ورقة بيانات LED SMD 1206 أحمر 639 نانومتر - عبوة 3.2x1.6x1.1 مم - جهد أمامي 1.6-2.4 فولت - شدة إضاءة 18-180 ميكروكانديلا - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

توضح هذه الوثيقة مواصفات LED عالي الأداء من نوع AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم جاليوم) ذو تركيب سطحى، ويبعث ضوءًا أحمر. تم تصميم الجهاز للتطبيقات التي تتطلب سطوعًا عاليًا وموثوقية في مساحة تركيب مضغوطة قياسية 1206. تشمل مزاياه الرئيسية التوافق مع معدات التركيب الآلي Pick-and-Place وعمليات اللحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR)، مما يجعله مناسبًا للتصنيع بكميات كبيرة.

يستخدم الـ LED شريحة أشباه موصلات من نوع AlInGaP، المعروفة بكفاءتها العالية واستقرارها في إنتاج أطوال موجية حمراء وبرتقالية وصفراء. توفر مادة العدسة "الشفافة المائية" (Water Clear) زاوية رؤية واسعة وتساعد في تحقيق شدة الإضاءة المحددة. المنتج متوافق مع توجيهات RoHS (تقييد المواد الخطرة).

2. الغوص العميق في المعلمات التقنية

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد هذه التصنيفات الحدود التي إذا تم تجاوزها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل تحت هذه الظروف.

• تبديد الطاقة (Pd):62.5 ملي واط. هذه هي أقصى قدرة يمكن لعبوة الـ LED تبديدها كحرارة دون تجاوز حدودها الحرارية.
• تيار الذروة الأمامي (I_F(peak)):60 مللي أمبير. هذا هو أقصى تيار أمامي لحظي مسموح به، ويُحدد عادةً تحت ظروف النبض (دورة عمل 1/10، عرض نبضة 0.1 مللي ثانية) لمنع ارتفاع درجة الحرارة.
• التيار الأمامي المستمر (I_F):25 مللي أمبير. هذا هو أقصى تيار أمامي مستمر موصى به للتشغيل طويل الأمد الموثوق.
• الجهد العكسي (V_R):5 فولت. تجاوز هذا الجهد في الانحياز العكسي يمكن أن يسبب انهيار الوصلة.
• نطاق درجة حرارة التشغيل (T_opr):-30°C إلى +85°C. نطاق درجة الحرارة المحيطة الذي سيعمل فيه الـ LED وفقًا لمواصفاته.
• نطاق درجة حرارة التخزين (T_stg):-40°C إلى +85°C.
• ظروف اللحام بالأشعة تحت الحمراء:260°C لمدة 10 ثوانٍ. أقصى ملف حراري يمكن أن تتحمله العبوة أثناء لحام إعادة التدفق.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

يتم قياس هذه المعلمات في ظروف اختبار قياسية عند Ta=25°C و I_F=20mA، ما لم يُذكر خلاف ذلك.

• شدة الإضاءة (I_V):18.0 - 180.0 ميكروكانديلا (millicandela). كمية الضوء المرئي المنبعث، مقاسة على المحور. يشير النطاق الواسع إلى استخدام نظام تصنيف (انظر القسم 3).
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):130 درجة. هذه هي الزاوية الكاملة التي تنخفض عندها شدة الإضاءة إلى نصف قيمتها القصوى (على المحور). تشير الزاوية الواسعة البالغة 130° إلى نمط انبعاث منتشر وغير مركز، مناسب للإضاءة المساحية.
• طول موجة الانبعاث القصوى (λ_P):639 نانومتر (نموذجي). الطول الموجي الذي يكون عنده ناتج القدرة الطيفية في أقصى حد.
• الطول الموجي السائد (λ_d):631 نانومتر (نموذجي عند I_F=20mA). هذا هو الطول الموجي الفردي الذي تدركه العين البشرية والذي يمثل بشكل أفضل لون الـ LED، ويُشتق من مخطط لونية CIE.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):20 نانومتر (نموذجي). عرض النطاق الترددي للطيف المنبعث المقاس عند نصف شدة الذروة. قيمة 20 نانومتر هي سمة لـ LEDs الحمراء من نوع AlInGaP.
• الجهد الأمامي (V_F):1.60 - 2.40 فولت عند I_F=20mA. انخفاض الجهد عبر الـ LED أثناء التشغيل. الاختلاف ناتج عن تسامحات عملية أشباه الموصلات.
• التيار العكسي (I_R):10 ميكرو أمبير (أقصى) عند V_R=5V. تيار التسرب الصغير عندما يكون الـ LED في انحياز عكسي.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

لضمان الاتساق في التطبيقات، يتم فرز (تصنيف) LEDs بناءً على معلمات رئيسية. يتم تصنيف هذا الجهاز بشكل أساسي لشدة الإضاءة.

