دیتاشیت LED مدل ELCH08 - دیود نورانی سفید با بازدهی بالا - 290 لومن در 1 آمپر - ولتاژ 2.85 تا 3.9 ولت - زاویه دید 120 درجه - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

این سند جزئیات مشخصات یک قطعه دیود نورانی سفید با بازدهی بالا را تشریح می‌کند. این قطعه با طراحی بسته‌بندی فشرده خود شناخته می‌شود که خروجی نوری بالایی ارائه می‌دهد و آن را برای کاربردهایی که نیازمند روشنایی قوی در فضاهای محدود هستند، مناسب می‌سازد. مزایای اصلی آن شامل شار نوری معمول 290 لومن در جریان راه‌اندازی 1 آمپر، معادل بازده نوری تقریبی 87 لومن بر وات است. این LED دارای حفاظت قوی در برابر تخلیه الکترواستاتیک (ESD) است که قابلیت اطمینان آن در جابجایی و مونتاژ را افزایش می‌دهد. این محصول کاملاً مطابق با دستورالعمل‌های RoHS بوده و با فرآیندهای بدون سرب تولید می‌شود.

1.1 کاربردهای هدف

این LED برای طیف گسترده‌ای از اهداف نورپردازی طراحی شده است. کاربردهای اصلی شامل استفاده به عنوان منبع نور فلش یا استروب در دستگاه‌های همراه و تجهیزات ویدیویی دیجیتال است. همچنین برای نورپردازی عمومی داخلی، نور پس‌زمینه نمایشگرهای TFT و سیستم‌های مختلف نورپردازی تزئینی یا سرگرمی بسیار مناسب است. علاوه بر این، در نورپردازی خودرو برای کارکردهای داخلی و خارجی، و همچنین در نورپردازی ایمنی و راهنمایی مانند علائم خروج و نشانگرهای پله کاربرد دارد.

2. پارامترهای فنی: تفسیر عینی و عمیق

بخش‌های زیر تحلیل دقیقی از پارامترهای فنی کلیدی دستگاه، برگرفته از مقادیر حداکثر مطلق و شرایط کاری معمول ارائه می‌دهند.

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

این مقادیر محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. این مقادیر برای عملکرد عادی در نظر گرفته نشده‌اند.

• جریان مستقیم پیوسته (حالت چراغ قوه): 350 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان مستقیم پیوسته‌ای است که LED می‌تواند تحمل کند.
• جریان پالسی اوج: 1500 میلی‌آمپر. این جریان بالا تنها تحت شرایط پالسی خاص (حداکثر مدت 400 میلی‌ثانیه، چرخه کاری 10%) قابل اعمال است که معمولاً برای عملیات فلش دوربین کاربرد دارد.
• مقاومت در برابر تخلیه الکترواستاتیک (HBM): 8 کیلوولت. دستگاه حفاظت بالایی در برابر تخلیه الکترواستاتیک مطابق با استاندارد JEDEC JS-001-2017 (سابقاً JEDEC 3b) ارائه می‌دهد که برای قابلیت اطمینان مونتاژ و جابجایی حیاتی است.
• دمای اتصال (Tj): 150 درجه سلسیوس. حداکثر دمای مجاز در اتصال نیمه‌هادی.
• دمای عملیاتی و ذخیره‌سازی: 40- درجه سلسیوس تا 85+ درجه سلسیوس (عملیاتی)، 40- درجه سلسیوس تا 100+ درجه سلسیوس (ذخیره‌سازی).
• مقاومت حرارتی (Rth): 3.4 درجه سلسیوس بر وات. این پارامتر نشان می‌دهد که حرارت چقدر مؤثر از اتصال به محیط اطراف منتقل می‌شود. مقدار کمتر نشان‌دهنده عملکرد حرارتی بهتر است.
• توان اتلافی (حالت پالسی): 6.42 وات. حداکثر توانی که دستگاه می‌تواند در شرایط پالسی اتلاف کند.
• زاویه دید (2θ1/2): 120 درجه ± 5 درجه. این زاویه‌ای را تعریف می‌کند که در آن شدت نور حداقل نصف شدت اوج است که منجر به الگوی تابشی گسترده و شبه لامبرتی می‌شود.

