دیتاشیت LED سوپر رد PLCC-2 - ابعاد 2.0x1.25x0.8mm - ولتاژ 2.0V - توان 40mW - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

این سند جزئیات مشخصات فنی یک LED سوپر رد با روشنایی بالا و نصب سطحی در بسته‌بندی PLCC-2 (حامل تراشه با پایه پلاستیکی) را تشریح می‌کند. این قطعه که عمدتاً برای کاربردهای داخلی خودرویی پرچالش طراحی شده است، عملکرد قابل اطمینان را با انطباق با استانداردهای صنعتی ترکیب می‌کند. فرم فشرده و ساختار مستحکم آن، آن را برای عملکردهای روشنایی حیاتی اما با محدودیت فضا در کابین خودرو مناسب می‌سازد.

مزایای اصلی این LED شامل زاویه دید گسترده 120 درجه برای روشنایی یکنواخت، شدت نور معمولی 600 میلی‌کاندلا (mcd) در جریان راه‌اندازی استاندارد 20mA و انطباق با استانداردهای سختگیرانه خودرویی و محیطی مانند AEC-Q102، RoHS، REACH و الزامات بدون هالوژن است. این ترکیب، آن را به انتخابی قابل اعتماد برای طراحانی تبدیل می‌کند که به دنبال طول عمر و عملکرد در محیط‌های خودرویی هستند.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

2.1 ویژگی‌های نورسنجی و الکتریکی

پارامترهای عملیاتی کلیدی، محدوده عملکرد LED را تعریف می‌کنند. نقطه عملیاتی معمول جریان مستقیم (IF) 20mA است، با حداقل 5mA و حداکثر رتبه مطلق 50mA. در 20mA، ولتاژ مستقیم معمول (VF) 2.0V است که از حداقل 1.75V تا حداکثر 2.75V متغیر است. این عملکرد با ولتاژ پایین به استفاده کارآمد از توان کمک می‌کند.

خروجی نورسنجی اولیه با شدت نور (IV) 600 mcd (معمولی) مشخص می‌شود، با حداقل 450 mcd و حداکثر 1120 mcd تحت شرایط آزمایش استاندارد. انتشار نور در طیف سوپر رد است، با طول موج غالب (λd) معمولاً در 630 نانومتر، که بین 627 نانومتر و 639 نانومتر متغیر است. زاویه دید گسترده 120 درجه (تلورانس ±5°) توزیع نور گسترده و یکنواخت را تضمین می‌کند که برای روشنایی پنل و نشانگر حیاتی است.

2.2 رتبه‌بندی حرارتی و حداکثر مطلق

مدیریت حرارتی برای طول عمر LED حیاتی است. این قطعه دارای دو مقدار مقاومت حرارتی است: یک مقاومت حرارتی واقعی (Rth JS real) معادل 160 K/W (حداکثر) و یک مقاومت حرارتی الکتریکی (Rth JS el) معادل 125 K/W (حداکثر). این مقادیر نشان‌دهنده افزایش دما به ازای هر وات توان تلف شده از پیوندگاه تا نقطه لحیم‌کاری هستند.

رتبه‌بندی‌های حداکثر مطلق، محدودیت‌های عملیاتی را تعریف می‌کنند که برای جلوگیری از آسیب دائمی نباید از آن‌ها تجاوز کرد. حداکثر اتلاف توان (Pd) 137 mW است. قطعه می‌تواند جریان موجی (IFM) 100 mA را برای پالس‌های ≤ 10 μs با چرخه کاری بسیار پایین (0.005) تحمل کند. دمای پیوندگاه (TJ) نباید از 125°C تجاوز کند، در حالی که محدوده دمای عملیاتی و ذخیره‌سازی از -40°C تا +110°C مشخص شده است که مناسب بودن آن برای کاربردهای خودرویی را تأیید می‌کند. حساسیت ESD (HBM) در رتبه 2 kV است.

3. تحلیل منحنی‌های عملکرد

3.1 رابطه طیف و جریان-ولتاژ

نمودار توزیع طیفی نسبی، یک منحنی انتشار باریک و قله‌ای را نشان می‌دهد که حول 630 نانومتر متمرکز است که مشخصه یک LED قرمز با خلوص بالا است. منحنی جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (IF-VF) مشخصه نمایی دیود را نشان می‌دهد. نمودار شدت نور نسبی در مقابل جریان مستقیم، افزایش تقریباً خطی در خروجی نور را با جریان تا نقطه معمول 20mA نشان می‌دهد، با کاهش تدریجی در جریان‌های بالاتر به دلیل افزایش اثرات حرارتی.

