ورقة بيانات LED أصفر PLCC-2 - زاوية رؤية 120° - جهد أمامي نموذجي 2.0 فولت - شدة إضاءة نموذجية 1120 مللي كانديلا عند 20 مللي أمبير - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

توضح هذه الوثيقة مواصفات LED أصفر عالي الأداء للتركيب السطحي، مُغلف ضمن عبوة PLCC-2 (حامل الرقاقة الرصاصي البلاستيكي). تم تصميم الجهاز ليكون موثوقًا وعالي الأداء في البيئات المتطلبة، ويتميز بزاوية رؤية واسعة تبلغ 120 درجة وشدة إضاءة نموذجية تبلغ 1120 مللي كانديلا (mcd) عند تيار تشغيل قياسي مقداره 20 مللي أمبير. الهدف التصميمي الأساسي له هو تطبيقات الإضاءة الداخلية في السيارات، مثل إضاءة لوحة القيادة وإضاءة الخلفية للأزرار والوظائف المؤشرات العامة، حيث يكون اتساق لون الخرج والاستقرار طويل الأمد والامتثال لمعايير الدرجة Automotive أمرًا بالغ الأهمية.

تشمل المزايا الأساسية لـ LED اعتماده وفق معيار AEC-Q101، الذي يتحقق من موثوقيته للاستخدام في السيارات، وامتثاله لتوجيهات RoHS (تقييد المواد الخطرة) وREACH (تسجيل وتقييم وترخيص وتقييد المواد الكيميائية) البيئية. كما يتميز بمستوى حساسية للرطوبة (MSL) يساوي 2 وتصنيف حساسية للتفريغ الكهروستاتيكي (ESD) مقداره 2 كيلو فولت (نموذج جسم الإنسان)، مما يجعله مناسبًا لعمليات التجميع القياسية.

2. تحليل مُعمق للمعايير التقنية

2.1 الخصائص الكهروضوئية

يتم تعريف مقاييس الأداء الرئيسية تحت ظروف الاختبار القياسية (T_s= 25°C). يتراوح نطاق تشغيل التيار الأمامي (I_F) من 5 مللي أمبير إلى 50 مللي أمبير، بقيمة نموذجية تبلغ 20 مللي أمبير. عند هذا التيار النموذجي، تتراوح شدة الإضاءة (I_V) من حد أدنى 710 مللي كانديلا إلى حد أقصى 1400 مللي كانديلا، بقيمة نموذجية تبلغ 1120 مللي كانديلا. يتم تحديد الجهد الأمامي (V_F) عند 20 مللي أمبير بين 1.75 فولت و 2.75 فولت، بقيمة نموذجية تبلغ 2.00 فولت. الطول الموجي السائد (λ_d)، الذي يحدد اللون الأصفر المُدرك، يقع بين 585 نانومتر و 594 نانومتر، وعادةً ما يكون 592 نانومتر. زاوية الرؤية (φ)، حيث تنخفض شدة الإضاءة إلى نصف قيمتها القصوى، هي 120 درجة.

2.2 القيم القصوى المطلقة

تحدد هذه القيم حدود الإجهاد التي إذا تجاوزتها قد يحدث تلف دائم. الحد الأقصى المطلق لتبديد الطاقة (P_d) هو 137 ملي واط. الحد الأقصى لتيار التشغيل الأمامي المستمر هو 50 مللي أمبير، بينما يُسمح بتيار اندفاعي (I_FM) مقداره 100 مللي أمبير لنبضات ≤ 10 ميكروثانية مع دورة عمل منخفضة جدًا (D=0.005). لم يتم تصميم الجهاز للعمل بتحيز عكسي. الحد الأقصى لدرجة حرارة التقاطع (T_J) هو 125°C، مع نطاقي تشغيل وتخزين من -40°C إلى +110°C. الحد الأقصى لدرجة حرارة اللحام لإعادة التدفق هو 260°C لمدة 30 ثانية.

2.3 الخصائص الحرارية

إدارة الحرارة أمر بالغ الأهمية لأداء LED وعمره الافتراضي. تحدد ورقة البيانات قيمتين للمقاومة الحرارية من التقاطع إلى نقطة اللحام: مقاومة حرارية حقيقية (R_{th JS real}) تساوي 160 كلفن/واط ومقاومة حرارية كهربائية (R_{th JS el}) تساوي 120 كلفن/واط، وكلاهما تم قياسهما عند I_F=20 مللي أمبير. تُستخدم القيمة الكهربائية الأقل عادةً في الحسابات التصميمية المتعلقة باعتماد الجهد الأمامي على درجة الحرارة.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

لضمان اتساق اللون والسطوع في الإنتاج، يتم فرز وحدات LED إلى مجموعات (Bins).

