مشخصات LED قرمز RF-A4E27-R15E-R4 - اندازه 2.7x2.0x0.6mm - ولتاژ پیشرو 2.0V تا 2.6V - توان 520mW - برگه داده فنی

1. نمای کلی محصول

RF-A4E27-R15E-R4 یک دیود ساطع نور قرمز با کارایی بالا بر پایه فناوری نیمه‌هادی AlGaInP روی بستر است. این محصول در بسته بندی EMC (ترکیب قالب اپوکسی) جمع و جور به ابعاد 2.7mm x 2.0mm x 0.6mm قرار گرفته و برای مونتاژ فناوری نصب سطحی (SMT) طراحی شده است. این LED زاویه دید بسیار وسیع 120 درجه ارائه می‌دهد که برای کاربردهای نیازمند توزیع یکنواخت نور ایده‌آل است. مطابق با دستورالعمل‌های تست تنش AEC-Q102 برای نیمه‌هادی‌های گسسته درجه خودرو، از قابلیت اطمینان در محیط‌های سخت اطمینان حاصل شده است. محصول مطابق با RoHS و دارای سطح حساسیت به رطوبت 2 (MSL 2) است.

1.1 ویژگی‌ها

• بسته EMC برای عملکرد مکانیکی و حرارتی مقاوم
• زاویه دید بسیار وسیع (2θ_1/2= 120°)
• مناسب برای تمام فرآیندهای مونتاژ SMT و لحیم‌کاری
• موجود روی نوار و قرقره برای مونتاژ خودکار
• سطح حساسیت به رطوبت: سطح 2
• مطابق با RoHS
• واجد شرایط طبق دستورالعمل‌های AEC-Q102

1.2 کاربردها

روشنایی خودرو برای کاربردهای داخلی و خارجی، شامل نشانگرهای داشبورد، چراغ‌های خوش‌آمدگویی، نورپردازی محیطی، چراغ‌های عقب و سایر عملکردهای سیگنال‌دهی.

2. مشخصات فنی

2.1 ویژگی‌های الکتریکی و نوری (در Ts=25°C، IF=150mA)

2.2 حداکثر مقادیر مجاز (در Ts=25°C)

یادداشت: - تمام اندازه‌گیری‌ها در شرایط استاندارد در Refond انجام شده است. - حداکثر جریان باید پس از اندازه‌گیری دمای بسته تعیین شود تا از تجاوز دمای اتصال از 150°C جلوگیری شود. - در دمای 25°C، آزمایش حالت پالس بازده فوتوالکتریک ηe = 45% را تولید می‌کند.

3. سیستم تفکیک

برای اطمینان از عملکرد یکنواخت، هر LED بر اساس ولتاژ پیشرو، شار نوری و طول موج غالب به binها تفکیک می‌شود. محدوده binها در IF=150mA و Ts=25°C به شرح زیر است:

3.1 binهای ولتاژ پیشرو

3.2 binهای شار نوری

3.3 binهای طول موج غالب

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

برگه داده شامل چندین منحنی معمول عملکرد نوری و الکتریکی است که در دمای 25°C اندازه‌گیری شده‌اند مگر اینکه غیر از این ذکر شود. درک این منحنی‌ها برای طراحی صحیح مدار و مدیریت حرارتی ضروری است.

4.1 ولتاژ پیشرو در مقابل جریان پیشرو (شکل 1-6)

این منحنی رابطه نمایی بین VF و IF را نشان می‌دهد. در جریان 150mA ولتاژ پیشرو معمولاً حدود 2.3V (نقطه وسط محدوده bin) است. این منحنی به پیش‌بینی تغییرات جریان ناشی از تغییرات ولتاژ کمک می‌کند.

4.2 جریان پیشرو در مقابل شار نوری نسبی (شکل 1-7)

شار نوری نسبی با افزایش جریان پیشرو افزایش می‌یابد اما به صورت خطی نیست. در جریان‌های پایین بازده بالاتر است؛ منحنی بالای 150mA اشباع می‌شود. این نشان می‌دهد که کار در نزدیکی جریان نامی ضمن حفظ محدودیت‌های حرارتی ایمن، بازده نوری خوبی ارائه می‌دهد.

4.3 دمای اتصال در مقابل شار نوری نسبی (شکل 1-8)

با افزایش دمای اتصال، LED کارایی کمتری پیدا می‌کند. در Tj=125°C، شار نسبی به حدود 85% مقدار در دمای 25°C کاهش می‌یابد. این امر نیاز به خنک‌کننده مناسب در محیط‌های خودرویی با دمای بالا را ضروری می‌سازد.

