ورقة البيانات الفنية لسلسلة LED 45-21 - حزمة P-LCC-2 - جهد أمامي 1.75-2.35 فولت - أقصى تيار 50 مللي أمبير - لون أحمر لامع

1. نظرة عامة على المنتج

تمثل سلسلة 45-21 عائلة من ثنائيات LED عالية السطوع (Top View) مُحكمة في حزمة تركيب سطحي مدمجة من نوع P-LCC-2 (حامل الرقاقة الرصاصي البلاستيكي). تم تصميم هذا الجهاز في المقام الأول كمؤشر ضوئي، ويتميز بنافذة شفافة عديمة اللون وجسم عبوة أبيض اللون يعزز انعكاس الضوء وتشتته. تكمن ميزة تصميمه الأساسية في زاوية المشاهدة الواسعة، التي تحققت من خلال تصميم مُحسن للعاكس الداخلي داخل العبوة. هذه الخاصية تجعله مناسبًا بشكل استثنائي للتطبيقات التي تستخدم أنابيب الضوء، حيث يكون اقتران الضوء بكفاءة من مصدر LED إلى الدليل الضوئي أمرًا بالغ الأهمية. السلسلة متوفرة بألوان متعددة، بما في ذلك النوع الأحمر اللامع المذكور في هذا المستند، والذي يستخدم تقنية أشباه الموصلات من نوع AlGaInP.

من الفوائد التشغيلية الرئيسية انخفاض متطلبات التيار. مع تيار أمامي نموذجي يبلغ 20 مللي أمبير للتشغيل القياسي، فهو مثالي للتطبيقات الحساسة للطاقة مثل المعدات المحمولة والمشغلة بالبطاريات. تم تصميم الجهاز لتكون له توافق مع عمليات التصنيع الحديثة عالية الإنتاجية، حيث يكون مناسبًا للحام بإعادة التدفق بالطور البخاري، وإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء، والحام بالموجات. كما أنه متوافق مع معدات التقاط ووضع المكونات الآلي، ويتم توريده على شريط 8 مم وبكرة لسهولة التجميع. تم تصنيع المنتج من مواد خالية من الرصاص وهو متوافق مع اللوائح البيئية ذات الصلة.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

تنبع المزايا الأساسية لسلسلة LED هذه من هندسة عبوتها واختيار موادها. تضمن زاوية المشاهدة الواسعة (نموذجيًا 120 درجة) الرؤية من مجموعة واسعة من المواضع، وهو أمر أساسي لمؤشرات الحالة على الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية، واللوحات الصناعية، وأجهزة الاتصالات. تترجم كفاءة اقتران الضوء المحسنة مباشرة إلى إخراج سطوع مُدرك أعلى عند استخدامه مع أنابيب الضوء، مما يقلل الحاجة إلى تيارات تشغيل أعلى ويوفر الطاقة.

السوق المستهدف واسع، ويشمل الاتصالات (للمؤشرات والإضاءة الخلفية في الهواتف وآلات الفاكس)، والإلكترونيات الاستهلاكية، والتحكم الصناعي، وتجهيزات السيارات الداخلية. تجعل موثوقيته وتوافقه مع العمليات الآلية خيارًا فعالاً من حيث التكلفة للإنتاج بكميات كبيرة. يستهدف استهلاك الطاقة المنخفض على وجه التحديد قطاع الإلكترونيات المحمولة، حيث يمثل إطالة عمر البطارية اعتبارًا تصميميًا بالغ الأهمية.

2. تحليل متعمق للمعايير الفنية

يقدم هذا القسم تفسيرًا تفصيليًا وموضوعيًا للمعايير الكهربائية والبصرية والحرارية الرئيسية التي تحدد نطاق أداء LED وتوجه تصميم الدائرة المناسب.

2.1 التصنيفات القصوى المطلقة

تحدد التصنيفات القصوى المطلقة حدود الإجهاد التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. هذه ليست ظروفًا للتشغيل العادي.

