ورقة البيانات الفنية لسلسلة LED 67-21 - عبوة P-LCC-2 مقاس 2.0x1.25x1.1 مم - جهد أمامي 1.75-2.35 فولت - لون أحمر ساطع - 60 ميغاواط

1. نظرة عامة على المنتج

تمثل سلسلة 67-21 عائلة من صمامات LED السطحية (SMD) ذات المنظر العلوي، والمحفوظة في عبوة P-LCC-2 مدمجة. يتميز هذا الجهاز بجسم العبوة الأبيض ونافذة شفافة عديمة اللون، مما يساهم في وظيفته كمؤشر ضوئي فعال. من السمات التصميمية الرئيسية زاوية الرؤية الواسعة، التي تتحقق من خلال هندسة العبوة وعاكس داخلي مدمج. يحسن هذا التصميم اقتران الضوء، مما يجعل صمام LED مناسبًا بشكل خاص للتطبيقات التي تستخدم أنابيب ضوئية لتوجيه الإضاءة. يعمل الجهاز بتيار منخفض، مما يعزز جاذبيته للتطبيقات الحساسة للطاقة مثل الأجهزة الإلكترونية المحمولة. وهو متوافق مع معايير التصنيع الخالية من الرصاص (Pb-free) ويتوافق مع لوائح RoHS.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

تشمل المزايا الأساسية لسلسلة LED هذه عامل الشكل المدمج، وزاوية الرؤية الممتازة، والتوافق مع عمليات التجميع الآلي. تضمن زاوية الرؤية الواسعة البالغة 120 درجة الرؤية من اتجاهات مختلفة. يتوافق الجهاز مع عمليات اللحام القياسية بإعادة التدفق بالطور البخاري، وإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء، واللحام بالموجة، مما يسهل التصنيع بكميات كبيرة. يتم توريده على شريط 8 مم وبكرة، بما يتوافق مع متطلبات معدات الاختيار والوضع الآلي. يجعل متطلب التيار الأمامي المنخفض منه مثاليًا للأجهزة التي تعمل بالبطارية حيث يكون الحفاظ على الطاقة أمرًا بالغ الأهمية. تشمل الأسواق المستهدفة معدات الاتصالات (مثل الهواتف وأجهزة الفاكس)، والإلكترونيات الاستهلاكية، وألواح التحكم الصناعية، وتطبيقات المؤشرات العامة حيث تكون هناك حاجة إلى مؤشر حالة موثوق ومنخفض الطاقة.

2. تحليل متعمق للمعايير الفنية

يتم تعريف أداء صمام LED تحت ظروف درجة حرارة محيطة محددة (Ta=25°C). يعد فهم هذه المعلمات أمرًا بالغ الأهمية لتصميم الدائرة وضمان الموثوقية على المدى الطويل.

2.1 التصنيفات القصوى المطلقة

تحدد هذه التصنيفات حدود الإجهاد التي قد يتسبب تجاوزها في حدوث تلف دائم للجهاز. لا يُنصح بالتشغيل خارج هذه الحدود.

• الجهد العكسي (V_R):5 فولت. يمكن أن يتسبب تجاوز هذا الجهد في الانحياز العكسي في انهيار الوصلة.
• التيار الأمامي المستمر (I_F):25 مللي أمبير.
• التيار الأمامي الذروي (I_FP):60 مللي أمبير، مسموح به في ظروف النبض (دورة عمل 1/10، تردد 1 كيلو هرتز).
• تبديد الطاقة (P_d):60 ميغاواط. هذا هو الحد الأقصى المسموح به لفقدان الطاقة كحرارة.
• التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) HBM:2000 فولت. يشير هذا التصنيف إلى حساسية الجهاز للكهرباء الساكنة؛ يجب اتباع إجراءات التعامل المناسبة مع ESD.
• درجة حرارة التشغيل (T_opr):-40°C إلى +85°C.
• درجة حرارة التخزين (T_stg):-40°C إلى +90°C.
• درجة حرارة اللحام:للحام بإعادة التدفق، يتم تحديد درجة حرارة ذروية تبلغ 260°C لمدة تصل إلى 10 ثوانٍ. للحام اليدوي، يجب ألا تتجاوز درجة حرارة طرف المكواة 350°C لمدة 3 ثوانٍ.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

يتم قياس هذه المعلمات عند تيار اختبار قياسي قدره I_F= 20 مللي أمبير.

