دیتاشیت LED سوپر قرمز PLCC-2 مدل 0201H - بسته‌بندی 3.2x2.8x1.9mm - ولتاژ 2.0V - توان 40mW - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

این سند به تفصیل مشخصات یک دیود نورافشان (LED) سوپر قرمز با روشنایی بالا در بسته‌بندی نصب سطحی PLCC-2 (حامل تراشه با پایه پلاستیکی) را شرح می‌دهد. تمرکز اصلی طراحی بر قابلیت اطمینان و عملکرد در محیط‌های سخت خودرویی، اعم از داخلی و خارجی است. این قطعه شدت نور معمولی 800 میلی‌کاندلا (mcd) در جریان راه‌اندازی استاندارد 20mA و با زاویه دید گسترده 120 درجه ارائه می‌دهد.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

مزایای اصلی این LED ناشی از واجد شرایط بودن درجه خودرویی و ساختار مستحکم آن است. این قطعه مطابق با استاندارد AEC-Q102 واجد شرایط است که قابلیت اطمینان قطعات الکترونیک خودرو را تضمین می‌کند. همچنین دارای مقاومت در برابر گوگرد با رده‌بندی A1 است که از خوردگی در محیط‌های حاوی گازهای گوگردی محافظت می‌کند. مطابقت با دستورالعمل‌های RoHS، REACH و بدون هالوژن، آن را برای بازارهای جهانی با مقررات سخت زیست‌محیطی مناسب می‌سازد. بازار هدف اصلی، روشنایی خودرو است، به ویژه:

• روشنایی داخلی خودرو:نور پس‌زمینه داشبورد، روشنایی کلیدها، نورپردازی محیطی و نشانگرهای سیستم سرگرمی-اطلاع‌رسانی.
• روشنایی خارجی خودرو:چراغ ترمز مرکزی بالا (CHMSL)، چراغ‌های نشانگر جانبی و سایر کاربردهای روشنایی سیگنال که نیازمند دید بالا و قابلیت اطمینان هستند.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

2.1 مشخصات فوتومتریک و نوری

پارامترهای نوری کلیدی، خروجی نور و رنگ LED را تعریف می‌کنند. در شرایط معمول (IF=20mA, Ts=25°C)، شدت نور (Iv) مقدار اسمی 800 mcd دارد، با حداقل 560 mcd و حداکثر 1400 mcd بسته به باین تولید. طول موج غالب (λd) که رنگ درک‌شده را تعریف می‌کند، از 627 نانومتر تا 639 نانومتر متغیر است که آن را به طور قطع در طیف سوپر قرمز قرار می‌دهد. زاویه دید گسترده 120 درجه (زاویه نیم‌شدت) دید خوبی در یک ناحیه وسیع تضمین می‌کند که برای کاربردهای سیگنال‌دهی حیاتی است.

2.2 مشخصات الکتریکی

ولتاژ مستقیم (VF) یک پارامتر حیاتی برای طراحی مدار است. در 20mA، VF معمولاً 2.00 ولت است، با محدوده‌ای از 1.75 ولت تا 2.75 ولت. طراحان باید هنگام طراحی مدارهای محدودکننده جریان، این تغییرات را در نظر بگیرند تا خروجی نور یکنواخت تضمین شود. حداکثر جریان مستقیم مطلق (IF) در کار مداوم 50 میلی‌آمپر است، با قابلیت جریان لحظه‌ای (IFM) 100 میلی‌آمپر برای پالس‌های ≤10 میکروثانیه. این قطعه برای کار با بایاس معکوس طراحی نشده است.

2.3 مشخصات حرارتی

مدیریت حرارتی برای طول عمر و پایداری عملکرد LED ضروری است. مقاومت حرارتی از اتصال به نقطه لحیم‌کاری (Rth JS) به صورت دو مقدار داده شده است: یک اندازه‌گیری "واقعی" 120 K/W (حداکثر 160 K/W) و یک اندازه‌گیری "الکتریکی" 100 K/W (حداکثر 120 K/W). این پارامتر نشان می‌دهد که حرارت چقدر مؤثر از اتصال نیمه‌هادی به PCB منتقل می‌شود. مقدار کمتر بهتر است. حداکثر دمای مجاز اتصال (Tj) 125 درجه سانتی‌گراد است. محدوده دمای کاری از 40- درجه سانتی‌گراد تا 110+ درجه سانتی‌گراد است که برای محیط خشن زیر کاپوت یا خارجی خودرو مناسب است.

