دیتاشیت LED قرمز PLCC-2 - زاویه دید 120 درجه - ولتاژ معمولی 2.0V - 40mW - درجه خودرویی - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

این سند مشخصات یک LED قرمز با عملکرد بالا و نصب سطحی را که در بسته‌بندی PLCC-2 (حامل تراشه با پایه پلاستیکی) کپسوله شده است، به تفصیل شرح می‌دهد. این قطعه عمدتاً برای محیط‌های سخت‌افزاری الکترونیک خودرو طراحی شده و ترکیبی از خروجی نوری بالا، زاویه دید گسترده و گواهی‌های قابلیت اطمینان قوی را ارائه می‌دهد.

مزایای اصلی این قطعه شامل واجد شرایط بودن آن برای استاندارد AEC-Q102 برای دستگاه‌های گسسته اپتوالکترونیک است که مناسب بودن آن را برای کاربردهای خودرویی تضمین می‌کند. این قطعه دارای مقاومت در برابر گوگرد با درجه A1 است که آن را در برابر جوهای خورنده مقاوم می‌سازد. علاوه بر این، محصول با دستورالعمل‌های RoHS، REACH و عاری از هالوژن مطابقت دارد و با مقررات جهانی زیست‌محیطی و ایمنی همسو است. بازارهای هدف اصلی آن سیستم‌های روشنایی داخلی و خارجی خودرو هستند، از جمله اما نه محدود به: کلاسترهای داشبورد، چراغ‌های نشانگر و عملکردهای مختلف روشنایی در داخل خودرو.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

2.1 مشخصات فوتومتریک و نوری

عملکرد فوتومتریک کلیدی LED تحت جریان مستقیم معمولی (I_F) 20 میلی‌آمپر تعریف می‌شود. شدت نور معمولی (I_V) 1400 میلی‌کاندلا (mcd) است، با محدوده مشخص شده از حداقل 900 mcd تا حداکثر 2240 mcd بسته به انتخاب باینینگ. این روشنایی بالا در حالی حاصل می‌شود که زاویه دید بسیار گسترده (φ) 120 درجه حفظ می‌شود، که به عنوان زاویه خارج از محور تعریف می‌شود که در آن شدت نور به نصف مقدار اوج خود کاهش می‌یابد. طول موج غالب (λ_d) در طیف قرمز قرار دارد و از 612 نانومتر تا 627 نانومتر متغیر است، که رنگ درک شده نور ساطع شده را تعیین می‌کند.

2.2 پارامترهای الکتریکی و حرارتی

مشخصات الکتریکی حول یک ولتاژ مستقیم معمولی (V_F) 2.00 ولت در 20mA متمرکز است، با محدوده مجاز بین 1.75V و 2.75V. حداکثر مقادیر مطلق مرزهای عملیاتی را تعریف می‌کنند: حداکثر جریان مستقیم پیوسته (I_F) 50 میلی‌آمپر، حداکثر اتلاف توان (P_d) 137 میلی‌وات و قابلیت جریان موجی (I_FM) 100 میلی‌آمپر برای پالس‌های ≤ 10 میکروثانیه. این دستگاه برای کار در بایاس معکوس طراحی نشده است.

مدیریت حرارتی برای عملکرد و طول عمر LED حیاتی است. مقاومت حرارتی از اتصال تا نقطه لحیم‌کاری از طریق دو روش مشخص شده است: یک اندازه‌گیری واقعی (R_{th JS real}) با مقدار معمولی 120 K/W (حداکثر 160 K/W) و یک اندازه‌گیری الکتریکی (R_{th JS el}) با مقدار معمولی 100 K/W (حداکثر 120 K/W). حداکثر دمای مجاز اتصال (T_J) 125 درجه سانتی‌گراد است، با محدوده دمای عملیاتی (T_opr) از 40- درجه سانتی‌گراد تا +110 درجه سانتی‌گراد.

