مشخصات فنی LED قرمز PLCC-2 - مدل 65-21-UR0200H-AM - درجه خودرویی - 1120 میلی‌کاندلا در 20 میلی‌آمپر - سند فنی فارسی

1. مروری بر محصول

مدل 65-21-UR0200H-AM یک LED قرمز با روشنایی بالا است که در یک بسته‌بندی سطح‌نصب فشرده PLCC-2 (حامل تراشه با پایه پلاستیکی) قرار دارد. این قطعه به‌طور خاص برای کاربردهای چالش‌برانگیز نورپردازی داخلی خودرو طراحی شده و ترکیبی از خروجی نوری بالا، زاویه دید گسترده و قابلیت اطمینان قوی را ارائه می‌دهد. تمرکز اصلی طراحی آن بر روی روشنایی داشبورد، کلاسترهای ابزار و نورپردازی محیطی عمومی داخلی است که در آن ثبات رنگ و روشنایی تحت شرایط محیطی متغیر، حیاتی می‌باشد.

مزایای اصلی این LED شامل تأیید صلاحیت آن مطابق با استاندارد سخت‌گیرانه AEC-Q102 برای قطعات اپتوالکترونیک گسسته در کاربردهای خودرویی است که عملکرد و طول عمر آن را تحت شرایط سخت معمول در فضای داخلی خودرو تضمین می‌کند. این قطعه دارای شدت نور معمول 1120 میلی‌کاندلا (mcd) در جریان راه‌اندازی استاندارد 20 میلی‌آمپر است که با زاویه دید گسترده 120 درجه برای دید عالی همراه شده است. علاوه بر این، محصول با دستورالعمل‌های زیست‌محیطی RoHS، REACH و عاری از هالوژن مطابقت دارد و آن را برای بازارهای جهانی با مقررات سختگیرانه مواد مناسب می‌سازد.

بازار هدف منحصراً بخش خودرو است و کاربردهای آن به‌طور صریح برای نورپردازی داخلی خودرو و نمایشگرهای کلاستر فهرست شده‌اند. این تمرکز، مشخصات بهبودیافته آن را برای محدوده دمایی، محافظت در برابر تخلیه الکترواستاتیک (ESD) و قابلیت اطمینان بلندمدت در مقایسه با LEDهای درجه تجاری استاندارد دیکته می‌کند.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

2.1 مشخصات نورسنجی و الکتریکی

عملکرد الکتریکی و نوری تحت شرایط آزمایش استاندارد (Ts=25°C) تعریف شده است. جریان مستقیم (I_F) دارای مقدار حداکثر مطلق 50 میلی‌آمپر، نقطه کار معمول 20 میلی‌آمپر و حداقل جریان کار پیشنهادی 5 میلی‌آمپر است. در 20 میلی‌آمپر، شدت نور (I_V) از حداقل 710 میلی‌کاندلا تا مقدار معمول 1120 میلی‌کاندلا متغیر است و حداکثر مشخص شده تا 1800 میلی‌کاندلا می‌رسد که نشان‌دهنده تغییرات احتمالی عملکرد در بین دسته‌های تولیدی است. ولتاژ مستقیم (V_F) در این جریان بین 1.75 ولت و 2.75 ولت است که مقدار معمول آن 2.0 ولت می‌باشد. طول موج غالب (λ_d) در طیف قرمز قرار دارد و از 612 نانومتر تا 627 نانومتر مشخص شده که مقدار معمول آن 622 نانومتر است. زاویه دید (2θ_½) به‌طور ثابت 120 درجه است که تلرانس اعلام شده آن ±5 درجه می‌باشد.

2.2 پارامترهای حرارتی و قابلیت اطمینان

مدیریت حرارتی برای عملکرد و طول عمر LED حیاتی است. این قطعه دارای دو مقدار مقاومت حرارتی مشخص شده است: یک مقاومت حرارتی "واقعی" (R_{th JS real}) با حداکثر 160 کلوین بر وات و یک مقاومت حرارتی "الکتریکی" (R_{th JS el}) با حداکثر 125 کلوین بر وات. تفاوت احتمالاً ناشی از روش‌شناسی اندازه‌گیری است که روش الکتریکی یک روش رایج صنعتی برای تخمین می‌باشد. حداکثر دمای اتصال مطلق (T_J) 125 درجه سانتی‌گراد است. محدوده دمای کار و ذخیره‌سازی از 40- درجه سانتی‌گراد تا 110+ درجه سانتی‌گراد مشخص شده که برای کاربردهای خودرویی که باید در آب‌وهوای شدید عمل کنند، ضروری است. این قطعه می‌تواند یک پالس ESD (مدل بدن انسان) تا 2 کیلوولت را تحمل کند که سطح اولیه‌ای از محافظت در برابر دستکاری را فراهم می‌کند.

