جدول المحتويات
- نظرة عامة على المنتج
- 1.1 المزايا الأساسية
- 2. تحليل معمق للمعايير التقنية
- 2.1 Absolute Maximum Ratings
- 2.2 Electrical & Optical Characteristics
- 3. شرح نظام التصنيف
- 3.1 تصنيف شدة الإضاءة
- 3.2 تصنيف الطول الموجي السائد
- 4. تحليل منحنى الأداء
- 4.1 التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V)
- 4.2 الشدة الضوئية مقابل تيار الأمام
- 4.3 الاعتماد على درجة الحرارة
- 5. Mechanical & Packaging Information
- 5.1 أبعاد الجهاز
- 5.2 تحديد القطبية
- 5.3 تخطيط لوحة اللحام المقترح
- 6. Soldering & Assembly Guidelines
- 6.1 ملف لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء
- 6.2 اللحام اليدوي
- 6.3 التنظيف
- 6.4 Storage & Handling
- 7. Packaging & Ordering Information
- 7.1 Tape and Reel Specifications
- 8. Application Recommendations
- 8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية
- 8.2 اعتبارات تصميم الدائرة الكهربائية
- 9. Technical Comparison & Differentiation
- 10. الأسئلة المتكررة (FAQs)
- 10.1 ما الفرق بين الطول الموجي القمة والطول الموجي السائد؟
- 10.2 هل يمكنني تشغيل هذا الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) بدون مقاومة محددة للتيار إذا كان جهد مصدر الطاقة بالضبط 2.0 فولت؟
- 10.3 لماذا يوجد نظام فرز، وأي حاوية يجب أن أختار؟
- 10.4 تذكر ورقة البيانات تبديد طاقة بقدرة 75mW. كيف أحسب ذلك؟
- 11. Practical Design & Usage Examples
- 11.1 المثال 1: دائرة مؤشر بسيطة بجهد 5 فولت
- 11.2 مثال 2: تشغيل مصابيح LED متعددة من مصدر طاقة 12 فولت
- 12. مقدمة التكنولوجيا
- 12.1 AlInGaP مبدأ أشباه الموصلات
- 13. اتجاهات الصناعة
- 13.1 تطور مؤشرات الصمامات الثنائية الباعثة للضوء
نظرة عامة على المنتج
يوضح هذا المستند مواصفات الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) عالي الأداء والتركيب السطحي (SMD). المنتج عبارة عن LED شريحة مثبتة من الأعلى يستخدم مادة أشباه الموصلات فائقة السطوع فوسفيد الألومنيوم إنديوم جاليوم (AlInGaP)، ويبعث ضوءًا أخضر. تم تصميمه لعمليات التجميع الإلكترونية الحديثة، ويتميز بتوافقه مع معدات التركيب الآلي ولحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR). يتوافق الجهاز مع توجيهات RoHS (تقييد المواد الخطرة)، مما يصنفه كمنتج صديق للبيئة. يتم توريده على شكل شريط قياسي بعرض 8 مم ملفوف على بكرات قطرها 7 بوصات لتصنيع فعال على نطاق واسع.
1.1 المزايا الأساسية
- السطوع العالي: يستخدم تقنية AlInGaP المتقدمة لتحقيق شدة إضاءة فائقة.
- جاهز للتصنيع الحديث: متوافق بالكامل مع أنظمة الالتقاط والوضع الآلية وملفات اللحام الخالي من الرصاص بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء.
- التعبئة والتغليف القياسية: يتوافق مع معايير EIA (تحالف الصناعات الإلكترونية) لتغليف الشريط والبكرة، مما يضمن توافقاً واسع النطاق.
- الامتثال البيئي: يلبي متطلبات RoHS، مما يجعله مناسباً للأسواق العالمية ذات اللوائح البيئية الصارمة.
- مرونة التصميم: توفر العدسة الشفافة تمامًا مظهرًا محايدًا يمكنه الانسجام مع مختلف تصاميم المنتجات.
2. تحليل معمق للمعايير التقنية
يتم تحديد جميع المعلمات عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية ما لم يُذكر خلاف ذلك. يعد فهم هذه المعلمات أمرًا بالغ الأهمية لتصميم دائرة موثوق وتحقيق الأداء المتوقع.
2.1 Absolute Maximum Ratings
تحدد هذه التقييمات حدود الإجهاد التي إذا تجاوزتها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل عند أو تحت هذه الحدود ويجب تجنبه لتشغيل موثوق.
- تبديد الطاقة (Pd): 75 mW. أقصى قدرة إجمالية يمكن للجهاز تبديدها كحرارة.
