ورقة بيانات مصباح LED أبيض T-1 3 مم - عبوة 3.0x5.0 مم - جهد تشغيل نموذجي 3.2 فولت - تيار قيادة 20 مللي أمبير - قدرة 110 ميلي واط - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

توضح هذه الوثيقة مواصفات ثنائي باعث للضوء (LED) أبيض عالي اللمعان، مُغلف في عبوة دائرية قياسية T-1 (قطر 3 مم). تم تصميم الجهاز لتقديم إخراج ضوئي فائق، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب مؤشرات أو إضاءة ساطعة وواضحة. يتم توليد الضوء الأبيض بواسطة شريحة شبه موصل زرقاء من نوع InGaN، حيث يتم تحويل انبعاثها إلى ضوء أبيض بواسطة طبقة فوسفور مودعة داخل الكأس العاكس. يسمح هذا النهج التصميمي بإنتاج ضوء أبيض فعال ومتسق.

تشمل المزايا الأساسية لهذا المصباح LED شدته الضوئية العالية، والتي يمكن أن تصل إلى 14,250 ميللي كانديلا (mcd) تحت ظروف الاختبار القياسية. يتميز بعامل شكل عبوة شائع ومتوافق على نطاق واسع، مما يضمن سهولة التكامل في التصاميم وعمليات التصنيع الحالية. يتوافق الجهاز مع اللوائح البيئية ذات الصلة ويوفر حماية قوية ضد التفريغ الكهروستاتيكي (ESD)، مما يعزز موثوقيته في بيئات التعامل والتشغيل المختلفة.

يغطي السوق المستهدف لهذا المكون مجموعة واسعة من التطبيقات الإلكترونية. تشمل استخداماته الأساسية العمل كمؤشرات ضوئية على لوحات التحكم والأجهزة، وتوفير الإضاءة الخلفية للشاشات الصغيرة أو النقوش، والعمل كمصابيح علامة أو حالة، والتكامل في لوحات الرسائل أو اللافتات حيث تكون الرؤية العالية أمرًا بالغ الأهمية.

2. تحليل متعمق للمعاملات التقنية

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد الحدود القصوى المطلقة حدود الإجهاد التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا ينبغي تجاوز هذه القيم أبدًا، حتى بشكل لحظي، في تصميم الدائرة.

• التيار الأمامي المستمر (I_F): 30 مللي أمبير. هذا هو الحد الأقصى للتيار المستمر الذي يمكن تطبيقه باستمرار على مصعد LED.
• التيار الأمامي الذروي (I_FP): 100 مللي أمبير. هذا التصنيف للتيار النبضي (بدورة عمل 1/10، تردد 1 كيلوهرتز) ذو صلة بتطبيقات التعددية أو تخفيف السطوع PWM.
• الجهد العكسي (V_R): 5 فولت. تطبيق جهد انحياز عكسي يتجاوز هذا الحد يمكن أن يتسبب في انهيار الوصلة فورًا.
• تبديد الطاقة (P_d): 110 ميلي واط. هذا هو الحد الأقصى المسموح به لفقدان الطاقة داخل الجهاز، ويُحسب كحاصل ضرب الجهد الأمامي والتيار، بالإضافة إلى أي تسرب عكسي طفيف.
• درجة حرارة التشغيل والتخزين: تم تصنيف الجهاز للتشغيل من -40°C إلى +85°C ويمكن تخزينه من -40°C إلى +100°C.
• مقاومة التفريغ الكهروستاتيكي (HBM): 4 كيلو فولت. يشير تصنيف نموذج الجسم البشري هذا إلى مستوى جيد من الحماية ضد التفريغ الكهروستاتيكي أثناء التعامل.
• درجة حرارة اللحام: يمكن للأطراف تحمل 260°C لمدة 5 ثوانٍ، وهو ما يتوافق مع عمليات اللحام بالموجة أو إعادة التدفق القياسية.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

يتم قياس هذه المعلمات تحت ظروف الاختبار القياسية (T_a= 25°C) وتمثل الأداء النموذجي للجهاز.

