دیتاشیت LED سوپر قرمز A09K-SR1501H-AM با پکیج PLCC-6 - ابعاد 3.2x2.8x1.9mm - ولتاژ 2.15V - توان 0.32W - سند فنی فارسی

1. مرور محصول

A09K-SR1501H-AM یک دیود نورافشان (LED) سوپر قرمز با روشنایی بالا است که در یک پکیج سطح‌نصب PLCC-6 کپسوله شده است. تمرکز اصلی طراحی آن بر قابلیت اطمینان و عملکرد در محیط‌های سخت خودرویی است. این قطعه شدت نور معمولی 4500 میلی‌کاندلا (mcd) را در جریان راه‌اندازی 150 میلی‌آمپر ارائه می‌دهد که آن را برای کارکردهای مختلف سیگنال‌دهی و روشنایی که دید بالا در آنها حیاتی است، مناسب می‌سازد. یک ویژگی کلیدی، انطباق آن با استاندارد تاییدیه AEC-Q101 است که استحکام آن را برای استفاده خودرویی تأیید می‌کند. علاوه بر این، این قطعه از دستورالعمل‌های محیط زیستی RoHS و REACH پیروی می‌کند و دارای مقاومت در برابر گوگرد است که طول عمر آن را در شرایط عملیاتی سخت افزایش می‌دهد.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

مزایای اصلی این LED ناشی از ترکیب خروجی نوری بالا، زاویه دید گسترده 120 درجه‌ای و قابلیت اطمینان درجه خودرویی آن است. شدت نور بالا، دید عالی را حتی در شرایط روشنایی روز تضمین می‌کند که برای کاربردهای حیاتی ایمنی مانند چراغ ترمز ضروری است. زاویه دید گسترده، توزیع نور یکنواختی فراهم می‌کند و قابلیت درک سیگنال را از زوایای مختلف بهبود می‌بخشد. بازار هدف اولیه، صنعت خودروسازی، به ویژه برای ماژول‌های روشنایی بیرونی است. تاییدیه‌های آن، این قطعه را به انتخابی ترجیحی برای طراحانی تبدیل می‌کند که به قطعاتی نیاز دارند که با استانداردهای سختگیرانه کیفیت و طول عمر خودرویی مطابقت دارند.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

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

2.1 مشخصات فوتومتریک و الکتریکی

پارامتر فوتومتریک مرکزی،شدت نور (I_V)است که با مقدار معمولی 4500 mcd در I_F=150mA مشخص شده است، با حداقل 3550 mcd و حداکثر 7100 mcd. این محدوده وسیع از طریق یک سیستم باینینگ (که بعداً توضیح داده می‌شود) مدیریت می‌شود. تلرانس اندازه‌گیری شار نوری ±8% است و با پد حرارتی در دمای 25 درجه سانتی‌گراد اندازه‌گیری می‌شود.ولتاژ مستقیم (V_F)معمولاً در 150mA برابر با 2.15V است، که از 1.75V تا 3.0V متغیر است. دیتاشیت خاطرنشان می‌کند که این محدوده V_Fنمایانگر 99% از خروجی تولید است، با تلرانس اندازه‌گیری ±0.05V.طول موج غالب (λ_d)رنگ درک شده را تعریف می‌کند؛ برای این LED سوپر قرمز، معمولاً 629 نانومتر است، در محدوده 627 نانومتر تا 639 نانومتر، با تلرانس اندازه‌گیری ±1 نانومتر.زاویه دید (2φ)120 درجه است، با تلرانس ±5 درجه.