2.3 مقادیر حداکثر مطلق

این مقادیر محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی رخ دهد. حداکثر اتلاف توان (P_d) 137 میلی‌وات است. قابلیت جریان لحظه‌ای (I_FM) برای پالس‌های ≤10 میکروثانیه با چرخه کاری بسیار پایین (D=0.005) برابر 100 میلی‌آمپر است. این قطعه برای کار در بایاس معکوس طراحی نشده است. حداکثر دمای لحیم‌کاری در طی فرآیند ری‌فلو 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 30 ثانیه است که یک پروفایل استاندارد برای فرآیندهای لحیم‌کاری بدون سرب می‌باشد.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی

برای اطمینان از ثبات در تولید انبوه، LEDها بر اساس عملکرد در دسته‌های مختلفی دسته‌بندی می‌شوند. دیتاشیت جداول دسته‌بندی دقیقی را برای سه پارامتر کلیدی ارائه می‌دهد.

3.1 دسته‌بندی شدت نور

شدت نور با استفاده از یک سیستم کدگذاری 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 مدل 65-21-UR0200H-AM، دسته‌های خروجی ممکن برجسته شده‌اند و شامل V1 (710-900 mcd)، V2 (900-1120 mcd)، AA (1120-1400 mcd) و AB (1400-1800 mcd) می‌شوند. این امر به طراحان اجازه می‌دهد قطعات را بر اساس سطح روشنایی مورد نیاز برای کاربرد خود انتخاب کنند که تلرانس اندازه‌گیری مرتبط آن ±8% است.

3.2 دسته‌بندی طول موج غالب

طول موج غالب که رنگ قرمز درک شده نور را تعیین می‌کند، نیز دسته‌بندی می‌شود. دسته‌ها با کدهای چهار رقمی (مانند 1215، 1518، 1821) شناسایی می‌شوند. هر کد مربوط به یک محدوده طول موج 3 نانومتری است. برای این قطعه خاص، دسته‌های ممکن عبارتند از: 1215 (612-615 نانومتر)، 1518 (615-618 نانومتر)، 1821 (618-621 نانومتر)، 2124 (621-624 نانومتر)، 2427 (624-627 نانومتر) و 2730 (627-630 نانومتر). تلرانس اندازه‌گیری طول موج غالب ±1 نانومتر است. این دسته‌بندی دقیق، یکنواختی رنگ را در بین چندین LED در یک آرایه نمایش یا نورپردازی تضمین می‌کند.

3.3 دسته‌بندی ولتاژ مستقیم

ولتاژ مستقیم با استفاده از کدهایی مانند 1517، 1720، 2022 و غیره دسته‌بندی می‌شود که نشان‌دهنده محدوده‌های ولتاژ با افزایش‌های 0.25 ولتی است (مثلاً 1.50-1.75V، 1.75-2.00V، 2.00-2.25V). دانستن دسته V_Fبرای طراحی مدارهای درایور جریان کارآمد و مدیریت اتلاف توان مهم است.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت شامل چندین نمودار است که نشان می‌دهد پارامترهای کلیدی چگونه با شرایط کار تغییر می‌کنند.

4.1 منحنی جریان-ولتاژ و شدت نور نسبی

نمودار جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم، رابطه نمایی معمول را نشان می‌دهد که برای انتخاب یک مقاومت محدودکننده جریان یا درایور جریان ثابت ضروری است. نمودار شدت نور نسبی در مقابل جریان مستقیم نشان می‌دهد که خروجی نور تا یک نقطه به‌طور فوق‌خطی با جریان افزایش می‌یابد، اما کار کردن بالاتر از 20 میلی‌آمپر توصیه شده ممکن است بازدهی را کاهش و حرارت را افزایش دهد.

4.2 وابستگی دمایی

چندین نمودار جزئیات اثرات حرارتی را شرح می‌دهند. منحنی شدت نور نسبی در مقابل دمای اتصال نشان می‌دهد که خروجی نور با افزایش دما کاهش می‌یابد - ملاحظه‌ای حیاتی برای کاربردهای خودرویی که دمای محیط می‌تواند بالا باشد. نمودار ولتاژ مستقیم نسبی در مقابل دمای اتصال نشان می‌دهد که V_Fدارای ضریب دمایی منفی است و با افزایش دما به‌طور خطی کاهش می‌یابد. این ویژگی گاهی می‌تواند برای حس‌گری غیرمستقیم دما استفاده شود. نمودار طول موج غالب در مقابل دمای اتصال نشان‌دهنده یک انتقال به سرخ جزئی (افزایش طول موج) با افزایش دما است.