3.1 تصنيف شدة الإضاءة

يتم تصنيف شدة الإضاءة إلى عدة فئات (Bins)، لكل منها قيمة دنيا وقصوى. التسامح على كل فئة هو +/-15%.

• الفئة M:18.0 - 28.0 ميكروكانديلا
• الفئة N:28.0 - 45.0 ميكروكانديلا
• الفئة P:45.0 - 71.0 ميكروكانديلا
• الفئة Q:71.0 - 112.0 ميكروكانديلا
• الفئة R:112.0 - 180.0 ميكروكانديلا

يجب على المصممين اختيار الفئة المناسبة بناءً على متطلبات السطوع لديهم. يعد استخدام مقاومة محددة للتيار على التوالي مع كل LED (كما هو موضح في قسم طريقة القيادة) أمرًا بالغ الأهمية عند توصيل عدة LEDs على التوازي لضمان سطوع موحد، حيث أن اختلافات V_Fيمكن أن تسبب عدم توازن في التيار.

4. تحليل منحنيات الأداء

بينما يتم الإشارة إلى رسوم بيانية محددة في ورقة البيانات (مثل الشكل 1، الشكل 5)، يمكن وصف السلوك النموذجي بناءً على التكنولوجيا.

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

يظهر LED AlInGaP خاصية I-V نموذجية للدايود. للجهد الأمامي (V_F) معامل درجة حرارة سالب، مما يعني أنه ينخفض قليلاً مع زيادة درجة حرارة الوصلة. يجب مراعاة نطاق V_Fالمحدد من 1.6V إلى 2.4V عند 20mA لتصميم مصدر الطاقة.

4.2 شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي

شدة الإضاءة تتناسب تقريبًا مع التيار الأمامي في نطاق التشغيل العادي (حتى تصنيف التيار الأمامي المستمر البالغ 25mA). التشغيل فوق هذا التيار يؤدي إلى زيادة توليد الحرارة، وانخفاض الكفاءة، وتسريع تدهور التدفق الضوئي.

4.3 الاعتماد على درجة الحرارة

ينخفض الناتج الضوئي لـ LEDs من نوع AlInGaP مع ارتفاع درجة حرارة الوصلة. هذه الخاصية حاسمة للتصميمات التي قد يعمل فيها الـ LED في درجات حرارة محيطة مرتفعة أو حيث تكون إدارة الحرارة صعبة. يحدد نطاق درجة حرارة التشغيل من -30°C إلى +85°C الحدود للحفاظ على الأداء المحدد.

4.4 توزيع الطيف

يتركز طيف الانبعاث حول طول موجي ذروة يبلغ 639 نانومتر (نموذجي) بعرض نصف يبلغ 20 نانومتر. يحدد الطول الموجي السائد (631 نانومتر) اللون الأحمر المدرك. هذا الطيف مستقر على مدى تيار التشغيل ونطاق درجة الحرارة، وهو أمر مهم للتطبيقات الحساسة للألوان.

5. المعلومات الميكانيكية ومواصفات العبوة

5.1 أبعاد العبوة

يتم وضع الـ LED في عبوة تركيب سطحى قياسية 1206. تشمل الأبعاد الرئيسية (بالمليمترات) طول الجسم حوالي 3.2 مم، وعرض 1.6 مم، وارتفاع 1.1 مم. جميع تسامحات الأبعاد هي عادةً ±0.10 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. تتميز العبوة بطرفي أنود/كاثود لللحام.

5.2 تحديد القطبية

يتم عادةً تمييز الكاثود، غالبًا بلون أخضر على الجانب المقابل من العبوة أو بشق في الجسم البلاستيكي. اتجاه القطبية الصحيح ضروري أثناء تخطيط وتجميع لوحة الدوائر المطبوعة (PCB).