• الجهد العكسي (V_R):5 فولت. تجاوز هذا الجهد في الانحياز العكسي يمكن أن يسبب انهيار الوصلة.
• التيار الأمامي (I_F):50 مللي أمبير تيار مستمر. لا ينبغي أن يتجاوز التيار المستمر هذا الحد.
• تيار الذروة الأمامي (I_FP):100 مللي أمبير، مسموح به فقط في ظل ظروف النبض (دورة عمل 1/10 عند 1 كيلو هرتز). هذا يسمح بفترات قصيرة من السطوع الأعلى.
• تبديد الطاقة (P_d):120 ملي واط. هذه هي أقصى طاقة يمكن للعبوة تبديدها كحرارة دون تجاوز تصنيفها الحراري.
• التفريغ الكهروستاتيكي (ESD):2000 فولت (نموذج جسم الإنسان). إجراءات التعامل مع ESD المناسبة إلزامية أثناء التجميع.
• درجة حرارة التشغيل والتخزين:تتراوح من -40°م إلى +85°م (التشغيل) ومن -40°م إلى +90°م (التخزين).
• درجة حرارة اللحام:يتحمل 260°م لمدة 10 ثوانٍ (إعادة التدفق) أو 350°م لمدة 3 ثوانٍ (لحام يدوي).

2.2 الخصائص الكهروضوئية

يتم قياس هذه المعايير عند درجة حرارة وصلة (T_j) تبلغ 25°م تحت تيار اختبار قياسي قدره 20 مللي أمبير. وهي تمثل الأداء النموذجي.

• شدة الإضاءة (I_v):تتراوح من 450 مللي كانديلا (الحد الأدنى) إلى 900 مللي كانديلا (الحد الأقصى)، مع تسامح نموذجي يبلغ ±11%. هذا هو المقياس الأساسي للسطوع المُدرك.
• زاوية المشاهدة (2θ_1/2):120 درجة (نموذجي). هذه هي الزاوية الكاملة التي تنخفض عندها شدة الإضاءة إلى نصف قيمتها المحورية القصوى.
• طول موجة الذروة (λ_p):632 نانومتر (نموذجي). هذا هو الطول الموجي الذي يكون فيه توزيع القدرة الطيفية في أقصى حد.
• الطول الموجي السائد (λ_d):يتراوح من 617.5 نانومتر إلى 633.5 نانومتر، مع تسامح يبلغ ±1 نانومتر. يتوافق هذا الطول الموجي مع اللون المُدرك (أحمر لامع).
• عرض النطاق الطيفي (Δλ):20 نانومتر (نموذجي). هذا يشير إلى نقاء الضوء الأحمر المنبعث طيفيًا.
• الجهد الأمامي (V_F):يتراوح من 1.75 فولت إلى 2.35 فولت عند 20 مللي أمبير، مع تسامح نموذجي يبلغ ±0.1 فولت. هذا أمر بالغ الأهمية لتصميم المقاوم المحدد للتيار.
• التيار العكسي (I_R):بحد أقصى 10 ميكرو أمبير عند انحياز عكسي 5 فولت، مما يشير إلى جودة وصلة جيدة.

3. شرح نظام التقسيم إلى فئات

لضمان الاتساق في الإنتاج الضخم، يتم فرز ثنائيات LED إلى فئات أداء. يمكن للمصممين تحديد فئات لضمان تجانس اللون والسطوع عبر التطبيق.

3.1 تقسيم شدة الإضاءة إلى فئات

يتم تصنيف الشدة إلى ثلاث فئات رئيسية (U1، U2، V1) بناءً على القيم الدنيا والقصوى المقاسة عند I_F=20 مللي أمبير. على سبيل المثال، تغطي الفئة U1 نطاق 450-565 مللي كانديلا، وتغطي الفئة U2 نطاق 565-715 مللي كانديلا، وتغطي الفئة V1 نطاق 715-900 مللي كانديلا. يضمن اختيار فئة أعلى (مثل V1) إخراجًا أدنى أكثر سطوعًا.

