دیتاشیت فنی LED فلش LTPL-A138DWAGB - بسته‌بندی CSP - ابعاد 1.2x1.2mm - ولتاژ 3.2V - توان پالسی 5.7W - نور سفید - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTPL-A138DWAGB یک دیود نورافشان (LED) فشرده و پرقدرت است که به‌طور خاص به‌عنوان منبع نور فلش طراحی شده است. هدف اصلی طراحی آن، ارائه روشنایی شدید در سناریوهایی است که نیازمند تصویربرداری با وضوح بالا در شرایط نور محیطی کم و در فواصل دور می‌باشد. این قطعه از معماری بسته‌بندی Chip Scale Package (CSP) بهره می‌برد که مزایای قابل‌توجهی از نظر کوچک‌سازی و عملکرد حرارتی ارائه می‌دهد.

1.1 ویژگی‌های کلیدی

• فرم‌فاکتور فوق‌فشرده:دارای یکی از کوچک‌ترین بسته‌بندی‌های Chip Scale موجود است که امکان چگالی شار نوری بالا در حداقل فضای اشغالی را فراهم می‌کند.
• فناوری Flip-Chip:از طراحی Flip-Chip با اتصال مستقیم استفاده می‌کند. این ساختار، سیم‌بندی‌های سنتی را حذف کرده، اندوکتانس پارازیتی را کاهش داده و هدایت حرارتی از پیوند نیمه‌هادی مستقیماً به زیرلایه را بهبود می‌بخشد.
• بازدهی بالا در جریان زیاد:طراحی شده تا بازده نوری و خروجی بالا را حتی هنگام کار در چگالی جریان بسیار بالا حفظ کند، که برای کاربردهای فلش با مدت کوتاه حیاتی است.
• مدیریت حرارتی برتر:طراحی Flip-Chip و ساختار CSP، مسیر مقاومت حرارتی پایینی فراهم می‌کنند که امکان اتلاف حرارت کارآمدتر در مقایسه با LEDهای بسته‌بندی شده متعارف را می‌دهد.

1.2 کاربردهای هدف

• Camera phones and smartphones
• دستگاه‌های دستی قابل حمل
• دوربین‌های دیجیتال عکاسی (DSC)
• سایر سیستم‌های تصویربرداری فشرده که نیازمند یک منبع نور قوی و لحظه‌ای هستند

2. پارامترهای فنی: تحلیل عینی عمیق

این بخش، تجزیه‌ای دقیق از محدودیت‌های عملیاتی و ویژگی‌های عملکردی LED تحت شرایط تعریف شده ارائه می‌دهد. تمام داده‌ها با فرض دمای محیط (Ta) برابر 25 درجه سلسیوس ارجاع داده شده‌اند، مگر اینکه خلاف آن ذکر شود.

2.1 حداکثر مقادیر مجاز مطلق

این مقادیر، محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. عملکرد در یا زیر این محدودیت‌ها تضمین نمی‌شود.

• اتلاف توان (حالت پالسی):5.7 وات. این حداکثر توان مجازی است که بسته می‌تواند در حین کار پالسی تحمل کند.
• جریان مستقیم پالسی (I_FP):حداکثر 1500 میلی‌آمپر تحت یک چرخه کاری خاص (400ms روشن، 3600ms خاموش، D=0.1). این رتبه برای کاربردهای فلش است.
• جریان مستقیم DC (I_F):حداکثر 350 میلی‌آمپر برای کار مداوم DC.
• دمای پیوند (T_j):حداکثر 125 درجه سلسیوس. دمای خود تراشه نیمه‌هادی نباید از این مقدار تجاوز کند.
• محدوده دمای عملیاتی:40- تا 85+ درجه سلسیوس. محدوده دمای محیط برای عملکرد قابل اطمینان قطعه.
• محدوده دمای انبارداری:40- تا 100+ درجه سلسیوس. محدوده دمای ایمن برای قطعه هنگامی که تحت برق نیست.

2.2 مشخصات الکتریکی و نوری

پارامترهای عملکردی معمول اندازه‌گیری شده تحت شرایط آزمایش استاندارد. تلرانس اندازه‌گیری برای شار نوری ±10% و برای ولتاژ مستقیم ±0.1 ولت است. آزمایش با استفاده از یک پالس 300 میلی‌ثانیه‌ای انجام می‌شود.

