LED قرمز 3.0x3.0x0.55mm – ولتاژ پیشرو 2.3V – توان 1.09W – طول موج غالب 612.5-625nm – برگه اطلاعات فنی انگلیسی

1. مرور کلی محصول

RF-A4E31-R15H-S1 یک دیود ساطع کننده نور (LED) قرمز با عملکرد بالا است که برای کاربردهای نورپردازی داخلی و خارجی خودرو طراحی شده است. این دستگاه از یک ساختار اپیتاکسیال پیشرفته AlGaInP (فسفید آلومینیوم گالیم ایندیم) رشد یافته روی زیرلایه استفاده می‌کند و روشنایی و قابلیت اطمینان عالی را ارائه می‌دهد. این قطعه در یک بسته فشرده EMC (ترکیب قالب‌گیری اپوکسی) با ابعاد 3.0 میلی‌متر × 3.0 میلی‌متر × 0.55 میلی‌متر قرار دارد که مدیریت حرارتی برتر و استحکام مکانیکی بالایی را فراهم می‌کند.

این LED مطابق با صلاحیت تست استرس AEC‑Q102 برای نیمه‌هادی‌های گسسته درجه خودرو تایید شده است، بنابراین برای محیط‌های سخت مناسب است. این قطعه دارای زاویه دید بسیار عریض 120 درجه است که توزیع یکنواخت نور را تضمین می‌کند. محصول مطابق با RoHS بوده و دارای سطح حساسیت به رطوبت 2 (MSL‑2) است. این محصول به صورت نوار و قرقره (4000 عدد/قرقره) برای مونتاژ سطحی کارآمد عرضه می‌شود.

2. پارامترهای فنی

2.1 ویژگی‌های الکتریکی و نوری (در Ts=25‌°C، IF=350‌mA)

جدول زیر خلاصه‌ای از پارامترهای کلیدی الکتریکی و نوری اندازه‌گیری شده در شرایط پالسی در دمای 25‌°C را نشان می‌دهد:

• ولتاژ پیشرو (V_F): حداقل 2.0‌V، معمولی 2.3‌V، حداکثر 2.6‌V در IF=350‌mA (تلرانس اندازه‌گیری ±0.1‌V).
• جریان معکوس (I_R): ≤10‌µA در V_R=5‌V.
• شار نوری (Φ): حداقل 55.3‌lm، حداکثر 93.2‌lm در IF=350‌mA (تلرانس ±10%).
• طول موج غالب (λ_D): حداقل 612.5‌nm، حداکثر 625‌nm در IF=350‌mA.
• زاویه دید (2θ_1/2): معمولی 120°.
• مقاومت حرارتی (اتصال به لحیم): R_{th JS real}معمولی 12‌°C/W (حداکثر 19‌°C/W); R_th JS elمعمولی 6‌°C/W (حداکثر 10‌°C/W) – اندازه‌گیری شده در 350‌mA، 25‌°C.

در دمای 25‌°C، بازده تبدیل فوتوالکتریک η_eبرابر 47% (حالت پالسی) است. حداکثر توان اتلافی 1092‌mW و حداکثر جریان پیشرو 420‌mA (700‌mA پیک با چرخه وظیفه 1/10، عرض پالس 10‌ms) می‌باشد. دمای اتصال نباید از 150‌°C تجاوز کند.

2.2 حداکثر مقادیر مجاز

دستگاه باید در محدوده‌های زیر کار کند:

• توان اتلافی (P_D): 1092‌mW
• جریان پیشرو (I_F): 420‌mA
• جریان پیشرو پیک (I_FP): 700‌mA
• ولتاژ معکوس (V_R): 5‌V
• ESD (HBM): 2000‌V
• دمای کاری (T_OPR): −40 تا +125‌°C
• دمای ذخیره‌سازی (T_STG): −40 تا +125‌°C
• دمای اتصال (T_J): 150‌°C

3. سیستم بندی

3.1 بندی ولتاژ پیشرو و شار نوری (IF=350‌mA)

LED بر اساس ولتاژ پیشرو (V_F) و شار نوری (Φ) به بسته‌های زیر طبقه‌بندی می‌شود:

• V_Fبسته‌های ولتاژ (V): C0 (2.0–2.2), D0 (2.2–2.4), E0 (2.4–2.6).
• بسته‌های شار نوری (lm): PA (55.3–61.2), PB (61.2–67.8), QA (67.8–75.3), QB (75.3–83.7), RA (83.7–93.2).
• بسته‌های طول موج (nm): C2 (612.5–615), D1 (615–617.5), D2 (617.5–620), E1 (620–622.5), E2 (622.5–625).

