ورقة بيانات LED أزرق SMD - ارتفاع 0.8 مم - جهد أقصى 3.8 فولت - قدرة 76 ميغاواط - عدسة شفافة - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

تحدد هذه الوثيقة مواصفات مكون LED أزرق فائق الرقة للتركيب السطحي. تم تصميم الجهاز للتجميعات الإلكترونية الحديثة المدمجة التي تتطلب مصدر إضاءة منخفض الارتفاع. تطبيقه الأساسي في الإضاءة الخلفية، مؤشرات الحالة، والإضاءة الزخرفية داخل الإلكترونيات الاستهلاكية، معدات المكاتب، وأجهزة الاتصالات.

تشمل المزايا الأساسية لهذا المكون مظهره الرفيع استثنائياً البالغ 0.80 مم، مما يسمح بالدمج في التصاميم المحدودة المساحة. يستخدم شريحة نرد من مادة إن-غا-ن (نيترايد الإنديوم والغاليوم)، المعروفة بإنتاج ضوء أزرق عالي السطوع. المنتج متوافق مع توجيهات RoHS (تقييد المواد الخطرة)، مما يصنفه كمنتج صديق للبيئة. يتم تعبئته على شريط بعرض 8 مم ملفوف على بكرات قطرها 7 بوصات، مما يجعله متوافقاً تماماً مع معدات التجميع الآلي عالية السرعة المستخدمة في التصنيع بالجملة.

2. التفسير العميق للمعايير التقنية

2.1 الحدود القصوى المطلقة

يتم تحديد حدود تشغيل الجهاز عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية. تجاوز هذه التقييمات قد يسبب تلفاً دائماً.

• تبديد الطاقة (Pd):76 ميغاواط. هذه هي أقصى كمية من الطاقة يمكن لحزمة LED تبديدها كحرارة دون تدهور الأداء أو الموثوقية.
• تيار الأمامي الذروي (I_FP):100 مللي أمبير. هذا هو أقصى تيار لحظي مسموح به في ظل ظروف النبض، محدد بدورة عمل 1/10 وعرض نبضة 0.1 مللي ثانية. وهو أعلى بكثير من تصنيف التيار المستمر.
• تيار الأمامي المستمر (I_F):20 مللي أمبير. هذا هو الحد الأقصى الموصى به للتيار الأمامي المستمر للتشغيل العادي، مما يضمن موثوقية طويلة الأمد وإخراج ضوء مستقر.
• نطاق درجة حرارة التشغيل:-20 درجة مئوية إلى +80 درجة مئوية. يتم ضمان عمل الجهاز ضمن نطاق درجة الحرارة المحيطة هذا.
• نطاق درجة حرارة التخزين:-30 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية. يمكن تخزين الجهاز دون تطبيق طاقة ضمن نطاق درجة الحرارة الأوسع هذا.
• شرط اللحام بالأشعة تحت الحمراء:260 درجة مئوية لمدة 10 ثوانٍ. هذا يحدد درجة حرارة الذروة وتحمل الوقت لعمليات لحام إعادة التدفق الخالية من الرصاص.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

يتم قياس هذه المعلمات عند Ta=25 درجة مئوية وتحدد الأداء النموذجي للجهاز.

