فهرست مطالب
- 1. مرور کلی محصول
- 1.1 ویژگیهای اصلی و بازار هدف
- 2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی
- 2.1 مشخصات الکتریکی و نوری
- 2.2 رتبهبندیهای حرارتی و حداکثر مطلق
- 3. تحلیل منحنیهای عملکرد
- 3.1 وابستگیهای جریان، ولتاژ و دما
- 3.2 کاهش رتبه و کار پالسی
- 4. توضیح سیستم دستهبندی
- 4.1 دستهبندی شدت نور
- 4.2 دستهبندی طول موج غالب
- 5. مشخصات مکانیکی، مونتاژ و بستهبندی
- 5.1 ابعاد فیزیکی و قطبیت
- 5.2 دستورالعملهای لحیمکاری و جابجایی
- 5.3 اطلاعات بستهبندی و سفارش
- 6. نکات کاربردی و ملاحظات طراحی
- 6.1 مدارهای کاربردی معمول
- 6.2 مدیریت حرارت در طراحی
- 6.3 طراحی برای قابلیت اطمینان خودرویی
- 7. مقایسه فنی و روندها
- 7.1 اصل عملکرد
- 7.2 زمینه صنعت و تکامل
1. مرور کلی محصول
این سند مشخصات یک LED زرد با روشنایی بالا و نصب سطحی در بستهبندی PLCC-2 (حامل تراشه با پایه پلاستیکی) را به تفصیل شرح میدهد. این قطعه برای قابلیت اطمینان و عملکرد در محیطهای سخت طراحی شده و دارای ابعاد فشرده مناسب برای فرآیندهای مونتاژ خودکار است. تمرکز اصلی کاربرد آن بر روشنایی داخلی خودرو، از جمله کلاسترهای ابزار دقیق، میباشد که در آن خروجی رنگ یکنواخت و پایداری بلندمدت حیاتی است.
1.1 ویژگیهای اصلی و بازار هدف
ویژگیهای تعیینکننده LED، آن را برای کاربردهای صنعتی و مصرفی خاصی مناسب میسازد. نوع بستهبندی، سازگاری با خطوط تولید استاندارد SMT (فناوری نصب سطحی) را تضمین میکند. رنگ زرد، که توسط طول موج غالب تعریف میشود، از طریق مواد نیمههادی خاصی حاصل میشود. شدت نور معمول 1120 میلیکاندلا (mcd) در جریان راهاندازی استاندارد 20mA، روشنایی کافی برای مقاصد نشانگر و نور پسزمینه فراهم میکند. زاویه دید گسترده 120 درجه، دید خوبی از زوایای مختلف را تضمین میکند. مطابقت با استاندارد صلاحیت خودرویی AEC-Q101 یک تمایزدهنده کلیدی است که نشاندهنده آزمایشهای سختگیرانه برای چرخههای دمایی، مقاومت در برابر رطوبت و پایداری عملیاتی بلندمدت میباشد و آن را برای محیط خشن داخل خودروها مناسب میسازد. رعایت مقررات RoHS (محدودیت مواد خطرناک) و REACH، مطابقت زیستمحیطی برای بازارهای جهانی را تضمین میکند.
2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی
درک کامل پارامترهای الکتریکی، نوری و حرارتی برای طراحی صحیح مدار و عملکرد قابل اطمینان ضروری است.
2.1 مشخصات الکتریکی و نوری
ولتاژ مستقیم (VF) دارای مقدار معمول 2.0V و حداکثر 2.75V در جریان آزمایش استاندارد 20mA است. این پارامتر برای تعیین مقدار مقاومت محدودکننده جریان در یک مدار سری حیاتی است. حداکثر جریان مستقیم مطلق برای کار DC برابر 50mA است، با رتبه جریان لحظهای 100mA برای پالسهای بسیار کوتاه (≤10μs). این قطعه برای کار با بایاس معکوس طراحی نشده است. شدت نور (IV) با حداقل 710 mcd، معمول 1120 mcd و حداکثر 1400 mcd در 20mA مشخص شده است که گستره عملکرد مورد انتظار را نشان میدهد. طول موج غالب (λd) رنگ زرد را تعریف میکند که از 585nm تا 594nm متغیر است و معمولاً حول 590nm متمرکز است.
2.2 رتبهبندیهای حرارتی و حداکثر مطلق
مدیریت حرارتی برای طول عمر LED حیاتی است. مقاومت حرارتی از اتصال به نقطه لحیمکاری به صورت 160 K/W (واقعی) و 125 K/W (الکتریکی) مشخص شده است که نشان میدهد گرما چقدر مؤثر از تراشه نیمههادی دور میشود. حداکثر دمای مجاز اتصال (Tj) 125°C است. محدوده دمای کاری از 40- درجه سانتیگراد تا 110+ درجه سانتیگراد است که برای محیطهای زیر داشبورد خودرو مناسب میباشد. این قطعه میتواند دمای اوج لحیمکاری بازجوشی 260°C را به مدت 30 ثانیه تحمل کند که با پروفیلهای رایج لحیمکاری بدون سرب همسو است. همچنین دارای رتبه حساسیت ESD (تخلیه الکترواستاتیک) 2kV (مدل بدن انسان) است که نیازمند رعایت احتیاطهای استاندارد هنگام مونتاژ است.