2.2 ریتینگ‌های حداکثر مطلق و مدیریت حرارتی

ریتینگ‌های حداکثر مطلق، محدودیت‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آنها ممکن است آسیب دائمی رخ دهد.حداکثر جریان مستقیم پیوسته (I_F)200 میلی‌آمپر است.توان تلف شده (P_d)در 600 میلی‌وات ریت شده است. یک پارامتر حرارتی کلیدی،مقاومت حرارتیاست. دو مقدار ارائه شده است: یک اندازه‌گیری الکتریکی (R_{th JS el}) حداکثر 50 K/W و یک اندازه‌گیری واقعی (R_{th JS real}) حداکثر 60 K/W، هر دو از اتصال (جانکشن) تا نقطه لحیم. مقدار بالاتر \"واقعی\" برای طراحی محافظه‌کارانه‌تر است.دمای اتصال (T_J)نباید از 125 درجه سانتی‌گراد تجاوز کند. محدوده دمای عملیاتی و ذخیره‌سازی از 40- درجه سانتی‌گراد تا 110+ درجه سانتی‌گراد است. این قطعه می‌تواند یکجریان سورژ (I_FM)به اندازه 1000 میلی‌آمپر را برای پالس‌های ≤10 میکروثانیه در یک سیکل کاری پایین (D=0.005) تحمل کند. محافظت در برابر تخلیه الکترواستاتیک (ESD) در 8 کیلوولت (مدل بدن انسان) ریت شده است.

3. توضیح سیستم باینینگ

برای مدیریت تغییرات طبیعی در تولید نیمه‌هادی‌ها، LEDها بر اساس عملکرد دسته‌بندی (باین) می‌شوند. این امر ثبات را برای کاربر نهایی تضمین می‌کند.

3.1 باینینگ شدت نور

شدت نور با استفاده از یک کد الفبایی-عددی (مانند CB، DA، DB) دسته‌بندی می‌شود. دیتاشیت یک جدول گسترده ارائه می‌دهد. برای A09K-SR1501H-AM، \"کادر سیاه برجسته\" نشان‌دهنده باین‌های خروجی ممکن است. بر اساس شدت نور معمولی 4500 mcd و محدوده (3550-7100 mcd)، باین‌های مرتبط CA (2800-3550 mcd)، CB (3550-4500 mcd)، DA (4500-5600 mcd) و DB (5600-7100 mcd) هستند. باین خاص برای یک دسته تولید معین باید در اطلاعات سفارش تأیید شود.

3.2 باینینگ طول موج غالب

طول موج غالب نیز با استفاده از یک کد عددی دسته‌بندی می‌شود. محدوده هدف برای این LED سوپر قرمز 627-630 نانومتر (معمولاً 629 نانومتر) است. با مراجعه به جدول باینینگ، کد \"2730\" مربوط به محدوده 627-630 نانومتر است. باین‌های مجاور مانند \"3033\" (630-633 نانومتر) و \"2427\" (624-627 نانومتر) نیز ممکن است بخشی از گستره تولید باشند. تلرانس ±1 نانومتر است.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

نمودارهای موجود در دیتاشیت نشان می‌دهند که پارامترهای کلیدی تحت شرایط عملیاتی مختلف چگونه تغییر می‌کنند، که برای طراحی مدار مستحکم حیاتی است.

4.1 منحنی IV و شدت نسبی

نمودارجریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیمیک رابطه غیرخطی معمول دیودها را نشان می‌دهد. ولتاژ با افزایش جریان، از حدود 1.4V در جریان کم شروع شده و در 150mA تقریباً به 2.15V می‌رسد. نمودارشدت نور نسبی در مقابل جریان مستقیمتا نقطه معمولی 150mA تقریباً خطی است که نشان‌دهنده بازدهی خوب در محدوده عملیاتی توصیه شده است.

4.2 وابستگی به دما

دما به طور قابل توجهی بر عملکرد LED تأثیر می‌گذارد. نمودارشدت نور نسبی در مقابل دمای اتصالنشان می‌دهد که خروجی با افزایش دما کاهش می‌یابد. در حداکثر دمای عملیاتی پد لحیم 110 درجه سانتی‌گراد (نگاه کنید به منحنی دریتینگ)، شدت نسبی تقریباً 60% مقدار آن در 25 درجه سانتی‌گراد است. این موضوع باید در طراحی حرارتی در نظر گرفته شود. نمودارولتاژ مستقیم نسبی در مقابل دمای اتصالشیب منفی دارد، به این معنی که V_Fبا افزایش دما کاهش می‌یابد (تقریباً 1.5- میلی‌ولت بر درجه سانتی‌گراد). نمودارطول موج نسبی در مقابل دمای اتصالیک جابجایی مثبت را نشان می‌دهد؛ طول موج با افزایش دما کمی افزایش می‌یابد (تقریباً 0.05+ نانومتر بر درجه سانتی‌گراد).

