دیتاشیت LED سوپر قرمز PLCC-4 - ابعاد 3.5x3.0x1.9mm - ولتاژ 2.35V - توان 0.1175W - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

این سند، مشخصات یک LED سوپر قرمز با عملکرد بالا در بسته‌بندی سطح‌نصب PLCC-4 (حامل تراشه با پایه پلاستیکی) را به تفصیل شرح می‌دهد. این قطعه عمدتاً برای کاربردهای چالش‌برانگیز روشنایی خودرو، اعم از داخلی و خارجی، طراحی شده است. مزایای اصلی آن شامل شدت نور بالا، زاویه دید گسترده و ساختاری مستحکم است که با استانداردهای سختگیرانه قابلیت اطمینان درجه خودرو مانند AEC-Q102، مقاومت در برابر گوگرد (کلاس A1) و مطابقت با الزامات RoHS، REACH و عاری از هالوژن همخوانی دارد. بازار هدف، تولیدکنندگان اصلی خودرو (OEM) و تأمین‌کنندگان سطح یک در حال توسعه سیستم‌های روشنایی پیشرفته را در بر می‌گیرد.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

2.1 ویژگی‌های نورسنجی و الکتریکی

عملکرد LED تحت جریان مستقیم معمول (IF) 50 میلی‌آمپر مشخص شده است. شدت نور معمول (IV) 1800 میلی‌کاندلا (mcd) است که حداقل 1400 mcd و حداکثر 2800 mcd می‌باشد و نشان‌دهنده امکان دسته‌بندی (بینینگ) برای روشنایی است. ولتاژ مستقیم (VF) به طور معمول 2.35 ولت است که در محدوده 2.0 تا 2.75 ولت قرار دارد؛ این پارامتر برای طراحی مدار درایور و محاسبات اتلاف توان حیاتی است. طول موج غالب (λd) بر روی 630 نانومتر (طیف سوپر قرمز) متمرکز است و محدوده‌ای از 627 تا 639 نانومتر دارد. یک ویژگی کلیدی، زاویه دید بسیار گسترده 120 درجه (φ) است که روشنایی وسیع و یکنواختی را فراهم می‌کند و برای کاربردهای سیگنالینگ و نورپردازی محیطی مناسب است.

2.2 مقادیر حداکثر مطلق و مدیریت حرارتی

برای اطمینان از طول عمر قطعه، نباید از محدودیت‌های بحرانی فراتر رفت. حداکثر جریان مستقیم پیوسته 70 میلی‌آمپر است و جریان ضربه‌ای (IFM) برای پالس‌های ≤10 میکروثانیه، 100 میلی‌آمپر می‌باشد. حداکثر دمای اتصال (TJ) 125 درجه سانتی‌گراد است و محدوده دمای کاری (Topr) از 40- درجه تا 110+ درجه سانتی‌گراد است که برای محیط‌های سخت خودرو مناسب است. مدیریت حرارتی حیاتی است؛ مقاومت حرارتی از اتصال تا نقطه لحیم‌کاری (Rth JS) با دو مقدار مشخص شده است: یک اندازه‌گیری \"واقعی\" (معمولاً 70 K/W، حداکثر 95 K/W) و یک اندازه‌گیری \"الکتریکی\" (معمولاً 50 K/W، حداکثر 67 K/W). این پارامتر، اتلاف توان (Pd = VF * IF) را مستقیماً به افزایش دما در اتصال مرتبط می‌سازد. منحنی کاهش رتبه (دریتینگ) نشان می‌دهد که با افزایش دمای پد لحیم‌کاری، جریان مستقیم باید کاهش یابد، مثلاً به 57 میلی‌آمپر در دمای پد 110 درجه سانتی‌گراد.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

برای اطمینان از یکنواختی در تولید، LEDها بر اساس پارامترهای کلیدی در دسته‌های مختلف (بین) مرتب می‌شوند.

