالب) عادةً بحافة مسطحة على حافة العدسة، أو طرف أقصر، أو شق في الحافة البلاستيكية. يجب التحقق من العلامة المحددة على المكون أو تغليفه.

6. إرشادات اللحام والتجميع

التعامل السليم ضروري لمنع التلف.

• تشكيل الأطراف:يجب أن يتم ذلك في درجة حرارة الغرفة، قبل اللحام. اثنِ الأطراف عند نقطة على الأقل 3 مم من قاعدة العدسة. لا تستخدم جسم التغليف كنقطة ارتكاز.
• مسافة اللحام:حافظ على مسافة لا تقل عن 2 مم بين نقطة اللحام وقاعدة العدسة. لا تغمر العدسة في اللحام أبدًا.
• ظروف اللحام الموصى بها:
  • مكواة اللحام:300 درجة مئوية كحد أقصى، 3 ثوانٍ كحد أقصى لكل طرف.
  • اللحام الموجي:تسخين مسبق إلى 100 درجة مئوية كحد أقصى لمدة 60 ثانية كحد أقصى؛ موجة اللحام عند 260 درجة مئوية كحد أقصى لمدة 10 ثوانٍ كحد أقصى.
• مهم:لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR reflow) غير مناسب لهذا النوع من مصابيح LED عبر الفتحات. الحرارة الزائدة أو الوقت الطويل يمكن أن يشوه العدسة أو يدمر LED.
• التنظيف:استخدم فقط المذيبات القائمة على الكحول مثل كحول الأيزوبروبيل إذا لزم التنظيف.

7. معلومات التغليف والطلب

التغليف القياسي كما يلي: يتم تعبئة مصابيح LED في أكياس تحتوي على 1000 أو 500 أو 250 قطعة. توضع عشرة أكياس في صندوق داخلي (إجمالي 10,000 قطعة). يتم تعبئة ثمانية صناديق داخلية في صندوق شحن خارجي (إجمالي 80,000 قطعة). يُسمح بالأكياس الجزئية فقط في العبوة النهائية من دفعة الشحن.

8. توصيات تصميم التطبيق

8.1 تصميم دائرة القيادة

مصابيح LED هي أجهزة تعمل بالتيار. لضمان سطوع موحد ومنع التلف بسبب التيار الزائد، من الضروري استخدام مقاوم محدد للتيار على التوالي مع كل LED عند التشغيل من مصدر جهد. يتم حساب قيمة المقاومة (R) باستخدام قانون أوم: R = (V_المصدر- V_F) / I_F. لا يُنصح باستخدام مقاوم مشترك لعدة مصابيح LED على التوازي (الدائرة B في ورقة البيانات) بسبب الاختلافات في جهد V_Fلكل LED على حدة، مما قد يتسبب في اختلافات كبيرة في السطوع وتقاسم التيار.

8.2 الحماية من التفريغ الكهروستاتيكي (ESD)

حساس لـ ESD. يجب اتخاذ الاحتياطات أثناء التعامل والتجميع: استخدم أساور المعصم والأسطح العاملة المؤرضة؛ استخدم مؤينات لتحييد الكهرباء الساكنة على العدسات البلاستيكية؛ وتأكد من تأريض جميع المعدات بشكل صحيح.

8.3 ظروف التخزين

للتخزين طويل الأمد خارج الكيس الأصلي المغلق، قم بالتخزين في وعاء محكم الغلق مع مجفف أو في بيئة نيتروجين. بيئة التخزين الموصى بها هي ≤30 درجة مئوية و ≤70% رطوبة نسبية. يُفضل استخدام مصابيح LED التي تم إخراجها من تغليفها الأصلي في غضون ثلاثة أشهر.

9. المقارنة التقنية والتمييز

يمثل LED من نوع AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم غاليوم) تقدمًا مقارنة بالتقنيات الأقدم مثل GaAsP (فوسفيد زرنيخيد الغاليوم). تشمل نقاط التمييز الرئيسية:

• كفاءة أعلى:يوفر AlInGaP المزيد من اللومن لكل واط، مما يؤدي إلى سطوع أعلى لنفس التيار أو استهلاك طاقة أقل لنفس السطوع.
• استقرار حراري متفوق:تتدهور شدة إضاءة مصابيح LED من نوع AlInGaP بشكل أقل مع زيادة درجة الحرارة مقارنة بـ GaAsP.
• تشبع لوني أفضل:تتيح التقنية ألوانًا كهرمانية وحمراء أكثر إشراقًا وحيوية.