4.3 توزیع طیفی و کاهش ظرفیت

نمودار توزیع طیفی نسبی، خروجی تک‌رنگ قرمز متمرکز بر حدود 622 نانومتر را تأیید می‌کند. منحنی کاهش ظرفیت جریان مستقیم برای طراحی حرارتی حیاتی است؛ نشان می‌دهد که حداکثر جریان مستقیم پیوسته مجاز باید با افزایش دمای پد لحیم‌کاری کاهش یابد. به‌عنوان مثال، در دمای پد 110 درجه سانتی‌گراد، حداکثر جریان پیوسته تنها 35 میلی‌آمپر است. نمودار قابلیت تحمل پالس، دستورالعمل‌هایی برای راه‌اندازی LED با جریان‌های پالسی در چرخه‌های کاری مختلف ارائه می‌دهد که امکان روشنایی لحظه‌ای بالاتر در کاربردهای مالتی‌پلکس را فراهم می‌کند.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

این LED از یک بسته‌بندی سطح‌نصب استاندارد PLCC-2 استفاده می‌کند. اگرچه نقشه مکانیکی دقیق از صفحه 15 در اینجا بازتولید نشده است، اما ابعاد معمول PLCC-2 در صنعت به خوبی شناخته شده است. این بسته شامل بدنه پلاستیکی قالب‌گیری شده با دو پایه است. قطبیت توسط شکل بسته یا علامتی در قسمت بالا نشان داده می‌شود که کاتد معمولاً مشخص می‌شود. دیتاشیت همچنین شامل یک طرح "پد لحیم‌کاری توصیه شده" در صفحه 16 است که برای طراحی PCB جهت اطمینان از لحیم‌کاری صحیح، تخلیه حرارتی و پایداری مکانیکی بسیار مهم است.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

این قطعه برای فرآیندهای لحیم‌کاری ری‌فلو سازگار با لحیم‌های بدون سرب طراحی شده است. پروفایل مشخص شده در صفحه 16 (پروفایل لحیم‌کاری ری‌فلو) اجازه می‌دهد دمای اوج تا 260 درجه سانتی‌گراد به مدت حداکثر 30 ثانیه باشد. این یک پروفایل استاندارد IPC/JEDEC است. طراحان باید اطمینان حاصل کنند که فرآیند مونتاژ آنها در این محدوده‌ها باقی می‌ماند تا از آسیب بسته یا تخریب دای و اتصالات سیمی داخلی جلوگیری شود. بخش "ملاحظات استفاده" (صفحه 19) احتمالاً حاوی دستورالعمل‌های مهمی برای نگهداری، ذخیره‌سازی و تمیز کردن برای حفظ قابلیت اطمینان است، مانند اجتناب از قرارگیری در محیط‌های حاوی گوگرد که می‌تواند پایه‌های آب‌نقره‌ای را خورده کند (که با "معیارهای آزمایش گوگرد" در صفحه 20 ارجاع داده شده است).

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

بخش "اطلاعات بسته‌بندی" (صفحه 17) جزئیات نحوه عرضه LEDها را شرح می‌دهد که معمولاً روی نوارهای حامل برجسته‌دار پیچیده شده در قرقره‌ها هستند و برای تجهیزات مونتاژ اتوماتیک Pick-and-Place مناسب می‌باشند. شماره قطعه 65-21-UR0200H-AM از یک سیستم کدگذاری داخلی احتمالی پیروی می‌کند که ممکن است اطلاعاتی درباره نوع بسته، رنگ، دسته عملکرد و سایر ویژگی‌ها را در بر گیرد. بخش "اطلاعات سفارش" (صفحه 14) کدهای سفارش خاص مربوط به دسته‌های مختلف شدت نور، طول موج و ولتاژ مستقیم را ارائه می‌دهد که امکان انتخاب دقیق برای تولید را فراهم می‌کند.

8. توصیه‌های کاربردی

8.1 سناریوهای کاربردی متداول

همان‌طور که ذکر شد، کاربردهای اصلی نورپردازی داخلی خودرو و کلاسترهای ابزار هستند. این شامل نور پس‌زمینه برای دکمه‌ها، سوئیچ‌ها و آیکون‌ها روی کنسول مرکزی، روشنایی دستگیره‌های در و فضای پا، و مهم‌تر از همه، به‌عنوان چراغ‌های نشانگر و هشدار در داخل کلاستر ابزار می‌شود. زاویه دید گسترده 120 درجه آن را برای کاربردهایی که ممکن است LED به‌طور مستقیم روبرو دیده نشود، مناسب می‌سازد.

