دیتاشیت فنی LED ال ای دی مکعبی EL 2020 - بسته‌بندی SMD - سفید سرد - 50 لومن در 140 میلی‌آمپر - 3.0 ولت - زاویه دید 120 درجه - سند فنی فارسی

1. مرور محصول

ال ای دی مکعبی EL 2020 یک ال ای دی با عملکرد بالا و نصب سطحی (SMD) است که برای کاربردهای چالش‌برانگیز روشنایی خودرو طراحی شده است. این قطعه یک راه‌حل روشنایی حالت جامد فشرده و قابل اطمینان ارائه می‌دهد که تعادلی بین خروجی نوری، بازده و استحکام مورد نیاز برای سیستم‌های خودرویی مدرن برقرار می‌کند. فلسفه طراحی هسته آن بر ارائه عملکردی پایدار در محدوده وسیع دمایی و شرایط محیطی سخت معمول در محیط‌های خودرو متمرکز است.

این ال ای دی با دمای رنگ سفید سرد ارائه می‌شود و هدف آن کاربردهایی است که نور سفید روشن، خنثی تا کمی متمایل به آبی مورد نیاز است. بسته‌بندی برای فرآیندهای مونتاژ خودکار طراحی شده و تولید انبوه را تسهیل می‌کند. یک مزیت کلیدی این قطعه، مطابقت آن با تاییدیه آزمون استرس AEC-Q102 برای نیمه‌هادی‌های گسسته اپتوالکترونیک است که استاندارد صنعتی برای قطعات درجه خودرو محسوب می‌شود. این امر سطحی از قابلیت اطمینان و طول عمر را تضمین می‌کند که الزامات سازندگان اصلی تجهیزات خودرو (OEM) را برآورده یا فراتر می‌رود.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

2.1 مشخصات نورسنجی و الکتریکی

مشخصه نورسنجی اصلی، شار نوری معمول 50 لومن (lm) است که هنگام راه‌اندازی با جریان پیشرو (I_F) 140 میلی‌آمپر حاصل می‌شود. توجه به تلرانس اندازه‌گیری مشخص شده ±8% برای شار نوری، که تغییرات طبیعی تولید را در بر می‌گیرد، بسیار مهم است. مقادیر حداقل و حداکثر در همین شرایط به ترتیب 45 لومن و 70 لومن است که پنجره عملکرد را تعریف می‌کند.

از نظر الکتریکی، قطعه ولتاژ پیشرو معمول (V_F) 3.0 ولت در 140 میلی‌آمپر را نشان می‌دهد، با محدوده‌ای از 2.75 ولت تا 3.5 ولت. تلرانس اندازه‌گیری ولتاژ پیشرو ±0.05 ولت مشخص شده است. این قطعه دارای محدوده وسیعی از جریان پیشرو عملیاتی از حداقل 10 میلی‌آمپر تا رتبه حداکثر مطلق 250 میلی‌آمپر است. عملکرد نوری با زاویه دید گسترده 120 درجه (با تلرانس ±5 درجه) مشخص می‌شود که الگوی تابشی وسیع و یکنواختی را برای اپتیک‌های روشنایی مختلف فراهم می‌کند.

2.2 رتبه‌بندی حرارتی و حداکثر مطلق

مدیریت حرارتی برای عملکرد و طول عمر ال ای دی حیاتی است. دیتاشیت دو مقدار مقاومت حرارتی را مشخص می‌کند: مقاومت حرارتی واقعی (R_{th JS real}) از پیوندگاه تا نقطه لحیم به طور معمول 24 کلوین بر وات (حداکثر 32 کلوین بر وات) است، در حالی که مقدار مشتق شده الکتریکی (R_{th JS el}) به طور معمول 17 کلوین بر وات (حداکثر 23 کلوین بر وات) است. مقدار پایین‌تر الکتریکی اغلب به عنوان یک راهنمای طراحی محافظه‌کارانه عمل می‌کند.

رتبه‌بندی‌های حداکثر مطلق، محدودیت‌های عملیاتی را تعریف می‌کنند که برای جلوگیری از آسیب دائمی نباید از آن‌ها تجاوز کرد. رتبه‌بندی‌های کلیدی شامل موارد زیر است:

• اتلاف توان (P_d): 875 میلی‌وات
• جریان پیشرو (I_F): 250 میلی‌آمپر (پیوسته)
• جریان ضربه‌ای (I_FM): 750 میلی‌آمپر برای پالس‌های ≤10 میکروثانیه در چرخه کاری پایین (D=0.005)
• دمای پیوندگاه (T_J): 150 درجه سلسیوس
• دمای عملیاتی و انبارداری: 40- درجه سلسیوس تا 125+ درجه سلسیوس
• حساسیت ESD (HBM): 8 کیلوولت
• دمای ریفلو لحیم‌کاری: 260 درجه سلسیوس حداکثر به مدت 30 ثانیه

پایبندی به این محدودیت‌ها برای عملکرد قابل اطمینان ضروری است.

