مشخصات فنی سری سرامیکی 9292 ال‌ای‌دی سفید 10 وات - ابعاد 9.2x9.2x1.6 میلی‌متر - ولتاژ 9.3 ولت - توان 10 وات - سند فنی فارسی

1. مرور محصول

سری سرامیکی 9292 نمایانگر یک ال‌ای‌دی نصب‌سطحی پرقدرت است که برای کاربردهای روشنایی چالش‌برانگیز طراحی شده که نیازمند عملکرد حرارتی قوی و خروجی نوری بالا هستند. با بهره‌گیری از بستر سرامیکی، این پکیج در مقایسه با پکیج‌های پلاستیکی سنتی، اتلاف حرارت برتری ارائه می‌دهد و امکان عملکرد قابل اطمینان در جریان‌های راه‌اندازی بالاتر و دمای محیط افزایش‌یافته را فراهم می‌کند. این سری در محدوده‌ای از دمای رنگ سفید از 2700K تا 6500K در دسترس است، با خروجی شار نوری معمولی تا 1100 لومن در 350 میلی‌آمپر. بازارهای هدف اصلی آن شامل روشنایی تجاری، روشنایی سقف‌بلند، روشنایی فضای باز و هر کاربرد دیگری است که در آن قابلیت اطمینان بلندمدت و خروجی نور یکنواخت حیاتی است.

1.1 مزایای اصلی

• مدیریت حرارتی برتر:پکیج سرامیکی رسانایی حرارتی عالی ارائه می‌دهد و به طور مؤثر گرما را از پیوندگاه ال‌ای‌دی به PCB و هیت‌سینک منتقل می‌کند، در نتیجه طول عمر عملیاتی را افزایش داده و پایداری رنگ را حفظ می‌کند.
• قابلیت توان بالا:قابلیت اتلاف توان تا 10 وات، مناسب برای طراحی‌های با خروجی لومن بالا.
• ساختار مستحکم:ماده سرامیکی استحکام مکانیکی بالا و مقاومت در برابر تنش حرارتی و رطوبت را ارائه می‌دهد.
• عملکرد نوری یکنواخت:استانداردهای دقیق دسته‌بندی برای دمای رنگ و شار نوری، یکنواختی در آرایه‌های چند ال‌ای‌دی را تضمین می‌کند.
• زاویه دید گسترده:یک زاویه دید معمولی 130 درجه، روشنایی گسترده و یکنواخت فراهم می‌کند.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

این بخش تفسیر دقیق و عینی از پارامترهای کلیدی الکتریکی، نوری و حرارتی مشخص شده در دیتاشیت ارائه می‌دهد.

2.1 مقادیر حداکثر مطلق (Ts=25°C)

این مقادیر نشان‌دهنده محدودیت‌هایی هستند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. عملکرد در این محدودیت‌ها یا نزدیک به آن‌ها برای استفاده عادی توصیه نمی‌شود.

• جریان مستقیم (IF):700 میلی‌آمپر (DC)
• جریان پالس مستقیم (IFP):700 میلی‌آمپر (عرض پالس ≤ 10ms، چرخه کاری ≤ 1/10)
• اتلاف توان (PD):20300 میلی‌وات (20.3W)
• دمای عملیاتی (Topr):-40°C تا +100°C
• دمای انبارداری (Tstg):-40°C تا +100°C
• دمای پیوندگاه (Tj):125°C (حداکثر دمای مجاز در پیوندگاه نیمه‌هادی)
• دمای لحیم‌کاری (Tsld):لحیم‌کاری ریفلو در 230°C یا 260°C حداکثر به مدت 10 ثانیه.

2.2 مشخصات الکترو-نوری (Ts=25°C)

اینها پارامترهای عملیاتی معمول تحت شرایط تست مشخص شده هستند.