• شار نوری (Φ_V):240 لومن (معمول) در 1000mA. حداقل 180 لومن، حداکثر 280 لومن. این کل خروجی نور مرئی است.
• زاویه دید (2θ_1/2):120 درجه (معمول). این زاویه گسترش نور ساطع شده را تعریف می‌کند که در آن شدت، نصف مقدار اوج است.
• دمای رنگ مرتبط (CCT):4000K تا 5000K در 1000mA. این نشان‌دهنده سایه نور سفید است که در محدوده "سفید خنثی" قرار می‌گیرد.
• شاخص نمود رنگ (CRI):80 (حداقل) در 1000mA. معیاری از اینکه منبع نور چقدر دقیق رنگ‌های واقعی اجسام را در مقایسه با یک مرجع طبیعی نشان می‌دهد.
• ولتاژ مستقیم (V_F1):3.2 ولت (معمول) در 1000mA. از 2.9 ولت (حداقل) تا 3.8 ولت (حداکثر) متغیر است. این افت ولتاژ در دو سر LED هنگام کار در جریان عملیاتی است.
• ولتاژ مستقیم (V_F2):تقریباً 2.0 ولت در جریان آزمایش بسیار پایین 10µA.
• جریان معکوس (I_R):حداکثر 100 µA در بایاس معکوس 5 ولت.نکته حیاتی:این پارامتر فقط برای آزمایش اطلاعاتی (IR) است. قطعه برای کار تحت بایاس معکوس طراحی نشده و اعمال چنین ولتاژی در مدار ممکن است باعث خرابی شود.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

برای اطمینان از یکنواختی در تولید، LEDها بر اساس پارامترهای عملکردی کلیدی مرتب (دسته‌بندی) می‌شوند. این به طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی را انتخاب کنند که نیازهای خاص کاربرد را از نظر روشنایی و ولتاژ برآورده می‌کنند.

3.1 دسته‌بندی شار نوری

LEDها بر اساس خروجی نورشان در 1000mA به دسته‌هایی تقسیم می‌شوند.

• دسته N0:محدوده شار نوری از 180 لومن تا 250 لومن.
• دسته P1:محدوده شار نوری از 250 لومن تا 280 لومن.

3.2 دسته‌بندی ولتاژ مستقیم

تمام قطعات برای این شماره قطعه تحت یک دسته ولتاژ مستقیم واحد قرار می‌گیرند،دسته 4، با محدوده 2.9 ولت تا 3.8 ولت در 1000mA.

3.3 دسته‌بندی رنگ‌سنجی

سند یک نمودار مختصات رنگ‌سنجی (CIE 1931 x,y) ارائه می‌دهد که فضای رنگ قابل قبول برای خروجی نور سفید 4000K-5000K را تعریف می‌کند. مختصات رنگ‌سنجی هدف ارائه شده و یک تلرانس تضمین شده ±0.01 روی هر دو مختصات x و y وجود دارد. این امر ثبات رنگ بین واحدهای مختلف را تضمین می‌کند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

داده‌های گرافیکی بینش عمیق‌تری از رفتار قطعه تحت شرایط مختلف ارائه می‌دهند. تمام منحنی‌ها بر اساس LED نصب شده روی یک PCB با هسته فلزی (MCPCB) به ابعاد 2cm x 2cm برای مدیریت حرارت است.

4.1 توزیع طیفی توان نسبی

این منحنی (شکل 1) شدت نور ساطع شده در طول‌موج‌های مختلف را نشان می‌دهد. برای یک LED سفید، این معمولاً یک قله آبی از تراشه InGaN و یک قله گسترده‌تر زرد-سبز-قرمز از پوشش فسفر را نشان می‌دهد. شکل، CCT و CRI را تعیین می‌کند.

4.2 الگوی تابش

این نمودار قطبی (شکل 2) به صورت بصری زاویه دید 120 درجه را نشان می‌دهد و نحوه کاهش شدت نور از مرکز (محور نوری) را نمایش می‌دهد.

4.3 کاهش جریان مستقیم

این منحنی حیاتی (شکل 3) نشان می‌دهد که چگونه حداکثر جریان مستقیم DC مجاز باید با افزایش دمای محیط کاهش یابد. برای جلوگیری از تجاوز دمای پیوند از 125 درجه سلسیوس، جریان درایو باید در محیط‌های گرم‌تر کاهش یابد.

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

شکل 4 رابطه غیرخطی بین جریان و ولتاژ را نشان می‌دهد. ولتاژ "زانو" جایی است که قطعه شروع به تابش نور قابل توجهی می‌کند. این منحنی برای طراحی مدار درایور صحیح ضروری است.

4.5 شار نوری نسبی در مقابل جریان مستقیم

شکل 5 نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با جریان درایو افزایش می‌یابد. این معمولاً یک رابطه زیرخطی در جریان‌های بسیار بالا به دلیل افت بازدهی و اثرات حرارتی نشان می‌دهد.