3. توضیح سیستم باینینگ

برای اطمینان از ثبات در طراحی کاربرد، LEDها بر اساس پارامترهای کلیدی در دسته‌ها (باین) مرتب می‌شوند. این امر به طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی را انتخاب کنند که الزامات تحمل خاص مدارهایشان را برآورده می‌کنند.

3.1 باینینگ شدت نور

شدت نور در چهار دسته اصلی گروه‌بندی می‌شود: V2 (900-1120 mcd)، AA (1120-1400 mcd)، AB (1400-1800 mcd) و BA (1800-2240 mcd). محدوده شار نوری متناظر نیز با تحمل اندازه‌گیری ±8% برای مرجع ارائه شده است.

3.2 باینینگ طول موج غالب

طول موج غالب، که نقطه رنگ را تعریف می‌کند، در گام‌های 3 نانومتری باین می‌شود. دسته‌ها با برچسب‌های 1215 (612-615 نانومتر)، 1518 (615-618 نانومتر)، 1821 (618-621 نانومتر)، 2124 (621-624 نانومتر) و 2427 (624-627 نانومتر) مشخص شده‌اند، با تحمل اندازه‌گیری ±1 نانومتر.

3.3 باینینگ ولتاژ مستقیم

ولتاژ مستقیم برای کمک به طراحی درایور و تطبیق جریان در آرایه‌های چند LEDیی، در چهار دسته طبقه‌بندی می‌شود: 1720 (1.75-2.00V)، 2022 (2.00-2.25V)، 2225 (2.25-2.50V) و 2527 (2.50-2.75V). تحمل اندازه‌گیری ±0.05V است.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت چندین نمودار ضروری برای درک رفتار LED تحت شرایط عملیاتی مختلف ارائه می‌دهد.

4.1 منحنی جریان-ولتاژ و شدت نسبی

نمودار جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم رابطه نمایی معمول دیودها را نشان می‌دهد. منحنی شدت نور نسبی در مقابل جریان مستقیم نشان می‌دهد که خروجی نور با جریان به صورت فوق خطی افزایش می‌یابد (قبل از اشباع احتمالی)، که اهمیت درایو جریان ثابت را تأکید می‌کند.

4.2 وابستگی به دما

نمودارهای کلیدی حساسیت LED به دما را نشان می‌دهند. منحنی شدت نور نسبی در مقابل دمای اتصال کاهش خروجی نور را با افزایش دما نشان می‌دهد. برعکس، نمودار ولتاژ مستقیم نسبی در مقابل دمای اتصال یک ضریب دمایی منفی را نشان می‌دهد، جایی که V_Fبه صورت خطی با افزایش دما کاهش می‌یابد. این ویژگی گاهی می‌تواند برای حس‌گری دما استفاده شود. نمودار تغییر طول موج غالب در مقابل دمای اتصال نشان‌دهنده تغییر به سمت طول‌موج‌های بلندتر (انتقال به سرخ) با افزایش دما است.

4.3 توزیع طیفی و کاهش ظرفیت

نمودار توزیع طیفی نسبی خروجی تک‌رنگ قرمز با پیک در ناحیه ~625 نانومتر را تأیید می‌کند. منحنی کاهش ظرفیت جریان مستقیم برای طراحی حرارتی حیاتی است و حداکثر جریان پیوسته مجاز را به عنوان تابعی از دمای پد لحیم‌کاری نشان می‌دهد. به عنوان مثال، در حداکثر دمای پد لحیم‌کاری 110 درجه سانتی‌گراد، جریان مستقیم باید به 34 میلی‌آمپر کاهش یابد. نمودار قابلیت مجاز مدیریت پالس، ناحیه عملیاتی ایمن برای جریان‌های پالسی در چرخه‌های وظیفه مختلف را تعریف می‌کند.