3.1 دسته‌بندی شدت نور

سه گروه شدت نور تعریف شده است: AB (1400-1800 mcd)، BA (1800-2240 mcd) و BB (2240-2800 mcd). محدوده‌های شار نوری متناظر (برای مرجع) نیز ارائه شده‌اند.

3.2 دسته‌بندی طول موج غالب

طول موج در گام‌های 3 نانومتری دسته‌بندی می‌شود، از 2730 (627-630 نانومتر) تا 3639 (636-639 نانومتر). این امکان انتخاب LEDهایی با نقاط رنگ بسیار خاص را فراهم می‌کند.

3.3 دسته‌بندی ولتاژ مستقیم

دسته‌های ولتاژ در بازه‌های 0.25 ولتی تعریف شده‌اند، از 1720 (1.75-2.00 ولت) تا 2527 (2.50-2.75 ولت). تطابق دسته‌های VF می‌تواند برای تعادل جریان در آرایه‌های چند LEDی مهم باشد.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

4.1 منحنی IV و شدت نسبی

نمودار جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم، یک رابطه نمایی مشخصه را نشان می‌دهد. منحنی شدت نور نسبی در مقابل جریان مستقیم، تا جریان معمول 50mA تقریباً خطی است که نشان‌دهنده بازدهی خوب در محدوده کاری نرمال است.

4.2 وابستگی به دما

چندین نمودار عملکرد حرارتی را نشان می‌دهند. نمودار ولتاژ مستقیم نسبی در مقابل دمای اتصال دارای ضریب منفی است و در محدوده 150 درجه سانتی‌گراد تقریباً 0.2 ولت کاهش می‌یابد که می‌توان از آن برای حس‌گری دما استفاده کرد. نمودار شدت نور نسبی در مقابل دمای اتصال، کاهش خروجی را با افزایش دما نشان می‌دهد که عاملی حیاتی برای طراحی حرارتی است. نمودار تغییر طول موج غالب در مقابل دمای اتحاد، نشان‌دهنده انتقال به سرخ (افزایش طول موج) با گرم شدن است که برای LEDهای AlInGaP معمول است.

4.3 توزیع طیفی و الگوی تابش

نمودار ویژگی‌های طول موج، یک قله طیفی باریک در حدود 630 نانومتر را نشان می‌دهد که رنگ قرمز خالص را تأیید می‌کند. نمودار معمولی ویژگی‌های تابش، الگوی زاویه دید 120 درجه را به صورت بصری نمایش می‌دهد.

4.4 قابلیت تحمل پالس

یک نمودار، جریان پالس مجاز در مقابل عرض پالس را برای چرخه‌های کاری مختلف به تفصیل شرح می‌دهد. این برای طراحی مدارهای کار پالسی، مانند سیستم‌های PWM برای تنظیم نور یا ارتباطات، ضروری است.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

LED از بسته‌بندی استاندارد PLCC-4 استفاده می‌کند. نقشه مکانیکی (که با ارجاع به بخش مربوطه اشاره شده است) ابعاد دقیق (معمولاً حدود 3.5mm x 3.0mm x 1.9mm)، فاصله پایه‌ها و هندسه لنز را مشخص می‌کند. قطبیت توسط شکل بسته‌بندی و/یا یک علامت روی سطح بالا یا پایین نشان داده می‌شود. یک طرح توصیه‌شده برای پد لحیم‌کاری ارائه شده است تا اطمینان حاصل شود که اتصال لحیم‌کاری قابل اطمینان تشکیل شده و اتلاف حرارت مناسب در طول فرآیند ریفلو انجام می‌شود.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

این قطعه برای لحیم‌کاری ریفلو در دمای اوج 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 30 ثانیه درجه‌بندی شده است و باید از یک پروفیل استاندارد با نرخ‌های کنترل‌شده افزایش دما، تثبیت و خنک‌سازی پیروی کند. اقدامات احتیاطی شامل اجتناب از تنش مکانیکی روی لنز، جلوگیری از آلودگی و اطمینان از لحیم‌کاری صحیح پد حرارتی برای انتقال حرارت بهینه است. شرایط نگهداری باید در محدوده مشخص شده 40- تا 110+ درجه سانتی‌گراد و در محیط خشک باشد.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

