فهرست مطالب
- 1. مرور کلی محصول
- 1.1 مزایای اصلی
- 1.2 بازار هدف و کاربردها
- 2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی
- 2.1 مشخصات نوری و الکتریکی
- 2.2 مشخصات حرارتی
- 2.3 حداکثر مقادیر مطلق مجاز
- 3. تحلیل منحنیهای عملکرد
- 3.1 جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (منحنی I-V)
- 3.2 شدت نور نسبی در مقابل جریان مستقیم
- 3.3 شدت نور نسبی در مقابل دمای اتصال
- 3.4 جابجایی رنگ
- 3.5 منحنی کاهش جریان مستقیم
- 3.6 قابلیت مجاز تحمل پالس
- 3.7 توزیع طیفی
- 4. توضیح سیستم باینینگ
- 4.1 باینینگ شدت نور
- 4.2 باینینگ رنگ
- 5. اطلاعات مکانیکی و پکیج
- 5.1 ابعاد مکانیکی
- 5.2 طرح پد لحیمکاری توصیه شده
- 5.3 شناسایی قطبیت
- 6. دستورالعملهای لحیمکاری و مونتاژ
- 6.1 پروفیل لحیمکاری ریفلو
- 6.2 احتیاطهای استفاده
- 7. اطلاعات بستهبندی و سفارش
- 7.1 اطلاعات بستهبندی
- 7.2 شماره قطعه و اطلاعات سفارش
- 8. ملاحظات طراحی کاربرد
- 8.1 طراحی مدار درایور
- 8.2 طراحی حرارتی روی PCB
- 8.3 یکپارچهسازی نوری
- 9. مقایسه و تمایز فنی
- 10. پرسشهای متداول (FAQs)
- 10.1 جریان عملیاتی توصیه شده چیست؟
- 10.2 چگونه مقاومت محدودکننده جریان مناسب را انتخاب کنم؟
- 10.3 چرا مدیریت حرارتی اینقدر مهم است؟
- 10.4 آیا میتوان چندین LED را به صورت سری یا موازی متصل کرد؟
- 11. مطالعه موردی طراحی عملی
- 11.1 نور پسزمینه کلید داشبورد خودرو
- 12. اصل عملکرد
- 13. روندهای فناوری
1. مرور کلی محصول
این سند مشخصات یک LED آبی یخی با روشنایی بالا در پکیج نصب سطحی PLCC-2 (حامل تراشه با پایه پلاستیکی) را به تفصیل شرح میدهد. این قطعه برای قابلیت اطمینان و عملکرد در محیطهای سخت مهندسی شده و دارای زاویه دید گسترده 120 درجه و تاییدیه استاندارد سختگیرانه AEC-Q101 برای قطعات خودرو است. هدف اصلی طراحی آن، تامین روشنایی یکنواخت و زنده برای کاربردهای داخلی خودرو است و در عین حال، دوام و پایداری را تحت شرایط مختلف الکتریکی و حرارتی تضمین میکند.
1.1 مزایای اصلی
- بازده روشنایی بالا:شدت نور معمول 300 میلیکاندلا (mcd) را در جریان مستقیم استاندارد 10mA ارائه میدهد و خروجی روشن و قابل مشاهده را تضمین میکند.
- روشنایی با زاویه گسترده:زاویه دید 120 درجه، توزیع نور گسترده و یکنواختی فراهم میکند که برای نور پسزمینه پنلها و نشانگرها ایدهآل است.
- قابلیت اطمینان درجه خودرو:تاییدیه AEC-Q101 مناسب بودن آن را برای شرایط محیطی سخت موجود در الکترونیک خودرو، از جمله نوسانات دمایی گسترده و لرزش، تایید میکند.
- محافظت قوی در برابر ESD:تا 8 کیلوولت (مدل بدن انسان) در برابر تخلیه الکترواستاتیک (ESD) مقاومت دارد و استحکام در هنگام جابجایی و مونتاژ را افزایش میدهد.
- مطابقت با الزامات محیط زیستی:محصول با مقررات RoHS (محدودیت مواد خطرناک) و REACH مطابقت دارد و از استانداردهای جهانی محیط زیست پشتیبانی میکند.
1.2 بازار هدف و کاربردها
این LED به طور خاص برای بازار الکترونیک خودرو هدفگیری شده است. حوزههای کاربرد کلیدی آن شامل موارد زیر است:
- روشنایی داخلی خودرو:روشنایی کف پا، دستگیره درها، جا لیوانی و نورپردازی محیطی کلی کابین.
