ورقة بيانات مصباح LED أبيض 334-15/T1C5-7 QSA - عبوة T-1 3/4 - جهد أقصى 3.6 فولت - 110 ملي واط - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

تشرح هذه الوثيقة مواصفات ثنائي باعث للضوء الأبيض (LED) عالي اللمعان، مصمم لتطبيقات المؤشرات والإضاءة الخلفية. يستخدم الجهاز شريحة أشباه موصلات من نوع إنديوم جاليوم نيتريد (InGaN) مدمجة مع عاكس مملوء بمادة الفوسفور لإنتاج الضوء الأبيض من انبعاث الضوء الأزرق. يتم تغليف الـ LED في عبوة دائرية شائعة من نوع T-1 3/4، توفر توازنًا بين الحجم وكمية الضوء المناسب لمختلف التجميعات الإلكترونية.

الميزة الأساسية لهذا المنتج هي شدة إضاءته العالية، حيث تصل القيم النموذجية إلى مستويات كبيرة عند تيار تشغيل قياسي. تم تصميمه للتطبيقات التي تتطلب مؤشرات بصرية ساطعة وواضحة. يتوافق الجهاز مع اللوائح البيئية ذات الصلة ويتميز بحماية مدمجة ضد التفريغ الكهروستاتيكي (ESD)، مما يعزز موثوقيته أثناء التعامل والتشغيل.

2. المعلمات التقنية: تفسير موضوعي متعمق

2.1 القيم القصوى المطلقة

تحدد القيم القصوى المطلقة حدود الإجهاد التي إذا تجاوزتها قد يحدث تلف دائم للجهاز. هذه القيم ليست للتشغيل المستمر.

• تيار الأمام المستمر (I_F): 30 مللي أمبير. هذا هو الحد الأقصى للتيار المستمر الذي يمكن تطبيقه باستمرار على مصعد الـ LED.
• تيار الأمام الذروي (I_FP): 100 مللي أمبير. يُسمح بهذا التيار الأعلى فقط في ظل ظروف النبض، محددًا بدورة عمل 1/10 وتردد 1 كيلو هرتز.
• الجهد العكسي (V_R): 5 فولت. تطبيق جهد انحياز عكسي يتجاوز هذه القيمة يمكن أن يتلف وصلة أشباه الموصلات في الـ LED.
• تبديد الطاقة (P_d): 110 ملي واط. هذه هي أقصى طاقة يمكن للعبوة تبديدها كحرارة، وتحسب كحاصل ضرب جهد الأمام والتيار في ظل الظروف المحددة.
• درجة حرارة التشغيل والتخزين: تم تصنيف الجهاز للتشغيل من -40°م إلى +85°م ويمكن تخزينه من -40°م إلى +100°م.
• جهد تحمل التفريغ الكهروستاتيكي (HBM): 4 كيلو فولت. يشير هذا إلى مستوى الحماية ضد التفريغ الكهروستاتيكي وفقًا لنموذج جسم الإنسان.
• درجة حرارة اللحام: يمكن لأطراف التوصيل تحمل درجة حرارة ذروية تبلغ 260°م لمدة أقصاها 5 ثوانٍ أثناء عمليات اللحام.

2.2 الخصائص الكهروبصرية

يتم قياس هذه المعلمات في حالة اختبار قياسية بدرجة حرارة محيطة 25°م وتيار أمامي (I_F) بقيمة 20 مللي أمبير، والذي يعمل كنقطة مرجعية شائعة.

• جهد الأمام (V_F): يتراوح من 2.8 فولت (الحد الأدنى) إلى 3.6 فولت (الحد الأقصى)، مع وجود قيمة نموذجية ضمن هذا النطاق. هذا هو انخفاض الجهد عبر الـ LED عند مرور التيار المحدد.
• شدة الإضاءة (I_V): لها قيمة دنيا تبلغ 3600 مللي كانديلا ويمكن أن تصل إلى حد أقصى 7150 مللي كانديلا. تخضع الشدة الفعلية المُقدمة لنظام تصنيف مفصل لاحقًا.
• زاوية الرؤية (2θ_1/2): زاوية الرؤية الكاملة النموذجية، التي تكون عندها شدة الإضاءة نصف شدة المحور الذروية، هي 50 درجة. هذا يحدد انتشار الحزمة الضوئية للـ LED.
• إحداثيات اللونية: النقطة اللونية النموذجية في فضاء الألوان CIE 1931 هي x=0.30، y=0.29. هذا يحدد اللون الأبيض المُدرَك لمخرجات الـ LED.
• خصائص الزينر والعكسية: قد يتضمن الجهاز ثنائي زينر وقائي بجهد عكسي (V_z) بقيمة 5.2 فولت عند 5 مللي أمبير. تيار التسرب العكسي (I_R) يصل إلى 50 ميكرو أمبير عند 5 فولت.

