ورقة بيانات LED برتقالي SMD - ارتفاع 0.55 مم - جهد أمامي نموذجي 1.8 فولت - تبديد طاقة 75 ميغاواط - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

توضح هذه الوثيقة مواصفات LED برتقالي عالي الأداء للتركيب السطحي. يتميز الجهاز بمظهره المنخفض للغاية، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي يكون فيها المساحة الرأسية قيدًا حرجًا. يستخدم LED مادة أشباه الموصلات AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم الغاليوم)، والمعروفة بتقديم كفاءة إضاءة عالية ونقاء لوني ممتاز في الطيف البرتقالي-الأحمر. باعتباره منتجًا متوافقًا مع RoHS وصديقًا للبيئة، فإنه يلتزم بالمعايير البيئية المعاصرة. يتم توريد المكون في شريط قياسي للصناعة بعرض 8 مم على بكرات قطرها 7 بوصات، مما يسهل التوافق مع معدات التجميع الآلي عالية السرعة وعمليات لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

يتم تحديد جميع المعايير عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية ما لم يُذكر خلاف ذلك. فهم هذه المعايير أمر بالغ الأهمية لتصميم دائرة موثوقة وتوقع الأداء.

2.1 القيم القصوى المطلقة

تحدد هذه القيم حدود الإجهاد التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل تحت أو عند هذه الحدود ويجب تجنبه لتحقيق موثوقية طويلة الأمد.

• تبديد الطاقة (Pd):75 ميغاواط. هذه هي أقصى كمية من الطاقة يمكن للغلاف LED تبديدها كحرارة. تجاوز هذا الحد يعرض تقاطع أشباه الموصلات وعدسة الإيبوكسي للتلف الحراري.
• التيار الأمامي المستمر (IF):30 مللي أمبير. أقصى تيار أمامي مستمر يمكن تطبيقه.
• تيار الذروة الأمامي:80 مللي أمبير. هذا مسموح به فقط في ظل ظروف النبض بدورة عمل 1/10 وعرض نبضة 0.1 مللي ثانية. وهو مفيد للومضات عالية الكثافة القصيرة.
• الجهد العكسي (VR):5 فولت. تطبيق جهد عكسي يتجاوز هذا التصنيف يمكن أن يتسبب في فشل فوري وكارثي لتقاطع LED.
• نطاق درجة حرارة التشغيل:-30 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية. نطاق درجة الحرارة المحيطة الذي صُمم الجهاز للعمل ضمنه.
• نطاق درجة حرارة التخزين:-40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية.
• ظروف اللحام بالأشعة تحت الحمراء:يتحمل 260 درجة مئوية لمدة 10 ثوانٍ، وهو نموذجي لملفات تعريف لحام إعادة التدفق الخالية من الرصاص.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

تحدد هذه المعايير خرج الضوء والسلوك الكهربائي في ظل ظروف التشغيل العادية (عادة عند IF = 2 مللي أمبير).

• شدة الإضاءة (Iv):تتراوح من حد أدنى 2.80 ميكروكانديلا إلى حد أقصى 18.00 ميكروكانديلا. تعتمد القيمة الفعلية على رمز التصنيف المحدد (انظر القسم 3). يتم قياس الشدة باستخدام مستشعر مُرشح لمطابقة منحنى استجابة العين البشرية الضوئي (CIE).
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):130 درجة. هذه هي الزاوية الكاملة التي تنخفض عندها شدة الإضاءة إلى نصف قيمتها المقاسة على المحور (0 درجة). توفر زاوية رؤية واسعة مثل هذه نمط إضاءة واسع ومنتشر مناسب لمؤشرات الحالة والإضاءة الخلفية.
• الطول الموجي لذروة الانبعاث (λ_P):611.0 نانومتر. هذا هو الطول الموجي الذي يكون فيه خرج الطاقة الطيفية في أقصى حد له.
• الطول الموجي السائد (λ_d):605.0 نانومتر. هذه معلمة قياس لوني مشتقة من مخطط اللونية CIE. إنه يمثل الطول الموجي الفردي الذي يصف بشكل أفضل اللون المُدرك للضوء. إنه المعلمة الأكثر صلة لتحديد اللون.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):17 نانومتر. هذا يشير إلى نقاء الطيف. تعني القيمة الأصغر ضوءًا أكثر أحادية اللون (لون نقي). 17 نانومتر نموذجي لـ LEDs من نوع AlInGaP في النطاق البرتقالي.
• الجهد الأمامي (V_F):عادة 1.80 فولت، مع نطاق من 1.60 فولت إلى 2.20 فولت عند 2 مللي أمبير. هذا الجهد الأمامي المنخفض هو ميزة رئيسية لتكنولوجيا AlInGaP ويساهم في كفاءة أعلى.
• التيار العكسي (I_R):10 ميكرو أمبير كحد أقصى عند تطبيق انحياز عكسي 5 فولت.