- نور پسزمینه کلیدها:فراهم کردن دید واضح برای دکمهها و کنترلهای روی داشبورد، کنسول مرکزی و فرمان.
- نشانگرهای کلاستر ابزارها:برای چراغهای هشدار، نشانگرهای وضعیت و نور پسزمینه عقربهها در پنل ابزار راننده استفاده میشود.
2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی
2.1 مشخصات نوری و الکتریکی
پارامترهای عملیاتی، عملکرد LED را تحت شرایط آزمایش استاندارد (دمای سطح = 25 درجه سانتیگراد) تعریف میکنند.
- جریان مستقیم (IF):جریان عملیاتی توصیه شده 10mA است، با حداکثر مقدار مطلق مجاز 20mA. حداقل جریان 2mA برای عملکرد مورد نیاز است.
- شدت نور (IV):در 10mA، شدت نور معمولاً به 355 mcd میرسد، با حداقل تضمین شده 140 mcd و حداکثر 560 mcd برای باینهای استاندارد. تلرانس اندازهگیری ±8% است.
- ولتاژ مستقیم (VF):معمولاً در 10mA برابر 3.1 ولت است، با محدوده حداقل 2.75 ولت تا حداکثر 3.75 ولت. ولتاژ مستقیم دارای ضریب دمایی منفی است و با افزایش دمای اتصال کاهش مییابد.
- زاویه دید (φ):به عنوان زاویه کاملای تعریف میشود که در آن شدت نور به نصف مقدار اوج خود میرسد. این LED زاویه دید گسترده 120 درجه ± 5 درجه ارائه میدهد.
- مختصات رنگی (CIE x, y):نقطه رنگ معمول (0.18, 0.23) است که رنگ آبی یخی آن را تعریف میکند. تلرانس برای این مختصات ±0.005 است.
2.2 مشخصات حرارتی
مدیریت حرارتی برای طول عمر LED و پایداری عملکرد آن حیاتی است.
- مقاومت حرارتی (Rth JS):مقاومت حرارتی اتصال به نقطه لحیم کاری با دو مقدار مشخص شده است: 130 K/W (واقعی، اندازهگیری شده) و 100 K/W (الکتریکی، محاسبه شده). این پارامتر نشان میدهد که حرارت با چه کارایی از تراشه LED به PCB منتقل میشود.
- دمای اتصال (TJ):حداکثر دمای مجاز اتصال 125 درجه سانتیگراد است. تجاوز از این حد میتواند باعث تخریب دائمی شود.
- دمای عملیاتی و ذخیرهسازی:قطعه برای عملکرد پیوسته از 40- درجه سانتیگراد تا 110+ درجه سانتیگراد درجهبندی شده است که آن را برای کاربردهای جهانی خودرو مناسب میسازد.
2.3 حداکثر مقادیر مطلق مجاز
اینها محدودیتهای تنشی هستند که تحت هیچ شرایطی نباید از آنها تجاوز کرد تا از آسیب دائمی جلوگیری شود.
- توان تلف شده (Pd):حداکثر 75 میلیوات.
- جریان موجی (IFM):میتواند پالسهای 300mA را برای مدت زمان ≤ 10 میکروثانیه با چرخه کاری کم (D=0.005) تحمل کند.
- ولتاژ معکوس (VR):این LED برای کار در بایاس معکوس طراحی نشده است. اعمال ولتاژ معکوس میتواند باعث خرابی فوری شود.
- دمای لحیمکاری:میتواند لحیمکاری ریفلو با دمای اوج 260 درجه سانتیگراد را تا 30 ثانیه تحمل کند که با فرآیندهای استاندارد لحیمکاری بدون سرب سازگار است.
3. تحلیل منحنیهای عملکرد
3.1 جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (منحنی I-V)
نمودار یک رابطه غیرخطی را نشان میدهد. ولتاژ مستقیم با جریان افزایش مییابد اما ضریب دمایی منفی از خود نشان میدهد. طراحان باید هنگام طراحی مدارهای محدودکننده جریان این موضوع را در نظر بگیرند، زیرا VFبا گرم شدن LED در حین کار کاهش خواهد یافت.