3. توضیح سیستم باینینگ

برای مدیریت تغییرات تولید و امکان طراحی دقیق سیستم، ال ای دی‌ها بر اساس پارامترهای کلیدی در دسته‌ها (بین) مرتب می‌شوند.

3.1 باینینگ شار نوری

شار نوری در سه دسته دسته‌بندی می‌شود:

• F4:45 لومن (حداقل) تا 52 لومن (حداکثر)
• F5:52 لومن (حداقل) تا 60 لومن (حداکثر)
• F6:60 لومن (حداقل) تا 70 لومن (حداکثر)

مقدار معمول 50 لومن در دسته F4 قرار می‌گیرد. طراحان باید بر اساس خروجی نور مورد نیاز برای کاربرد خود، دسته مناسب را انتخاب کنند.

3.2 باینینگ ولتاژ پیشرو

ولتاژ پیشرو نیز برای کمک به طراحی مدار درایور و مدیریت توان دسته‌بندی می‌شود:

• 2730:2.75 ولت (حداقل) تا 3.0 ولت (حداکثر)
• 3032:3.0 ولت (حداقل) تا 3.25 ولت (حداکثر)
• 3235:3.25 ولت (حداقل) تا 3.5 ولت (حداکثر)

3.3 باینینگ رنگ (کروماتیسیتی)

انتشار سفید سرد در فضای رنگی CIE 1931 تعریف شده است. دیتاشیت مختصات گوشه‌ای برای چهار دسته مجزا (63M, 61M, 58M, 56M) را ارائه می‌دهد که با محدوده‌های دمای رنگ مرتبط (CCT) مطابقت دارند:

• 63M:~6100K تا 6600K
• 61M:~5800K تا 6300K
• 58M:~5600K تا 6100K
• 56M:~5300K تا 5800K

یک نمایش گرافیکی روی نمودار کروماتیسیتی CIE این دسته‌ها را به صورت چهارضلعی نشان می‌دهد. تلرانس اندازه‌گیری مشخص شده برای مختصات رنگ ±0.005 است. این باینینگ ثبات رنگ را در بین چندین ال ای دی در یک مجموعه تضمین می‌کند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

4.1 منحنی جریان-ولتاژ و شار نوری نسبی

نمودار جریان پیشرو در مقابل ولتاژ پیشرو، رابطه نمایی مشخصه را نشان می‌دهد. در نقطه عملیاتی معمول 140 میلی‌آمپر، V_Fتقریباً 3.0 ولت است. این منحنی برای طراحی مدار محدودکننده جریان ضروری است.

نمودار شار نوری نسبی در مقابل جریان پیشرو نشان می‌دهد که خروجی نور با جریان رابطه زیرخطی دارد. در حالی که خروجی با جریان افزایش می‌یابد، بازده (لومن بر وات) معمولاً در جریان‌های بالاتر به دلیل افزایش دمای پیوندگاه و عوامل دیگر کاهش می‌یابد. منحنی نسبت به شار در 140 میلی‌آمپر نرمال شده است.

4.2 وابستگی به دما

دو نمودار حیاتی تغییرات عملکرد را با دمای پیوندگاه (T_j) نشان می‌دهند.

• شار نوری نسبی در مقابل دمای پیوندگاه:نشان می‌دهد که خروجی نور با افزایش T_jکاهش می‌یابد. هیت سینک موثر برای حفظ روشنایی مطلوب بسیار مهم است.
• ولتاژ پیشرو نسبی در مقابل دمای پیوندگاه:نشان می‌دهد که V_Fدارای ضریب دمایی منفی است و به صورت خطی با افزایش T_jکاهش می‌یابد. این ویژگی گاهی می‌تواند برای حسگری دما استفاده شود.
• جابجایی کروماتیسیتی در مقابل دمای پیوندگاه:تغییر در مختصات x و y در CIE را ترسیم می‌کند و نشان می‌دهد که جابجایی در محدوده دمایی حداقل است، که برای پایداری رنگ مهم است.

