ورقة بيانات LED الأبيض LTW-020ZDCG - حزمة SMD - جهد تشغيل نموذجي 3.2 فولت - تيار 20 مللي أمبير - شدة إضاءة 1000-1720 مكد - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

هذا المكون هو مصباح LED أبيض من نوع Surface-Mount (SMD) مصمم كمصدر ضوء موفر للطاقة ومضغوط. يجمع بين العمر الطويل والموثوقية المتأصلة في تكنولوجيا LED مع مستويات سطوع تنافسية، بهدف توفير مرونة في التصميم لتطبيقات الإضاءة ذات الحالة الصلبة (Solid-State Lighting) التي تهدف إلى استبدال حلول الإضاءة التقليدية.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

تشمل الميزات الرئيسية لهذا الـ LED التوافق مع معدات التركيب الآلي، والملاءمة لعمليات لحام الريفلو بالأشعة تحت الحمراء والطور البخاري، والامتثال لمعايير المنتجات الخضراء (خالية من الرصاص وRoHS). يتم تغليفه على شريط بعرض 12 مم ملفوف على بكرات قطرها 7 بوصات.

مجالات التطبيق الرئيسية:

• أضواء القراءة في السيارات والحافلات وطائرات الركاب.
• الإضاءة المحمولة مثل المصابيح اليدوية وأضواء الدراجات.
• الإضاءة المعمارية والديكورية: الإضاءة النازلة (Downlighters)، إضاءة الكوف (Cove Lighting)، إضاءة تحت الرفوف، إضاءة المهام.
• الإضاءة الخارجية والأمنية: أعمدة الإضاءة (Bollards)، أضواء الحدائق.
• اللافتات: لافتات مضاءة من الحواف (Edge-lit) لعروض الخروج أو نقاط البيع.
• إضاءة الإشارات: إشارات المرور، المنارات، أضواء تقاطعات السكك الحديدية.

2. المعلمات التقنية: تفسير موضوعي متعمق

2.1 القيم القصوى المطلقة

تحدد هذه القيم الحدود التي إذا تم تجاوزها قد يحدث تلف دائم للجهاز. يُنصح بشكل خاص بعدم التشغيل تحت انحياز عكسي.

• تبديد الطاقة:120 ملي واط
• تيار التشغيل الأمامي الذروي:100 مللي أمبير (عند دورة عمل 1/10، وعرض نبضة 0.1 مللي ثانية)
• تيار التشغيل الأمامي المستمر:30 مللي أمبير
• الجهد العكسي:5 فولت
• نطاق درجة حرارة التشغيل:من -30°C إلى +85°C
• نطاق درجة حرارة التخزين:من -40°C إلى +100°C
• ظروف لحام الريفلو:درجة حرارة ذروية 260°C لمدة أقصاها 10 ثوانٍ (عملية خالية من الرصاص).

2.2 الخصائص الكهروضوئية

يتم القياس عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25°C وتيار تشغيل أمامي (IF) قدره 20 مللي أمبير، ما لم يُذكر خلاف ذلك.

• الشدة الضوئية (IV):الحد الأدنى 1000 مكد، النموذجي 1720 مكد. يتم قياس هذه المعلمة باستخدام مستشعر مُرشح لمطابقة منحنى استجابة العين الضوئي CIE.
• زاوية الرؤية (2θ1/2):110 درجة. هذا يحدد الانتشار الزاوي حيث تكون الشدة الضوئية على الأقل نصف الشدة القصوى.
• إحداثيات اللونية (x, y):بناءً على مخطط اللونية CIE 1931. القيم النموذجية المقدمة هي x=0.300، y=0.290. يجب تطبيق تسامح ±0.01 على هذه الإحداثيات. المعيار المرجعي للاختبار هو CAS140B.
• جهد التشغيل الأمامي (VF):الحد الأدنى 2.9 فولت، الحد الأقصى 3.6 فولت عند IF=20mA.
• جهد تحمل التفريغ الكهروستاتيكي (ESD):2 كيلو فولت (نموذج جسم الإنسان). يوصى بشدة باتخاذ احتياطات التعامل مع ESD، بما في ذلك استخدام أسوار المعصم والمعدات المؤرضة.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

يتم تصنيف المنتج إلى مجموعات (Bins) بناءً على معلمات رئيسية لضمان الاتساق داخل الدفعة الإنتاجية. يجب على المصممين مراعاة هذه المجموعات لمطابقة اللون والسطوع في تطبيقاتهم.