• ولتاژ مستقیم (VF):معمولاً 9.3V، حداکثر 29V در IF = 350mA. محدوده حداکثر وسیع نشان‌دهنده تغییرات بالقوه بین دسته‌های تولیدی است؛ طراحی مدار باید حد بالایی را در نظر بگیرد.
• ولتاژ معکوس (VR):5V. ال‌ای‌دی‌ها برای تحمل بایاس معکوس قابل توجه طراحی نشده‌اند. فراتر رفتن از این ولتاژ می‌تواند باعث خرابی فوری شود.
• جریان معکوس (IR):حداکثر 100 میکروآمپر در VR = 5V.
• زاویه دید (2θ1/2):130 درجه (معمول). این زاویه کامل‌ای است که در آن شدت نور نصف شدت اوج است.

2.3 مشخصات حرارتی

مزیت اصلی پکیج سرامیکی، حرارتی است. رتبه‌بندی اتلاف توان حداکثر بالا (20.3W) و محدوده دمای عملیاتی (-40 تا +100°C) قابلیت آن را تأکید می‌کند. با این حال، حفظ دمای پیوندگاه (Tj) زیر 125°C برای قابلیت اطمینان بسیار مهم است. این امر مستلزم طراحی مسیر حرارتی مؤثر از پد حرارتی ال‌ای‌دی به هیت‌سینک سیستم است.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی

یک سیستم دسته‌بندی دقیق برای تضمین یکنواختی رنگ و روشنایی در محصولات روشنایی ضروری است.

3.1 دسته‌بندی دمای رنگ مرتبط (CCT)

ال‌ای‌دی در CCTهای استاندارد موجود است که هر کدام به مناطق کروماتیسیته خاصی در نمودار CIE 1931 نگاشت شده‌اند. کد سفارش منطقه هدف را مشخص می‌کند و تضمین می‌کند که نور سفید منتشر شده در فضای رنگ تعریف شده قرار می‌گیرد.

• 2700K (مناطق: 8A, 8B, 8C, 8D)
• 3000K (مناطق: 7A, 7B, 7C, 7D)
• 3500K (مناطق: 6A, 6B, 6C, 6D)
• 4000K (مناطق: 5A, 5B, 5C, 5D)
• 4500K (مناطق: 4A, 4B, 4C, 4D, 4R, 4S, 4T, 4U)
• 5000K (مناطق: 3A, 3B, 3C, 3D, 3R, 3S, 3T, 3U)
• 5700K (مناطق: 2A, 2B, 2C, 2D, 2R, 2S, 2T, 2U)
• 6500K (مناطق: 1A, 1B, 1C, 1D, 1R, 1S, 1T, 1U)

توجه: دیتاشیت مشخص می‌کند که دسته شار نوری نشان‌دهنده یک مقدار حداقل است. محموله‌ها ممکن است از شار حداقل سفارش داده شده فراتر روند اما همیشه به منطقه کروماتیسیته CCT سفارش داده شده پایبند خواهند بود.

3.2 دسته‌بندی شار نوری

شار در جریان تست 350mA دسته‌بندی می‌شود. تلرانس‌ها به وضوح تعریف شده‌اند.

• سفید گرم / سفید خنثی (2700K-5000K, CRI 70):
  • کد 3K: حداقل 800 لومن، معمول 900 لومن
  • کد 3L: حداقل 900 لومن، معمول 1000 لومن
• سفید سرد (5000K-10000K, CRI 70):
  • کد 3L: حداقل 900 لومن، معمول 1000 لومن
  • کد 3M: حداقل 1000 لومن، معمول 1100 لومن

تلرانس‌ها:شار نوری: ±7%؛ CRI: ±2؛ مختصات کروماتیسیته: ±0.005.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

داده‌های گرافیکی بینشی از رفتار ال‌ای‌دی تحت شرایط مختلف ارائه می‌دهند.

