دیتاشیت LED قرمز سری 2820 - بسته‌بندی SMD 2.8x2.0 میلی‌متر - ولتاژ معمولی 2.4 ولت - 70 لومن در 350 میلی‌آمپر - درجه خودرویی

1. مرور کلی محصول

سری 2820 نمایانگر یک LED قرمز با روشنایی بالا و نصب سطحی است که به‌طور خاص برای کاربردهای چالش‌برانگیز روشنایی خودرو طراحی شده است. این قطعه برای برآورده کردن استانداردهای سختگیرانه صنعت خودروسازی مهندسی شده و عملکردی قابل اعتماد در یک بسته SMD فشرده ارائه می‌دهد. کاربرد اصلی آن در روشنایی سیگنال و داخلی خودرو است که در آن خروجی رنگ یکنواخت، قابلیت اطمینان بالا و طول عمر عملیاتی طولانی از الزامات حیاتی محسوب می‌شوند.

مزایای اصلی این LED شامل تاییدیه آن مطابق با استاندارد AEC-Q102 Revision A است که تضمین می‌کند الزامات سختگیرانه کیفیت و قابلیت اطمینان بخش خودرو را برآورده می‌کند. همچنین با دستورالعمل‌های زیست‌محیطی RoHS و REACH مطابقت دارد و فاقد هالوژن است که آن را برای طراحی‌های مدرن با رویکرد زیست‌محیطی مناسب می‌سازد. بسته در سطح حساسیت رطوبتی MSL 2 رتبه‌بندی شده است که نشان‌دهنده حساسیت متوسط به رطوبت بوده و برای بسیاری از قطعات SMD استاندارد است.

2. بررسی عمیق پارامترهای فنی

2.1 ویژگی‌های نورسنجی و الکتریکی

معیارهای کلیدی عملکرد تحت شرایط آزمایش استاندارد جریان مستقیم (I_F) 350 میلی‌آمپر تعریف شده‌اند. شار نوری معمولی 70 لومن (lm) است، با حداقل 60 لومن و حداکثر 90 لومن، مشروط به تلرانس اندازه‌گیری ±8%. این خروجی بالا با ولتاژ مستقیم معمولی (V_F) 2.4 ولت، در محدوده 2.00 ولت تا 2.75 ولت (تلرانس ±0.05 ولت) حاصل می‌شود. طول موج غالب (λ_d) به‌طور معمول 614 نانومتر (nm) است که رنگ قرمز آن را تعریف می‌کند، با محدوده‌ای از 612 نانومتر تا 624 نانومتر (تلرانس ±1 نانومتر). این قطعه زاویه دید گسترده 120 درجه (φ) را ارائه می‌دهد، با تلرانس ±5 درجه، که روشنایی وسیع و یکنواختی فراهم می‌کند.

2.2 رتبه‌بندی حرارتی و حداکثر مطلق

مدیریت حرارتی برای طول عمر LED حیاتی است. مقاومت حرارتی از پیوند به نقطه لحیم (R_{th JS}) از طریق دو روش مشخص شده است: یک اندازه‌گیری واقعی 12.8 کلوین بر وات (معمولی) و یک اندازه‌گیری روش الکتریکی 10 کلوین بر وات (معمولی). رتبه‌بندی حداکثر مطلق محدودیت‌های عملیاتی را تعریف می‌کند: حداکثر اتلاف توان (P_d) 1375 میلی‌وات، حداکثر جریان مستقیم پیوسته (I_F) 500 میلی‌آمپر و جریان سورژ (I_FM) 1500 میلی‌آمپر برای پالس‌های ≤10 میکروثانیه با چرخه وظیفه 0.005. حداکثر دمای پیوند (T_J) 150 درجه سانتی‌گراد است، در حالی که محدوده دمای عملیاتی و ذخیره‌سازی از 40- درجه سانتی‌گراد تا 125+ درجه سانتی‌گراد است که برای محیط‌های خودرویی مناسب است. این قطعه می‌تواند حساسیت ESD معادل 2 کیلوولت (HBM، R=1.5kΩ، C=100pF) و دمای لحیم‌کاری ریفلو 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 30 ثانیه را تحمل کند.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

برای اطمینان از ثبات رنگ و روشنایی در تولید، LEDها در دسته‌هایی (بین) دسته‌بندی می‌شوند. این محصول از یک سیستم دسته‌بندی سه‌بعدی استفاده می‌کند.

