مشخصات فنی سری T12 ال‌ای‌دی فیلیپ چیپ - 10 وات سفید - 9 ال‌ای‌دی سری - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

سری T12 نمایانگر یک ماژول ال‌ای‌دی نصب‌سطحی پرتوان است که از فناوری فیلیپ چیپ بهره می‌برد. این سند مشخصات نوع نور سفید 10 واتی را که با 9 تراشه ال‌ای‌دی به صورت سری پیکربندی شده است، به تفصیل شرح می‌دهد. طراحی فیلیپ چیپ با اتصال مستقیم دی‌نیمه‌هادی به زیرلایه، عملکرد حرارتی و قابلیت اطمینان را بهبود بخشیده و اتلاف حرارت را افزایش و مقاومت حرارتی را کاهش می‌دهد.

این ماژول ال‌ای‌دی برای کاربردهایی طراحی شده است که خروجی نوری بالا و عملکردی مستحکم را طلب می‌کنند، مانند روشنایی صنعتی، چراغ‌های سقف بلند، روشنایی فضای باز و چراغ‌های تخصصی. پیکربندی سری آن طراحی درایور را با نیاز به ولتاژ پیشروی بالاتر در جریان کنترل‌شده، ساده می‌کند.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

2.1 مقادیر حداکثر مطلق (T_s=25°C)

پارامترهای زیر محدودیت‌های عملیاتی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به ال‌ای‌دی وارد شود. اینها شرایط عملیاتی توصیه‌شده نیستند.

• جریان پیشروی (I_F):700 میلی‌آمپر (DC)
• جریان پالسی پیشروی (I_FP):700 میلی‌آمپر (عرض پالس ≤10ms، چرخه کاری ≤1/10)
• اتلاف توان (P_D):20300 میلی‌وات (20.3W)
• دمای عملیاتی (T_opr):40- درجه سانتی‌گراد تا +100 درجه سانتی‌گراد
• دمای انبارش (T_stg):40- درجه سانتی‌گراد تا +100 درجه سانتی‌گراد
• دمای اتصال (T_j):125 درجه سانتی‌گراد (حداکثر)
• دمای لحیم‌کاری (T_sld):لحیم‌کاری ریفلو در 230°C یا 260°C حداکثر به مدت 10 ثانیه.

2.2 مشخصات الکترو-نوری (T_s=25°C)

اینها مقادیر معمول و حداکثر تحت شرایط تست مشخص‌شده هستند که عملکرد مورد انتظار را نشان می‌دهند.

• ولتاژ پیشروی (V_F):معمول 27V، حداکثر 29V (در I_F=350mA). ولتاژ بالا به دلیل پیکربندی 9 تایی سری است.
• ولتاژ معکوس (V_R):5V (حداکثر)
• جریان معکوس (I_R):100 میکروآمپر (حداکثر) در V_R=5V.
• زاویه دید (2θ_1/2):130 درجه (معمول). این نشان‌دهنده الگوی پرتوی وسیعی است که برای روشنایی منطقه مناسب است.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی

3.1 دسته‌بندی دمای رنگ مرتبط (CCT)

محصول در دسته‌های استاندارد CCT ارائه می‌شود. هر دسته مربوط به یک منطقه رنگ‌سنجی خاص در نمودار CIE است که ثبات رنگ را درون یک دسته تضمین می‌کند. گزینه‌های سفارش استاندارد عبارتند از:

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

توجه: دسته‌بندی محدوده مجاز مختصات رنگ را تعریف می‌کند، نه یک نقطه واحد.

3.2 دسته‌بندی شار نوری

شار نوری بر اساس حداقل مقادیر در جریان تست 350mA دسته‌بندی می‌شود. شار واقعی ممکن است از مقدار حداقل سفارش‌داده‌شده فراتر رود اما درون دسته CCT مشخص‌شده باقی خواهد ماند.