3.2 تقسيم الطول الموجي السائد إلى فئات

يتم تجميع اللون الأحمر اللامع تحت 'المجموعة أ' وتقسيمه إلى أربع فئات طول موجي: E4 (617.5-621.5 نانومتر)، E5 (621.5-625.5 نانومتر)، E6 (625.5-629.5 نانومتر)، و E7 (629.5-633.5 نانومتر). يضمن اختيار فئة أضيق (مثل تحديد E5 فقط) درجة لون أحمر أكثر اتساقًا عبر جميع ثنائيات LED في التجميع.

3.3 تقسيم الجهد الأمامي إلى فئات

يتم تجميع الجهد الأمامي تحت 'المجموعة ب' مع ثلاث فئات: 0 (1.75-1.95 فولت)، 1 (1.95-2.15 فولت)، و 2 (2.15-2.35 فولت). بينما يكون غالبًا أقل أهمية من اللون والسطوع للمؤشرات، يمكن أن يكون تحديد فئة جهد مهمًا لتصميم مصدر الطاقة في المصفوفات الكبيرة أو عند تشغيل ثنائيات LED على التوازي دون مقاومات فردية.

4. تحليل منحنيات الأداء

تقدم منحنيات الخصائص المقدمة رؤى قيمة حول سلوك LED في ظل ظروف مختلفة.

4.1 التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V)

يظهر المنحنى العلاقة الأسية النموذجية للثنائي. عند 25°م، يرتفع الجهد بشكل حاد مع التيار بمجرد تجاوز عتبة التشغيل. يؤكد هذا اللاخطية على ضرورة استخدام مقاوم محدد للتيار أو مشغل تيار ثابت، حيث أن تغييرًا صغيرًا في الجهد يمكن أن يسبب تغييرًا كبيرًا، وربما مدمرًا، في التيار.

4.2 شدة الإضاءة النسبية مقابل التيار الأمامي

يوضح هذا المنحنى أن ناتج الضوء يزداد تقريبًا بشكل خطي مع التيار على مدى معين، ولكنه سيشبع في النهاية عند التيارات الأعلى بسبب التأثيرات الحرارية وتأثيرات الكفاءة. يوفر التشغيل عند 20 مللي أمبير الموصى بها توازنًا جيدًا بين السطوع والكفاءة.

4.3 شدة الإضاءة النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطة

تقل شدة الإضاءة مع زيادة درجة الحرارة المحيطة. منحنى التخفيض هذا بالغ الأهمية للتطبيقات التي تعمل في بيئات مرتفعة الحرارة. يجب على المصممين مراعاة هذا الانخفاض لضمان الحفاظ على سطوع كافٍ تحت جميع ظروف التشغيل.

4.4 التوزيع الطيفي

يؤكد مخطط الطيف الطبيعة أحادية اللون لـ LED من نوع AlGaInP، مع ذروة واحدة ضيقة تتمحور حول 632 نانومتر، منتجة لونًا أحمرًا لامعًا مشبعًا دون انبعاث كبير في نطاقات أطوال موجية أخرى.

4.5 نمط الإشعاع (الرسم القطبي)

يؤكد الرسم البياني بصريًا نمط الانبعاث الواسع الشبيه بـ Lambertian. تكون الشدة موحدة تقريبًا عبر منطقة مركزية واسعة، وتتناقص تدريجيًا نحو الحواف، وهو أمر مثالي للمشاهدة بزاوية واسعة.

5. معلومات الميكانيكا والتعبئة

5.1 مخطط الأبعاد الخارجية للعبوة

تتميز عبوة P-LCC-2 بمساحة صغيرة. تشمل الأبعاد الحرجة الطول الإجمالي، والعرض، والارتفاع، وكذلك تباعد الأطراف وحجمها. يحدد مؤشر القطبية (عادةً شق أو نقطة على العبوة أو زاوية مشطوفة) القطب السالب (الكاثود). يوفر ورقة البيانات نمطًا موصى به لوسادة اللحام لضمان تكوين وصلة لحام موثوقة ومحاذاة صحيحة أثناء إعادة التدفق.

5.2 مواصفات الشريط والبكرة

يتم توريد الجهاز على شريط ناقل 8 مم، ملفوف على بكرات قياسية. يتم تحديد أبعاد الشريط (حجم الجيب، المسافة) وأبعاد البكرة (قطر المحور، قطر الحافة) لتكون متوافقة مع معدات التجميع الآلي. تحتوي كل بكرة على 2000 قطعة.