3.3 توزیع طیفی و دریتینگ

منحنیتوزیع طیفی نسبیماهیت تک‌رنگ LED را تأیید می‌کند، با یک قله تیز در طیف قرمز (~629 نانومتر).منحنی دریتینگ جریان مستقیمبرای قابلیت اطمینان حیاتی است. این منحنی حداکثر جریان مستقیم پیوسته مجاز را بر اساس دمای پد لحیم (T_S) تعیین می‌کند. در حداکثر دمای محیط/نقطه لحیم 110 درجه سانتی‌گراد، حداکثر جریان پیوسته مجاز به حدود 84 میلی‌آمپر کاهش می‌یابد. این منحنی همچنین حداقل جریان عملیاتی 20 میلی‌آمپر را مشخص می‌کند. نمودارقابلیت مجاز مدیریت پالسبه طراح اجازه می‌دهد تا جریان‌های عملیاتی پالس‌ای ایمن یا پالس تکی را برای عرض پالس‌های مختلف (t_p) و سیکل‌های کاری (D) محاسبه کند.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

5.1 ابعاد فیزیکی و پلاریته

این LED از یک پکیج سطح‌نصب استاندارد PLCC-6 (Plastic Leaded Chip Carrier) استفاده می‌کند. نقشه مکانیکی نمای بالا و نمای جانبی را با ابعاد حیاتی نشان می‌دهد. طول پکیج 3.2 میلی‌متر، عرض 2.8 میلی‌متر و ارتفاع 1.9 میلی‌متر است. نقشه به وضوح نشانه پلاریته (معمولاً یک گوشه بریده یا یک نقطه روی بالای پکیج) را که مربوط به کاتد است، نشان می‌دهد. جهت‌دهی صحیح در طول مونتاژ ضروری است.

5.2 طرح پد لحیم توصیه شده

یک طرح لند پترن (فوت‌پرینت) توصیه شده برای طراحی PCB ارائه شده است. این پترن تشکیل صحیح اتصال لحیم در طول ریفلو را تضمین می‌کند و اتصال حرارتی و الکتریکی لازم را فراهم می‌کند. رعایت این طرح برای بازدهی تولید و قابلیت اطمینان بلندمدت مهم است.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفایل لحیم‌کاری ریفلو

دیتاشیت یک پروفایل لحیم‌کاری ریفلو را مشخص می‌کند که با فرآیندهای بدون سرب (Pb-free) سازگار است. حداکثر دمای لحیم نباید از 260 درجه سانتی‌گراد تجاوز کند و زمان بالای 240 درجه سانتی‌گراد باید محدود شود. یک نمودار زمان-دمای خاص ارائه شده است که مناطق پیش‌گرم، خیس‌اندن، ریفلو و خنک‌سازی را نشان می‌دهد. پیروی از این پروفایل از آسیب حرارتی به پکیج LED و دای داخلی جلوگیری می‌کند.

6.2 احتیاط‌های استفاده

احتیاط‌های عمومی شامل اجتناب از تنش مکانیکی روی لنز، جلوگیری از آلودگی و اطمینان از عدم کارکرد دستگاه فراتر از ریتینگ‌های حداکثر مطلق آن است. توجه خاص باید به محافظت در برابر تخلیه الکترواستاتیک (ESD) در طول جابجایی و مونتاژ، مطابق با ریتینگ 8kV HBM، معطوف شود.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

LEDها بر روی نوار و قرقره برای مونتاژ خودکار عرضه می‌شوند. اطلاعات بسته‌بندی، ابعاد قرقره، عرض نوار، فاصله پاکت‌ها و جهت‌دهی قطعات روی نوار را به تفصیل شرح می‌دهد. اطلاعات سفارش معمولاً شامل شماره قطعه پایه (A09K-SR1501H-AM) به همراه کدهایی برای باین‌های خاص شدت نور و طول موج می‌شود، اگرچه قالب دقیق در متن ارائه شده توضیح داده نشده است.