3.1 تصنيف جهد التشغيل الأمامي (VF)

يتم فرز مصابيح LED إلى مجموعات (من V0 إلى V6) بناءً على انخفاض جهد التشغيل الأمامي عند 20mA. كل مجموعة لها نطاق 0.1V، مع تسامح إضافي قدره ±0.1V على كل مجموعة.

• مثال: المجموعة V0 تغطي من 2.9V إلى 3.0V.

3.2 تصنيف الشدة الضوئية (IV)

يتم فرز مصابيح LED إلى مجموعات (T, A, B, C, D) بناءً على شدتها الضوئية عند 20mA. ينطبق تسامح ±10% على نطاق كل مجموعة.

• مثال: المجموعة D تغطي من 1580 مكد إلى 1720 مكد.

3.3 درجات اللون (تصنيف اللونية)

يحدد جدول مفصل درجات ألوان محددة (مثل A52، A53، BE1، BG3). يتم تعريف كل درجة بواسطة شكل رباعي أو مثلث على مخطط اللونية CIE 1931، محدد بثلاث أو أربع نقاط إحداثيات (x, y). هذا يسمح بالاختيار الدقيق للون والمطابقة للتطبيقات التي تتطلب إحداثيات نقطة بيضاء محددة.

4. تحليل منحنيات الأداء

تشير ورقة البيانات إلى منحنيات الخصائص الكهربائية والبصرية النموذجية المقاسة عند درجة حرارة محيطة 25°C. بينما لا يتم تفصيل الرسوم البيانية المحددة في النص المقدم، فإن هذه المنحنيات تشمل عادةً:

• الشدة الضوئية النسبية مقابل تيار التشغيل الأمامي:يوضح كيف يزداد إخراج الضوء مع التيار، عادةً بطريقة غير خطية، ويصل في النهاية إلى مرحلة التشبع.
• جهد التشغيل الأمامي مقابل تيار التشغيل الأمامي:منحنى IV، يوضح العلاقة الأسية المميزة للدايود.
• الشدة الضوئية النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطة:يوضح انخفاض إخراج الضوء مع ارتفاع درجة حرارة التقاطع، وهو عامل حاسم لإدارة الحرارة.
• توزيع القدرة الطيفية:بالنسبة لـ LED أبيض (على الأرجح شريحة زرقاء مع مادة فسفورية)، سيظهر هذا الذروة الزرقاء والطيف الأصفر الأوسع المحول بواسطة الفسفور.

5. المعلومات الميكانيكية ومواصفات الحزمة

5.1 الأبعاد الخارجية

جميع الأبعاد بالمليمترات مع تسامح قياسي ±0.1 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. الحزمة هي بتنسيق SMD قياسي في الصناعة. يتم تحديد الطرف الموجب (الأنود) بوضوح في الرسم البياني للتوجيه الصحيح للقطبية أثناء التجميع.

5.2 تخطيط لوحة التثبيت الموصى بها على PCB

يتم توفير تصميم نمط التثبيت (Land Pattern) للوحة الدوائر المطبوعة (PCB) لضمان لحام موثوق أثناء عملية الريفلو بالأشعة تحت الحمراء أو الطور البخاري. الالتزام بهذا التصميم الموصى به أمر بالغ الأهمية لتحقيق تكوين وصلة لحام مناسبة واستقرار ميكانيكي.

6. إرشادات اللحام والتركيب

6.1 معلمات لحام الريفلو

تم تصنيف المكون للحام الريفلو الخالي من الرصاص بدرجة حرارة ذروية 260°C لمدة أقصاها 10 ثوانٍ. يُقترح استخدام ملف تعريف لحام متوافق مع J-STD-020D. يجب أن يتضمن الملف تعريف مراحل التسخين المسبق، والنقع، واللحام، والتبريد المناسبة لتقليل الصدمة الحرارية وضمان وصلات لحام موثوقة.

6.2 ظروف التخزين والتعامل

يتم تصنيف الـ LED على أنه مستوى حساسية الرطوبة (MSL) 3 وفقًا لـ JEDEC J-STD-020.

• الحزمة المغلقة:قم بالتخزين عند ≤30°C و ≤90% رطوبة نسبية. العمر الافتراضي هو سنة واحدة في الكيس المضاد للرطوبة مع مجفف.
• الحزمة المفتوحة:قم بالتخزين عند ≤30°C و ≤60% رطوبة نسبية. يجب إخضاع المكونات لللحام خلال 168 ساعة (7 أيام) من التعرض. إذا تحولت بطاقة مؤشر الرطوبة إلى اللون الوردي (≥10% رطوبة نسبية) أو تم تجاوز وقت التعرض، يوصى بالخبز عند 60°C لمدة 48 ساعة على الأقل قبل الاستخدام. أعد إغلاق أي أجزاء غير مستخدمة مع مجفف.