3.1 دسته‌های شار نوری

LEDها بر اساس خروجی نورشان در 350 میلی‌آمپر دسته‌بندی می‌شوند:
• دسته F6: 60 لومن (حداقل) تا 70 لومن (حداکثر)
• دسته F7: 70 لومن (حداقل) تا 80 لومن (حداکثر)
• دسته F8: 80 لومن (حداقل) تا 90 لومن (حداکثر)

3.2 دسته‌های ولتاژ مستقیم

LEDها بر اساس ویژگی‌های الکتریکی‌شان دسته‌بندی می‌شوند:
• دسته 2022: 2.00 ولت (حداقل) تا 2.25 ولت (حداکثر)
• دسته 2225: 2.25 ولت (حداقل) تا 2.50 ولت (حداکثر)
• دسته 2527: 2.50 ولت (حداقل) تا 2.75 ولت (حداکثر)

3.3 دسته‌های طول موج غالب

LEDها بر اساس نقطه رنگ قرمز دقیقشان گروه‌بندی می‌شوند:
• گروه 1215: 612 نانومتر (حداقل) تا 615 نانومتر (حداکثر)
• گروه 1518: 615 نانومتر (حداقل) تا 618 نانومتر (حداکثر)
• گروه 1821: 618 نانومتر (حداقل) تا 621 نانومتر (حداکثر)
• گروه 2124: 621 نانومتر (حداقل) تا 624 نانومتر (حداکثر)

تمامی اندازه‌گیری‌های دسته‌بندی تلرانس‌های مشخصی دارند: ±8% برای شار نوری، ±0.05 ولت برای ولتاژ مستقیم و ±1 نانومتر برای طول موج غالب، با استفاده از یک پالس جریان 25 میلی‌ثانیه.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

4.1 توزیع طیفی و الگوی تابش

نمودار توزیع طیفی نسبی یک قله در ناحیه قرمز حدود 614 نانومتر را نشان می‌دهد، با حداقل انتشار در باندهای طیفی دیگر، که رنگ قرمز خالص را تأیید می‌کند. نمودار الگوی تابش، توزیع فضایی معمول نور را نشان می‌دهد که با مشخصه زاویه دید 120 درجه مطابقت دارد، جایی که شدت در ±60 درجه از خط مرکزی به نصف کاهش می‌یابد.

4.2 روابط جریان-ولتاژ (I-V) و جریان-شار نوری

نمودار جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم، منحنی نمایی مشخصه یک دیود را نشان می‌دهد. در نقطه کار معمولی 350 میلی‌آمپر، ولتاژ تقریباً 2.4 ولت است. نمودار شار نوری نسبی در مقابل جریان مستقیم نشان می‌دهد که خروجی نور به‌طور زیرخطی با جریان افزایش می‌یابد، که اهمیت درایو جریان ثابت را برای روشنایی پایدار تأکید می‌کند.

4.3 وابستگی به دما

نمودار ولتاژ مستقیم نسبی در مقابل دمای پیوند، ضریب دمایی منفی را نشان می‌دهد؛ V_Fبا افزایش دما کاهش می‌یابد، که برای LEDها معمول است. نمودار شار نوری نسبی در مقابل دمای پیوند نشان می‌دهد که خروجی نور با افزایش دمای پیوند کاهش می‌یابد، که نیاز حیاتی به مدیریت حرارتی مؤثر برای حفظ روشنایی را برجسته می‌کند. نمودار تغییر طول موج نسبی در مقابل دمای پیوند، تغییر جزئی در طول موج غالب (معمولاً چند نانومتر) با دما را نشان می‌دهد که برای کاربردهای حساس به رنگ مهم است.

4.4 کاهش رتبه (دری‌تینگ) و تحمل پالس

منحنی کاهش جریان مستقیم، حداکثر جریان پیوسته مجاز را بر اساس دمای پد لحیم (T_S) تعیین می‌کند. به عنوان مثال، در حداکثر T_S برابر 125 درجه سانتی‌گراد، حداکثر I_F 500 میلی‌آمپر است. نمودار همچنین حداقل جریان عملیاتی 50 میلی‌آمپر را مشخص می‌کند. نمودار قابلیت تحمل پالس مجاز، جریان پیک پالس (I_F) مجاز برای یک عرض پالس داده شده (t_p) و چرخه وظیفه (D) در دمای 25 درجه سانتی‌گراد را تعریف می‌کند که برای طرح‌های درایو پالسی یا مالتی‌پلکس مفید است.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد بسته

این LED در یک بسته دستگاه نصب سطحی (SMD) با نام صنعتی 2820 ارائه می‌شود که مربوط به ابعاد تقریبی 2.8 میلی‌متر طول و 2.0 میلی‌متر عرض است. نقشه مکانیکی دقیق در دیتاشیت، تمام ابعاد حیاتی از جمله ارتفاع کلی، فاصله پایه‌ها و مکان پدها را ارائه می‌دهد. تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر با تلرانس استاندارد ±0.1 میلی‌متر هستند مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد.