5. اطلاعات مکانیکی، بسته‌بندی و مونتاژ

5.1 ابعاد مکانیکی و قطبیت

این قطعه از یک بسته‌بندی استاندارد نصب سطحی PLCC-2 استفاده می‌کند. نقشه مکانیکی خاص (که با ارجاع بخش اشاره شده است) طول، عرض، ارتفاع و فاصله پایه‌ها را به تفصیل شرح می‌دهد. شماره قطعه شامل یک "R" است که نشان‌دهنده پیکربندی قطبیت معکوس است؛ کاتد معمولاً توسط یک شکاف یا یک گوشه علامت‌گذاری شده روی بسته‌بندی نشان داده می‌شود. طراحان باید برای اندازه‌گیری‌های دقیق و ردپا، به نقشه ابعاد دقیق مراجعه کنند.

5.2 طراحی پد لحیم‌کاری و پروفیل ریفلو

یک طرح پد لحیم‌کاری توصیه شده ارائه شده است تا اطمینان حاصل شود که اتصال لحیم به درستی شکل می‌گیرد، تخلیه حرارتی مناسب است و پایداری مکانیکی حفظ می‌شود. پروفیل لحیم‌کاری ریفلو با حداکثر دمای 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 30 ثانیه مشخص شده است، که با فرآیندهای استاندارد لحیم‌کاری بدون سرب (Pb-free) سازگار است. رعایت این پروفیل برای جلوگیری از آسیب حرارتی به بسته‌بندی LED یا اتصال تراشه ضروری است.

5.3 بسته‌بندی و ملاحظات حمل و نقل

این دستگاه دارای سطح حساسیت رطوبتی (MSL) 2 است. این بدان معناست که قطعه می‌تواند تا یک سال در دمای ≤ 30 درجه سانتی‌گراد / رطوبت نسبی 60% ذخیره شود قبل از اینکه نیاز به پخت قبل از لحیم‌کاری ریفلو داشته باشد. باید ملاحظات استاندارد ESD (تخلیه الکترواستاتیک) رعایت شود، زیرا این دستگاه برای مدل بدن انسان (HBM) 2 کیلوولت درجه‌بندی شده است. اطلاعات بسته‌بندی مشخصات قرقره و نوار را برای مونتاژ خودکار به تفصیل شرح می‌دهد.

6. راهنمای کاربرد و ملاحظات طراحی

6.1 سناریوهای کاربردی معمول

این LED به صراحت برای کاربردهای خودرویی طراحی شده است:
روشنایی داخلی:نور پس‌زمینه داشبورد، روشنایی کلیدها، نورپردازی محیطی و نشانگرهای سیستم سرگرمی-اطلاع‌رسانی.
روشنایی خارجی:چراغ ترمز مرکزی نصب بالا (CHMSL)، چراغ‌های نشانگر جانبی و سایر عملکردهای سیگنالی که در آنها روشنایی بالا و زاویه دید گسترده مفید است.
کلاسترها:چراغ‌های هشدار، نشانگرهای اطلاع‌رسان و روشنایی عقربه‌ها.

6.2 ملاحظات طراحی حیاتی

• درایو جریان:همیشه از یک درایور جریان ثابت یا یک مقاومت محدودکننده جریان استفاده کنید. نقطه عملیاتی معمولی 20mA است، اما طراحی باید اطمینان حاصل کند که جریان تحت هیچ شرایطی از حداکثر مطلق 50mA تجاوز نمی‌کند، با در نظر گرفتن کاهش ظرفیت برای دما.
• مدیریت حرارتی:مسیر مقاومت حرارتی از طریق پدهای لحیم‌کاری است. اطمینان حاصل کنید که PCB دارای مس ریخته‌گری کافی یا وایاهای حرارتی برای دفع گرما است، به ویژه هنگام کار در دمای محیط یا جریان‌های بالا.
• محافظت در برابر ESD:در طول حمل و نقل و مونتاژ، اقدامات کنترلی استاندارد ESD را پیاده‌سازی کنید. اگرچه برای 2kV HBM درجه‌بندی شده است، ممکن است در صورت قرار گرفتن LED در معرض رابط‌های قابل دسترسی کاربر، محافظت اضافی روی PCB لازم باشد.
• طراحی نوری:زاویه دید 120 درجه یک پرتو بسیار گسترده ارائه می‌دهد. برای کاربردهایی که نیاز به پرتو متمرکزتر دارند، اپتیک ثانویه (لنزها) مورد نیاز خواهد بود.