مشتریان می‌توانند ترکیب بسته مورد نیاز خود را برای اطمینان از عملکرد یکنواخت در کاربردهایشان مشخص کنند.

4. منحنی‌های عملکرد

ویژگی‌های نوری معمولی زیر برای مرجع طراحی ارائه شده است. تمام منحنی‌ها در دمای 25‌°C اندازه‌گیری شده‌اند مگر در موارد ذکر شده.

4.1 ولتاژ پیشرو بر حسب جریان پیشرو (شکل‌های 1‑6)

در جریان کم، ولتاژ پیشرو به شدت از حدود 1.6‌V در 0‌mA به 2.0‌V در 50‌mA افزایش می‌یابد. بالای 100‌mA منحنی تقریباً خطی می‌شود. ولتاژ پیشرو معمولی در 350‌mA برابر 2.3‌V است.

4.2 جریان پیشرو بر حسب شار نوری نسبی (شکل‌های 1‑7)

شار نوری نسبی تقریباً به صورت خطی با جریان پیشرو تا 350‌mA افزایش می‌یابد و در 350‌mA به 100% شار نسبی می‌رسد. بالای 350‌mA، شیب به دلیل اثرات حرارتی به تدریج کم می‌شود.

4.3 دمای اتصال بر حسب شار نوری نسبی (شکل‌های 1‑8)

همانطور که دمای اتصال از −40‌°C به 150‌°C افزایش می‌یابد، شار نوری نسبی حدود 40% کاهش می‌یابد. در دمای 125‌°C، شار به تقریباً 70% مقدار در 25‌°C می‌رسد.

4.4 دمای لحیم بر حسب جریان پیشرو (شکل‌های 1‑9)

برای جلوگیری از تجاوز از حداکثر دمای اتصال، جریان پیشرو باید زمانی که دمای لحیم از 25‌°C فراتر می‌رود کاهش یابد. در دمای لحیم 125‌°C، حداکثر جریان مجاز حدود 150‌mA است.

4.5 تغییر ولتاژ بر حسب دمای اتصال (شکل‌های 1‑10)

تغییر ولتاژ پیشرو (ΔV_F) تقریباً به صورت خطی با دما تغییر می‌کند: حدود −0.3‌V در 150‌°C و +0.3‌V در −40‌°C نسبت به 25‌°C.

4.6 نمودار تابش (شکل‌های 1‑11)

LED نوری با توزیع گسترده و شبه لمبرتی ساطع می‌کند. شدت نور نسبی در ±60° حدود 50% شدت محوری است که معادل نصف عرض کامل در نصف بیشینه (FWHM) 120° است.

4.7 تغییر طول موج غالب بر حسب دمای اتصال (شکل‌های 1‑12)

با افزایش دما، طول موج غالب به سمت طول موج‌های بلندتر تغییر می‌کند. در 150‌°C، تغییر حدود +8‌nm نسبت به 25‌°C است. در −40‌°C، تغییر حدود −7‌nm است.

4.8 توزیع طیفی (شکل‌های 1‑13)

طول موج اوج انتشار حدود 620‌nm با نصف عرض کامل در نصف بیشینه (FWHM) باریک حدود 20‌nm است. طیف پیک‌های ثانویه ناچیزی را نشان می‌دهد که رنگ قرمز خالص را تضمین می‌کند.