3. شرح نظام التصنيف

لإدارة الاختلافات في الإنتاج، يتم فرز مصابيح LED إلى فئات أداء. هذا يسمح للمصممين باختيار قطع تلبي الحدود الدنيا المحددة لتطبيقهم.

3.1 تصنيف شدة الإضاءة

يتم تصنيف مصابيح LED إلى ثلاث فئات رئيسية بناءً على الحد الأدنى والأقصى لشدة إضاءتها المقاسة عند I_F=20 مللي أمبير. التسامح للشدة داخل الفئة هو ±10%.

• الفئة Q: من 3600 مللي كانديلا (الحد الأدنى) إلى 4500 مللي كانديلا (الحد الأقصى)
• الفئة R: من 4500 مللي كانديلا (الحد الأدنى) إلى 5650 مللي كانديلا (الحد الأقصى)
• الفئة S: من 5650 مللي كانديلا (الحد الأدنى) إلى 7150 مللي كانديلا (الحد الأقصى)

3.2 تصنيف جهد الأمام

يتم أيضًا تصنيف مصابيح LED وفقًا لانخفاض جهد الأمام عند I_F=20 مللي أمبير، مع عدم يقين قياس يبلغ ±0.1 فولت. هذا يساعد في تصميم دوائر قيادة تيار متسقة، خاصة عند توصيل عدة مصابيح LED على التوالي.

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

3.3 تصنيف اللون

يتم التحكم في ناتج اللون الأبيض ضمن مناطق محددة على مخطط اللونية CIE. يجمع المنتج مصابيح LED من فئات اللون B5 و B6 لتشكيل المجموعة 7. توفر ورقة البيانات نطاقات الإحداثيات الزاوية لهذه الفئات (مثلًا، لـ B5: x بين 0.287-0.311، y بين 0.276-0.315)، مما يضمن وقوع النقطة البيضاء ضمن منطقة محددة. عدم اليقين في قياس إحداثيات اللون هو ±0.01.

4. تحليل منحنيات الأداء

تتضمن ورقة البيانات عدة رسوم بيانية توضح سلوك الجهاز تحت ظروف متغيرة. هذه الرسوم أساسية لفهم الأداء بما يتجاوز المواصفات أحادية النقطة.

• الشدة النسبية مقابل الطول الموجي: يُظهر منحنى التوزيع الطيفي هذا الطول الموجي الذروي والطيف الموسع الناتج عن تحويل الفوسفور، وهو نموذجي لمصابيح LED البيضاء.
• نمط التوجيه: رسم قطبي يوضح التوزيع الزاوي لشدة الضوء، ويرتبط بزاوية الرؤية النموذجية البالغة 50 درجة.
• التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V): يُظهر هذا الرسم البياني العلاقة غير الخطية بين التيار والجهد. يُبرز انحدار المنحنى بعد جهد التشغيل أهمية القيادة بالتحكم في التيار للحصول على إخراج ضوئي مستقر.
• الشدة النسبية مقابل التيار الأمامي: يُوضح كيف يزداد إخراج الضوء مع زيادة تيار القيادة، عادةً بطريقة شبه خطية عند التيارات الأعلى بسبب انخفاض الكفاءة والتأثيرات الحرارية.
• إحداثيات اللونية مقابل التيار الأمامي: يُظهر كيف قد تتحول النقطة البيضاء (إحداثيات اللون) قليلاً مع تغيرات تيار القيادة، وهو أمر بالغ الأهمية للتطبيقات الحساسة للون.
• التيار الأمامي مقابل درجة الحرارة المحيطة: يوضح تخفيض الحد الأقصى المسموح به للتيار الأمامي مع زيادة درجة الحرارة المحيطة، وهو اعتبار رئيسي لإدارة الحرارة والموثوقية.

5. المعلومات الميكانيكية وعبوة التغليف

5.1 أبعاد العبوة

يستخدم الـ LED عبوة دائرية قياسية من نوع T-1 3/4 (حوالي 5 مم) مع عدسة راتنجية شفافة. تشمل الملاحظات الأبعادية الرئيسية: جميع الأبعاد بالمليمترات مع تسامح عام ±0.25 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك؛ يتم قياس تباعد الأطراف عند النقطة التي يخرج فيها الطرف من جسم العبوة؛ والبروز الأقصى للراتنج أسفل الحافة هو 1.5 مم. يوفر الرسم الميكانيكي المفصل قيمًا دقيقة للقطر الكلي، والارتفاع، وقطر الأطراف، والتباعد.