3. تحلیل منحنیهای عملکرد
نمودارهای ارائه شده، بینشی از رفتار LED تحت شرایط مختلف ارائه میدهند که برای طراحی مستحکم حیاتی است.
3.1 وابستگیهای جریان، ولتاژ و دما
نمودار جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم، رابطه نمایی IV معمول یک دیود را نشان میدهد. منحنی شدت نور نسبی در مقابل جریان مستقیم نشان میدهد که خروجی نور با جریان افزایش مییابد اما ممکن است در جریانهای بالاتر به دلیل اثرات حرارتی زیرخطی شود. نمودار طول موج غالب در مقابل جریان مستقیم، تغییر ناچیزی با جریان نشان میدهد که نشاندهنده پایداری خوب رنگ است. نمودار ولتاژ مستقیم نسبی در مقابل دمای اتصال دارای ضریب منفی است، به این معنی که VF با افزایش دما کاهش مییابد که میتواند برای حسکردن غیرمستقیم دما استفاده شود. نمودار شدت نور نسبی در مقابل دمای اتصال، کاهش مورد انتظار در خروجی نور با افزایش دما را نشان میدهد که یک ملاحظه کلیدی برای طراحی حرارتی است. نمودار تغییر طول موج نسبی در مقابل دمای اتصال نشان میدهد که رنگ زرد چگونه ممکن است با دما کمی تغییر کند.
3.2 کاهش رتبه و کار پالسی
منحنی کاهش رتبه جریان مستقیم برای تعیین حداکثر جریان عملیاتی ایمن در دمای محیط یا پایه لحیمکاری بالا ضروری است. به عنوان مثال، در دمای پایه لحیمکاری (Ts) برابر 110°C، حداکثر جریان مستقیم مجاز به 35mA کاهش مییابد. نمودار قابلیت تحمل پالس مجاز، جریان اوج (IF) مجاز برای عرض پالس (tp) و چرخه وظیفه (D) مشخصی را تعریف میکند که برای کاربردهای مالتیپلکسینگ یا تنظیم نور PWM (مدولاسیون عرض پالس) بدون گرم شدن بیش از حد اتصال مفید است.
4. توضیح سیستم دستهبندی
برای اطمینان از یکنواختی در تولید انبوه، LEDها بر اساس عملکرد دستهبندی میشوند.
4.1 دستهبندی شدت نور
شدت نور در دستههای الفبایی-عددی (مانند L1, L2, M1... تا GA) دستهبندی میشود. هر دسته محدوده خاصی از حداقل و حداکثر شدت نور را بر حسب میلیکاندلا (mcd) پوشش میدهد. برای این شماره قطعه خاص، خروجی معمول 1120 mcd در دسته \"AA\" (1120-1400 mcd) قرار میگیرد. طراحان میتوانند یک کد دسته را برای تضمین حداقل سطح روشنایی برای کاربرد خود مشخص کنند.
4.2 دستهبندی طول موج غالب
طول موج غالب، که سایه دقیق رنگ زرد را تعریف میکند، همچنین با استفاده از کدهای عددی (مانند 9194, 9497) دستهبندی میشود. دسته \"9194\" محدودهای از 591nm تا 594nm را پوشش میدهد. مقدار معمول 590nm برای این قطعه نشان میدهد که احتمالاً در دسته \"8891\" (588-591nm) یا \"9194\" قرار میگیرد. مشخص کردن یک دسته طول موج تنگ، یکنواختی رنگ را در بین چندین LED در یک نمایشگر یا آرایه روشنایی تضمین میکند.
5. مشخصات مکانیکی، مونتاژ و بستهبندی
5.1 ابعاد فیزیکی و قطبیت
بستهبندی PLCC-2 دارای یک فوتپرینت استاندارد است. نقشه مکانیکی (که با ارجاع به بخش اشاره شده است) طول، عرض و ارتفاع (معمولاً حدود 3.2mm x 2.8mm x 1.9mm) و همچنین فاصله پایهها را نشان میدهد. بسته شامل یک نشانگر قطبیت، معمولاً یک شکاف یا گوشه پخخورده، برای شناسایی کاتد است. طرح پایه لحیمکاری توصیه شده برای اطمینان از اتصال لحیمکاری قابل اطمینان و اتلاف حرارت مناسب در حین بازجوش ارائه شده است.
5.2 دستورالعملهای لحیمکاری و جابجایی
پروفیل لحیمکاری بازجوشی پارامترهای حیاتی را مشخص میکند: پیشگرم، خیساندن، اوج بازجوشی (حداکثر 260°C) و نرخهای خنکسازی برای جلوگیری از شوک حرارتی به قطعه. احتیاطهای استفاده شامل محافظت استاندارد ESD، اجتناب از تنش مکانیکی روی لنز و عدم تجاوز از رتبهبندیهای حداکثر مطلق است. شرایط نگهداری مناسب (در محدوده دمای مشخص شده 40- تا 110+ درجه سانتیگراد و رطوبت کم) برای حفظ قابلیت لحیمکاری و عملکرد توصیه میشود.