3.1 تصنيف شدة الإضاءة

يتم تصنيف الناتج الضوئي إلى مجموعات متعددة، تمثل كل منها نطاقًا محددًا من الحد الأدنى والأقصى لشدة الإضاءة بوحدة المللي كانديلا (mcd). تتبع المجموعات رمزًا أبجديًا رقميًا (مثل L1، L2، M1... حتى GA). بالنسبة لرقم الجزء هذا، يتم تسليط الضوء على مجموعات الناتج المحتملة، حيث يقع الجزء النموذجي ضمن مجموعة "AA" (من 1120 إلى 1400 مللي كانديلا). قياس التدفق الضوئي له تسامح مقداره ±8%.

3.2 تصنيف الطول الموجي السائد

يتم التحكم في اللون الأصفر من خلال تصنيف الطول الموجي السائد. يتم تعريف المجموعات بواسطة رموز رقمية تمثل نطاقًا للطول الموجي بالنانومتر (nm). التسامح للطول الموجي السائد هو ±1 نانومتر. تضمن المجموعة المحددة لهذا المنتج أن اللون الأصفر يقع ضمن النطاق المحدد 585-594 نانومتر، وعادةً ما يكون حوالي 592 نانومتر.

4. تحليل منحنيات الأداء

توفر ورقة البيانات عدة رسوم بيانية توضح سلوك الجهاز تحت ظروف متغيرة.

4.1 توزيع الطيف ونمط الإشعاع

يظهر رسم توزيع الطيف النسبي ذروة في المنطقة الصفراء (~592 نانومتر) مع انبعاث ضئيل في أجزاء أخرى من الطيف، مما يؤكد لونًا أصفر نقيًا. رسم نمط الإشعاع هو مخطط قطبي يوضح زاوية الرؤية البالغة 120 درجة، مع توزيع شدة الضوء النموذجي لعبوة PLCC ذات عدسة مدمجة.

4.2 التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى IV)

يُظهر هذا الرسم البياني العلاقة الأسية بين الجهد الأمامي والتيار. وهو ضروري لتصميم دائرة تحديد التيار. يسمح المنحنى للمصممين بتقدير V_Fعند أي تيار معطى ضمن نطاق التشغيل.

4.3 الاعتماد على درجة الحرارة

تشرح رسوم بيانية متعددة تغيرات الأداء مع درجة حرارة التقاطع:

• شدة الإضاءة النسبية مقابل درجة حرارة التقاطع:يوضح أن ناتج الضوء يقل مع زيادة درجة الحرارة، وهي خاصية لجميع وحدات LED. يجب أخذ هذا في الاعتبار في التصميم الحراري.
• الجهد الأمامي النسبي مقابل درجة حرارة التقاطع:يوضح أن V_Fله معامل درجة حرارة سالب، حيث يتناقص خطيًا مع ارتفاع درجة الحرارة. يمكن استخدام هذا للاستشعار غير المباشر لدرجة الحرارة.
• الطول الموجي النسبي مقابل درجة حرارة التقاطع:يشير إلى تحول طفيف في الطول الموجي السائد (عادةً بضعة نانومترات) مع درجة الحرارة، وهو أمر مهم للتطبيقات الحساسة للون.
• الطول الموجي السائد مقابل التيار الأمامي:يُظهر اختلافًا ضئيلًا في اللون مع تغير تيار القيادة.

4.4 تخفيض التصنيف (Derating) والتعامل مع النبضات

إنمنحنى تخفيض تصنيف التيار الأماميأمر بالغ الأهمية للموثوقية. يرسم الحد الأقصى المسموح به للتيار الأمامي المستمر مقابل درجة حرارة وسادة اللحام. على سبيل المثال، عند درجة حرارة نقطة اللحام (T_S) تساوي 110°C، يتم تخفيض الحد الأقصى للتيار إلى حوالي 34 مللي أمبير. يذكر المنحنى صراحةً بعدم استخدام تيارات أقل من 5 مللي أمبير. يُعرِّفرسم قدرة التعامل مع النبضات المسموح بهامنطقة التشغيل الآمنة للتيارات النبضية عند دورات عمل مختلفة، مما يسمح بقيادة تيار زائد لفترة وجيزة في تطبيقات الإرسال المتعدد أو الوميض.