- تيار الذروة الأمامي (IFP): 80 مللي أمبير. الحد الأقصى المسموح به للتيار في ظروف النبض (دورة عمل 1/10، عرض النبضة 0.1 مللي ثانية). يُستخدم للومضات القصيرة عالية الكثافة.
- DC Forward Current (IF): 30 مللي أمبير. الحد الأقصى لتيار التوصيل المستمر للعمل في الحالة المستقرة.
- الجهد العكسي (VR): 5 V. أقصى جهد يمكن تطبيقه في الاتجاه العكسي عبر الصمام الثنائي الباعث للضوء.
- نطاق درجة حرارة التشغيل: -30°C إلى +85°C. نطاق درجة الحرارة المحيطة المصمم ليعمل الجهاز ضمنه.
- نطاق درجة حرارة التخزين: -40°C إلى +85°C. نطاق درجة الحرارة للتخزين في حالة عدم التشغيل.
- Infrared Soldering Condition: 260 درجة مئوية لمدة 10 ثوانٍ. الحد الأقصى للتعرض للملف الحراري أثناء لحام إعادة التدفق.
2.2 Electrical & Optical Characteristics
هذه هي معايير الأداء النموذجية تحت ظروف الاختبار القياسية (IF = 20mA).
- شدة الإضاءة (Iv): 28.0 - 180.0 mcd (millicandela). السطوع الملحوظ للمصدر الضوئي كما يقاس بالعين البشرية (منحنى CIE). يتم إدارة النطاق الواسع من خلال نظام فرز (binning).
- زاوية الرؤية (2θ1/2): 70 درجة (نموذجي). الزاوية الكاملة التي تكون عندها شدة الإضاءة نصف الشدة عند 0 درجة (على المحور). هذا يُعرّف انتشار الحزمة.
- Peak Emission Wavelength (λP): 574 نانومتر (نموذجي). الطول الموجي الذي يكون عنده توزيع القدرة الطيفية في أقصى حد.
- الطول الموجي السائد (λd): 567.5 - 576.5 نانومتر. الطول الموجي الفردي الذي يتطابق إدراكيًا مع لون LED، والمشتق من مخطط اللونية CIE. هذه هي المعلمة الرئيسية لتحديد اللون.
- عرض النصف للنطاق الطيفي (Δλ): 15 نانومتر (قياسي). عرض النطاق الطيفي المقاس عند نصف شدة الذروة (العرض الكامل عند نصف الحد الأقصى - FWHM). تشير القيمة الأصغر إلى ضوء أكثر أحادية اللون.
- جهد الأمام (VF): 1.80 - 2.40 فولت. انخفاض الجهد عبر الصمام الثنائي الباعث للضوء عند التشغيل بتيار الأمام المحدد (20 مللي أمبير).
- تيار العكس (IR): 10 ميكرو أمبير (أقصى) عند VR = 5V. التيار التسريبي الصغير الذي يتدفق عندما يكون الجهاز متحيزًا عكسيًا.
3. شرح نظام التصنيف
لضمان اتساق اللون والسطوع في الإنتاج، يتم فرز مصابيح LED إلى مجموعات بناءً على الخصائص المقاسة. وهذا يسمح للمصممين باختيار المكونات التي تلبي متطلبات التطبيق المحددة للتجانس.
3.1 تصنيف شدة الإضاءة
تم التصنيف عند تيار اختبار قدره 20 مللي أمبير. التسامح داخل كل فئة هو +/-15%.
- الفئة N: 28.0 - 45.0 mcd
- Bin P: 45.0 - 71.0 mcd
- Bin Q: 71.0 - 112.0 mcd
- Bin R: 112.0 - 180.0 ملي شمعة
3.2 تصنيف الطول الموجي السائد
تم التصنيف عند تيار اختبار قدره 20 مللي أمبير. التسامح لكل فئة هو +/- 1 نانومتر.
- Bin C: 567.5 - 570.5 nm
- Bin D: 570.5 - 573.5 نانومتر
- Bin E: 573.5 - 576.5 نانومتر
يوفر الجمع بين شدة الضوء وأقسام الطول الموجي (مثل RC، QD) مواصفات دقيقة لاتساق اللون والسطوع في التجميع.
4. تحليل منحنى الأداء
بينما يتم الإشارة إلى منحنيات رسومية محددة في ورقة البيانات، فإن التحليل التالي يستند إلى سلوك LED القياسي والمعلمات المقدمة.