4.4 دمای لحیم در مقابل جریان پیشرو (شکل 1-9)

این منحنی کاهشی، حداکثر جریان پیشرو مجاز را به عنوان تابعی از دمای نقطه لحیم نشان می‌دهد. برای مثال، در Ts=100°C جریان مجاز به حدود 150mA کاهش می‌یابد. طراحان باید اطمینان حاصل کنند که نقطه کار واقعی زیر این منحنی قرار دارد.

4.5 تغییر ولتاژ در مقابل دمای اتصال (شکل 1-10)

ولتاژ پیشرو با افزایش دما از 40-°C به 125°C تقریباً 0.2V کاهش می‌یابد. این ضریب دمای منفی باید در درایورهای جریان ثابت در نظر گرفته شود تا از افزایش جریان در دمای بالا جلوگیری شود.

4.6 نمودار تابش (شکل 1-11)

LED دارای الگوی تابش گسترده با زاویه نیم‌شدت 60±° (مجموع 120°) است. شدت در سراسر پرتو نسبتاً یکنواخت است و آن را برای نورپردازی سطحی بدون اپتیک ثانویه در برخی موارد مناسب می‌سازد.

4.7 تغییر طول موج غالب در مقابل دمای اتصال (شکل 1-12)

طول موج غالب با افزایش دما به سمت طول موج‌های بلندتر (تغییر قرمز) حرکت می‌کند. تغییر از 40-°C به 125°C تقریباً 8+nm است. این تغییر رنگ باید در کاربردهای حساس به رنگ در نظر گرفته شود.

4.8 توزیع طیفی (شکل 1-13)

طیف گسیل در حدود 620nm اوج دارد و عرض کامل در نصف حداکثر (FWHM) حدود 20nm است. خلوص بالا است که برای LEDهای قرمز AlGaInP معمول است.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد بسته

بسته LED دارای ابعاد 2.70mm (طول) × 2.00mm (عرض) × 0.60mm (ارتفاع) است. نمای بالا یک ناحیه ساطع نور به اندازه 1.70mm × 2.40mm را نشان می‌دهد. نمای پایین دو پد آند و دو پد کاتد را برای اتصال حرارتی و الکتریکی بهینه نشان می‌دهد. الگوهای لحیم‌کاری توصیه شده شامل یک پد مرکزی برای دفع حرارت است.

5.2 نوار حامل و قرقره

LEDها روی نوار حامل به عرض 8mm با گام 4mm عرضه می‌شوند که روی قرقره به قطر 180mm پیچیده شده است. هر قرقره حاوی 4000 قطعه است. نوار شامل نوار پوششی بوده و در کیسه مانع رطوبت با خشک‌کننده و کارت نشانگر رطوبت مهر و موم شده است.

5.3 اطلاعات برچسب

هر قرقره با شماره قطعه، شماره مشخصات، شماره لات، کد bin (شار نوری، رنگی، ولتاژ پیشرو، طول موج)، تعداد و تاریخ تولید برچسب‌گذاری می‌شود.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفایل لحیم‌کاری ریفلو SMT

LED برای تحمل دو چرخه ریفلو با دمای اوج 260°C (حداکثر 10 ثانیه در اوج) طراحی شده است. پروفایل ریفلو توصیه شده:

• پیش‌گرم: 150°C تا 200°C به مدت 60 تا 120 ثانیه
• زمان بالای 217°C: حداکثر 60 ثانیه
• دمای اوج: 260°C
• نرخ خنک‌کاری: حداکثر 6°C/s
• زمان کل از 25°C تا اوج: حداکثر 8 دقیقه

بیش از دو چرخه ریفلو انجام نشود. اگر فاصله بین چرخه‌ها بیش از 24 ساعت باشد، LEDها ممکن است رطوبت جذب کرده و نیاز به پخت داشته باشند.

6.2 تعمیر و نگهداری

تعمیر LEDهای لحیم شده توصیه نمی‌شود. اگر اجتناب‌ناپذیر است، از هویه دو سر استفاده کنید. در حین یا پس از لحیم‌کاری، فشار مکانیکی به محفظه سیلیکونی وارد نکنید. از خنک‌کاری سریع و تاب خوردن PCB خودداری کنید.