4.1 جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (منحنی I-V)

منحنی I-V مشخصه یک دیود است. Vf معمولی 9.3V در 350mA نشان می‌دهد که این یک ال‌ای‌دی با ولتاژ بالا است، احتمالاً دارای چندین پیوندگاه دیود به صورت سری در داخل پکیج است. طراحان باید اطمینان حاصل کنند که درایور می‌تواند ولتاژ کافی را تأمین کند، به ویژه با در نظر گرفتن حداکثر Vf برابر 29V. منحنی یک رابطه غیرخطی را نشان می‌دهد؛ افزایش کوچک در ولتاژ منجر به افزایش زیاد در جریان می‌شود که نیاز به درایو جریان ثابت را برجسته می‌کند.

4.2 جریان مستقیم در مقابل شار نوری نسبی

این منحنی وابستگی خروجی نور به جریان درایو را نشان می‌دهد. خروجی نور با جریان افزایش می‌یابد اما به صورت خطی نیست. در جریان‌های بالاتر، بازده معمولاً به دلیل افزایش اثرات حرارتی و افت (droop) کاهش می‌یابد. عملکرد در حالت توصیه شده 350mA احتمالاً نشان‌دهنده تعادل بین خروجی و بازده/طول عمر است.

4.3 توزیع توان طیفی نسبی

منحنی طیفی برای یک ال‌ای‌دی سفید یک قله آبی اولیه (از چیپ InGaN) و یک انتشار فسفر زرد گسترده‌تر را نشان می‌دهد. شکل و نسبت این قله‌ها CCT و CRI را تعیین می‌کند. ال‌ای‌دی‌های سفید سرد قله آبی غالب‌تری دارند، در حالی که سفیدهای گرم انتشار فسفر قوی‌تری دارند. این منحنی برای درک ویژگی‌های بازآفرینی رنگ ضروری است.

4.4 دمای پیوندگاه در مقابل انرژی طیفی نسبی

این نمودار برای درک تغییر رنگ حیاتی است. با افزایش دمای پیوندگاه، خروجی طیفی چیپ ال‌ای‌دی و بازده تبدیل فسفر می‌تواند تغییر کند، که منجر به تغییرات در CCT و کروماتیسیته می‌شود. پکیج سرامیکی به حداقل رساندن افزایش دما کمک می‌کند و در نتیجه میزان این تغییر را کاهش می‌دهد.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

5.1 ابعاد پکیج

ال‌ای‌دی در یک پکیج نصب‌سطحی سرامیکی 9.2mm x 9.2mm قرار دارد. ارتفاع دقیق معمولاً حدود 1.6mm است. نقشه ابعادی اندازه‌گیری‌های حیاتی برای طراحی جایگاه PCB و بررسی فاصله‌ها را ارائه می‌دهد.

5.2 طرح پد توصیه شده و طراحی استنسیل

یک نمودار طرح پد دقیق برای اطمینان از تشکیل صحیح اتصال لحیم و اتصال حرارتی ارائه شده است. طراحی معمولاً دارای یک پد حرارتی مرکزی بزرگ برای انتقال گرما و پدهای کوچکتر برای اتصالات الکتریکی (آند و کاتد) است. طراحی استنسیل همراه، هندسه دهانه خمیر لحیم و ضخامت را برای دستیابی به حجم صحیح لحیم توصیه می‌کند. یک تلرانس ±0.10mm برای این طرح‌ها مشخص شده است.

5.3 شناسایی قطبیت

دیتاشیت باید نشانه قطبیت روی دستگاه (مثلاً یک نقطه، شکاف یا گوشه پخ‌خورده) را نشان دهد و آن را با طرح پد مرتبط کند. قطبیت صحیح برای عملکرد ضروری است.

6. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پارامترهای لحیم‌کاری ریفلو

ال‌ای‌دی با فرآیندهای استاندارد ریفلو بدون سرب (Pb-free) سازگار است. حداکثر دمای بدنه در حین لحیم‌کاری نباید از 260°C تجاوز کند و زمان بالای 230°C باید به 10 ثانیه محدود شود. پیروی از پروفیل دمای توصیه شده (افزایش دما، خیس‌اندن، اوج ریفلو، خنک‌سازی) برای جلوگیری از شوک حرارتی، نقص اتصال لحیم یا آسیب به مواد داخلی ال‌ای‌دی و فسفر بسیار مهم است.

6.2 اقدامات احتیاطی در حمل‌ونقل و انبارداری

• در یک محیط خشک و ضد استاتیک در محدوده دمای مشخص شده (-40 تا +100°C) نگهداری شود.
• با رعایت احتیاط‌های ESD حمل شود تا از پیوندگاه نیمه‌هادی محافظت شود.
• از اعمال تنش مکانیکی بر بدنه سرامیکی یا اتصالات سیمی خودداری شود.
• در طول عمر مفید توصیه شده توسط سازنده استفاده شود، معمولاً 12 ماه از تاریخ حمل‌ونقل در صورت نگهداری تحت شرایط مناسب.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

7.1 مشخصات بسته‌بندی

ال‌ای‌دی‌ها معمولاً روی نوار و قرقره برای مونتاژ اتوماتیک Pick-and-Place عرضه می‌شوند. اندازه قرقره، عرض نوار، ابعاد جیب و جهت‌گیری دستگاه از دستورالعمل‌های استاندارد EIA-481 پیروی می‌کند. تعداد در هر قرقره یک مقدار استاندارد مانند 100 یا 500 قطعه است.

7.2 قانون شماره‌گذاری مدل

شماره مدل T12019L(C/W)A ویژگی‌های کلیدی محصول را کدگذاری می‌کند:

- T:شناسه سری.

- 12:کد پکیج برای سرامیکی 9292.

- L/C/W:کد رنگ (L=سفید گرم, C=سفید خنثی, W=سفید سرد).

- ارقام دیگر کدهای داخلی، دسته شار و سایر گزینه‌ها را مطابق با نمودار قانون نامگذاری دقیق مشخص می‌کنند.

8. توصیه‌های کاربردی

8.1 سناریوهای کاربردی معمول

• روشنایی سقف‌بلند و صنعتی:جایی که خروجی لومن بالا و ساختار مستحکم مورد نیاز است.
• روشنایی فضای باز:چراغ‌های خیابانی، چراغ‌های پارکینگ، روشنایی استادیوم که از زاویه دید گسترده و استحکام حرارتی بهره می‌برند.
• داون‌لایت‌ها و چراغ‌های ریل با خروجی بالا:برای فضاهای تجاری و خرده‌فروشی.
• روشنایی تخصصی:چراغ‌های رشد گیاه، جایی که طیف‌های خاص و شدت بالا مورد نیاز است.

8.2 ملاحظات طراحی حیاتی

• مدیریت حرارتی:این مهم‌ترین عامل است. از یک PCB با وایاهای حرارتی کافی زیر پد استفاده کنید، که به یک PCB با هسته فلزی (MCPCB) یا هیت‌سینک با اندازه کافی متصل شده است. کیفیت ماده رابط حرارتی (TIM) مهم است.
• جریان درایو:از یک درایور ال‌ای‌دی جریان ثابت استفاده کنید. جریان باید بر اساس خروجی نور مورد نظر و حاشیه طراحی حرارتی تنظیم شود. از رتبه حداکثر مطلق تجاوز نکنید.
• طراحی نوری:زاویه دید 130 درجه ممکن است نیاز به اپتیک ثانویه (لنزها، رفلکتورها) برای دستیابی به الگوی پرتو مورد نظر داشته باشد.
• طرح‌بندی الکتریکی:از ترس‌های کم‌القا و کم‌مقاومت از درایور به ال‌ای‌دی اطمینان حاصل کنید تا اتلاف توان و اسپایک‌های ولتاژ به حداقل برسد.

9. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با ال‌ای‌دی‌های SMD پلاستیکی با توان متوسط استاندارد (مثلاً 3030، 5050)، سری سرامیکی 9292 ارائه می‌دهد:

- قابلیت تحمل توان بالاتر:10W+ در مقابل معمولاً 1-3W برای پکیج‌های پلاستیکی.

- مقاومت حرارتی برتر (Rth j-s):بستر سرامیکی مقاومت حرارتی بسیار کمتری نسبت به پلاستیک دارد که منجر به دمای پیوندگاه پایین‌تر در توان یکسان می‌شود که مستقیماً به طول عمر بیشتر (L70، L90) ترجمه می‌شود.

- پایداری رنگ بهتر:مقاومت حرارتی کمتر، تغییر رنگ در طول زمان و دما را به حداقل می‌رساند.

- هزینه بالاتر:بسته‌بندی سرامیکی گران‌تر از قالب‌گیری پلاستیکی است.

در مقایسه با سایر پکیج‌های سرامیکی (مثلاً 3535، 5050 سرامیکی)، جایگاه بزرگتر 9292 امکان یک پد حرارتی بزرگتر و خروجی نور کل بالاتر از چندین چیپ یا یک چیپ منفرد بزرگتر را فراهم می‌کند.

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

10.1 چه ولتاژ درایوری مورد نیاز است؟

درایور باید ولتاژی بالاتر از حداکثر ولتاژ مستقیم (Vf max) رشته ال‌ای‌دی تأمین کند. برای یک ال‌ای‌دی 9292 منفرد، خروجی درایور باید از 29V فراتر رود. در عمل، یک حاشیه ایمنی اضافه می‌شود. برای چندین ال‌ای‌دی به صورت سری، حداکثر Vf را در تعداد ال‌ای‌دی‌ها ضرب کنید.

10.2 چگونه به طول عمر رتبه‌بندی شده دست می‌یابیم؟

طول عمر ال‌ای‌دی (مثلاً L70 - زمان تا 70% خروجی لومن اولیه) به شدت به دمای پیوندگاه (Tj) وابسته است. برای دستیابی به طول عمر رتبه‌بندی شده، باید سیستم را طوری طراحی کنید که Tj را به خوبی زیر حداکثر 125°C، ترجیحاً زیر 85-105°C در حین عملیات نگه دارید. این امر مستلزم مدیریت حرارتی عالی همانطور که در بخش 8.2 توضیح داده شده است، می‌باشد.

10.3 آیا می‌توانم آن را در 700mA به طور مداوم راه‌اندازی کنم؟

رتبه حداکثر مطلق برای جریان مستقیم DC برابر 700mA است. با این حال، عملیات مداوم در این رتبه حداکثر، گرمای قابل توجهی تولید می‌کند و احتمالاً Tj را به حد خود می‌رساند که به شدت طول عمر و قابلیت اطمینان را به خطر می‌اندازد. شرایط عملیاتی معمول مشخص شده 350mA است. عملکرد بالاتر از این تنها باید با طراحی حرارتی استثنایی و درک کاهش طول عمر در نظر گرفته شود.

10.4 تفاوت بین دسته‌های شار 3K، 3L و 3M چیست؟

اینها دسته‌های خروجی شار نوری اندازه‌گیری شده در 350mA هستند. 3K پایین‌ترین دسته خروجی (حداقل 800 لومن)، 3L متوسط (حداقل 900 لومن) و 3M بالاترین برای سفید سرد (حداقل 1000 لومن) است. انتخاب یک دسته بالاتر نور بیشتری در هر دستگاه تولید می‌کند اما ممکن است با هزینه بالاتری همراه باشد.

11. مطالعه موردی طراحی و استفاده

سناریو: طراحی یک چراغ سقف‌بلند 100 واتی.