3.2 شدت نور نسبی در مقابل جریان مستقیم
خروجی نور در محدوده پایین تقریباً با جریان خطی است اما ممکن است در جریانهایی که به حداکثر مقدار مجاز (20mA) نزدیک میشوند، نشانههایی از افت بازده (کارایی کاهش یافته) نشان دهد. برای بهینهترین بازده و طول عمر، کار در یا زیر مقدار معمول 10mA توصیه میشود.
3.3 شدت نور نسبی در مقابل دمای اتصال
شدت نور با افزایش دمای اتصال کاهش مییابد. نمودار نشان میدهد که خروجی میتواند هنگامی که TJبه 140 درجه سانتیگراد نزدیک میشود، به حدود 40% از مقدار آن در دمای اتاق کاهش یابد. این موضوع اهمیت طراحی موثر حرارتی PCB (با استفاده از وایاهای حرارتی، مساحت کافی مس) را برای حفظ روشنایی تاکید میکند.
3.4 جابجایی رنگ
هم جریان مستقیم و هم دمای اتصال بر مختصات رنگ LED تأثیر میگذارند. نمودارهای ΔCIE-x و ΔCIE-y جابجاییهای جزئی را نشان میدهند. در حالی که این جابجاییها در محدوده کوچکی هستند، باید برای کاربردهایی که نیاز به ثبات رنگ دقیق در شرایط عملیاتی مختلف یا در آرایهای از چندین LED دارند، در نظر گرفته شوند.
3.5 منحنی کاهش جریان مستقیم
این نمودار حیاتی، حداکثر جریان مستقیم پیوسته مجاز را بر اساس دمای پد لحیم کاری (TS) تعریف میکند. با افزایش TS، حداکثر IFمجاز باید کاهش یابد تا دمای اتصال زیر 125 درجه سانتیگراد نگه داشته شود. به عنوان مثال، در TS برابر 110 درجه سانتیگراد، حداکثر IF برابر 20mA است. این منحنی برای تعیین شرایط عملیاتی ایمن در کاربرد نهایی ضروری است.
3.6 قابلیت مجاز تحمل پالس
نمودار رابطه بین عرض پالس (tp)، چرخه کاری (D) و جریان پیک پالس مجاز (IFA) را نشان میدهد. برای پالسهای بسیار کوتاه (مثلاً 10 میکروثانیه) با چرخه کاری کم (0.005)، LED میتواند جریانهای تا 300mA را تحمل کند. این برای طراحی عملکردهای سیگنالینگ استروب یا پالسی مفید است.
3.7 توزیع طیفی
نمودار توزیع طیفی نسبی، طول موج اوج مشخصه یک LED آبی یخی را نشان میدهد. قله غالب و باریک، خلوص رنگ را تضمین میکند. عدم وجود قلههای ثانویه قابل توجه در مناطق قرمز یا سبز، خروجی رنگ مورد نظر را تایید میکند.
4. توضیح سیستم باینینگ
برای اطمینان از یکنواختی در تولید انبوه، LEDها بر اساس پارامترهای کلیدی در باینها دستهبندی میشوند.
4.1 باینینگ شدت نور
LED بر اساس شدت نور اندازهگیری شده در 10mA به باینهای متعددی (از L1 تا GA) طبقهبندی میشود. هر باین محدوده خاصی را در مقیاس لگاریتمی پوشش میدهد (مثلاً T1: 280-355 mcd، T2: 355-450 mcd). دیتاشیت "باینهای خروجی ممکن" را برای این واریانت خاص محصول برجسته میکند. طراحان هنگام سفارش باید باین مورد نیاز را مشخص کنند تا یکنواختی روشنایی در یک مجموعه با استفاده از چندین LED تضمین شود.
4.2 باینینگ رنگ
ساختار باین رنگ آبی یخی استاندارد در نمودار رنگی CIE 1931 تعریف شده است. جدول ارائه شده، کدهای باین خاص (مانند CM0، CL3) را با مرزهای مختصات CIE x و y مربوطه فهرست میکند. این امکان انتخاب LEDهایی با نقاط رنگ تقریباً یکسان را فراهم میکند که برای کاربردهایی مانند نور پسزمینه که عدم تطابق رنگ بین LEDهای مجاور از نظر بصری غیرقابل قبول است، حیاتی میباشد.
5. اطلاعات مکانیکی و پکیج
5.1 ابعاد مکانیکی
پکیج PLCC-2 یک طراحی استاندارد نصب سطحی است. نقشه ابعادی (مرجع در PDF) اندازهگیریهای حیاتی از جمله طول بدنه، عرض، ارتفاع، فاصله پایهها و موقعیت پدها را ارائه میدهد. رعایت این ابعاد برای طراحی جای پای PCB و مونتاژ خودکار برداشت و قرارگیری حیاتی است.
