دیتاشیت LED زرد 2820-UY2001M-AM - بسته‌بندی SMD 2.8x2.0mm - ولتاژ مستقیم 2.4V - شار نوری 33lm - درجه خودرویی

1. مرور محصول

سری 2820-UY2001M-AM نمایانگر یک قطعه LED نصب سطحی با قابلیت اطمینان بالا است که به‌طور خاص برای کاربردهای چالش‌برانگیز روشنایی خودرو طراحی شده است. این قطعه با ابعاد فوت‌پرینت فشرده بسته‌بندی SMD 2820 شناخته می‌شود که شار نوری معمول 33 لومن را در جریان عملیاتی استاندارد 200mA ارائه می‌دهد. خروجی نور اصلی در طیف زرد است، با طول موج غالب حدود 589nm. یک تمایز کلیدی برای این محصول، مطابقت آن با استاندارد سخت‌گیرانه صلاحیت‌سنجی AEC-Q102 Rev A برای نیمه‌هادی‌های گسسته اپتوالکترونیک در کاربردهای خودرویی است که عملکرد و طول عمر تحت شرایط محیطی خشن معمول در صنعت خودرو را تضمین می‌کند. گواهی‌های اضافی شامل پایبندی به معیارهای RoHS، REACH و تولید بدون هالوژن است که آن را به انتخابی مناسب برای طراحی‌های مدرن و سازگار با محیط زیست تبدیل می‌کند.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

مزایای اصلی این سری LED ریشه در استحکام درجه خودرویی و عملکرد نورسنجی بهینه‌شده آن دارد. این قطعه دارای تحمل تخلیه الکترواستاتیک (ESD) بالا معادل 2KV (HBM) است که قابلیت اطمینان در جابجایی و مونتاژ را افزایش می‌دهد. زاویه دید گسترده 120 درجه‌ای آن توزیع فضایی نور عالی را فراهم می‌کند که برای کاربردهایی مانند روشنایی محیط داخلی، نورپردازی داشبورد و روشنایی سیگنال خارجی که در آن‌ها یکنواختی روشنایی مورد نیاز است، حیاتی می‌باشد. بازار هدف اصلی بخش خودرو است، از جمله تأمین‌کنندگان Tier-1 و سازندگان اصلی تجهیزات (OEM) که در حال توسعه ماژول‌های روشنایی برای خودروهای سواری، کامیون‌های تجاری و موتورسیکلت‌ها هستند. مشخصات قابلیت اطمینان آن، آن را به گزینه‌ای برای سایر بازارهای با قابلیت اطمینان بالا مانند چراغ‌های نشانگر صنعتی و تابلوهای فضای باز که در آن‌ها عملکرد بلندمدت حیاتی است، تبدیل می‌کند.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

درک کامل پارامترهای الکتریکی، نوری و حرارتی برای طراحی صحیح مدار و یکپارچه‌سازی سیستم ضروری است.

2.1 مشخصات نورسنجی و نوری

پارامتر نورسنجی مرکزی، شار نوری (Φ_v) است که با مقدار معمول 33 لومن در I_F= 200mA مشخص شده است. مقادیر حداقل و حداکثر به ترتیب 27 لومن و 45 لومن هستند، با تلرانس اندازه‌گیری ±8%. طول موج غالب (λ_d) به‌طور معمول 589nm است، با محدوده‌ای از 585nm تا 594nm و تلرانس دقیق ±1nm. این امر، انتشار نور را به‌طور قطعی در ناحیه رنگ زرد قرار می‌دهد. توزیع فضایی نور توسط یک زاویه دید گسترده 120 درجه‌ای تعریف می‌شود که در نقاط نیمه‌شدت (جایی که شدت نور 50% از مقدار اوج است) اندازه‌گیری می‌شود. این پارامتر دارای تلرانس ±5° است.

2.2 مشخصات الکتریکی

ولتاژ مستقیم (V_F) یک پارامتر حیاتی برای طراحی منبع تغذیه و مدیریت حرارتی است. در جریان عملیاتی معمول 200mA، V_F برابر 2.4V است، با محدوده‌ای از 2.00V تا 2.75V (تلرانس ±0.05V). جریان مستقیم پیوسته توصیه‌شده (I_F) 200mA است، با حداکثر رتبه مطلق 250mA. برای شرایط اضافه جریان (سورج)، قطعه می‌تواند یک جریان پیک (I_FM) معادل 1000mA را برای پالس‌های ≤10μs با چرخه کاری بسیار پایین (D=0.005) تحمل کند. توجه به این نکته مهم است که این LED برای کار در بایاس معکوس طراحی نشده است.