10. الأسئلة الشائعة (FAQs)

س: هل يمكنني تشغيل هذا LED مباشرة من دبوس متحكم دقيق بجهد 5 فولت؟

ج: لا. الجهد الأمامي النموذجي هو 2.4 فولت، ولا يمكن لدبوس المتحكم الدقيق توفير 20 مللي أمبير بشكل موثوق مع انخفاض جهد يبلغ حوالي 2.6 فولت. يجب عليك استخدام مقاوم على التوالي (مثال: (5V - 2.4V) / 0.02A = 130 أوم) وربما مفتاح ترانزستور يُشغل بواسطة دبوس المتحكم الدقيق.

س: لماذا يوجد حد أدنى لشدة الإضاءة (140 ميكروكانديلا) بدلاً من مجرد قيمة نموذجية؟

ج: يضمن نظام التصنيف حدًا أدنى لمستوى الأداء. عندما تطلب من تصنيف 'GH'، فأنت مُطمئن أن كل LED سيلبي أو يتجاوز 140 ميكروكانديلا في ظل ظروف الاختبار القياسية، مما يضمن الاتساق في تطبيقك.

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

ج: طول موجة الذروة هو الذروة الفيزيائية لطيف الانبعاث. الطول الموجي السائد هو قيمة محسوبة تعتمد على إدراك اللون البشري (مخطط CIE) ويمثل بشكل أكثر دقة اللون الذي تراه بالفعل. بالنسبة لمصابيح LED أحادية اللون مثل هذا الكهرماني، غالبًا ما يكونان متقاربين جدًا.

11. مثال تطبيقي عملي

السيناريو: تصميم مؤشر طاقة لجهاز يعمل بالتيار المتردد.

يوفر مصدر الطاقة خطًا منظمًا بجهد 5 فولت. الهدف هو الحصول على مؤشر كهرماني مرئي بوضوح ويعمل دائمًا.

1. اختيار التيار:اختر I_F= 20 مللي أمبير (تيار الاختبار القياسي، يضمن سطوعًا جيدًا وطول عمر).
2. حساب المقاومة:استخدام أقصى V_F(2.4 فولت) لتصميم متحفظ يضمن السطوع حتى مع القطع ذات V_Fالأعلى. R = (5V - 2.4V) / 0.02A = 130 أوم. أقرب قيمة قياسية هي 130Ω أو 120Ω.
3. تصنيف قدرة المقاوم:P = I²R = (0.02)²* 130 = 0.052 واط. مقاوم قياسي بقدرة 1/8 واط (0.125 واط) أو 1/4 واط أكثر من كافٍ.
4. تخطيط PCB:ضع LED بالقرب من فتحة اللوحة. تأكد من أن قطر الفتحة يستوعب عدسة 3.1 مم مع وجود مساحة كافية. اتبع قاعدة المسافة الدنيا البالغة 2 مم بين اللحام والجسم في تصميم البصمة.
5. التجميع:أدخل LED، مع التأكد من القطبية الصحيحة. استخدم ملف اللحام الموجي الموصى به، مع الحرص على عدم تسخين المكون بشكل زائد.

12. مبدأ التشغيل

LED هو ثنائي شبه موصل. عندما يتم تطبيق جهد أمامي يتجاوز جهد فجوة النطاق الخاصة به، تتحد الإلكترونات والفجوات في المنطقة النشطة (طبقة AlInGaP في هذه الحالة). يطلق هذا الاتحاد الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). التركيب المادي المحدد (Al, In, Ga, P) يحدد طاقة فجوة النطاق وبالتالي الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث. تغلف عدسة إيبوكسي مُشتتة شريحة أشباه الموصلات، مما يوفر حماية ميكانيكية، ويشكل حزمة إخراج الضوء، ويعزز استخراج الضوء.

13. اتجاهات التكنولوجيا

الاتجاه العام في مصابيح LED المؤشرية هو نحو كفاءة أعلى وتصغير أكثر. بينما تظل حزم عبر الفتحات مثل مصباح 3.1 مم هذا شائعة لقوتها وسهولة التجميع اليدوي، فإن مصابيح LED ذات التركيب السطحي (SMD) تهيمن على التصميمات الجديدة بسبب حجمها الأصغر، وملاءمتها للتجميع الآلي، وانخفاض ارتفاعها. ومع ذلك، تحتفظ مصابيح LED عبر الفتحات بمزايا في التطبيقات التي تتطلب سطوعًا عاليًا في نقطة واحدة، أو تبديد حرارة فائق عبر الأطراف، أو حيث تكون القوة الميكانيكية للتركيب على اللوحة الأمامية أمرًا بالغ الأهمية. تستمر تقنية مادة AlInGaP الأساسية في التحسين من أجل الكفاءة والموثوقية.