5.3 تخطيط لوحة اللحام المقترح

يتم توفير نمط أرضي موصى به (تصميم لوحة اللحام) لضمان تكوين وصلة لحام مناسبة، واستقرار ميكانيكي، وتبديد حرارة أثناء إعادة التدفق. الالتزام بهذا التخطيط يساعد في منع ظاهرة "الشمعة" (Tombstoning) ويضمن اتصالاً كهربائيًا موثوقًا.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 ملف تعريف اللحام بإعادة التدفق (Reflow)

الـ LED متوافق مع عمليات اللحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR). يتم توفير ملف تعريف مقترح، متوافق مع معايير JEDEC للتجميع الخالي من الرصاص. تشمل المعلمات الرئيسية:

• التسخين المسبق:150-200°C لمدة أقصاها 120 ثانية لتسخين اللوحة والمكونات تدريجيًا، وتنشيط المادة المساعدة للّحام (Flux) وتقليل الصدمة الحرارية.
• درجة حرارة الذروة:بحد أقصى 260°C.
• الوقت فوق نقطة السيولة:يجب ألا يتعرض الجهاز لدرجة حرارة الذروة لأكثر من 10 ثوانٍ كحد أقصى. يجب إجراء إعادة التدفق بحد أقصى مرتين.

يجب توصيف ملف التعريف لتصميم PCB المحدد، والمكونات، ومعجون اللحام، والفرن المستخدم.

6.2 اللحام اليدوي

إذا كان اللحام اليدوي ضروريًا، استخدم مكواة لحام ذات تحكم في درجة الحرارة مضبوطة على أقصى 300°C. يجب ألا تتجاوز مدة اللحام لكل طرف 3 ثوانٍ، ويجب القيام بذلك مرة واحدة فقط لمنع التلف الحراري للعبوة البلاستيكية وشريحة أشباه الموصلات.

6.3 التنظيف

إذا كان التنظيف مطلوبًا بعد اللحام، استخدم فقط المذيبات المحددة. من المقبول غمر الـ LED في كحول الإيثيل أو كحول الأيزوبروبيل في درجة حرارة الغرفة لأقل من دقيقة واحدة. لا تستخدم سوائل كيميائية غير محددة لأنها قد تتلف عدسة الإيبوكسي أو العبوة.

6.4 التخزين والتعامل

• الحساسية للتفريغ الكهروستاتيكي (ESD):تعتبر LEDs حساسة للـ ESD. يجب اتخاذ احتياطات ESD المناسبة أثناء التعامل، بما في ذلك استخدام أساور المعصم المؤرضة، والحصائر المضادة للكهرباء الساكنة، والمعدات المؤرضة.
• الحساسية للرطوبة:العبوة حساسة للرطوبة. عند تخزينها في كيسها الأصلي المحكم المضاد للرطوبة مع مجفف، يكون لها عمر تخزين يصل إلى عام واحد عند ≤30°C و ≤90% رطوبة نسبية. بمجرد فتح الكيس، يجب تخزين المكونات عند ≤30°C و ≤60% رطوبة نسبية ومن الناحية المثالية إعادة تدفقها خلال أسبوع واحد. للتخزين لفترات أطول خارج الكيس الأصلي، استخدم حاوية محكمة الإغلاق مع مجفف. يجب تجفيف المكونات المخزنة مفتوحة لأكثر من أسبوع عند حوالي 60°C لمدة 20 ساعة على الأقل قبل اللحام لإزالة الرطوبة الممتصة ومنع ظاهرة "الفشار" (Popcorning) أثناء إعادة التدفق.

7. التعبئة والطلب

يتم توريد LEDs في تعبئة قياسية للصناعة للتجميع الآلي.

• الشريط والبكرة (Tape and Reel):يتم تعبئة المكونات في شريط ناقل بارز بعرض 8 مم على بكرات قطرها 7 بوصات (178 مم).
• الكمية لكل بكرة:4000 قطعة.
• الحد الأدنى لكمية الطلب (MOQ):500 قطعة للكميات المتبقية.
• معيار التعبئة:متوافق مع مواصفات ANSI/EIA-481. يتم إغلاق الجيوب الفارغة في الشريط بشريط غطاء علوي.