2.3 مشخصات حرارتی

تخلیه حرارت مؤثر برای عملکرد و طول عمر LED بسیار مهم است. مقاومت حرارتی از پیوند نیمه‌هادی تا نقطه لحیم‌کاری (R_thJS) در دو مقدار ارائه شده است: 32 K/W (معمول، اندازه‌گیری واقعی) و 28 K/W (معمول، اندازه‌گیری الکتریکی). حداکثر دمای مجاز پیوند (T_J) 150°C است. قطعه برای محدوده دمای عملیاتی (T_opr) از 40- درجه سانتی‌گراد تا 125+ درجه سانتی‌گراد رتبه‌بندی شده است که برای قطعات خودرویی استاندارد است. اتلاف توان (P_d) حداکثر 687.5 mW رتبه‌بندی شده است.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

برای اطمینان از یکنواختی رنگ و روشنایی در تولید، LEDها در دسته‌های مختلف (بین) مرتب می‌شوند. سری 2820-UY2001M-AM از یک سیستم دسته‌بندی سه‌بعدی استفاده می‌کند.

3.1 دسته‌بندی شار نوری

شار نوری در سه دسته طبقه‌بندی می‌شود: F1 (27-33 لومن)، F2 (33-39 لومن) و F3 (39-45 لومن). پسوند شماره قطعه \"M\" نشان‌دهنده سطح روشنایی متوسط است که معمولاً با دسته F1 یا انتهای پایین‌تر دسته F2 مطابقت دارد.

3.2 دسته‌بندی ولتاژ مستقیم

ولتاژ مستقیم برای کمک به تطبیق جریان در آرایه‌های چند LED دسته‌بندی می‌شود. دسته‌ها عبارتند از: 2022 (2.00-2.25V)، 2225 (2.25-2.50V) و 2527 (2.50-2.75V).

3.3 دسته‌بندی طول موج غالب

دسته‌های طول موج غالب یکنواختی رنگ را تضمین می‌کنند: 8588 (585-588nm)، 8891 (588-591nm) و 9194 (591-594nm). کد رنگ \"UY\" نشان‌دهنده گروه زرد است که این دسته‌ها را در بر می‌گیرد.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت چندین نمودار ضروری برای پیش‌بینی عملکرد تحت شرایط غیراستاندارد ارائه می‌دهد.

4.1 منحنی IV و شار نوری نسبی

نمودار جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم یک رابطه نمایی دیودی معمولی را نشان می‌دهد. در 200mA، ولتاژ حول 2.4V متمرکز است. نمودار شار نوری نسبی در مقابل جریان مستقیم زیرخطی است؛ شار با جریان افزایش می‌یابد اما در جریان‌های بالاتر به دلیل اثرات حرارتی و افت بازدهی شروع به اشباع می‌کند.

4.2 وابستگی دمایی

نمودار ولتاژ مستقیم نسبی در مقابل دمای پیوند یک ضریب دمایی منفی را نشان می‌دهد؛ V_F به‌طور خطی با افزایش دما کاهش می‌یابد (تقریباً 2- mV/°C). این می‌تواند برای تخمین دمای پیوند استفاده شود. نمودار شار نوری نسبی در مقابل دمای پیوند کاهش قابل توجهی در خروجی نور با افزایش دما را نشان می‌دهد. در دمای 125°C، شار تنها حدود 60-70% از مقدار آن در 25°C است که نیاز حیاتی به مدیریت حرارتی مؤثر را برجسته می‌کند. نمودار طول موج نسبی در مقابل دمای پیوند نشان‌دهنده یک جابجایی به سرخ جزئی (افزایش طول موج) با افزایش دما است.

4.3 توزیع طیفی و کاهش رتبه (دریتینگ)

نمودار توزیع طیفی نسبی یک قله انتشار تک‌رنگ زرد حول 589nm را با حداقل اجزای طیفی ناخواسته تأیید می‌کند. منحنی کاهش رتبه جریان مستقیم حداکثر جریان پیوسته مجاز را بر اساس دمای پد لحیم‌کاری (T_S) تعیین می‌کند. در حداکثر T_S معادل 125°C، جریان باید به 250mA (حداکثر مطلق) کاهش یابد. برای عملکرد مطمئن، توصیه می‌شود به میزان قابل توجهی زیر این حد کار کند.