5.2 تحديد القطبية والتركيب

تتميز العبوة بحافة ذات جانب مسطح، والذي يشير عادةً إلى الطرف الكاثود (السالب). يعد التعريف الصحيح أمرًا بالغ الأهمية للتوصيل الصحيح للدائرة. تم تصميم الأطراف للتركيب عبر الثقب على لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs).

6. إرشادات اللحام والتجميع

يعد التعامل السليم أمرًا بالغ الأهمية لمنع التلف أثناء التجميع.

6.1 تشكيل الأطراف

• يجب أن يحدث الانحناء على بعد 3 مم على الأقل من قاعدة لمبة الإيبوكسي لتجنب الإجهاد على السد.
• يجب دائمًا إجراء التشكيلقبل soldering.
• يمكن أن يتسبب الإجهاد المفرط أثناء التشكيل في تشقق الإيبوكسي أو إتلاف الروابط الداخلية.
• يجب قطع الأطراف في درجة حرارة الغرفة.
• يجب أن تتماشى ثقوب PCB بدقة مع أطراف الـ LED لتجنب إجهاد التركيب.

6.2 ظروف اللحام

تم توفير المعلمات الموصى بها لتقليل الصدمة الحرارية:

• اللحام اليدوي: درجة حرارة طرف المكواة القصوى 300°م (لمكواة بقدرة قصوى 30 واط)، وقت اللحام الأقصى 3 ثوانٍ لكل طرف، مع الحفاظ على مسافة لا تقل عن 3 مم من نقطة اللحام إلى لمبة الإيبوكسي.
• اللحام بالموجة/الغمس: التسخين المسبق إلى حد أقصى 100°م لمدة تصل إلى 60 ثانية. يجب ألا تتجاوز درجة حرارة حمام اللحام 260°م، مع غمر المكون لمدة أقصاها 5 ثوانٍ. تنطبق قاعدة المسافة 3 مم أيضًا.

6.3 ظروف التخزين

لمنع امتصاص الرطوبة، والذي قد يسبب ظاهرة \"الفرقعة\" أثناء اللحام، يجب تخزين مصابيح LED عند درجة حرارة 30°م أو أقل ورطوبة نسبية 70% أو أقل. العمر الافتراضي للتخزين الموصى به من وقت الشحن هو 3 أشهر. للتخزين لفترات أطول (حتى عام واحد)، يجب حفظ القطع في كيس محكم مقاوم للرطوبة مع مجفف، ويفضل أن يكون ذلك في جو من النيتروجين.

7. معلومات التعبئة والطلب

7.1 مواصفات التعبئة

يتم تعبئة مصابيح LED لمنع التلف الكهروستاتيكي والمادي. توضع أولاً في أكياس مضادة للكهرباء الساكنة. يتم تعبئة كمية تتراوح من 200 إلى 500 قطعة في كل كيس. ثم توضع خمسة أكياس في صندوق كرتوني داخلي. أخيرًا، يتم تعبئة عشرة صناديق داخلية في صندوق رئيسي خارجي للشحن.

7.2 شرح الملصق

تتضمن ملصقات التعبئة عدة رموز: CPN (رقم قطعة العميل)، P/N (رقم قطعة الشركة المصنعة)، QTY (الكمية)، CAT (رمز مدمج لفئات شدة الإضاءة وجهد الأمام)، HUE (رمز درجة اللون)، REF (المرجع)، و LOT No. (رقم دفعة الإنتاج القابل للتتبع).

7.3 تسمية رقم الموديل

يتبع رقم القطعة 334-15/T1C5-7 QSA هيكلًا محددًا. تسمح رموز اللاحقة (الممثلة بمربعات في ورقة البيانات) باختيار فئة شدة الإضاءة المحددة، وفئة جهد الأمام، وميزات اختيارية أخرى كما هو محدد في دليل اختيار الشركة المصنعة.

8. اقتراحات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

كما هو مذكور في ورقة البيانات، فإن هذا الـ LED الأبيض عالي الشدة مناسب لـ:

• لوحات الرسائل واللافتات: حيث تكون هناك حاجة إلى وحدات بكسل أو مؤشرات فردية ساطعة.
• المؤشرات البصرية: أضواء الحالة على المعدات الصناعية، أو الإلكترونيات الاستهلاكية، أو لوحات التحكم.
• الإضاءة الخلفية: للشاشات الكريستالية السائلة الصغيرة، أو لوحات مفاتيح الغشاء، أو الإضاءة الزخرفية حيث تكون هناك حاجة إلى إضاءة متساوية، وغالبًا ما تُستخدم في مصفوفة.
• أضواء العلامات: للمعدات، أو المركبات، أو تطبيقات السلامة التي تتطلب وضوحًا عاليًا.

