مصباح LED مثقوب 3.1 ملم - أحمر فائق 639 نانومتر - 2.4 فولت 20 مللي أمبير - 400 مكد - ورقة البيانات

1. نظرة عامة على المنتج

يُفصّل هذا المستند مواصفات مصباح LED مثقوب عالي الأداء بقطر 3.1 ملم. يستخدم الجهاز تقنية AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم غاليوم) لإنتاج ضوء أحمر فائق. تم تصميمه لتطبيقات المؤشر والإضاءة العامة عبر مختلف المعدات الإلكترونية، حيث يوازن بين الشدة الضوئية العالية، وانخفاض استهلاك الطاقة، والتشغيل الموثوق.

تشمل المزايا الأساسية لهذا الصمام الثنائي الباعث للضوء كفاءته العالية، مما يسمح بإخراج ساطع عند تيارات تشغيل منخفضة نسبيًا، مما يجعله متوافقًا مع الدوائر المتكاملة. تتيح حزمته متعددة الاستخدامات تركيبًا مباشرًا على لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs) أو الألواح. الأسواق المستهدفة الرئيسية هي الإلكترونيات الاستهلاكية، وحدات التحكم الصناعية، أجهزة الاتصالات، ومعدات المكاتب حيث تكون مؤشرات بصرية واضحة وموثوقة مطلوبة.

2. تحليل متعمق للمعايير الفنية

2.1 الحدود القصوى المطلقة

يتم تعريف حدود تشغيل الجهاز لضمان الموثوقية على المدى الطويل. الحد الأقصى لتبديد الطاقة المستمر هو 75 ميلي واط عند درجة حرارة محيطة (T_A) تبلغ 25 درجة مئوية. يجب ألا يتجاوز تيار التوصيل الأمامي المستمر 30 مللي أمبير. للتشغيل النبضي، يُسمح بتيار أمامي ذروة يصل إلى 90 مللي أمبير تحت ظروف محددة: دورة عمل 1/10 وعرض نبضة 0.1 مللي ثانية. الحد الأقصى لجهد الانعكاس المسموح به هو 5 فولت. نطاقات درجة حرارة التشغيل والتخزين هي من -40 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية. بالنسبة للحام، يمكن أن تتحمل الأطراف 260 درجة مئوية لمدة 5 ثوانٍ عند القياس على بعد 1.6 ملم من جسم LED. يُطبق عامل تخفيض 0.4 مللي أمبير/درجة مئوية للتيار الأمامي فوق درجة حرارة محيطة 50 درجة مئوية.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

يتم قياس معايير الأداء الرئيسية عند T_A=25 درجة مئوية و I_F=20 مللي أمبير. الشدة الضوئية (I_V) لها قيمة نموذجية تبلغ 400 ملي كانديلا (mcd)، مع حد أدنى 140 mcd. يتميز توزيع الضوء بزاوية رؤية 45 درجة (2θ_1/2)، تُعرّف على أنها الزاوية المحورية حيث تنخفض الشدة إلى نصف قيمتها المحورية.

تشمل الخصائص الطيفية طول موجة الانبعاث الذروة (λ_P) البالغ 639 نانومتر وطول الموجة السائد (λ_d) البالغ 631 نانومتر، والذي يحدد اللون المُدرك. نصف عرض الخط الطيفي (Δλ) هو 20 نانومتر. كهربائيًا، جهد التوصيل الأمامي (V_F) يقيس عادة 2.4 فولت، بحد أقصى 2.4 فولت عند 20 مللي أمبير. تيار الانعكاس (I_R) هو بحد أقصى 100 ميكرو أمبير عند انحياز عكسي 5 فولت، والسعة الوصلة (C) هي 40 بيكو فاراد مقاسة عند 0 فولت و 1 ميجا هرتز.

3. شرح نظام التصنيف

لضمان الاتساق في التطبيقات، يتم فرز مصابيح LED إلى مجموعات بناءً على معايير رئيسية.

3.1 تصنيف الشدة الضوئية

يتم تصنيف الشدة الضوئية إلى مجموعات يُشار إليها برموز مكونة من حرفين. على سبيل المثال، تغطي المجموعة 'GH' الشدة من 140 mcd إلى 240 mcd، و'JK' من 240 mcd إلى 400 mcd، و'LM' من 400 mcd إلى 680 mcd، كلها مقاسة عند 20 مللي أمبير. يُطبق تسامح ±15% على كل حد للمجموعة. يتم وضع رمز المجموعة المحدد على كل كيس تعبئة للتتبع.