5.2 طرح پیشنهادی پد لحیم‌کاری

یک نمودار اختصاصی الگوی لند برای راهنمایی طراحی PCB ارائه شده است. رعایت این طرح پد پیشنهادی برای دستیابی به اتصالات لحیم قابل اعتماد، اتلاف حرارت مناسب از پد حرارتی و تراز صحیح LED ضروری است. این نمودار شامل ابعاد بازشدن ماسک لحیم و پد مسی است که تشکیل فیله لحیم بهینه و پایداری مکانیکی را تضمین می‌کند.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفیل ریفلو لحیم‌کاری

این قطعه با فرآیندهای استاندارد لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز یا جابجایی سازگار است. دیتاشیت شامل یک پروفیل ریفلو است که پارامترهای حیاتی را مشخص می‌کند: حداکثر دمای پیک 260 درجه سانتی‌گراد، که بسته می‌تواند تا 30 ثانیه آن را تحمل کند. پروفیل مراحل پیش‌گرم، خیس‌اندن، ریفلو و خنک‌سازی را به تفصیل شرح می‌دهد تا از شوک حرارتی جلوگیری کرده و اتصالات لحیم قابل اعتمادی را بدون آسیب به دی LED یا بسته تضمین کند.

6.2 احتیاط‌های کاربردی

احتیاط‌های کلیدی در حمل‌ونقل و استفاده شامل موارد زیر است: اجتناب از تنش مکانیکی بر روی لنز LED، جلوگیری از آلودگی سطح نوری، اطمینان از رعایت روش‌های صحیح حمل‌ونقل ESD به دلیل رتبه 2kV HBM و احترام به سطح حساسیت رطوبتی (MSL 2) با پخت قطعات در صورتی که کیسه محافظ رطوبت بیش از زمان مشخص شده قبل از ریفلو باز مانده باشد.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

7.1 سیستم شماره قطعه

شماره قطعه 2820-UR3501H-AM به شرح زیر تفسیر می‌شود:
• 2820: خانواده محصول و اندازه بسته.
• UR: کد رنگ برای قرمز.
• 350: جریان آزمایش بر حسب میلی‌آمپر (350 میلی‌آمپر).
• 1: نوع فریم پایه (1 = آب‌طلاکاری شده).
• H: سطح روشنایی (H = بالا).
• AM: نشان‌دهنده سری کاربردی خودرویی.

دیتاشیت همچنین فهرست جامعی از سایر کدهای رنگ موجود (مانند UB برای آبی، UG برای سبز، UA برای کهربایی، دمای‌های رنگ سفید مختلف) برای پلتفرم 2820 ارائه می‌دهد.

7.2 مشخصات بسته‌بندی

LEDها بر روی نوار و قرقره عرضه می‌شوند تا با تجهیزات مونتاژ اتوماتیک Pick-and-Place سازگار باشند. بخش اطلاعات بسته‌بندی، ابعاد قرقره، عرض نوار، فاصله جیب‌ها و جهت‌گیری قطعات روی نوار را به تفصیل شرح می‌دهد که برای راه‌اندازی صحیح خطوط مونتاژ حیاتی است.

8. پیشنهادات کاربردی

8.1 سناریوهای کاربردی متداول

کاربرد اصلی و اعلام شدهروشنایی خودرواست. این طیف وسیعی از مصارف را در بر می‌گیرد:
• سیگنال‌دهی بیرونی: چراغ‌های ترکیبی عقب (چراغ‌های عقب/توقف)، چراغ توقف مرکزی نصب بالا (CHMSL)، چراغ‌های نشانگر جانبی.
• روشنایی داخلی: نور پس زمینه داشبورد، روشنایی کلیدها، نورپردازی محیطی، چراغ‌های مطالعه.
• تاییدیه AEC-Q102 آن، محدوده دمایی گسترده و مقاومت در برابر گوگرد (کلاس A1) آن را برای محیط خشن خودرویی با مواجهه با چرخه‌های دما، لرزش و جوهای بالقوه خورنده، مقاوم می‌سازد.