بسته‌بندی معمولاً به صورت نوار و قرقره (Tape and Reel) برای مونتاژ خودکار است. ساختار شماره قطعه به شرح زیر رمزگشایی می‌شود: 67-41 (خانواده)، SR (رنگ سوپر قرمز)، 050 (جریان تست 50mA)، 1 (فریم پایه طلا)، H (سطح درخشندگی بالا)، AM (کاربرد خودرویی). این کدگذاری امکان شناسایی دقیق ویژگی‌های عملکردی قطعه را فراهم می‌کند.

8. توصیه‌های کاربردی

8.1 سناریوهای کاربردی معمول

کاربردهای اصلی، روشنایی خارجی خودرو (مانند چراغ ترمز وسط بالا - CHMSL، چراغ‌های ترکیبی عقب، نشانگرهای جانبی) و روشنایی داخلی (مانند نور پس‌زمینه داشبورد، روشنایی کلیدها، نورپردازی محیطی) هستند. درخشندگی بالا و زاویه گسترده، آن را برای کاربردهای دید مستقیم و همچنین کاربردهای با راه‌نور یا لوله‌نور مناسب می‌سازد.

8.2 ملاحظات طراحی

طراحان باید محدود کردن جریان را در نظر بگیرند که معمولاً با استفاده از یک درایور جریان ثابت یا یک مقاومت سری با یک منبع ولتاژ پایدار انجام می‌شود. مدیریت حرارتی از اهمیت بالایی برخوردار است؛ طرح PCB باید یک پد حرارتی کافی و در صورت لزوم، ویای‌های حرارتی برای دفع گرما فراهم کند. حساسیت ESD معادل 2kV (HBM) مستلزم رعایت اقدامات احتیاطی استاندارد هنگام مونتاژ است. برای محیط‌های غنی از گوگرد، درجه مقاومت در برابر گوگرد کلاس A1 باید در برابر محیط کاربری خاص تأیید شود.

9. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با LEDهای قرمز استاندارد، فرمولاسیون \"سوپر قرمز\" این قطعه، شدت نور بالاتر و رنگ اشباع‌شده‌تری ارائه می‌دهد. بسته‌بندی PLCC-4 نسبت به بسته‌بندی‌های کوچکتر مانند 0603 یا 0805، رابط مکانیکی و حرارتی مستحکم‌تری فراهم می‌کند. ترکیب تاییدیه AEC-Q102، محدوده دمایی گسترده و مقاومت در برابر گوگرد، به طور خاص آن را برای استفاده خودرویی هدف قرار داده و از قطعات درجه تجاری که ممکن است چرخه عمر سخت خودرو را تحمل نکنند، متمایز می‌سازد.

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: از چه جریان درایوری باید استفاده کنم؟

پ: جریان کاری معمول 50 میلی‌آمپر است که شدت نور مشخص‌شده 1800mcd را فراهم می‌کند. برای خروجی بالاتر می‌توان آن را تا 70 میلی‌آمپر به صورت پیوسته راه‌اندازی کرد، اما باید کاهش رتبه حرارتی (دریتینگ) مطابق نمودار اعمال شود. در جریان‌های زیر 5 میلی‌آمپر کار نکنید.

س: چگونه دو مقدار مختلف مقاومت حرارتی را تفسیر کنم؟

پ: مقاومت حرارتی \"واقعی\" Rth JS به صورت فیزیکی اندازه‌گیری شده و محافظه‌کارانه‌تر است. مقاومت حرارتی \"الکتریکی\" Rth JS از پارامترهای الکتریکی استخراج شده و ممکن است کمتر باشد. برای طراحی حرارتی قابل اطمینان، استفاده از مقدار بالاتر \"واقعی\" (حداکثر 95 K/W) توصیه می‌شود.