5. معلومات الميكانيكا والعبوة

يستخدم LED عبوة سطحية قياسية من نوع PLCC-2. سيوفر الرسم الميكانيكي (المشار إليه بالقسم 7) الأبعاد الدقيقة بما في ذلك الطول والعرض والارتفاع وتباعد الأطراف. تتميز العبوة بهيكل بلاستيكي مصبوب مع عدسة مدمجة تشكل زاوية الرؤية البالغة 120 درجة. يُشار إلى القطبية من خلال شكل العبوة و/أو العلامة، حيث يتم تحديد القطب السالب (الكاثود) عادةً.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 تخطيط وسادة اللحام الموصى به

يتم توفير بصمة (نمط أرضي) موصى بها لضمان اللحام السليم والاستقرار الميكانيكي والنقل الحراري الأمثل من LED إلى لوحة الدوائر المطبوعة (PCB).

6.2 ملف تعريف لحام إعادة التدفق

تحدد ورقة البيانات ملف تعريف إعادة تدفق بدرجة حرارة ذروة تبلغ 260°C لمدة أقصاها 30 ثانية. هذا هو ملف تعريف اللحام الخالي من الرصاص القياسي. الالتزام بهذا الملف ضروري لمنع التلف الحراري للعبوة البلاستيكية والرقاقة الداخلية وروابط الأسلاك.

6.3 احتياطات الاستخدام

تشمل احتياطات التعامل العامة استخدام حماية مناسبة من التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) أثناء التجميع، وتجنب الإجهاد الميكانيكي على العدسة، وضمان تخزين الجهاز في بيئة جافة وفقًا لتصنيف MSL-2 الخاص به قبل الاستخدام.

7. معلومات التعبئة والطلب

تفصل معلومات التعبئة (القسم 10) كيفية توريد وحدات LED، عادةً على شريط وبكرة (tape-and-reel) لتجميع الالتقاط والوضع الآلي. يشفر هيكل رقم الجزء (57-21-UY0200H-AM) سمات رئيسية مثل نوع العبوة واللون ومجموعة السطوع ورموز المتغيرات الأخرى. يشرح قسم معلومات الطلب كيفية تحديد المجموعات المطلوبة لشدة الإضاءة والطول الموجي عند تقديم الطلب.

8. توصيات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

التطبيق الأساسي هوالإضاءة الداخلية للسيارات، بما في ذلك:

• إضاءة خلفية مجموعة العدادات ولوحة القيادة.
• إضاءة خلفية للأزرار والمفاتيح ولوحات التحكم.
• أضواء الحالة والمؤشرات العامة.
• لمسات الإضاءة المحيطة.

يجعلها تأهيلها لمعيار AEC-Q101 مناسبة لهذه البيئات القاسية في السيارات ذات التقلبات الواسعة في درجة الحرارة والاهتزاز.

8.2 اعتبارات التصميم

قيادة التيار:يُوصى بشدة باستخدام مشغل تيار ثابت بدلاً من مصدر جهد ثابت مع مقاوم متسلسل لتحقيق استقرار وعمر افتراضي أفضل. يجب أن يشير التصميم إلى منحنى IV والقيم القصوى المطلقة.إدارة الحرارة:يجب استخدام منحنى تخفيض التصنيف وقيم المقاومة الحرارية لحساب أقصى درجة حرارة تقاطع في التطبيق. هناك حاجة إلى مساحة كافية من النحاس على اللوحة (وسادة حرارية) وتدفق هواء محتمل للحفاظ على درجة حرارة نقطة اللحام منخفضة، خاصة عند التشغيل عند التيار الأقصى أو بالقرب منه.التصميم البصري:توفر زاوية الرؤية البالغة 120 درجة إضاءة واسعة. للضوء المركز، قد تكون هناك حاجة إلى بصريات ثانوية. يجب مراعاة الاختلاف في شدة الإضاءة والطول الموجي عبر المجموعات للتطبيقات التي تتطلب مظهرًا موحدًا عبر وحدات LED متعددة.

9. المقارنة التقنية والتمييز

مقارنة بوحدات LED عامة من نوع PLCC-2 غير مخصصة للسيارات، فإن المميزات الرئيسية لهذا الجهاز هيتأهيله لمعيار AEC-Q101ونطاق درجة حرارة التشغيل الموسع (-40°C إلى +110°C)، وهي إلزامية للإلكترونيات في السيارات. تعتبر شدة الإضاءة النموذجية البالغة 1120 مللي كانديلا مرتفعة نسبيًا لـ LED أصفر قياسي من نوع PLCC-2، مما يوفر كفاءة سطوع جيدة. يوفر هيكل التصنيف الشامل للمصنعين تحكمًا أكبر في اتساق اللون والسطوع في منتجاتهم النهائية.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

س: هل يمكنني تشغيل هذا LED مباشرة من خط طاقة سيارة 5 فولت أو 12 فولت؟ج: لا. يجب عليك استخدام دائرة تحديد تيار. هناك حاجة إلى مقاوم متسلسل بسيط (محسوب باستخدام قانون أوم: R = (V_supply- V_F) / I_F) أو، يُفضل، دائرة متكاملة (IC) مخصصة لمشغل LED بتيار ثابت لضبط التيار إلى المستوى المطلوب (مثل 20 مللي أمبير).