4.3 توزیع طیفی و الگوی تابش

نمودار توزیع طیفی نسبی، شدت را در برابر طول موج از 400 نانومتر تا 800 نانومتر ترسیم می‌کند. یک قله در ناحیه آبی (حدود 450-455 نانومتر) از انتشار اولیه چیپ ال ای دی و یک قله ثانویه گسترده‌تر در ناحیه زرد (حدود 550-600 نانومتر) تولید شده توسط پوشش فسفر را نشان می‌دهد که ترکیب آن‌ها نور سفید سرد را تولید می‌کند.

نمودار معمولی مشخصه‌های تابش، زاویه دید 120 درجه را به صورت بصری نشان می‌دهد و توزیع زاویه‌ای شدت نور را نسبت به خط مرکزی (0 درجه) نمایش می‌دهد.

4.4 کاهش رتبه و مدیریت پالس

منحنی کاهش رتبه جریان پیشرو یک ابزار طراحی حیاتی است. حداکثر جریان پیشرو پیوسته مجاز را در برابر دمای پد لحیم (T_S) ترسیم می‌کند. با افزایش T_S، حداکثر جریان مجاز باید کاهش یابد تا از تجاوز از T_J(حداکثر) 150 درجه سلسیوس جلوگیری شود. به عنوان مثال، در T_S برابر 125 درجه سلسیوس، حداکثر I_F برابر 250 میلی‌آمپر است.

نمودار قابلیت مدیریت پالس مجاز، جریان پیک پالس (I_FP) مجاز را برای عرض پالس داده شده (t_p) و چرخه کاری (D)، با نقطه لحیم در 25 درجه سلسیوس تعریف می‌کند. این برای کاربردهایی که از طرح‌های رانندگی پالسی استفاده می‌کنند بسیار مهم است.

5. اطلاعات مکانیکی، بسته‌بندی و مونتاژ

5.1 ابعاد مکانیکی

دیتاشیت شامل یک نقشه مکانیکی دقیق از بسته ال ای دی است. ابعاد کلیدی (بر حسب میلی‌متر) فوت‌پرینت، ارتفاع و موقعیت پایه‌ها را تعریف می‌کنند. تلرانس‌ها معمولاً ±0.1 میلی‌متر است مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد. این نقشه برای طراحی فوت‌پرینت PCB و اطمینان از تناسب مناسب در مجموعه نهایی ضروری است.

5.2 طرح پیشنهادی پد لحیم‌کاری

یک نقشه جداگانه، الگوی پیشنهادی پد مسی روی PCB را برای لحیم‌کاری بهینه ارائه می‌دهد. این شامل اندازه‌های پد و فاصله برای ترمینال‌های الکتریکی و پد حرارتی است. پیروی از این توصیه، تشکیل اتصال لحیم خوب، انتقال حرارت مناسب به PCB و پایداری مکانیکی را تضمین می‌کند.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری، مونتاژ و جابجایی

6.1 پروفیل ریفلو لحیم‌کاری

این قطعه برای حداکثر دمای پیک ریفلو 260 درجه سلسیوس به مدت 30 ثانیه رتبه‌بندی شده است. باید از یک پروفیل ریفلو معمولی با فازهای کنترل شده پیش‌گرم، خیساندن، ریفلو و خنک‌سازی استفاده شود تا شوک حرارتی به حداقل برسد و اتصالات لحیم قابل اطمینان بدون آسیب به بسته ال ای دی یا مواد داخلی تضمین شود.

6.2 احتیاط‌های کاربردی

احتیاط‌های عمومی جابجایی شامل اجتناب از تنش مکانیکی روی بسته، جلوگیری از آلودگی لنز و استفاده از کنترل‌های مناسب ESD در حین جابجایی و مونتاژ است، زیرا این قطعه برای ESD با مدل بدن انسان (HBM) 8 کیلوولت رتبه‌بندی شده است.

6.3 حساسیت رطوبتی و انبارداری

این ال ای دی دارای سطح حساسیت رطوبتی (MSL) 2 است. این بدان معناست که بسته می‌تواند تا یک سال در شرایط محیط کارخانه (≤30°C/60% رطوبت نسبی) قرار گیرد قبل از اینکه نیاز به پخت قبل از ریفلو لحیم‌کاری داشته باشد. برای انبارداری طولانی‌تر یا پس از باز شدن بسته، باید روش‌های پخت خاص مطابق با استانداردهای IPC/JEDEC دنبال شود تا از "پف کردن" در حین ریفلو جلوگیری شود.