5.3 الحساسية للرطوبة والتعبئة

يتم تعبئة ثنائيات LED في كيس ألومنيوم مقاوم للرطوبة مع مجفف لمنع امتصاص الرطوبة، مما قد يسبب \"انفجار\" (تشقق العبوة) أثناء عملية لحام إعادة التدفق عالية الحرارة. يحتوي الملصق على الكيس على معلومات حرجة مثل مستوى الحساسية للرطوبة (المستنتج من التعبئة)، الكمية، ورقم الجزء.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 معايير لحام إعادة التدفق

تم تصنيف الجهاز لتحمل درجة حرارة ذروة إعادة تدفق تبلغ 260°م كحد أقصى لمدة 10 ثوانٍ. يتوافق هذا مع ملفات إعادة التدفق الخالية من الرصاص القياسية. يجب التحكم في الكتلة الحرارية للوحة الدوائر المطبوعة والملف المحدد (التسخين، النقع، الذروة، التبريد) للبقاء ضمن هذا الحد وتجنب الصدمة الحرارية.

6.2 احتياطات التخزين والتعامل

• قبل الفتح:يجب تخزين الكيس المقاوم للرطوبة عند ≤30°م و ≤70% رطوبة نسبية. يجب استخدام المكونات في غضون عام واحد من تاريخ ختم الكيس.
• بعد الفتح:إذا لم يتم استخدامها على الفور، قد تتطلب المكونات المعرضة للرطوبة المحيطة تجفيفًا قبل اللحام وفقًا لإرشادات IPC/JEDEC القياسية لإزالة الرطوبة الممتصة.
• حماية من التفريغ الكهروستاتيكي (ESD):يجب مراعاة احتياطات ESD القياسية (محطات عمل مؤرضة، أسوار معصم) أثناء التعامل.

7. توصيات تصميم التطبيق

7.1 دوائر التطبيق النموذجية

أكثر دائرة تشغيل شيوعًا هي مقاوم محدد للتيار على التوالي متصل بمصدر جهد (V_CC). يتم حساب قيمة المقاومة كـ R = (V_CC- V_F) / I_F. استخدام أقصى V_Fمن ورقة البيانات (2.35 فولت) في هذا الحساب يضمن ألا يتجاوز التيار المطلوب I_Fحتى مع التباين من قطعة لأخرى. على سبيل المثال، مع مصدر طاقة 5 فولت وهدف I_Fبقيمة 20 مللي أمبير: R = (5V - 2.35V) / 0.02A = 132.5Ω. سيكون المقاوم القياسي 130Ω أو 150Ω مناسبًا.

7.2 اعتبارات التصميم لتطبيقات أنابيب الضوء

عند الاقتران بأنبوب ضوء، قم بمحاذاة LED مركزياً أسفل سطح الإدخال للأنبوب. تساعد زاوية المشاهدة الواسعة لهذا LED في ملء فتحة الإدخال للأنبوب. يجب تقليل المسافة بين قبة LED وأنبوب الضوء لتقليل فقدان الضوء. تساعد العبوة البيضاء في عكس الضوء الذي قد يضيع لأسفل مرة أخرى في اتجاه الانبعاث، مما يحسن كفاءة الاقتران الإجمالية. يجب أن تأخذ الرسومات الميكانيكية في الاعتبار ارتفاع LED والمناطق الموصى بتجنبها.

7.3 إدارة الحرارة

بينما يكون تبديد الطاقة منخفضًا، فإن التشغيل المستمر عند أقصى تيار (50 مللي أمبير) في درجات حرارة محيطة مرتفعة قد يقترب من حدود الجهاز. لمثل هذه حالات الاستخدام، يمكن أن يساعد ضمان مساحة نحاسية كافية في لوحة الدوائر المطبوعة حول الوسادات الحرارية لـ LED (إن وجدت) أو الثقوب الحرارية في تبديد الحرارة والحفاظ على درجة حرارة وصلة أقل، مما يحافظ على ناتج الإضاءة والموثوقية طويلة المدى.