4.6 شار نوری نسبی در مقابل دمای پیوند

این منحنی (که از متن حرارتی استنباط می‌شود) کاهش خروجی نور را با افزایش دمای پیوند نشان می‌دهد، پدیده‌ای که به عنوان خاموشی حرارتی شناخته می‌شود. حفظ T_jپایین کلید حفظ خروجی بالا و پایدار است.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد بسته‌بندی

قطعه یک بسته‌بندی Chip Scale به ابعاد 1.2mm x 1.2mm است. مرکز نوری مشخص شده و یک علامت آند قطبیت را نشان می‌دهد. تمام تلرانس‌های ابعادی ±0.075mm است. رنگ لنز نارنجی/سفید است و رنگ ساطع شده سفید است که از طریق فناوری InGaN با تبدیل فسفر حاصل می‌شود.

5.2 طرح پد اتصال PCB توصیه شده

یک نمودار دقیق الگوی لند برای مونتاژ فناوری نصب سطحی (SMT) ارائه شده است. رعایت این الگو برای لحیم‌کاری صحیح، تراز و عملکرد حرارتی حیاتی است. حداکثر ضخامت استنسیل 0.10mm برای اعمال خمیر لحیم توصیه می‌شود.

5.3 شناسایی قطبیت

بسته شامل یک علامت واضح آند (+) است. اتصال صحیح قطبیت ضروری است؛ اتصال معکوس می‌تواند به قطعه آسیب برساند.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفیل ریفلو IR توصیه شده (فرآیند بدون سرب)

یک پروفیل لحیم‌کاری ریفلو دقیق برای فرآیندهای مونتاژ بدون سرب، مطابق با استاندارد J-STD-020D مشخص شده است.

• دمای اوج (T_P):حداکثر 250 درجه سلسیوس.
• زمان بالاتر از نقطه مایع (T_L= 217°C):60-150 ثانیه.
• نرخ افزایش دما:حداکثر 3 درجه سلسیوس بر ثانیه.
• نرخ کاهش دما:حداکثر 6 درجه سلسیوس بر ثانیه.
• پیش‌گرم:150-200 درجه سلسیوس به مدت 60-120 ثانیه.

نکات حیاتی:فرآیند خنک‌سازی سریع توصیه نمی‌شود. کمترین دمای لحیم‌کاری ممکن که یک اتصال قابل اطمینان ایجاد کند، همیشه مطلوب است تا تنش حرارتی روی LED به حداقل برسد. استفاده از فلاکس بدون هالوژن و بدون سرب الزامی است و باید مراقبت شود تا فلاکس با لنز LED تماس پیدا نکند. لحیم‌کاری غوطه‌وری یک روش مونتاژ تضمین شده یا توصیه شده برای این قطعه نیست.

6.2 تمیزکاری

اگر پس از لحیم‌کاری نیاز به تمیز کردن است، فقط باید از مواد شیمیایی مشخص شده استفاده شود. LED می‌تواند در الکل اتیلی یا ایزوپروپیل در دمای اتاق به مدت کمتر از یک دقیقه غوطه‌ور شود. استفاده از مواد شیمیایی نامشخص ممکن است به مواد بسته‌بندی یا لنز نوری آسیب برساند.

6.3 حساسیت به رطوبت

این محصول بر اساس استاندارد JEDEC J-STD-020 در سطح حساسیت به رطوبت (MSL) 3 طبقه‌بندی شده است. این بدان معناست که بسته می‌تواند تا 168 ساعت (7 روز) قبل از لحیم‌کاری در معرض شرایط محیطی (≤30°C/60% RH) قرار گیرد. در صورت تجاوز از این زمان، نیاز به پخت (بیکینگ) برای حذف رطوبت جذب شده و جلوگیری از آسیب "پاپ کورن" در حین ریفلو است.

7. بسته‌بندی و جابجایی

7.1 مشخصات نوار و قرقره

قطعات در نوار حامل برجسته‌دار روی قرقره برای مونتاژ اتوماتیک Pick-and-Place عرضه می‌شوند. ابعاد دقیق جیب‌های نوار، نوار پوششی و قرقره (شامل مشخصات قرقره 7 اینچی) ارائه شده است. یک قرقره استاندارد 7 اینچی حاوی 6000 قطعه است. بسته‌بندی مطابق با مشخصات EIA-481 است.