7. انطباق محیطی و قابلیت اطمینان

این قطعه با مقررات RoHS (محدودیت مواد خطرناک) و REACH مطابقت دارد. همچنین به عنوان عاری از هالوژن مشخص شده است، با محدودیت در محتوای برم (Br) و کلر (Cl) (Br <900 ppm، Cl <900 ppm، Br+Cl <1500 ppm).

یک ویژگی قابلیت اطمینان قابل توجه، عملکرد آن در محیط‌های غنی از گوگرد است. این قطعه معیارهای کلاس A1 آزمون گوگرد را برآورده می‌کند که نشان‌دهنده مقاومت بالا در برابر خوردگی ناشی از گوگرد جوی است که یک نگرانی رایج در محیط‌های خودرویی و صنعتی است.

8. نکات کاربردی و ملاحظات طراحی

8.1 کاربرد اصلی: روشنایی خودرو

کاربرد اصلی مورد نظر، روشنایی خودرو است. موارد استفاده بالقوه شامل روشنایی داخلی (چراغ‌های سقفی، چراغ‌های نقشه، روشنایی کف پا، روشنایی محیطی)، سیگنالینگ خارجی (چراغ ترمز مرکزی بالا نصب - CHMSL) و احتمالاً روشنایی کمکی است. تاییدیه AEC-Q102، محدوده دمایی وسیع و مقاومت در برابر گوگرد، آن را برای این محیط‌های سخت مناسب می‌سازد.

8.2 طراحی مدار درایور

طراحان باید یک مدار درایور جریان ثابت، نه یک منبع تغذیه ولتاژ ثابت، پیاده‌سازی کنند تا خروجی نور پایدار را تضمین کرده و از فرار حرارتی جلوگیری کنند. درایور باید طوری طراحی شود که محدوده دسته ولتاژ پیشرو را در بر گیرد. مدیریت حرارتی غیرقابل مذاکره است؛ PCB باید یک مسیر حرارتی کافی از پد حرارتی ال ای دی به یک هیت سینک یا لایه‌های مسی برد فراهم کند تا دمای پیوندگاه در محدوده ایمن نگه داشته شود، به ویژه هنگام کار در جریان‌های بالا یا دمای محیط بالا.

8.3 طراحی نوری

زاویه دید 120 درجه انعطاف‌پذیری ارائه می‌دهد. برای کاربردهایی که نیاز به پرتو متمرکز دارند، اپتیک ثانویه (رفلکتورها، لنزها) ضروری خواهد بود. زاویه وسیع برای کاربردهایی که نیاز به روشنایی یکنواخت و منتشر در یک ناحیه دارند مفید است.

9. مقایسه و جایگاه فنی

در مقایسه با ال ای دی‌های درجه تجاری استاندارد، تمایزهای کلیدی این قطعه، تاییدیه درجه خودرویی آن (AEC-Q102)، محدوده دمای عملیاتی گسترده (40- تا 125+ درجه سلسیوس) و مقاومت خاص در برابر خوردگی گوگرد است. این ویژگی‌ها به بهای هزینه بالاتر تمام می‌شود اما برای استانداردهای ایمنی و قابلیت اطمینان خودرو اجباری هستند. در بازار ال ای دی خودرویی، خروجی 50 لومنی آن در 140 میلی‌آمپر، آن را به عنوان یک قطعه با توان متوسط قرار می‌دهد که برای طیف وسیعی از کاربردها فراتر از عملکردهای نشانگر ساده مناسب است.

10. پرسش‌های متداول (سوالات پرتکرار)

سوال: بازده معمول (لومن بر وات) این ال ای دی چقدر است؟

پاسخ: در نقطه عملیاتی معمول (140 میلی‌آمپر، 3.0 ولت، 50 لومن)، توان ورودی 0.42 وات است (140mA * 3.0V). بازده تقریباً 119 لومن بر وات است (50lm / 0.42W).

سوال: آیا می‌توانم این ال ای دی را مستقیماً با باتری 12 ولت خودرو راه‌اندازی کنم؟

پاسخ: خیر. این ال ای دی به یک درایور جریان ثابت نیاز دارد. اتصال مستقیم آن به منبع 12 ولت باعث جریان بیش از حد شده و بلافاصله قطعه را از بین می‌برد. یک مدار درایور که جریان را در سطح مورد نظر (مثلاً 140 میلی‌آمپر) تنظیم می‌کند، مورد نیاز است.

