دیتاشیت فنی سری 3020 ال‌ای‌دی سفید تک‌چیپ 0.2 وات - ابعاد 3.0x2.0 میلی‌متر - ولتاژ 3.2 ولت - توان 0.2 وات

1. مرور کلی محصول

سری 3020 یک ال‌ای‌دی نصب‌سطحی (SMD) فشرده و با عملکرد بالا است که برای کاربردهای روشنایی عمومی طراحی شده که به منابع نور سفید قابل اعتماد و کم‌مصرف نیاز دارند. این ال‌ای‌دی سفید تک‌چیپ 0.2 وات، تعادل مناسبی بین بازده نوری، عملکرد حرارتی و مقرون‌به‌صرفه بودن ارائه می‌دهد و آن را برای طیف گسترده‌ای از محصولات روشنایی تجاری و صنعتی مناسب می‌سازد.

مزایای اصلی آن شامل ابعاد فشرده 3.0x2.0 میلی‌متر، زاویه دید گسترده 110 درجه و ساختار مستحکم مناسب برای فرآیندهای لحیم‌کاری رفلو استاندارد است. بازار هدف شامل واحدهای نور پس‌زمینه، نورپردازی تزئینی، چراغ‌های نشانگر و ادغام در انواع الکترونیک مصرفی و تابلوها می‌شود.

2. پارامترها و مشخصات فنی

2.1 حداکثر مقادیر مجاز مطلق (T_s=25°C)

پارامترهای زیر محدودیت‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به ال‌ای‌دی وارد شود. عملکرد تحت این شرایط تضمین نمی‌شود.

• جریان مستقیم (I_F):80 میلی‌آمپر (پیوسته)
• جریان مستقیم پالسی (I_FP):120 میلی‌آمپر (عرض پالس ≤10ms، چرخه کاری ≤1/10)
• توان تلف شده (P_D):280 میلی‌وات
• دمای کاری (T_opr):40- تا +80 درجه سلسیوس
• دمای انبارش (T_stg):40- تا +80 درجه سلسیوس
• دمای اتصال (T_j):125 درجه سلسیوس
• دمای لحیم‌کاری (T_sld):230°C یا 260°C به مدت 10 ثانیه (رفلو)

2.2 مشخصات الکترو-نوری (T_s=25°C, I_F=60mA)

اینها پارامترهای عملکردی معمول تحت شرایط آزمایش استاندارد هستند.

• ولتاژ مستقیم (V_F):معمولاً 3.2V، حداکثر 3.5V
• ولتاژ معکوس (V_R):5V
• جریان معکوس (I_R):حداکثر 10 µA
• زاویه دید (2θ_1/2):110°

3. توضیح سیستم باینینگ

محصول به منظور اطمینان از یکنواختی رنگ و روشنایی در یک کاربرد، در دسته‌های مختلف (باین) طبقه‌بندی می‌شود. کد سفارش این باین‌ها را تعریف می‌کند.

3.1 قانون شماره‌گذاری مدل

ساختار شماره قطعه به این صورت است: T [کد شکل] [تعداد چیپ] [کد لنز] [کد داخلی] - [کد شار نوری] [کد دمای رنگ]. به عنوان مثال، T3400SLA مربوط به شکل 3020 (34)، یک چیپ کم‌توان (S)، بدون لنز (00)، کد داخلی A است که باین‌های شار نوری و دمای رنگ خاص آن توسط پسوند نهایی تعریف می‌شود.

3.2 باینینگ دمای رنگ مرتبط (CCT)

ال‌ای‌دی‌ها در بیضی‌های رنگی خاصی روی نمودار CIE دسته‌بندی می‌شوند تا یکنواختی رنگ تضمین شود. باین‌های استاندارد سفارش عبارتند از:

• 2725K ±145K (باین 27M5)
• 3045K ±175K (باین 30M5)
• 3985K ±275K (باین 40M5)
• 5028K ±283K (باین 50M5)
• 5665K ±355K (باین 57M7)
• 6530K ±510K (باین 65M7)

هر باین توسط یک نقطه مرکزی بیضی (x, y)، شعاع‌های محور اصلی/فرعی و زاویه چرخش تعریف می‌شود که مطابق با استانداردهای بیضی مک‌آدام 5-مرحله‌ای یا 7-مرحله‌ای برای کنترل دقیق رنگ است.