7.2 شرایط نگهداری

قطعات باید در کیسه‌های اصلی، بازنشده ضد رطوبت همراه با جاذب رطوبت، در محیطی کنترل شده در محدوده دمای انبارداری مشخص شده (40- تا 100+ درجه سلسیوس) و رطوبت کم نگهداری شوند.

8. نکات کاربردی و ملاحظات طراحی

8.1 کاربرد مورد نظر

این LED برای استفاده در تجهیزات الکترونیکی معمولی مانند لوازم الکترونیکی مصرفی، دستگاه‌های ارتباطی و تجهیزات اداری طراحی شده است. برای کاربردهای حیاتی ایمنی که خرابی می‌تواند جان یا سلامتی را به خطر بیندازد (مانند هوانوردی، پشتیبانی حیات پزشکی، سیستم‌های ایمنی حمل و نقل) رتبه‌بندی نشده است. برای چنین کاربردهایی مشورت با سازنده الزامی است.

8.2 طراحی مدیریت حرارتی

هیت‌سینک مؤثر بسیار مهم است. استفاده توصیه شده از PCB با هسته فلزی (MCPCB) به صراحت برای منحنی‌های عملکرد ذکر شده است. طرح PCB باید مساحت مس متصل به پدهای حرارتی زیر CSP را برای هدایت حرارت دور از پیوند به حداکثر برساند. مقاومت حرارتی پایین طراحی Flip-Chip یک مزیت است، اما باید با یک مسیر حرارتی مؤثر در سطح سیستم همراه شود.

8.3 ملاحظات درایو الکتریکی

برای کاربردهای فلش، یک درایور جریان پالسی قادر به تحویل تا 1500mA برای مدت‌های کوتاه (مثلاً<400ms) مورد نیاز است. مدار درایو باید محدوده دسته‌بندی ولتاژ مستقیم (2.9V-3.8V) را در نظر بگیرد و شامل تنظیم یا محدود‌کننده جریان مناسب برای جلوگیری از آسیب ناشی از جریان بیش از حد باشد، به ویژه زمانی که ولتاژ مستقیم LED با افزایش دما کاهش می‌یابد.محافظت در برابر ولتاژ معکوس به شدت توصیه می‌شود، زیرا قطعه برای کار تحت بایاس معکوس طراحی نشده است.

8.4 یکپارچه‌سازی نوری

زاویه دید 120 درجه یک میدان روشنایی گسترده فراهم می‌کند. برای کاربردهای فلش دوربین، ممکن است از اپتیک ثانویه (رفلکتورها یا لنزها) برای شکل‌دهی به الگوی پرتو برای تطبیق بهتر با میدان دید دوربین استفاده شود که بازدهی را بهبود بخشیده و تابش خیره‌کننده را کاهش می‌دهد. اندازه کوچک بسته، یکپارچه‌سازی در طراحی‌های دستگاه‌های نازک را تسهیل می‌کند.

9. مقایسه و تمایز فنی

متمایزکننده‌های اصلی LTPL-A138DWAGB در بسته‌بندی و قابلیت درایو آن نهفته است:

• در مقابل LEDهای PLCC سنتی:فرمت CSP به طور قابل توجهی کوچک‌تر است و به دلیل مسیر حرارتی مستقیم Flip-Chip، عملکرد حرارتی برتری ارائه می‌دهد که امکان جریان درایو بالاتر در فضای کوچک‌تر را فراهم می‌کند.
• در مقابل سایر LEDهای CSP:ترکیب رتبه جریان پالسی بسیار بالا (1500mA) و شار نوری معمولی بالا (240lm) نیازهای سخت‌گیرانه فلش دوربین گوشی‌های هوشمند مدرن را هدف قرار می‌دهد، جایی که هم اندازه و هم خروجی نور حیاتی هستند.
• در مقابل فلش‌های زنون:فلش‌های LED مزایایی در اندازه، مصرف برق، دوام و زمان بازیابی سریع ارائه می‌دهند. این LED خاص با عملکرد پالسی جریان بالا هدف پر کردن شکاف خروجی با زنون را دارد.

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

سوال 1: آیا می‌توانم این LED را با جریان DC ثابت 1000mA راه‌اندازی کنم؟
پاسخ 1: حداکثر مقدار مجاز مطلق برای جریان DC، 350mA است. راه‌اندازی با 1000mA DC از این رتبه تجاوز کرده و به احتمال زیاد باعث خرابی حرارتی فوری می‌شود. مشخصه 1000mA برای کار پالسی است، معمولاً تحت یک چرخه کاری کم همانطور که در دیتاشیت تعریف شده است.