8.2 ملاحظات طراحی

هنگام طراحی با این LED، مهندسان باید چندین عامل را در نظر بگیرند:درایو جریان:از یک درایور جریان ثابت یا یک مقاومت محدودکننده جریان تنظیم شده بر روی 20 میلی‌آمپر (معمول) برای اطمینان از روشنایی و طول عمر ثابت استفاده کنید.مدیریت حرارتی:منحنی کاهش ظرفیت باید رعایت شود. اطمینان حاصل کنید که مساحت کافی مس روی PCB یا وایاهای حرارتی برای هدایت گرما از پدهای لحیم‌کاری دور شود، به‌ویژه در محیط‌های با دمای محیط بالا مانند داشبورد خودرو در معرض نور مستقیم خورشید.طراحی نوری:زاویه دید گسترده ممکن است نیاز به راهنماهای نور یا پخش‌کننده‌ها برای شکل‌دهی به پرتو برای اهداف نشانگر خاص داشته باشد.محافظت ESD:اگرچه برای 2 کیلوولت HBM درجه‌بندی شده است، اما گنجاندن محافظت اولیه ESD روی PCB برای الکترونیک خودرو یک عمل خوب است.

9. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با LEDهای قرمز تجاری استاندارد PLCC-2، مدل 65-21-UR0200H-AM از طریق تأیید صلاحیت درجه خودرویی خود متمایز می‌شود. تمایزدهنده‌های کلیدی شامل موارد زیر است:تأیید صلاحیت AEC-Q102:این شامل مجموعه‌ای از آزمایش‌های استرس (عمر کار در دمای بالا، چرخه دمایی، مقاومت در برابر رطوبت و غیره) است که قطعات تجاری آن را پشت سر نمی‌گذارند.محدوده دمایی گسترده‌تر:کارکرد از 40- درجه سانتی‌گراد تا 110+ درجه سانتی‌گراد از محدوده معمول 40- تا 85+ یا 100+ درجه سانتی‌گراد قطعات تجاری فراتر می‌رود.مقاومت در برابر خوردگی:مشخصه "کلاس B1" برای مقاومت در برابر خوردگی نشان‌دهنده آزمایش در برابر آلاینده‌های گازی خاص رایج در محیط‌های خودرویی است.دسته‌بندی و مشخصات دقیق‌تر:پارامترها معمولاً با تلرانس‌های سخت‌گیرانه‌تر و دسته‌بندی جامع‌تری مشخص می‌شوند تا ثبات در سطح سیستم را تضمین کنند.

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

سوال: آیا می‌توانم این LED را به‌طور پیوسته با 50 میلی‌آمپر راه‌اندازی کنم؟

پاسخ: خیر. مقدار حداکثر مطلق 50 میلی‌آمپر یک حد تنش است. برای کارکرد قابل اطمینان بلندمدت، باید منحنی کاهش ظرفیت بر اساس دمای پد لحیم‌کاری را دنبال کنید. در شرایط محیطی معمول، 20 میلی‌آمپر جریان پیوسته توصیه شده است.

سوال: تفاوت بین مقاومت حرارتی "واقعی" و "الکتریکی" چیست؟

پاسخ: روش "الکتریکی" از ولتاژ مستقیم حساس به دما به‌عنوان یک نماینده برای محاسبه مقاومت حرارتی استفاده می‌کند و معمولاً برای مشخصات استفاده می‌شود. روش "واقعی" ممکن است شامل اندازه‌گیری حرارتی مستقیم‌تری باشد. برای اهداف طراحی، استفاده از مقدار بالاتر (160 کلوین بر وات) برای محاسبات حرارتی محافظه‌کارانه‌تر است.

سوال: چگونه کد دسته شدت نور (مثلاً AA) در یک سفارش را تفسیر کنم؟

پاسخ: کد دسته تضمین می‌کند که شدت نور LED در محدوده مشخص شده برای آن دسته قرار می‌گیرد (مثلاً AA = 1120-1400 mcd). شما باید کد دسته خاص مورد نیاز برای ثبات روشنایی کاربرد خود را سفارش دهید.

سوال: آیا دیود محافظت معکوس ضروری است؟

پاسخ: بله. دیتاشیت به صراحت بیان می‌کند که این قطعه "برای کار معکوس طراحی نشده است." یک دیود بلوکه در سری یا یک دیود شنت در موازات LED در صورت هرگونه احتمال اعمال ولتاژ معکوس، که در سیستم‌های برق خودرو رایج است، ضروری می‌باشد.