4.1 التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V)
يُظهر LED خاصية I-V نموذجية للدايود. جهد التشغيل الأمامي (VF) له نطاق محدد يتراوح من 1.80V إلى 2.40V عند 20mA. VF له معامل حراري سالب، مما يعني أنه ينخفض قليلاً مع زيادة درجة حرارة الوصلة. للتشغيل المستقر، يوصى بشدة بتشغيل LED باستخدام مصدر تيار ثابت بدلاً من مصدر جهد ثابت لمنع الانحراف الحراري.
4.2 الشدة الضوئية مقابل تيار الأمام
تتناسب شدة الإضاءة تقريبًا مع التيار الأمامي ضمن نطاق التشغيل. ومع ذلك، قد تنخفض الكفاءة (لومن لكل واط) عند التيارات العالية جدًا بسبب زيادة الحرارة. يضمن التشغيل عند أو أقل من 20mA الموصى بها للاختبار كفاءة مثالية وعمرًا أطول.
4.3 الاعتماد على درجة الحرارة
أداء LED حساس لدرجة الحرارة. مع ارتفاع درجة حرارة الوصلة:
- الناتج الضوئي يتناقص: سينخفض الناتج الضوئي. عامل التخفيض الدقيق خاص بكل منتج.
- انخفاض الجهد الأمامي: كما هو ملاحظ في خاصية الجهد-التيار.
- انزياح الطول الموجي: قد يتحول الطول الموجي المهيمن قليلاً، عادةً نحو الأطوال الموجية الأطول (الانزياح الأحمر) مع ارتفاع درجة الحرارة.
5. Mechanical & Packaging Information
5.1 أبعاد الجهاز
العبوة ذات تنسيق SMD قياسي. تشمل الأبعاد الرئيسية حجم الجسم وتكوين الأطراف المناسب للتجميع الآلي. جميع تفاوتات الأبعاد هي عادةً ±0.10 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. يجب على المصممين الرجوع إلى الرسم الميكانيكي التفصيلي لتصميم نمط اللحام الدقيق.
5.2 تحديد القطبية
يُشار إلى القطب السالب عادةً بواسطة علامة مرئية على غطاء الصمام الثنائي الباعث للضوء، مثل شق، أو نقطة خضراء، أو زاوية مقطوعة على العدسة. يجب مراعاة القطبية الصحيحة أثناء التركيب لضمان عمل الجهاز.
5.3 تخطيط لوحة اللحام المقترح
يتم توفير بصمة مقترحة (نمط اللحام) لضمان وصلة لحام موثوقة، ومحاذاة صحيحة، وقوة ميكانيكية كافية. الالتزام بهذا التخطيط يساعد في منع ظاهرة "الشاهد القائم" (وقوف المكون على أحد طرفيه) أثناء إعادة التدفق ويضمن اتصالاً حرارياً جيداً بلوحة الدوائر المطبوعة.
6. Soldering & Assembly Guidelines
6.1 ملف لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء
الجهاز متوافق مع عمليات اللحام الخالية من الرصاص (Pb-free). يتم توفير ملف إعادة التدفق المقترح، وهو متوافق مع معايير JEDEC. تشمل المعلمات الرئيسية:
- التسخين المسبق: 150-200°C
- وقت التسخين المسبق: الحد الأقصى 120 ثانية.
- درجة الحرارة القصوى: الحد الأقصى 260°C.
- الوقت فوق نقطة الانصهار: يجب ألا يتعرض الجهاز لدرجة الحرارة القصوى لأكثر من 10 ثوانٍ. يجب ألا يتم إعادة التدفق أكثر من مرتين.
6.2 اللحام اليدوي
إذا كان اللحام اليدوي ضروريًا:
- درجة حرارة المكواة: 300 درجة مئوية كحد أقصى.
- وقت اللحام: 3 ثوانٍ كحد أقصى لكل طرف.
- المحاولات: يجب إجراء اللحام مرة واحدة فقط. تجنب التسخين المتكرر.
6.3 التنظيف
إذا تطلب الأمر التنظيف بعد اللحام:
- استخدم فقط عوامل التنظيف المحددة. قد تتسبب المواد الكيميائية غير المحددة في إتلاف عدسة الإيبوكسي أو الغلاف.
- المذيبات الموصى بها هي الإيثانول أو كحول الأيزوبروبيل في درجة حرارة الغرفة العادية.
- يجب أن يكون وقت الغمر أقل من دقيقة واحدة.
6.4 Storage & Handling
- احتياطات ESD: حساسية الثنائيات الباعثة للضوء (LEDs) للتفريغ الكهروستاتيكي (ESD). استخدم أساور المعصم، وسائد مضادة للكهرباء الساكنة، ومعدات مؤرضة بشكل صحيح أثناء التعامل.