• الجهد الأمامي (V_F): 2.8 فولت إلى 3.6 فولت عند I_F= 20 مللي أمبير. القيمة النموذجية حوالي 3.2 فولت. هذا النطاق بالغ الأهمية لتصميم دائرة تحديد التيار.
• الشدة الضوئية (I_V): 7,150 ميللي كانديلا إلى 14,250 ميللي كانديلا عند I_F= 20 مللي أمبير. هذه الشدة العالية هي ميزة رئيسية، حيث يتم تحديد القيمة الفعلية بواسطة رمز التصنيف (انظر القسم 3).
• زاوية الرؤية (2θ_1/2): حوالي 25 درجة. تركز زاوية الرؤية الضيقة هذه خرج الضوء في حزمة مركزة، مما يساهم في الشدة المحورية العالية.
• إحداثيات اللونية: الإحداثيات النموذجية هي x=0.26، y=0.27 على مخطط فضاء الألوان CIE 1931. هذا يحدد النقطة البيضاء للضوء المنبعث.
• التيار العكسي (I_R): أقصى 50 ميكرو أمبير عند V_R= 5 فولت، مما يشير إلى تسرب منخفض جدًا في حالة الإيقاف.

3. شرح نظام التصنيف

لضمان الاتساق في الإنتاج الضخم، يتم فرز مصابيح LED إلى مجموعات بناءً على معايير الأداء الرئيسية. يسمح ذلك للمصممين باختيار قطع تلبي متطلبات محددة للسطوع والجهد الأمامي.

3.1 تصنيف الشدة الضوئية

يتم تصنيف الخرج الضوئي إلى ثلاث مجموعات رئيسية، يُشار إليها بالرموز T، وU، وV. لكل مجموعة حد أدنى وأقصى محدد للشدة مقاسة عند 20 مللي أمبير.

• المجموعة T: 7,150 ميللي كانديلا (الحد الأدنى) إلى 9,000 ميللي كانديلا (الحد الأقصى)
• المجموعة U: 9,000 ميللي كانديلا (الحد الأدنى) إلى 11,250 ميللي كانديلا (الحد الأقصى)
• المجموعة V: 11,250 ميللي كانديلا (الحد الأدنى) إلى 14,250 ميللي كانديلا (الحد الأقصى)

ينطبق تسامح عام قدره ±10% على الشدة الضوئية داخل كل مجموعة.

3.2 تصنيف الجهد الأمامي

يتم فرز انخفاض الجهد الأمامي إلى أربع مجموعات، مرقمة من 0 إلى 3. هذا أمر بالغ الأهمية لضمان سطوع موحد عند توصيل عدة مصابيح LED على التوازي أو عند تصميم دوائر تشغيل دقيقة.

• المجموعة 0: 2.8 فولت إلى 3.0 فولت
• المجموعة 1: 3.0 فولت إلى 3.2 فولت
• المجموعة 2: 3.2 فولت إلى 3.4 فولت
• المجموعة 3: 3.4 فولت إلى 3.6 فولت

عدم اليقين في قياس الجهد الأمامي هو ±0.1 فولت.

3.3 تصنيف اللون

يتم التحكم في النقطة البيضاء ضمن مناطق محددة على مخطط اللونية CIE. تحدد ورقة البيانات رتبتين لونيتين أساسيتين، A0 وA1، لكل منهما حدود رباعية محددة بأربعة أزواج من الإحداثيات (x,y). تقع اللونية النموذجية (x=0.26، y=0.27) ضمن هذه المناطق المحددة. عدم اليقين في قياس إحداثيات اللون هو ±0.01. يتم توريد المنتج في مجموعة تصنيف مجمعة (2) والتي تشمل مصابيح LED من كل من الرتب اللونية A1 وA0.

4. تحليل منحنيات الأداء

تقدم منحنيات الخصائص المقدمة نظرة أعمق على سلوك الجهاز تحت ظروف مختلفة.

• الشدة النسبية مقابل الطول الموجي: يُظهر هذا المنحنى توزيع القدرة الطيفية للضوء الأبيض المنبعث. يتميز عادةً بقمة أولية في المنطقة الزرقاء (من شريحة InGaN) وقمة ثانوية أوسع في المنطقة الصفراء-الخضراء (من الفوسفور)، والتي تتحد معًا لخلق الضوء الأبيض.
• نمط التوجيهية: يوضح الرسم القطبي التوزيع المكاني لشدة الضوء، مؤكدًا زاوية الرؤية التقريبية البالغة 25 درجة حيث تنخفض الشدة إلى نصف قيمتها المحورية.
• التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V): هذا المنحنى الأسي أساسي لتصميم السائق. يظهر العلاقة بين الجهد المطبق والتيار الناتج، مسلطًا الضوء على الحاجة إلى حلول تحديد التيار، وليس مصادر الجهد، لتشغيل مصابيح LED.
• الشدة النسبية مقابل التيار الأمامي: يُظهر هذا المنحنى كيف يزيد خرج الضوء مع تيار التشغيل. يكون خطيًا بشكل عام ضمن نطاق التشغيل الموصى به ولكنه سيشبع عند التيارات الأعلى بسبب التأثيرات الحرارية وتأثيرات الكفاءة.
• اللونية مقابل التيار الأمامي: يُظهر هذا الرسم كيف قد تتحول النقطة البيضاء (إحداثيات اللون) قليلاً مع تغيرات تيار التشغيل، وهو أمر مهم للتطبيقات الحساسة للألوان.
• التيار الأمامي مقابل درجة الحرارة المحيطة: يشير منحنى تخفيض التصنيف هذا إلى كيفية انخفاق أقصى تيار تشغيل آمن مع ارتفاع درجة الحرارة المحيطة، وهو أمر ضروري لضمان الموثوقية طويلة المدى في البيئات عالية الحرارة.