سوال: چگونه دو مقدار مختلف مقاومت حرارتی را تفسیر کنم؟

پاسخ: از مقدار بالاتر و "واقعی" مقاومت حرارتی (R_{th JS real}معمولاً 24 کلوین بر وات) برای محاسبات طراحی حرارتی محافظه‌کارانه استفاده کنید. مقدار الکتریکی از یک تکنیک اندازه‌گیری مشتق شده و اغلب پایین‌تر است.

سوال: MSL 2 برای فرآیند تولید من چه معنایی دارد؟

پاسخ: MSL 2 به این معنی است که قطعات می‌توانند تا 12 ماه در کیسه مهر و موم شده ضد رطوبت خود تحت شرایط کنترل شده (≤30°C/60% رطوبت نسبی) نگهداری شوند. پس از باز شدن کیسه، معمولاً 1 هفته فرصت دارید تا ریفلو لحیم‌کاری را قبل از اینکه قطعات ممکن است نیاز به پخت داشته باشند، تکمیل کنید.

11. مطالعه موردی طراحی و کاربرد

سناریو: طراحی یک چراغ سقفی داخلی خودرو.

یک طراح برای یک مجموعه چراغ سقفی به نور سفید روشن نیاز دارد. او این ال ای دی را در دسته شار نوری F5 (52-60 لومن) و دسته رنگ 61M (~5800-6300K) برای ظاهری سفید خنثی انتخاب می‌کند. یک PCB با طرح دقیق پد لحیم پیشنهادی طراحی می‌کند. یک آی‌سی درایور باک جریان ثابت برای تامین 140 میلی‌آمپر از سیستم 12 ولت خودرو انتخاب می‌شود. تحلیل حرارتی با استفاده از منحنی کاهش رتبه و مقاومت حرارتی انجام می‌شود: اگر مدیریت حرارتی PCB دمای پد لحیم را زیر 85 درجه سلسیوس نگه دارد، ال ای دی می‌تواند با رتبه کامل 140 میلی‌آمپر خود کار کند. زاویه دید وسیع 120 درجه برای روشن کردن یکنواخت کابین بدون نیاز به اپتیک ثانویه پیچیده عالی است. تاییدیه AEC-Q102 اطمینان از قابلیت اطمینان بلندمدت قطعه برای این کاربرد خودرویی می‌دهد.

12. اصل عملکرد

این یک ال ای دی سفید تبدیل شده با فسفر است. هسته آن یک چیپ نیمه‌هادی، معمولاً از جنس نیترید گالیم ایندیم (InGaN) است که هنگام عبور جریان الکتریکی از آن (الکترولومینسانس) نور در طیف آبی ساطع می‌کند. این نور آبی تا حدی توسط یک لایه پوشش فسفر ایتریم آلومینیوم گارنت دوپ شده با سریم (YAG:Ce) که روی یا نزدیک چیپ رسوب داده شده است، جذب می‌شود. فسفر برخی از فوتون‌های آبی را جذب کرده و نور را در طیف وسیع‌تری، عمدتاً در ناحیه زرد، مجدداً ساطع می‌کند. مخلوط نور آبی باقی‌مانده و نور زرد تبدیل شده توسط چشم انسان به عنوان نور سفید درک می‌شود. نسبت دقیق انتشار آبی به زرد، که توسط ترکیب و ضخامت فسفر کنترل می‌شود، دمای رنگ مرتبط (CCT) را تعیین می‌کند و منجر به خروجی "سفید سرد" مشخص شده می‌شود.

13. روندهای فناوری

روند کلی در روشنایی ال ای دی خودرو به سمت بازده بالاتر (لومن بیشتر بر وات)، چگالی توان بالاتر و قابلیت اطمینان بهبود یافته است. همچنین تلاشی برای کنترل رنگ دقیق‌تر و شاخص بازآفرینی رنگ (CRI) بالاتر برای درک بصری بهتر وجود دارد. یکپارچه‌سازی روند دیگری است، با بسته‌های چند چیپی و بسته‌هایی با درایورهای یکپارچه یا مدارهای کنترلی که رایج‌تر می‌شوند. علاوه بر این، تمرکز فزاینده‌ای بر سیستم‌های روشنایی هوشمند و تطبیقی وجود دارد که ممکن است نیازمند ال ای دی‌های قادر به سوئیچینگ یا دیمرینگ بسیار سریع باشند. در حالی که این دیتاشیت یک قطعه گسسته و تک دی را توصیف می‌کند، فناوری زیربنایی همچنان در حال تکامل است تا این تقاضاها را برای سیستم‌های روشنایی خودرویی آینده، از جمله روشنایی پیشرو پیشرفته و روشنایی سیگنال پویا، برآورده کند.