8. الموثوقية وضمان الجودة

تحدد ورقة البيانات مجموعة شاملة من اختبارات الموثوقية التي يتم إجراؤها بمستوى ثقة 90% و 10% نسبة العيوب المسموح بها للدفعة (LTPD). تحاكي هذه الاختبارات ظروف التشغيل والتخزين القاسية لضمان الموثوقية الميدانية.

• مقاومة لحام إعادة التدفق:يؤكد قدرة العبوة على تحمل عملية اللحام.
• دورة درجة الحرارة والصدمة الحرارية:يختبر المتانة ضد الإجهاد الميكانيكي الناجم عن تغيرات درجة الحرارة المتكررة.
• التخزين في درجات حرارة عالية/منخفضة:يقيم الاستقرار طويل المدى في ظل ظروف غير تشغيلية متطرفة.
• عمر التشغيل بالتيار المستمر:اختبار عمر لمدة 1000 ساعة عند التيار المقنن (20 مللي أمبير) ودرجة الحرارة (25°م).
• عمر التشغيل في درجة حرارة عالية/رطوبة (85°م/85% رطوبة نسبية):اختبار معجل لمقاومة الرطوبة والتآكل تحت انحياز.

يشير اجتياز هذه الاختبارات إلى منتج قوي مناسب للتطبيقات التجارية والصناعية المتطلبة.

9. الأسئلة الشائعة (FAQ)

9.1 لماذا يعتبر المقاوم المحدد للتيار ضروريًا تمامًا؟

خاصية I-V لـ LED هي أسية. يؤدي زيادة صغيرة في جهد الإمداد فوق انخفاض الجهد الأمامي لـ LED إلى زيادة كبيرة جدًا، وربما مدمرة، في التيار. يوفر المقاوم انخفاض جهد خطي يمكن التنبؤ به مما يثبت التيار، ويحمي LED من ظروف التيار الزائد الناجمة عن تسامحات الجهد العادية أو العابرة.

9.2 هل يمكنني تشغيل هذا LED مباشرة من دبوس GPIO لوحدة التحكم الدقيقة؟

نعم، ولكن مع تحذيرات مهمة. يجب تكوين دبوس GPIO كمخرج. يجب عليك دائمًا تضمين مقاوم على التوالي. علاوة على ذلك، يجب عليك التأكد من أن دبوس وحدة التحكم الدقيقة يمكنه توفير (أو استقبال، اعتمادًا على تكوين دائرةك) التيار المطلوب 20 مللي أمبير بشكل مستمر، وهو عند أو يتجاوز الحد لبعض دبابيس الإدخال/الإخراج العامة. راجع ورقة بيانات وحدة التحكم الدقيقة. غالبًا ما يكون استخدام الترانزستور كمفتاح خيارًا أكثر أمانًا ومرونة للتيارات الأعلى أو عند تشغيل عدة ثنائيات LED.

9.3 ما الفرق بين طول موجة الذروة والطول الموجي السائد؟

طول موجة الذروة (λ_p):الطول الموجي الفردي حيث يكون ناتج القدرة الطيفية أعلى فعليًا.الطول الموجي السائد (λ_d):طول موجة الضوء أحادي اللون الذي سيراه العين البشرية بنفس لون ناتج LED. بالنسبة لـ LED أحادي اللون مثل هذا الأحمر، يكونان متقاربين جدًا. يعتبر الطول الموجي السائد بشكل عام المعيار الأكثر صلة لتحديد اللون والتقسيم إلى فئات.

9.4 كيف أفسر رموز الفئات على ملصق البكرة؟

يستخدم الملصق رموزًا مثل CAT، وHUE، وREF. 'CAT' يتوافق مع فئة شدة الإضاءة (مثل U1، V1). 'HUE' يتوافق مع فئة الطول الموجي السائد (مثل E5، E6). 'REF' يتوافق مع فئة الجهد الأمامي (مثل 0، 1، 2). معرفة هذه الرموز تتيح لك التحقق من أنك تلقيت درجة الأداء المحددة التي طلبتها.