• سفید گرم (2700K-3700K)، CRI ≥70:
  • کد 3H: 800 لومن (حداقل)، 900 لومن (معمول)
  • کد 3J: 900 لومن (حداقل)، 1000 لومن (معمول)
• سفید خنثی (3700K-5000K)، CRI ≥70:
  • کد 3H: 800 لومن (حداقل)، 900 لومن (معمول)
  • کد 3J: 900 لومن (حداقل)، 1000 لومن (معمول)
• سفید سرد (5000K-10000K)، CRI ≥70:
  • کد 3J: 900 لومن (حداقل)، 1000 لومن (معمول)
  • کد 3K: 1000 لومن (حداقل)، 1100 لومن (معمول)

تلورانس‌ها:شار نوری: ±7%؛ CRI (شاخص بازتاب رنگ): ±2؛ مختصات رنگ‌سنجی: ±0.005.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

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

منحنی I-V غیرخطی است، که مشخصه یک دیود است. در جریان عملیاتی توصیه‌شده 350mA، ولتاژ پیشروی معمول 27V است. منحنی نشان می‌دهد که افزایش کوچکی در ولتاژ فراتر از نقطه زانو منجر به افزایش سریع جریان می‌شود که اهمیت درایور جریان ثابت را برای عملکرد پایدار و طول عمر برجسته می‌کند.

4.2 جریان پیشروی در مقابل شار نوری نسبی

این منحنی رابطه بین جریان درایو و خروجی نور را نشان می‌دهد. شار نوری تقریباً به صورت خطی با جریان در محدوده عملیاتی نرمال افزایش می‌یابد. با این حال، راه‌اندازی ال‌ای‌دی در جریان‌های بالاتر از توصیه‌شده (مثلاً 700mA) ممکن است بازدهی (کارایی بر حسب لومن بر وات) را کاهش داده و دمای اتصال را به طور قابل توجهی افزایش دهد که منجر به افت لومن و کاهش طول عمر می‌شود.

4.3 دمای اتصال در مقابل توان طیفی نسبی

با افزایش دمای اتصال (T_j)، توزیع توان طیفی یک ال‌ای‌دی سفید (معمولاً یک دی‌ی آبی با فسفر) می‌تواند جابجا شود. این اغلب به صورت کاهش توان تابشی در طول‌موج‌های خاص و تغییر بالقوه در دمای رنگ مرتبط (CCT) ظاهر می‌شود. مدیریت حرارتی مؤثر برای حفظ رنگ و خروجی نور پایدار در طول زمان حیاتی است.

4.4 توزیع توان طیفی نسبی

منحنی طیفی برای یک ال‌ای‌دی سفید یک قله غالب در ناحیه آبی (از تراشه InGaN) و یک باند انتشار گسترده‌تر در ناحیه زرد/سبز/قرمز (از پوشش فسفر) نشان می‌دهد. شکل دقیق CCT و CRI را تعیین می‌کند. انتشار فسفر گسترده‌تر و هموارتر به CRI بالاتر کمک می‌کند.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 نقشه کلی پکیج

ابعاد فیزیکی ماژول ال‌ای‌دی در نمودار دیتاشیت ارائه شده است. ویژگی‌های مکانیکی کلیدی شامل طول، عرض و ارتفاع کلی، و همچنین موقعیت و اندازه پدهای لحیم‌کاری است. پکیج برای مونتاژ فناوری نصب‌سطحی (SMT) طراحی شده است.

5.2 الگوی پد و طراحی استنسیل توصیه‌شده

نقشه‌های دقیق برای الگوی لند PCB (فوت‌پرینت) و استنسیل خمیر لحیم ارائه شده است. رعایت این توصیه‌ها برای دستیابی به تشکیل صحیح اتصال لحیم، تراز و اتصال مکانیکی قابل اطمینان حیاتی است. طراحی پد اتصال الکتریکی صحیح را تضمین کرده و به انتقال حرارت از ال‌ای‌دی به PCB کمک می‌کند. تلورانس برای این ابعاد معمولاً ±0.10mm است.

شناسایی قطبیت:ترمینال‌های آند (+) و کاتد (-) به وضوح روی پکیج علامت‌گذاری شده یا در نمودار فوت‌پرینت نشان داده شده‌اند. قطبیت صحیح برای عملکرد ضروری است.

6. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پارامترهای لحیم‌کاری ریفلو

ال‌ای‌دی با فرآیندهای استاندارد لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز یا جابجایی سازگار است. حداکثر دمای مجاز بدنه در حین لحیم‌کاری 230°C یا 260°C است، با زمان قرارگیری در دمای اوج حداکثر 10 ثانیه. پیروی از یک پروفایل دمایی که مونتاژ را به اندازه کافی پیش‌گرم کند تا شوک حرارتی به حداقل برسد، حیاتی است.