7. اقدامات احتیاطی در حمل و نقل

• کنترل گوگرد و هالوژن:محیط و مواد مجاور باید حاوی کمتر از 100ppm گوگرد و کمتر از 900ppm برم یا کلر به صورت جداگانه و مجموع Br+Cl کمتر از 1500ppm باشند.
• خروج گاز:ترکیبات آلی فرار می‌توانند به لنز سیلیکونی نفوذ کرده و باعث تغییر رنگ شوند. از چسب‌هایی استفاده کنید که بخارات آلی منتشر نمی‌کنند.
• حمل و نقل مکانیکی:از پنس روی سطوح جانبی استفاده کنید. به لنز سیلیکونی دست نزنید یا فشار ندهید، زیرا ممکن است به مدار داخلی آسیب برساند.
• محافظت در برابر ESD:LED به تخلیه الکترواستاتیک حساس است (HBM 2000V). از اتصال زمین مناسب و اقدامات ضد استاتیک استفاده کنید.
• طراحی حرارتی:همیشه اطمینان حاصل کنید که دمای اتصال از 150°C تجاوز نمی‌کند. از شبیه‌سازی یا اندازه‌گیری حرارتی برای تأیید خنک‌کاری مناسب استفاده کنید.
• تمیز کردن:در صورت نیاز به تمیز کردن، از ایزوپروپیل الکل استفاده کنید. از تمیز کردن اولتراسونیک استفاده نکنید، زیرا ممکن است به LED آسیب برساند.
• ذخیره‌سازی:کیسه‌های باز نشده:<30°C،<رطوبت 75%، ظرف 1 سال استفاده شود. پس از باز کردن، ظرف 24 ساعت در دمای<30°C و<رطوبت 60% استفاده شود. در صورت تجاوز، قبل از استفاده حداقل 24 ساعت در 5±60°C پخت شود.

8. ملاحظات کاربردی

هنگام طراحی با RF-A4E27-R15E-R4، به نکات زیر توجه کنید:

• تنظیم جریان:از درایور جریان ثابت برای جلوگیری از فرار حرارتی استفاده کنید. تغییر ولتاژ پیشرو (2.0V تا 2.6V) نیاز به درایوری دارد که بتواند این محدوده را پوشش دهد.
• مدیریت حرارتی:مقاومت حرارتی LED (Rth JS real = 40°C/W معمول) به این معنی است که در جریان 150mA با ولتاژ پیشرو 2.3V، توان تلف شده حدود 345mW بوده و افزایش دمای اتصال به لحیم حدود 13.8°C است. در دمای محیط 85°C، اتصال حدود 99°C خواهد بود که ایمن است. با این حال، اگر LEDها به صورت متراکم کنار هم قرار گیرند، خنک‌کاری اضافی نیاز است.
• طراحی نوری:زاویه دید گسترده 120° ممکن است برای روشنایی عمومی مفید باشد، اما برای پرتوهای متمرکز، باید اپتیک خارجی مانند لنزها یا بازتابنده‌ها در نظر گرفته شود. طیف حاوی اجزای UV یا IR نیست، بنابراین نیازی به فیلتر خاصی نیست.
• انطباق با خودرو:صلاحیت AEC-Q102 شامل تست‌های تنش مانند شوک حرارتی، تست عمر و رطوبت بالا است. با این حال، طراحان باید LED را در محیط فیکسچر خاص خود، به ویژه از نظر ارتعاش و قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی، تأیید کنند.

9. قابلیت اطمینان و تضمین کیفیت

برنامه تست صلاحیت محصول از دستورالعمل‌های AEC-Q102 پیروی می‌کند. تست‌های قابلیت اطمینان شامل:

• ریفلو (260°C، 10 ثانیه، 2 چرخه): 0/1 شکست مجاز
• MSL 2 (85°C/60%RH، 168 ساعت): 0/1 شکست
• شوک حرارتی (40-°C تا 125°C، 1000 چرخه): 0/1 شکست
• تست عمر (Ta=105°C، IF=150mA، 1000 ساعت): 0/1 شکست
• دمای بالا و رطوبت بالا (85°C/85%RH، IF=150mA، 1000 ساعت): 0/1 شکست

معیارهای شکست: ولتاژ پیشرو > 1.1×USL، جریان معکوس > 2×USL، شار نوری<0.7×LSL.

توجه داشته باشید که این تست‌ها در شرایط دفع حرارت خوب روی LEDهای تکی انجام می‌شوند. در کاربردهای آرایه‌ای، ممکن است کاهش جریان لازم باشد.

10. اصول عملکرد

LED از ساختار چاه کوانتومی چندگانه AlGaInP (فسفید آلومینیوم گالیم ایندیم) رشد یافته روی بستر GaAs استفاده می‌کند. این سیستم ماده به دلیل بازده بالا در محدوده طیفی قرمز تا کهربایی شناخته شده است. بسته EMC استحکام مکانیکی و رسانایی حرارتی خوبی فراهم می‌کند و به LED اجازه می‌دهد در جریان‌های بالاتر از بسته‌های اپوکسی سنتی کار کند. زاویه دید گسترده با شکل محفظه و طراحی تراشه به دست می‌آید.