5. المعلومات الميكانيكية والمتعلقة بالعبوة

يستخدم الجهاز عبوة دائرية قياسية T-1 (قطر 3 مم) مع عدسة راتنجية شفافة تمامًا. تشمل الأبعاد الميكانيكية الرئيسية قطر العبوة الإجمالي، والارتفاع من مستوى الجلوس إلى أعلى العدسة، وتباعد الأطراف. تم تصميم إطار الأطراف للتركيب عبر الثقب. يتم التعرف على المصعد والمهبط بطول الطرف أو علامات فيزيائية أخرى (عادةً، الطرف الأطول هو المصعد). يحدد رسم مفصل بالأبعاد جميع القياسات الحرجة، بما في ذلك قطر الطرف، وموضع مستوى الجلوس، وأي نتوءات. تشير الملاحظات إلى أن جميع الأبعاد بالمليمترات مع تسامح قياسي ±0.25 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك، ويتم قياس تباعد الأطراف عند النقطة التي يخرج فيها الطرف من جسم العبوة.

6. إرشادات اللحام والتجميع

التعامل السليم أمر بالغ الأهمية للحفاظ على أداء وموثوقية LED.

• تشكيل الأطراف: يجب إجراء الانحناءات على بعد 3 مم على الأقل من قاعدة عدسة الإيبوكسي لتجنب التشققات الناتجة عن الإجهاد. يجب إجراء التشكيل قبل اللحام وفي درجة حرارة الغرفة. يجب أن تتماشى ثقوب اللوحة المطبوعة (PCB) تمامًا مع أطراف LED لتجنب إجهاد التركيب.
• التخزين: يجب تخزين مصابيح LED عند ≤30°C و ≤70% رطوبة نسبية. العمر الافتراضي من الشحن هو 3 أشهر. للتخزين لفترات أطول (حتى سنة واحدة)، استخدم حاوية محكمة الغلق مملوءة بالنيتروجين مع مجفف. تجنب التغيرات السريعة في درجة الحرارة في البيئات الرطبة لمنع التكثيف.
• اللحام: حافظ على مسافة لا تقل عن 3 مم من نقطة اللحام إلى لمبة الإيبوكسي. الظروف الموصى بها هي:
  
  اللحام اليدوي: طرف المكواة ≤300°C، الوقت ≤3 ثوانٍ.
  
  اللحام بالموجة: تسخين مسبق ≤100°C (≤60 ثانية)، حمام اللحام ≤260°C لمدة ≤5 ثوانٍ.
  
  تجنب الإجهاد الميكانيكي على الأطراف أثناء اللحام وبعده مباشرة بينما تكون العبوة ساخنة.

7. معلومات التعبئة والطلب

يتم توريد مصابيح LED في عبوات مقاومة للرطوبة ومضادة للكهرباء الساكنة لحمايتها من التفريغ الكهروستاتيكي والأضرار البيئية أثناء الشحن والتخزين. تتضمن مواصفات التعبئة عادةً وضع مصابيح LED في أكياس مضادة للكهرباء الساكنة، والتي يتم تعبئتها بعد ذلك في صناديق داخلية، والتي يتم تعبئتها لاحقًا في صناديق شحن رئيسية. الكمية القياسية للتعبئة هي 200-1000 قطعة لكل كيس، 5 أكياس لكل صندوق داخلي، و10 صناديق داخلية لكل صندوق خارجي. يتضمن ملصق المنتج معلومات حرجة للتتبع والتعريف: رقم جزء العميل (CPN)، رقم جزء الشركة المصنعة (P/N)، الكمية (QTY)، الرتبة المجمعة للشدة الضوئية والجهد الأمامي (CAT)، الرتبة اللونية (HUE)، المرجع (REF)، ورقم الدفعة (LOT No.). يتبع تعيين المنتج تنسيقًا محددًا (مثل 204-15/FNC2-2TVA) والذي يشفر عائلة المنتج واختيارات التصنيف المحددة له من حيث الشدة والجهد واللون.