3.2 وابستگی به دما

عملکرد نسبت به دما یک ملاحظه طراحی کلیدی است. نمودار شدت نور نسبی در مقابل دمای پیوندگاه همبستگی منفی را نشان می‌دهد؛ با افزایش دما، خروجی نور کاهش می‌یابد. این یک رفتار معمول برای LEDها است. برعکس، ولتاژ مستقیم ضریب دمایی منفی نشان می‌دهد و به صورت خطی با افزایش دمای پیوندگاه کاهش می‌یابد. طول موج غالب نیز با دما جابجا می‌شود، معمولاً با گرم شدن پیوندگاه افزایش می‌یابد (انتقال به سرخ). این منحنی‌ها برای طراحی مدارهای با جبران دمایی به منظور حفظ روشنایی و رنگ ثابت ضروری هستند.

3.3 کاهش رتبه و عملکرد پالسی

منحنی کاهش رتبه جریان مستقیم برای قابلیت اطمینان حیاتی است. این منحنی حداکثر جریان مستقیم مجاز پیوسته را بر اساس دمای پد لحیم‌کاری (TS) دیکته می‌کند. به عنوان مثال، در دمای پد لحیم‌کاری 110°C، حداکثر جریان پیوسته مجاز 35mA است. نمودار همچنین حداقل جریان عملیاتی 5mA را مشخص می‌کند. نمودار قابلیت تحمل پالس مجاز، راهنمایی برای عملکرد پالسی ارائه می‌دهد و جریان پیک پالس مجاز را برای عرض‌های پالس و چرخه‌های کاری مختلف نشان می‌دهد که برای کاربردهای مالتی‌پلکسینگ یا تنظیم نور PWM مفید است.

4. توضیح سیستم باینینگ

LED بر اساس سه پارامتر کلیدی به باین‌ها (دسته‌ها) تقسیم می‌شود تا یکنواختی در تولید و تطابق طراحی تضمین شود.

4.1 باینینگ شدت نور

شدت نور در باین‌های الفبایی-عددی از L1 (11.2-14 mcd) تا GA (18000-22400 mcd) دسته‌بندی می‌شود. برای این شماره قطعه خاص (65-21-SR0200H-AM)، باین‌های خروجی ممکن برجسته شده و در محدوده‌های U1 (450-560 mcd) و U2 (560-710 mcd) قرار می‌گیرند که با مشخصه معمول 600 mcd همسو است. این به طراحان اجازه می‌دهد در صورت نیاز قطعاتی با تلورانس روشنایی تنگ‌تر انتخاب کنند.

4.2 باینینگ طول موج غالب

طول موج غالب با استفاده از یک کد چهار رقمی باین می‌شود. باین‌ها طیف گسترده‌ای از 459 نانومتر تا 639 نانومتر را پوشش می‌دهند. باین‌های مرتبط برای این LED سوپر رد در محدوده 627-639 نانومتر برجسته شده‌اند، به طور خاص کدهای 2730 (627-630 نانومتر)، 3033 (630-633 نانومتر)، 3336 (633-636 نانومتر) و 3639 (636-639 نانومتر) را پوشش می‌دهند. این امر ثبات رنگ در بین دسته‌های تولید مختلف را تضمین می‌کند.

4.3 باینینگ ولتاژ مستقیم

ولتاژ مستقیم با استفاده از یک کد چهار رقمی که حداقل و حداکثر ولتاژ را در دهم ولت نشان می‌دهد باین می‌شود. باین‌ها از 1012 (1.00-1.25V) تا 2730 (2.70-3.00V) متغیر هستند. برای این LED باVFمعمول 2.0V، باین‌های مرتبط احتمالاً 1720 (1.75-2.00V) و 2022 (2.00-2.25V) هستند. تطابق باین‌های ولتاژ می‌تواند طراحی مدار محدودکننده جریان در آرایه‌های موازی را ساده کند.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

LED در یک بسته نصب سطحی استاندارد PLCC-2 قرار دارد. نقشه مکانیکی (که با ارجاع به بخش "ابعاد مکانیکی" اشاره شده است) معمولاً یک بسته با دو پایه در طرفین مخالف را نشان می‌دهد. ابعاد حیاتی شامل طول، عرض و ارتفاع کلی، فاصله پایه‌ها و اندازه/موقعیت لنز قالب‌گیری شده است. این بسته برای سازگاری با فرآیندهای اتوماتیک برداشت و قراردادن و لحیم‌کاری ریفلو که معمولاً در تولید انبوه الکترونیک استفاده می‌شوند طراحی شده است.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفیل لحیم‌کاری ریفلو

دیتاشیت دمای لحیم‌کاری ریفلو را حداکثر 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 30 ثانیه مشخص می‌کند. این به دمای اوج اندازه‌گیری شده در پایه‌ها/اتصالات لحیم اشاره دارد. یک پروفیل ریفلو توصیه شده معمولاً ارائه می‌شود که مراحل پیش‌گرم، خیساندن، ریفلو و خنک‌سازی را برای جلوگیری از شوک حرارتی و اطمینان از اتصالات لحیم قابل اعتماد بدون آسیب به ساختار داخلی LED یا لنز اپوکسی ترسیم می‌کند.