3. شرح نظام التصنيف

بسبب الاختلافات المتأصلة في تصنيع أشباه الموصلات، يتم فرز LEDs إلى فئات أداء. يسمح هذا النظام للمصممين باختيار مكونات تلبي متطلبات التسامح المحددة لتطبيقهم.

3.1 تصنيف الجهد الأمامي

الوحدات بالفولت (V) مقاسة عند IF = 2 مللي أمبير. التسامح داخل كل فئة هو ±0.1 فولت.

• D1:1.60 فولت (الحد الأدنى) إلى 1.80 فولت (الحد الأقصى)
• D2:1.80 فولت (الحد الأدنى) إلى 2.00 فولت (الحد الأقصى)
• D3:2.00 فولت (الحد الأدنى) إلى 2.20 فولت (الحد الأقصى)

يمكن أن يكون اختيار فئة جهد أضيق (مثل D1 فقط) مهمًا للتطبيقات التي تعمل بالطاقة مباشرة من بطارية منخفضة الجهد لضمان سطوع ثابت مع تفريغ البطارية، أو في مصفوفات LED المتوازية لضمان تقاسم التيار.

3.2 تصنيف شدة الإضاءة

الوحدات بالميكروكانديلا (mcd) مقاسة عند IF = 2 مللي أمبير. التسامح داخل كل فئة هو ±15%.

• H:2.80 ميكروكانديلا (الحد الأدنى) إلى 4.50 ميكروكانديلا (الحد الأقصى)
• J:4.50 ميكروكانديلا (الحد الأدنى) إلى 7.10 ميكروكانديلا (الحد الأقصى)
• K:7.10 ميكروكانديلا (الحد الأدنى) إلى 11.20 ميكروكانديلا (الحد الأقصى)
• L:11.20 ميكروكانديلا (الحد الأدنى) إلى 18.00 ميكروكانديلا (الحد الأقصى)

هذا التصنيف بالغ الأهمية للتطبيقات التي تتطلب سطوعًا موحدًا عبر عدة LEDs، كما هو الحال في شاشات متعددة المقاطع أو لوحات الإضاءة الخلفية.

3.3 تصنيف الطول الموجي السائد

الوحدات بالنانومتر (nm) مقاسة عند IF = 2 مللي أمبير. التسامح لكل فئة هو ±1 نانومتر.

• N:597.0 نانومتر (الحد الأدنى) إلى 600.0 نانومتر (الحد الأقصى) – كهرماني-برتقالي
• P:600.0 نانومتر (الحد الأدنى) إلى 603.0 نانومتر (الحد الأقصى) – برتقالي
• Q:603.0 نانومتر (الحد الأدنى) إلى 606.0 نانومتر (الحد الأقصى) – برتقالي
• R:606.0 نانومتر (الحد الأدنى) إلى 609.0 نانومتر (الحد الأقصى) – برتقالي-أحمر
• S:609.0 نانومتر (الحد الأدنى) إلى 612.0 نانومتر (الحد الأقصى) – أحمر-برتقالي

يسمح هذا بمطابقة الألوان بدقة، وهو أمر أساسي في تطبيقات مثل إشارات المرور، إضاءة السيارات، أو الإضاءة الزخرفية حيث يكون لون معين مطلوبًا.

4. تحليل منحنيات الأداء

بينما يتم الإشارة إلى رسوم بيانية محددة في ورقة البيانات، فإن آثارها قياسية. منحنى التيار الأمامي (I_F) مقابل الجهد الأمامي (V_F) أسي. شدة الإضاءة (I_V) خطية تقريبًا مع التيار في نطاق التشغيل العادي ولكنها ستشبع عند تيارات عالية جدًا بسبب التأثيرات الحرارية وانخفاض الكفاءة. للطول الموجي السائد معامل درجة حرارة سلبي طفيف، مما يعني أن اللون قد يتحول قليلاً نحو أطوال موجية أطول (انزياح أحمر) مع زيادة درجة حرارة التقاطع. من الضروري وجود غطاء حراري مناسب وإدارة التيار للحفاظ على لون وخرج ضوء ثابتين طوال عمر الجهاز.