6.3 التنظيف

إذا كان التنظيف ضروريًا بعد اللحام، استخدم فقط المذيبات المحددة. يُسمح بغمر الـ LED في كحول الإيثيل أو كحول الأيزوبروبيل في درجة الحرارة العادية لأقل من دقيقة واحدة. يُمنع استخدام المنظفات الكيميائية غير المحددة لأنها قد تتلف حزمة الـ LED أو البصريات.

7. معلومات التغليف والطلب

7.1 مواصفات الشريط والبكرة

يتم توريد المكونات في شريط ناقل بارز بعرض 12 مم، ملفوف على بكرات قطرها 7 بوصات (178 مم).

• سعة البكرة:بحد أقصى 2000 قطعة لكل بكرة.
• شريط الغطاء:يتم إغلاق الجيوب الفارغة بشريط غطاء علوي.
• المكونات المفقودة:يُسمح بحد أقصى مكونين مفقودين متتاليين ("مصابيح") وفقًا للمواصفات.
• المعيار:يتوافق التغليف مع مواصفات EIA-481-1-B.

يتم توفير رسومات أبعاد مفصلة لكل من جيوب الشريط الناقل والبكرة في ورقة البيانات.

8. اقتراحات التطبيق واعتبارات التصميم

8.1 اعتبارات التصميم

• تحديد التيار:قم دائمًا بتشغيل الـ LED باستخدام مصدر تيار ثابت أو مقاومة محددة للتيار. الحد الأقصى المطلق للتيار المستمر هو 30mA؛ التشغيل النموذجي عند 20mA.
• إدارة الحرارة:على الرغم من أن تبديد الطاقة منخفض (120mW كحد أقصى)، فإن ضمان مساحة نحاسية كافية في الـ PCB أو الفتحات الحرارية (Thermal Vias) يساعد في الحفاظ على درجة حرارة تقاطع أقل، مما يحافظ على إخراج الضوء وطول العمر.
• حماية التفريغ الكهروستاتيكي (ESD):نفذ إجراءات حماية ESD في الدائرة وأثناء التعامل، حيث أن الجهاز مصنف لـ 2kV HBM فقط.
• البصريات:زاوية الرؤية 110 درجة مناسبة للإضاءة ذات المنطقة الواسعة. للحزم المركزة، ستكون هناك حاجة إلى بصريات ثانوية (عدسات).

8.2 قيود وتحذيرات التطبيق

تحتوي ورقة البيانات على تحذير حاسم فيما يتعلق بنطاق التطبيق. هذه المصابيح مخصصة للإلكترونيات التجارية والصناعية القياسية. لم يتم تصميمها أو تأهيلها للتطبيقات التي يمكن أن يؤدي فيها الفشل إلى تعريض الحياة أو الصحة للخطر بشكل مباشر، مثل:

• أنظمة التحكم في الطيران
• معدات دعم الحياة الطبية
• إشارات السلامة الحرجة في النقل (بدون تأهيل إضافي)
• أنظمة عالية الموثوقية/حرجة السلامة الأخرى

مطلوب التشاور مع الشركة المصنعة لمثل هذه التطبيقات.

9. المقارنة التقنية والتمييز

بينما لا يتم تقديم مقارنة مباشرة مع أرقام أجزاء أخرى في ورقة البيانات الفردية هذه، يمكن استنتاج المميزات الرئيسية لهذا المكون:

• نطاق السطوع:يوفر شدة ضوئية عالية نسبيًا (تصل إلى 1720 مكد عند 20mA) بالنسبة لحجم حزمته، مستهدفًا التطبيقات التي تتطلب سطوعًا جيدًا للنقطة المصدرية.
• تصنيف اللون:يسمح جدول درجات الألوان الواسع بالاختيار الدقيق للون، وهو أمر مفيد للتطبيقات التي تتطلب مظهر لون أبيض متسق عبر مصابيح LED متعددة.
• التوافق:التوافق الكامل مع عمليات تجميع SMD القياسية (التركيب الآلي، لحام الريفلو بالأشعة تحت الحمراء/الطور البخاري) يجعله حلاً جاهزًا للتصنيع بكميات كبيرة.