3.3 باینینگ شار نوری

شار نوری بر اساس حداقل مقدار در جریان 60mA دسته‌بندی می‌شود. جداول، محدوده‌های حداقل و معمول شار نوری را برای سفید گرم (2700-3700K)، سفید خنثی (3700-5000K) و سفید سرد (5000-7000K) تعریف می‌کنند که هر کدام در نسخه استاندارد (CRI≥70) و با بازده رنگ بالا (CRI≥80) موجود هستند. کدها از D1 (مثلاً حداقل 18-19 لومن) تا D8 (مثلاً حداقل 25-26 لومن) متغیر است.

3.4 باینینگ ولتاژ مستقیم

برای کمک به تطبیق جریان در طراحی‌های چند ال‌ای‌دی، V_Fدر گام‌های 0.1 ولت دسته‌بندی می‌شود. باین‌ها عبارتند از: B (2.8-2.9V)، C (2.9-3.0V)، D (3.0-3.1V)، E (3.1-3.2V)، F (3.2-3.3V)، G (3.3-3.4V)، H (3.5-3.6V).

3.5 تلرانس‌های اندازه‌گیری

• شار نوری: ±7%
• ولتاژ مستقیم: ±0.08V
• شاخص بازده رنگ (CRI): ±2
• مختصات رنگی: ±0.005

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

4.1 منحنی مشخصه جریان-ولتاژ (I-V)

نمودار رابطه بین ولتاژ مستقیم و جریان مستقیم را نشان می‌دهد. این منحنی برای یک ال‌ای‌دی مبتنی بر GaN معمول است و پس از ولتاژ روشن شدن (~2.7V) افزایش نمایی نشان می‌دهد. کار در جریان توصیه شده 60mA، بازده بهینه و طول عمر را تضمین می‌کند و از ناحیه جریان بالا که در آن بازده افت کرده و تولید گرما به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد، اجتناب می‌کند.

4.2 شار نوری نسبی در مقابل جریان مستقیم

این منحنی وابستگی خروجی نور به جریان درایو را نشان می‌دهد. در حالی که شار نوری با افزایش جریان افزایش می‌یابد، در جریان‌های بالاتر به دلیل افت بازده و افزایش دمای اتصال، زیرخطی می‌شود. نقطه کاری 60mA برای تعادل بین خروجی و بازده انتخاب شده است. درایو کردن بالاتر از حداکثر مقدار مجاز مطلق (80mA پیوسته) به شدت طول عمر و قابلیت اطمینان را کاهش می‌دهد.

4.3 توزیع طیفی توان (SPD)

منحنی انرژی طیفی نسبی، طیف انتشار را برای محدوده‌های مختلف CCT (2600-3700K، 3700-5000K، 5000-10000K) نشان می‌دهد. ال‌ای‌دی‌های سفید سرد دارای قله آبی قوی‌تری از چیپ و نور زرد/قرمز تبدیل شده توسط فسفر کمتری هستند، در حالی که ال‌ای‌دی‌های سفید گرم، انتشار گسترده فسفر بارزتری را نشان می‌دهند که منجر به محتوای طیفی قرمز بالاتر و دمای رنگ مرتبط پایین‌تر می‌شود.

4.4 دمای اتصال در مقابل انرژی طیفی نسبی

این نمودار تأثیر دمای اتصال (T_j) بر طیف ال‌ای‌دی را نشان می‌دهد. با افزایش T_j، خروجی طیفی کلی معمولاً کاهش می‌یابد (افت بازده) و طول موج پیک ممکن است کمی جابجا شود. مدیریت حرارتی مؤثر برای حفظ نقطه رنگ و خروجی نور ثابت در طول عمر محصول حیاتی است.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

5.1 ابعاد کلی

پکیج ال‌ای‌دی دارای ابعاد 3.0 میلی‌متر (طول) در 2.0 میلی‌متر (عرض) است. نقشه ابعادی تمام اندازه‌گیری‌های حیاتی از جمله ارتفاع لنز و مکان‌های پد را مشخص می‌کند. تلرانس‌ها برای ابعاد .X به صورت ±0.10mm و برای ابعاد .XX به صورت ±0.05mm تعریف شده‌اند.

5.2 چیدمان پد و طراحی استنسیل

نمودارهای جداگانه‌ای برای الگوی لند PCB توصیه شده (چیدمان پد) و طراحی استنسیل خمیر لحیم ارائه شده است. الگوی لند، تشکیل صحیح اتصال لحیم و پایداری مکانیکی را تضمین می‌کند. طراحی استنسیل، حجم خمیر لحیم رسوب داده شده را کنترل می‌کند که برای دستیابی به اتصالات لحیم قابل اعتماد بدون پل زدن یا لحیم ناکافی حیاتی است. پیروی از این دستورالعمل‌ها برای مونتاژ با بازده بالا ضروری است.