• شدة الإضاءة (I_V):28.0 - 180.0 ميللي كانديلا عند I_F=20 مللي أمبير. يشير هذا النطاق الواسع إلى أن الجهاز متوفر في مجموعات سطوع مختلفة (انظر القسم 3). يتم القياس بمستشعر/مرشح يقارب منحنى استجابة العين الضوئي CIE.
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):130 درجة. هذه هي الزاوية الكاملة التي تنخفض فيها شدة الإضاءة إلى نصف قيمتها عند المحور المركزي (0°). زاوية الرؤية الواسعة نموذجية للعدسة الشفافة بدون قبة منتشرة.
• طول موجة الانبعاث الذروي (λ_P):468 نانومتر. هذا هو الطول الموجي الذي يكون فيه ناتج الطاقة الطيفية في أقصى حد.
• الطول الموجي السائد (λ_d):465.0 - 475.0 نانومتر عند I_F=20 مللي أمبير. هذا هو الطول الموجي الفردي الذي تدركه العين البشرية والذي يحدد لون الضوء، والمشتق من مخطط اللونية CIE.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):25 نانومتر. هذا يشير إلى نقاء الطيف؛ القيمة الأصغر تعني ضوءاً أكثر أحادية اللون. 25 نانومتر نموذجية لـ LED أزرق من نوع InGaN.
• الجهد الأمامي (V_F):2.8 - 3.8 فولت عند I_F=20 مللي أمبير. انخفاض الجهد عبر LED أثناء التشغيل. يتوافق هذا النطاق مع مجموعات جهد أمامي مختلفة.
• التيار العكسي (I_R):10 ميكرو أمبير (أقصى) عند V_R=5 فولت. تيار التسرب الصغير عند تطبيق انحياز عكسي.مهم:لم يتم تصميم الجهاز للعمل العكسي؛ شرط الاختبار هذا هو للتمييز فقط.

3. شرح نظام التصنيف

لضمان الاتساق في عمليات الإنتاج، يتم فرز مصابيح LED إلى مجموعات بناءً على معايير رئيسية. هذا يسمح للمصممين باختيار المكونات التي تلبي متطلبات التطبيق المحددة للأداء اللوني والكهربائي.

3.1 تصنيف الجهد الأمامي

الوحدات: فولت (V) @ 20 مللي أمبير. التسامح لكل مجموعة هو ±0.1 فولت.
المجموعة D7: 2.80 - 3.00 فولت
المجموعة D8: 3.00 - 3.20 فولت
المجموعة D9: 3.20 - 3.40 فولت
المجموعة D10: 3.40 - 3.60 فولت
المجموعة D11: 3.60 - 3.80 فولت

3.2 تصنيف شدة الإضاءة

الوحدات: ميللي كانديلا (mcd) @ 20 مللي أمبير. التسامح لكل مجموعة هو ±15%.
المجموعة N: 28.0 - 45.0 ميللي كانديلا
المجموعة P: 45.0 - 71.0 ميللي كانديلا
المجموعة Q: 71.0 - 112.0 ميللي كانديلا
المجموعة R: 112.0 - 180.0 ميللي كانديلا

3.3 تصنيف الطول الموجي السائد

الوحدات: نانومتر (nm) @ 20 مللي أمبير. التسامح لكل مجموعة هو ±1 نانومتر.
المجموعة AC: 465.0 - 470.0 نانومتر (أزرق مائل للأخضر قليلاً)
المجموعة AD: 470.0 - 475.0 نانومتر (أزرق أنقى قليلاً)

4. تحليل منحنى الأداء

بينما يتم الإشارة إلى المنحنيات الرسومية المحددة في ورقة البيانات (مثل الشكل 1، الشكل 6)، يمكن وصف سلوكها النموذجي بناءً على التكنولوجيا.

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

يحتوي أشباه الموصلات من نوع InGaN على جهد تشغيل مميز حوالي 2.8 فولت. فوق هذا العتبة، يزداد التيار بشكل أسي مع زيادة صغيرة في الجهد. سيظهر المنحنى نقطة انحناء حادة، نموذجية لسلوك الصمام الثنائي. التشغيل عند 20 مللي أمبير الموصى به يضمن أن الجهاز تجاوز نقطة الانحناء بكثير لإصدار ضوء مستقر.

4.2 شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي (منحنى L-I)

يكون ناتج الضوء (شدة الإضاءة) متناسباً تقريباً مع التيار الأمامي حتى نقطة معينة. ومع ذلك، قد تنخفض الكفاءة عند تيارات عالية جداً بسبب زيادة توليد الحرارة داخل الشريحة (تأثير الترهل). تم اختيار تصنيف 20 مللي أمبير لموازنة السطوع مع الكفاءة والعمر الطويل.

