دیتاشیت فنی LED قرمز 2020 Cube Light - ابعاد 2.0x2.0x0.8mm - ولتاژ 2.3V - توان 0.115W - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LED 2020 Cube Light یک قطعه نصب سطحی (SMD) با قابلیت اطمینان بالا است که عمدتاً برای کاربردهای چراغ‌های خودرویی پرتقاضا طراحی شده است. این قطعه بخشی از خانواده محصولاتی است که برای برآورده کردن استانداردهای سختگیرانه صنعت خودروسازی، از جمله تاییدیه AEC-Q102، مهندسی شده است. این قطعه دارای ابعاد فشرده 2020 (2.0mm x 2.0mm) بوده و با انتشار نور قرمز مشخص می‌شود که آن را برای کارکردهای مختلف سیگنال، نشانگر و نورپردازی داخلی درون خودرو مناسب می‌سازد. مزایای اصلی آن شامل ساختار مستحکم برای محیط‌های سخت، مطابقت با مقررات زیست‌محیطی (RoHS, REACH, بدون هالوژن) و عملکرد یکنواخت در محدوده وسیع دمای کاری است.

2. تحلیل پارامترهای فنی

2.1 مشخصات فوتومتریک و الکتریکی

شاخص‌های کلیدی عملکرد LED تحت شرایط کاری معمول جریان مستقیم (IF) 50mA و دمای پد حرارتی 25 درجه سانتی‌گراد تعریف شده است. شار نوری (IV) معمول 8 لومن است، با حداقل 5 لومن و حداکثر 13 لومن، مشروط به تلرانس اندازه‌گیری 8 درصد. طول موج غالب (λd) معمولاً 616 نانومتر است که آن را در طیف قرمز قرار می‌دهد، با محدوده‌ای از 612 نانومتر تا 627 نانومتر (تلرانس ±1nm). این قطعه زاویه دید گسترده 120 درجه (φ) را ارائه می‌دهد، با تلرانس ±5 درجه، که دید خوبی از موقعیت‌های خارج از محور را تضمین می‌کند. از نظر الکتریکی، ولتاژ مستقیم معمول (VF) در 50mA برابر با 2.3V است، که از 1.75V تا 2.75V متغیر است (تلرانس ±0.05V).

2.2 حداکثر مقادیر مطلق مجاز

این مقادیر محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی رخ دهد. حداکثر جریان مستقیم مطلق (IF) برابر با 75 mA است. این قطعه می‌تواند جریان پالسی (IFM) معادل 400 mA را برای پالس‌های ≤10 μs با چرخه کاری بسیار پایین (D=0.005) تحمل کند. حداکثر اتلاف توان (Pd) برابر با 206.25 mW است. دمای اتصال (TJ) نباید از 150°C تجاوز کند. محدوده دمای کاری و ذخیره‌سازی از -40°C تا +125°C مشخص شده است که مناسب بودن آن برای محیط‌های خودرویی را تایید می‌کند. این LED برای کار با ولتاژ معکوس طراحی نشده است. حساسیت ESD (HBM) آن درجه 2 kV است.

2.3 مشخصات حرارتی

مدیریت حرارتی برای عملکرد و طول عمر LED حیاتی است. دیتاشیت دو مقدار مقاومت حرارتی از اتصال تا نقطه لحیم‌کاری را مشخص می‌کند: یک مقاومت حرارتی \"واقعی\" (Rth JS real) معادل 36 K/W (حداکثر 42 K/W) و یک مقاومت حرارتی \"الکتریکی\" (Rth JS el) معادل 25 K/W (حداکثر 29 K/W). تفاوت احتمالاً ناشی از روش اندازه‌گیری است. منحنی کاهش جریان مستقیم به وضوح نشان می‌دهد که حداکثر جریان مستقیم مجاز باید با افزایش دمای پد لحیم‌کاری بالاتر از 25°C کاهش یابد تا از تجاوز از حداکثر دمای اتصال جلوگیری شود.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

این LED بر اساس سه پارامتر کلیدی به دسته‌های مختلفی تقسیم می‌شود تا یکنواختی در تولید و تطبیق طراحی تضمین شود.