5.2 طرح پد لحیمکاری توصیه شده
یک طرح الگوی زمین PCB (پد لحیم) پیشنهادی ارائه شده است. این الگو برای تشکیل اتصال لحیم قابل اطمینان در طول لحیمکاری ریفلو بهینه شده است و اتصال مکانیکی مناسب و هدایت حرارتی به PCB را تضمین میکند. پیروی از این توصیه به جلوگیری از پدیده "قبرستانی شدن" یا اتصالات لحیم ضعیف کمک میکند.
5.3 شناسایی قطبیت
پکیج PLCC-2 معمولاً یک شکاف قالبگیری شده یا یک علامت کاتد در یکی از گوشههای بدنه قطعه دارد. جهتدهی صحیح قطبیت در طول مونتاژ PCB برای اطمینان از عملکرد LED ضروری است. اعمال ولتاژ معکوس ممنوع است.
6. دستورالعملهای لحیمکاری و مونتاژ
6.1 پروفیل لحیمکاری ریفلو
قطعه با فرآیندهای استاندارد لحیمکاری ریفلو بدون سرب (SnAgCu) سازگار است. پروفیل شامل مراحل پیشگرم، خیساندن حرارتی، ریفلو و خنکسازی است، با حداکثر دمای اوج 260 درجه سانتیگراد برای حداکثر 30 ثانیه. زمان بالای 217 درجه سانتیگراد (دمای مایع) باید کنترل شود تا اتصال لحیم مناسب بدون آسیب به پکیج LED تشکیل شود.
6.2 احتیاطهای استفاده
- احتیاطهای ESD:اگرچه برای 8kV HBM درجهبندی شده است، اما باید در طول مونتاژ از روشهای استاندارد جابجایی ESD (استفاده از مچبندهای زمین شده، ایستگاههای کاری و ظروف رسانا) پیروی کرد.
- محدود کردن جریان:همیشه LED را با یک منبع جریان ثابت یا یک مقاومت محدودکننده جریان به صورت سری با یک منبع ولتاژ راهاندازی کنید. اتصال مستقیم به یک منبع ولتاژ که از VFبیشتر باشد، باعث جریان بیش از حد و خرابی میشود.
- مدیریت حرارتی:طراحی حرارتی مناسب PCB را پیادهسازی کنید. از منحنی کاهش جریان برای تعیین جریانهای عملیاتی ایمن برای حداکثر دمای محیط مورد انتظار و عملکرد حرارتی PCB استفاده کنید.
- تمیز کردن:اگر پس از لحیمکاری نیاز به تمیز کردن است، از حلالهای سازگاری استفاده کنید که به لنز پلاستیکی یا اپوکسی آسیب نرسانند.
- شرایط نگهداری:در یک محیط خشک و ضد استاتیک در محدوده دمایی مشخص شده 40- تا 110+ درجه سانتیگراد نگهداری شود.
7. اطلاعات بستهبندی و سفارش
7.1 اطلاعات بستهبندی
LEDها بر روی نوار و قرقره عرضه میشوند که بستهبندی استاندارد برای تجهیزات مونتاژ نصب سطحی خودکار است. مشخصات قرقره (عرض نوار، فاصله جیبها، قطر قرقره) برای اطمینان از سازگاری با فیدرهای خط مونتاژ ارائه شده است.
7.2 شماره قطعه و اطلاعات سفارش
شماره قطعه پایه67-11-IB0100L-AMاست. این شماره ویژگیهای کلیدی را کدگذاری میکند:
- 67-11:احتمالاً نشاندهنده نوع پکیج (PLCC-2) و/یا سری است.
- IB:نشاندهنده رنگ آبی یخی است.
- 0100L:ممکن است مربوط به باین روشنایی یا کد محصول باشد.
- AM:احتمالاً نشاندهنده درجه خودرو یا یک نسخه خاص است.
8. ملاحظات طراحی کاربرد
8.1 طراحی مدار درایور
برای عملکرد پایدار، یک درایور جریان ثابت بر یک منبع ولتاژ ساده محدود شده با مقاومت ترجیح داده میشود، به ویژه در محیطهای خودرو که ولتاژ تغذیه (مثلاً باتری 12 ولت) میتواند به طور قابل توجهی تغییر کند. درایور باید طوری طراحی شود که جریان مورد نظر (مثلاً 10mA) را در محدوده ولتاژ ورودی و دمای مورد انتظار فراهم کند.