- حساسية الرطوبة: وفقًا للمعايير الصناعية، من المحتمل أن يكون الجهاز حساسًا للرطوبة. إذا تم فتح كيس الحاجز الرطوبي الأصلي المغلق:
- قم بالتخزين عند درجة حرارة ≤30°م ورطوبة نسبية ≤60%.
- يُوصى بإكمال عملية إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء خلال أسبوع واحد من الفتح.
- للتخزين لفترات أطول خارج الكيس الأصلي، يُخزن في وعاء محكم الإغلاق مع مادة مجففة أو في مجفف نيتروجين.
- Devices stored out of bag for >1 week should be baked at approximately 60°C for at least 20 hours before soldering to remove absorbed moisture and prevent "popcorning" during reflow.
7. Packaging & Ordering Information
7.1 Tape and Reel Specifications
- حجم البكرة: قطر 7 بوصة.
- عرض الشريط: 8 مم.
- الكمية لكل بكرة: 3000 قطعة (بكرة كاملة قياسية).
- الحد الأدنى لكمية التعبئة: 500 قطعة للكميات المتبقية.
- معيار التعبئة والتغليف: متوافق مع مواصفات ANSI/EIA-481.
- شريط التغطية: يتم إغلاق الجيوب المكونة الفارغة بشريط تغطية علوي.
- المكونات المفقودة: يُسمح بحد أقصى مصباحين مفقودين متتاليين (جيوب فارغة) وفقًا للمواصفات.
8. Application Recommendations
8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية
هذا الصمام الثنائي الباعث للضوء مناسب لمجموعة واسعة من التطبيقات التي تتطلب مؤشرًا أخضر مدمجًا وساطعًا، بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر:
- مؤشرات الحالة والطاقة في الإلكترونيات الاستهلاكية (الموجهات، الشواحن، الأجهزة المنزلية).
- الإضاءة الخلفية للأزرار على لوحات المفاتيح أو لوحات التحكم.
- مصابيح حالة لوحة العرض.
- إضاءة داخلية للسيارات (وظائف غير حرجة، تخضع لمزيد من التأهيل).
- الأجهزة الإلكترونية المحمولة.
8.2 اعتبارات تصميم الدائرة الكهربائية
- تحديد التيار: استخدم دائمًا مقاومًا على التوالي لتحديد التيار أو دائرة قيادة LED مخصصة ذات تيار ثابت. يتم حساب القيمة باستخدام قانون أوم: R = (Vsupply - VF) / IF. استخدم أقصى قيمة لـ VF من ورقة البيانات (2.40V) لضمان عدم تجاوز التيار للحدود المسموح بها حتى مع استخدام مكون منخفض الجهد VF .
- التوصيلات المتوازية: تجنب توصيل مصابيح LED بشكل مباشر على التوازي. الاختلافات الطفيفة في جهد التشغيل VF يمكن أن تسبب عدم توازن في التيار، حيث يستهلك أحد المصابيح معظم التيار ويتعطل قبل الأوان. استخدم مقاومات محددة للتيار لكل مصباح LED بشكل منفصل، أو مشغل تيار ثابت متعدد القنوات.
- التوصيلات التسلسلية: يضمن توصيل مصابيح LED على التوالي مرور تيار متطابق عبر كل جهاز، وهو أمر مفضل لتوحيد السطوع. تأكد من أن جهد التغذية كافٍ لمجموع جهود VF بالإضافة إلى هامش الأمان لمنظم التيار.
- إدارة الحرارة: للتشغيل المستمر عند تيارات عالية أو في درجات حرارة بيئية مرتفعة، ضع في الاعتبار تخطيط اللوحة المطبوعة (PCB). توفير وسادة نحاسية صغيرة تحت الوسادة الحرارية للصمام الثنائي الباعث للضوء (إن وجدت) أو توصيل وسادات الكاثود بمستوى نحاسي أكبر يمكن أن يساعد في تبديد الحرارة.
- حماية الجهد العكسي: بينما يمكن للصمام الثنائي الباعث للضوء تحمل ما يصل إلى 5 فولت في الاتجاه العكسي، فإنه من الممارسات الجيدة في الدوائر حيث يكون الانعكاس في القطبية ممكنًا (مثل، الوحدات القابلة للتركيب من قبل المستخدم) تضمين حماية، مثل صمام ثنائي على التوالي أو صمام ثنائي تحويلة عبر الصمام الثنائي الباعث للضوء.