8. ملاحظات التطبيق واعتبارات التصميم

8.1 دوائر التطبيق النموذجية

تعتبر LEDs أجهزة تعمل بالتيار. طريقة القيادة الأكثر موثوقية هي استخدام مقاومة محددة للتيار على التوالي لكل LED، خاصة عند توصيل عدة LEDs على التوازي. هذا يعوض عن الاختلاف الطبيعي في الجهد الأمامي (V_F) من LED إلى آخر، مما يضمن تيارًا موحدًا وبالتالي سطوعًا موحدًا عبر جميع الأجهزة في المصفوفة. يوفر تشغيل LEDs بمصدر تيار ثابت الناتج الضوئي الأكثر استقرارًا.

8.2 إدارة الحرارة

على الرغم من أن تبديد الطاقة منخفض نسبيًا (62.5 ملي واط كحد أقصى)، إلا أن التصميم الحراري المناسب يطيل عمر الـ LED ويحافظ على السطوع. تأكد من أن لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) تحتوي على مساحة نحاسية كافية متصلة بلوحات الـ LED لتعمل كمشتت حراري، خاصة عند التشغيل عند أو بالقرب من أقصى تيار مستمر. تجنب التشغيل في درجات حرارة محيطة عند الحد الأعلى للنطاق لفترات طويلة.

8.3 نطاق التطبيق

هذا الـ LED مناسب للمعدات الإلكترونية العامة التي تتطلب مؤشرات حالة، أو إضاءة خلفية، أو إضاءة زخرفية. وهذا يشمل التطبيقات في الإلكترونيات الاستهلاكية، ومعدات المكاتب، وأجهزة الاتصالات، والأجهزة المنزلية. لم يتم تصميمه أو تأهيله خصيصًا للتطبيقات التي قد يعرض الفشل فيها الحياة أو السلامة للخطر (مثل الطيران، ودعم الحياة الطبي، ومراقبة المرور الحرجة). لمثل هذه التطبيقات، يلزم التشاور مع الشركة المصنعة للحصول على مكونات مؤهلة خصيصًا.

9. المقارنة والتمييز التقني

يستخدم هذا الـ LED تكنولوجيا AlInGaP، والتي تقدم مزايا مميزة للانبعاث الأحمر/البرتقالي/الأصفر مقارنة بتقنيات أخرى مثل AllnGaP على ركيزة ماصة أو LEDs GaAsP الأقدم.

• الكفاءة العالية والسطوع:يوفر AlInGaP كفاءة إضاءة أعلى (مزيد من الناتج الضوئي لكل واط كهربائي) من التقنيات التقليدية، مما يتيح السطوع العالي (حتى 180 ميكروكانديلا) في عبوة صغيرة.
• استقرار اللون:نقطة اللون (الطول الموجي السائد) لـ LEDs من نوع AlInGaP أكثر استقرارًا على مدى تيار التشغيل ونطاقات درجة الحرارة وعلى مدار عمر الجهاز مقارنة ببعض البدائل.
• زاوية رؤية واسعة:توفر زاوية الرؤية البالغة 130° مع عدسة شفافة مائية إضاءة واسعة ومتساوية مقارنة بالعدسات المركزة أو ضيقة الزاوية.
• التوافق مع التركيب السطحي:تمثل عبوة 1206 والتوافق مع إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء حلاً حديثًا وقابلًا للتصنيع مقارنة بـ LEDs ذات الثقب (Through-Hole).

10. الأسئلة الشائعة (FAQ)

10.1 ما قيمة المقاوم التي يجب أن أستخدمها؟

يتم حساب قيمة المقاوم المتسلسل (R_s) باستخدام قانون أوم: R_s= (V_supply- V_F) / I_F. استخدم أقصى قيمة لـ V_Fمن ورقة البيانات (2.4V) لضمان ألا يتجاوز التيار القيمة المطلوبة لـ I_F(مثل 20mA) في أسوأ الظروف. لمصدر طاقة 5V: R_s= (5V - 2.4V) / 0.020A = 130 أوم. ستكون مقاومة قياسية 130Ω أو 150Ω مناسبة.

10.2 هل يمكنني تشغيله بإشارة PWM؟

نعم، تعد تعديل عرض النبضة (PWM) طريقة ممتازة لتعتيم LEDs. تحافظ على خصائص لون الـ LED بشكل أفضل من التعتيم التناظري (بالتيار). تأكد من أن تردد PWM مرتفع بما يكفي لتجنب الوميض المرئي (عادةً >100 هرتز) وأن تيار الذروة في كل نبضة لا يتجاوز الحد الأقصى المطلق البالغ 60mA.

