دیتاشیت LED قرمز 2020 کوب لایت - بسته‌بندی SMD - ولتاژ معمولی 2.2V - جریان 140mA - شار نوری 26 لومن - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

این سند مشخصات LED قرمز 2020 کوب لایت را به تفصیل شرح می‌دهد. این قطعه یک LED قرمز با روشنایی بالا از نوع نصب سطحی (SMD) است که عمدتاً برای محیط‌های سخت روشنایی خودرو طراحی شده است. قطعه با ابعاد فشرده 2020، ساختار مستحکم و پارامترهای عملکردی متناسب با قابلیت اطمینان در شرایط عملیاتی دشوار مشخص می‌شود. مزایای اصلی آن شامل مطابقت با استانداردهای سختگیرانه تاییدیه خودرو، زاویه دید گسترده برای روشنایی یکنواخت و گواهینامه‌های مطابقت زیست‌محیطی است.

بازار هدف اصلی، صنعت خودروسازی است که در آن برای عملکردهای مختلف روشنایی سیگنال داخلی و خارجی مناسب می‌باشد. طراحی بر پایداری بلندمدت، عملکرد حرارتی و مقاومت در برابر عوامل استرس‌زای محیطی که معمولاً در کاربردهای خودرو با آن‌ها مواجه می‌شویم، اولویت دارد.

2. بررسی عمیق پارامترهای فنی

2.1 ویژگی‌های فوتومتریک و نوری

عملکرد فوتومتریک کلیدی LED در جریان آزمایش استاندارد 140 میلی‌آمپر تعریف شده است. خروجی شار نوری معمولی 26 لومن (lm) است که با حداقل مشخص شده 23 لومن و حداکثر 39 لومن، با در نظر گرفتن باینینگ تولید، ارائه می‌شود. طول موج غالب معمولاً 614 نانومتر است که آن را به طور قطع در طیف قرمز قرار می‌دهد، با محدوده‌ای از 612 نانومتر تا 627 نانومتر. زاویه دید گسترده 120 درجه (با تلرانس ±5 درجه) الگوی تابش وسیعی را تضمین می‌کند که برای کاربردهای نیازمند روشنایی ناحیه وسیع یا قابلیت مشاهده از زوایای متعدد مفید است.

2.2 پارامترهای الکتریکی

ولتاژ مستقیم (Vf) در شرایط آزمایش 140mA دارای مقدار معمولی 2.2 ولت است که از حداقل 1.75 ولت تا حداکثر 2.75 ولت متغیر می‌باشد. حداکثر جریان مستقیم پیوسته مطلق 250 میلی‌آمپر رتبه‌بندی شده است. برای شرایط اضافه جریان (پالس ≤10 میکروثانیه، چرخه کاری 0.005)، قطعه می‌تواند جریان اضافه (IFM) تا 1000 میلی‌آمپر را تحمل کند. توجه به این نکته حیاتی است که این LED برای کار در بایاس معکوس طراحی نشده است.

2.3 رتبه‌بندی‌های حرارتی و قابلیت اطمینان

مدیریت حرارتی برای طول عمر LED حیاتی است. مقاومت حرارتی اتصال به نقطه لحیم با دو مقدار مشخص شده است: نتیجه روش الکتریکی 18-16 کلوین بر وات و نتیجه روش واقعی 26-23 کلوین بر وات. حداکثر دمای مجاز اتصال (Tj) 150 درجه سانتی‌گراد است. قطعه برای محدوده دمای عملیاتی 40- درجه سانتی‌گراد تا 125+ درجه سانتی‌گراد رتبه‌بندی شده است که با شرایط حدی مورد نیاز برای استفاده خودرویی مطابقت دارد. این قطعه دارای محافظت در برابر تخلیه الکترواستاتیک (ESD) با رتبه 2 کیلوولت (مدل بدن انسان) است. همچنین قطعه برای لحیم‌کاری بازجوشی بدون سرب با حداکثر دمای 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 30 ثانیه واجد شرایط است.

3. توضیح سیستم باینینگ

برای اطمینان از یکنواختی در تولید، LEDها بر اساس عملکرد دسته‌بندی (باینینگ) می‌شوند. درک این دسته‌ها برای ثبات طراحی ضروری است.