5. معلومات الميكانيكا والتغليف

5.1 أبعاد الغلاف والقطبية

يتميز الجهاز ببصمة غلاف قياسية للصناعة EIA. يُشار إلى الكاثود عادةً بعلامة خضراء على الغلاف أو شق في العدسة. المظهر المنخفض للغاية البالغ 0.55 مم هو خاصية ميكانيكية مميزة. يتم توفير رسومات مفصلة ذات أبعاد في ورقة البيانات لتصميم نمط أرضية PCB.

5.2 مواصفات الشريط والبكرة

يتم توريد LEDs على شريط حامل بارز بعرض 8 مم مغلق بشريط غطاء علوي، ملفوف على بكرات قطرها 7 بوصات (178 مم). الكمية القياسية للبكرة هي 5000 قطعة. يتبع التغليف مواصفات ANSI/EIA 481-1-A-1994. تم تحسين هذا التنسيق لخطوط التجميع الآلي، مما يضمن التعامل والوضع بكفاءة.

6. إرشادات اللحام والتركيب

6.1 ملف تعريف لحام إعادة التدفق

يتم توفير ملف تعريف إعادة تدفق مقترح للعمليات الخالية من الرصاص. تشمل المعايير الرئيسية:

• التسخين المسبق:150 درجة مئوية إلى 200 درجة مئوية.
• وقت التسخين المسبق:120 ثانية كحد أقصى للسماح بتنشيط المساعد على اللحام المناسب واستقرار درجة الحرارة.
• درجة حرارة الذروة:260 درجة مئوية كحد أقصى.
• الوقت فوق السائل:10 ثوانٍ كحد أقصى (موصى به للحصول على وصلة لحام موثوقة).
• عدد دورات إعادة التدفق:مرتين كحد أقصى.

يستند الملف الشخصي إلى معايير JEDEC. من الأهمية بمكان توصيف الملف الشخصي لتصميم PCB المحدد، معجون اللحام، والفرن المستخدم في الإنتاج.

6.2 اللحام اليدوي

إذا كان اللحام اليدوي ضروريًا، استخدم مكواة ذات تحكم في درجة الحرارة مضبوطة على 300 درجة مئوية كحد أقصى. قلل وقت التلامس إلى 3 ثوانٍ كحد أقصى لكل وسادة. قم بتطبيق الحرارة على وسادة PCB، وليس مباشرة على جسم LED، لمنع الصدمة الحرارية.

6.3 التنظيف

إذا كان التنظيف بعد اللحام مطلوبًا، استخدم المذيبات المحددة فقط. غمر LED في كحول الإيثيل أو كحول الأيزوبروبيل في درجة حرارة الغرفة لأقل من دقيقة واحدة مقبول. لا تستخدم التنظيف بالموجات فوق الصوتية أو المنظفات الكيميائية غير المحددة، حيث يمكن أن تتلف عدسة الإيبوكسي أو الروابط الداخلية.

7. التخزين والتعامل

التخزين السليم أمر حيوي لمنع امتصاص الرطوبة، والذي يمكن أن يسبب "انفجار الفشار" (تشقق الغلاف) أثناء إعادة التدفق.

• العبوة المغلقة:قم بالتخزين عند ≤30 درجة مئوية و ≤90% رطوبة نسبية. الاستخدام خلال عام واحد من تاريخ التعبئة.
• العبوة المفتوحة:للمكونات التي تم إزالتها من كيسها المقاوم للرطوبة، يجب ألا تتجاوز بيئة التخزين 30 درجة مئوية و 60% رطوبة نسبية. يوصى بشدة بإكمال لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء خلال 672 ساعة (28 يومًا) من التعرض.
• التخزين الممتد (المفتوح):قم بالتخزين في حاوية محكمة الغلق مع مجفف أو في مجفف نيتروجين.
• التجفيف:إذا تعرضت LEDs لأكثر من 672 ساعة، فيجب تجفيفها عند حوالي 60 درجة مئوية لمدة 20 ساعة على الأقل قبل اللحام لطرد الرطوبة الممتصة.