4.3 خصائص درجة الحرارة

أداء LED يعتمد على درجة الحرارة. عادة، مع زيادة درجة حرارة التقاطع:
- ينخفض الجهد الأمامي (V_F) قليلاً.
- تنخفض شدة الإضاءة. عامل التخفيض الدقيق خاص بالتطبيق ولكن يجب مراعاته للتصاميم التي تعمل في درجات حرارة محيطة عالية أو مع تيارات تشغيل عالية.
- قد يتحول الطول الموجي السائد قليلاً (عادة نحو أطوال موجية أطول لمصابيح LED الزرقاء).

4.4 التوزيع الطيفي

طيف الانبعاث هو منحنى يشبه غاوسي متمركز حول طول موجة الذروة (468 نانومتر) بعرض نصف 25 نانومتر. العدسة الشفافة لا تغير هذا الطيف بشكل كبير، على عكس العدسات ذات الطلاء الفوسفوري المستخدمة في مصابيح LED البيضاء.

5. معلومات الميكانيكية والتعبئة

5.1 أبعاد الحزمة

يتوافق الجهاز مع مخطط حزمة قياسي EIA (تحالف الصناعات الإلكترونية). تشمل الأبعاد الرئيسية ارتفاعاً إجمالياً (H) يبلغ 0.80 مم، مما يجعله مكوناً \"رفيعاً للغاية\". يتم توفير أبعاد حرجة أخرى لتصميم بصمة PCB في رسومات ورقة البيانات، مع تسامح عام يبلغ ±0.10 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك.

5.2 تحديد القطبية

مثل جميع الثنائيات، يحتوي LED على طرف أنود (موجب) وطرف كاثود (سالب). تستخدم الحزمة عادةً علامة مرئية، مثل شق، أو نقطة، أو زاوية مشطوفة على جانب الكاثود. سيُظهر تخطيط وسادة اللحام المقترح في ورقة البيانات الاتجاه الصحيح لتصميم PCB.

5.3 مواصفات الشريط والبكرة

يتم توريد المكون في شريط حامل بارز بشريط غطاء واقٍ، ملفوف على بكرات قطرها 7 بوصات (178 مم). الكمية القياسية للبكرة هي 3000 قطعة. تتبع التعبئة مواصفات ANSI/EIA-481. تشمل الملاحظات الرئيسية: الأماكن الفارغة مغلقة، الحد الأدنى لكمية التعبئة للباقي هو 500 قطعة، والحد الأقصى المسموح به للمكونات المفقودة المتتالية هو اثنان لكل بكرة.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 ملف لحام إعادة التدفق

الجهاز متوافق مع عمليات لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR)، وهو أمر أساسي للتجميع الخالي من الرصاص. يتم توفير ملف مقترح، يلتزم بمعايير JEDEC. تشمل المعلمات الرئيسية:
- التسخين المسبق:150–200 درجة مئوية
- وقت التسخين المسبق:الحد الأقصى 120 ثانية للسماح بالتسخين الموحد وتبخر المذيب.
- درجة حرارة الذروة:الحد الأقصى 260 درجة مئوية.
- الوقت فوق السائل (TAL):يظهر الملف المقترح وقتاً محدداً ضمن منطقة إعادة التدفق الحرجة؛ تحدد ورقة البيانات الحد الأقصى 10 ثوانٍ عند درجة حرارة الذروة.
- عدد المرات:الحد الأقصى دورتي إعادة تدفق.

6.2 اللحام اليدوي

إذا كان اللحام اليدوي ضرورياً، استخدم مكواة ذات تحكم في درجة الحرارة.
- درجة حرارة المكواة:الحد الأقصى 300 درجة مئوية.
- وقت اللحام:الحد الأقصى 3 ثوانٍ لكل وسادة.
- عدد المرات:مرة واحدة فقط. الحرارة المفرطة يمكن أن تلحق الضرر بالحزمة البلاستيكية وشريحة أشباه الموصلات.