6.2 اقدامات احتیاطی در حمل و نگهداری

• حساسیت ESD:ال‌ای‌دی‌ها قطعات حساس به الکتریسیته ساکن هستند. در حین حمل و مونتاژ از اقدامات احتیاطی مناسب ESD استفاده کنید.
• حساسیت رطوبت:پکیج ممکن است سطح حساسیت رطوبتی (MSL) داشته باشد. در صورت مشخص‌شدن، قبل از ریفلو به الزامات پخت و عمر مفید در خط تولید پایبند باشید.
• شرایط نگهداری:در محیطی خشک و تاریک در محدوده دمای مشخص‌شده (40- درجه سانتی‌گراد تا +100 درجه سانتی‌گراد) نگهداری کنید. از قرارگیری در معرض گازهای خورنده اجتناب کنید.
• تمیزکاری:در صورت نیاز به تمیزکاری پس از لحیم‌کاری، از حلال‌ها و روش‌های سازگاری استفاده کنید که به لنز ال‌ای‌دی یا مواد سیلیکونی آسیب نرسانند.

7. پیشنهادات کاربردی

7.1 سناریوهای کاربردی معمول

• روشنایی سقف بلند و صنعتی:از خروجی لومن بالا و ساختار مستحکم بهره می‌برد.
• روشنایی فضای باز:چراغ‌های خیابانی، چراغ‌های پارکینگ، روشنایی استادیوم.
• چراغ‌های تخصصی شار بالا:چراغ‌های رشد، پروژکتورها، روشنایی صحنه.
• روشنایی معماری و تجاری:جایی که بازدهی بالا و طول عمر در اولویت قرار دارد.

7.2 ملاحظات طراحی

• مدیریت حرارتی:این مهم‌ترین عامل برای عملکرد و طول عمر است. PCB و هیت‌سینک را طوری طراحی کنید که دمای اتصال ال‌ای‌دی (T_j) را به خوبی زیر حداکثر رتبه 125°C، ترجیحاً زیر 85°C برای طول عمر بهینه نگه دارد. در صورت نیاز از وایاهای حرارتی، PCBهای هسته فلزی (MCPCB) یا خنک‌کننده فعال استفاده کنید.
• جریان درایو:از یک درایور ال‌ای‌دی جریان ثابت با رتبه ولتاژ مورد نیاز (بر اساس V_F) استفاده کنید. راه‌اندازی در جریان معمول 350mA یا کمتر برای تعادل خروجی، بازدهی و طول عمر توصیه می‌شود. کاهش رتبه جریان طول عمر را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد.
• طراحی نوری:زاویه دید وسیع 130 درجه ممکن است نیاز به اپتیک ثانویه (لنزها، رفلکتورها) برای دستیابی به الگوی پرتوی مطلوب برای کاربرد داشته باشد.
• محافظت الکتریکی:محافظت در برابر قطبیت معکوس، نوسانات اضافه ولتاژ و تخلیه الکترواستاتیک (ESD) روی خطوط ورودی را در نظر بگیرید.

8. مقایسه و تمایز فنی

ال‌ای‌دی فیلیپ چیپ در مقابل ال‌ای‌دی سنتی با اتصال سیمی:

• عملکرد حرارتی:اتصال فیلیپ چیپ یک مسیر حرارتی کوتاه‌تر و مستقیم‌تر از اتصال فعال به زیرلایه/هیت‌سینک فراهم می‌کند که منجر به مقاومت حرارتی کمتر (R_th) می‌شود. این امکان راه‌اندازی با جریان‌های بالاتر یا بهبود طول عمر در جریان یکسان را فراهم می‌کند.
• قابلیت اطمینان:اتصالات سیمی را حذف می‌کند که می‌توانند به دلیل چرخه‌های حرارتی، لرزش یا الکترومایگریشن نقاط شکست باشند.
• پخش جریان:اغلب یک لایه پخش جریان بهتر در زیر دی‌ی دارد که منجر به انتشار نور یکنواخت‌تر و کارایی بالقوه بالاتر می‌شود.
• طراحی نوری:می‌تواند امکان پکیج فشرده‌تر یا ویژگی‌های استخراج نور متفاوت را فراهم کند.