6.2 طرح پیشنهادی پد لحیم‌کاری

یک طرح پد لحیم‌کاری توصیه شده ارائه شده است تا پایداری مکانیکی مناسب و تشکیل فیله لحیم تضمین شود. این طراحی پد، استقامت اتصال لحیم و مسیر انتقال حرارت از پد حرارتی LED (در صورت وجود) یا پایه‌ها به برد مدار چاپی (PCB) را بهینه می‌کند. پیروی از این طرح برای بازده تولید و قابلیت اطمینان بلندمدت ضروری است.

6.3 ملاحظات استفاده

ملاحظات عمومی شامل اجتناب از استفاده از ابزار تیز در حین جابجایی برای جلوگیری از آسیب به لنز یا پایه‌ها است. ذخیره‌سازی باید در یک محیط خشک و ضد استاتیک مطابق با رتبه MSL (سطح حساسیت رطوبت) 3 باشد که نیاز به پخت قطعات در صورت قرارگیری در معرض شرایط محیطی فراتر از عمر مفید کف آن‌ها قبل از لحیم‌کاری ریفلو دارد. همچنین باید از قرارگیری مستقیم در معرض نور UV با شدت بالا یا مواد شیمیایی خاص اجتناب شود.

7. پیشنهادات کاربردی

7.1 سناریوهای کاربردی معمول

همانطور که در PDF نشان داده شده است، کاربرد اصلیروشنایی داخلی خودرواست. این شامل روشنایی برای کلیدهای داشبورد، دستگیره‌های در، نشانگرهای تعویض دنده، کنترل‌های سیستم صوتی و نورپردازی محیطی می‌شود. کاربرد کلیدی دومروشنایی کلاستراست که به کلاسترهای ابزار یا گیج‌های داشبورد اشاره دارد، جایی که نور پس‌زمینه یکنواخت و قابل اعتماد برای آیکون‌ها، عقربه‌ها و نمادهای هشدار مورد نیاز است.

7.2 ملاحظات طراحی

هنگام طراحی با این LED، موارد زیر را در نظر بگیرید: همیشه از یک مقاومت محدودکننده جریان سری یا یک درایور جریان ثابت برای تنظیم جریان مستقیم استفاده کنید، معمولاً در 20mA برای روشنایی اسمی. هنگام محاسبه مقدار مقاومت یا ولتاژ خروجی درایور، باین ولتاژ مستقیم و تلورانس آن را در نظر بگیرید. مدیریت حرارتی را در نظر بگیرید، به ویژه در فضاهای بسته یا دمای محیط بالا؛ از منحنی کاهش رتبه برای تنظیم حداکثر جریان راه‌اندازی استفاده کنید. برای روشنایی یکنواخت در چندین LED، قطعات را از باین‌های شدت نور و طول موج یکسان یا مجاور انتخاب کنید. زاویه دید گسترده نیاز به اپتیک ثانویه را در بسیاری از کاربردهای روشنایی منتشر کاهش می‌دهد.

8. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با LEDهای PLCC-2 غیرخودرویی عمومی، تمایزدهنده‌های کلیدی این قطعه، تاییدیه‌های رسمی آن است. تاییدیه AEC-Q102 نشان می‌دهد که مجموعه‌ای از تست‌های استرس تعریف شده برای دستگاه‌های نوری-الکترونیکی گسسته در کاربردهای خودرویی، از جمله عمر عملیاتی دمای بالا، چرخه دمایی و مقاومت در برابر رطوبت را پشت سر گذاشته است. رتبه کلاس استحکام خوردگی B1 نشان‌دهنده مقاومت افزایش یافته در برابر گازهای خورنده مانند گوگرد است که ممکن است در برخی محیط‌های خودرویی وجود داشته باشد. ترکیب زاویه دید گسترده 120 درجه و شدت معمولی 600mcd تعادل خوبی از روشنایی و پراکندگی برای کاربردهای داخلی ارائه می‌دهد.

9. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: آیا می‌توانم این LED را در 30mA برای روشنایی بیشتر راه‌اندازی کنم؟

ج: در حالی که حداکثر رتبه مطلق 50mA است، جریان عملیاتی معمول 20mA است. راه‌اندازی در 30mA ممکن است اما دمای پیوندگاه را افزایش داده و کاهش لومن را تسریع می‌کند. شما باید با توجه به دمای پد لحیم‌کاری کاربرد خود، منحنی کاهش رتبه را بررسی کنید تا اطمینان حاصل کنید دمای پیوندگاه زیر 125°C باقی می‌ماند.