6.3 ظروف التخزين

حساسية الرطوبة عامل حاسم لمكونات SMD.
- الحزمة المغلقة:قم بالتخزين عند ≤30 درجة مئوية و ≤90% رطوبة نسبية (RH). استخدم خلال عام واحد من تاريخ إغلاق الكيس عند التعبئة مع مجفف.
- الحزمة المفتوحة:للمكونات المزالة من كيس حاجز الرطوبة، يجب ألا تتجاوز بيئة التخزين 30 درجة مئوية / 60% رطوبة نسبية. يوصى بإكمال لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء خلال أسبوع واحد من الفتح.
- التخزين الممتد (المفتوح):قم بالتخزين في حاوية محكمة الإغلاق مع مجفف أو في مجفف نيتروجين.
- التجفيف:إذا تعرضت المكونات للظروف المحيطة لأكثر من أسبوع واحد، قم بتجفيفها عند حوالي 60 درجة مئوية لمدة 20 ساعة على الأقل قبل اللحام لإزالة الرطوبة الممتصة ومنع \"انفشار الذرة\" أثناء إعادة التدفق.

6.4 التنظيف

لا تستخدم منظفات كيميائية غير محددة. إذا كان التنظيف مطلوباً بعد اللحام، اغمر LED في كحول إيثيلي أو كحول أيزوبروبيلي في درجة الحرارة العادية لأقل من دقيقة واحدة. المذيبات العدوانية يمكن أن تلحق الضرر بالعدسة البلاستيكية والحزمة.

7. اقتراحات التطبيق

7.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

• الإضاءة الخلفية:لوحات المفاتيح، شاشات LCD الصغيرة، إضاءة الأيقونات.
• مؤشرات الحالة:التشغيل، الاستعداد، الاتصال، حالة شحن البطارية في الأجهزة المحمولة، الموجهات، والأجهزة.
• الإضاءة الزخرفية:إضاءة مميزة في الإلكترونيات الاستهلاكية.
• مؤشرات اللوحة:اللوحات الأمامية للمعدات.

7.2 اعتبارات التصميم

• تحديد التيار:استخدم دائماً مقاومة تحديد تيار على التوالي أو محرك تيار ثابت. احسب قيمة المقاومة باستخدام R = (V_المصدر- V_F) / I_F. استخدم أقصى V_Fمن المجموعة أو ورقة البيانات لضمان ألا يتجاوز التيار 20 مللي أمبير في أسوأ الظروف.
• حماية ESD:مصابيح LED حساسة للتفريغ الكهروستاتيكي (ESD). تعامل مع احتياطات ESD المناسبة (أساور المعصم، محطات العمل المؤرضة). قم بتضمين ثنائيات حماية ESD على لوحات PCB إذا كان LED في موقع مكشوف.
• إدارة الحرارة:على الرغم من أن تبديد الطاقة منخفض، تأكد من وجود مساحة نحاسية كافية في PCB أو فتحات حرارية تحت وسائد LED لتصريف الحرارة، خاصة في بيئات درجة الحرارة المحيطة العالية أو عند التشغيل بالقرب من أقصى تيار.
• التصميم البصري:توفر زاوية الرؤية البالغة 130 درجة تغطية واسعة. للضوء الموجه، قد تكون العدسات الخارجية أو أدلة الضوء ضرورية.

8. المقارنة التقنية والتمييز

مقارنة بمصابيح LED القديمة ذات الثقب أو حزم SMD الأكبر (مثل 0603، 0805)، فإن المميز الأساسي لهذا الجهاز هو ارتفاعه البالغ 0.8 مم، مما يتيح منتجات نهائية أرق. مقارنة بمصابيح LED \"الشريحة\" الأخرى، فإن استخدام تكنولوجيا InGaN يوفر سطوعاً وكفاءة أعلى لإصدار الضوء الأزرق من التقنيات القديمة. يجعل الجمع بين المظهر الرفيع، السطوع العالي، والتوافق مع التجميع الآلي عالي الحرارة الخالي من الرصاص الجهاز مناسباً للإنتاج الضخم الحديث، الفعال من حيث التكلفة، والموثوق.