پیکربندی سری (9 تایی سری):طراحی درایور را برای کاربردهای ولتاژ بالا و جریان پایین ساده می‌کند که اغلب بازدهی درایور را در مقایسه با راه‌اندازی چند رشته موازی بهبود می‌بخشد.

9. پرسش‌های متداول (FAQs)

9.1 جریان عملیاتی توصیه‌شده چیست؟

دیتاشیت مشخصات را در 350mA تعیین می‌کند که نقطه عملیاتی توصیه‌شده معمول است. می‌توان آن را تا حداکثر مطلق 700mA راه‌اندازی کرد، اما این به طور قابل توجهی دمای اتصال را افزایش داده و طول عمر را کاهش می‌دهد. برای طول عمر و بازدهی بهینه، راه‌اندازی در 350mA یا کمتر توصیه می‌شود.

9.2 چرا ولتاژ پیشروی اینقدر بالا است (~27V)؟

ماژول حاوی 9 تراشه ال‌ای‌دی جداگانه است که به صورت سری به هم متصل شده‌اند. ولتاژهای پیشروی هر تراشه با هم جمع می‌شوند. یک تراشه ال‌ای‌دی سفید معمولی V_Fای حدود 3V دارد؛ 9 * 3V = 27V.

9.3 چگونه دسته CCT صحیح را انتخاب کنم؟

CCT اسمی (مثلاً 4000K) را بر اساس فضای مورد نیاز و بازتاب رنگ کاربرد خود انتخاب کنید. مناطق رنگ‌سنجی مرتبط (مثلاً 5A-5D) ثبات رنگ را تضمین می‌کنند. برای کاربردهای تطبیق رنگ حیاتی، درخواست دسته‌بندی دقیق‌تر یا انتخاب از یک دسته تولیدی واحد را مطرح کنید.

9.4 چه هیت‌سینکی مورد نیاز است؟

هیت‌سینک مورد نیاز به جریان عملیاتی شما، دمای محیط، T_jمورد نظر و مقاومت حرارتی PCB و مواد رابط شما بستگی دارد. شما باید یک محاسبه حرارتی بر اساس اتلاف توان کل (V_F* I_F) و مقاومت حرارتی هدف از اتصال به محیط (R_θJA) انجام دهید.

9.5 آیا می‌توانم از PWM برای تنظیم نور استفاده کنم؟

بله، مدولاسیون عرض پالس (PWM) یک روش مؤثر تنظیم نور برای ال‌ای‌دی‌ها است. اطمینان حاصل کنید که فرکانس PWM به اندازه کافی بالا باشد (معمولاً >100Hz) تا از سوسو زدن قابل مشاهده جلوگیری شود. درایور باید برای ورودی PWM طراحی شده یا یک رابط تنظیم نور اختصاصی داشته باشد.

10. مطالعه موردی طراحی عملی

سناریو:طراحی یک چراغ سقف بلند 100 واتی با استفاده از چندین ماژول T12.

مراحل طراحی:

1. تعداد ماژول:هدف کل 100W. هر ماژول در 350mA حدود 9.45W مصرف می‌کند (27V * 0.35A). از 10 ماژول برای حدود 94.5W استفاده کنید.
2. انتخاب درایور:نیاز به یک درایور جریان ثابت برای 10 ماژول متصل سری است. محدوده ولتاژ خروجی مورد نیاز: 10 * (27V تا 29V) = 270V تا 290V. جریان مورد نیاز: 350mA. یک درایور با رتبه >290V، 350mA انتخاب کنید.
3. طراحی حرارتی:اتلاف کل حدود 94.5W. از یک PCB هسته فلزی (MCPCB) نصب‌شده روی یک هیت‌سینک آلومینیومی بزرگ استفاده کنید. R_θSAمورد نیاز (هیت‌سینک به محیط) را بر اساس حداکثر دمای محیط (مثلاً 50°C) و T_jهدف (مثلاً 90°C) محاسبه کنید، با در نظر گرفتن R_θJCو R_θCSاز ال‌ای‌دی و رابط.
4. اپتیک:برای سقف بلند، اغلب یک زاویه پرتوی متوسط (مثلاً 60°-90°) مطلوب است. لنزها یا رفلکتورهای ثانویه سازگار با فوت‌پرینت ماژول را برای باریک کردن پرتو از 130 درجه ذاتی انتخاب کنید.
5. چیدمان PCB:از الگوی پد توصیه‌شده پیروی کنید. اطمینان حاصل کنید که ردهای مسی ضخیم برای حمل جریان وجود دارد. الگوهای تسکین حرارتی برای لحیم‌کاری پیاده‌سازی کنید اما پور مسی را برای پخش حرارت به حداکثر برسانید.