3.2 تصنيف طول الموجة السائد

يتم أيضًا تصنيف طول الموجة السائد، الذي يحدد نقطة اللون. تمثل رموز مثل H29 إلى H33 نطاقات طول موجي محددة بالنانومتر (مثال: H31: 629.0 – 633.0 نانومتر). التسامح لكل حد للمجموعة هو ±1 نانومتر. يسمح هذا التصنيف الدقيق للمصممين باختيار مصابيح LED ذات اتساق لوني شديد الضيق لمشاريعهم.

4. تحليل منحنيات الأداء

تشير ورقة البيانات إلى منحنيات أداء نموذجية تعتبر حاسمة لتحليل التصميم. تمثل هذه المنحنيات، المرسومة مقابل درجة الحرارة المحيطة ما لم يُذكر خلاف ذلك، العلاقة بين المعايير الرئيسية بشكل مرئي. بينما لا يتم إعادة إنتاج الرسوم البيانية المحددة في النص، فإنها تشمل عادةً:

• الشدة الضوئية النسبية مقابل تيار التوصيل الأمامي:يوضح كيف يزداد إخراج الضوء مع التيار، غالبًا بطريقة غير خطية، مسلطًا الضوء على نقطة الكفاءة.
• جهد التوصيل الأمامي مقابل تيار التوصيل الأمامي:يوضح خاصية I-V للصمام الثنائي، وهي أساسية لحساب قيم المقاوم التسلسلي وتبديد الطاقة.
• الشدة الضوئية النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطة:يوضح التخفيض الحراري لإخراج الضوء، وهو أمر بالغ الأهمية لتطبيقات البيئات عالية الحرارة.
• التوزيع الطيفي:رسم بياني للشدة النسبية مقابل الطول الموجي، يوضح تركيز إخراج الضوء حول الذروة 639 نانومتر ونصف العرض 20 نانومتر.

تتيح هذه المنحنيات للمهندسين التنبؤ بسلوك الجهاز تحت ظروف غير قياسية (تيارات مختلفة، درجات حرارة) وهي أساسية لتصميم دائري قوي.

5. معلومات الميكانيكية والحزمة

يتم وضع LED في حزمة دائرية بقطر 3.1 ملم مع عدسة شفافة تمامًا. تشمل الملاحظات الأبعاد الرئيسية: جميع الأبعاد بالمليمترات (مع معادلات بالبوصة)، بتسامح قياسي ±0.25 ملم ما لم يُحدد خلاف ذلك. قد يبرز الراتنج تحت الحافة حتى 1.0 ملم كحد أقصى. يتم قياس تباعد الأطراف عند النقطة التي تخرج فيها الأطراف من جسم الحزمة. يُظهر الرسم التفصيلي ذو الأبعاد عادةً قطر الجسم، شكل العدسة، طول الطرف، وقطر الطرف، وهي أمور بالغة الأهمية لتصميم بصمة PCB وتحديد حجم القطع في الألواح.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 تشكيل الأطراف

إذا كانت هناك حاجة لثني الأطراف، فيجب القيام بذلك قبل اللحام وعند درجة حرارة الغرفة العادية. يجب إجراء الانحناء عند نقطة على الأقل 3 ملم بعيدًا عن قاعدة عدسة LED. من المهم ألا تُستخدم قاعدة إطار الطرف نفسه كنقطة ارتكاز أثناء الانحناء، لأن ذلك يمكن أن يسبب إجهادًا للوصلة الداخلية للرقاقة.

6.2 معايير اللحام

يجب الحفاظ على مسافة خالية لا تقل عن 2 ملم بين قاعدة العدسة ونقطة اللحام. يجب ألا تُغمر العدسة أبدًا في اللحام. الظروف الموصى بها هي:

• اللحام اليدوي (مكواة):الحد الأقصى لدرجة الحرارة 300 درجة مئوية، الحد الأقصى للوقت 3 ثوانٍ لكل طرف (مرة واحدة فقط).
• اللحام بالموجة:الحد الأقصى لدرجة حرارة التسخين المسبق 100 درجة مئوية لمدة تصل إلى 60 ثانية. الحد الأقصى لدرجة حرارة موجة اللحام 260 درجة مئوية مع حد أقصى لوقت التلامس 10 ثوانٍ.

يمكن أن يتسبب تجاوز حدود درجة الحرارة أو الوقت هذه في تشوه العدسة أو فشل كارثي لـ LED.

