دیتاشیت LED چندرنگ CH2525-RGBY0401H-AM - بسته‌بندی سرامیکی SMD - قرمز 623nm سبز 527nm آبی 460nm زرد 590nm - 40mA - درجه خودرویی

1. مرور کلی محصول

این سند یک تحلیل فنی جامع از CH2525-RGBY0401H-AM ارائه می‌دهد که یک LED چندرنگ با عملکرد بالا از نوع نصب سطحی (SMD) است. این قطعه برای قابلیت اطمینان و عملکرد در محیط‌های سخت مهندسی شده و دارای یک بسته‌بندی سرامیکی مستحکم و چهار ساطع‌کننده رنگ مجزا است که در یک واحد واحد ادغام شده‌اند. هدف اصلی طراحی آن، کاربردهایی است که نیاز به ترکیب رنگ دقیق، روشنایی بالا و پایداری بلندمدت دارند.

مزیت اصلی این LED در یکپارچگی آن نهفته است. با ترکیب دیودهای قرمز، سبز، آبی و زرد (RGBY) در یک بسته‌بندی SMD فشرده، طراحی PCB را ساده می‌کند، تعداد قطعات را کاهش می‌دهد و امکان ایجاد رنگ‌های پیچیده فراتر از محدوده رنگ استاندارد RGB را فراهم می‌کند، به ویژه در بازتولید سایه‌های سفید گرم و کهربایی. این قطعه به طور خاص مطابق با استاندارد سخت‌گیرانه AEC-Q101 برای نیمه‌هادی‌های گسسته تأیید شده است و آن را به گزینه‌ای مناسب برای الکترونیک خودرو تبدیل می‌کند که در آن قابلیت اطمینان عملیاتی در شرایط سخت از اهمیت بالایی برخوردار است.

بازار هدف عمدتاً صنعت خودروسازی است، به ویژه برای سیستم‌های روشنایی داخلی مانند نور پس‌زمینه داشبورد، روشنایی کلیدها و نورپردازی محیطی (مود). کاربردهای ثانویه شامل روشنایی تزئینی عمومی، تابلوها و الکترونیک مصرفی است که در آن عملکرد چندرنگ و قابلیت اطمینان بالا مورد نیاز است.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

ویژگی‌های الکتریکی و نوری، مرزهای عملیاتی و انتظارات عملکردی LED را تعریف می‌کنند.

2.1 ویژگی‌های نورسنجی و رنگی

LED چهار رنگ مجزا ساطع می‌کند که هر کدام دارای ویژگی‌های نوری تعریف شده‌ای هستند که در جریان آزمایش استاندارد 40mA و دمای پد حرارتی 25 درجه سانتی‌گراد اندازه‌گیری می‌شوند. شدت نور، که معیاری از روشنایی درک شده در یک جهت معین است، برای هر رنگ متفاوت است: قرمز معمولاً 1200 میلی‌کاندلا (mcd)، سبز 2300 mcd، آبی 360 mcd و زرد 1300 mcd خروجی دارد. توجه به تلرانس اندازه‌گیری شدت نور که ±8% است، بسیار مهم می‌باشد.

زاویه دید، که به عنوان زاویه خارج از محوری تعریف می‌شود که در آن شدت نور به نصف مقدار اوج خود می‌رسد، برای ساطع‌کننده‌های سبز و آبی 150 درجه و برای ساطع‌کننده‌های قرمز و زرد 140 درجه است، با تلرانس ±5 درجه. این نشان‌دهنده یک الگوی تابش بسیار گسترده است که برای روشنایی منطقه‌ای مناسب می‌باشد.

رنگ هم توسط طول موج اوج (λp) و هم طول موج غالب (λd) مشخص می‌شود. طول موج‌های غالب معمول عبارتند از: قرمز: 623 نانومتر، سبز: 527 نانومتر، آبی: 460 نانومتر و زرد: 590 نانومتر، با تلرانس دقیق ±1 نانومتر برای طول موج غالب. نمودار توزیع طیفی، قله‌های مجزا و به خوبی تفکیک شده‌ای را برای هر رنگ نشان می‌دهد که برای ترکیب رنگ دقیق ضروری است.