سوال 2: تفاوت بین دمای پیوند (Tj) و دمای محیط (Ta) چیست؟
پاسخ 2: دمای محیط (Ta) دمای هوای اطراف قطعه است. دمای پیوند (Tj) دمای تراشه نیمه‌هادی داخل بسته است که همیشه به دلیل گرمایش خود ناشی از تلفات توان الکتریکی (I_F * V_F) بالاتر از Ta است. هیت‌سینک مناسب هدف کاهش اختلاف (Tj - Ta) است.

سوال 3: چرا اگر حداکثر در جدول مشخصات 280lm است، دسته P1 برای شار نوری وجود دارد؟
پاسخ 3: جدول مشخصات الکتریکی، حداقل/معمول/حداکثر تضمین شده برای کل شماره قطعه را تعریف می‌کند. سیستم دسته‌بندی (N0, P1) مرتب‌سازی دقیق‌تری در آن محدوده کلی ارائه می‌دهد. یک طراح که نیاز به خروجی تضمین شده بالاتر دارد می‌تواند قطعات دسته P1 (250-280lm) را مشخص کند، در حالی که یک طراحی حساس به هزینه ممکن است از قطعات دسته N0 (180-250lm) استفاده کند.

سوال 4: پروفیل ریفلو چقدر حیاتی است؟
پاسخ 4: به شدت حیاتی است. تجاوز از دمای اوج (250°C) یا زمان بالاتر از نقطه مایع می‌تواند مواد داخلی، فسفر و اتصالات لحیم را تخریب کند که منجر به کاهش عملکرد یا خرابی زودرس می‌شود. پیروی از پروفیل توصیه شده، قابلیت اطمینان را تضمین می‌کند.

11. اصول عملکرد

LTPL-A138DWAGB یک LED سفید تبدیل شده با فسفر است. این قطعه بر اساس یک تراشه نیمه‌هادی نیترید گالیم ایندیم (InGaN) است که هنگام بایاس مستقیم (الکترولومینسانس) نور آبی ساطع می‌کند. این نور آبی به طور جزئی توسط یک لایه فسفر YAG آلومینیوم ایتریم دوپ شده با سریم (YAG:Ce) که روی یا نزدیک تراشه رسوب داده شده است، جذب می‌شود. فسفر بخشی از فوتون‌های آبی را به فوتون‌هایی در سراسر طیف گسترده در ناحیه زرد-سبز-قرمز تبدیل می‌کند. مخلوط نور آبی باقی‌مانده و نور زرد ساطع شده از فسفر توسط چشم انسان به عنوان نور سفید درک می‌شود. نسبت‌های خاص تابش آبی به زرد برای دستیابی به دمای رنگ مرتبط (CCT) هدف 4000K-5000K تنظیم می‌شوند.

12. روندها و زمینه صنعت

توسعه LEDهایی مانند LTPL-A138DWAGB توسط چندین روند کلیدی در الکترونیک مصرفی هدایت می‌شود:

• کوچک‌سازی:فشار بی‌امان برای دستگاه‌های نازک‌تر و کوچک‌تر، نیازمند منابع نوری با حداقل فضای اشغالی است که LEDهای CSP را به طور فزاینده‌ای ضروری می‌سازد.
• تصویربرداری موبایل پیشرفته:دوربین‌های گوشی‌های هوشمند به بهبود عملکرد در نور کم ادامه می‌دهند. این امر نیازمند واحدهای فلش قدرتمندتر است که بتوانند نور با کیفیت بالا (CRI بالا) را در پالس‌های بسیار کوتاه برای ثابت کردن حرکت و روشن کردن صحنه‌ها به اندازه کافی، بدون تخلیه بیش از حد باتری، ارائه دهند.
• مدیریت حرارت در فضاهای فشرده:با افزایش چگالی توان در بسته‌های کوچک، راه‌حل‌های حرارتی پیشرفته مانند Flip-Chip روی CSP برای حفظ عملکرد و طول عمر حیاتی می‌شوند. اتلاف حرارت کارآمد یک چالش طراحی اولیه است.
• اتوماسیون و قابلیت اطمینان:بسته‌بندی نوار و قرقره و دستورالعمل‌های دقیق SMT، نشان‌دهنده وابستگی صنعت به تولید با حجم بالا و کاملاً اتوماتیک است که در آن کنترل فرآیند برای بازده و قابلیت اطمینان حیاتی است.

این دیتاشیت نشان‌دهنده یک قطعه در تقاطع این روندها است که توان نوری بالا را از یک بسته بسیار کوچک ارائه می‌دهد و برای نسل بعدی دستگاه‌های تصویربرداری فشرده مناسب است.