8.2 طراحی حرارتی روی PCB
برای حفظ عملکرد و طول عمر:
- از یک PCB با ضخامت مس کافی استفاده کنید.
- پدهای تخلیه حرارتی را که از طریق چندین وایای حرارتی به یک صفحه مس بزرگتر یا صفحه زمین داخلی متصل شدهاند، بگنجانید.
- از منحنی کاهش جریان پیروی کنید. اگر انتظار میرود دمای PCB در نقطه لحیم کاری به 80 درجه سانتیگراد برسد، حداکثر جریان پیوسته باید بر این اساس از حداکثر مطلق 20mA کاهش یابد.
8.3 یکپارچهسازی نوری
زاویه دید 120 درجه برای روشنایی منطقه گسترده مناسب است. برای کاربردهایی که نیاز به نور متمرکزتر دارند، ممکن است اپتیک ثانویه (لنزها، راهنماهای نور) مورد نیاز باشد. هنگام طراحی راهنماهای نور یا دیفیوزرها برای دستیابی به اثر رنگ نهایی مورد نظر، باید مختصات رنگ آبی یخی در نظر گرفته شود.
9. مقایسه و تمایز فنی
در مقایسه با LEDهای عمومی PLCC-2، این قطعه مزایای متمایزی برای استفاده خودرو ارائه میدهد:
- قابلیت اطمینان:تاییدیه AEC-Q101 شامل آزمایشهای استرس سختگیرانه (ذخیرهسازی دمای بالا، چرخه دمایی، رطوبت و غیره) است که برای قطعات درجه تجاری مورد نیاز نیست.
- محدوده دمایی گستردهتر:عملکرد تا دمای محیط 110+ درجه سانتیگراد از حد معمول 85+ درجه سانتیگراد LEDهای تجاری فراتر میرود که برای مکانهای نزدیک به منابع حرارتی در خودرو ضروری است.
- باینینگ کنترل شده:باینینگ دقیق شدت نور و رنگ، یکنواختی را تضمین میکند که در جایگزینهای کمهزینهتر کمتر سختگیرانه یا وجود ندارد.
- استحکام ESD:درجهبندی ESD 8kV HBM حاشیه ایمنی بالاتری در برابر آسیب الکترواستاتیک در طول تولید و جابجایی فراهم میکند.
10. پرسشهای متداول (FAQs)
10.1 جریان عملیاتی توصیه شده چیست؟
جریان عملیاتی معمول 10mA است. میتوان آن را از حداقل 2mA تا حداکثر مطلق 20mA به کار برد، اما کار در 10mA بهترین تعادل بین روشنایی، بازده و قابلیت اطمینان بلندمدت را فراهم میکند.
10.2 چگونه مقاومت محدودکننده جریان مناسب را انتخاب کنم؟
از قانون اهم استفاده کنید: R = (Vمنبع تغذیه- VF) / IF. از حداکثر VFاز دیتاشیت (3.75V) برای طراحی بدترین حالت استفاده کنید تا اطمینان حاصل شود که جریان هرگز از مقدار مورد نظر تجاوز نمیکند. برای منبع تغذیه 12 ولت و هدف 10mA: R = (12V - 3.75V) / 0.01A = 825Ω. از مقدار استاندارد بالاتر بعدی استفاده کنید (مثلاً 820Ω یا 1kΩ) و توان تلف شده در مقاومت را محاسبه کنید (P = I2² * R).
10.3 چرا مدیریت حرارتی اینقدر مهم است؟
دمای اتصال بالا مستقیماً باعث سه مسئله میشود: 1)افت خروجی نور:خروجی نور کاهش مییابد. 2)جابجایی رنگ:رنگ ساطع شده میتواند تغییر کند. 3)تخریب تسریع شده:طول عمر LED به طور نمایی کاهش مییابد. هیت سینک مناسب از طریق PCB برای حفظ عملکرد مشخص شده غیرقابل مذاکره است.
10.4 آیا میتوان چندین LED را به صورت سری یا موازی متصل کرد؟
اتصال سریبه طور کلی ترجیح داده میشود زیرا همه LEDها جریان یکسانی را حمل میکنند و یکنواختی روشنایی را تضمین میکنند. ولتاژ منبع باید بیشتر از مجموع همه VF values. اتصال موازیبدون مقاومتهای محدودکننده جریان جداگانه برای هر LED توصیه نمیشود، زیرا تغییرات کوچک در VFمیتواند باعث عدم تعادل جریان قابل توجهی شود که منجر به روشنایی ناهموار و تنش بیش از حد احتمالی یک LED میشود.