11. مطالعه موردی طراحی عملی

سناریو:طراحی یک نشانگر هشدار قرمز "بررسی موتور" برای کلاستر ابزار خودرو.

انتخاب:مدل 65-21-UR0200H-AM به دلیل مطابقت با AEC-Q102، روشنایی بالا و رنگ قرمز انتخاب می‌شود. یک دسته طول موج در محدوده 612-621 نانومتر ممکن است برای ظاهر قرمز استاندارد انتخاب شود.

طراحی مدار:منبع تغذیه کلاستر 12 ولت نامی است (می‌تواند از 9 ولت تا 16 ولت متغیر باشد). یک مقاومت سری ساده برای مقرون‌به‌صرفه بودن انتخاب می‌شود. با استفاده از V_Fمعمول 2.0 ولت در 20 میلی‌آمپر: R = (12V - 2.0V) / 0.020A = 500Ω. یک مقاومت استاندارد 510Ω انتخاب می‌شود که منجر به جریان حدود 19.6 میلی‌آمپر می‌شود که قابل قبول است. توان نامی مقاومت محاسبه می‌شود: P = I²R = (0.0196)²* 510 ≈ 0.2W، بنابراین یک مقاومت 1/4W کافی است.

بررسی حرارتی:LED روی PCB کلاستر نصب خواهد شد. با فرض حداکثر دمای محیط داخل خودرو 85 درجه سانتی‌گراد و افزایش دمای محاسبه شده PCB در پد به میزان 15 درجه سانتی‌گراد، دمای پد 100 درجه سانتی‌گراد است. با مراجعه به منحنی کاهش ظرفیت، حداکثر جریان پیوسته مجاز در 100 درجه سانتی‌گراد تقریباً 40 میلی‌آمپر است. جریان طراحی ما حدود 20 میلی‌آمپر به خوبی در این محدوده قرار دارد و حاشیه ایمنی خوبی را فراهم می‌کند.

طراحی نوری:یک لوله نور یا یک کلاهک پخش‌کننده کوچک طراحی می‌شود تا نور را از LED SMD روی PCB به آیکون نشانگر روبرو روی فاسیای کلاستر هدایت کند و از زاویه دید 120 درجه استفاده کند.

12. اصل عملکرد

این دستگاه یک دیود نورافشان (LED) است، یک دیود پیوند p-n نیمه‌هادی. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیش از پتانسیل داخلی دیود (تقریباً 1.75-2.75 ولت برای این LED قرمز) اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها در سراسر پیوند تزریق می‌شوند. این حامل‌های بار بازترکیب می‌شوند و برای این ترکیب مواد خاص (احتمالاً بر پایه AlGaInP)، بخشی از انرژی بازترکیب به‌عنوان فوتون (نور) با طول موج متناظر با انرژی گاف نوار ماده نیمه‌هادی آزاد می‌شود که منجر به نور قرمز با طول موج غالب حدود 622 نانومتر می‌گردد. بسته پلاستیکی PLCC-2 دای نیمه‌هادی را محصور می‌کند، محافظت مکانیکی فراهم می‌کند و یک لنز قالب‌گیری شده را در بر می‌گیرد که نور منتشر شده را به الگوی دید 120 درجه مشخص شده شکل می‌دهد.

13. روندهای فناوری

در بخش LED خودرویی، چندین روند قابل مشاهده است. یک تلاش مداوم به سمتبازده نوری بالاتر(خروجی نور بیشتر بر وات الکتریکی) وجود دارد که امکان نمایشگرهای روشن‌تر یا مصرف توان و تولید حرارت کمتر را فراهم می‌کند.بهبود ثبات رنگ و دسته‌بندی دقیق‌تربا پیچیده‌تر شدن نمایشگرها، حیاتی هستند.افزایش قابلیت اطمینان و استحکامکماکان از اهمیت بالایی برخوردار است، با توسعه‌های مداوم در مواد بسته‌بندی برای تحمل دماهای بالاتر و تنش‌های محیطی سخت‌تر، از جمله مقاومت در برابر انواع جدید آلاینده‌ها. علاوه بر این، ادغامالکترونیک درایور و کنترلمستقیماً با بسته LED (مانند LEDهای هوشمند با ICهای مجتمع برای تنظیم نور PWM یا تشخیص عیب) یک روند رو به رشد است، اگرچه این قطعه خاص همچنان یک جزء گسسته و بدون درایور باقی می‌ماند.