3.1 دسته‌بندی شار نوری

دسته‌های شار نوری با کدهای E2 تا E5 مشخص می‌شوند. به عنوان مثال، دسته E3 شامل شار نوری از 6 لومن تا 8 لومن است، در حالی که دسته E4 شامل 8 لومن تا 10 لومن می‌شود. این امر به طراحان اجازه می‌دهد LEDهایی با محدوده روشنایی خاص را برای کاربرد خود انتخاب کنند.

3.2 دسته‌بندی ولتاژ مستقیم

دسته‌های ولتاژ، با کدهای 1720، 2022، 2225 و 2527، LEDها را بر اساس افت ولتاژ مستقیم آن‌ها دسته‌بندی می‌کنند. به عنوان مثال، دسته 2022 شامل LEDهایی با VF بین 2.0V و 2.25V است. این امر برای طراحی مدارهای درایور کارآمد و اطمینان از توزیع یکنواخت جریان در آرایه‌های چند LEDیی بسیار مهم است.

3.3 دسته‌بندی طول موج غالب

دسته‌های طول موج، با کدهای 1215 تا 2427، LEDها را بر اساس سایه خاص قرمز آن‌ها گروه‌بندی می‌کنند. به عنوان مثال، دسته 1518 شامل LEDهایی با طول موج غالب بین 615 نانومتر و 618 نانومتر است. این امر تضمین کننده ثبات رنگ در کاربردهایی است که تطبیق دقیق رنگ اهمیت دارد.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت چندین نمودار ارائه می‌دهد که عملکرد تحت شرایط مختلف را به تفصیل شرح می‌دهد.

4.1 منحنی IV و شار نوری نسبی

نمودار جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم یک رابطه غیرخطی را نشان می‌دهد که برای LEDها معمول است. ولتاژ با افزایش جریان افزایش می‌یابد. نمودار شار نوری نسبی در مقابل جریان مستقیم نشان می‌دهد که خروجی نور به صورت زیرخطی با جریان افزایش می‌یابد که بر اهمیت کار در جریان تست توصیه شده (50mA) یا نزدیک به آن برای بهینه‌ترین بازده تاکید دارد.

4.2 وابستگی دمایی

نمودار ولتاژ مستقیم نسبی در مقابل دمای اتصال نشان می‌دهد که VF به صورت خطی با افزایش دما کاهش می‌یابد (ضریب دمایی منفی)، که می‌تواند برای تخمین دمای اتصال استفاده شود. نمودار شار نوری نسبی در مقابل دمای اتصال نشان می‌دهد که خروجی نور با افزایش دما کاهش می‌یابد، که عاملی حیاتی برای طراحی حرارتی است. نمودار تغییر طول موج غالب در مقابل دمای اتصال یک تغییر مثبت (به سمت طول موج‌های بلندتر) با افزایش دما را نشان می‌دهد.

4.3 توزیع طیفی و قابلیت تحمل پالس

نمودار مشخصات طول موج یک قله منفرد و باریک در ناحیه قرمز (~616 نانومتر) را نشان می‌دهد که یک منبع تک‌رنگ را تایید می‌کند. نمودار قابلیت تحمل پالس مجاز، حداکثر جریان پالسی مجاز را برای عرض‌های پالس و چرخه‌های کاری مختلف تعریف می‌کند، که برای طراحی مدارهایی که ممکن است شرایط گذرا را تجربه کنند حیاتی است.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد فیزیکی

نقشه مکانیکی ابعاد بسته‌بندی LED را مشخص می‌کند. اندازه بدنه 2.0mm x 2.0mm با ارتفاع معمول 0.8mm است. تلرانس‌ها عموماً ±0.1mm هستند مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. نقشه شامل جزئیات شکل لنز و موقعیت پد حرارتی و ترمینال‌های الکتریکی است.

5.2 طرح پد لحیم‌کاری توصیه شده

یک نقشه جداگانه، فوت‌پرینت بهینه برای طراحی PCB را ارائه می‌دهد. این نقشه ابعاد پدهای آند، کاتد و پد حرارتی مرکزی را به تفصیل شرح می‌دهد. رعایت این طرح برای لحیم‌کاری قابل اطمینان، هدایت حرارتی خوب به PCB و جلوگیری از پدیده \"تومب‌ستونینگ\" در حین ریفلو ضروری است.