11. مطالعه موردی طراحی عملی
11.1 نور پسزمینه کلید داشبورد خودرو
سناریو:طراحی نور پسزمینه برای یک ردیف از 5 کلید فشاری یکسان روی داشبورد.
- هدف طراحی:روشنایی یکنواخت و آبی سرد در تمام دکمهها.
- پیادهسازی:
- انتخاب LED:شماره قطعه 67-11-IB0100L-AM را با یک باین رنگ تنگ (مثلاً CM2) و یک باین شدت نور خاص (مثلاً T1: 280-355 mcd) مشخص کنید تا یکنواختی تضمین شود.
- مدار:همه 5 LED را به صورت سری با یک درایور جریان ثابت واحد تنظیم شده روی 10mA متصل کنید. با فرض VFمعمول 3.1 ولت، درایور به ولتاژ تطبیق خروجی > 15.5 ولت (5 * 3.1V) نیاز دارد. منبع تغذیه 12 ولت خودرو کافی نیست، بنابراین یک مبدل تقویتکننده یا یک درایور که از یک ولتاژ بالاتر تنظیم شده کار میکند (مثلاً 18 ولت) مورد نیاز است.
- چیدمان PCB:هر LED را مستقیماً پشت دیفیوزر کلید مربوطه قرار دهید. جای پای PCB را دقیقاً مطابق با طرح پد توصیه شده طراحی کنید. پد حرارتی هر LED را به یک ناحیه مس اختصاصی روی برد با چندین وایای حرارتی به یک صفحه زمین داخلی برای اتلاف حرارت متصل کنید.
- اعتبارسنجی:پس از مونتاژ، دمای پد لحیم کاری نزدیک یک LED را در حین کار در یک محفظه دمای محیط بالا (مثلاً 85+ درجه سانتیگراد) اندازهگیری کنید. از منحنی کاهش جریان برای تأیید اینکه جریان 10mA در دمای اندازهگیری شده TS.
12. اصل عملکرد
این یک دیود ساطعکننده نور نیمههادی (LED) است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیش از انرژی گاف نواری آن در سراسر آند و کاتد اعمال میشود، الکترونها و حفرهها در منطقه فعال تراشه نیمههادی (معمولاً بر پایه مواد InGaN برای رنگهای آبی/سفید/آبی یخی) بازترکیب میشوند. این فرآیند بازترکیب، انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد میکند. ترکیب خاص لایههای نیمههادی، طول موج (رنگ) نور ساطع شده را تعیین میکند. پکیج پلاستیکی PLCC تراشه را محصور میکند، محافظت مکانیکی فراهم میکند و یک لنز قالبگیری شده را در بر میگیرد که خروجی نور را شکل میدهد تا زاویه دید 120 درجه حاصل شود.
13. روندهای فناوری
تکامل LEDهایی مانند این، توسط چندین روند کلیدی در صنایع خودرو و روشنایی عمومی هدایت میشود:
- افزایش بازده (lm/W):بهبودهای مستمر در علم مواد هدف تولید خروجی نور بیشتر (لومن) به ازای هر واحد توان ورودی الکتریکی (وات) را دارد که مصرف انرژی و بار حرارتی را کاهش میدهد.
- قابلیت اطمینان و طول عمر بالاتر:پیشرفتها در مواد بستهبندی، تکنیکهای اتصال دی و فناوری فسفر (برای LEDهای سفید) همچنان میانگین زمان بین خرابی (MTBF) را بالاتر میبرند و از 50,000 ساعت فراتر میروند.
- کوچکسازی:تلاش برای مجموعههای الکترونیکی کوچکتر و متراکمتر منجر به توسعه LEDها در قالبهای پکیج حتی کوچکتر (مانند پکیجهای در مقیاس تراشه) در حالی که خروجی نور حفظ یا بهبود مییابد، میشود.
- روشنایی هوشمند و تطبیقی:یکپارچهسازی با سیستمهای کنترل برای جلوههای نورپردازی پویا، تنظیم نور و تنظیم دمای رنگ رایجتر میشود، اگرچه این اغلب شامل ICهای درایور LED پیچیدهتر به جای خود عنصر LED است.