9. Technical Comparison & Differentiation
بالمقارنة مع تقنيات LED القديمة مثل مصابيح LED الخضراء القياسية من GaP (فوسفيد الغاليوم)، يقدم هذا الجهاز القائم على AlInGaP مزايا كبيرة:
- سطوع أعلى: توفر مادة AlInGaP كفاءة إضاءة أعلى بشكل ملحوظ، مما يؤدي إلى إنتاج ضوء أكبر لنفس تيار الإدخال.
- نقاء لوني أفضل: عرض النطاق النصفي الطيفي ضيق نسبياً (15 نانومتر نموذجياً)، مما ينتج لوناً أخضر أكثر تشبعاً ونقاءً مقارنةً بالبدائل ذات الطيف الأوسع.
- توافق مع العمليات الحديثة: تم تصميم العبوة والمواد خصيصًا لتكون متوافقة مع عمليات إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء عالية الحرارة والخالية من الرصاص، وهو أمر أساسي للتصنيع المعاصر المتوافق مع RoHS.
- التوحيد القياسي: تضمن عبوة EIA وتنسيق الشريط والبكرة تكاملاً سلساً في خطوط التجميع الآلية، مما يقلل وقت الإعداد وأخطاء التركيب مقارنة بالمكونات غير القياسية أو المعبأة بالجملة.
10. الأسئلة المتكررة (FAQs)
10.1 ما الفرق بين الطول الموجي القمة والطول الموجي السائد؟
Peak Wavelength (λP) هو الطول الموجي الفعلي الذي يصدر عنده الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) أكبر قدر من الطاقة الضوئية. الطول الموجي السائد (λd) هو تطابق اللون الإدراكي - الطول الموجي الوحيد الذي سيراه العين البشرية بنفس لون الناتج المختلط للصمام الثنائي الباعث للضوء. بالنسبة للصمامات الثنائية الباعثة للضوء أحادية اللون مثل هذا الأخضر، غالبًا ما تكون قريبة، لكن λd هي المعلمة الأساسية لتحديد اللون في التصميم.
10.2 هل يمكنني تشغيل هذا الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) بدون مقاومة محددة للتيار إذا كان جهد مصدر الطاقة بالضبط 2.0 فولت؟
لا، هذا غير موصى به وينطوي على مخاطر. يتراوح جهد التشغيل الأمامي (VF) من 1.80 فولت إلى 2.40 فولت. إذا كان لديك مصدر طاقة بقيمة 2.0 فولت وصمام ثنائي باعث للضوء (LED) بجهد تشغيل أمامي (VF ) بقيمة 1.85 فولت، فإن فرق الجهد الصغير البالغ 0.15 فولت سيتسبب في تدفق تيار كبير وغير مسيطر عليه (يقتصر فقط على المقاومة الديناميكية للـ LED ومقاومة الدائرة الطفيلية)، مما قد يتجاوز الحد الأقصى للتيار ويُتلف الـ LED. استخدم دائمًا آلية للحد من التيار.
10.3 لماذا يوجد نظام فرز، وأي حاوية يجب أن أختار؟
تسبب الاختلافات في التصنيع فروقًا طفيفة في اللون والسطوع. يقوم الفرز بتجميع مصابيح LED في مجموعات لضمان الاتساق. اختر المجموعة بناءً على تطبيقك:
- بالنسبة للمؤشرات الفردية، أي مجموعة تكون عادةً مناسبة.
- بالنسبة لعدة مصابيح LED التي يجب أن تبدو متطابقة (مثل صف من أضواء الحالة)، حدد نفس مجموعة الشدة والطول الموجي (مثل جميعها "QD") لضمان التجانس البصري.
- للحصول على أقصى سطوع، حدد أعلى شدة إضاءة (R). للحصول على لون أخضر محدد، حدد نطاق الطول الموجي المناسب (C، D، أو E).
10.4 تذكر ورقة البيانات تبديد طاقة بقدرة 75mW. كيف أحسب ذلك؟
تبدد الطاقة (Pd) في الصمام الثنائي الباعث للضوء يُحسب بشكل أساسي على النحو التالي: Pd ≈ VF * IF. على سبيل المثال، عند أقصى تيار مستمر (IF = 30 مللي أمبير) وجهد تشغيل نموذجيF بقيمة 2.1 فولت، الطاقةd = 0.030 أمبير * 2.1 فولت = 63 مللي واط، وهي أقل من الحد الأقصى البالغ 75 مللي واط. استخدم دائمًا أقصى جهدF لحساب أسوأ سيناريو: 0.030 أمبير * 2.40 فولت = 72 مللي واط. وهذا يترك هامش أمان صغيرًا. تأكد من أن ظروف التشغيل الخاصة بك، بما في ذلك درجة الحرارة المحيطة، تسمح بهذا التبديد الحراري دون ارتفاع درجة الحرارة.