5.3 شناسایی قطبیت

اگرچه در متن ارائه شده به صراحت توضیح داده نشده است، LEDهای SMD معمولاً از یک علامت (مانند نقطه، شکاف یا اندازه/شکل متفاوت پد) روی بسته‌بندی یا در نقشه فوت‌پرینت برای نشان دادن کاتد استفاده می‌کنند. طراح باید برای این اطلاعات حیاتی به نقشه مکانیکی کامل مراجعه کند.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفیل لحیم‌کاری ریفلو

این قطعه برای دمای لحیم‌کاری ریفلو 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 30 ثانیه درجه‌بندی شده است. این به حداکثر دما در اتصالات لحیم اشاره دارد. یک پروفیل ریفلو مناسب با مراحل پیش‌گرم، خیس‌اندن، ریفلو و خنک‌سازی باید رعایت شود تا از شوک حرارتی جلوگیری شده و اتصالات لحیم قابل اطمینان بدون آسیب به چیپ یا بسته‌بندی LED تضمین شود.

6.2 احتیاط‌های کاربردی

احتیاط‌های عمومی شامل اجتناب از تنش مکانیکی روی لنز، جلوگیری از آلودگی و استفاده از روش‌های دست‌زنی مناسب برای قطعات حساس به ESD است. شرایط نگهداری با محدوده دمای کاری (-40°C تا +125°C) در یک محیط کم‌رطوبت مطابقت دارد. سطح حساسیت رطوبت (MSL) در سطح 2 درجه‌بندی شده است، به این معنی که بسته‌بندی می‌تواند تا یک سال قبل از نیاز به پخت (بیکینگ) پیش از ریفلو، در شرایط محیط کارخانه قرار گیرد.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

7.1 اطلاعات بسته‌بندی

LEDها بر روی نوار و قرقره برای مونتاژ خودکار عرضه می‌شوند. جزئیات بسته‌بندی (عرض نوار، ابعاد جیب، اندازه قرقره، تعداد در هر قرقره) در بخش اطلاعات بسته‌بندی کامل مشخص خواهد شد تا سازگاری با تجهیزات استاندارد Pick-and-Place تضمین شود.

7.2 سیستم شماره قطعه

شماره قطعه 2020-UR050DL-AM به شرح زیر رمزگشایی می‌شود:2020: خانواده محصول/اندازه کیس.UR: رنگ (قرمز).050: جریان تست (50 میلی‌آمپر).D: نوع فریم سرب (طلا + چسب سفید).L: سطح روشنایی (پایین).AM: کاربرد خودرویی. این سیستم امکان شناسایی دقیق ویژگی‌های خاص قطعه را فراهم می‌کند.

8. پیشنهادات کاربردی

8.1 سناریوهای کاربردی معمول

کاربرد اصلی، نورپردازی خودرو است. این شامل کاربردهای داخلی مانند نشانگرهای داشبورد، نور پس زمینه کلیدها و نورپردازی محیطی می‌شود. همچنین ممکن است برای کارکردهای سیگنال خارجی مانند چراغ ترمز مرکزی ارتفاع بالا (CHMSL) یا سایر کاربردهای غیر چراغ جلو که نیاز به سیگنال قرمز دارند، مناسب باشد، مشروط بر اینکه طراحی نوری الزامات فوتومتریک قانونی را برآورده کند.

8.2 ملاحظات طراحی

مدار درایور:یک درایور جریان ثابت برای اطمینان از خروجی نور پایدار و جلوگیری از فرار حرارتی الزامی است. درایور باید طوری طراحی شود که در محدوده حداکثر مقادیر مطلق مجاز کار کند و کاهش جریان در دماهای بالا در نظر گرفته شود.
مدیریت حرارتی:PCB باید طوری طراحی شود که به طور موثر گرما را از پد حرارتی LED دور کند. این ممکن است شامل استفاده از وایاهای حرارتی، یک سطح مسی گسترده یا اتصال به یک هسته فلزی بزرگتر یا هیت‌سینک باشد.
طراحی نوری:اپتیک ثانویه (لنزها، راهنماهای نور) ممکن است برای شکل‌دهی به پرتو 120 درجه برای کاربرد خاص مورد نیاز باشد.
محافظت در برابر ESD:اگرچه درجه‌بندی آن 2kV HBM است، گنجاندن محافظت پایه ESD روی PCB یک روش خوب برای استحکام است.

9. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با LEDهای درجه تجاری استاندارد، نوع AM مدل 2020 Cube Light باتاییدیه خودرویی (AEC-Q102)متمایز می‌شود، که شامل تست‌های سختگیرانه برای چرخه دمایی، رطوبت، کار در دمای بالا و سایر تنش‌ها است. همچنین دارایمقاومت در برابر گوگرد (کلاس A1)است، که در محیط‌های خودرویی که گازهای حاوی گوگرد می‌توانند قطعات مبتنی بر نقره را خورده کنند، حیاتی است. محدوده دمای کاری گسترده (-40°C تا +125°C) و ساختار دسته‌بندی دقیق، آن را به عنوان قطعه‌ای طراحی شده برای کاربردهای با قابلیت اطمینان بالا و طول عمر طولانی که ثبات عملکرد در آن‌ها بسیار مهم است، بیشتر متمایز می‌کند.

10. پرسش‌های متداول (FAQs)

س: تفاوت بین مقاومت حرارتی \"واقعی\" و \"الکتریکی\" چیست؟
پ: مقاومت حرارتی \"واقعی\" (Rth JS real) احتمالاً با استفاده از یک روش حس دمای مستقیم روی اتصال اندازه‌گیری می‌شود. مقاومت حرارتی \"الکتریکی\" (Rth JS el) معمولاً با استفاده از تغییر ولتاژ مستقیم نسبت به دما (روش ضریب K) محاسبه می‌شود. روش الکتریکی اغلب مقدار کمتری دارد زیرا ممکن است تمام مسیرهای حرارتی را ثبت نکند. برای طراحی حرارتی محافظه‌کارانه، باید از مقدار بالاتر \"واقعی\" استفاده شود.

س: آیا می‌توانم این LED را با یک منبع ولتاژ ثابت راه‌اندازی کنم؟
پ: به شدت توصیه نمی‌شود. LEDها قطعات جریان‌محور هستند. یک تغییر کوچک در ولتاژ مستقیم (به دلیل تغییرات دما یا دسته‌بندی) می‌تواند باعث تغییر بزرگی در جریان با یک منبع ولتاژ ثابت شود که ممکن است منجر به جریان بیش از حد، گرمای بیش از حد و خرابی شود. همیشه از یک درایور جریان ثابت یا یک مقاومت محدودکننده جریان همراه با منبع تغذیه ولتاژ تنظیم‌شده دقیق استفاده کنید.

س: چرا روی منحنی کاهش جریان، یادداشت \"از جریان زیر 5mA استفاده نکنید\" وجود دارد؟
پ: در جریان‌های بسیار پایین، خروجی نور LED به شدت غیرخطی و ناپایدار می‌شود. پارامترهای فوتومتریک و رنگ‌سنجی مشخص شده (شار نوری، طول موج غالب) فقط در جریان تست 50mA یا نزدیک به آن تضمین می‌شوند. کار در جریان زیر 5mA ممکن است عملکردی غیرقابل پیش‌بینی و ناسازگار به همراه داشته باشد.

س: هنگام سفارش چگونه کدهای دسته‌بندی را تفسیر کنم؟
پ: ترکیب خاص دسته شار نوری (مثلاً E4)، دسته ولتاژ (مثلاً 2022) و دسته طول موج (مثلاً 1518) که شما روی یک قرقره دریافت می‌کنید، توسط توزیع تولید سازنده تعیین می‌شود. برای کاربردهای حیاتی تطبیق رنگ یا روشنایی، ممکن است نیاز به مشخص کردن الزامات \"دسته تنگ\" یا \"دسته همسان\" داشته باشید که ممکن است بر موجودی و هزینه تأثیر بگذارد.