5.3 شناسایی قطبیت

کاتد معمولاً روی پکیج ال‌ای‌دی علامت‌گذاری شده است. نمودار چیدمان پد نیز اتصالات آند و کاتد را نشان می‌دهد. قطبیت صحیح باید در حین مونتاژ رعایت شود تا از بایاس معکوس جلوگیری شود که می‌تواند در ولتاژهای بالاتر از ولتاژ معکوس مجاز (5V) به ال‌ای‌دی آسیب برساند.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 حساسیت به رطوبت و پخت

پکیج ال‌ای‌دی 3020 به رطوبت حساس است (طبقه‌بندی MSL مطابق با IPC/JEDEC J-STD-020C). قرار گرفتن در معرض رطوبت محیط پس از باز کردن کیسه محافظ رطوبت می‌تواند منجر به ترکیدن پاپ‌کورن یا لایه‌لایه شدن در حین لحیم‌کاری رفلو به دلیل انبساط سریع بخار شود.

• انبارش:کیسه‌های بازنشده باید در دمای زیر 30°C و رطوبت نسبی 85% نگهداری شوند. پس از باز کردن، در دمای 5-30°C با کمترین رطوبت ممکن (ترجیحاً <20% RH) نگهداری کنید.
• عمر مفید در محیط کار:زمان بین باز کردن کیسه و رفلو باید کنترل شود. کارت نشانگر رطوبت داخل کیسه را بلافاصله پس از باز کردن بررسی کنید.
• شرایط پخت:اگر ال‌ای‌دی‌ها در معرض رطوبت فراتر از مشخصات قرار گرفته‌اند، باید قبل از رفلو پخته شوند. پخت توصیه شده: 60°C به مدت 24 ساعت روی قرقره اصلی. از 60°C تجاوز نکنید. ظرف 1 ساعت پس از پخت استفاده کنید یا در کابینت خشک (RH <20%) نگهداری کنید.

6.2 پروفیل لحیم‌کاری رفلو

ال‌ای‌دی می‌تواند دمای پیک رفلو 230°C یا 260°C را حداکثر به مدت 10 ثانیه تحمل کند. یک پروفیل رفلو استاندارد بدون سرب (SAC305) قابل اعمال است. اطمینان حاصل کنید که نرخ افزایش دما کنترل می‌شود تا شوک حرارتی به حداقل برسد. حداکثر دمای لحیم‌کاری ارائه شده نباید بیش‌تر شود تا از آسیب به لنز اپوکسی، فسفر یا اتصالات سیمی جلوگیری شود.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

ال‌ای‌دی‌ها معمولاً روی نوار و قرقره برای مونتاژ اتوماتیک Pick-and-Place عرضه می‌شوند. اندازه قرقره و تعداد بسته‌بندی خاص باید با تأمین‌کننده تأیید شود. سفارش با استفاده از شماره مدل کامل انجام می‌شود که تمام پارامترهای باین شده را مشخص می‌کند: شکل، تعداد چیپ، لنز، CCT و شار نوری. ترکیب‌های باین سفارشی خارج از پیشنهاد استاندارد ممکن است بر اساس درخواست در دسترس باشد.

8. پیشنهادات کاربردی و ملاحظات طراحی

8.1 سناریوهای کاربردی معمول

• نور پس‌زمینه:پنل‌های نور لبه‌ای یا نور مستقیم برای LCDها، تابلوها و نمایشگرها.
• نورپردازی تزئینی:نورپردازی تاکیدی، نورپردازی کانتور و نورپردازی حال و هوا.
• روشنایی عمومی:ادغام شده در لامپ‌ها، تیوب‌ها و پنل‌ها به صورت آرایه.
• چراغ‌های نشانگر:نشانگرهای وضعیت روی لوازم خانگی و الکترونیک.