6.3 التخزين والتعامل

للتخزين طويل الأمد خارج العبوة الأصلية، يُوصى بوضع مصابيح LED في وعاء محكم مع مجفف أو في بيئة نيتروجين. يجب استخدام المكونات خارج عبوتها الأصلية بشكل مثالي خلال ثلاثة أشهر. يجب ألا تتجاوز بيئة التخزين 30 درجة مئوية و 70% رطوبة نسبية. للتنظيف، يجب استخدام المذيبات القائمة على الكحول فقط مثل كحول الأيزوبروبيل.

7. معلومات التعبئة والطلب

مواصفات التعبئة القياسية متدرجة: 1000، 500، أو 250 قطعة لكل كيس تعبئة مضاد للكهرباء الساكنة. توضع عشرة من هذه الأكياس في صندوق داخلي، بإجمالي 10,000 قطعة. ثم يتم تعبئة ثمانية صناديق داخلية في صندوق خارجي رئيسي، مما يؤدي إلى كمية شحن قياسية تبلغ 80,000 قطعة لكل دفعة. يُلاحظ أنه داخل دفعة الشحن، قد يحتوي العبوة النهائية فقط على كمية غير كاملة. رقم الجزء المحدد المدرج هو LTL1CHKRKNN.

8. توصيات التطبيق

8.1 دوائر التطبيق النموذجية

مصابيح LED هي أجهزة تعمل بالتيار. لضمان سطوع موحد عند توصيل عدة مصابيح LED على التوازي، يُوصى بشدة باستخدام مقاومة محددة للتيار على التوالي مع كل LED. البديل، وهو توصيل عدة مصابيح LED على التوازي مباشرة بمقاومة واحدة (الدائرة B في ورقة البيانات)، غير مرغوب فيه لأن الاختلافات الصغيرة في خاصية جهد التوصيل الأمامي (V_F) لكل LED يمكن أن تسبب اختلافات كبيرة في تقاسم التيار، وبالتالي، السطوع المُدرك.

8.2 الحماية من التفريغ الكهروستاتيكي (ESD)

هذا LED عرضة للتلف من التفريغ الكهروستاتيكي. يجب تنفيذ برنامج شامل للتحكم في ESD أثناء التعامل والتجميع. وهذا يشمل: استخدام أساور معصم مؤرضة أو قفازات مضادة للكهرباء الساكنة؛ التأكد من أن جميع المعدات، محطات العمل، وأرفف التخزين مؤرضة بشكل صحيح؛ واستخدام مؤينات لتحييد الشحنة الساكنة التي قد تتراكم على سطح العدسة البلاستيكية بسبب احتكاك التعامل.

8.3 نطاق التطبيق والتحذيرات

هذا LED مخصص للمعدات الإلكترونية العادية. بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب موثوقية استثنائية حيث يمكن أن يعرض الفشل الحياة أو الصحة للخطر (مثل الطيران، الأجهزة الطبية، أنظمة السلامة الحرجة)، تكون الاستشارة والتأهيل المحددين ضروريين قبل الاستخدام.

9. المقارنة والتمايز الفني

مقارنةً بالتكنولوجيات الأقدم مثل مصابيح LED الحمراء القياسية GaAsP (فوسفيد زرنيخيد الغاليوم)، يقدم هذا LED الأحمر الفائق القائم على AlInGaP كفاءة ضوئية أعلى بكثير. وهذا يعني أنه يمكنه تحقيق إخراج ضوئي أكبر بكثير (مقاسة بـ mcd) لنفس تيار التشغيل 20 مللي أمبير، أو يمكنه تقديم سطوع مماثل عند تيار أقل، مما يقلل من استهلاك الطاقة الكلي للنظام. يعد القطر 3.1 ملم معيارًا صناعيًا شائعًا، مما يضمن توافقًا واسعًا مع تخطيطات PCB الحالية والفتحات في الألواح المصممة لمصابيح LED بحجم "T-1". توفر العدسة الشفافة تمامًا، على عكس العدسة المشتتة، أعلى شدة ضوئية محورية ممكنة، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تتطلب نقطة ضوء ساطعة ومركزة.

10. الأسئلة الشائعة (FAQs)

س: هل يمكنني تشغيل هذا LED مباشرة من مخرج منطقي 5 فولت؟

ج: لا. مع V_Fنموذجي 2.4 فولت، فإن توصيله مباشرة بـ 5 فولت سيتسبب في تدفق تيار مفرط، مما يدمر LED. يجب دائمًا استخدام مقاومة على التوالي لتحديد التيار إلى القيمة المطلوبة (مثال: 20 مللي أمبير). يتم حساب قيمة المقاومة كـ R = (V_المصدر- V_F) / I_F.

