دیتاشیت LED سری ALFS1G-C0 - بسته‌بندی سرامیکی SMD - 400 لومن در 1000 میلی‌آمپر - 3.3 ولت - زاویه دید 120 درجه - درجه خودرویی

1. مرور کلی محصول

سری ALFS1G-C0 نمایانگر یک قطعه LED با عملکرد بالا و نصب سطحی است که برای کاربردهای چالش‌برانگیز روشنایی خودرو طراحی شده است. این قطعه در یک بسته‌بندی سرامیکی مستحکم قرار دارد که مدیریت حرارتی برتر و قابلیت اطمینان ضروری برای محیط‌های عملیاتی سخت موجود در خودروها را ارائه می‌دهد. تمرکز اصلی طراحی آن بر تأمین خروجی نوری بالا با عملکردی پایدار در محدوده وسیعی از دما است که آن را به گزینه‌ای مناسب برای عملکردهای حیاتی روشنایی بیرونی تبدیل می‌کند.

مزایای اصلی این LED شامل شار نوری معمولی بالای 400 لومن در جریان راه‌اندازی 1000 میلی‌آمپر، زاویه دید گسترده 120 درجه برای توزیع نور عالی و انطباق با استانداردهای سختگیرانه صنعت خودرو است. این محصول به طور خاص برای بازار روشنایی بیرونی خودرو، شامل کاربردهایی که دوام، طول عمر و پایداری عملکرد در آنها غیرقابل مذاکره است، هدف‌گیری شده است.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

2.1 مشخصات نورسنجی و الکتریکی

پارامترهای عملیاتی کلیدی، محدوده عملکرد LED را تعریف می‌کنند. نقطه عملیاتی معمولی جریان مستقیم (I_F) 1000 میلی‌آمپر است، با حداقل 50 میلی‌آمپر و رتبه حداکثر مطلق 1500 میلی‌آمپر. عملکرد زیر 50 میلی‌آمپر توصیه نمی‌شود. شار نوری (Φ_v) به عنوان 360 لومن (حداقل)، 400 لومن (معمولی) و 500 لومن (حداکثر) در هنگام راه‌اندازی با 1000 میلی‌آمپر و در دمای پد حرارتی 25 درجه سانتی‌گراد با تلرانس اندازه‌گیری ±8% مشخص شده است.

ولتاژ مستقیم (V_F) از 2.90 ولت تا 3.80 ولت متغیر است، با مقدار معمولی 3.30 ولت در 1000 میلی‌آمپر (تلرانس ±0.05 ولت). این پارامتر برای طراحی درایور و محاسبات اتلاف توان حیاتی است. دمای رنگ مرتبط (CCT) برای نوع سفید سرد در شرایط معمولی از 5180 کلوین تا 6893 کلوین گسترده است.

2.2 رتبه‌بندی‌های حرارتی و حداکثر مطلق

مدیریت حرارتی برای طول عمر LED حیاتی است. مقاومت حرارتی از اتصال به نقطه لحیم (R_thJS) با دو مقدار مشخص شده است: 4.0 کلوین بر وات (معمولی) / 4.4 کلوین بر وات (حداکثر) برای شرایط واقعی و 3.0 کلوین بر وات (معمولی) / 3.4 کلوین بر وات (حداکثر) برای شرایط اندازه‌گیری الکتریکی. حداکثر دمای مجاز اتصال (T_J) 150 درجه سانتی‌گراد است.

رتبه‌بندی‌های حداکثر مطلق، محدودیت‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آنها ممکن است آسیب دائمی رخ دهد. این موارد شامل حداکثر اتلاف توان (P_d) معادل 5700 میلی‌وات، محدوده دمای عملیاتی (T_opr) از 40- درجه سانتی‌گراد تا 125+ درجه سانتی‌گراد و محدوده دمای نگهداری (T_stg) از 40- درجه سانتی‌گراد تا 125+ درجه سانتی‌گراد است. این قطعه می‌تواند در برابر ESD (HBM) تا 8 کیلوولت و دمای لحیم‌کاری ریفلو 260 درجه سانتی‌گراد مقاومت کند.

3. توضیح سیستم باینینگ

برای اطمینان از ثبات رنگ و روشنایی در تولید، LEDها بر اساس پارامترهای کلیدی در دسته‌های مختلف (باین) مرتب می‌شوند.

3.1 باینینگ شار نوری

برای نسخه سفید سرد، دسته‌های شار نوری از گروه C4 تا C9 تعریف شده‌اند. هر باین محدوده شار خاصی را پوشش می‌دهد، به عنوان مثال، باین C5 محدوده 380-400 لومن و باین C6 محدوده 400-425 لومن را پوشش می‌دهد، که همگی در جریان مستقیم معمولی با پالس 25 میلی‌ثانیه اندازه‌گیری شده‌اند. این امر به طراحان اجازه می‌دهد LEDهایی با خروجی روشنایی مورد نیاز برای کاربرد خود را انتخاب کنند.