2.2 پارامترهای الکتریکی

محدوده عملیاتی جریان مستقیم (I_F) از 10 میلی‌آمپر تا 80 میلی‌آمپر است که 40 میلی‌آمپر شرایط آزمایش معمول است. کار کردن زیر 10 میلی‌آمپر توصیه نمی‌شود. ولتاژ مستقیم (V_F) در 40 میلی‌آمپر به دلیل خواص مواد نیمه‌هادی برای هر رنگ متفاوت است: قرمز معمولاً 2.00 ولت، سبز 2.80 ولت، آبی 3.00 ولت و زرد 2.40 ولت، با تلرانس اندازه‌گیری ±0.05 ولت. این قطعه برای کار در بایاس معکوس طراحی نشده است.

2.3 پارامترهای حرارتی و قابلیت اطمینان

مدیریت حرارتی برای عملکرد و طول عمر LED حیاتی است. مقاومت حرارتی از پیوند به نقطه لحیم (Rth_JS) هم به صورت مقدار واقعی و هم معادل الکتریکی ارائه شده است. به عنوان مثال، ساطع‌کننده قرمز دارای Rth_JS_real برابر با 33 K/W و Rth_JS_el برابر با 25 K/W است. از این مقادیر برای محاسبه افزایش دمای پیوند بر اساس اتلاف توان استفاده می‌شود.

مقادیر حداکثر مطلق، محدودیت‌های سخت را تعیین می‌کنند: اتلاف توان (P_d) برای قرمز/زرد 220 میلی‌وات و برای سبز/آبی 280 میلی‌وات است. حداکثر دمای پیوند (T_J) 125 درجه سانتی‌گراد است. محدوده دمای عملیاتی (T_opr) از 40- درجه سانتی‌گراد تا 110+ درجه سانتی‌گراد است که مناسب بودن درجه خودرویی آن را تأیید می‌کند. این قطعه می‌تواند در برابر تخلیه الکترواستاتیک (ESD) تا 8 کیلوولت (مدل بدن انسان) مقاومت کند.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

دیتاشیت شامل یک ساختار دسته‌بندی شدت نور برای طبقه‌بندی LEDها بر اساس خروجی آن‌ها است. دسته‌ها با کدهای الفبایی-عددی (L1, L2, M1... R1) برچسب گذاری شده‌اند که نشان‌دهنده محدوده حداقل و حداکثر شدت نور هستند. به عنوان مثال، دسته L1 شامل LEDهایی با شدت 11.2 mcd تا 14 mcd است، در حالی که دسته R1 از 112 mcd شروع می‌شود. این سیستم به طراحان اجازه می‌دهد تا قطعاتی با سطوح روشنایی یکنواخت برای ظاهر یکسان در یک آرایه یا سیستم انتخاب کنند. جدول ارائه شده به نظر یک الگوی کلی است و دسته‌های خاص برای هر رنگ CH2525-RGBY0401H-AM در مشخصات محصول یا راهنمای سفارش تفصیلی تعریف خواهد شد.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

نمودارهای مشخصه، بینش حیاتی در مورد رفتار LED تحت شرایط مختلف ارائه می‌دهند.

4.1 منحنی جریان-ولتاژ و بازده نوری

نمودار جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم، رابطه نمایی معمول دیودها را نشان می‌دهد. هر رد رنگ، ولتاژ زانویی متفاوتی دارد. نمودار شدت نور نسبی در مقابل جریان مستقیم نشان می‌دهد که خروجی با افزایش جریان افزایش می‌یابد اما ممکن است کاملاً خطی نباشد، به ویژه در جریان‌های بالاتر که بازده به دلیل گرمایش کاهش می‌یابد.

4.2 وابستگی به دما

نمودار شدت نور نسبی در مقابل دمای پیوند برای طراحی حرارتی حیاتی است. این نمودار نشان می‌دهد که خروجی نوری با افزایش دمای پیوند کاهش می‌یابد. نرخ کاهش (خاموشی حرارتی) بسته به ماده نیمه‌هادی متفاوت است؛ به عنوان مثال، LEDهای قرمز و زرد معمولاً حساسیت کمتری نسبت به دما نسبت به LEDهای آبی و سبز نشان می‌دهند. نمودار طول موج غالب در مقابل دمای پیوند، تغییر رنگ (معمولاً به سمت طول موج‌های بلندتر) با افزایش دما را نشان می‌دهد که باید در کاربردهای حساس به رنگ در نظر گرفته شود.