3.1 باینینگ شار نوری

LEDها بر اساس خروجی نورشان در 140mA گروه‌بندی می‌شوند. دسته‌های اصلی E9 (27-23 لومن)، F1 (33-27 لومن) و F2 (39-33 لومن) هستند. مقدار معمولی 26 لومن در دسته E9 قرار می‌گیرد.

3.2 باینینگ ولتاژ مستقیم

قطعات همچنین بر اساس افت ولتاژ مستقیم آن‌ها دسته‌بندی می‌شوند. دسته‌های کلیدی شامل 1720 (2.0-1.75 ولت)، 2022 (2.25-2.0 ولت)، 2225 (2.5-2.25 ولت) و 2527 (2.75-2.5 ولت) می‌شوند. مقدار معمولی 2.2 ولت مربوط به دسته 2022 است.

3.3 باینینگ طول موج غالب

رنگ (طول موج) به طور دقیق از طریق دسته‌هایی مانند 1215 (615-612 نانومتر)، 1518 (618-615 نانومتر) تا 2427 (627-624 نانومتر) کنترل می‌شود. مقدار معمولی 614 نانومتر در دسته 1215 قرار دارد.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

4.1 منحنی جریان-ولتاژ و شار نوری نسبی

نمودار جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم یک رابطه نمایی مشخصه را نشان می‌دهد. منحنی شار نوری نسبی در مقابل جریان مستقیم نشان می‌دهد که خروجی نور با جریان افزایش می‌یابد اما در نهایت اشباع می‌شود و در جریان‌های بالاتر از توصیه شده می‌تواند باعث کاهش بازده و طول عمر شود.

4.2 وابستگی به دما

نمودار شار نوری نسبی در مقابل دمای اتصال برای طراحی حرارتی حیاتی است. این نمودار نشان می‌دهد که با افزایش دمای اتصال، خروجی نور کاهش می‌یابد. نمودار تغییر طول موج غالب در مقابل دمای اتصال نشان می‌دهد که رنگ با افزایش دما تغییر می‌کند (معمولاً به سمت طول موج‌های بلندتر) که باید در کاربردهای حساس به رنگ در نظر گرفته شود.

4.3 توزیع طیفی و کاهش رتبه

نمودار توزیع طیفی نسبی، یک قله انتشار باند باریک قرمز را تایید می‌کند. منحنی کاهش رتبه جریان مستقیم، کاهش حداکثر جریان پیوسته مجاز را با افزایش دمای پد لحیم الزامی می‌کند تا از تجاوز از حداکثر دمای اتصال جلوگیری شود. به عنوان مثال، در دمای پد 125 درجه سانتی‌گراد، جریان باید به 250 میلی‌آمپر کاهش یابد.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

قطعه از بسته‌بندی استاندارد SMD 2020 (ابعاد 2.0mm x 2.0mm) استفاده می‌کند. نقشه مکانیکی ابعاد دقیق از جمله ارتفاع کلی، جزئیات فریم سربی و هندسه لنز را مشخص می‌کند. تلرانس‌ها معمولاً ±0.1mm است مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. یک طرح پد لحیم‌کاری توصیه شده ارائه شده است تا تشکیل صحیح اتصال لحیم، انتقال حرارت و پایداری مکانیکی در حین بازجوشی و کارکرد تضمین شود. قطبیت توسط یک علامت خاص یا پیکربندی پایه روی بدنه قطعه نشان داده شده است که در هنگام قرارگیری باید رعایت شود.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

این LED با فرآیندهای استاندارد لحیم‌کاری بازجوشی بدون سرب سازگار است. یک پروفیل دقیق لحیم‌کاری بازجوشی ارائه شده است که پارامترهای حیاتی را مشخص می‌کند: شیب پیش‌گرم، زمان و دمای خیساندن، زمان بالای نقطه ذوب (TAL)، حداکثر دما (260 درجه سانتی‌گراد به مدت 30 ثانیه) و نرخ خنک‌سازی. رعایت این پروفیل برای جلوگیری از شوک حرارتی، نقص اتصال لحیم یا آسیب به بسته‌بندی LED ضروری است. اقدامات احتیاطی عمومی شامل استفاده از محافظت ESD مناسب در حین جابجایی، اجتناب از تنش مکانیکی روی لنز و اطمینان از عاری بودن محیط لحیم‌کاری از آلاینده‌هایی مانند گوگرد است.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