9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

س: هل يمكنني تشغيل هذا LED بجهد 3.3 فولت بدون مقاومة؟
ج: لا. يتراوح الجهد الأمامي من 2.8 فولت إلى 3.8 فولت. قد يؤدي توصيل 3.3 فولت مباشرة إلى تيار مفرط إذا كان V_Fلـ LED في الطرف المنخفض من النطاق (مثلاً 2.9 فولت)، مما قد يتلفه. استخدم دائماً آلية تحديد تيار.

س: ما الفرق بين طول موجة الذروة والطول الموجي السائد؟
ج: طول موجة الذروة (λ_P) هو الذروة الفيزيائية لطيف الضوء (468 نانومتر). الطول الموجي السائد (λ_d) هو الطول الموجي الفردي الذي تدركه العين البشرية كلون (465-475 نانومتر)، محسوباً من إحداثيات اللون. بالنسبة لمصابيح LED أحادية اللون مثل هذا الأزرق، فهي قريبة ولكن ليست متطابقة.

س: لماذا يكون شرط رطوبة التخزين أكثر صرامة للحزم المفتوحة؟
ج: تمتص حزم SMD البلاستيكية الرطوبة من الهواء. أثناء الحرارة العالية لعملية لحام إعادة التدفق، يمكن لهذه الرطوبة المحبوسة أن تتبخر بسرعة، مما يخلق ضغطاً داخلياً يمكن أن يتسبب في تشقق الحزمة (\"انفشار الذرة\" أو \"التقشير\"). تمنع الحدود الأكثر صرامة وإجراءات التجفيف هذا النمط من الفشل.

س: هل يمكنني استخدام هذا للإشارة إلى الجهد العكسي؟
ج: لا. تنص ورقة البيانات صراحةً على أن الجهاز لم يتم تصميمه للعمل العكسي. اختبار التيار العكسي 5 فولت هو للتمييز فقط. تطبيق انحياز عكسي مستمر من المرجح أن يتلف LED.

10. حالة تصميم عملية

السيناريو:تصميم مؤشر حالة لجهاز يعمل بالطاقة عبر USB (مصدر 5 فولت).
الخطوة 1 - اختيار المكون:اختر مجموعة سطوع (مثل المجموعة P للسطوع المتوسط) ومجموعة جهد أمامي (مثل المجموعة D9 لحساب التصميم).
الخطوة 2 - تصميم الدائرة:احسب المقاومة التسلسلية. باستخدام أقصى V_Fمن المجموعة D9 (3.4 فولت) و I_Fالمستهدف 20 مللي أمبير: R = (5 فولت - 3.4 فولت) / 0.020 أمبير = 80 أوم. اختر القيمة القياسية الأقرب (82 أوم). أعد حساب التيار الفعلي: I_F= (5 فولت - 3.2 فولت*) / 82Ω ≈ 21.95 مللي أمبير (آمن). *باستخدام V_F.
النموذجيالخطوة 3 - تخطيط PCB:
ضع المقاومة 82 أوم على التوالي مع أنود LED. اتبع أبعاد وسادة اللحام المقترحة من ورقة البيانات. قم بتضمين تخفيف حراري صغير أو صب نحاسي إضافي لتبديد الحرارة.الخطوة 4 - التجميع:

اتبع ملف إعادة التدفق الموصى به. قم بتخزين البكرات المفتوحة في خزانة جافة إذا لم تستخدم على الفور.

11. مقدمة المبدأ

يعتمد هذا LED على بنية شبه موصل غير متجانسة مصنوعة من نيترايد الإنديوم والغاليوم (InGaN). عند تطبيق جهد أمامي، يتم حقق الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة من أشباه الموصلات. تتحد، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد التركيب المحدد لسبيكة InGaN طاقة فجوة النطاق، والتي بدورها تحدد الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث - في هذه الحالة، الأزرق. تقوم العدسة الإيبوكسية الشفافة بتغليف وحماية شريحة أشباه الموصلات مع تشكيل حزمة إخراج الضوء أيضاً.

12. اتجاهات التطوير