- استانداردهای کیفیت سختگیرانه:اتخاذ استانداردهایی مانند AEC-Q102 (یک استاندارد خاصتر برای نیمههادیهای نوری گسسته در کاربردهای خودرو) نشاندهنده روندی به سمت قطعات تخصصیتر و با آزمایشهای سختگیرانهتر برای استفاده خودرو است.
اصطلاحات مشخصات LED
توضیح کامل اصطلاحات فنی LED
عملکرد نوربرقی
| اصطلاح | واحد/نمایش | توضیح ساده | چرا مهم است |
|---|---|---|---|
| بازده نوری | لومن/وات | خروجی نور در هر وات برق، بالاتر به معنای صرفهجویی بیشتر انرژی است. | مستقیماً درجه بازده انرژی و هزینه برق را تعیین میکند. |
| شار نوری | لومن | کل نور ساطع شده از منبع، معمولاً "روشنی" نامیده میشود. | تعیین میکند که نور به اندازه کافی روشن است یا نه. |
| زاویه دید | درجه، مثل 120 درجه | زاویهای که شدت نور به نصف کاهش مییابد، عرض پرتو را تعیین میکند. | بر محدوده روشنایی و یکنواختی تأثیر میگذارد. |
| دمای رنگ | کلوین، مثل 2700K/6500K | گرمی/سردی نور، مقادیر پایین زرد/گرم، مقادیر بالا سفید/سرد. | جو روشنایی و سناریوهای مناسب را تعیین میکند. |
| شاخص نمود رنگ | بدون واحد، 100-0 | توانایی ارائه دقیق رنگهای جسم، Ra≥80 خوب است. | بر اصالت رنگ تأثیر میگذارد، در مکانهای پرتقاضا مانند مراکز خرید، موزهها استفاده میشود. |
| تلرانس رنگ | مراحل بیضی مکآدام، مثل "5 مرحله" | متریک سازگاری رنگ، مراحل کوچکتر به معنای رنگ سازگارتر است. | رنگ یکنواخت را در سراسر همان دسته LEDها تضمین میکند. |
| طول موج غالب | نانومتر، مثل 620 نانومتر (قرمز) | طول موج متناظر با رنگ LEDهای رنگی. | فام قرمز، زرد، سبز LEDهای تکرنگ را تعیین میکند. |
| توزیع طیفی | منحنی طول موج در مقابل شدت | توزیع شدت در طول موجها را نشان میدهد. | بر نمود رنگ و کیفیت رنگ تأثیر میگذارد. |
پارامترهای الکتریکی
| اصطلاح | نماد | توضیح ساده | ملاحظات طراحی |
|---|---|---|---|
| ولتاژ مستقیم | Vf | حداقل ولتاژ برای روشن کردن LED، مانند "آستانه شروع". | ولتاژ درایور باید ≥Vf باشد، ولتاژها برای LEDهای سری جمع میشوند. |
| جریان مستقیم | If | مقدار جریان برای عملکرد عادی LED. | معمولاً درایو جریان ثابت، جریان روشنایی و طول عمر را تعیین میکند. |
| حداکثر جریان پالس | Ifp | جریان اوج قابل تحمل برای دورههای کوتاه، برای تاریکی یا فلاش استفاده میشود. | عرض پالس و چرخه وظیفه باید به شدت کنترل شود تا از آسیب جلوگیری شود. |
| ولتاژ معکوس | Vr | حداکثر ولتاژ معکوسی که LED میتواند تحمل کند، فراتر از آن ممکن است باعث شکست شود. | مدار باید از اتصال معکوس یا جهش ولتاژ جلوگیری کند. |
| مقاومت حرارتی | Rth (°C/W) | مقاومت در برابر انتقال حرارت از تراشه به لحیم، پایینتر بهتر است. | مقاومت حرارتی بالا نیاز به اتلاف حرارت قویتر دارد. |
| مقاومت ESD | V (HBM)، مثل 1000V | توانایی مقاومت در برابر تخلیه الکترواستاتیک، بالاتر به معنای کمتر آسیبپذیر است. | اقدامات ضد استاتیک در تولید لازم است، به ویژه برای LEDهای حساس. |
مدیریت حرارتی و قابلیت اطمینان
| اصطلاح | متریک کلیدی | توضیح ساده | تأثیر |
|---|---|---|---|