منحنی کاهش جریان مستقیم، حداکثر جریان مستقیم مجاز را بر اساس دمای پد لحیم تعیین می‌کند. برای اطمینان از اینکه دمای پیوند زیر 125 درجه سانتی‌گراد باقی می‌ماند، جریان باید با افزایش دمای محیط/پد کاهش یابد. نمودار خطوط کاهش خاصی را برای گروه‌های رنگ (قرمز/زرد، سبز، آبی) ارائه می‌دهد.

4.3 توزیع فضایی و طیفی

نمودارهای مشخصه تابش (پلات‌های قطبی) معمول برای هر رنگ، به صورت بصری زوایای دید گسترده را تأیید می‌کنند. نمودار توزیع طیفی نسبی، شدت نرمال‌شده را در برابر طول موج ترسیم می‌کند و به وضوح قله انتشار اولیه هر دیود رنگی را نشان می‌دهد که برای درک پتانسیل ترکیب رنگ و نیازهای فیلتر کردن ضروری است.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

LED از یک بسته‌بندی سرامیکی نصب سطحی (SMD) استفاده می‌کند. بسته‌بندی‌های سرامیکی در مقایسه با بسته‌بندی‌های پلاستیکی، هدایت حرارتی و استحکام مکانیکی برتری ارائه می‌دهند که برای کاربردهای با توان بالا یا قابلیت اطمینان بالا مفید است. ابعاد مکانیکی خاص، شامل طول، عرض، ارتفاع و فاصله پایه/پد، در بخش "ابعاد مکانیکی" (ارجاع داده شده به صفحه 17) به تفصیل شرح داده شده است. یک طرح پد لحیم توصیه شده (صفحه 18) ارائه شده است تا اطمینان حاصل شود که اتصال لحیم مناسب، انتقال حرارت و پایداری مکانیکی در حین ریفلو و عملیات ایجاد می‌شود. قطبیت یا تخصیص پایه برای چهار کانال رنگ و هر پیکربندی کاتد/آند مشترک در این بخش تعریف خواهد شد.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

این قطعه برای لحیم‌کاری ریفلو با حداکثر دمای 260 درجه سانتی‌گراد به مدت حداکثر 30 ثانیه درجه‌بندی شده است که با فرآیندهای لحیم کاری استاندارد بدون سرب (Pb-free) سازگار است. باید به نمودار پروفیل لحیم‌کاری ریفلو تفصیلی (صفحه 18) مراجعه شود که معمولاً مراحل افزایش دما، پیش‌گرم، مایع، اوج و خنک‌سازی را نشان می‌دهد. رعایت این پروفیل برای جلوگیری از شوک حرارتی، نقص لحیم یا آسیب به تراشه یا بسته‌بندی LED ضروری است. سطح حساسیت به رطوبت (MSL) در سطح 2 درجه‌بندی شده است که نشان می‌دهد بسته‌بندی می‌تواند تا یک سال در شرایط کارخانه قرار گیرد قبل از اینکه نیاز به پخت قبل از لحیم‌کاری ریفلو داشته باشد. احتیاط‌های استفاده (صفحه 21) احتمالاً شامل نحوه حمل و نقل برای جلوگیری از ESD، شرایط نگهداری و توصیه‌های تمیز کردن است.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

اطلاعات بسته‌بندی (صفحه 19) مشخص می‌کند که LEDها چگونه عرضه می‌شوند، معمولاً روی نوار و قرقره برای مونتاژ اتوماتیک پیک و پلیس. جزئیات شامل ابعاد قرقره، فاصله جیب‌ها و جهت‌گیری است. شماره قطعه "CH2525-RGBY0401H-AM" احتمالاً از یک سیستم کدگذاری داخلی پیروی می‌کند که در آن "CH2525" ممکن است نشان‌دهنده نوع/اندازه بسته‌بندی، "RGBY" نشان‌دهنده رنگ‌ها، "0401" می‌تواند مربوط به دسته عملکرد یا نسخه باشد و "AM" ممکن است نشان‌دهنده درجه خودرویی باشد. اطلاعات سفارش (صفحه 16) جزئیات نحوه مشخص کردن دسته‌ها یا انواع مختلف را شرح می‌دهد.