8. اقتراحات التطبيق واعتبارات التصميم

سيناريوهات التطبيق النموذجية: هذا المصباح LED عالي الشدة مثالي لمصابيح مؤشر اللوحات حيث تكون الرؤية أمرًا بالغ الأهمية، حتى في الظروف المضاءة جيدًا. يعمل بشكل ممتاز كإضاءة خلفية للمفاتيح الصغيرة، لوحات المفاتيح، أو اللوحات الشفافة. استخدامه في مصابيح العلامات لحالة المعدات أو مؤشرات الطوارئ هو تطبيق رئيسي آخر. في لوحات الرسائل أو شاشات المصفوفة النقطية منخفضة الدقة، يوفر بكسل ساطع ومنفصل.

اعتبارات التصميم:

• قيادة التيار: استخدم دائمًا سائق تيار ثابت أو مقاومة تحديد تيار على التوالي مع مصدر جهد. احسب قيمة المقاومة باستخدام R = (V_المصدر- V_F) / I_F، حيث يجب اختيار V_Fمن قيمة التصنيف القصوى (3.6 فولت) لتصميم قوي.
• الإدارة الحرارية: على الرغم من أن تبديد الطاقة منخفض، فإن ضمان التهوية الكافية وتجنب الوضع بالقرب من مصادر حرارة أخرى سيحافظ على خرج الضوء والعمر الافتراضي، خاصة عند تيارات تشغيل أعلى أو درجات حرارة محيطة مرتفعة.
• التصميم البصري: تخلق زاوية الرؤية الضيقة تأثير ضوء مسلط. للإضاءة الأوسع، قد تكون هناك حاجة إلى بصريات ثانوية مثل المشتتات أو العدسات.
• احتياطات التفريغ الكهروستاتيكي: على الرغم من تصنيفها بـ 4 كيلو فولت HBM، يوصى بإجراءات التعامل القياسية ضد التفريغ الكهروستاتيكي (محطات عمل مؤرضة، أسوار معصم) أثناء التجميع.

9. المقارنة التقنية والتمييز

مقارنة بمصابيح LED البيضاء 3 مم العامة، يتميز هذا الجهاز في المقام الأول من خلال شدته الضوئية الاستثنائية العالية، والتي يمكن أن تزيد عن ضعف أجزاء المصابيح القياسية. يوفر نظام التصنيف الرسمي للشدة والجهد واللون مستوى من الاتساق والقابلية للتنبؤ وهو أمر ضروري للتطبيقات المهنية وحجم الإنتاج الكبير حيث يكون المظهر والأداء الموحدان مطلوبين. يشير تضمين الحدود القصوى الشاملة، ومنحنيات الخصائص، وتعليمات التعامل التفصيلية إلى منتج مصمم للموثوقية وسهولة التكامل في التطبيقات المتطلبة، مما يميزه عن مصابيح LED الأساسية السلعية.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

س: ما المقاومة التي أحتاجها لمصدر جهد 5 فولت؟

ج: باستخدام أقصى V_Fقيمة 3.6 فولت و I_Fهدف 20 مللي أمبير: R = (5V - 3.6V) / 0.02A = 70 أوم. استخدم القيمة القياسية الأقرب (مثل 68 أو 75 أوم) وتحقق من التيار الفعلي وتصنيف قدرة المقاومة.

س: هل يمكنني تشغيل هذا المصباح LED عند 30 مللي أمبير بشكل مستمر؟

ج: نعم، 30 مللي أمبير ضمن الحد الأقصى المطلق لتصنيف التيار المستمر. ومع ذلك، قد يؤدي التشغيل عند الحد الأقصى للتصنيف إلى تقليل العمر الافتراضي وزيادة درجة حرارة الوصلة. للحصول على أطول عمر افتراضي مثالي، يوصى بالتشغيل عند 20 مللي أمبير أو أقل.

س: كيف يمكنني التعرف على المصعد والمهبط؟

ج: عادةً، الطرف الأطول هو المصعد (+). بالإضافة إلى ذلك، قد يكون جانب المهبط من عبوة LED به حافة مسطحة أو علامة أخرى على الحافة. تحقق دائمًا من الرسم التخطيطي في ورقة البيانات.