8.2 اعتبارات التصميم

• قيادة التيار: استخدم دائمًا مقاومًا محددًا للتيار على التوالي أو دائرة قيادة تيار ثابت. إن قيادة الـ LED مباشرة من مصدر جهد من المرجح أن يتلفه بسبب العلاقة الأسية بين التيار والجهد (I-V).
• إدارة الحرارة: على الرغم من أن الطاقة منخفضة نسبيًا، فإن ضمان التهوية الكافية أو تبديد الحرارة مهم للحفاظ على إخراج الإضاءة طويل الأمد والموثوقية، خاصة في درجات الحرارة المحيطة الأعلى أو تيارات القيادة الأعلى.
• التصميم البصري: توفر زاوية الرؤية البالغة 50 درجة حزمة ضوئية واسعة. للحصول على ضوء أكثر تركيزًا، قد تكون هناك حاجة إلى بصريات ثانوية مثل العدسات أو أنابيب الضوء.
• اختيار التصنيف: للتطبيقات التي تتطلب سطوعًا أو لونًا موحدًا عبر عدة مصابيح LED، يُنصح بتحديد فئة شدة ضيقة (مثل الفئة S فقط) ومجموعة جهد/لون محددة.

9. المقارنة التقنية والتمييز

مقارنةً بمصابيح LED البيضاء العامة مقاس 5 مم، يقدم هذا المنتج شدة إضاءة أعلى بكثير، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي يكون فيها السطوع الفائق أمرًا بالغ الأهمية. يوفر تضمين نظام تصنيف محدد لكل من الشدة وجهد الأمام قدرًا أكبر من القدرة على التنبؤ والاتساق في عمليات الإنتاج مقارنة بالبدائل غير المصنفة أو المصنفة بشكل فضفاض. تعزز الحماية المدمجة ضد التفريغ الكهروستاتيكي (4 كيلو فولت HBM) المتانة في بيئات التجميع. يستهدف المزيج المحدد لفئات اللون (B5+B6) نقطة بيضاء معينة، والتي قد تختلف عن النقاط البيضاء الأكثر برودة أو دفئًا التي تقدمها المنتجات الأخرى.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

10.1 ما الفرق بين تيار الأمام المستمر وذروة تيار الأمام؟

تيار الأمام المستمر (30 مللي أمبير) هو الحد الأقصى للتيار المستمر للتشغيل الآمن طويل الأمد. تيار الأمام الذروي (100 مللي أمبير) هو تصنيف نبضي قصير المدة يمكن استخدامه لفترات وجيزة (مثلًا، في العروض المتعددة) ولكن لا يجب تجاوزه حتى للحظة في التشغيل بالتيار المستمر، لأنه سيسبب ارتفاع درجة الحرارة وتدهور سريع.

10.2 كيف أختار المقاوم المحدد للتيار المناسب؟

استخدم قانون أوم: R = (V_المصدر- V_F) / I_F. استخدم أقصى V_Fمن ورقة البيانات (3.6 فولت) لتصميم متحفظ يضمن ألا يتجاوز التيار 20 مللي أمبير حتى مع التباين بين القطع. على سبيل المثال، مع مصدر جهد 5 فولت: R = (5V - 3.6V) / 0.020A = 70 أوم. سيتم اختيار القيمة القياسية الأقرب (68 أو 75 أوم)، ويجب التحقق من قدرتها على تحمل الطاقة (P = I²R).

10.3 هل يمكنني استخدام هذا الـ LED في الهواء الطلق؟

نطاق درجة حرارة التشغيل (-40°م إلى +85°م) يسمح بالاستخدام في العديد من البيئات الخارجية. ومع ذلك، فإن العبوة ليست مصنفة خصيصًا لمقاومة الماء أو التدهور بسبب الأشعة فوق البنفسجية. للتعرض المباشر في الهواء الطلق، ستكون هناك حاجة إلى حماية بيئية إضافية (طلاء مطابق، حاويات محكمة الإغلاق) للحماية من الرطوبة وأشعة الشمس.