10.3 لماذا يوجد نطاق واسع جدًا في شدة الإضاءة؟

يمثل النطاق (18-180 ميكروكانديلا) الانتشار الكلي عبر جميع فئات الإنتاج. يتم فرز LEDs فردية في فئات محددة (M, N, P, Q, R) بنطاقات أضيق بكثير. يجب عليك تحديد الفئة المطلوبة عند الطلب لضمان مستوى السطوع لتطبيقك.

10.4 كم سيدوم عمر الـ LED؟

عمر الـ LED (غالبًا ما يُعرَّف كنقطة ينخفض فيها الناتج الضوئي إلى 70% من القيمة الأولية، L70) غير مذكور صراحةً في ورقة البيانات هذه. يعتمد العمر بشكل كبير على ظروف التشغيل، وخاصة درجة حرارة الوصلة وتيار القيادة. سيؤدي التشغيل بأقل بكثير من الحدود القصوى (مثل عند 15-20mA مع إدارة حرارية جيدة) إلى إطالة العمر التشغيلي بشكل كبير، ربما إلى عشرات الآلاف من الساعات.

11. أمثلة عملية للتصميم والاستخدام

11.1 لوحة مؤشرات الحالة

في لوحة مؤشرات حالة متعددة للمعدات الصناعية، يمكن ترتيب عدة من هذه LEDs (مثل الفئة P أو Q للسطوع المتوسط-العالي) في صف. يتم تشغيل كل منها من خلال دبوس GPIO لوحدة التحكم الدقيقة (Microcontroller) عبر مقاومة متسلسلة (مثل 150Ω لنظام 3.3V أو 5V). تضمن زاوية الرؤية الواسعة رؤية الحالة من مواقع المشغل المختلفة. يسمح التوافق مع إعادة التدفق بلحام اللوحة بأكملها، بما في ذلك LEDs ووحدة التحكم الدقيقة، في مرحلة واحدة.

11.2 إضاءة خلفية لأزرار الغشاء (Membrane Switches)

يمكن وضع LED واحد من الفئة R (أعلى سطوع) بجوار أيقونة زر غشاء شفاف لتوفير إضاءة خلفية. يساعد الضوء المنتشر واسع الزاوية من العدسة الشفافة المائية في إضاءة الأيقونة بشكل متساوٍ. يسمح الارتفاع المنخفض (1.1 مم) بتلاؤمه مع تصميمات الأجهزة النحيفة.

12. مقدمة عن المبدأ التقني

يعتمد انبعاث الضوء في هذا الـ LED على الإضاءة الكهربائية (Electroluminescence) في وصلة p-n أشباه موصلات مصنوعة من AlInGaP. عند تطبيق جهد أمامي، يتم حقق الإلكترونات من المنطقة من النوع n والفجوات من المنطقة من النوع p في المنطقة النشطة (الوصلة). عندما تتحد الإلكترونات والفجوات، فإنها تطلق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد التركيب المحدد للألومنيوم، والإنديوم، والجاليوم، والفوسفيد في الشبكة البلورية طاقة فجوة النطاق، والتي تحدد مباشرة الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث - في هذه الحالة، الأحمر عند حوالي 639 نانومتر. تقوم عدسة الإيبوكسي "الشفافة المائية" بتغليف الشريحة، وتوفير الحماية الميكانيكية، وتشكيل نمط الناتج الضوئي، وتعزيز استخراج الضوء من مادة أشباه الموصلات.

13. اتجاهات وتطورات التكنولوجيا

الاتجاه العام في LEDs المؤشر SMD مثل هذا هو نحو كفاءة أعلى (مزيد من اللومن لكل واط)، مما يسمح بنفس السطوع عند تيارات قيادة أقل، مما يقلل استهلاك الطاقة وتوليد الحرارة. هناك أيضًا سعي مستمر نحو التصغير مع الحفاظ على الأداء البصري أو تحسينه. علاوة على ذلك، تعمل التحسينات في مواد العبوة وعمليات التصنيع على تعزيز الموثوقية والتوافق مع ملفات تعريف اللحام المتطلبة بشكل متزايد اللازمة للتجميع الخالي من الرصاص. كما أن اتساق الألوان وتسامحات التصنيف الأكثر ضيقًا هي أيضًا مجالات للتطوير المستمر لتلبية احتياجات التطبيقات التي تتطلب مطابقة ألوان دقيقة.