| دمای اتصال | Tj (°C) | دمای عملیاتی واقعی داخل تراشه LED. | هر کاهش 10°C ممکن است طول عمر را دو برابر کند؛ خیلی زیاد باعث افت نور، تغییر رنگ میشود. |
| افت لومن | L70 / L80 (ساعت) | زمانی که روشنایی به 70% یا 80% مقدار اولیه کاهش یابد. | مستقیماً "عمر خدمت" LED را تعریف میکند. |
| نگهداری لومن | % (مثل 70%) | درصد روشنایی باقیمانده پس از زمان. | نشاندهنده حفظ روشنایی در طول استفاده بلندمدت است. |
| تغییر رنگ | Δu′v′ یا بیضی مکآدام | درجه تغییر رنگ در حین استفاده. | بر یکنواختی رنگ در صحنههای روشنایی تأثیر میگذارد. |
| پیری حرارتی | تخریب ماده | تخریب ناشی از دمای بالا در بلندمدت. | ممکن است باعث افت روشنایی، تغییر رنگ یا خرابی مدار باز شود. |
بسته بندی و مواد
| اصطلاح | انواع رایج | توضیح ساده | ویژگیها و کاربردها |
|---|---|---|---|
| نوع بستهبندی | EMC، PPA، سرامیک | ماده محفظه محافظ تراشه، ارائه رابط نوری/حرارتی. | EMC: مقاومت حرارتی خوب، هزینه کم؛ سرامیک: اتلاف حرارت بهتر، عمر طولانیتر. |
| ساختار تراشه | جلو، تراشه معکوس | چینش الکترود تراشه. | تراشه معکوس: اتلاف حرارت بهتر، کارایی بالاتر، برای توان بالا. |
| پوشش فسفر | YAG، سیلیکات، نیترید | تراشه آبی را میپوشاند، مقداری را به زرد/قرمز تبدیل میکند، به سفید مخلوط میکند. | فسفرهای مختلف بر کارایی، CCT و CRI تأثیر میگذارند. |
| عدسی/اپتیک | مسطح، میکروعدسی، TIR | ساختار نوری روی سطح که توزیع نور را کنترل میکند. | زاویه دید و منحنی توزیع نور را تعیین میکند. |
کنترل کیفیت و دسته بندی
| اصطلاح | محتوای دستهبندی | توضیح ساده | هدف |
|---|---|---|---|
| دسته لومن | کد مثل 2G، 2H | گروهبندی بر اساس روشنایی، هر گروه مقادیر حداقل/حداکثر لومن دارد. | روشنایی یکنواخت را در همان دسته تضمین میکند. |
| دسته ولتاژ | کد مثل 6W، 6X | گروهبندی بر اساس محدوده ولتاژ مستقیم. | تسهیل تطبیق درایور، بهبود بازده سیستم. |
| دسته رنگ | بیضی مکآدام 5 مرحلهای | گروهبندی بر اساس مختصات رنگ، اطمینان از محدوده باریک. | یکنواختی رنگ را تضمین میکند، از رنگ ناهموار در داخل وسایل جلوگیری میکند. |
| دسته CCT | 2700K، 3000K و غیره | گروهبندی بر اساس CCT، هر کدام محدوده مختصات مربوطه را دارد. | الزامات CCT صحنه مختلف را برآورده میکند. |
آزمون و گواهینامه
| اصطلاح | استاندارد/آزمون | توضیح ساده | اهمیت |
|---|---|---|---|
| LM-80 | آزمون نگهداری لومن | روشنایی بلندمدت در دمای ثابت، ثبت افت روشنایی. | برای تخمین عمر LED استفاده میشود (با TM-21). |
| TM-21 | استاندارد تخمین عمر | عمر را تحت شرایط واقعی بر اساس دادههای LM-80 تخمین میزند. | پیشبینی علمی عمر ارائه میدهد. |
| IESNA | انجمن مهندسی روشنایی | روشهای آزمون نوری، الکتریکی، حرارتی را پوشش میدهد. | پایه آزمون شناخته شده صنعت. |
| RoHS / REACH | گواهی محیط زیست | اطمینان از عدم وجود مواد مضر (سرب، جیوه). | شرط دسترسی به بازار در سطح بینالمللی. |
| ENERGY STAR / DLC | گواهی بازده انرژی | گواهی بازده انرژی و عملکرد برای محصولات روشنایی. | در خریدهای دولتی، برنامههای یارانه استفاده میشود، رقابتپذیری را افزایش میدهد. |