8.2 ملاحظات طراحی

• درایو جریان:برای خروجی نور پایدار و یکنواخت، از یک درایور جریان ثابت استفاده کنید، نه منبع ولتاژ ثابت. جریان کاری توصیه شده 60mA است.
• مدیریت حرارتی:علیرغم توان کم آن، هیت‌سینک مؤثر برای حفظ شار نوری، پایداری رنگ و طول عمر طولانی حیاتی است. اطمینان حاصل کنید که PCB دارای وایاهای حرارتی و مساحت مسی کافی متصل به پد حرارتی ال‌ای‌دی (در صورت وجود) یا پدهای کاتد است.
• طراحی نوری:زاویه دید 110 درجه، روشنایی گسترده و پخش شده‌ای فراهم می‌کند. برای پرتوهای متمرکز، اپتیک ثانویه (لنزها، رفلکتورها) مورد نیاز است.
• چیدمان الکتریکی:تریس‌های درایو را کوتاه و پهن نگه دارید تا افت ولتاژ به حداقل برسد. در آرایه‌ها، در صورت امکان اتصال ال‌ای‌دی‌ها به صورت سری را در نظر بگیرید تا جریان یکسان تضمین شود، یا از رشته‌های موازی با مقاومت‌های محدودکننده جریان جداگانه استفاده کنید و ال‌ای‌دی‌ها را از یک باین V_Fانتخاب کنید تا تعادل جریان بهتری حاصل شود.

9. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با پکیج‌های قدیمی‌تر مانند 3528، 3020 ابعاد فشرده‌تر و تراکم طراحی بالقوه بالاتری ارائه می‌دهد. طراحی تک‌چیپ 0.2 وات آن تعادل خوبی برای کاربردهایی فراهم می‌کند که به نور بیشتری نسبت به یک ال‌ای‌دی معمولی 0.1 وات نیاز دارند اما چالش حرارتی یک ال‌ای‌دی 0.5 یا 1 وات مانع است. زاویه پرتو گسترده 110 درجه، یک تمایز کلیدی از ال‌ای‌دی‌های با زاویه باریک‌تر است که نیاز به دیفیوزر را در بسیاری از کاربردها حذف کرده و روشنایی یکنواخت‌تری فراهم می‌کند.

10. سوالات متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

10.1 تفاوت بین ولتاژ مستقیم معمول و حداکثر چیست؟

V_Fمعمول (3.2V) مقدار مورد انتظار برای اکثر واحدها تحت شرایط آزمایش است. حداکثر V_F(3.5V) حد بالایی تضمین شده توسط مشخصات است. مدار درایو شما باید طوری طراحی شود که جریان مورد نیاز را حتی اگر V_Fال‌ای‌دی در حداکثر مقدار باشد، تأمین کند، به ویژه زمانی که ال‌ای‌دی‌ها به صورت سری متصل شده‌اند.

10.2 آیا می‌توانم این ال‌ای‌دی را با 80mA به طور پیوسته درایو کنم؟

اگرچه 80mA حداکثر جریان پیوسته مجاز مطلق است، اما کار در این حد، گرمای بیشتری تولید می‌کند، بازده نوری (lm/W) را کاهش می‌دهد، افت لومن را تسریع می‌کند و به طور بالقوه طول عمر ال‌ای‌دی را کوتاه می‌کند. برای عملکرد و قابلیت اطمینان بهینه، باید از جریان کاری توصیه شده 60mA استفاده شود.

10.3 چرا پخت ضروری است و چگونه بفهمم ال‌ای‌دی‌های من به آن نیاز دارند؟

پخت، رطوبت جذب شده از پکیج پلاستیکی را برای جلوگیری از آسیب در حین فرآیند لحیم‌کاری رفلو با دمای بالا حذف می‌کند. کارت نشانگر رطوبت داخل کیسه محافظ رطوبت مهر و موم شده را بلافاصله پس از باز کردن بررسی کنید. اگر کارت نشان دهد که حد مجاز قرارگیری در معرض رطوبت بیش‌تر شده است (مثلاً نقطه صورتی تیره‌تر از مرجع است)، یا اگر کیسه در یک محیط مرطوب فراتر از عمر مفید مجاز باز مانده باشد، پخت مورد نیاز است.

10.4 چگونه کد باین شار نوری (مثلاً D5) را تفسیر کنم؟

کد شار نوری (D5) مربوط به حداقل مقدار شار نوری در 60mA برای یک باین CCT و CRI معین است. به عنوان مثال، یک ال‌ای‌دی سفید سرد (5000-7000K) با CRI≥70 و کد D5، حداقل شار 22 لومن و حداکثر معمول 23 لومن دارد. شما باید سیستم خود را بر اساس حداقل مقدار طراحی کنید تا اطمینان حاصل شود که اهداف عملکرد حتی با واحدهای باین پایین‌تر نیز برآورده می‌شوند.