8.2 ملاحظات طراحی

• مدار درایو: همیشه از یک درایور جریان ثابت استفاده کنید تا خروجی نور پایدار را تضمین کرده و از فرار حرارتی جلوگیری کنید. دسته ولتاژ مستقیم باید برای طراحی درایور در نظر گرفته شود.
• مدیریت حرارتی:** مقاومت حرارتی پایین (10-13 کلوین بر وات) از پیوند به نقطه لحیم است. دمای واقعی پیوند به شدت به طراحی حرارتی PCB (مساحت مس، وایاها، ماده برد) بستگی دارد. از منحنی کاهش رتبه برای طراحی یک راه‌حل هیت‌سینک کافی از طریق PCB استفاده کنید تا T_J را در محدوده ایمن نگه دارید، به ویژه در دمای محیطی بالا.
• طراحی نوری: زاویه دید 120 درجه برای کاربردهایی که نیاز به روشنایی وسیع دارند مفید است. برای نور متمرکزتر، اپتیک ثانویه (لنزها) مورد نیاز خواهد بود.
• مقاومت در برابر گوگرد: رتبه معیار آزمایش گوگرد کلاس A1 نشان‌دهنده درجه‌ای از مقاومت در برابر جوهای حاوی گوگرد است که برای کاربردها در مناطق جغرافیایی خاص یا محیط‌های صنعتی مفید است، اگرچه عمدتاً هدف آن خودرویی است.

9. مقایسه و تمایز فنی

در حالی که بسیاری از LEDهای قرمز SMD وجود دارند، این سری 2820 از طریقتاییدیه درجه خودرویی (AEC-Q102)خود متمایز می‌شود. این فقط یک اصطلاح بازاریابی نیست؛ بلکه نشان می‌دهد که قطعه مجموعه‌ای از آزمایش‌های استرس سختگیرانه تعریف شده توسط صنعت خودرو برای قابلیت اطمینان بلندمدت تحت شرایط شدید را گذرانده است. در مقایسه با LEDهای درجه تجاری، این سری عملکرد تضمین شده در محدوده دمایی مشخص شده 40- تا 125+ درجه سانتی‌گراد، تحمل جریان سورژ بالاتر و مقاومت مستند شده در برابر گوگرد را ارائه می‌دهد. ترکیب شار نوری بالا (معمولاً 70 لومن)، زاویه دید گسترده و این بسته قابلیت اطمینان، آن را به گزینه‌ای قوی برای طراحان خودرو تبدیل می‌کند که نمی‌توانند در نرخ خرابی قطعات مصالحه کنند.

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: جریان عملیاتی توصیه شده برای این LED چیست؟
ج: دیتاشیت عملکرد را در 350 میلی‌آمپر مشخص می‌کند که به عنوان نقطه کار معمولی در نظر گرفته می‌شود. می‌توان آن را از 50 میلی‌آمپر تا حداکثر مطلق 500 میلی‌آمپر جریان پیوسته به کار برد، اما روشنایی و بازده متفاوت خواهد بود. در صورت کار در دمای محیطی بالا همیشه به منحنی کاهش رتبه مراجعه کنید.

س: چگونه دسته‌بندی شار نوری (F6، F7، F8) را تفسیر کنم؟
ج: این به شما امکان می‌دهد درجه روشنایی مورد نیاز برای کاربرد خود را انتخاب کنید. به عنوان مثال، سفارش از دسته F7 تضمین می‌کند که LED تحت شرایط آزمایش استاندارد و در جریان 350 میلی‌آمپر، بین 70 تا 80 لومن تولید می‌کند. این ثبات در روشنایی محصول نهایی شما را تضمین می‌کند.

س: دسته ولتاژ مستقیم 2225 است. این برای طراحی درایور من چه معنایی دارد؟
ج: به این معنی است که V_F LEDهای شما در 350 میلی‌آمپر بین 2.25 ولت و 2.50 ولت خواهد بود. درایور جریان ثابت شما باید بتواند جریان مورد نیاز را در حالی تأمین کند که ولتاژی برابر یا بیشتر از حداکثر V_F در رشته (با در نظر گرفتن اتصالات سری) به علاوه هرگونه حاشیه اضافی برای خود درایور ارائه دهد.

س: آیا هیت‌سینک لازم است؟
ج: در حالی که خود LED هیت‌سینک متصل ندارد، مدیریت حرارتی مؤثرضروریاست. گرما باید از طریق PCB از پدهای لحیم دور شود. برای کار در جریان کامل (500-350 میلی‌آمپر) یا در دمای محیطی بالا، استفاده از PCB با مساحت مس حرارتی قابل توجه (که به عنوان هیت‌سینک عمل می‌کند) به شدت توصیه می‌شود تا قابلیت اطمینان بلندمدت حفظ شده و از تخریب شار نوری جلوگیری شود.