5. اطلاعات مکانیکی بسته

5.1 ابعاد بسته

این قطعه یک بسته نصب سطحی با ابعاد 3.0 میلی‌متر × 3.0 میلی‌متر و ارتفاع کلی 0.55 میلی‌متر است. سطح فوقانی از سیلیکون شفاف نوری ساخته شده است، در حالی که قسمت زیرین دارای یک پد فلزی برای اتصال حرارتی و الکتریکی است. قطبیت با یک بریدگی در یک گوشه (کاتد) مشخص می‌شود.

5.2 الگوی پیشنهادی پد لحیم

برای دستیابی به عملکرد حرارتی و الکتریکی خوب، الگوی زمین PCB توصیه شده برای پد آند 2.4 میلی‌متر × 2.3 میلی‌متر و برای پد کاتد 1.5 میلی‌متر × 0.65 میلی‌متر با فاصله 0.55 میلی‌متر است. تمام ابعاد ±0.2 میلی‌متر هستند.

6. دستورالعمل‌های مونتاژ و لحیم‌کاری

6.1 پروفایل لحیم کاری جریانی

LED با لحیم کاری جریانی استاندارد SMT سازگار است. حداکثر دو چرخه لحیم کاری مجاز است. پارامترهای پروفایل توصیه شده به شرح زیر است:

• پیش‌گرم: 150‌°C → 200‌°C، 60–120‌s
• زمان بالای 217‌°C (T_L): حداکثر 60‌s
• دمای پیک (T_P): 260‌°C، زمان نگهداری ≤10‌s (در محدوده 5‌°C از پیک، حداکثر 30‌s)
• نرخ افزایش دما: ≤3‌°C/s (از T_Smaxبه T_P)
• نرخ خنک‌شدن: ≤6‌°C/s
• زمان کل از 25‌°C تا T_P: ≤8‌min

اگر بیش از 24 ساعت بین دو لحیم کاری سپری شود، LEDها باید دوباره خشک شوند تا از آسیب رطوبت جلوگیری شود.

6.2 جابجایی و تمیزکاری

پوشش سیلیکونی نرم است. از اعمال فشار مکانیکی روی لنز خودداری کنید. برای تمیزکاری فقط از ایزوپروپیل الکل استفاده کنید. تمیزکاری اولتراسونیک توصیه نمی‌شود. از چسب‌هایی که بخارات آلی آزاد می‌کنند استفاده نکنید، زیرا می‌توانند سیلیکون را تغییر رنگ دهند.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

LEDها در کیسه‌های ضد الکتریسیته ساکن و مانع رطوبت بسته‌بندی می‌شوند. هر قرقره حاوی 4000 عدد است. نوار حامل (عرض 8 میلی‌متر) دارای ابعاد: A₀= 3.30 میلی‌متر، B₀= 3.50 میلی‌متر، K₀= 0.90 میلی‌متر. قطر قرقره 180 میلی‌متر است. برچسب‌ها شامل شماره قطعه، شماره بچ، کد بسته، تعداد و تاریخ هستند. شرایط نگهداری قبل از باز کردن کیسه: ≤30‌°C و ≤75% رطوبت نسبی تا 1 سال. پس از باز کردن، ظرف 24 ساعت استفاده کنید یا در دمای 60±5‌°C به مدت ≥24 ساعت خشک کنید.

8. نکات کاربردی

8.1 کاربردهای معمول

این LED قرمز برای نورپردازی داخلی خودرو (داشبورد، نور محیطی) و خارجی (چراغ‌های عقب، چراغ ترمز، راهنما) ایده‌آل است. روشنایی بالا و زاویه دید گسترده آن همچنین برای کاربردهای نشانگر عمومی و تابلوهای راهنما که خلوص رنگ قرمز اهمیت دارد مناسب است.

8.2 مدیریت حرارتی

از آنجایی که خروجی نور و طول موج LED به دمای اتصال وابسته است، اتلاف حرارتی مناسب ضروری است. مقاومت حرارتی PCB و هر هیت سینک اضافی باید به گونه‌ای طراحی شود که T_Jدر بدترین شرایط کاری زیر 150‌°C باقی بماند. پد لحیم باید به یک ناحیه مسی بزرگ متصل شود.