11. Practical Design & Usage Examples
11.1 المثال 1: دائرة مؤشر بسيطة بجهد 5 فولت
الهدف: تشغيل مصباح LED واحد من مصدر تيار مستمر 5 فولت عند تيارF = 20 مللي أمبير. حساب: افترض أسوأ حالة لجهدF = 2.40V.R = 5V - 2.40V = 2.60V.R / IF = 2.60V / 0.020A = 130 Ω. اختيار المكونات: اختر أقرب قيمة مقاومة قياسية، على سبيل المثال، 130Ω أو 150Ω. مقاومة بقيمة 150Ω ستنتج تيارًاF ≈ (5V - 2.40V)/150Ω = 17.3mA، وهو آمن ولا يزال ساطعًا. تصنيف قدرة المقاوم: Pالمقاوم = I2 * R = (0.020)2 * 150 = 0.06W. المقاوم القياسي بقدرة 1/8W (0.125W) أو 1/4W أكثر من كافٍ.
11.2 مثال 2: تشغيل مصابيح LED متعددة من مصدر طاقة 12 فولت
الهدف: تشغيل ثلاثة مصابيح LED على التوالي من مصدر طاقة 12 فولت عند تيار IF = 20 مللي أمبير. حساب: إجمالي جهد LEDF (أسوأ حالة قصوى): 3 * 2.40V = 7.20V.R = 12V - 7.20V = 4.80V. ميزة: يضمن التوصيل على التوالي مرور نفس التيار عبر مصابيح LED الثلاثة، مما يضمن سطوعًا موحدًا حتى لو اختلفت قيم V الخاصة بها.F هناك حاجة لمقاوم واحد فقط لتحديد التيار، مما يحسن الكفاءة مقارنة بثلاث مقاومات منفصلة.
12. مقدمة التكنولوجيا
12.1 AlInGaP مبدأ أشباه الموصلات
AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم الغاليوم) هو مادة شبه موصلة مركبة من المجموعة الثالثة والخامسة تُستخدم بشكل أساسي في صنع مصابيح LED عالية السطوع باللون الأحمر والبرتقالي والأصفر والأخضر. من خلال الضبط الدقيق لنسب الألومنيوم والإنديوم والغاليوم والفوسفور في الشبكة البلورية أثناء النمو الطبقي، يمكن للمهندسين "ضبط" فجوة النطاق للمادة. تحدد طاقة فجوة النطاق الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث عند إعادة اتحاد الإلكترونات مع الفجوات عبر الوصلة. يوفر AlInGaP كفاءة كمومية أعلى واستقرارًا حراريًا أفضل للألوان في طيف الأصفر إلى الأحمر مقارنة بالمواد القديمة، مما يؤدي إلى أجهزة أكثر سطوعًا وموثوقية. يتم تحقيق الانبعاث الأخضر من هذا الجزء المحدد عن طريق دفع التركيب نحو طاقة فجوة نطاق أعلى.
13. اتجاهات الصناعة
13.1 تطور مؤشرات الصمامات الثنائية الباعثة للضوء
يستمر الاتجاه في مصابيح LED المؤشر من نوع SMD نحو:
- زيادة الكفاءة: تطوير مواد أشباه موصلات جديدة وهياكل رقائق (مثل تصميمات flip-chip) لتقديم لومنات أكثر لكل واط، مما يقلل من استهلاك الطاقة لسطوع معين.
- التصغير: أصبحت الحزم أصغر حجمًا (مثل المقاسات المترية 0402 و0201) لتوفير مساحة ثمينة على لوحات الدوائر المطبوعة في الأجهزة المدمجة بشكل متزايد مثل الأجهزة القابلة للارتداء والهواتف الذكية فائقة النحافة.
- Enhanced Reliability & Robustness: تحسين مواد وعمليات التغليف لتحمل درجات حرارة إعادة التدفق الأعلى، والظروف البيئية الأقسى، وتوفير مقاومة أفضل للرطوبة.
- حلول متكاملة: تطوير مصابيح LED مزودة بمقاومات محددة للتيار أو بوحدات تحكم متكاملة (IC) مدمجة ("مشغلات LED داخل العبوة") لتبسيط تصميم الدوائر الكهربائية وتقليل عدد المكونات.