3. توضیح سیستم باینینگ

به دلیل تغییرات تولید، LEDها بر اساس عملکرد در دسته‌های (باین) مختلف دسته‌بندی می‌شوند. این امر به طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی با ویژگی‌های یکنواخت انتخاب کنند.

3.1 باینینگ شدت نور

LEDها بر اساس خروجی نور در جریان آزمایش معمول گروه‌بندی می‌شوند. دسته‌ها از U2 (560-710 mcd) تا AA (1120-1400 mcd) متغیر هستند. پسوند شماره قطعه 'H' نشان می‌دهد این دستگاه متعلق به دسته روشنایی "بالا" است که معمولاً با گروه‌های V1، V2 یا AA مطابقت دارد.

3.2 باینینگ طول موج غالب

رنگ (طول موج) در گام‌های 3 نانومتری دسته‌بندی می‌شود، از 2730 (627-630 نانومتر) تا 3639 (636-639 نانومتر). این امر ثبات رنگ را در یک دسته تولیدی برای کاربردهایی که ظاهر یکنواخت حیاتی است تضمین می‌کند.

3.3 باینینگ ولتاژ مستقیم

ولتاژ مستقیم تقریباً در گام‌های 0.25 ولت دسته‌بندی می‌شود، از کد 1720 (1.75-2.00V) تا 2527 (2.50-2.75V). انتخاب LEDها از یک دسته VF یکسان می‌تواند طراحی منبع تغذیه را ساده‌تر کرده و توزیع جریان یکنواخت در آرایه‌های موازی را تضمین کند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

4.1 منحنی IV و شدت نسبی

نمودار جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم یک رابطه نمایی کلاسیک دیود را نشان می‌دهد. منحنی شدت نور نسبی در مقابل جریان مستقیم زیرخطی است؛ افزایش جریان بیش از 20mA بازده کاهش‌یافته‌ای در خروجی نور دارد در حالی که حرارت بیشتری تولید می‌کند.

4.2 وابستگی به دما

نمودارهای عملکرد به وضوح اثرات دما را نشان می‌دهند. منحنی شدت نور نسبی در مقابل دمای اتصال نشان می‌دهد که با افزایش دما، خروجی نور کاهش می‌یابد که رفتاری معمول برای LEDها است. منحنی ولتاژ مستقیم نسبی در مقابل دمای اتصال دارای ضریب منفی است، به این معنی که VF با افزایش دما کاهش می‌یابد که می‌تواند برای حس‌گری دما استفاده شود. طول موج غالب نیز با دما جابجا می‌شود، معمولاً به سمت طول‌موج‌های بلندتر (انتقال به قرمز) همانطور که در نمودار نشان داده شده است.

4.3 توزیع طیفی و کاهش ظرفیت

نمودار توزیع طیفی نسبی یک قله باریک در ناحیه قرمز (~630nm) نشان می‌دهد. منحنی کاهش ظرفیت جریان مستقیم برای طراحی حیاتی است: با افزایش دمای اتصال، حداکثر جریان مجاز مداوم کاهش می‌یابد. برای مثال، در حداکثر دمای کاری اتصال 110 درجه سانتی‌گراد، جریان مستقیم باید تقریباً به 34 میلی‌آمپر کاهش یابد.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد فیزیکی

این LED از بسته‌بندی استاندارد PLCC-2 استفاده می‌کند. نقشه مکانیکی (که در بخش 7 اشاره شده است) ابعاد کلیدی از جمله طول کلی، عرض، ارتفاع، فاصله پایه‌ها و اندازه حفره حاوی تراشه LED را نشان می‌دهد. این بسته‌بندی برای مونتاژ خودکار Pick-and-Place طراحی شده است.

5.2 شناسایی قطبیت و طراحی پد

شماره قطعه شامل 'R' برای قطبیت معکوس است. طرح پد لحیم‌کاری توصیه‌شده (بخش 8) ارائه شده است تا اتصال لحیم قابل اطمینان و اتصال حرارتی مناسب به PCB تضمین شود. جهت‌دهی صحیح قطبیت حیاتی است که معمولاً با یک علامت روی بسته یا یک ویژگی نامتقارن نشان داده می‌شود.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفیل لحیم‌کاری ریفلو

یک پروفیل لحیم‌کاری ریفلو توصیه‌شده ارائه شده است (بخش 9). این LED می‌تواند حداکثر دمای لحیم‌کاری 260 درجه سانتی‌گراد را تا 30 ثانیه تحمل کند که با فرآیندهای لحیم‌کاری بدون سرب استاندارد (SnAgCu) سازگار است. رعایت این پروفیل از آسیب حرارتی به بسته پلاستیکی و اتصالات سیمی داخلی جلوگیری می‌کند.