8. توصیه‌های کاربردی

8.1 سناریوهای کاربردی معمول

کاربردهای اصلی فهرست شده، همگی در حوزه روشنایی بیرونی خودرو قرار دارند:چراغ ترمز مرکزی نصب بالا (CHMSL), چراغ‌های عقبوچراغ ترمز. روشنایی بالا و رنگ قرمز آن برای این کارکردهای سیگنال‌دهی ایمنی ایده‌آل است. همچنین ممکن است برای سایر کاربردهای نشانگر قرمز که نیازمند قابلیت اطمینان بالا هستند، مناسب باشد.

8.2 ملاحظات طراحی

ملاحظات کلیدی طراحی شامل موارد زیر است:
مدار درایو:یک درایور جریان ثابت برای حفظ خروجی نور پایدار توصیه می‌شود، زیرا روشنایی LED تابعی از جریان است، نه ولتاژ. مدار باید جریان را حداکثر به 200 میلی‌آمپر پیوسته محدود کند، با در نظر گرفتن دریتینگ برای دما.
مدیریت حرارتی:طرح PCB باید یک مسیر حرارتی کافی از پدهای لحیم LED به یک هیت‌سینک یا صفحات مسی برد فراهم کند تا دمای اتصال در محدوده مجاز نگه داشته شود، به ویژه در دماهای محیطی بالا یا جریان‌های درایو بالا.
طراحی نوری:زاویه دید 120 درجه‌ای ممکن است نیاز به اپتیک ثانویه (لنزها، رفلکتورها) برای شکل‌دهی به پرتو برای کاربردهای خاص مانند CHMSL داشته باشد.

9. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با LEDهای قرمز استاندارد غیرخودرویی، تمایزدهنده‌های کلیدی A09K-SR1501H-AM،تاییدیه AEC-Q101ومقاومت در برابر گوگردآن است. این موارد معمولاً در LEDهای درجه تجاری آزمایش نمی‌شوند. شدت نور معمولی بالا (4500 mcd) نیز یک مزیت عملکردی برای کاربردهایی است که نیازمند دید از فاصله دور هستند. پکیج PLCC-6 در مقایسه با پکیج‌های کوچکتر یا بزرگتر، تعادل خوبی از نظر اندازه، عملکرد حرارتی و سهولت مونتاژ ارائه می‌دهد.

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: آیا می‌توانم این LED را مستقیماً از باتری 12 ولت خودرو راه‌اندازی کنم؟
ج: خیر. شما باید از یک مدار محدودکننده جریان یا یک درایور جریان ثابت استفاده کنید. اتصال مستقیم آن به 12 ولت باعث جریان بیش از حد شده و فوراً LED را از بین می‌برد.
س: چرا خروجی نور در دماهای بالا کمتر است؟
ج: این یک ویژگی بنیادی مواد نیمه‌هادی است. افزایش دما، بازترکیب غیرتابشی درون چیپ LED را افزایش می‌دهد و بازده کوانتومی داخلی آن (خروجی نور به ازای هر واحد ورودی الکتریکی) را کاهش می‌دهد.
س: \"MSL: 2a\" به چه معناست؟
ج: سطح حساسیت به رطوبت 2a نشان می‌دهد که پکیج می‌تواند تا 4 هفته در یک محیط خشک (≤30°C/60% RH) ذخیره شود قبل از اینکه نیاز به پخت (بیکینگ) پیش از لحیم‌کاری ریفلو داشته باشد. این موضوع برای کنترل فرآیند تولید مهم است.
س: چگونه باین مناسب را برای کاربرد خود انتخاب کنم؟
ج: برای کاربردهای حساس به رنگ (مانند تطابق چندین LED در یک چراغ عقب)، یک باین طول موج محدود (مانند 2730) را مشخص کنید. برای کاربردهای حساس به روشنایی که حداقل شدت نور مورد نگرانی است، باین حداقل شدت نوری که هدف طراحی شما را برآورده می‌کند، مشخص کنید.