11. مطالعه موردی طراحی

سناریو:طراحی یک آرایه چند LEDیی برای نور محیطی دستگیره درب داخلی خودرو.
الزامات:درخشش قرمز یکنواخت، روشنایی پایدار در دمای کابین -40°C تا 85°C، عمر 10 ساله.
فرآیند طراحی:
1. انتخاب LED:مدل 2020-UR050DL-AM به دلیل مطابقت با AEC-Q102، مقاومت در برابر گوگرد و محدوده دمایی گسترده انتخاب شده است.
2. دسته‌بندی:برای اطمینان از یکنواختی رنگ و روشنایی، LEDهایی از همان دسته‌های شار نوری و طول موج یا دسته‌های مجاور درخواست می‌شود (مثلاً همه از دسته شار نوری E3/E4 و دسته طول موج 1518).
3. طراحی مدار:یک آی‌سی درایور جریان ثابت منفرد، تمام LEDها را به صورت سری تغذیه می‌کند. پیکربندی سری، جریان یکسان از هر LED را تضمین می‌کند که باعث ترویج روشنایی یکنواخت می‌شود. جریان درایور روی 50mA (معمول) یا کمی پایین‌تر (مثلاً 45mA) تنظیم می‌شود تا طول عمر افزایش یافته و حاشیه حرارتی فراهم شود.
4. طراحی حرارتی:PCB یک برد دو لایه است با یک سطح مسی گسترده در لایه بالا که از طریق چندین وایای حرارتی به پد حرارتی هر LED متصل شده و به لایه پایین که به عنوان هیت‌سینک عمل می‌کند، وصل است.
5. اعتبارسنجی:مونتاژ از نظر یکنواختی خروجی نور در دمای 25°C، 85°C و -30°C آزمایش می‌شود. تست‌های چرخه دمایی برای اعتبارسنجی قابلیت اطمینان اتصالات لحیم و قطعات انجام می‌شود.

12. اصل عملکرد

این LED یک قطعه نیمه‌هادی مبتنی بر یک پیوند p-n است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیشتر از پتانسیل داخلی پیوند (تقریباً 1.75-2.75V برای این LED قرمز) اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه نوع n و حفره‌ها از ناحیه نوع p به داخل پیوند تزریق می‌شوند. هنگامی که این حامل‌های بار در ناحیه فعال ماده نیمه‌هادی (معمولاً مبتنی بر فسفید آلومینیوم گالیم ایندیم - AlGaInP برای LEDهای قرمز) بازترکیب می‌شوند، انرژی به شکل فوتون (نور) آزاد می‌شود. ترکیب خاص لایه‌های نیمه‌هادی، طول موج (رنگ) نور ساطع شده را تعیین می‌کند. لنز اپوکسی چیپ را محصور می‌کند، محافظت مکانیکی فراهم می‌کند و پرتو خروجی نور را شکل می‌دهد.

13. روندهای فناوری

روند در LEDهای SMD خودرویی مانند 2020 Cube Light به سمتبازدهی بالاتر(لومن بیشتر در هر وات) است که امکان مصرف توان کمتر و بار حرارتی کاهش یافته را فراهم می‌کند.بهبود ثبات رنگ و دسته‌بندی دقیق‌تراز اولویت‌های مداوم برای کاربردهای زیبایی‌شناختی است. همچنین تلاشی برایقابلیت اطمینان بالاتر و عمر طولانی‌ترتحت شرایط کاری به طور فزاینده سخت، از جمله درجه‌بندی دمای اتصال بالاتر، وجود دارد. علاوه بر این، ادغام باکنترل هوشمند(مدولاسیون عرض پالس برای تنظیم نور، LEDهای آدرس‌پذیر) در حال رایج‌تر شدن است. مواد نیمه‌هادی زیربنایی و فناوری‌های بسته‌بندی برای پشتیبانی از این تقاضاها به تکامل خود ادامه می‌دهند، با پیشرفت‌هایی در طراحی چیپ، فناوری فسفر (برای رنگ سفید و سایر رنگ‌ها) و ترکیبات قالب‌گیری پیشرفته برای عملکرد حرارتی و محیطی بهتر.