6.2 احتیاط‌های کاربردی

احتیاط‌های عمومی شامل موارد زیر است: اجتناب از کارکرد فراتر از حداکثر مقادیر مطلق، استفاده از روش‌های مناسب کنترل الکتریسیته ساکن (HBM rating 2kV)، و اطمینان از ذخیره دستگاه در محدوده دمایی و رطوبتی مشخص‌شده آن (MSL 2).

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

7.1 مشخصات بسته‌بندی

اطلاعات بسته‌بندی (بخش 10) جزئیات نحوه عرضه قطعات را شرح می‌دهد، که معمولاً روی نوار برجسته و قرقره برای مونتاژ انبوه است. ابعاد قرقره، عرض نوار و جهت‌دهی قطعات برای سازگاری با تجهیزات خودکار استاندارد مشخص شده است.

7.2 سیستم شماره‌گذاری قطعه

شماره قطعه 67-21R-SR0201H-AM به شرح زیر رمزگشایی می‌شود:67-21= خانواده محصول؛R= قطبیت معکوس؛SR= رنگ سوپر قرمز؛020= جریان آزمایش 20mA؛1= نوع فریم پایه؛H= سطح روشنایی بالا؛AM= کاربرد خودرویی.

8. پیشنهادات طراحی کاربرد

8.1 طراحی مدار معمول

برای عملکرد پایدار، یک درایور جریان ثابت نسبت به یک مقاومت سری ساده توصیه می‌شود، به ویژه در محیط‌های خودرویی که ولتاژ تغذیه (مثلاً 12V) می‌تواند به طور قابل توجهی تغییر کند. درایور باید طوری طراحی شود که جریان را بر اساس حداکثر VF از دسته انتخاب‌شده، به مقدار مورد نظر (مثلاً 20mA) محدود کند تا از اضافه‌بار هیچ LEDای اطمینان حاصل شود.

8.2 ملاحظات مدیریت حرارتی

برای حفظ عملکرد و طول عمر، اطمینان حاصل کنید که مساحت کافی مس PCB (پد حرارتی) به پد حرارتی LED متصل است تا حرارت را دفع کند. از مقاومت حرارتی (Rth JS) و اتلاف توان (Pd = VF * IF) برای محاسبه افزایش دمای مورد انتظار استفاده کنید. دمای اتصال را به خوبی زیر حداکثر 125 درجه سانتی‌گراد، ترجیحاً زیر 85 درجه سانتی‌گراد برای عمر طولانی نگه دارید.

8.3 یکپارچه‌سازی نوری

زاویه دید 120 درجه ممکن است برای کاربردهایی که نیاز به پرتو متمرکز یا الگوی نور خاصی دارند، به اپتیک ثانویه (عدسی‌ها، راهنماهای نور) نیاز داشته باشد. رنگ سوپر قرمز به دلیل تأثیر بصری بالا و مطابقت با مقررات، برای سیگنال‌های ترمز و هشدار ایده‌آل است.

9. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با LEDهای تجاری استاندارد، تمایزدهنده‌های کلیدی این دستگاهواجد شرایط بودن AEC-Q102ومقاومت در برابر گوگردآن است. این موارد معمولاً در قطعات مصرفی آزمایش یا تضمین نمی‌شوند. محدوده دمای کاری گسترده (40- تا 110+ درجه سانتی‌گراد) نیز از LEDهای معمولی فراتر می‌رود. بسته‌بندی PLCC-2 تعادل خوبی از اندازه، قابلیت لحیم‌کاری و عملکرد حرارتی نسبت به بسته‌بندی‌های کوچک‌مقیاس تراشه یا طراحی‌های بزرگتر Through-Hole ارائه می‌دهد.

10. پرسش‌های متداول (FAQ)

س: تفاوت بین مقاومت حرارتی "واقعی" و "الکتریکی" چیست؟

پ: مقاومت حرارتی "واقعی" با استفاده از یک حس‌گر دمای فیزیکی اندازه‌گیری می‌شود. مقاومت حرارتی "الکتریکی" با اندازه‌گیری تغییر ولتاژ مستقیم با توان، با استفاده از پارامتر حساس به دمای ذاتی LED محاسبه می‌شود. روش الکتریکی اغلب برای مشخصات استفاده می‌شود.