10. الأسئلة الشائعة بناءً على المعلمات التقنية

10.1 ما هو تيار وجهد التشغيل النموذجيين؟

حالة الاختبار القياسية ونقطة التشغيل النموذجية هي تيار تشغيل أمامي 20mA. عند هذا التيار، يقع جهد التشغيل الأمامي عادةً بين 2.9V و 3.6V، اعتمادًا على مجموعة VF المحددة. استهلاك الطاقة حوالي 60-70mW.

10.2 كيف أفسر رموز تصنيف اللون؟

تتوافق الرموز الأبجدية الرقمية (مثل A52، BE3) مع مناطق محددة على مخطط اللونية CIE 1931 المحدد في جدول درجات الألوان. لضمان تجانس اللون في تصميمك، حدد واستخدم مصابيح LED من نفس درجة اللون. غالبًا ما يقوم الحرف/الرقم الأول بتجميع درجات حرارة اللون أو الألوان المتشابهة.

10.3 هل يمكنني تشغيل هذا الـ LED بمصدر طاقة 5 فولت؟

ليس مباشرةً. سيؤدي توصيل مصدر طاقة 5 فولت مباشرة عبر الـ LED إلى تدفق تيار مفرط، ومن المحتمل أن يتجاوز الحد الأقصى المطلق ويُدمر الجهاز. يجب عليك استخدام مقاومة محددة للتيار على التوالي أو محرك تيار ثابت. على سبيل المثال، مع مصدر طاقة 5 فولت وهدف 20mA، بافتراض VF بقيمة 3.2V، ستكون المقاومة التسلسلية المطلوبة R = (5V - 3.2V) / 0.02A = 90 أوم (يمكن استخدام مقاومة قياسية 91 أوم).

10.4 ما هي متطلبات التعامل مع مستوى الحساسية للرطوبة MSL 3؟

يعني MSL 3 أن الحزمة يمكنها تحمل ما يصل إلى 168 ساعة (7 أيام) من ظروف أرضية المصنع (≤30°C / 60% رطوبة نسبية) بعد فتح الكيس المضاد للرطوبة. إذا تم فتح الكيس، لديك أسبوع واحد لإكمال عملية لحام الريفلو. إذا تم تجاوز هذا الوقت، يجب خبز الأجزاء عند 60°C لمدة 48 ساعة لإزالة الرطوبة الممتصة ومنع ظاهرة "الفشار" (تكسير الحزمة) أثناء الريفلو.

11. أمثلة عملية للتصميم والاستخدام

11.1 مثال: تصميم ضوء مؤشر مثبت على لوحة الدوائر المطبوعة (PCB)

السيناريو:إنشاء مؤشر حالة بسيط يعمل من دبوس GPIO لوحدة تحكم دقيقة بجهد 3.3V.
خطوات التصميم:

1. تحديد التيار:يمكن لدبوس GPIO توفير 20mA. هذا يتطابق مع التيار النموذجي للـ LED. لا حاجة لمحرك خارجي.
2. حساب المقاومة (هامش أمان):على الرغم من أن VCC (3.3V) قريب من VF (~3.2V)، فإن استخدام مقاومة تسلسلية صغيرة هو ممارسة جيدة للحد من تيار الاندفاع. R = (3.3V - 3.2V) / 0.02A = 5 أوم. استخدم مقاومة 10 أوم للحد الأكثر أمانًا.
3. تخطيط PCB:استخدم نمط التثبيت الموصى به. قم بتوصيل الكاثود (المحدد في الرسم الخارجي) بالمقاومة ثم بدبوس GPIO. قم بتوصيل الأنود بخط 3.3V. قم بتضمين مساحة نحاسية صغيرة تحت لوحة الـ LED لتبديد الحرارة قليلاً.
4. البرمجيات:قم بتشغيل دبوس GPIO على الوضع العالي (High) لتشغيل الـ LED.