8. توصیه‌های کاربردی

کاربردهای اصلی اعلام شده، روشنایی داخلی خودرو و نور محیطی است. در فضای داخلی خودرو، این LED می‌تواند برای نور پس‌زمینه چندرنگ کلاسترهای ابزار، کنترل‌های اینفوتینمنت و ایجاد مناطق نورپردازی محیطی قابل تنظیم در داخل کابین استفاده شود. برای نورپردازی محیطی، قابلیت RGBY آن امکان ایجاد طیف وسیع‌تری از رنگ‌ها را فراهم می‌کند، از جمله سفیدهای اشباع‌شده‌تر و گرم‌تر، در مقایسه با LEDهای RGB استاندارد.

ملاحظات طراحی:

• مدار درایور:نیاز به یک درایور جریان ثابت دارد که قادر به کنترل مستقل چهار کانال باشد. ولتاژهای مستقیم متفاوت باید در نظر گرفته شوند که ممکن است نیاز به تنظیم‌کننده‌های جریان جداگانه یا یک IC درایور LED چند کاناله پیچیده داشته باشد.
• مدیریت حرارتی:اتلاف توان، به ویژه زمانی که چندین رنگ به طور همزمان راه‌اندازی می‌شوند، مستلزم مساحت کافی مس PCB (پد حرارتی) و احتمالاً اتصال به یک هیت‌سینک برای حفظ دمای پیوند پایین برای خروجی نور بهینه، پایداری رنگ و طول عمر است.
• اپتیک:زاویه دید گسترده ممکن است نیاز به اپتیک ثانویه (عدسی‌ها، پخش‌کننده‌ها) برای شکل‌دهی به پرتو نور برای کاربردهای خاص داشته باشد.
• ترکیب رنگ و کنترل:دستیابی به رنگ‌های یکنواخت و مطلوب نیاز به کالیبراسیون و احتمالاً فیدبک رنگ حلقه بسته با استفاده از سنسورها دارد، زیرا خروجی هر کانال با جریان و دما تغییر می‌کند.

9. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با LEDهای RGB SMD پلاستیکی استاندارد، تمایزهای کلیدی این قطعه، بسته‌بندی سرامیکی آن (برای اتلاف حرارت بهتر و قابلیت اطمینان) و افزودن یک ساطع‌کننده زرد اختصاصی است. تراشه زرد به طور قابل توجهی شاخص بازآفرینی رنگ (CRI) نور سفید تولید شده را بهبود می‌بخشد و امکان ایجاد مستقیم رنگ‌های کهربایی بدون ترکیب قرمز و سبز را فراهم می‌کند که اغلب ناکارآمد است و می‌تواند رنگ کدری تولید کند. تأییدیه AEC-Q101 یک تمایز عمده برای کاربردهای خودرویی است، زیرا عملکرد را در آزمایش‌های دما، رطوبت و عمر عملیاتی تأیید می‌کند که LEDهای درجه تجاری استاندارد آن را پشت سر نمی‌گذارند.

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: چرا شدت نور ساطع‌کننده آبی (360 mcd) در همان جریان 40mA بسیار کمتر از سبز (2300 mcd) است؟

ج: این امر عمدتاً به دلیل منحنی حساسیت فوتوپیک چشم انسان (V(λ)) است. چشم به نور سبز (~555 نانومتر) حساس‌تر و به نور آبی (~460 نانومتر) کمتر حساس است. بنابراین، برای همان توان تابشی (وات نوری)، نور سبز از نظر واحدهای نورسنجی (لومن، کاندلا) بسیار روشن‌تر به نظر می‌رسد. تفاوت در بازده کوانتومی داخلی مواد نیمه‌هادی نیز نقش دارد.

س: آیا می‌توانم این LED را با یک منبع ولتاژ ثابت راه‌اندازی کنم؟

ج: به شدت توصیه نمی‌شود. LEDها دستگاه‌های جریان‌محور هستند. ولتاژ مستقیم آن‌ها دارای تلرانس است و با دما تغییر می‌کند. یک منبع ولتاژ ثابت می‌تواند منجر به جریان بیش از حد، گرمای بیش از حد و خرابی سریع شود. همیشه از یک درایور جریان ثابت یا یک مدار محدودکننده جریان استفاده کنید.