س: آیا می‌توانم این LED را به طور مداوم با 50mA راه‌اندازی کنم؟

پ: در حالی که حداکثر مقدار مطلق 50mA است، کار مداوم در این جریان حرارت قابل توجهی تولید می‌کند (Pd ~ 100mW). شما باید از منحنی کاهش ظرفیت و محاسبات حرارتی استفاده کنید تا اطمینان حاصل کنید دمای اتصال از 125 درجه سانتی‌گراد تجاوز نمی‌کند. برای کارکرد قابل اطمینان بلندمدت، راه‌اندازی در یا زیر جریان معمول 20mA توصیه می‌شود.

س: MSL 2 به چه معناست؟

پ: سطح حساسیت رطوبتی 2. قطعه می‌تواند تا یک سال در محیط کارخانه (≤30°C/60% RH) ذخیره شود قبل از اینکه نیاز به پخت قبل از لحیم‌کاری ریفلو داشته باشد.

11. مثال مطالعه موردی طراحی

سناریو:طراحی یک چراغ ترمز مرکزی بالا (CHMSL) که نیازمند روشنایی بالا و قابلیت اطمینان است.

انتخاب:این LED سوپر قرمز در دسته روشنایی 'H' (بالا) به دلیل شدت نور و قابلیت اطمینان درجه خودرویی آن انتخاب شده است.

مدار:یک آرایه از LEDها با یک درایور IC باک جریان ثابت طراحی شده است، که برای تحویل 20mA به ازای هر LED تنظیم شده است. ورودی درایور ولتاژ اسمی 12 ولت خودرو را (با سرکوب نوسانات تخلیه بار) مدیریت می‌کند.

حرارتی:PCB از یک لایه مس 2-اونس با الگوی وایای حرارتی پر شده زیر پد هر LED استفاده می‌کند تا حرارت را به ناحیه بزرگتری از برد منتشر کند و دمای محاسبه‌شده Tj را در گرم‌ترین شرایط محیطی زیر 90 درجه سانتی‌گراد نگه دارد.

نوری:یک عدسی پلی‌کربنات با ته‌رنگ قرمز و الگوی منشور خاص بر روی آرایه قرار می‌گیرد تا توزیع فوتومتریک مورد نیاز برای یک چراغ ترمز را برآورده کند.

12. معرفی اصل عملکرد

یک LED یک دیود پیوند p-n نیمه‌هادی است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه نوع n و حفره‌ها از ناحیه نوع p در ناحیه فعال پیوند بازترکیب می‌شوند. این بازترکیب انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کند. طول موج (رنگ) نور ساطع‌شده توسط گاف انرژی مواد نیمه‌هادی استفاده‌شده (مثلاً AlInGaP برای قرمز/نارنجی/کهربایی) تعیین می‌شود. بسته‌بندی PLCC تراشه نیمه‌هادی کوچک را محصور می‌کند، محافظت مکانیکی فراهم می‌کند، یک فنجان بازتابنده برای هدایت نور دربرمی‌گیرد و یک عدسی اپوکسی قالب‌گیری‌شده را شامل می‌شود که همچنین به عنوان یک المان نوری اولیه عمل می‌کند.

13. روندها و زمینه فناوری

روند در روشنایی خودرو به سمت بازدهی بالاتر، یکپارچه‌سازی بیشتر و عملکردهای هوشمندتر است. در حالی که این یک LED گسسته است، فناوری زیربنایی اساسی است. تلاش مداومی برای کارایی نوری بالاتر (خروجی نور بیشتر به ازای هر وات ورودی الکتریکی) برای کاهش مصرف انرژی و بار حرارتی وجود دارد. برای نور قرمز، فناوری AlInGaP بالغ و کارآمد است. فشار برای کوچک‌سازی ادامه دارد، اما بسته‌بندی PLCC-2 به دلیل تعادل عالی عملکرد، هزینه و قابلیت ساخت برای بسیاری از کاربردها محبوب باقی مانده است. یکپارچه‌سازی LEDها با درایورهای IC و حس‌گرها در واحدهای ماژولار "موتور نور" یک روند رو به رشد برای سیستم‌های روشنایی پیشرفته است.