11.2 مثال: مصفوفة متعددة الـ LED لإضاءة المهام

السيناريو:تصميم ضوء تحت الرف باستخدام 10 مصابيح LED لإضاءة متساوية.
اعتبارات التصميم:

• مطابقة اللون:حدد مجموعة لون واحدة وضيقة (مثل BE2) من موردك لتجنب اختلافات اللون المرئية بين مصابيح LED.
• طريقة التشغيل:استخدم دائرة متكاملة (IC) لمحرك LED ذو تيار ثابت قادر على توفير 200mA (10 مصابيح LED * 20mA) للتكوين التسلسلي أو المتوازي-التسلسلي. سيكون منظم الجهد الخطي البسيط غير فعال بسبب انخفاض الجهد.
• إدارة الحرارة:افصل بين مصابيح LED بشكل كافٍ على لوحة الدوائر المطبوعة ذات القلب المعدني (MCPCB) للسماح بتبديد الحرارة. 120mW لكل LED تترجم إلى 1.2W إجمالي، مما يتطلب تصميمًا حراريًا واعيًا.
• البصريات:قد يكون الحزمة الأصلية 110 درجة كافية. للحصول على مظهر أكثر تركيزًا أو منتشرًا، فكر في إضافة دليل ضوئي أو لوح موزع للضوء.

12. مقدمة عن مبدأ التشغيل

تعمل مصابيح LED البيضاء مثل LTW-020ZDCG عادةً على مبدأ التحويل الفسفوري. جوهر الجهاز هو شريحة أشباه موصلات، عادةً ما تكون مصنوعة من نيتريد الغاليوم الإنديوم (InGaN)، والتي تصدر ضوءًا أزرق عند انحيازها للأمام (يمر التيار الكهربائي من خلالها). تُطلى أو تُغطى هذه الشريحة الباعثة للضوء الأزرق بطبقة من مادة فسفورية - غالبًا ما تعتمد على الياقوت الألومنيوم الإيتريوم (YAG) المطعم بالسيريوم.

عندما تضرب الفوتونات الزرقاء من الشريحة المادة الفسفورية، يتم امتصاص جزء منها. ثم تعيد المادة الفسفورية إصدار هذه الطاقة كضوء عبر طيف أوسع، في الغالب في المنطقة الصفراء. يؤدي مزيج الضوء الأزرق المتبقي غير الممتص والضوء الأصفر المنبعث من الفسفور إلى إنتاج إدراك الضوء الأبيض للعين البشرية. النسب الدقيقة للأزرق والأصفر، والتكوين الفسفوري المحدد، يحددان درجة حرارة اللون المترابطة (CCT) وإحداثيات اللونية (x, y) للضوء الأبيض المنتج، مما يؤدي إلى نظام التصنيف المفصل الموصوف في ورقة البيانات.

13. اتجاهات وتطورات التكنولوجيا

يستمر مجال الإضاءة ذات الحالة الصلبة (SSL) في التطور. تشمل الاتجاهات العامة الملحوظة في الصناعة، والتي توفر سياقًا لمكونات مثل هذا، ما يلي:

• زيادة الكفاءة (لومن لكل واط):تؤدي التحسينات المستمرة في الطبقة البلورية لأشباه الموصلات، وتصميم الشريحة، وتكنولوجيا الفسفور إلى زيادة الفعالية الضوئية لمصابيح LED البيضاء باستمرار، مما يقلل من استهلاك الطاقة لنفس إخراج الضوء.
• تحسين جودة اللون:يهدف تطوير خلطات الفسفور المتعددة ومواد الفسفور الجديدة (مثل النقاط الكمومية) إلى تحسين مؤشر تجسيد اللون (CRI)، مما يجعل الألوان تبدو أكثر طبيعية تحت إضاءة LED، وتقديم نطاق أوسع من درجات حرارة اللون الدقيقة.
• التصغير والكثافة الأعلى:تسمح التطورات في التغليف بمساحات أصغر لـ LED وكثافات طاقة أعلى، مما يتيح حلول إضاءة أكثر إحكاما وإشراقًا.
• الإضاءة الذكية والمتصلة:دمج إلكترونيات التحكم مباشرة مع حزم أو وحدات LED لتمكين التعتيم، وضبط اللون، والتوصيل (إنترنت الأشياء) هو اتجاه متزايد، يتجاوز المكونات السلبية البسيطة.
• الموثوقية وتوقعات العمر الافتراضي:يؤدي الفهم المعزز لآليات الفشل وطرق الاختبار الأفضل إلى توقعات أكثر دقة للعمر الافتراضي (مقاييس L70، L90) تحت ظروف تشغيل مختلفة، وهو أمر بالغ الأهمية لتصميم الإضاءة الاحترافي.

تمثل المكونات مثل الموصوفة في ورقة البيانات هذه نقطة ناضجة في هذا التقدم التكنولوجي، حيث تقدم حلاً موثوقًا وموحدًا لمجموعة واسعة من تطبيقات الإضاءة العامة.