دیتاشیت LED RGB پکیج PLCC-6 - زاویه دید 120 درجه - قرمز 1.95V، سبز 2.75V، آبی 3.00V در 20mA - گرید خودرویی

1. مرور محصول

این سند به تفصیل مشخصات یک LED RGB (قرمز، سبز، آبی) با عملکرد بالا و نصب سطحی در پکیج PLCC-6 را شرح می‌دهد. این قطعه برای ارائه ترکیب رنگ زنده با زاویه دید گسترده 120 درجه مهندسی شده است که آن را برای کاربردهای نیازمند روشنایی یکنواخت مناسب می‌سازد. یک ویژگی کلیدی، تایید آن بر اساس استاندارد AEC-Q102 است که نشان‌دهنده استحکام و قابلیت اطمینان آن برای استفاده در محیط سخت خودرو می‌باشد. محصول با مقررات اصلی زیست‌محیطی و ایمنی از جمله RoHS، EU REACH و الزامات عاری از هالوژن مطابقت دارد.

1.1 مزایای اصلی

• گرید خودرویی:تایید شده مطابق AEC-Q102، تضمین عملکرد تحت شرایط سخت خودرو.
• شدت نور بالا:سطوح روشنایی بالا ارائه می‌دهد، به ویژه در کانال سبز (معمولاً 2200 mcd).
• زاویه دید گسترده:زاویه دید 120 درجه، توزیع نور گسترده و یکنواخت فراهم می‌کند.
• مطابقت زیست‌محیطی:مطابق با استانداردهای RoHS، REACH و عاری از هالوژن (Br/Cl < 900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm).
• ساختار مستحکم:دارای کلاس استحکام در برابر خوردگی B1 و محافظت ESD خوب (2kV برای قرمز، 8kV برای سبز/آبی).

1.2 بازار هدف

کاربرد اصلی این LED درروشنایی داخلی خودرو، مانند نور پس‌زمینه داشبورد، روشنایی کلیدها و سیستم‌های نورپردازی محیطی است. ویژگی‌های آن همچنین آن را برای روشنایی تزئینی عمومی و نشانگر که در آن عملکرد رنگ قابل اطمینان مورد نیاز است، مناسب می‌سازد.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

بخش زیر تفسیر دقیق و عینی از پارامترهای کلیدی الکتریکی، نوری و حرارتی مشخص شده در دیتاشیت ارائه می‌دهد.

2.1 مشخصات فوتومتریک و الکتریکی

شرایط کاری معمول برای پارامترهای مشخص شده در جریان مستقیم (I_F) برابر 20mA و دمای محیط 25 درجه سانتی‌گراد است.

• ولتاژ مستقیم (V_F):افت ولتاژ در هر دیود در 20mA معمولاً 1.95V (قرمز)، 2.75V (سبز) و 3.00V (آبی) است. طراحان باید هنگام طراحی مدارهای محدودکننده جریان برای هر کانال رنگ، این تفاوت‌ها را در نظر بگیرند تا روشنایی متعادل و دقت رنگ تضمین شود.
• شدت نور (I_V):خروجی معمول 900 mcd (قرمز)، 2200 mcd (سبز) و 280 mcd (آبی) است. تغییرات قابل توجه در خروجی بین رنگ‌ها، طراحی دقیق درایور یا کنترل مدولاسیون عرض پالس (PWM) را برای دستیابی به نقاط سفید یا رنگ‌های خاص مورد نظر ضروری می‌سازد.
• طول موج غالب (λ_d):رنگ درک شده را تعریف می‌کند. مقادیر معمول 623nm (قرمز)، 527nm (سبز) و 455nm (آبی) است. تلرانس ±1nm مشخص شده است که دقیق بوده و برای یکنواختی رنگ در تولید مفید است.
• زاویه دید (φ):به عنوان زاویه خارج از محوری تعریف می‌شود که در آن شدت، نصف مقدار اوج است. مشخصه 120° (با تلرانس ±5°) نشان‌دهنده الگوی تابش بسیار گسترده و شبیه لامبرت است که برای روشنایی سطحی ایده‌آل می‌باشد.