• الشدة الضوئية (I_v):تتراوح من 57 مللي كانديلا (الحد الأدنى) إلى 140 مللي كانديلا (الحد الأقصى)، مع قيمة نموذجية ضمنية من خلال نظام التقسيم إلى فئات. التسامح هو ±11%.
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):120 درجة (نموذجي). هذه هي الزاوية الكاملة التي تنخفض عندها الشدة الضوئية إلى نصف قيمتها القصوى.
• الطول الموجي الذروي (λ_p):632 نانومتر (نموذجي). هذا هو الطول الموجي الذي يكون فيه الانبعاث الطيفي أقوى.
• الطول الموجي السائد (λ_d):بين 617.5 نانومتر و 633.5 نانومتر، مما يحدد اللون الملحوظ (أحمر ساطع). التسامح هو ±1 نانومتر.
• عرض النطاق الطيفي (Δλ):20 نانومتر (نموذجي). يشير هذا إلى نقاء الطيف للضوء المنبعث.
• الجهد الأمامي (V_F):بين 1.75 فولت و 2.35 فولت عند 20 مللي أمبير، مع تسامح ±0.1 فولت. هذه المعلمة حاسمة لتحديد قيمة المقاوم المحدد للتيار المطلوبة.
• التيار العكسي (I_R):الحد الأقصى 10 ميكرو أمبير عند تطبيق انحياز عكسي قدره 5 فولت.

3. شرح نظام التقسيم إلى فئات

لضمان اتساق اللون والسطوع في الإنتاج، يتم فرز صمامات LED إلى فئات بناءً على معلمات رئيسية.

3.1 تقسيم الشدة الضوئية إلى فئات

يتم تصنيف صمامات LED إلى أربع فئات (P2, Q1, Q2, R1) بناءً على الشدة الضوئية المقاسة عند 20 مللي أمبير. على سبيل المثال، تحتوي الفئة R1 على صمامات LED ذات شدة بين 112 مللي كانديلا و 140 مللي كانديلا.

3.2 تقسيم الطول الموجي السائد إلى فئات

يتم تقسيم اللون (الطول الموجي السائد) إلى أربع مجموعات (E4, E5, E6, E7)، كل منها يمتد 4 نانومتر. المجموعة A، الفئة E7، على سبيل المثال، تغطي الأطوال الموجية من 629.5 نانومتر إلى 633.5 نانومتر.

3.3 تقسيم الجهد الأمامي إلى فئات

يتم تقسيم الجهد الأمامي إلى ثلاث مجموعات (0, 1, 2) ضمن المجموعة B. تغطي الفئة 0 من 1.75 فولت إلى 1.95 فولت، وتغطي الفئة 1 من 1.95 فولت إلى 2.15 فولت، وتغطي الفئة 2 من 2.15 فولت إلى 2.35 فولت. يسمح هذا للمصممين باختيار صمامات LED ذات تسامح جهد أضيق للتطبيقات التي تتطلب توزيعًا موحدًا للتيار في سلاسل متوازية.

4. تحليل منحنيات الأداء

توفر ورقة البيانات عدة منحنيات مميزة توضح سلوك الجهاز تحت ظروف مختلفة.

4.1 الشدة الضوئية النسبية مقابل التيار الأمامي

يظهر هذا المنحنى أن ناتج الضوء يزداد مع التيار الأمامي ولكن ليس بشكل خطي. يسلط الضوء على أهمية تشغيل صمام LED عند تياره المقنن أو بالقرب منه للحصول على كفاءة مثلى. يؤدي التشغيل أعلى بكثير من التيار المقنن إلى عوائد متناقصة في السطوع وحرارة مفرطة.

4.2 الجهد الأمامي مقابل التيار الأمامي

يوضح منحنى IV العلاقة الأسية للصمام الثنائي. يزداد الجهد الأمامي مع التيار. المنحنى ضروري لتحليل الإدارة الحرارية، حيث تولد الطاقة المبددة (V_F* I_F) حرارة.

4.3 منحنى تخفيض تصنيف التيار الأمامي

يحدد هذا الرسم البياني الحد الأقصى المسموح به للتيار الأمامي المستمر كدالة لدرجة الحرارة المحيطة. مع ارتفاع درجة الحرارة المحيطة، يجب تقليل الحد الأقصى المسموح به للتيار لمنع تجاوز حد درجة حرارة الوصلة وتصنيف تبديد الطاقة البالغ 60 ميغاواط. على سبيل المثال، عند 85°C، يكون الحد الأقصى للتيار المستمر أقل بكثير من التصنيف 25 مللي أمبير عند 25°C.