7. اطلاعات سفارش و رمزگشایی شماره قطعه

شماره قطعه از یک ساختار خاص پیروی می‌کند:67-21R-UR0201H-AM.
67-21:خانواده محصول.
R:قطبیت معکوس.
UR:کد رنگ (قرمز).
020:جریان تست (20 میلی‌آمپر).
1:نوع فریم پایه.
H:سطح روشنایی (بالا). سطوح دیگر شامل M (متوسط) و L (پایین) می‌شوند.
AM:درجه کاربرد خودرویی را مشخص می‌کند.

هنگام سفارش، ممکن است لازم باشد کدهای باین خاص برای شدت نور، طول موج و ولتاژ مستقیم مشخص شوند تا ویژگی‌های عملکرد مورد نظر به دست آید.

8. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با LEDهای استاندارد تجاری درجه PLCC-2، تمایزدهنده‌های کلیدی این دستگاه، واجد شرایط بودن آن برای خودرو است. گواهی AEC-Q102 شامل تست‌های استرس دقیق برای چرخه دمایی، رطوبت، عمر عملیاتی دمای بالا و سایر شرایط خاص محیط‌های خودرویی است. مقاومت در برابر گوگرد (کلاس A1) ویژگی حیاتی دیگری برای استفاده خودرویی است، جایی که قرار گرفتن در معرض گازهای حاوی گوگرد از تایرها، سوخت‌ها یا آلودگی جوی می‌تواند قطعات آب‌نقره‌ای را خورده و منجر به خرابی شود. محدوده دمای عملیاتی گسترده (40- تا +110 درجه سانتی‌گراد) نیز از مشخصات تجاری معمول فراتر می‌رود.

9. پرسش‌های متداول (FAQ)

س: حداقل جریان مستقیم برای این LED چقدر است؟
ج: دیتاشیت حداقل جریان مستقیم 5 میلی‌آمپر را مشخص کرده است. عملکرد زیر این جریان در نمودار کاهش ظرفیت توصیه نمی‌شود.

س: آیا می‌توانم این LED را با منبع تغذیه 3.3V و بدون مقاومت راه‌اندازی کنم؟
ج: خیر. با V_Fمعمولی 2.0V، اتصال مستقیم آن به 3.3V باعث جریان بیش از حد می‌شود که احتمالاً از حداکثر ریتینگ فراتر رفته و LED را از بین می‌برد. همیشه یک مقاومت سری محدودکننده جریان یا درایور جریان ثابت مورد نیاز است.

س: شدت نور چگونه با دما تغییر می‌کند؟
ج: همانطور که در نمودارهای عملکرد نشان داده شده است، شدت نور با افزایش دمای اتصال کاهش می‌یابد. در حداکثر دمای اتصال 125 درجه سانتی‌گراد، شدت نور نسبی به طور قابل توجهی کمتر از 25 درجه سانتی‌گراد است. طراحی حرارتی برای حفظ روشنایی حیاتی است.

س: "MSL: 2" برای فرآیند تولید من چه معنایی دارد؟
ج: MSL 2 به این معنی است که قطعات در یک کیسه مانع رطوبت با کارت نشانگر رطوبت بسته‌بندی شده‌اند. پس از باز شدن کیسه، قطعات باید در عرض 1 سال در صورت ذخیره در دمای ≤ 30 درجه سانتی‌گراد/60% RH لحیم شوند. اگر در معرض رطوبت بالاتر قرار گیرند یا عمر مفید کف کارخانه سپری شود، قبل از ریفلو نیاز به پخت است تا از آسیب "پاپ کورن" در طول لحیم‌کاری جلوگیری شود.