س: تفاوت بین Rth_JS_real و Rth_JS_el ذکر شده در پارامترهای مقاومت حرارتی چیست؟

ج: Rth_JS_real مقاومت حرارتی واقعی اندازه‌گیری شده از پیوند نیمه‌هادی به نقطه لحیم است. Rth_JS_el یک مقدار معادل "الکتریکی" است که اغلب از پارامتر ولتاژ مستقیم حساس به دما مشتق می‌شود. طراحان معمولاً از Rth_JS_real برای مدل‌سازی حرارتی استفاده می‌کنند، در حالی که Rth_JS_el ممکن است برای تکنیک‌های تخمین دمای پیوند در مدار استفاده شود.

11. مثال‌های عملی طراحی و استفاده

مثال 1: کنترلر نورپردازی محیطی خودرو:یک ماژول از چهار عدد از این LEDها استفاده می‌کند، یکی در هر گوشه از محفظه پای خودرو. یک میکروکنترلر با خروجی‌های PWM یک درایور جریان ثابت چهار کاناله را راه‌اندازی می‌کند. فریم‌ور به کاربر اجازه می‌دهد تا از رنگ‌های از پیش تنظیم شده (مانند سفید سرد، سفید گرم، آبی، نارنجی) انتخاب کند یا با تنظیم چرخه کاری هر کانال، رنگ‌های سفارشی ایجاد کند. بسته‌بندی سرامیکی با وجود دمای محیطی بالقوه بالا در نزدیکی کف خودرو، قابلیت اطمینان را تضمین می‌کند.

مثال 2: چراغ توکار قابل تنظیم رنگ معماری:در یک چراغ توکار، آرایه‌ای از این LEDها بر روی یک PCB با هسته فلزی برای هیت‌سینک نصب شده است. از یک درایور پیشرفته با کالیبراسیون رنگ و جبران دما استفاده می‌شود. سیستم می‌تواند به طور پویا نقطه سفید را از یک سفید سرد و انرژی‌بخش (ترکیب زیاد آبی/سبز) در صبح به یک سفید گرم و آرامش‌بخش (ترکیب زیاد قرمز/زرد) در عصر تغییر دهد، در حالی که بازآفرینی رنگ بالا حفظ می‌شود.

12. اصل عملکرد

این دستگاه بر اساس اصل الکترولومینسانس در مواد نیمه‌هادی عمل می‌کند. هنگامی که یک ولتاژ بایاس مستقیم بیش از انرژی گاف نواری دیود اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها در ناحیه فعال نیمه‌هادی بازترکیب می‌شوند و انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کنند. طول موج خاص (رنگ) نور ساطع شده توسط انرژی گاف نواری ماده نیمه‌هادی مورد استفاده برای هر تراشه تعیین می‌شود: نیمه‌هادی‌های مرکب مختلف (مانند AlInGaP برای قرمز/زرد، InGaN برای سبز/آبی) برای دستیابی به رنگ‌های مورد نظر به کار می‌روند. چهار تراشه در یک بسته‌بندی سرامیکی واحد با اتصالات الکتریکی جداگانه برای کنترل مستقل قرار گرفته‌اند.

13. روندها و زمینه فناوری

ادغام چندین ساطع‌کننده رنگ (فراتر از RGB) در یک بسته واحد، یک روند رو به رشد است که توسط تقاضا برای نور با کیفیت بالاتر و کنترل رنگ انعطاف‌پذیرتر در کاربردهای خودرویی، روشنایی حرفه‌ای و نمایشگرها هدایت می‌شود. گنجاندن یک ساطع‌کننده سفید یا کهربایی اختصاصی، یا در این مورد زرد، بازآفرینی رنگ و بازده را برای رنگ‌های خاص بهبود می‌بخشد. همچنین فشار مداومی به سمت چگالی توان و بازده بالاتر (لومن بیشتر در هر وات) وجود دارد که بر مدیریت حرارتی تأکید بیشتری می‌گذارد و باعث می‌شود مواد بسته‌بندی سرامیکی و سایر مواد پیشرفته رایج‌تر شوند. علاوه بر این، ادغام الکترونیک کنترل (مانند ICهای درایور) مستقیماً با بسته LED یک روند نوظهور برای ساده‌سازی طراحی سیستم است.