8. ملاحظات التطبيق واعتبارات التصميم

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

• مؤشرات الحالة:زاوية رؤيته الواسعة وخرج الضوء الساطع يجعله مثاليًا لمؤشرات الطاقة، الاتصال، أو النشاط على الإلكترونيات الاستهلاكية، معدات الشبكات، ولوحات التحكم الصناعية.
• الإضاءة الخلفية:يمكن استخدامه لإضاءة حواف اللوحات الصغيرة، الرموز، أو الرموز في لوحات عدادات السيارات، الأجهزة المنزلية، والأجهزة المحمولة.
• الإضاءة الزخرفية:مناسب للإضاءة التكميلية في اللافتات، المعالم المعمارية، أو الألعاب حيث يكون اللون البرتقالي المحدد مطلوبًا.
• أنظمة الاستشعار:يمكن أن يعمل كمصدر ضوء في أجهزة الاستشعار البصرية، المقاطعات، أو كاشفات الأجسام العاكسة.

8.2 اعتبارات تصميم الدائرة

• الحد من التيار:LED هو جهاز يعمل بالتيار. استخدم دائمًا مقاومة محددة للتيار على التوالي أو دائرة محرك تيار ثابت. يمكن حساب قيمة المقاومة باستخدام قانون أوم: R = (V_supply- V_F) / I_F. استخدم أقصى V_Fمن ورقة البيانات لتصميم متحفظ.
• الإدارة الحرارية:بينما تبديد الطاقة منخفض، فإن ضمان مساحة نحاسية كافية في PCB حول الوسائد الحرارية (إن وجدت) وتجنب الوضع بالقرب من المكونات الأخرى المولدة للحرارة سيساعد في الحفاظ على درجة حرارة تقاطع أقل، مما يؤدي إلى عمر أطول وأداء مستقر.
• حماية ESD:على الرغم من عدم ذكرها صراحةً على أنها حساسة، فإن تنفيذ حماية ESD أساسية على خطوط الإشارة المتصلة بـ LEDs هو ممارسة تصميم جيدة للمتانة.

9. المقارنة التقنية والمزايا

مقارنة بتقنيات أقدم مثل GaAsP (فوسفيد زرنيخيد الغاليوم)، يقدم هذا LED من نوع AlInGaP مزايا كبيرة:

• كفاءة أعلى:يوفر AlInGaP المزيد من اللومن لكل واط، مما يؤدي إلى خرج أكثر سطوعًا لنفس تيار التشغيل أو استهلاك طاقة أقل لنفس السطوع.
• نقاء لوني أفضل:نصف العرض الطيفي أضيق، مما ينتج لونًا برتقاليًا أكثر تشبعًا وتميزًا بصريًا.
• تدهور حراري أقل:يحافظ AlInGaP على خرج الضوء واستقرار اللون بشكل أفضل مع درجة الحرارة والوقت مقارنة بالتقنيات الأقدم.
• مظهر فائق الرقة:الارتفاع البالغ 0.55 مم هو عامل تمييز رئيسي، مما يتيح التصميم في أجهزة استهلاكية ومحمولة رفيعة بشكل متزايد.

10. الأسئلة الشائعة (FAQ)

10.1 ما الفرق بين الطول الموجي القمة والطول الموجي السائد؟

الطول الموجي القمة (λ_P)هو الطول الموجي الفيزيائي حيث يصدر LED أكبر قدر من الطاقة الضوئية.الطول الموجي السائد (λ_d)هي قيمة محسوبة بناءً على كيفية إدراك العين البشرية للون. للمصادر أحادية اللون مثل LEDs، غالبًا ما تكون قريبة، لكن λ_dهي المعلمة المستخدمة لتحديد اللون والتصنيف.

10.2 هل يمكنني تشغيل هذا LED بتيار 20 مللي أمبير بشكل مستمر؟

نعم. الحد الأقصى المطلق للتيار الأمامي المستمر هو 30 مللي أمبير. التشغيل عند 20 مللي أمبير ضمن الحد المحدد. ومع ذلك، يجب عليك التأكد من أن تبديد الطاقة (V_F* I_F) لا يتجاوز 75 ميغاواط. عند V_Fنموذجي 1.8 فولت و 20 مللي أمبير، يكون التبديد 36 ميغاواط، وهو آمن.