2.2 مقادیر حداکثر مطلق و مدیریت حرارتی

کارکرد فراتر از این محدودیت‌ها ممکن است باعث آسیب دائمی شود.

• جریان مستقیم (I_F):حداکثر مطلق 50mA (قرمز) و 30mA (سبز/آبی) است. جریان کاری توصیه شده 20mA می‌باشد. منحنی‌های کاهش رتبه ارائه شده‌اند و با افزایش دمای پد لحیم‌کاری (T_S) باید رعایت شوند.
• اتلاف توان (P_d):مقادیر حداکثر 137mW (قرمز) و 105mW (سبز/آبی) است. این مقدار به صورت V_F* I_Fمحاسبه می‌شود. تجاوز از این حد، خطر گرمای بیش از حد را به همراه دارد.
• دمای اتصال (T_J):حداکثر دمای مجاز در اتصال نیمه‌هادی 125 درجه سانتی‌گراد است.
• مقاومت حرارتی (R_{th JS}):این پارامتر، هم واقعی و هم الکتریکی، نشان می‌دهد که حرارت چقدر موثر از اتصال به نقطه لحیم منتقل می‌شود. مقادیر پایین‌تر بهتر است. مقادیر حداکثر مشخص شده (مثلاً 160 K/W برای قرمز)، طراحی حرارتی PCB لازم (مساحت مس، وایا) را برای حفظ دمای پایین T_J.

3. تحلیل منحنی‌های عملکرد

نمودارهای موجود در دیتاشیت، بینش‌های حیاتی در مورد رفتار قطعه تحت شرایط مختلف ارائه می‌دهند.

3.1 منحنی جریان-ولتاژ و شدت نسبی

نمودارجریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیمرابطه نمایی معمول دیودها را نشان می‌دهد. منحنی‌های قرمز، سبز و آبی متمایز هستند که مقادیر متفاوت V_Fرا تایید می‌کنند. نمودارشدت نور نسبی در مقابل جریان مستقیمتا نقطه معمول 20mA تقریباً خطی است، فراتر از آن بازده ممکن است کاهش یابد (افت بازده)، به ویژه برای LEDهای سبز و آبی.

3.2 وابستگی دمایی

نمودارشدت نور نسبی در مقابل دمای اتصالنشان می‌دهد که خروجی نور با افزایش دما کاهش می‌یابد. LED قرمز بیشترین حساسیت را به تغییرات دما دارد. نمودارولتاژ مستقیم نسبی در مقابل دمای اتصالنشان می‌دهد که V_Fدارای ضریب دمایی منفی است و تقریباً 2mV/°C کاهش می‌یابد. این موضوع برای درایورهای جریان ثابت مهم است. نمودارجابجایی طول موج نسبی در مقابل دمای اتصالنشان می‌دهد که طول موج غالب با دما جابجا می‌شود (معمولاً 0.1-0.3 nm/°C)، که می‌تواند بر پایداری نقطه رنگ در کاربردهای دقیق تأثیر بگذارد.

3.3 توزیع طیفی و الگوهای تابش

نمودارتوزیع طیفی نسبیقله‌های باریک تابش مشخصه LEDهای مدرن را نشان می‌دهد.نمودار مشخصه‌های تابش معمولبرای هر رنگ، به صورت بصری زاویه دید 120 درجه را با پروفیل شدت صاف و گرد تأیید می‌کند.

4. اطلاعات مکانیکی و پکیج

4.1 ابعاد پکیج

قطعه از پکیج نصب سطحی استاندارد PLCC-6 (Plastic Leaded Chip Carrier) استفاده می‌کند. نقشه مکانیکی طول، عرض، ارتفاع و فاصله پایه‌ها را دقیقاً مشخص می‌کند. این اطلاعات برای طراحی جای پایه PCB حیاتی است تا قرارگیری و لحیم‌کاری صحیح تضمین شود.