11. مطالعه موردی طراحی و استفاده عملی

سناریو: طراحی یک ماژول CHMSL.یک طراح نیاز به ایجاد یک CHMSL با روشنایی یکنواخت و مطابق با الزامات فوتومتریک قانونی دارد. آنها A09K-SR1501H-AM را به دلیل قابلیت اطمینان آن انتخاب می‌کنند. آنها تصمیم می‌گیرند هر LED را در 100 میلی‌آمپر (زیر نقطه معمولی 150mA) راه‌اندازی کنند تا طول عمر را تضمین کرده و دریتینگ دمای بالا را در نظر بگیرند. با استفاده از منحنی دریتینگ، در حداکثر دمای محاسبه شده نقطه لحیم 85 درجه سانتی‌گراد، درایو 100mA ایمن است. آنها یک آرایه درایور جریان ثابت طراحی می‌کنند. برای اطمینان از ثبات رنگ و روشنایی، با تأمین‌کننده همکاری می‌کنند تا LEDها را از یک دسته تولید واحد در محدوده‌های خاص شدت نور (مانند باین DA) و طول موج (باین 2730) تهیه کنند. طرح PCB از طراحی پد توصیه شده با وایاهای حرارتی متصل به یک صفحه زمین داخلی برای دفع حرارت استفاده می‌کند.

12. مقدمه‌ای بر اصل عملکرد

دیودهای نورافشان، دستگاه‌های نیمه‌هادی هستند که انرژی الکتریکی را مستقیماً از طریق فرآیندی به نام الکترولومینسانس به نور تبدیل می‌کنند. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم در سراسر اتصال p-n اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه نوع n و حفره‌ها از ناحیه نوع p به ناحیه فعال تزریق می‌شوند. هنگامی که این حامل‌های بار بازترکیب می‌شوند، انرژی آزاد می‌کنند. در این LED، ماده نیمه‌هادی (معمولاً بر پایه AlInGaP برای رنگ‌های قرمز/نارنجی/کهربایی) به گونه‌ای مهندسی شده است که این انرژی آزاد شده به شکل فوتون (نور) با طول موج متناظر با نور قرمز (~629 نانومتر) باشد. پکیج پلاستیکی، چیپ نیمه‌هادی ریز را کپسوله و محافظت می‌کند، شامل فریم‌های سربی برای اتصال الکتریکی است و یک لنز قالب‌گیری شده را در بر می‌گیرد که خروجی نور را شکل داده و زاویه دید را تعیین می‌کند.

13. روندهای فناوری

روند در روشنایی LED خودرویی به سمت بازدهی بالاتر (لومن بیشتر بر وات)، چگالی توان بالاتر و یکپارچه‌سازی بیشتر است. این امر امکان طراحی چراغ‌های کوچکتر و با استایل‌بندی بیشتر با مصرف انرژی کمتر را فراهم می‌کند. همچنین حرکت به سمت سیستم‌های روشنایی هوشمند و تطبیقی وجود دارد که در آن LEDهای منفرد یا خوشه‌ها می‌توانند به صورت دیجیتالی برای عملکردهای پویا کنترل شوند. فناوری نیمه‌هادی زیربنایی همچنان در حال بهبود است و عملکرد بهتر در دما و طول عمر عملیاتی طولانی‌تر را ارائه می‌دهد. فناوری پکیج نیز در حال تکامل است تا مدیریت حرارتی بهتری در فاکتورهای فرم فشرده ارائه دهد، که برای حفظ عملکرد و قابلیت اطمینان در کاربردهای خودرویی با محدودیت فضا حیاتی است.