3.2 باینینگ ولتاژ مستقیم

ولتاژ مستقیم در سه گروه دسته‌بندی شده است: 1A (2.90V - 3.20V)، 1B (3.20V - 3.50V) و 1C (3.50V - 3.80V). دسته‌بندی بر اساس ولتاژ به طراحی مدارهای درایور یکنواخت‌تر و مدیریت بار حرارتی در بین چندین LED در یک آرایه کمک می‌کند.

3.3 باینینگ مختصات رنگی (سفید سرد)

مشخصات رنگی با استفاده از مختصات رنگی CIE 1931 (x, y) تعریف شده است. دیتاشیت یک نمودار و جدول ساختار باین دقیق برای LEDهای سفید سرد ارائه می‌دهد. باین‌ها با کدهایی مانند 64A، 64B، 60A و غیره مشخص شده‌اند که هر کدام نمایانگر یک ناحیه چهارضلعی خاص در نمودار CIE هستند. به عنوان مثال، باین 64A مختصات داخل مرزهای تعریف شده توسط (0.3109, 0.3382)، (0.3161, 0.3432)، (0.3169, 0.3353) و (0.3120, 0.3306) را پوشش می‌دهد که مربوط به یک محدوده مرجع دمای رنگ مرتبط است. این دسته‌بندی دقیق، ثبات رنگ فشرده را تضمین می‌کند که برای روشنایی خودرو، که هماهنگی رنگ بین منابع نوری متعدد مهم است، حیاتی می‌باشد.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

نمودارهای ارائه شده، بینش عمیقی از رفتار LED تحت شرایط مختلف ارائه می‌دهند.

4.1 جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (منحنی IV)

نمودار یک رابطه غیرخطی، که برای LEDها معمول است، را نشان می‌دهد. ولتاژ مستقیم با افزایش جریان افزایش می‌یابد، از حدود 2.7 ولت در جریان‌های بسیار کم شروع شده و در حداکثر جریان رتبه‌بندی شده 1500 میلی‌آمپر به حدود 3.5 ولت می‌رسد. این منحنی برای انتخاب توپولوژی مناسب درایور محدودکننده جریان ضروری است.

4.2 شار نوری نسبی در مقابل جریان مستقیم

خروجی نوری به صورت زیرخطی با جریان افزایش می‌یابد. در حالی که خروجی از 50 میلی‌آمپر تا 1000 میلی‌آمپر به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد، افزایش نسبی با نزدیک شدن جریان به رتبه حداکثر کاهش می‌یابد که نشان‌دهنده کاهش بازده در جریان‌های بالاتر به دلیل افزایش بار حرارتی است.

4.3 نمودارهای عملکرد حرارتی

نمودارشار نوری نسبی در مقابل دمای اتصالخاموشی حرارتی را نشان می‌دهد. با افزایش دمای اتصال از 40- درجه سانتی‌گراد به 150 درجه سانتی‌گراد، شار نوری نسبی کاهش می‌یابد. در دمای 100 درجه سانتی‌گراد، خروجی تقریباً 85-90% مقدار آن در 25 درجه سانتی‌گراد است که نیاز حیاتی به هیت سینک مؤثر در کاربردهای پرتوان را برجسته می‌کند.

نمودارولتاژ مستقیم نسبی در مقابل دمای اتصالنشان می‌دهد که V_Fبه صورت خطی با افزایش دما کاهش می‌یابد (ضریب دمایی منفی)، که مشخصه تغییرات گاف انرژی نیمه‌هادی است. این ویژگی گاهی می‌تواند برای نظارت غیرمستقیم دما مورد استفاده قرار گیرد.

نمودارهایجابجایی رنگ‌سنجینشان می‌دهند که هم جریان مستقیم و هم دمای اتصال باعث جابجایی‌های کوچک اما قابل اندازه‌گیری در مختصات CIE x و y می‌شوند. این جابجایی‌ها باید در کاربردهای حساس به رنگ در نظر گرفته شوند.

4.4 کاهش جریان مستقیم و قابلیت پالس

منحنیکاهش جریان مستقیمبرای طراحی قابلیت اطمینان حیاتی است. این منحنی حداکثر جریان مستقیم مجاز پیوسته را به عنوان تابعی از دمای پد لحیم (T_S) دیکته می‌کند. به عنوان مثال، در دمای T_S برابر 110 درجه سانتی‌گراد، حداکثر I_F 1500 میلی‌آمپر است. در حداکثر دمای مجاز T_S برابر 125 درجه سانتی‌گراد، حداکثر I_F به 1200 میلی‌آمپر کاهش می‌یابد. عملکرد در داخل این منحنی برای جلوگیری از گرمای بیش از حد و خرابی زودرس اجباری است.