4.4 قابلیت تحمل پالس

نمودار تحمل پالس مجاز، جریان پیک پالس (I_FP) مجاز برای یک عرض پالس (t_p) و چرخه کاری (D) مشخص را تعریف می‌کند. برای پالس‌های بسیار کوتاه (مثلاً 10μs)، جریان می‌تواند بسیار فراتر از حداکثر DC باشد. این موضوع برای کاربردهای تنظیم روشنایی PWM مرتبط است.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد فیزیکی

LED در یک بسته‌بندی SMD 2820 قرار دارد. ابعاد اسمی آن 2.8mm طول و 2.0mm عرض است. ارتفاع دقیق و نقشه ابعادی تفصیلی، شامل شکل لنز و قرارگیری فریم سرب، در نقشه مکانیکی ارائه شده است، با تلرانس‌های استاندارد ±0.1mm مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد.

5.2 طرح پد لحیم‌کاری توصیه‌شده

یک طرح لند پترن برای اطمینان از لحیم‌کاری قابل اطمینان و عملکرد حرارتی بهینه توصیه می‌شود. این طرح شامل پدهایی برای دو آند/کاتد الکتریکی و یک پد حرارتی مرکزی برای هیت‌سینک است. پایبندی به این فوت‌پرینت برای پایداری مکانیکی و انتقال حرارت از پد حرارتی LED به PCB حیاتی است.

5.3 شناسایی قطبیت

قطبیت (آند و کاتد) روی قطعه علامت‌گذاری شده است، معمولاً با یک نشانگر بصری مانند یک شکاف، یک نقطه یا یک گوشه پخ‌خورده. نقشه مکانیکی دیتاشیت این علامت‌گذاری را مشخص می‌کند. قطبیت صحیح باید در طول مونتاژ رعایت شود تا از آسیب جلوگیری شود.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفیل لحیم‌کاری رفلو

قطعه با فرآیندهای استاندارد لحیم‌کاری رفلو مادون قرمز یا جابجایی سازگار است. حداکثر دمای لحیم‌کاری پیک نباید از 260°C تجاوز کند و زمان بالای 260°C باید حداکثر به 30 ثانیه محدود شود. یک پروفیل استاندارد افزایش دما، پیش‌گرم، رفلو و خنک‌سازی برای لحیم بدون سرب (SnAgCu) قابل اعمال است. سطح حساسیت رطوبت (MSL) در سطح 2 رتبه‌بندی شده است، به این معنی که قطعه می‌تواند تا یک سال قبل از لحیم‌کاری در شرایط محیط کارخانه قرار گیرد بدون نیاز به پخت.

6.2 اقدامات احتیاطی برای استفاده

اقدامات احتیاطی کلیدی شامل موارد زیر است: از اعمال ولتاژ معکوس خودداری کنید. از مدار محدودکننده جریان استفاده کنید؛ مستقیماً از یک منبع ولتاژ درایو نکنید. روش‌های صحیح جابجایی ESD را در طول مونتاژ اجرا کنید. اطمینان حاصل کنید که پد حرارتی به درستی به ناحیه مسی PCB لحیم شده است تا تخلیه حرارت مؤثر انجام شود. از تجاوز از حداکثر رتبه‌های مطلق برای جریان، ولتاژ یا دما خودداری کنید.

6.3 شرایط نگهداری

محدوده دمای نگهداری (T_stg) 40- درجه سانتی‌گراد تا 125+ درجه سانتی‌گراد است. برای نگهداری بلندمدت که از عمر مفید MSL-2 فراتر می‌رود، قطعات باید در یک محیط خشک یا در کیسه‌های ضد رطوبت با ماده خشک‌کن نگهداری شوند.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

7.1 مشخصات بسته‌بندی

LEDها بر روی نوار و قرقره برای مونتاژ خودکار Pick-and-Place عرضه می‌شوند. اطلاعات بسته‌بندی، ابعاد قرقره، عرض نوار، فاصله پاکت‌ها و جهت‌گیری قطعات روی نوار را به تفصیل شرح می‌دهد.

7.2 سیستم شماره‌گذاری قطعه

شماره قطعه 2820-UY2001M-AM به شرح زیر رمزگشایی می‌شود:

• 2820: خانواده محصول و اندازه بسته‌بندی (2.8mm x 2.0mm).
• UY: رنگ (زرد).
• 200: جریان تست بر حسب میلی‌آمپر (200mA).
• 1: نوع فریم سرب (1 = آب‌طلاکاری شده).
• M: سطح روشنایی (M = متوسط).
• AM: نشان‌دهنده درجه کاربرد خودرویی.