س: تفاوت بین مقاومت حرارتی واقعی و الکتریکی چیست؟

ج: مقاومت حرارتی واقعی (Rth JS real) با استفاده از یک سنسور دمای فیزیکی اندازه‌گیری می‌شود. مقاومت حرارتی الکتریکی (Rth JS el) با استفاده از ضریب دمایی ولتاژ مستقیم LED محاسبه می‌شود. برای اهداف طراحی، مقدار محافظه‌کارانه‌تر (بالاتر)، در این مورد 160 K/W، باید برای تحلیل حرارتی بدترین حالت استفاده شود.

س: آیا دیود محافظت معکوس ضروری است؟

ج: دیتاشیت بیان می‌کند که دستگاه "برای عملکرد معکوس طراحی نشده است." اعمال ولتاژ معکوس می‌تواند به آن آسیب برساند. در مدارهایی که امکان ولتاژ معکوس وجود دارد (به عنوان مثال، در سناریوهای تخلیه بار خودرویی)، حفاظت خارجی مانند یک دیود سری یا یک دیود TVS به شدت توصیه می‌شود.

10. مورد عملی طراحی

طراحی نور پس‌زمینه برای یک پنل کنترل آب و هوای خودرو با 10 نشانگر یکسان را در نظر بگیرید. هر نشانگر از یک LED استفاده می‌کند. ولتاژ تغذیه، سیستم اسمی 12 ولت خودرو است. برای اطمینان از طول عمر، طراحی هدف دمای پد لحیم‌کاری حداکثر 85°C را دنبال می‌کند. از منحنی کاهش رتبه، در 85°C، حداکثر جریان پیوسته تقریباً 45mA است. انتخاب نقطه عملیاتی امن 15mA برای هر LED حاشیه ایجاد کرده و تنش حرارتی را کاهش می‌دهد. باVFمعمول 2.0V، مقدار مقاومت سری مورد نیاز برای هر LED روی منبع تغذیه 12 ولت (12V - 2.0V) / 0.015A = 667 Ω است (از مقدار استاندارد 680 Ω استفاده کنید). اتلاف توان هر مقاومت (10V)^2 / 680Ω ≈ 0.147W است، بنابراین یک مقاومت 1/4W کافی است. برای اطمینان از یکنواختی رنگ و روشنایی، در هنگام خرید، LEDها را از باین شدت نور یکسان (مثلاً U1) و باین طول موج غالب یکسان (مثلاً 2730) مشخص کنید.

11. اصل عملکرد

این یک دیود نورافشان (LED) است، یک دستگاه پیوندگاه p-n نیمه‌هادی. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیش از پتانسیل داخلی پیوندگاه اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها در سراسر پیوندگاه تزریق می‌شوند. هنگامی که این حامل‌های بار بازترکیب می‌شوند، انرژی به شکل فوتون (نور) آزاد می‌شود. ترکیب ماده خاص لایه‌های نیمه‌هادی (معمولاً بر پایه آلومینیوم گالیم آرسناید - AlGaAs برای LEDهای قرمز) طول موج (رنگ) نور منتشر شده را تعیین می‌کند. بسته‌بندی PLCC-2 تراشه نیمه‌هادی را محصور می‌کند، محافظت مکانیکی ارائه می‌دهد، یک لنز اپوکسی قالب‌گیری شده را که خروجی نور را برای دستیابی به زاویه دید 120 درجه شکل می‌دهد، در بر می‌گیرد و پایه‌هایی برای اتصال الکتریکی و اتلاف حرارت ارائه می‌دهد.

12. روندهای صنعت

روند در روشنایی داخلی خودرو به سمت یکپارچگی بالاتر، کنترل هوشمندتر و تجربه کاربری بهبود یافته ادامه دارد. LEDها به طور فزاینده‌ای نه تنها برای عملکرد، بلکه برای فضاسازی و برندسازی استفاده می‌شوند. این امر تقاضا برای LEDهایی با بازدهی بالاتر (لومن بیشتر در هر وات)، باینینگ رنگ و روشنایی تنگ‌تر برای ظاهر یکنواخت و معیارهای قابلیت اطمینان بهبود یافته برای مطابقت با گارانتی‌های طولانی‌تر خودرو را هدایت می‌کند. همچنین یکپارچگی فزاینده LEDها با درایورهای داخلی یا ICهای کنترل (مانند iC-LEDها) برای ساده‌سازی طراحی مدار و فعال‌سازی ویژگی‌های پیشرفته مانند آدرس‌پذیری فردی برای جلوه‌های نورپردازی پویا وجود دارد. قطعه توصیف شده در اینجا، با تاییدیه‌های خودرویی و عملکرد یکنواخت خود، در لایه بنیادی این اکوسیستم در حال تکامل قرار می‌گیرد و منبع نور خام قابل اعتمادی را برای سیستم‌های روشنایی ساده و پیچیده فراهم می‌کند.