یادداشت‌های حیاتی: دستگاه برای کار در بایاس معکوس طراحی نشده است. عملکرد پیوسته در مقادیر حداکثر مطلق ممنوع است زیرا منجر به تخریب و احتمالاً خرابی می‌شود. تمامی مشخصات قابلیت اطمینان تحت مدیریت حرارتی کنترل‌شده بر روی یک برد مدار چاپی با هسته فلزی (MCPCB) به مساحت 1.0 سانتی‌متر مربع اعتبارسنجی شده‌اند.

2.2 مشخصات الکترواپتیکی (Ts=25°C)

این پارامترها تحت شرایط آزمایش معمول (پالس 50 میلی‌ثانیه، پد لحیم‌کاری در دمای 25 درجه سلسیوس) اندازه‌گیری شده و نمایانگر عملکرد مورد انتظار هستند.

• شار نوری (Iv): 260 لومن (حداقل)، 300 لومن (معمول) در IF=1000mA.
• ولتاژ مستقیم (VF): 2.85 ولت (حداقل)، 3.90 ولت (حداکثر) در IF=1000mA. مقدار معمول در این محدوده قرار می‌گیرد.
• دمای رنگ مرتبط (CCT): 5500K تا 6500K، که آن را در محدوده دمای رنگ \"سفید سرد\" یا \"سفید روز\" قرار می‌دهد.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

برای اطمینان از یکنواختی در تولید انبوه، LEDها بر اساس پارامترهای کلیدی عملکرد در دسته‌های مختلف (بین) مرتب می‌شوند. این امر به طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی را انتخاب کنند که نیازهای خاص کاربرد از نظر روشنایی، افت ولتاژ و رنگ را برآورده می‌کنند.

3.1 دسته‌بندی ولتاژ مستقیم

LEDها در IF=1000mA در سه دسته ولتاژ دسته‌بندی می‌شوند:
- دسته 2832: VF = 2.85 ولت تا 3.25 ولت.
- دسته 3235: VF = 3.25 ولت تا 3.55 ولت.
- دسته 3539: VF = 3.55 ولت تا 3.90 ولت.
این دسته‌بندی با در نظر گرفتن تغییرات ولتاژ مستقیم، به طراحی مدارهای درایور پایدار کمک می‌کند.

3.2 دسته‌بندی شار نوری

LEDها بر اساس خروجی نور در IF=1000mA مرتب می‌شوند:
- دسته J7: Iv = 260 لومن تا 300 لومن.
- دسته J8: Iv = 300 لومن تا 330 لومن.
- دسته J9: Iv = 330 لومن تا 360 لومن.
این امر سطح روشنایی قابل پیش‌بینی را در کاربرد نهایی تضمین می‌کند.

3.3 دسته‌بندی رنگ (کروماتیسیتی)

رنگ سفید توسط مختصات رنگ (x, y) CIE 1931 تعریف می‌شود. دسته اصلی برای این دستگاه5565است که محدوده CCT از 5500K تا 6500K را هدف قرار می‌دهد. نقطه مرجع خاص برای این دسته در مختصات (0.3166, 0.3003) قرار دارد، با یک جعبه تلرانس چهارضلعی تعریف‌شده روی نمودار CIE. مجاز اندازه‌گیری برای مختصات رنگ ±0.01 است.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

داده‌های گرافیکی بینشی از رفتار دستگاه تحت شرایط عملیاتی مختلف ارائه می‌دهند.