8. توصیه‌های کاربردی

8.1 سناریوهای کاربردی معمول

کاربرد اصلیروشنایی خودرواست. موارد استفاده خاص شامل موارد زیر است:

• روشنایی داخلی:نور پس‌زمینه داشبورد، نورپردازی کلیدها، چراغ‌های فضای پا، نورپردازی محیطی.
• سیگنال‌دهی خارجی:چراغ ترمز مرکزی نصب بالا (CHMSL)، چراغ‌های نشانگر جانبی، نشانگرهای چراغ راهنما (اغلب در ترکیب با رنگ‌ها یا لنزهای دیگر).
• نور پس‌زمینه نمایشگر:آیکون‌های کلاستر ابزار، دکمه‌های سیستم اینفوتیمنت.

8.2 ملاحظات طراحی

مدیریت حرارتی:این حیاتی‌ترین جنبه است. از یک PCB با وایاهای حرارتی کافی در زیر پد حرارتی که به صفحات زمین داخلی یا هیت‌سینک‌های اختصاصی متصل است، استفاده کنید. دمای پیوند مورد انتظار را با استفاده از R_thJS و اتلاف توان (P_d= V_F* I_F) محاسبه کنید. T_J را برای طول عمر طولانی به میزان قابل توجهی زیر 150°C نگه دارید.
مدار درایو:از یک درایور جریان ثابت، نه یک منبع ولتاژ ثابت، برای اطمینان از خروجی نور پایدار و جلوگیری از فرار حرارتی استفاده کنید. درایور باید برای محدوده ولتاژ خودرویی (معمولاً 9-16V با ترانزینت‌های تخلیه بار) رتبه‌بندی شده باشد. برای کنترل روشنایی، تنظیم روشنایی PWM را با مراجعه به قابلیت‌های تحمل پالس در نظر بگیرید.
طراحی نوری:زاویه دید 120 درجه‌ای ممکن است نیاز به اپتیک ثانویه (لنزها، راهنماهای نور) برای شکل‌دهی به پرتو برای کاربردهای خاص مانند چراغ‌های نشانگر داشته باشد.

9. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با LEDهای زرد درجه تجاری استاندارد، سری 2820-UY2001M-AM مزایای متمایزی ارائه می‌دهد:

• مطابقت با AEC-Q102:این تمایز کلیدی است که شامل آزمایش‌های سخت‌گیرانه برای چرخه دمایی، رطوبت، عمر عملیاتی دمای بالا (HTOL) و سایر عوامل استرس‌زایی است که برای قطعات مصرفی مورد نیاز نیست.
• محدوده دمایی گسترده:عملکرد از 40- درجه سانتی‌گراد تا 125+ درجه سانتی‌گراد برای کاربردهای محفظه موتور خودرو یا خارجی ضروری است.
• مقاومت در برابر گوگرد:دیتاشیت معیار تست گوگرد کلاس A1 را مشخص می‌کند که نشان‌دهنده مقاومت در برابر جوهای خورنده موجود در برخی محیط‌های خودرویی و صنعتی است.
• دسته‌بندی کنترل‌شده:دسته‌بندی دقیق‌تر بر روی شار، ولتاژ و طول موج، یکنواختی بهتر در ماژول‌های روشنایی خودرو را تضمین می‌کند، جایی که تطابق رنگ و روشنایی حیاتی است.

10. پرسش‌های متداول (FAQs)

سوال 1: ولتاژ مستقیم معمول در 200mA چقدر است؟
پاسخ 1: ولتاژ مستقیم معمول (V_F) 2.4 ولت است، با محدوده‌ای از 2.00V تا 2.75V بسته به دسته ولتاژ.

سوال 2: آیا می‌توانم این LED را با منبع تغذیه 3.3V درایو کنم؟
پاسخ 2: نه مستقیماً. از آنجایی که V_F حدود 2.4V است، یک مقاومت محدودکننده جریان سری یا ترجیحاً یک درایور جریان ثابت برای تنظیم جریان به 200mA از ریل 3.3V مورد نیاز است. محاسبه ساده مقاومت به این صورت است: R = (V_supply- V_F) / I_F.

سوال 3: خروجی نور در دمای بالا چقدر کاهش می‌یابد؟
پاسخ 3: با مراجعه به نمودار عملکرد، شار نوری نسبی هنگامی که دمای پیوند به 125°C می‌رسد، به حدود 60-70% از مقدار آن در 25°C کاهش می‌یابد. این موضوع نیاز به طراحی حرارتی عالی را تأکید می‌کند.