4.4 الشدة الضوئية النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطة

ناتج ضوء صمام LED يعتمد على درجة الحرارة. يظهر هذا المنحنى عادةً انخفاضًا في الشدة الضوئية مع زيادة درجة الحرارة المحيطة (وبالتالي درجة حرارة الوصلة). يجب أخذ هذه الخاصية في الاعتبار في التصميمات التي تعمل على نطاق واسع من درجات الحرارة.

4.5 توزيع الطيف

يؤكد الرسم الطيفي على الطبيعة أحادية اللون لشريحة AlGaInP، حيث يظهر ذروة سائدة في المنطقة الحمراء (~632 نانومتر) بعرض نطاق محدد.

4.6 نمط الإشعاع

يمثل الرسم القطبي زاوية الرؤية البالغة 120 درجة بشكل مرئي، ويظهر التوزيع المكاني لشدة الضوء. النمط عادةً ما يكون لامبرتي أو شبه لامبرتي لهذا النوع من العبوات.

5. المعلومات الميكانيكية والتعبئة

5.1 أبعاد العبوة

عبوة P-LCC-2 لها بصمة مدمجة. تشمل الأبعاد الرئيسية حجم جسم يبلغ حوالي 2.0 مم في الطول، و 1.25 مم في العرض، وارتفاع 1.1 مم. يتم تحديد الكاثود بشق أو علامة خضراء على العبوة. تحدد الرسومات التفصيلية توصيات تخطيط الوسادة لتصميم PCB لضمان اللحام المناسب والاستقرار الميكانيكي. جميع التسامحات غير المحددة هي ±0.1 مم.

5.2 شرح الملصق

يحتوي ملصق الجهاز على رموز لخصائصه المصنفة: يشير CAT إلى رتبة الشدة الضوئية، ويشير HUE إلى رتبة الطول الموجي السائد، ويشير REF إلى رتبة الجهد الأمامي. يسمح هذا بالتتبع الدقيق والاختيار.

5.3 أبعاد البكرة والشريط

يتم توريد صمامات LED على شريط حامل 8 مم ملفوف على بكرات قياسية 180 مم. يتم تحديد أبعاد الشريط الحامل (حجم الجيب، المسافة) لتكون متوافقة مع معدات التجميع الآلي. تحتوي كل بكرة على 2000 قطعة.

5.4 التعبئة المقاومة للرطوبة

للتخزين الممتد ولمنع مشاكل الأجهزة الحساسة للرطوبة، يتم تعبئة البكرات في أكياس ورقية مقاومة للرطوبة مع مجفف وبطاقات مؤشر الرطوبة.

6. إرشادات اللحام والتجميع

تم تصنيف الجهاز لعمليات لحام SMD القياسية.

• اللحام بإعادة التدفق:يوصى بملف درجة حرارة ذروي يبلغ 260°C ±5°C لمدة لا تزيد عن 10 ثوانٍ.
• اللحام اليدوي:إذا لزم الأمر، يجب تطبيق درجة حرارة طرف مكواة لحام لا تتجاوز 350°C لمدة أقصاها 3 ثوانٍ لكل طرف.
• التخزين:بعد فتح الكيس المقاوم للرطوبة المغلق، يجب استخدام المكونات خلال إطار زمني محدد (غير مذكور صراحةً ولكن ضمني من التعبئة) أو خبزها وفقًا لإجراءات التعامل القياسية للأجهزة الحساسة للرطوبة (MSD) إذا تعرضت للرطوبة المحيطة بما يتجاوز الحدود الآمنة.

7. الموثوقية والتأهيل

يخضع المنتج لاختبارات موثوقية صارمة بمستوى ثقة 90% و LTPD بنسبة 10%. تشمل الاختبارات القياسية:

• مقاومة اللحام بإعادة التدفق:يتحمل 260°C من أجل قابلية اللحام وسلامة العبوة.
• دورة درجة الحرارة:300 دورة بين -40°C و +100°C.
• الصدمة الحرارية:300 دورة بين -10°C و +100°C مع انتقالات سريعة.
• التخزين في درجة حرارة عالية:1000 ساعة عند 100°C.
• التخزين في درجة حرارة منخفضة:1000 ساعة عند -40°C.

تضمن هذه الاختبارات متانة الجهاز في الظروف البيئية القاسية التي تواجهها عادةً المنتجات الإلكترونية.