4.1 توزیع طیفی نسبی

منحنی توزیع توان طیفی شدت نور منتشرشده در هر طول موج را نشان می‌دهد. برای یک LED سفید مبتنی بر تراشه آبی InGaN با پوشش فسفر، طیف معمولاً دارای یک قله آبی غالب از تراشه و یک باند انتشار زرد/قرمز گسترده‌تر از فسفر است. خروجی ترکیبی نور سفید تولید می‌کند. طول موج اوج (λp) و شکل طیفی کامل بر شاخص بازآفرینی رنگ (CRI) و کیفیت رنگ درک‌شده تأثیر می‌گذارند.

4.2 الگوی تابش معمول

الگوی تابش قطبی توزیع فضایی شدت نور را نشان می‌دهد. منحنی ارائه‌شده یک الگوی نزدیک به لامبرتی را نشان می‌دهد که در آن شدت تقریباً متناسب با کسینوس زاویه دید است. این امر منجر به روشنایی گسترده و یکنواخت مناسب برای نورپردازی عمومی و کاربردهای فلش می‌شود. الگوهای محور X و Y مشابه نشان داده شده‌اند که نشان‌دهنده انتشار متقارن است.

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

این منحنی رابطه نمایی معمول یک دیود را نشان می‌دهد. ولتاژ مستقیم با جریان افزایش می‌یابد اما به صورت خطی نیست. درک این منحنی برای مدیریت حرارتی و طراحی درایور ضروری است، زیرا توان اتلاف‌شده (Vf * If) حرارت تولید می‌کند.

4.4 شار نوری نسبی در مقابل جریان مستقیم

این نمودار نشان می‌دهد که خروجی نور چگونه با جریان درایور مقیاس می‌یابد. در ابتدا، شار تقریباً به صورت خطی با جریان افزایش می‌یابد. با این حال، در جریان‌های بالاتر، افت بازدهی به دلیل افزایش دمای اتصال و سایر اثرات فیزیک نیمه‌هادی رخ می‌دهد که باعث کاهش افزایش نسبی شار می‌شود. کارکرد فراتر از جریان توصیه‌شده کارایی را کاهش داده و پیری را تسریع می‌کند.

4.5 CCT در مقابل جریان مستقیم

این منحنی نشان می‌دهد که دمای رنگ مرتبط چگونه با جریان درایور تغییر می‌کند. معمولاً برای LEDهای سفید تبدیل‌شده با فسفر، CCT ممکن است در جریان‌های بسیار بالا افزایش یابد (نور سردتر/آبی‌تر می‌شود) به دلیل تغییرات بازدهی تفاضلی بین LED پمپ آبی و فسفر. نمودار نشان می‌دهد که CCT در محدوده جریان عملیاتی نسبتاً پایدار باقی می‌ماند که برای عملکرد رنگ یکنواخت مطلوب است.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

ابعاد فیزیکی و ساختار بسته‌بندی LED برای چیدمان PCB، مدیریت حرارتی و طراحی اپتیکی حیاتی است.

5.1 نقشه ابعاد بسته‌بندی

دیتاشیت شامل یک نقشه ابعادی دقیق از بسته‌بندی SMD است. ابعاد کلیدی شامل طول، عرض و ارتفاع کلی، و همچنین اندازه و فاصله پد (ترمینال) می‌شود. تلرانس‌ها معمولاً ±0.1 میلی‌متر است مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. این نقشه برای ایجاد ردپای PCB در نرم‌افزار CAD ضروری است.

5.2 شناسایی قطبیت

بسته‌بندی دارای یک نشانگر قطبیت است. جهت‌گیری صحیح در حین مونتاژ برای جلوگیری از بایاس معکوس که پشتیبانی نمی‌شود و می‌تواند به دستگاه آسیب برساند، اجباری است. قطبیت همچنین روی نوار حامل برای ماشین‌های Pick-and-Place اتوماتیک نشان داده شده است.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پارامترهای لحیم‌کاری رفلو

دستگاه می‌تواند دمای اوج لحیم‌کاری 260 درجه سلسیوس را تحمل کند که با پروفیل‌های استاندارد رفلو بدون سرب (مانند IPC/JEDEC J-STD-020) سازگار است. حداکثر تعداد مجاز چرخه‌های رفلو 3 است. پیروی از پروفیل دمای توصیه‌شده (شیب افزایش، خیساندن، اوج رفلو و نرخ‌های خنک‌سازی) برای جلوگیری از شوک حرارتی و اطمینان از اتصالات لحیم قابل اطمینان بدون آسیب به قطعه LED حیاتی است.