نمودارقابلیت تحمل پالسنشان می‌دهد که LED می‌تواند جریان‌هایی به مراتب بالاتر از رتبه حداکثر DC را برای مدت‌های پالس بسیار کوتاه (مثلاً میکروثانیه تا میلی‌ثانیه) در چرخه‌های وظیفه مختلف تحمل کند. این موضوع برای طرح‌های عملیاتی پالسی که گاهی در حس‌گری یا ارتباطات استفاده می‌شود، مرتبط است.

5. اطلاعات مکانیکی، بسته‌بندی و مونتاژ

5.1 ابعاد مکانیکی و طراحی پد

این LED از یک بسته‌بندی سرامیکی نصب سطحی استفاده می‌کند. در حالی که ابعاد دقیق در متن ارائه نشده است، دیتاشیت شامل بخش‌های اختصاصی براینقشه ابعاد مکانیکیوطرح پد لحیم‌کاری توصیه شدهاست. رعایت هندسه پد توصیه شده برای دستیابی به اتصالات لحیم قابل اطمینان، انتقال حرارت مناسب به PCB و اطمینان از پایداری مکانیکی حیاتی است.

5.2 پروفیل لحیم‌کاری ریفلو و ملاحظات

یکپروفیل لحیم‌کاری ریفلوخاص با رتبه دمای پیک 260 درجه سانتی‌گراد ارائه شده است. پیروی از این پروفیل برای جلوگیری از آسیب حرارتی به بسته LED یا مواد اتصال داخلی تراشه ضروری است. بخشملاحظات استفادهاحتمالاً شامل دستورالعمل‌های مهم جابجایی، نگهداری و مونتاژ برای جلوگیری از آسیب ESD، جذب رطوبت (MSL 2) و تنش مکانیکی است.

5.3 اطلاعات بسته‌بندی

بخشاطلاعات بسته‌بندیجزئیات نحوه عرضه LEDها (مانند مشخصات نوار و قرقره) را شرح می‌دهد که برای فرآیندهای مونتاژ خودکار ضروری است.

6. دستورالعمل‌های کاربردی و ملاحظات طراحی

6.1 کاربردهای هدف

کاربردهای اصلی ذکر شده همگی روشنایی بیرونی خودرو هستند: چراغ‌های جلو (پرتو اصلی، پرتو پایین)، چراغ‌های روشنایی روز (DRL) و چراغ‌های مه. این کاربردها نیازمند قابلیت اطمینان بالا، تحمل دمای عملیاتی گسترده و عملکرد مستحکم در برابر عوامل محیطی مانند لرزش و رطوبت هستند.

6.2 ملاحظات طراحی حیاتی

• طراحی حرارتی:مقاومت حرارتی پایین R_thJSبسته سرامیکی مفید است، اما یک مسیر حرارتی با عملکرد بالا از پدهای لحیم به هیت سینک سیستم (مانند PCB با هسته فلزی یا خنک‌کننده فعال) برای پایین نگه داشتن دمای اتصال، به ویژه هنگام راه‌اندازی با جریان‌های بالا، اجباری است. از منحنی کاهش به عنوان حد طراحی استفاده کنید.
• مدار درایور:یک درایور جریان ثابت برای اطمینان از خروجی نور پایدار و جلوگیری از فرار حرارتی مورد نیاز است. درایور باید طوری طراحی شود که محدوده باین ولتاژ مستقیم را در خود جای دهد و جریان لازم تا 1500 میلی‌آمپر را تأمین کند.
• طراحی نوری:زاویه دید 120 درجه برای ایجاد الگوهای روشنایی گسترده و یکنواخت مناسب است. اپتیک ثانویه (عدسی‌ها، بازتابنده‌ها) برای شکل‌دهی به پرتو برای کاربردهای خاص مانند برش‌های چراغ جلو یا امضای DRL مورد نیاز خواهد بود.
• استحکام محیطی:محصول از انطباق با استحکام در برابر گوگرد (کلاس A1)، عاری از هالوژن و استانداردهای RoHS/REACH یاد می‌کند که برای صنایع خودرو و سایر صنایع تنظیم‌شده ضروری هستند. طراحان باید اطمینان حاصل کنند که کل مجموعه (PCB، لحیم، پوشش محافظ) با استانداردهای مکمل مطابقت دارد.