- توسيع نطاق الألوان: أبحاث مستمرة في مواد مثل نيتريد الغاليوم (GaN) على ركائز مختلفة وتقنية النقاط الكمومية لتحقيق ألوان أخضر وسيانو أكثر نقاءً وتشبعًا، وهي ذات قيمة للشاشات الملونة الكاملة والإضاءة.
مصطلحات مواصفات LED
شرح كامل للمصطلحات التقنية للـ LED
الأداء الكهروضوئي
| مصطلح | وحدة/تمثيل | شرح مبسط | لماذا هو مهم |
|---|---|---|---|
| الفعالية الضوئية | lm/W (لومن لكل واط) | الناتج الضوئي لكل واط من الكهرباء، القيمة الأعلى تعني كفاءة طاقة أعلى. | يحدد بشكل مباشر درجة كفاءة الطاقة وتكلفة الكهرباء. |
| Luminous Flux | لومن (لومنز) | إجمالي الضوء المنبعث من المصدر، يُشار إليه عادةً باسم "السطوع". | يحدد ما إذا كان الضوء ساطعًا بما يكفي. |
| زاوية الرؤية | ° (درجات)، على سبيل المثال: 120° | الزاوية التي ينخفض عندها شدة الضوء إلى النصف، تحدد عرض الحزمة. | يؤثر على مدى الإضاءة وانتظامها. |
| CCT (Color Temperature) | K (كلفن)، على سبيل المثال: 2700K/6500K | دفء/برودة الضوء، القيم المنخفضة تميل للصفرة/الدفء، والقيم الأعلى تميل للبياض/البرودة. | يحدد أجواء الإضاءة والسيناريوهات المناسبة. |
| CRI / Ra | بدون وحدة، 0–100 | القدرة على عرض ألوان الأجسام بدقة، Ra≥80 جيد. | يؤثر على أصالة اللون، يُستخدم في أماكن ذات متطلبات عالية مثل المراكز التجارية والمتاحف. |
| SDCM | خطوات قطع ناقص ماك آدم، على سبيل المثال، "5-step" | مقياس اتساق اللون، الخطوات الأصغر تعني لونًا أكثر اتساقًا. | يضمن لونًا موحدًا عبر نفس الدفعة من مصابيح LED. |
| Dominant Wavelength | نانومتر (نانومتر)، على سبيل المثال، 620 نانومتر (أحمر) | الطول الموجي المقابل للون مصابيح LED الملونة. | يحدد درجة لون مصابيح LED أحادية اللون الحمراء والصفراء والخضراء. |
| التوزيع الطيفي | منحنى الطول الموجي مقابل الشدة | يُظهر توزيع الشدة عبر الأطوال الموجية. | يؤثر على تجسيد الألوان والجودة. |
Electrical Parameters
| مصطلح | الرمز | شرح مبسط | اعتبارات التصميم |
|---|---|---|---|
| جهد الأمامي | Vf | الحد الأدنى للجهد لتشغيل LED، مثل "عتبة البدء". | يجب أن يكون جهد السائق ≥Vf، وتتجمع الجهود لـ LEDs المتسلسلة. |
| Forward Current | إذا | القيمة الحالية للتشغيل العادي لـ LED. | Usually constant current drive, current determines brightness & lifespan. |
| أقصى تيار نبضي | Ifp | التيار الأقصى المسموح به لفترات قصيرة، يُستخدم للتعتيم أو الوميض. | Pulse width & duty cycle must be strictly controlled to avoid damage. |
| Reverse Voltage | Vr | أقصى جهد عكسي يمكن لـ LED تحمله، تجاوزه قد يؤدي إلى الانهيار. | يجب أن يمنع الدائرة الاتصال العكسي أو الارتفاعات المفاجئة في الجهد. |
| المقاومة الحرارية | Rth (°C/W) | مقاومة انتقال الحرارة من الشريحة إلى اللحام، كلما كانت أقل كان ذلك أفضل. | المقاومة الحرارية العالية تتطلب تبديد حرارة أقوى. |
| مناعة التفريغ الكهروستاتيكي | V (HBM)، على سبيل المثال، 1000V | القدرة على تحمل التفريغ الكهروستاتيكي، حيث تشير القيمة الأعلى إلى قلة التعرض للتلف. | هناك حاجة إلى إجراءات مضادة للكهرباء الساكنة في الإنتاج، خاصةً لمصابيح LED الحساسة. |
Thermal Management & Reliability
| مصطلح | المؤشر الرئيسي | شرح مبسط | التأثير |
|---|---|---|---|