6.2 سطح حساسیت رطوبت (MSL)

این قطعه در سطح MSL Level 1 رتبه‌بندی شده است. این بالاترین سطح مقاومت در برابر رطوبت است، به این معنی که دستگاه در شرایط ≤ 30°C / 85% رطوبت نسبی عمر نامحدودی دارد و در صورت نگهداری در این شرایط نیازی به پخت قبل از استفاده ندارد. این امر مدیریت موجودی را در مقایسه با سطوح MSL بالاتر ساده می‌کند.

6.3 شرایط نگهداری

محدوده دمای نگهداری توصیه‌شده 40- درجه سلسیوس تا 100+ درجه سلسیوس است. قطعات باید تا زمان آماده‌سازی برای استفاده در کیسه‌های اصلی ضد رطوبت با ماده خشک‌کننده نگهداری شوند تا رتبه MSL 1 حفظ شود.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

7.1 مشخصات بسته‌بندی

LEDها روی نوارهای حامل برجسته‌دار که روی قرقره پیچیده شده‌اند عرضه می‌شوند که استاندارد مونتاژ SMD اتوماتیک است. دیتاشیت ابعاد نوار حامل (فاصله جیب، عرض و غیره) و قرقره (قطر، اندازه هاب) را ارائه می‌دهد. یک قرقره استاندارد حاوی 2000 قطعه است. نوار قطبیت و جهت تغذیه برای دستگاه قراردهی را نشان می‌دهد.

7.2 برچسب‌گذاری محصول

قرقره و بسته‌بندی با اطلاعات کلیدی برای ردیابی و استفاده صحیح برچسب‌گذاری شده‌اند:
- P/N: شماره قطعه سازنده (مثلاً ELCH08-NF5565J7J9283910-FDH).
- LOT NO: شماره دسته تولید برای کنترل کیفیت.
- QTY: تعداد قطعات در بسته.
- CAT: کد دسته شار نوری (مثلاً J7).
- HUE: کد دسته رنگ (مثلاً 5565).
- REF: کد دسته ولتاژ مستقیم (مثلاً 2832، 3235، 3539).
- MSL-X: سطح حساسیت رطوبت.

8. توصیه‌های کاربردی

8.1 ملاحظات طراحی

مدیریت حرارتی: این مهم‌ترین عامل برای عملکرد و طول عمر LED است. مقاومت حرارتی پایین (3.4°C/W) تنها با هیت‌سینک کافی مؤثر است. از یک PCB با مساحت مسی کافی یا یک PCB با هسته فلزی اختصاصی (MCPCB) برای هدایت حرارت از پدهای لحیم‌کاری استفاده کنید. حداکثر دمای زیرلایه در IF=1000mA به عنوان 70°C مشخص شده است.
درایو جریان: از یک درایور LED با جریان ثابت، نه منبع ولتاژ ثابت، برای اطمینان از خروجی نور پایدار و جلوگیری از فرار حرارتی استفاده کنید. به مقادیر حداکثر مطلق جریان برای هر دو حالت پیوسته (چراغ قوه) و پالسی (فلش) احترام بگذارید.
طراحی اپتیکی: زاویه دید گسترده 120 درجه برای کاربردهایی که نیاز به پوشش وسیع دارند مناسب است. برای پرتوهای متمرکز، اپتیک ثانویه (لنزها، رفلکتورها) ضروری خواهد بود. الگوی انتشار لامبرتی مدل‌سازی اپتیکی را ساده می‌کند.