س: لماذا يوجد حد أدنى لمواصفات التيار (5 مللي أمبير)؟ج: تشغيل LED عند تيارات منخفضة للغاية يمكن أن يؤدي إلى ناتج ضوئي غير مستقر وتحول في اللون. يضمن الحد الأدنى 5 مللي أمبير تشغيلًا موثوقًا ومتسقًا.

س: كيف أفسر قيمتي المقاومة الحرارية المختلفتين؟ج: المقاومة الحرارية الكهربائية (120 كلفن/واط) مشتقة من تغير الجهد الأمامي مع درجة الحرارة وتُستخدم للنمذجة الكهربائية. المقاومة الحرارية الحقيقية (160 كلفن/واط) هي قياس أكثر مباشرة لتدفق الحرارة من التقاطع إلى نقطة اللحام ويجب استخدامها للحسابات التصميمية الحرارية الأساسية لتقدير ارتفاع درجة حرارة التقاطع (ΔT_J= P_d× R_{th JS real}).

س: ماذا يعني MSL 2 للتخزين؟ج: مستوى الحساسية للرطوبة 2 يعني أنه يمكن تخزين العبوة في بيئة جافة (

11. دراسة حالة تصميمية عملية

السيناريو:تصميم إضاءة خلفية لمفتاح لوحة قيادة يتطلب 4 وحدات LED صفراء. الهدف: سطوع متوسط متسق، وعمر افتراضي طويل في بيئة حارة (الحد الأقصى لدرجة الحرارة المحيطة للوحة ~85°C).خطوات التصميم: 1. اختيار التيار:اختر 15 مللي أمبير (أقل من 20 مللي أمبير النموذجية) لتقليل توليد الحرارة وزيادة العمر الافتراضي، مع توفير ضوء كافٍ. 2.دائرة المشغل:استخدم دائرة متكاملة (IC) واحدة لمشغل تيار ثابت قادرة على توفير 60 مللي أمبير (4x15 مللي أمبير) لضمان مرور نفس التيار عبر جميع وحدات LED لتحقيق سطوع موحد. 3.التحليل الحراري:احسب تبديد الطاقة لكل LED: P_d≈ V_F× I_F= 2.0 فولت × 0.015 أمبير = 30 ملي واط. ارتفاع درجة حرارة التقاطع: ΔT_J= 0.03 واط × 160 كلفن/واط = 4.8 كلفن. مع T_ambient= 85°C عند نقطة اللحام، T_J≈ 90°C، وهي أقل بكثير من الحد الأقصى 125°C. 4.التصنيف (Binning):حدد مجموعة شدة إضاءة ضيقة (مثل R1 أو R2) ومجموعة طول موجي سائد محددة عند الطلب لضمان الاتساق البصري عبر جميع المفاتيح الأربعة.

12. مبدأ التشغيل

هذا هو ثنائي باعث للضوء (LED) شبه موصل. عند تطبيق جهد أمامي يتجاوز جهد فجوة النطاق الخاصة به، تتحد الإلكترونات والفجوات في المنطقة النشطة من الرقاقة شبه الموصلة، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد التركيب المادي المحدد لأشباه الموصلات (عادةً ما يعتمد على AlInGaP للضوء الأصفر) الطول الموجي، وبالتالي لون الضوء المنبعث. تقوم العدسة الإيبوكسية المدمجة في عبوة PLCC بتغليف الرقاقة، وتوفر حماية ميكانيكية، وتشكل حزمة الناتج الضوئي.

13. اتجاهات التكنولوجيا

الاتجاه العام في مثل هذه المكونات هو نحو كفاءة إضاءة أعلى (مزيد من الناتج الضوئي لكل واط من المدخلات الكهربائية)، وتحسين اتساق اللون والتشبع، وتعزيز مقاييس الموثوقية. تتطور العبوات للسماح بكثافة طاقة أعلى وإدارة حرارية أفضل. علاوة على ذلك، أصبح التكامل مع دوائر التحكم المدمجة (مثل وحدات LED القابلة للعنونة عبر I2C) أكثر شيوعًا، على الرغم من أن هذا الجهاز المحدد هو مكون منفصل قياسي. يستمر الطلب على المكونات المؤهلة وفق معيار AEC-Q101 في النمو مع تطور وانتشار إضاءة السيارات.