11. مثال عملي لحالة استخدام

تصميم لوحة مؤشر حالة متعددة الـ LED:تتطلب لوحة تحكم 20 مصباح LED أبيض ساطع للإشارة إلى الحالة التشغيلية لوظائف الآلة المختلفة. يعد السطوع الموحد مهمًا من الناحية الجمالية والوضوح.

1. تصميم الدائرة: يختار المصمم تشغيل جميع مصابيح LED على التوازي من خط جهد 12 فولت. لكل فرع LED مقاوم محدد للتيار خاص به. باستخدام أقصى V_Fبقيمة 3.6 فولت و I_Fهدف بقيمة 20 مللي أمبير، تكون قيمة المقاوم (12V - 3.6V)/0.02A = 420 أوم. يتم اختيار مقاوم 430 أوم، 1/4 واط لكل فرع.
2. اختيار التصنيف: لضمان التجانس، يحدد المصمم مصابيح LED من الفئة S (أعلى شدة) ويطلبها من نفس دفعة الإنتاج ومجموعة اللون (المجموعة 7) لتقليل التباين في اللون والسطوع.
3. تخطيط PCB: يتم حفر الثقوب وفقًا لتباعد أطراف رسم العبوة. يتم الحفاظ على منطقة خالية بنصف قطر لا يقل عن 3 مم حول جسم الـ LED لتجنب تسرب اللحام أثناء اللحام بالموجة.
4. التجميع:** يتبع المجمع إرشادات اللحام اليدوي، باستخدام مكواة ذات تحكم في درجة الحرارة مضبوطة على 300°م وإكمال كل وصلة في أقل من 3 ثوانٍ.

12. مقدمة عن مبدأ التشغيل

هذا هو مصباح LED أبيض محول بالفوسفور. القلب عبارة عن شريحة أشباه موصلات مصنوعة من إنيديوم جاليوم نيتريد (InGaN). عند تطبيق جهد أمامي، تتحد الإلكترونات والثقوب داخل المنطقة النشطة للشريحة، مُطلقة فوتونات. تم هندسة مادة InGaN لبعث الضوء في المنطقة الزرقاء من الطيف (عادةً حوالي 450-455 نانومتر). لا ينبعث هذا الضوء الأزرق مباشرة. بدلاً من ذلك، يصطدم بطبقة من مادة الفوسفور (مثل الإيتريوم ألومنيوم غارنت المطعمة بالسيريوم، YAG:Ce) المترسبة داخل كوب العاكس المحيط بالشريحة. يمتص الفوسفور جزءًا من الفوتونات الزرقاء ويعيد إصدار الضوء عبر طيف أوسع، في الغالب في النطاق الأصفر. يدرك العين البشرية خليط الضوء الأزرق المتبقي غير الممتص والضوء الأصفر الناتج عن الفوسفور على أنه ضوء أبيض. يتم تحديد الدرجة الدقيقة للون الأبيض (أبيض بارد، أبيض محايد، أبيض دافئ) من خلال تركيب وسُمك طبقة الفوسفور.

13. اتجاهات التكنولوجيا

تستمر التكنولوجيا وراء هذا النوع من مصابيح LED في التطور. تشمل الاتجاهات العامة للصناعة:

• زيادة الكفاءة (لومن لكل واط): تؤدي التحسينات المستمرة في الطبقة البلورية للشريحة، واستخراج الضوء، وكفاءة الفوسفور إلى إخراج إضاءة أعلى لنفس المدخلات الكهربائية، مما يقلل من استهلاك الطاقة.
• تحسين تجسيد اللون: بينما تحدد ورقة البيانات هذه نقطة بيضاء واحدة، غالبًا ما تستخدم المنتجات الأحدث مخاليط فوسفور متعددة (مثل إضافة فوسفور أحمر) لتحقيق قيم أعلى لمؤشر تجسيد اللون (CRI)، مما يجعل الألوان تبدو أكثر طبيعية تحت الضوء.
• التصغير:** بينما تظل عبوة T-1 3/4 شائعة، هناك اتجاه واسع نحو عبوات أجهزة التركيب السطحي (SMD) الأصغر (مثل 3535، 3030، 2835) للتطبيقات عالية الكثافة، على الرغم من أن ذلك غالبًا ما يكون على حساب إجمالي إخراج الضوء لكل عبوة مقارنة بالأنواع الأكبر عبر الثقب.
• موثوقية وعمر تشغيل أعلى: تستمر التطورات في مواد التغليف، وتثبيت الشريحة، وربط الأسلاك في دفع العمر الافتراضي المصنف (L70/B50) لمصابيح LED إلى الأمام، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات الأكثر تطلبًا.