7. مقایسه و تمایز فنی

در حالی که مقایسه مستقیم با سایر محصولات در دیتاشیت وجود ندارد، تمایزهای کلیدی این LED را می‌توان استنباط کرد. ترکیببسته سرامیکی(عملکرد حرارتی و قابلیت اطمینان برتر نسبت به بسته‌های پلاستیکی)،تاییدیه AEC-Q102(آزمون قابلیت اطمینان درجه خودرویی)،شار نوری بالادر جریان درایو استاندارد 1000 میلی‌آمپر وباینینگ دقیقبرای هر دو شار و رنگ، این قطعه را در بخش با قابلیت اطمینان بالا برای روشنایی خودرو قرار می‌دهد. رتبه ESD 8 کیلوولت و مقاومت در برابر گوگرد آن، مناسب بودن آن را برای محیط‌های سخت بیشتر افزایش می‌دهد.

8. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

سوال: آیا می‌توانم این LED را به طور پیوسته با 1500 میلی‌آمپر راه‌اندازی کنم؟

پاسخ: تنها در صورتی که بتوانید دمای پد لحیم (T_S) را در 110 درجه سانتی‌گراد یا پایین‌تر تضمین کنید، مطابق با منحنی کاهش. در دمای پد بالاتر، جریان باید کاهش یابد. برای عملیات بلندمدت قابل اطمینان، طراحی برای جریان معمولی 1000 میلی‌آمپر یا کمتر توصیه می‌شود.

سوال: MSL 2 به چه معناست؟

پاسخ: سطح حساسیت به رطوبت 2. این بدان معناست که LED بسته‌بندی شده می‌تواند تا یک سال در یک محیط خشک (<60% رطوبت نسبی) نگهداری شود. قبل از لحیم‌کاری ریفلو، اگر بسته بیش از عمر مفید کف خود در معرض شرایط محیطی قرار گرفته باشد، باید برای حذف رطوبت و جلوگیری از آسیب "پاپ کورن" در حین ریفلو، پخت شود.

سوال: چگونه باین‌های رنگی مانند 64A یا 60B را تفسیر کنم؟

پاسخ: اینها کدهایی برای مناطق خاص در نمودار رنگ‌سنجی CIE هستند. شما باید کد باین را با جدول و نمودار ارائه شده مطابقت دهید تا چهارضلعی دقیق مختصات CIE x,y که رنگ LED در آن قرار می‌گیرد را بیابید. این امر هنگام استفاده از چندین LED، ثبات رنگ را تضمین می‌کند.

سوال: چرا حداقل جریان 50 میلی‌آمپر وجود دارد؟

پاسخ: عملکرد در جریان‌های بسیار پایین ممکن است منجر به گسیل نور ناپایدار یا غیریکنواخت شود. حداقل مشخص شده، اطمینان می‌دهد که LED در یک ناحیه پایدار از مشخصات عملکردی خود کار می‌کند.

9. اصول عملکرد و روندها

9.1 اصل عملکرد پایه

این یک دیود نورگسیل حالت جامد است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیش از ولتاژ گاف انرژی آن اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها در ناحیه فعال نیمه‌هادی بازترکیب شده و انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کنند. مواد و ساختار خاص لایه‌های نیمه‌هادی، طول موج (رنگ) نور گسیل‌شده را تعیین می‌کنند. بسته سرامیکی عمدتاً به عنوان یک محفظه مکانیکی مستحکم و به طور حیاتی، به عنوان یک مجرای حرارتی کارآمد برای انتقال گرمای تولید شده در اتصال نیمه‌هادی (به دلیل بازترکیب غیرتابشی و مقاومت الکتریکی) به PCB و هیت سینک عمل می‌کند.

9.2 روندهای صنعت

توسعه LEDهایی مانند ALFS1G-C0 منعکس‌کننده روندهای کلیدی در روشنایی خودرو است: تغییر از منابع سنتی هالوژن و HID به روشنایی LED تمام حالت جامد برای بازدهی بالاتر، عمر طولانی‌تر و انعطاف‌پذیری طراحی. فشار مداومی برای افزایش بازده نوری (لومن بیشتر بر وات)، بهبود بسته‌های مدیریت حرارتی (مانند سرامیک‌های پیشرفته)، باینینگ فشرده‌تر رنگ و شار برای یکنواختی بهتر و استانداردهای قابلیت اطمینان تقویت‌شده (AEC-Q102، مقاومت در برابر گوگرد) برای برآورده کردن انتظارات عمر 10 تا 15 ساله سیستم‌های خودرو وجود دارد. علاوه بر این، ادغام چندین عملکرد (مانند پرتو رانندگی تطبیقی) در ماژول‌های LED فشرده، یک روند رو به رشد است.