10.3 لماذا تعتبر رطوبة التخزين مهمة جدًا؟

يمكن لمادة تغليف الإيبوكسي امتصاص الرطوبة من الهواء. أثناء التسخين السريع لحام إعادة التدفق، تتبخر هذه الرطوبة المحبوسة وتتمدد، مما يخلق ضغطًا داخليًا هائلاً. يمكن أن يؤدي هذا إلى التقشر (انفصال الإيبوكسي عن إطار الرصاص) أو تشقق الغلاف، المعروف باسم "انفجار الفشار"، مما يدمر الجهاز.

11. دراسة حالة تصميم: مؤشر بطارية منخفضة

السيناريو:تصميم جهاز طبي محمول مدمج ببطارية زر 3.0 فولت. يجب أن يضيء LED برتقالي واضح ومرئي عندما ينخفض جهد البطارية عن 2.7 فولت.

خيارات التصميم:

1. اختيار المكون:هذا LED مثالي بسبب مظهره المنخفض (يناسب الهيكل الرفيع)، جهد الأمامي المنخفض (~1.8 فولت)، والسطوع العالي.
2. التصنيف:اختر فئة الطول الموجي السائد "P" أو "Q" للون البرتقالي القياسي. اختر فئة شدة الإضاءة "K" أو "L" للرؤية العالية. تضمن فئة الجهد الأمامي الأضيق "D1" تشغيل LED بشكل ثابت مع انخفاض جهد البطارية.
3. الدائرة:دائرة مقارن بسيطة تراقب جهد البطارية. عندما يتم تشغيلها، فإنها تمكن ترانزستورًا يقود LED عبر مقاومة محددة للتيار. R = (2.7V - 1.8V) / 0.002A = 450Ω. سيتم استخدام مقاومة قياسية 470Ω، مما يوفر I_F≈ 1.9 مللي أمبير، وهو كافٍ للإشارة.
4. التخطيط:يتم وضع LED على اللوحة الأمامية. يسمح الغلاف فائق الرقة بوضعه خلف إطار أو موزع ضوء رفيع جدًا.

12. مقدمة عن مبدأ التكنولوجيا

يعتمد هذا LED على تكنولوجيا أشباه الموصلات AlInGaP. المنطقة النشطة هي هيكل بئر كمومي متعدد ينمو بشكل طبقي على ركيزة. عند تطبيق جهد أمامي، يتم حقن الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة حيث تتحد بشكل إشعاعي، مُصدرة فوتونات. تحدد النسبة المحددة من الألومنيوم، الإنديوم، الغاليوم، والفوسفيد في الشبكة البلورية طاقة فجوة النطاق، وبالتالي الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث - في هذه الحالة، البرتقالي. يتم استخراج الضوء من خلال عدسة إيبوكسي على شكل قبة والتي تحمي أيضًا شريحة أشباه الموصلات وروابط الأسلاك.

13. اتجاهات وتطورات الصناعة

يستمر اتجاه LEDs المؤشر والإشارة الصغيرة نحو:

1. التصغير:أغلفة أرق وأصغر (مثل ارتفاع 0.3 مم) لتمكين تصميمات جديدة في الأجهزة القابلة للارتداء والإلكترونيات فائقة الصغر.
2. كفاءة أعلى:التحسينات المستمرة في النمو الطبقي وتقنيات استخراج الضوء تدفع للحصول على المزيد من خرج الضوء لكل مللي أمبير، مما يقلل من استهلاك طاقة النظام.
3. تحسين اتساق اللون:تسامحات تصنيف أضيق واختبار متقدم على مستوى الرقاقة يضمنان اتساق لوني وسطوع أفضل في الإنتاج الضخم.
4. التكامل:نمو أغلفة متعددة الشرائح (RGB، ثنائي اللون) ووحدات LED مع محركات متكاملة أو منطق تحكم في غلاف واحد.

يمثل هذا المكون نقطة ناضجة ومحسنة في تطور تكنولوجيا LED SMD من نوع AlInGaP، موازنة الأداء، الحجم، والقابلية للتصنيع لمجموعة واسعة من تطبيقات الإضاءة العامة والتشوير.