4.2 پد لحیم‌کاری توصیه شده و قطبیت

یک الگوی پد توصیه شده ارائه شده است تا اتصالات لحیم قابل اطمینان و پایداری مکانیکی تضمین شود. نمودار پایه‌ها، آند و کاتد هر یک از سه تراشه LED (قرمز، سبز، آبی) و پیکربندی کاتد مشترک را شناسایی می‌کند که برای اتصال صحیح مدار ضروری است.

5. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

5.1 پروفیل ریفلو لحیم‌کاری

دیتاشیت یک پروفیل ریفلو با دمای اوج 260 درجه سانتی‌گراد برای حداکثر 30 ثانیه مشخص می‌کند. این یک پروفیل ریفلو استاندارد بدون سرب (Pb-free) است. رعایت این پروفیل برای جلوگیری از آسیب حرارتی به پکیج پلاستیکی یا دی LED ضروری است.

5.2 احتیاط‌های کاربردی

• مدیریت ESD:اگرچه قطعه دارای محافظت داخلی ESD (2kV/8kV HBM) است، اما باید در حین جابجایی و مونتاژ، احتیاط‌های استاندارد ESD رعایت شود.
• کنترل جریان:LEDها باید با یک منبع جریان ثابت راه‌اندازی شوند، نه ولتاژ ثابت، تا از فرار حرارتی جلوگیری شود.
• ذخیره‌سازی:سطح حساسیت رطوبت (MSL) برابر 3 است. این بدان معناست که اگر بسته‌بندی باز شده و برای مدت طولانی‌تر از زمان مشخص شده (معمولاً 168 ساعت) در معرض رطوبت محیط قرار گرفته باشد، قطعه باید قبل از لحیم‌کاری پخته شود.

6. پیشنهادات کاربردی و ملاحظات طراحی

6.1 مدارهای کاربردی متداول

برای سیستم‌های 12 ولت خودرو، یک مدار متداول شامل یک رگولاتور ولتاژ (مثلاً به 5V یا 3.3V) و سپس درایورهای جریان ثابت جداگانه یا مقاومت‌های محدودکننده جریان برای هر کانال RGB است. استفاده از کنترل PWM از یک میکروکنترلر، روش استاندارد برای ترکیب رنگ پویا و تنظیم روشنایی است.

6.2 ملاحظات طراحی حرارتی

با توجه به مقاومت حرارتی و اتلاف توان، PCB باید به عنوان هیت‌سینک عمل کند. این شامل استفاده از مس کافی متصل به پد حرارتی جای پایه LED و احتمالاً وایاهای حرارتی به لایه‌های داخلی یا زیرین برای پخش حرارت است. عدم مدیریت حرارت، خروجی نور را کاهش می‌دهد، رنگ را جابجا می‌کند و طول عمر را کوتاه می‌کند.

6.3 ملاحظات طراحی نوری

زاویه دید 120 درجه اغلب نیاز به اپتیک ثانویه در نورپردازی محیطی را از بین می‌برد. برای نور متمرکزتر، ممکن است از لنزهای خارجی یا راهنماهای نور استفاده شود. شدت‌های متفاوت سه رنگ باید در نرم‌افزار/فریم‌ور کالیبره شوند تا یک نقطه سفید هدف (مثلاً D65) حاصل شود.

7. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

7.1 چگونه با این LED RGB نور سفید ایجاد کنم؟

نور سفید با ترکیب سه رنگ اصلی در نسبت‌های شدت خاص ایجاد می‌شود. به دلیل بازده نوری متفاوت (سبز در 20mA درخشان‌ترین و آبی کم‌نورترین است)، نمی‌توانید به سادگی هر سه کانال را با جریان یکسان راه‌اندازی کنید. شما باید جریان‌های درایو یا چرخه وظیفه PWM را کالیبره کنید. به عنوان مثال، ممکن است قرمز را در 20mA، سبز را در جریان یا چرخه وظیفه پایین‌تر و آبی را در 20mA یا بالاتر راه‌اندازی کنید و تا زمانی که رنگ‌سنجی سفید مورد نظر روی یک هدف حاصل شود، تنظیم کنید.

7.2 آیا می‌توانم این LED را با جریانی بالاتر از 20mA برای روشنایی بیشتر راه‌اندازی کنم؟

می‌توانید، اما باید حتماً بهمنحنی‌های کاهش رتبه جریان مستقیممراجعه کنید. با افزایش دمای پد لحیم‌کاری، حداکثر جریان مجاز کاهش می‌یابد. به عنوان مثال، حداکثر مطلق LED قرمز 50mA است، اما این تنها زمانی مجاز است که پد لحیم‌کاری در دمای 103 درجه سانتی‌گراد یا پایین‌تر باشد. در دمای 110 درجه سانتی‌گراد، حداکثر جریان تنها 35mA است. تجاوز از این محدودیت‌ها باعث گرمای بیش از حد اتصال و تخریب سریع می‌شود.

7.3 آیا هیت‌سینک مورد نیاز است؟

معمولاً برای یک LED منفرد در 20mA در پکیج PLCC-6، هیت‌سینک فلزی اختصاصی مورد نیاز نیست. با این حال، یکپد حرارتی PCB با طراحی مناسبکاملاً ضروری است و به عنوان هیت‌سینک اصلی عمل می‌کند. برای آرایه‌های LED یا کارکرد در دمای محیطی بالا، مدیریت حرارتی اضافی باید بر اساس اتلاف توان کل و مسیر مقاومت حرارتی ارزیابی شود.

8. اصل عملکرد و روندهای فناوری

8.1 اصل عملکرد پایه

یک LED یک دیود نیمه‌هادی است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیش از انرژی گاف نواری آن اعمال شود، الکترون‌ها با حفره‌ها در ناحیه فعال بازترکیب شده و انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کنند. رنگ (طول موج) نور توسط انرژی گاف نواری مواد نیمه‌هادی استفاده شده (مانند AlInGaP برای قرمز، InGaN برای سبز و آبی) تعیین می‌شود. پکیج PLCC شامل دی LED، حفره بازتابنده و یک لنز اپوکسی شفاف است که خروجی نور را شکل می‌دهد.

8.2 روندهای صنعت

بازار LEDهای خودرویی به دلیل نورپردازی محیطی داخلی، سیگنال‌دهی خارجی و کاربردهای پیشرفته مانند چراغ‌های جلو پیکسلی، همچنان در حال رشد است. روندها شامل:

• بازدهی بالاتر:توسعه مستمر با هدف افزایش لومن بر وات (lm/W)، کاهش مصرف انرژی و بار حرارتی.
• یکنواختی رنگ بهبود یافته:باینینگ دقیق‌تر طول موج و شار نوری برای تضمین ظاهر یکنواخت در کاربردهای چند LED.
• پکیج‌بندی پیشرفته:توسعه پکیج‌هایی با مقاومت حرارتی پایین‌تر و بازده استخراج نوری بالاتر.
• راه‌حل‌های یکپارچه:رشد ماژول‌های LED با درایورها و کنترلرهای یکپارچه، ساده‌سازی طراحی برای تأمین‌کنندگان سطح یک خودرو.

این LED RGB پکیج PLCC-6 نمایانگر یک راه‌حل بالغ و قابل اطمینان است که با الزامات اصلی طراحی‌های روشنایی خودرویی فعلی، بر قابلیت اطمینان، مطابقت با مقررات و عملکرد تأکید دارد.