8.2 اقدامات احتیاطی ESD

اگرچه دستگاه دارای حفاظت ESD بالا (8kV HBM) است، اما باید در حین جابجایی و مونتاژ همچنان از روش‌های کنترل استاندارد ESD پیروی کرد (استفاده از ایستگاه‌های کاری زمین‌شده، مچ‌بند و غیره) تا از آسیب تجمعی یا نقص‌های پنهان جلوگیری شود.

9. مقایسه و تمایز فنی

در حالی که مقایسه مستقیم رو در رو با مدل‌های خاص دیگر در دیتاشیت ارائه نشده است، ویژگی‌های متمایزکننده کلیدی این LED را می‌توان استنباط کرد:
- بازده نوری بالا: 87 لومن بر وات در 1 آمپر یک بازدهی رقابتی برای یک LED SMD پرقدرت در کلاس خود است که منجر به مصرف انرژی کمتر و بار حرارتی کاهش‌یافته برای یک خروجی نور معین می‌شود.
- قابلیت پالس جریان بالا: رتبه پالس اوج 1500mA برای کاربردهای فلش یک ویژگی مهم است که امکان انفجارهای نور بسیار روشن و کوتاه‌مدت مناسب برای فلش دوربین را فراهم می‌کند.
- رتبه‌بندی ESD قوی: 8kV HBM در مقایسه با بسیاری از LEDهایی که رتبه‌بندی ESD پایین‌تر یا نامشخص دارند، استحکام جابجایی برتری ارائه می‌دهد.
- دسته‌بندی جامع: دسته‌بندی سه پارامتری (شار، ولتاژ، رنگ) امکان کنترل دقیق‌تر عملکرد سیستم را فراهم می‌کند که برای کاربردهای نیازمند ثبات رنگ و روشنایی مفید است.

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س1: آیا می‌توانم این LED را با منبع تغذیه 3.3 ولت راه‌اندازی کنم؟
پ: نه به طور مستقیم. ولتاژ مستقیم (Vf) در 1 آمپر از 2.85 ولت تا 3.90 ولت متغیر است. یک منبع 3.3 ولتی ممکن است به زودی یک واحد با Vf پایین را روشن کند اما نمی‌تواند تنظیم جریان مناسب را فراهم کند. یک مدار درایور با جریان ثابت مورد نیاز است.

س2: تفاوت بین \"حالت چراغ قوه\" (350mA) و شرایط آزمایش (1000mA) چیست؟
پ: \"حالت چراغ قوه\" به حداکثرجریان مستقیم پیوسته(350mA) اشاره دارد. مشخصه 1000mA برایعملکرد پالسی(مثلاً پالس‌های 50 میلی‌ثانیه) است که معمولاً برای معیارسازی عملکرد و کاربردهای فلش استفاده می‌شود. عملکرد پیوسته در 1000mA از مقادیر حداکثر مطلق فراتر رفته و باعث خرابی می‌شود.

س3: چگونه دسته‌بندی شار نوری J7، J8، J9 را تفسیر کنم؟
پ: اینها دسته‌های روشنایی هستند. اگر طراحی شما حداقل به 300 لومن نیاز دارد، باید دسته‌های J8 یا J9 را انتخاب کنید. استفاده از دسته J7 ممکن است منجر به واحدهایی با روشنایی کمتر از نیاز شما شود. هنگام سفارش، دسته مورد نیاز را مشخص کنید.

س4: آیا هیت‌سینک ضروری است؟
پ: قطعاً. اتلاف توان در پالس 1 آمپر می‌تواند تا نزدیک به 4 وات (3.9V * 1A) باشد. بدون هیت‌سینک مناسب، دمای اتصال به سرعت از حد مجاز فراتر رفته و منجر به افت سریع لومن، تغییر رنگ و خرابی فاجعه‌بار می‌شود.