5.3 اطلاعات بستهبندی و سفارش
LEDها در بستهبندی نوار و قرقره سازگار با ماشینهای برداشت و قراردادن خودکار عرضه میشوند. بخش اطلاعات بستهبندی، ابعاد قرقره، عرض نوار، فاصله حفرهها و جهتگیری را به تفصیل شرح میدهد. ساختار شماره قطعه (مانند 67-21-UY0200H-AM) ویژگیهای کلیدی مانند رنگ (Y برای زرد)، بستهبندی و احتمالاً دستههای عملکرد را کدگذاری میکند. اطلاعات سفارش، نحوه مشخص کردن مقدار، نوع بستهبندی و هرگونه نیاز خاص دستهبندی را روشن میسازد.
6. نکات کاربردی و ملاحظات طراحی
6.1 مدارهای کاربردی معمول
در یک مدار راهاندازی DC معمول، یک مقاومت محدودکننده جریان اجباری است. مقدار مقاومت (R) با استفاده از قانون اهم محاسبه میشود: R = (Vsupply - VF) / IF. برای منبع تغذیه 5V و هدف IF=20mA با VF=2.0V، R = (5V - 2.0V) / 0.02A = 150 اهم. رتبه توان مقاومت باید حداقل PR = (Vsupply - VF) * IF = 0.06W باشد؛ یک مقاومت 1/8W یا 1/4W مناسب است. برای کاربردهایی که نیاز به کنترل روشنایی یا مالتیپلکسینگ دارند، PWM (مدولاسیون عرض پالس) روش ترجیحی نسبت به تنظیم نور جریان آنالوگ است، زیرا ثبات رنگ را حفظ میکند.
6.2 مدیریت حرارت در طراحی
علیرغم مصرف توان کم (~40mW در 20mA)، هیتسینک مؤثر برای حفظ عملکرد و طول عمر، به ویژه در دمای محیط بالا یا فضاهای محصور، مهم است. مسیر حرارتی از اتصال، از طریق بسته، به پایههای لحیمکاری و سپس به برد مدار چاپی (PCB) میرود. استفاده از یک PCB با وایاهای حرارتی زیر پایه حرارتی LED که به یک صفحه زمین متصل شده است، اتلاف حرارت را به طور قابل توجهی بهبود میبخشد، دمای اتصال را کاهش میدهد و به حفظ خروجی نوری بالاتر کمک میکند.
6.3 طراحی برای قابلیت اطمینان خودرویی
برای کلاستر خودرو یا روشنایی داخلی، موارد زیر را در نظر بگیرید: از جریانهای عملیاتی کاهشرتبهشده (مانند 15-18mA به جای 20mA) برای افزایش طول عمر و کاهش تنش حرارتی استفاده کنید. اطمینان حاصل کنید که طرح PCB اندوکتانس و خازن پارازیتی در خطوط راهاندازی را به حداقل میرساند. در صورتی که LED مستقیماً توسط باس برق خودرو راهاندازی میشود، مدارهای محافظتی در برابر تخلیه بار و سایر گذرای الکتریکی خودرویی را پیادهسازی کنید. تأیید کنید که کدهای دسته انتخاب شده برای شدت و طول موج، الزامات زیباییشناختی و عملکردی محصول نهایی را در تمام دمایهای عملیاتی مشخص شده برآورده میکنند.
7. مقایسه فنی و روندها
7.1 اصل عملکرد
دیود نورافشان (LED) یک وسیله نیمههادی پیوند p-n است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم اعمال میشود، الکترونها و حفرهها در ناحیه فعال بازترکیب میشوند و انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد میکنند. رنگ نور توسط انرژی گاف نواری مواد نیمههادی مورد استفاده در لایه فعال تعیین میشود. LEDهای زرد معمولاً بر اساس موادی مانند فسفید آلومینیوم گالیم ایندیم (AlGaInP) ساخته میشوند. بستهبندی PLCC شامل یک حفره بازتابنده و یک لنز اپوکسی قالبگیریشده است که خروجی نور را شکل میدهد و محافظت محیطی را فراهم میکند.
7.2 زمینه صنعت و تکامل
بستهبندی PLCC-2 نمایانگر یک فرمفکتور بالغ و به طور گسترده پذیرفته شده در صنعت LED است که تعادل خوبی از اندازه، هزینه و عملکرد نوری ارائه میدهد. روندهای کلیدی در فناوری LED مرتبط با چنین قطعاتی شامل بهبود مستمر بازده نوری (خروجی نور بیشتر به ازای هر وات ورودی الکتریکی)، پایداری رنگ بهبودیافته در دما و طول عمر، و توسعه اندازههای بستهبندی هرچه کوچکتر با حفظ یا بهبود توان نوری است. تلاش برای قابلیت اطمینان بالاتر و صلاحیتیابی برای استانداردهای سختگیرانهای مانند AEC-Q101 همچنان یک تمرکز اصلی است، به ویژه برای بازارهای خودرویی و صنعتی.
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. |