یک طراح قصد دارد یک چراغ با حدود 15000 لومن ایجاد کند. با استفاده از ال‌ای‌دی‌های 9292 در دسته شار 3M (هر کدام معمولاً 1000 لومن)، به 15 ال‌ای‌دی نیاز دارند. آنها را در پیکربندی 3 سری x 5 موازی مرتب می‌کنند. هر رشته سری حداکثر Vf برابر 3 * 29V = 87V دارد. آنها یک درایور جریان ثابت با خروجی 1050mA (350mA x 3 رشته موازی) و محدوده ولتاژ تا حدود 90V انتخاب می‌کنند. PCB یک برد با هسته فلزی با پایه آلومینیومی ضخیم است. شبیه‌سازی‌های حرارتی اجرا می‌شوند تا اطمینان حاصل شود که هیت‌سینک می‌تواند حدود 150W گرمای کل (100W الکتریکی، به علاوه تلفات درایور) را در حالی که دمای پیوندگاه ال‌ای‌دی را در یک محیط 40°C زیر 105°C نگه می‌دارد، دفع کند. از اپتیک ثانویه برای ایجاد یک الگوی پرتو 120 درجه مناسب برای روشنایی سقف‌بلند استفاده می‌شود.

12. اصل عملکرد

یک ال‌ای‌دی سفید بر اساس اصل الکترولومینسانس در یک نیمه‌هادی و تبدیل فسفر عمل می‌کند. جریان الکتریکی از طریق یک پیوندگاه نیمه‌هادی InGaN (ایندیوم گالیم نیترید) با بایاس مستقیم هدایت می‌شود و باعث می‌شود الکترون‌ها و حفره‌ها ترکیب شده و فوتون‌هایی در طیف آبی (معمولاً حدود 450-455 نانومتر) منتشر کنند. این نور آبی سپس به یک لایه پوشش فسفر زرد (YAG:Ce) روی یا نزدیک چیپ برخورد می‌کند. فسفر بخشی از فوتون‌های آبی را جذب کرده و نور را در یک طیف گسترده در منطقه زرد دوباره منتشر می‌کند. مخلوط نور آبی باقی‌مانده و نور زرد تبدیل شده توسط چشم انسان به عنوان نور سفید درک می‌شود. نسبت نور آبی به زرد دمای رنگ مرتبط (CCT) را تعیین می‌کند.

13. روندهای فناوری

بازار ال‌ای‌دی سرامیکی پرقدرت توسط چندین روند کلیدی هدایت می‌شود:

- افزایش بازده (لومن بر وات):بهبودهای مداوم در اپیتاکسی چیپ، فناوری فسفر و طراحی پکیج با هدف استخراج نور بیشتر در هر وات ورودی الکتریکی.

- کیفیت رنگ بهبود یافته:توسعه مخلوط‌های فسفر (سیستم‌های چند-فسفر یا پمپ بنفش) برای دستیابی به شاخص بازآفرینی رنگ (CRI) بالاتر، به ویژه R9 (قرمز اشباع)، و رنگ یکنواخت‌تر در بین دسته‌ها.

- کوچک‌سازی با شار بالا:تلاش‌ها برای بسته‌بندی لومن بیشتر در پکیج‌های سرامیکی کوچکتر (مثلاً حرکت از 9292 به جایگاه‌های فشرده‌تر اما به همان اندازه قدرتمند) برای امکان‌پذیر کردن چراغ‌های کوچکتر و نامحسوس‌تر.

- روشنایی هوشمند و قابل تنظیم:ادغام ال‌ای‌دی‌های سرامیکی با الکترونیک کنترل برای فعال‌سازی قابلیت‌های کاهش نور، تنظیم CCT و تغییر رنگ برای کاربردهای روشنایی متمرکز بر انسان.

- قابلیت اطمینان و طول عمر:تمرکز مداوم بر مواد و بسته‌بندی برای کاهش بیشتر مقاومت حرارتی و کند کردن کاهش لومن، با هدف افزایش طول عمر L90 به بیش از 100000 ساعت.