10. مطالعه موردی طراحی و کاربرد

سناریو: طراحی یک نشانگر هشدار داشبورد با قابلیت اطمینان بالا.
یک طراح به یک چراغ هشدار قرمز "بررسی موتور" نیاز دارد که از طیف وسیعی از موقعیت‌های راننده به وضوح قابل مشاهده باشد، در طول عمر 15 ساله خودرو به طور قابل اطمینان عمل کند و در آب و هوای شدید عملکرد داشته باشد.

انتخاب قطعه:این LED واجد شرایط AEC-Q102 به دلیل قابلیت اطمینان، زاویه دید گسترده 120 درجه که دید را تضمین می‌کند و ساختار مقاوم آن انتخاب شده است.
طراحی مدار:LED توسط سیستم 12 ولتی خودرو از طریق یک درایور جریان ثابت IC تنظیم شده روی 20mA راه‌اندازی می‌شود. درایور محافظت در برابر نوسانات لحظه‌ای تخلیه بار و رویدادهای قطبیت معکوس رایج در سیستم‌های الکتریکی خودرو را فراهم می‌کند.
طراحی حرارتی:PCB با یک پد حرارتی طراحی شده است که به یک صفحه مسی بزرگ متصل است تا گرما را دفع کند و دمای پد لحیم‌کاری را حتی در محیط کابین گرم به خوبی زیر 110 درجه سانتی‌گراد نگه دارد.
طراحی نوری:یک لنز پخش‌کننده ساده روی LED قرار داده می‌شود تا نقطه نور را نرم کرده و آن را از نظر زیبایی‌شناسی در پنل کلاستر ادغام کند.
این رویکرد از مشخصات کلیدی LED برای ایجاد یک راه‌حل بادوام و با عملکرد بالا که با استانداردهای خودرویی مطابقت دارد، استفاده می‌کند.

11. معرفی اصل عملکرد

این دستگاه یک دیود ساطع‌کننده نور (LED) است، یک دیود پیوند نیمه‌هادی p-n. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیش از آستانه دیود اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه نوع n با حفره‌های ناحیه نوع p درون لایه فعال بازترکیب می‌شوند. این فرآیند بازترکیب انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کند. ترکیب مواد خاص نیمه‌هادی (معمولاً بر پایه فسفید آلومینیوم گالیم ایندیم - AlGaInP برای LEDهای قرمز) طول موج و در نتیجه رنگ نور ساطع شده را تعیین می‌کند. بسته‌بندی PLCC-2 تراشه نیمه‌هادی را در خود جای می‌دهد، اتصالات الکتریکی را از طریق فریم‌های پایه فراهم می‌کند و شامل یک لنز اپوکسی قالب‌گیری شده است که خروجی نور را شکل داده و از تراشه محافظت می‌کند.

12. روندها و تحولات فناوری

روند در روشنایی LED خودرویی به سمت بازدهی بالاتر (لومن بیشتر در هر وات)، چگالی توان افزایش یافته و یکپارچه‌سازی بیشتر ادامه دارد. در حالی که این قطعه یک دستگاه گسسته است، استفاده از بسته‌بندی‌های چند تراشه‌ای و ماژول‌های LED که الکترونیک درایور و اپتیک را یکپارچه می‌کنند، در حال افزایش است. علاوه بر این، پیشرفت‌ها در فناوری فسفر و نیمه‌هادی‌های ساطع‌کننده مستقیم، گاموت رنگ را گسترش داده و بازسازی رنگ را برای نورپردازی محیطی داخلی بهبود می‌بخشند. تقاضا برای قابلیت اطمینان بهبود یافته، عمر طولانی‌تر و عملکرد تحت دمای بالاتر کاپوت (برای کاربردهای خارجی) همچنان به پیشبرد علم مواد و نوآوری در بسته‌بندی LEDهای درجه خودرویی ادامه می‌دهد.