س: آیا می‌توانم از PWM برای تنظیم نور استفاده کنم؟

پ: بله، نمودار قابلیت تحمل پالس دستورالعمل ارائه می‌دهد. به عنوان مثال، در چرخه کاری 1% (D=0.01)، پالس‌های کوتاهی که به طور قابل توجهی بالاتر از 70 میلی‌آمپر هستند، مجازند که امکان تنظیم نور PWM مؤثر را فراهم می‌کند.

س: آیا هیت‌سینک لازم است؟

پ: برای کار پیوسته در 50 میلی‌آمپر یا بالاتر، به ویژه در دمای محیطی بالا، دفع حرارت مؤثر از طریق پد حرارتی PCB برای نگه داشتن دمای اتصال زیر 125 درجه سانتی‌گراد و حفظ خروجی نور و طول عمر، ضروری است.

11. مورد عملی طراحی و استفاده

مورد: طراحی یک چراغ ترمز وسط بالا (CHMSL)

یک طراح برای یک آرایه CHMSL به 15 LED نیاز دارد. آنها LEDها را از دسته شدت نور BA (1800-2240 mcd) و دسته طول موج 3033 (630-633 نانومتر) برای یکنواختی رنگ انتخاب می‌کنند. با استفاده از سیستم الکتریکی خودروی 13.8 ولت و هدف قرار دادن 50 میلی‌آمپر برای هر LED، مداری با سه رشته موازی هر کدام شامل 5 LED طراحی می‌کنند. یک مقاومت سری برای هر رشته بر اساس ولتاژ مستقیم معمول 2.35 ولت (5 * 2.35V = 11.75V) محاسبه می‌شود. مقدار مقاومت (13.8V - 11.75V) / 0.05A = 41 اهم است. یک PCB با یک سطح مسی یکپارچه در زیر پد حرارتی LED طراحی می‌شود تا به عنوان هیت‌سینک عمل کند و دمای پد لحیم‌کاری را زیر 80 درجه سانتی‌گراد نگه دارد تا مطابق منحنی دریتینگ، امکان کار کامل با 50 میلی‌آمپر فراهم شود.

12. مقدمه‌ای بر اصل کار

این یک دیود نورافشان مبتنی بر نیمه‌هادی فسفید گالیم ایندیم آلومینیوم (AlInGaP) است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیشتر از انرژی گاف نواری آن اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها در ناحیه فعال بازترکیب شده و انرژی را به شکل فوتون آزاد می‌کنند. ترکیب خاص لایه‌های AlInGaP، انرژی گاف نواری را تعیین می‌کند که با طول موج نور قرمز منتشرشده (حدود 630 نانومتر) مطابقت دارد. لنز اپوکسی بسته‌بندی PLCC، خروجی نور را شکل می‌دهد تا به زاویه دید 120 درجه دست یابد.

13. روندها و تحولات فناوری

روند در LEDهای خودرو به سمت بازدهی بالاتر (لومن بیشتر بر وات)، چگالی توان افزایش‌یافته و یکپارچه‌سازی بیشتر (مانند بسته‌های چند تراشه‌ای، درایورهای مجتمع) است. همچنین تلاش برای پایداری رنگ بهتر در طول دما و عمر وجود دارد. علاوه بر این، قالب‌های بسته‌بندی جدید با عملکرد حرارتی بهبودیافته، مانند زیرلایه‌های سرامیکی یا بسته‌بندی‌های قالب‌گیری شده پیشرفته، در حال ظهور هستند تا سطوح توان بالاتر مورد نیاز برای کاربردهایی مانند پرتوهای رانندگی تطبیقی (ADB) و میکرو-پروجکشن را مدیریت کنند. پایبندی به استانداردهایی مانند AEC-Q102 و مقاومت شیمیایی خاص (گوگرد، رطوبت) همچنان یک عامل تمایز حیاتی برای قطعات درجه خودرو باقی می‌ماند.