11. مطالعه موردی طراحی و استفاده

سناریو: طراحی یک چراغ توقف خودرویی با روشنایی بالا.
1. نیازمندی: یک خوشه از LEDها برای یک چراغ توقف باید مقررات شدت نورسنجی خاصی را برآورده کند، چرخه‌های دمایی خودرویی (دمای محیط 85+ تا 40- درجه سانتی‌گراد) را تحمل کند و عمری بیش از 10,000 ساعت داشته باشد.
2. انتخاب قطعه: 2820-UR3501H-AM به دلیل تاییدیه AEC-Q102، خروجی شار نوری بالا (معمولاً 70 لومن) و توانایی کار در دمای پیوند 125 درجه سانتی‌گراد انتخاب شده است.
3. طراحی حرارتی: PCB با یک لایه مس 2 اونس در بالا و پایین طراحی شده است که توسط چندین وایای حرارتی در زیر پد حرارتی LED به هم متصل شده‌اند. شبیه‌سازی حرارتی اجرا می‌شود تا اطمینان حاصل شود دمای پیوند هنگام اعمال مداوم ترمز در حداکثر دمای کابین زیر 110 درجه سانتی‌گراد باقی می‌ماند.
4. طراحی الکتریکی: LEDها در یک پیکربندی سری-موازی چیده شده‌اند. یک IC درایور LED جریان ثابت با حالت باک انتخاب شده است که می‌تواند محدوده ولتاژ ورودی (16-9 ولت) را مدیریت کرده و خروجی 350 میلی‌آمپر پایدار ارائه دهد، با رتبه ولتاژی که از مجموع حداکثر V_F (دسته 2527) برای رشته سری فراتر رود.
5. نتیجه: مجموعه نهایی تمام آزمایش‌های قابلیت اطمینان خودرویی (چرخه حرارتی، رطوبت، لرزش) را پشت سر گذاشته و خروجی نور قرمز روشن و یکنواختی را در طول عمر وسیله نقلیه ارائه می‌دهد.

12. اصل عملکرد

این دستگاه یک دیود نورافشان (LED) است. عملکرد آن بر اساس الکترولومینسانس در یک ماده نیمه‌هادی است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیش از آستانه دیود (تقریباً 2.0 ولت برای این LED قرمز) اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها به ترتیب از لایه‌های نیمه‌هادی نوع n و نوع p به ناحیه فعال تزریق می‌شوند. این حامل‌های بار بازترکیب شده و انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کنند. طول موج خاص (رنگ) نور منتشر شده، در این مورد قرمز حدود 614 نانومتر، توسط انرژی گاف باند مواد نیمه‌هادی مورد استفاده در ناحیه فعال چیپ LED تعیین می‌شود. نور سپس از طریق لنز اپوکسی بسته استخراج می‌شود که برای دستیابی به زاویه دید مطلوب 120 درجه شکل داده شده است.

13. روندهای فناوری

توسعه LEDها برای روشنایی خودرو چندین روند واضح را دنبال می‌کند. یک فشار مداوم برایبازده نوری بالاتر(لومن بیشتر در هر وات) وجود دارد تا بار الکتریکی کاهش یافته و بازده انرژی بهبود یابد، که برای وسایل نقلیه الکتریکی حیاتی است.بهبود ثبات رنگ و پایداریدر طول دما و عمر همچنان مهم است، به ویژه با اتخاذ سیستم‌های کمک راننده پیشرفته (ADAS) مبتنی بر دوربین که باید چراغ‌های سیگنال را به طور قابل اعتمادی تشخیص دهند.مینیاتوری‌سازیادامه دارد و امکان طراحی‌های چراغ باریک‌تر و با استایل بیشتر را فراهم می‌کند. علاوه بر این، ادغامعملکردهای هوشمند، مانند روشنایی تطبیقی و ارتباط از طریق نور (Li-Fi)، یک حوزه نوظهور است، اگرچه معمولاً شامل ماژول‌های بسته‌بندی شده پیچیده‌تر به جای LEDهای گسسته مانند 2820 می‌شود. سری 2820 در روند ارائه قطعات گسسته با عملکرد بالا و مقاوم قرار دارد که به عنوان بلوک‌های ساختمانی قابل اعتماد برای این سیستم‌های روشنایی پیشرفته عمل می‌کنند.