| Junction Temperature | Tj (°C) | درجة حرارة التشغيل الفعلية داخل شريحة LED. | كل انخفاض بمقدار 10 درجات مئوية قد يضاعف العمر الافتراضي؛ الارتفاع الشديد يسبب توهين الضوء وتحول اللون. |
| Lumen Depreciation | L70 / L80 (hours) | الوقت اللازم لانخفاض السطوع إلى 70% أو 80% من القيمة الأولية. | يُعرّف بشكل مباشر "العمر الافتراضي" لـ LED. |
| صيانة التدفق الضوئي | % (مثال: 70%) | النسبة المئوية للسطوع المحتفظ به بعد مرور الوقت. | يشير إلى الاحتفاظ بالسطوع خلال الاستخدام طويل الأمد. |
| Color Shift | Δu′v′ أو قطع ناقص ماك آدم | درجة تغير اللون أثناء الاستخدام. | يؤثر على ثبات اللون في مشاهد الإضاءة. |
| التقادم الحراري | تدهور المواد | التدهور بسبب التعرض طويل الأمد لدرجات الحرارة المرتفعة. | قد يؤدي إلى انخفاض السطوع، أو تغير اللون، أو عطل الدائرة المفتوحة. |
Packaging & Materials
| مصطلح | الأنواع الشائعة | شرح مبسط | Features & Applications |
|---|---|---|---|
| نوع العبوة | EMC, PPA, Ceramic | مادة الغلاف التي تحمي الشريحة وتوفر واجهة بصرية/حرارية. | EMC: مقاومة جيدة للحرارة، تكلفة منخفضة؛ السيراميك: تبديد حراري أفضل، عمر أطول. |
| هيكل الشريحة | Front, Flip Chip | Chip electrode arrangement. | Flip chip: better heat dissipation, higher efficacy, for high-power. |
| طلاء الفوسفور | YAG، سيليكات، نيتريد | يغطي الرقاقة الزرقاء، يحول بعضها إلى الأصفر/الأحمر، ويمزجها إلى الأبيض. | تؤثر الفوسفورات المختلفة على الفعالية، ودرجة حرارة اللون المترابطة CCT، ومؤشر تجسيد اللون CRI. |
| Lens/Optics | مسطحة، عدسات دقيقة، TIR | هيكل بصري على السطح يتحكم في توزيع الضوء. | يحدد زاوية الرؤية ومنحنى توزيع الضوء. |
Quality Control & Binning
| مصطلح | Binning Content | شرح مبسط | الغرض |
|---|---|---|---|
| Luminous Flux Bin | Code e.g., 2G, 2H | مجمّعة حسب السطوع، لكل مجموعة قيم لومن دنيا/قصوى. | يضمن اتساق السطوع في نفس الدفعة. |
| Voltage Bin | Code e.g., 6W, 6X | مجمعة حسب نطاق الجهد الأمامي. | يسهل مطابقة السائق، ويحسن كفاءة النظام. |
| Color Bin | 5-step MacAdam ellipse | مجمعة حسب إحداثيات اللون، لضمان نطاق ضيق. | يضمن اتساق اللون، ويتجنب عدم تجانس اللون داخل التركيبة. |
| CCT Bin | 2700K, 3000K etc. | مجمعة حسب CCT، لكل منها نطاق إحداثيات مقابلة. | تلبي متطلبات CCT لمشاهد مختلفة. |
Testing & Certification
| مصطلح | المعيار/الاختبار | شرح مبسط | الأهمية |
|---|---|---|---|
| LM-80 | اختبار الحفاظ على التدفق الضوئي | الإضاءة طويلة الأمد في درجة حرارة ثابتة، وتسجيل توهين السطوع. | يُستخدم لتقدير عمر LED (مع TM-21). |
| TM-21 | معيار تقدير العمر الافتراضي | يقدّر العمر الافتراضي في ظروف التشغيل الفعلية بناءً على بيانات LM-80. | يوفر توقعًا علميًا للحياة. |
| IESNA | Illuminating Engineering Society | يغطي طرق الاختبار البصرية والكهربائية والحرارية. | أساس اختبار معترف به في الصناعة. |
| RoHS / REACH | شهادة بيئية | يضمن عدم وجود مواد ضارة (الرصاص، الزئبق). | متطلب الوصول إلى السوق دوليًا. |
| ENERGY STAR / DLC | شهادة كفاءة الطاقة | شهادة كفاءة الطاقة والأداء للإضاءة. | يُستخدم في المشتريات الحكومية وبرامج الدعم، ويعزز القدرة التنافسية. |