س: لماذا مصباح LED الخاص بي أقل سطوعًا من المتوقع؟

ج: الأسباب المحتملة تشمل: التشغيل بتيار أقل من 20 مللي أمبير، استخدام قيمة جهد أمامي عالية جدًا للحساب (مما يتسبب في تيار فعلي أقل)، التواجد في مجموعة شدة أقل (T مقابل V)، أو ارتفاع كبير في درجة حرارة الوصلة بسبب سوء تبديد الحرارة أو ارتفاع درجة الحرارة المحيطة.

11. حالة عملية للتصميم والاستخدام

الحالة: تصميم لوحة مؤشر حالة عالية الرؤية

تتطلب لوحة تحكم صناعية مجموعة من مؤشرات الحالة (الطاقة قيد التشغيل، النظام نشط، عطل) يجب أن تكون مرئية بوضوح من مسافة 10 أمتار في بيئة مصنع مضاءة جيدًا. يعد استخدام هذا المصباح LED عالي الشدة حلاً مثاليًا. سيختار المصمم مصابيح LED من مجموعة الشدة الضوئية الأعلى (V) لضمان أقصى سطوع. لضمان مظهر موحد، سيحدد أيضًا مجموعة جهد أمامي ضيقة (مثل المجموعة 1: 3.0-3.2 فولت) ورتبة لونية واحدة (A0 أو A1). سيتم تشغيل مصابيح LED عند 20 مللي أمبير عبر دائرة سائق تيار ثابت مشتركة بين جميع المؤشرات لضمان تيار متطابق وبالتالي سطوع متطابق. تساعد زاوية الرؤية الضيقة في تركيز الضوء نحو خط رؤية المشغل. يوفر تصنيف 4 كيلو فولت ضد التفريغ الكهروستاتيكي متانة إضافية للإعداد الصناعي.

12. مقدمة عن مبدأ التشغيل

يعمل هذا المصباح LED على مبدأ الإضاءة الكهربائية في وصلة أشباه الموصلات p-n. عندما يتم تطبيق جهد أمامي يتجاوز الجهد الكامن المدمج في الوصلة، يتم حقن الإلكترونات من المنطقة من النوع n والثقوب من المنطقة من النوع p في المنطقة النشطة حيث تتحد. في هذا الجهاز المحدد، تتكون المنطقة النشطة من نيتريد الغاليوم الإنديوم (InGaN)، والذي يصدر فوتونات في الطيف الأزرق عند إعادة الاتحاد. لا ينبعث هذا الضوء الأزرق مباشرة. بدلاً من ذلك، يصطدم بطبقة طلاء فوسفور (عادةً جرنيت الألومنيوم الإيتريوم المطعم بالسيريوم، أو YAG:Ce) مودعة داخل الكأس العاكس المحيط بالشريحة. يمتص الفوسفور فوتونات الضوء الأزرق عالية الطاقة ويعيد إصدار فوتونات ذات طاقة أقل عبر طيف واسع، بشكل أساسي في النطاق الأصفر. يُدرك العين البشرية مزيج الضوء الأزرق المتبقي والضوء الأصفر المحول كضوء أبيض. تُعرف هذه الطريقة بتقنية مصباح LED الأبيض المحول بالفوسفور.

13. اتجاهات السياق والتكنولوجيا

يمثل استخدام الشرائح الزرقاء القائمة على InGaN مع التحويل بالفوسفور التكنولوجيا المهيمنة لإنتاج مصابيح LED البيضاء للإضاءة العامة والمؤشرات. الاتجاه في هذا المجال يتجه باستمرار نحو كفاءة ضوئية أعلى (المزيد من لومن لكل واط)، وتحسين مؤشر تجسيد اللون (CRI) لدقة ألوان أفضل، ومزيد من الاتساق في نقطة اللون والسطوع (تصنيف أضيق). بينما تصف ورقة البيانات هذه عبوة عبر الثقب، فإن الاتجاه الأوسع في الصناعة يتجه بقوة نحو عبوات الأجهزة المركبة على السطح (SMD) مثل 3528، 5050، أو 2835 لمعظم التصاميم الجديدة بسبب حجمها الأصغر، المسار الحراري الأفضل إلى اللوحة المطبوعة، وملاءمتها للتجميع الآلي. ومع ذلك، تظل عبوات T-1 وغيرها من عبوات الثقب حيوية للتطبيقات التي تتطلب شدة نقطة واحدة عالية، متانة قصوى، تجميع يدوي، أو صيانة أنظمة قديمة. تستمر التطورات في تكنولوجيا الفوسفور وتصميم الشرائح في دفع حدود الأداء لجميع عوامل شكل LED.