قطعات در بسته‌بندی استاندارد نوار و قرقره مناسب برای ماشین‌های مونتاژ اتوماتیک Pick-and-Place عرضه می‌شوند. اطلاعات بسته‌بندی ابعاد قرقره، فاصله جیب‌ها و جهت‌گیری را به تفصیل شرح می‌دهد. شماره قطعه از ساختار خاصی پیروی می‌کند:2020 - UR - 140 - D - M - AM.
- 2020: خانواده محصول.
- UR: رنگ (قرمز).
- 140: جریان آزمایش بر حسب میلی‌آمپر.
- D: نوع فریم سربی (طلا + چسب سفید).
- M: سطح روشنایی (متوسط).
- AM: تعیین کاربرد خودرویی.

8. پیشنهادات کاربردی

8.1 سناریوهای کاربردی معمول

کاربرد اصلی، روشنایی خودرو است. این شامل، اما نه محدود به، چراغ ترمز مرکزی بالا (CHMSL)، چراغ‌های ترکیبی عقب (چراغ عقب/توقف)، چراغ‌های نشانگر جانبی و روشنایی محیط داخلی می‌شود. تاییدیه AEC-Q102 و محدوده دمای گسترده آن، این قطعه را برای این محیط‌های سخت مناسب می‌سازد.

8.2 ملاحظات طراحی

مدار درایور:استفاده از یک درایور جریان ثابت به شدت توصیه می‌شود تا خروجی نور پایدار تضمین شده و از فرار حرارتی جلوگیری شود، زیرا ولتاژ مستقیم LED دارای ضریب دمایی منفی است.
مدیریت حرارتی:طرح PCB باید تبادل حرارت را تسهیل کند. از طرح پد لحیم‌کاری توصیه شده استفاده کنید، اطمینان حاصل کنید که مساحت کافی مس به پد حرارتی متصل است و مسیر حرارتی کلی سیستم را در نظر بگیرید تا دمای پد لحیم در محدوده ایمن برای جریان عملیاتی مورد نظر باقی بماند.
طراحی نوری:زاویه دید 120 درجه ممکن است نیاز به اپتیک ثانویه (لنزها، راهنماهای نور) برای شکل‌دهی به پرتو برای کاربردهای خاص داشته باشد. پتانسیل تغییر طول موج با دما باید برای مصارف حساس به رنگ ارزیابی شود.

9. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با LEDهای تجاری عمومی، تمایزهای کلیدی این قطعه، تاییدیه‌های درجه خودرو (AEC-Q102)، محدوده دمای عملیاتی گسترده‌تر (40- تا 125+ درجه سانتی‌گراد) و آزمایش‌های قابلیت اطمینان خاص (مانند تست گوگرد کلاس A1) است. همچنین با الزامات بدون هالوژن مطابقت دارد که به دلایل زیست‌محیطی و قابلیت اطمینان در الکترونیک خودرو اهمیت فزاینده‌ای دارد. ترکیب سطح روشنایی متوسط (26 لومن معمولی) با ساختار مستحکم، راه‌حلی متعادل برای کاربردهایی ارائه می‌دهد که در آن قابلیت اطمینان بر حداکثر روشنایی اولویت دارد.

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: آیا می‌توانم این LED را در حداکثر جریان مطلق 250mA به طور پیوسته راه‌اندازی کنم؟
ج: لزوماً خیر. رتبه 250mA حداکثر مطلق تحت شرایط خاص است. جریان عملیاتی پیوسته ایمن به طراحی حرارتی بستگی دارد. شما باید از منحنی کاهش رتبه جریان مستقیم بر اساس دمای پد لحیم اندازه‌گیری شده یا تخمینی (Ts) خود استفاده کنید. به عنوان مثال، اگر Ts برابر 100 درجه سانتی‌گراد باشد، حداکثر جریان پیوسته مجاز به طور قابل توجهی کمتر از 250mA است.