11. مطالعه موردی کاربردی عملی

سناریو: طراحی یک میله نوری خطی ال‌ای‌دی.یک طراح در حال ایجاد یک میله نوری 24 ولت و 0.6 متری با استفاده از ال‌ای‌دی 3020 است. با هدف قرار دادن یک روشنایی خاص، محاسبه می‌کند که به 60 ال‌ای‌دی نیاز دارد. برای تغذیه از 24 ولت، تصمیم می‌گیرد 7 ال‌ای‌دی را به صورت سری قرار دهد (7 * 3.2V_typ= 22.4V)، که فضای کافی برای رگولاتور جریان باقی می‌گذارد. آنها 8 رشته موازی از ال‌ای‌دی‌های سری 7 تایی (در مجموع 56 ال‌ای‌دی) ایجاد می‌کنند. برای اطمینان از روشنایی یکنواخت، تمام ال‌ای‌دی‌ها را از یک باین CCT (مثلاً سفید خنثی 4000K، باین 40M5) و یک باین شار نوری تنگ (مثلاً D5) مشخص می‌کنند. آنها همچنین همان باین V_F(مثلاً باین F: 3.2-3.3V) را مشخص می‌کنند تا تعادل جریان بین 8 رشته موازی بهبود یابد. PCB با یک لایه مسی 2-اونس و وایاهای حرارتی زیر پدهای ال‌ای‌دی که به یک زیرلایه آلومینیومی برای دفع حرارت متصل شده‌اند، طراحی شده است. دستورالعمل‌های مونتاژ، پخت قرقره‌ها را در صورت رطوبت بالای محیط کارخانه اجباری می‌کنند و به دنبال آن یک فرآیند رفلو کنترل شده با استفاده از پروفیل توصیه شده انجام می‌شود.

12. معرفی اصل عملکرد

یک ال‌ای‌دی سفید اساساً یک دیود نیمه‌هادی است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیش از انرژی گاف نواری آن اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها در ناحیه فعال (چیپ) بازترکیب می‌شوند و انرژی را به شکل فوتون آزاد می‌کنند. این انتشار اولیه معمولاً در طیف آبی یا فرابنفش برای چیپ‌های مبتنی بر GaN است. برای تولید نور سفید، بخشی از این نور اولیه توسط یک پوشش فسفر (معمولاً گارنت آلومینیوم ایتریم دوپ شده با سریم - YAG:Ce) که روی یا اطراف چیپ رسوب داده شده است، جذب می‌شود. فسفر، فوتون‌های پرانرژی آبی/فرابنفش را به طیف گسترده‌ای از نور زرد کم‌انرژی تبدیل می‌کند. مخلوط نور آبی باقی‌مانده از چیپ و نور زرد تبدیل شده از فسفر، برای چشم انسان سفید به نظر می‌رسد. با تنظیم ترکیب و ضخامت فسفر، می‌توان به دمای رنگ مرتبط (CCT) مختلف از سفید گرم تا سفید سرد دست یافت.

13. روندها و تحولات فناوری

روند کلی در ال‌ای‌دی‌های SMD مانند 3020 به سمت بازده نوری بالاتر (لومن بیشتر در هر وات)، بهبود بازده رنگ (CRI و مقادیر R9 بالاتر برای بازتولید قرمز) و یکنواختی رنگ بیشتر (باینینگ تنگ‌تر) است. همچنین تمرکز بر افزایش قابلیت اطمینان و طول عمر تحت دمای کاری بالاتر، با انگیزه تقاضا برای لامپ‌های فشرده‌تر وجود دارد. علاوه بر این، صنعت به توسعه مواد پکیج مقاوم‌تر و مقاوم در برابر رطوبت برای ساده‌سازی فرآیندهای نگهداری و مونتاژ ادامه می‌دهد. فشار برای "نورپردازی انسان‌محور" منجر به ال‌ای‌دی‌هایی با CCT قابل تنظیم و بهینه‌سازی طیفی برای پشتیبانی از ریتم‌های شبانه‌روزی می‌شود. در حالی که این دیتاشیت یک ال‌ای‌دی سفید استاندارد را توصیف می‌کند، فناوری پکیج زیربنایی، پلتفرمی است که می‌تواند برای این ویژگی‌های عملکردی در حال پیشرفت تطبیق داده شود.