سوال 4: آیا این LED برای تنظیم روشنایی PWM مناسب است؟
پاسخ 4: بله، مناسب است. باید به نمودار تحمل پالس مجاز مراجعه کرد تا اطمینان حاصل شود که جریان پیک و عرض پالس استفاده شده در طرح PWM از ناحیه عملیاتی ایمن تجاوز نمی‌کند. فرکانس‌های PWM معمول در محدوده صدها هرتز تا چند کیلوهرتز هستند.

سوال 5: پسوند \"AM\" به چه معناست؟
پاسخ 5: پسوند \"AM\" به صراحت نشان می‌دهد که این قطعه برای کاربردهای خودرویی صلاحیت‌سنجی شده و در نظر گرفته شده است و استانداردهای صنعتی مربوطه (AEC-Q102) را برآورده می‌کند.

11. مطالعه موردی طراحی عملی

سناریو:طراحی یک آرایه چند LED برای یک نوار نور محیط داخلی خودرو که نیاز به نورپردازی زرد یکنواخت دارد.
مراحل طراحی:
1. طراحی الکتریکی:پیکربندی آرایه (سری/موازی) را تعیین کنید. برای جریان یکنواخت، یک رشته سری بهترین است. اگر 12V در دسترس باشد، می‌توان تا 4 LED (4 * 2.4V = 9.6V) را به صورت سری با یک مقاومت محدودکننده جریان یا یک درایور جریان ثابت خطی قرار داد. برای LEDهای بیشتر، یک درایور جریان ثابت سوئیچینگ توصیه می‌شود.
2. طراحی حرارتی:توان کل را محاسبه کنید: 4 LED * (2.4V * 0.2A) = 1.92W. PCB را با یک ناحیه مسی بزرگ در لایه‌ای که پدهای حرارتی LED به آن متصل می‌شوند طراحی کنید و از چندین وایای حرارتی برای پخش حرارت به لایه‌های دیگر استفاده کنید.
3. نوری/مکانیکی:LEDها را با فاصله‌ای قرار دهید که در ترکیب با پرتو 120 درجه‌ای آن‌ها، یک خط نور بی‌درز ایجاد کند. یک پوشش پخش‌کننده به ترکیب نقاط نور تک‌تک LEDها کمک خواهد کرد.
4. انتخاب قطعه:کدهای دسته دقیق (مثلاً F1 برای شار، 8891 برای طول موج) را در سفارش خرید مشخص کنید تا یکنواختی رنگ و روشنایی در طول اجرای تولید تضمین شود.

12. اصل عملکرد

این LED یک دستگاه فوتونیک نیمه‌هادی است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم که از انرژی گپ نواری آن فراتر می‌رود، در سراسر آند و کاتد اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها در ناحیه فعال تراشه نیمه‌هادی (معمولاً بر پایه موادی مانند InGaN یا AlInGaP برای نور زرد) بازترکیب می‌شوند. این فرآیند بازترکیب، انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کند. طول موج خاص (رنگ) نور منتشر شده توسط انرژی گپ نواری ماده نیمه‌هادی تعیین می‌شود. نور سپس از طریق لنز اپوکسی یا سیلیکونی بسته‌بندی استخراج می‌شود که همچنین حفاظت محیطی را فراهم می‌کند و زاویه دید را تعیین می‌کند.

13. روندهای فناوری

روند در LEDهای خودرویی مانند این سری به سمت موارد زیر است:
بازدهی بالاتر (لومن بر وات):بهبودهای مداوم مواد و بسته‌بندی با هدف ارائه لومن بیشتر در هر وات، کاهش بار الکتریکی و چالش‌های حرارتی.
چگالی توان افزایش‌یافته:بسته‌بندی‌های کوچک‌تر که شار نوری بالاتری ارائه می‌دهند و امکان طراحی‌های روشنایی فشرده‌تر و استایل‌دارتر را فراهم می‌کنند.
قابلیت اطمینان و آزمایش بهبودیافته:صلاحیت‌های سخت‌گیرانه‌تر AEC و معرفی آزمایش‌های جدید برای حالت‌های خرابی نوظهور (مثلاً مقاومت در برابر گوگرد تهاجمی‌تر).
راه‌حل‌های یکپارچه:رشد ماژول‌های LED با درایورهای یکپارچه، کنترلرها و رابط‌های ارتباطی (LIN, CAN) به جای قطعات گسسته. در حالی که این قطعه یک گسیلنده گسسته است، در اکوسیستم گسترده‌تر این ماژول‌های پیشرفته جای می‌گیرد.