11. مثال موردی عملی

سناریو: طراحی فلش دوربین تلفن همراه
1. انتخاب درایور: یک IC درایور جریان ثابت سوئیچینگ فشرده و با بازدهی بالا انتخاب کنید که قادر به ارائه پالس 1500mA با کنترل دقیق بر عرض پالس (مثلاً ~400ms) و چرخه کاری (<10%) باشد.
2. چیدمان PCB: LED را روی یک پد حرارتی اختصاصی قرار دهید که به مناطق مسی بزرگ یا یک صفحه زمین داخلی متصل است. از چندین ویای زیر پد برای هدایت حرارت به لایه‌های دیگر استفاده کنید. IC درایور را نزدیک نگه دارید تا اندوکتانس رد مسیر به حداقل برسد.
3. ادغام اپتیکی: یک لنز پلاستیکی ساده یا راهنمای نور روی LED قرار داده می‌شود تا نور را پخش کرده و نقاط داغ را حذف کند و روشنایی یکنواختی برای صحنه دوربین تضمین کند. زاویه دید گسترده LED به این پخش کمک می‌کند.
4. انتخاب قطعه: برای ثبات رنگ و روشنایی فلش در میلیون‌ها تلفن، دسته‌های دقیق را مشخص کنید: مثلاً دسته رنگ 5565، دسته شار J8 یا J9 و یک دسته ولتاژ خاص برای ساده‌سازی طراحی درایور.

12. معرفی اصل عملکرد

این یک LED سفید تبدیل‌شده با فسفر است. هسته آن یک تراشه نیمه‌هادی از جنس نیترید گالیم ایندیم (InGaN) است که هنگام اعمال ولتاژ مستقیم و بازترکیب الکترون‌ها با حفره‌ها در سراسر شکاف نواری تراشه، نور آبی ساطع می‌کند. این نور آبی تا حدی توسط یک لایه فسفر گارنت آلومینیوم ایتریم دوپ‌شده با سریم (YAG:Ce) که تراشه را می‌پوشاند جذب می‌شود. فسفر برخی از فوتون‌های آبی را به طول‌موج‌های بلندتر در طیف زرد تبدیل می‌کند. مخلوط نور آبی باقی‌مانده و نور زرد تبدیل‌شده توسط چشم انسان به عنوان نور سفید درک می‌شود. نسبت انتشار آبی به زرد دمای رنگ مرتبط (CCT) را تعیین می‌کند.

13. روندهای فناوری

توسعه LEDهای سفید چند مسیر کلیدی را دنبال می‌کند:
- افزایش بازدهی (لومن بر وات): بهبودهای مستمر در بازده کوانتومی داخلی تراشه آبی، استخراج نور از بسته‌بندی و بازده تبدیل فسفر، کارایی را بالاتر برده و مصرف انرژی را کاهش می‌دهد.
- بهبود کیفیت رنگ: حرکت فراتر از سیستم‌های ساده آبی+YAG به سمت سیستم‌های چند فسفری یا مبتنی بر پمپ بنفش برای دستیابی به شاخص بازآفرینی رنگ (CRI) بالاتر و رنگ یکنواخت‌تر در زوایای مختلف (یکنواختی رنگ زاویه‌ای).
- چگالی توان بالاتر و مینیاتوری‌سازی: همانطور که در این دستگاه مشاهده می‌شود، روند به سمت بسته‌بندی لومن بیشتر در بسته‌بندی‌های کوچک‌تر است که نیازمند راه‌حل‌های مدیریت حرارتی هرچه بهتر مانند زیرلایه‌ها و مواد بسته‌بندی پیشرفته است.
- قابلیت اطمینان بهبودیافته: بهبود در مواد (فسفرها، مواد کپسوله‌کننده) و تکنیک‌های بسته‌بندی همچنان طول عمر عملیاتی و حفظ لومن (رتبه‌های L70، L90) را افزایش می‌دهد.
- راه‌حل‌های هوشمند و یکپارچه: بازار شاهد رشد LEDهایی با درایورهای یکپارچه، سنسورها یا قابلیت‌های ارتباطی (Li-Fi) است، اگرچه این دیتاشیت یک قطعه گسسته و سنتی را توصیف می‌کند.