س: ما الفرق بين طول موجة الذروة وطول الموجة السائد؟

ج: طول موجة الذروة (λ_P) هو الطول الموجي الواحد حيث يكون الإخراج الطيفي أقوى فعليًا (639 نانومتر هنا). طول الموجة السائد (λ_d) هو قيمة محسوبة (631 نانومتر هنا) مشتقة من إحداثيات اللون على مخطط لونية CIE؛ وهو يمثل الطول الموجي الواحد للضوء الطيفي النقي الذي سيدركه العين البشرية على أنه له نفس لون الإخراج المختلط لـ LED.

س: كيف أفسر زاوية الرؤية؟

ج: زاوية رؤية 45 درجة (2θ_1/2= 45°) تعني أن نقطة نصف الشدة عند 22.5 درجة بعيدًا عن المحور المركزي. يكون الضوء مرئيًا بعد هذه الزاوية ولكن بشدة أقل. هذا يحدد عرض الحزمة لـ LED.

11. أمثلة عملية للتصميم والاستخدام

المثال 1: مؤشر الحالة على مصدر طاقة.يمكن لـ LED واحد مع مقاومة على التوالي أن يشير إلى "تشغيل الطاقة". باستخدام V_Fالنموذجي 2.4 فولت و I_Fمطلوب 20 مللي أمبير من خط 12 فولت، ستكون قيمة المقاومة (12V - 2.4V) / 0.02A = 480 أوم. ستكون مقاومة قياسية 470 أوم أو 510 أوم مناسبة. الطاقة المبددة في المقاوم هي (12V-2.4V)*0.02A = 0.192W، لذا فإن مقاومة 1/4 واط كافية.

المثال 2: عرض شريط بياني متعدد LED.لشريط بياني مكون من 10 أجزاء، التصميم الموصى به هو استخدام 10 مقاومات محددة للتيار منفصلة، كل منها متصل على التوالي مع LED الخاص بها. ثم يتم توصيل جميع أزواج LED-المقاوم على التوازي بمصدر جهد التشغيل. هذا يضمن حصول كل LED على التيار الصحيح بغض النظر عن الاختلافات الطفيفة في V_F، مما يضمن سطوعًا موحدًا للأجزاء.

12. مقدمة عن مبدأ التشغيل

هذا LED هو صمام ثنائي شبه موصل يعتمد على مواد AlInGaP. عند تطبيق جهد أمامي يتجاوز جهد الوصلة للصمام الثنائي (حوالي 2.0-2.4 فولت)، يتم حقن الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة من المواد من النوع n والنوع p على التوالي. تتحد حاملات الشحنة هذه، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد التركيب المحدد لشبكة بلورات AlInGaP طاقة فجوة النطاق، والتي تتوافق مباشرة مع الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث - في هذه الحالة، في الطيف الأحمر حول 639 نانومتر. تقوم عدسة الإيبوكسي الشفافة تمامًا بتغليف الرقاقة شبه الموصلة، وتوفر الحماية الميكانيكية، وتشكل نمط إخراج الضوء.

13. اتجاهات التكنولوجيا

مثل تطوير مواد AlInGaP تقدمًا كبيرًا مقارنة بتقنيات LED الحمراء السابقة، حيث قدم كفاءة وسطوعًا محسنًا بشكل كبير. يستمر الاتجاه العام في مصابيح LED المؤشر نحو كفاءة أعلى (مزيد من إخراج الضوء لكل واط من المدخلات الكهربائية)، مما يسمح بانخفاض استهلاك الطاقة وتقليل توليد الحرارة في المنتجات النهائية. هناك أيضًا دفع نحو تسامحات تصنيف أضيق لكل من اللون والشدة لتلبية متطلبات التطبيقات التي تتطلب اتساقًا بصريًا عاليًا، مثل شاشات الألوان الكاملة ومجموعات السيارات. بينما تهيمن حزم الأجهزة المركبة على السطح (SMD) على التصميمات الجديدة للتكبير، تظل مصابيح LED المثقوبة مثل هذا ذات صلة للنماذج الأولية، الإصلاح، الأنظمة القديمة، والتطبيقات حيث تكون المتانة الميكانيكية وسهلة اللحام اليدوي أولوية.