س: تفاوت بین مقاومت حرارتی واقعی و الکتریکی (Rth JS) چیست؟
ج: روش الکتریکی از پارامترهای الکتریکی حساس به دمای LED برای تخمین دمای اتصال استفاده می‌کند، در حالی که روش واقعی ممکن است از یک سنسور فیزیکی استفاده کند. مقدار روش واقعی (26-23 کلوین بر وات) عموماً برای محاسبات طراحی حرارتی محافظه‌کارانه‌تر و قابل اطمینان‌تر در نظر گرفته می‌شود.

س: در دیتاشیت به تست گوگرد اشاره شده است. چرا این مهم است؟
ج: اتمسفرهای حاوی گوگرد (مانند برخی لاستیک‌ها، واشرها یا محیط‌های صنعتی) می‌توانند فریم‌های سربی مبتنی بر نقره را خورده و منجر به خرابی شوند. رتبه تست گوگرد کلاس A1 نشان می‌دهد که قطعه آزمایش‌های خاص مقاومت در برابر خوردگی گوگرد را گذرانده است که برای قابلیت اطمینان بلندمدت در مجموعه‌های بسته خودرویی حیاتی است.

11. مطالعه موردی طراحی عملی

طراحی یک ماژول چراغ ترمز عقب با استفاده از این LED را در نظر بگیرید. یک خوشه از 10 LED سری نیاز به یک درایور دارد که قادر به تامین 140mA در حدود 22 ولت (10 * 2.2 ولت معمولی) به علاوه حاشیه ایمنی باشد. PCB باید با وایاهای حرارتی زیر پد حرارتی هر LED طراحی شود که به یک صفحه زمین داخلی بزرگ برای پخش حرارت متصل می‌شود. باید به منحنی کاهش رتبه مراجعه کرد: اگر دمای PCB نزدیک LEDها در بدترین محیط به 80 درجه سانتی‌گراد برسد، حداکثر جریان مجاز هر LED باید بررسی شده و به طور بالقوه از 140mA کاهش یابد تا دمای اتصال زیر 150 درجه سانتی‌گراد باقی بماند. شبیه‌سازی نوری برای چیدمان LEDها و طراحی یک پخش‌کننده نور برای برآورده کردن استانداردهای توزیع شدت نور و یکنواختی مورد نیاز برای چراغ‌های ترمز خودرو استفاده می‌شود.

12. معرفی اصل عملکرد

این یک دیود نورافشان مبتنی بر نیمه‌هادی است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیشتر از ولتاژ مستقیم مشخصه آن (Vf) اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها در ناحیه فعال تراشه نیمه‌هادی بازترکیب شده و انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کنند. ترکیب ماده خاص نیمه‌هادی (احتمالاً مبتنی بر AlInGaP برای انتشار قرمز) طول موج غالب نور ساطع شده را تعیین می‌کند. بسته‌بندی SMD شامل یک فریم سربی برای اتصال الکتریکی و هدایت حرارتی، یک لنز سیلیکونی برای محافظت از تراشه و شکل‌دهی به خروجی نور، و یک حفره بازتابی سفید برای افزایش بازده استخراج نور است.

13. روندهای فناوری

روند در روشنایی LED خودرو به سمت بازده بالاتر (لومن بیشتر در هر وات)، چگالی توان بیشتر و قابلیت اطمینان بهبود یافته ادامه دارد. این امر امکان ساخت ماژول‌های روشنایی کوچکتر و کم‌مصرف‌تر را فراهم می‌کند. همچنین تمرکز بر روی عملکردهای پیشرفته مانند پرتوهای رانندگی تطبیقی (ADB) و ارتباط از طریق نور (Li-Fi) وجود دارد، اگرچه اینها معمولاً به قطعات پیچیده‌تری نیاز دارند. برای عملکردهای سیگنالینگ استاندارد، تأکید همچنان بر روی قطعات بهینه‌شده از نظر هزینه، بسیار قابل اطمینان و واجد شرایط مانند قطعه توصیف شده باقی می‌ماند، با بهبودهای مستمر در عملکرد حرارتی و طول عمر تحت کارکرد دمای بالا.