11. مقایسه با فناوری‌های جایگزین

در مقایسه با LEDهای قرمز سنتی از نوع سوراخ‌دار، RF-A4E27-R15E-R4 ردپای بسیار کوچکتر، ارتفاع کمتر و سازگاری با مونتاژ خودکار SMT ارائه می‌دهد. بسته EMC آن مقاومت به رطوبت بهتر و قابلیت اطمینان بالاتر تحت چرخه‌های حرارتی را فراهم می‌کند. صلاحیت AEC-Q102 آن را برای استفاده در خودرو مناسب می‌سازد که همیشه برای LEDهای معمولی در دسترس نیست. با این حال، هزینه بر حسب لومن ممکن است بیشتر از برخی LEDهای مصرفی با حجم بالا باشد، اما برای کاربردهای حیاتی توجیه‌پذیر است.

12. سوالات متداول

س: آیا می‌توان از این LED با منبع تغذیه ولتاژ ثابت استفاده کرد؟
ج: توصیه می‌شود از درایور جریان ثابت استفاده کنید زیرا ولتاژ پیشرو متغیر است. ولتاژ ثابت می‌تواند در صورت بالا بودن ولتاژ در انتهای محدوده bin منجر به تجاوز جریان از حداکثر شود.

س: عمر معمول در جریان 150mA چقدر است؟
ج: اگرچه داده‌های خاص L70/B10 در این برگه داده ارائه نشده است، تست عمر AEC-Q102 در دمای 105°C به مدت 1000 ساعت بدون شکست نشان‌دهنده طول عمر خوب است. برای کاربردهای داخلی خودرو، عمر بیش از 10000 ساعت تحت مدیریت حرارتی مناسب انتظار می‌رود.

س: آیا می‌توانم از این LEDها به صورت موازی استفاده کنم؟
ج: اتصال موازی امکان‌پذیر است اما باید با مقاومت‌های متعادل‌کننده جریان یا یک منبع جریان ثابت مشترک انجام شود تا از دزدی جریان به دلیل تغییرات VF جلوگیری شود.

س: آیا این LEDها با لحیم‌کاری بدون سرب سازگار هستند؟
ج: بله، دمای اوج 260°C با پروفایل‌های معمول بدون سرب سازگار است.

س: اگر کیسه مانع رطوبت برای مدت طولانی باز شده باشد، چگونه LEDها را قبل از استفاده پخت کنم؟
ج: حداقل 24 ساعت در دمای 5±60°C پخت کنید. برای جلوگیری از آسیب، از 48 ساعت تجاوز نکنید.

13. مثال طراحی عملی

یک ماژول چراغ روز (DRL) را در نظر بگیرید که به 50lm در هر واحد نیاز دارد. با استفاده از بالاترین bin (MB: 33.4-37.0lm)، دو LED به صورت سری حدود 70lm در جریان 150mA تولید می‌کنند. با VF معمول 2.3V برای هر کدام، ولتاژ پیشرو کل 4.6V است. یک درایور جریان ثابت بوست با ورودی 12V باس خودرو می‌تواند به طور کارآمد رشته را راه‌اندازی کند. PCB باید شامل یک پد حرارتی متصل به هسته فلزی برد باشد تا دمای اتصال در محیط زیر کاپوت (دمای محیط تا 85°C) زیر 100°C باقی بماند. شبیه‌سازی نوری با استفاده از نمودار تابش نشان می‌دهد که یک پخش‌کننده ساده می‌تواند الگوی نورسنجی مورد نیاز را بدون بازتابنده‌های ثانویه به دست آورد.

14. روندهای صنعت

صنعت روشنایی خودرو همچنان به سمت راه‌حل‌های تمام نیمه‌هادی حرکت می‌کند و LEDهای قرمز جایگزین لامپ‌های رشته‌ای برای چراغ‌های ترمز/عقب و راهنما می‌شوند. صلاحیت AEC-Q102 در حال تبدیل شدن به یک الزام پایه است. تحولات آینده شامل بازده بالاتر (هدف > 150 lm/W برای قرمز) و ادغام با درایورهای هوشمند برای نورپردازی تطبیقی است. RF-A4E27-R15E-R4 یک گزینه بالغ و قابل اعتماد است که الزامات فعلی خودرو را با عملکرد خوب و سهولت مونتاژ برآورده می‌کند.