8. اقتراحات التطبيق واعتبارات التصميم

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

• مؤشرات الحالة:مؤشرات الطاقة، أو الاتصال، أو الوضع في أجهزة الاتصالات، وأجهزة الشبكة، والأجهزة الاستهلاكية.
• الإضاءة الخلفية:إضاءة خلفية مضاءة من الحافة أو مباشرة لألواح LCD، ومفاتيح لوحة المفاتيح، والرموز، غالبًا مقترنة بأنابيب ضوئية.
• أنظمة الأنابيب الضوئية:زاوية الرؤية الواسعة واقتران الضوء المحسن يجعلانها مصدرًا مثاليًا للمرشدات الضوئية البلاستيكية أو الأكريليكية.
• الأجهزة المحمولة/المزودة بالبطارية:بسبب استهلاكها المنخفض للتيار، فهي ممتازة للهواتف الذكية، والأجهزة اللوحية، وأجهزة التحكم عن بعد، وتقنية الأجهزة القابلة للارتداء.

8.2 اعتبارات التصميم

• تحديد التيار:استخدم دائمًا مقاومًا على التوالي لتحديد التيار الأمامي إلى القيمة المطلوبة (مثل 20 مللي أمبير للسطوع النموذجي). احسب قيمة المقاوم باستخدام R = (V_supply- V_F) / I_F. ضع في اعتبارك أسوأ حالة V_F(الحد الأدنى) لتجنب التيار الزائد.
• الإدارة الحرارية:الالتزام بمنحنى تخفيض تصنيف التيار. للتطبيقات ذات درجة الحرارة المحيطة العالية أو التشغيل المستمر، تأكد من وجود مساحة نحاسية كافية في PCB أو ثقوب حرارية لتبديد الحرارة، خاصة إذا كان التشغيل بالقرب من التصنيفات القصوى.
• حماية ESD:تنفيذ حماية ESD على خطوط الإشارة المتصلة بصمام LED في التطبيقات التي يمكن للمستخدم الوصول إليها.
• التصميم البصري:عند استخدام الأنابيب الضوئية، ضع في اعتبارك نمط إشعاع صمام LED والمحاذاة لتعظيم كفاءة الاقتران.

9. المقارنة الفنية والتمييز

مقارنة بصمامات LED المؤشر SMD الأخرى، فإن المميزات الأساسية لسلسلة 67-21 هي هندسة عبوة P-LCC-2 المحددة، التي تنتج زاوية رؤية واسعة جدًا تبلغ 120 درجة، واستخدامها لمادة أشباه الموصلات AlGaInP للون الأحمر الساطع. تقدم AlGaInP عادةً كفاءة ضوئية أعلى واستقرارًا حراريًا أفضل للألوان الحمراء والعنبرية مقارنة بالتكنولوجيات الأقدم مثل GaAsP. يوفر مزيج النافذة الشفافة (مقابل المنتشرة) وتصميم العاكس الداخلي شدة ضوئية محورية أعلى، وهو مفيد لتطبيقات الأنابيب الضوئية حيث يحتاج الضوء إلى حقنه بكفاءة في فتحة صغيرة.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات الفنية)

س: ما قيمة المقاوم التي يجب أن أستخدمها مع مصدر طاقة 5 فولت؟

أ: باستخدام الحد الأقصى لـ V_Fالبالغ 2.35 فولت لتصميم متحفظ عند 20 مللي أمبير: R = (5V - 2.35V) / 0.02A = 132.5Ω. سيكون المقاوم القياسي 130Ω أو 150Ω مناسبًا. تحقق دائمًا من التيار باستخدام V_Fالفعلية للأجزاء المصنفة لديك.

س: هل يمكنني تشغيل هذا صمام LED عند 30 مللي أمبير للحصول على سطوع أكثر؟

أ: لا. الحد الأقصى المطلق للتيار الأمامي المستمر هو 25 مللي أمبير. يتسبب تجاوز هذا التصنيف في انتهاك المواصفات، ويقلل العمر الافتراضي بسبب تسارع استهلاك اللومن، ويعرض لخطر التلف الحراري. استخدم تيار الذروة (60 مللي أمبير نبضي) فقط للوميض قصير المدة.

س: كيف تؤثر درجة الحرارة على الأداء؟

أ: مع زيادة درجة الحرارة، تنخفض الشدة الضوئية (انظر منحنى الأداء)، وينخفض الجهد الأمامي عادةً قليلاً. الأهم من ذلك، يجب تخفيض الحد الأقصى المسموح به للتيار المستمر وفقًا لمنحنى التخفيض لتجنب ارتفاع درجة الحرارة.