11. معرفی اصل فناوری

فناوری ال‌ای‌دی فیلیپ چیپ:در یک ال‌ای‌دی متعارف، لایه‌های نیمه‌هادی روی یک زیرلایه رشد می‌کنند و اتصالات الکتریکی از طریق اتصالات سیمی به بالای دی‌ی انجام می‌شود. در طراحی فیلیپ چیپ، پس از رشد، دی‌ی "برگردانده" می‌شود و مستقیماً روی یک زیرلایه حامل (مانند یک زیرمونت سرامیکی یا سیلیکونی) با استفاده از بامپ‌های لحیم متصل می‌شود. این ناحیه نورافشان فعال را به مسیر حرارتی نزدیک‌تر قرار می‌دهد. نور از طریق زیرلایه (که باید شفاف باشد، مانند یاقوت کبود) یا از طریق کناره اگر زیرلایه حذف شده باشد، منتشر می‌شود. این ساختار اتلاف حرارت را بهبود می‌بخشد، امکان چگالی جریان بالاتر را فراهم می‌کند و با حذف اتصالات سیمی شکننده، قابلیت اطمینان را افزایش می‌دهد.

تولید نور سفید:بیشتر ال‌ای‌دی‌های سفید از یک تراشه نیترید گالیم ایندیم (InGaN) نورآبی استفاده می‌کنند. بخشی از نور آبی توسط یک لایه از ماده فسفر (معمولاً گارنت آلومینیوم ایتریم دوپ‌شده با سریم، YAG:Ce) که روی یا اطراف تراشه پوشش داده شده است، جذب می‌شود. فسفر بخشی از نور آبی را به نور زرد تبدیل می‌کند. مخلوط نور آبی باقی‌مانده و نور زرد تولید‌شده توسط چشم انسان به عنوان سفید درک می‌شود. تنظیم ترکیب و ضخامت فسفر CCT و CRI را کنترل می‌کند.

12. روندها و توسعه صنعت

رشد بازدهی (لومن/وات):روند اصلی همچنان افزایش کارایی نوری، کاهش انرژی مورد نیاز به ازای هر واحد نور است. این از طریق بهبود بازده کوانتومی داخلی (IQE)، بازده استخراج نور و بازده تبدیل فسفر حاصل می‌شود.

چگالی توان بالا و مینیاتوری‌سازی:تلاشی برای بسته‌بندی لومن بیشتر در پکیج‌های کوچک‌تر وجود دارد که توسط کاربردهایی مانند چراغ‌های جلوی خودرو، میکروپروژکتورها و چراغ‌های فوق فشرده هدایت می‌شود. فناوری‌های فیلیپ چیپ و پکیج در مقیاس تراشه (CSP) عوامل کلیدی هستند.

بهبود کیفیت و ثبات رنگ:تقاضا برای CRI بالا (Ra >90, R9 >50) و نقطه رنگ ثابت در بین دسته‌ها و در طول عمر در حال افزایش است، به ویژه در روشنایی خرده‌فروشی، موزه و مراقبت‌های بهداشتی.

قابلیت اطمینان و طول عمر:تمرکز بر درک و کاهش مکانیسم‌های شکست تحت شرایط استرس دمای بالا، رطوبت بالا و جریان بالا برای تضمین طول عمر L70/B50 طولانی‌تر (زمان تا 70% نگهداری لومن برای 50% جمعیت).

روشنایی هوشمند و متصل:ادغام الکترونیک کنترل، سنسورها و رابط‌های ارتباطی مستقیماً با ماژول‌های ال‌ای‌دی در حال رایج‌تر شدن است که سیستم‌های روشنایی مبتنی بر IoT را امکان‌پذیر می‌سازد.

طیف‌های تخصصی:توسعه ال‌ای‌دی‌هایی با خروجی طیفی سفارشی برای روشنایی انسان‌محور (HCL)، باغبانی (چراغ‌های رشد) و کاربردهای پزشکی.