س: ما الفرق بين الطول الموجي الذروي والطول الموجي السائد؟

أ> الطول الموجي الذروي (λ_p=632nm) هو الطول الموجي الفيزيائي لأقصى طاقة طيفية. الطول الموجي السائد (λ_d=617.5-633.5nm) هو الطول الموجي للضوء أحادي اللون الذي يتطابق مع اللون الملحوظ لصمام LED. الطول الموجي السائد أكثر صلة بتحديد اللون.

11. مثال تطبيقي عملي

السيناريو: تصميم لوحة مؤشر حالة لجهاز توجيه (راوتر).

تحتوي اللوحة على خمسة صمامات LED (الطاقة، الإنترنت، Wi-Fi، LAN1، LAN2) خلف واجهة أكريليك داكنة اللون مع أنابيب ضوئية مصبوبة. تم اختيار صمام LED 67-21 الأحمر الساطع لمؤشر \"الطاقة\".

خطوات التصميم:

1. الكهربائية:مصدر الطاقة المنطقي الداخلي للراوتر هو 3.3 فولت. بافتراض V_Fنموذجي قدره 2.0 فولت واستهداف 15 مللي أمبير للسطوع الكافي واستهلاك طاقة أقل: R = (3.3V - 2.0V) / 0.015A ≈ 86.7Ω. تم اختيار مقاوم 82Ω أو 100Ω.

2. البصرية:تضمن زاوية الرؤية الواسعة لصمام LED التقاط الضوء بشكل فعال من قبل الوجه الأمامي للأنبوب الضوئي، حتى مع وجود اختلال طفيف في الموضع من عملية الاختيار والوضع الآلي.

3. الحرارية:تيار التشغيل البالغ 15 مللي أمبير أقل بكثير من الحد الأقصى البالغ 25 مللي أمبير، وتقدر درجة الحرارة المحيطة داخل غلاف الراوتر بـ 50°C. بالرجوع إلى منحنى التخفيض، لا يزال التيار المسموح به عند 50°C أعلى من 20 مللي أمبير، لذا فإن التصميم آمن.

4. التصنيف إلى فئات:لضمان سطوع موحد عبر جميع مؤشرات اللوحة الخمسة، يوصى بتحديد فئة شدة ضوئية ضيقة (مثل Q2 أو R1) وفئة طول موجي سائد متسقة أثناء الشراء.

12. مبدأ التشغيل

صمام LED هو صمام ثنائي أشباه الموصلات يعتمد على مادة فوسفيد الألومنيوم الغاليوم الإنديوم (AlGaInP). عند تطبيق جهد أمامي يتجاوز جهد الوصلة للصمام الثنائي (حوالي 1.8-2.2 فولت لـ AlGaInP الأحمر)، يتم حقن الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة من المواد من النوع n والنوع p على التوالي. تتحد هذه حاملات الشحنة بشكل إشعاعي، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات. تحدد طاقة فجوة النطاق المحددة لسبيكة AlGaInP الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث، والذي يكون في هذه الحالة في طيف الأحمر الساطع. تقوم العبوة بتغليف الشريحة، وتوفر الحماية الميكانيكية، وتحتوي على العاكس الداخلي لتشكيل ناتج الضوء، وتدمج العدسة (النافذة الشفافة) للتحكم في نمط الحزمة.

13. اتجاهات التكنولوجيا

الاتجاه العام في صمامات LED المؤشر SMD مثل تنسيق P-LCC-2 هو نحو كفاءة ضوئية أعلى دائمًا (مزيد من ناتج الضوء لكل وحدة من طاقة الإدخال الكهربائية)، مما يتيح تيارات تشغيل أقل لنفس السطوع الملحوظ، وهو أمر بالغ الأهمية للتصميمات الموفرة للطاقة. هناك أيضًا دفع مستمر للتخفيض مع الحفاظ على الأداء البصري أو تحسينه. يتم تحسين عمليات التصنيع للحصول على عائد أعلى وتسامحات تصنيف أضيق، مما يوفر للمصممين لونًا وسطوعًا أكثر اتساقًا عبر دفعات الإنتاج. علاوة على ذلك، فإن الموثوقية المحسنة تحت ملفات إعادة التدفق ذات درجة الحرارة العالية (مثل للحام الخالي من الرصاص) ومتانة ESD المحسنة هي توقعات قياسية في المكونات الحديثة. تكنولوجيا AlGaInP الأساسية لصمامات LED الحمراء/البرتقالية/العنبرية ناضجة ولكنها تستمر في رؤية تحسينات تدريجية في الكفاءة والعمر الافتراضي.