8.3 کاهش جریان

هنگام کار در دمای محیط بالا، جریان پیشرو باید مطابق منحنی دمای لحیم بر حسب جریان پیشرو کاهش یابد. به عنوان مثال، در T_s= 100‌°C، حداکثر جریان پیشرو مجاز تقریباً 200‌mA است.

9. مقایسه فنی

در مقایسه با LEDهای قرمز استاندارد مبتنی بر AlGaAs یا GaAsP، فناوری AlGaInP استفاده شده در این قطعه بازده نوری بالاتر و پایداری دمایی بهتری دارد. زاویه دید گسترده 120° به طور قابل توجهی از بسیاری از LEDهای قرمز 3.0 میلی‌متر × 3.0 میلی‌متر رقیب که معمولاً زاویه نیمه 90°–100° دارند، وسیع‌تر است. صلاحیت AEC‑Q102 قابلیت اطمینان بالاتری برای استفاده در خودرو با تست‌های استرس سخت‌تر نسبت به معادل‌های درجه تجاری فراهم می‌کند.

10. سوالات متداول

سوال 1: آیا می‌توان از این LED در جریان‌های بالاتر از 420‌mA استفاده کرد؟
خیر. حداکثر رتبه‌بندی مطلق برای جریان پیشرو 420‌mA (700‌mA پیک با چرخه وظیفه) است. کار در بالای این حد باعث آسیب دائمی می‌شود.

سوال 2: طول عمر معمول این LED چقدر است؟
اگرچه مستقیماً در برگه اطلاعات ذکر نشده است، LEDهای تایید شده AEC‑Q102 معمولاً طول عمر بسیار بالایی (>50,000 ساعت) در صورت کار در محدوده رتبه‌بندی و با مدیریت حرارتی مناسب دارند.

سوال 3: چگونه باید حساسیت ESD را مدیریت کنم؟
دستگاه برای 2‌kV HBM رتبه‌بندی شده است. از اقدامات احتیاطی استاندارد ESD استفاده کنید: بند مچی زمینی، ایستگاه‌های کاری رسانا و بسته‌بندی ضد الکتریسیته ساکن.

سوال 4: آیا می‌توانم بسته‌های مختلف شار را در یک کاربرد مخلوط کنم؟
مخلوط کردن بسته‌ها ممکن است باعث تفاوت قابل مشاهده در روشنایی شود. توصیه می‌شود از یک بسته واحد برای ظاهر یکنواخت استفاده کنید مگر اینکه کاربرد تنوع را تحمل کند.

11. مطالعه موردی طراحی

چراغ ترکیبی عقب خودرو (RCL)
یک مشتری یک ماژول LED قرمز برای چراغ ترمز با استفاده از 6 عدد RF-A4E31-R15H-S1 طراحی کرد. LEDها در 3 رشته سری 2 موازی (3S2P) چیده شدند تا با ولتاژ 12‌V سازگار شوند. هر رشته با مجموع 350‌mA (175‌mA به ازای هر LED) با یک درایور جریان ثابت اختصاصی هدایت شد. از یک PCB با هسته مسی (ضخامت 1.6 میلی‌متر، مس 2 اونس) استفاده شد تا دمای لحیم زیر 85‌°C بماند. ماژول تست‌های شوک حرارتی (1000 چرخه −40‌°C تا 125‌°C) و رطوبت (85‌°C/85% RH، 1000 ساعت) را بدون خرابی پشت سر گذاشت.

12. اصول کار

LED بر اساس یک لایه فعال double-heterostructure AlGaInP رشد یافته روی زیرلایه شفاف (GaAs) است. هنگامی که بایاس مستقیم اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها در ناحیه فعال به صورت تابشی بازترکیب شده و فوتون‌هایی با انرژی متناسب با گاف باند مواد (~2.0‌eV، که نور قرمز ~620‌nm می‌دهد) ساطع می‌کنند. بسته EMC تراشه را محصور می‌کند و یک لنز برای استخراج کارآمد نور فراهم می‌کند. اتلاف حرارتی از طریق پد زیرین بزرگ و مسیرهای مسی PCB انجام می‌شود.

13. روندهای فناوری و چشم‌انداز

فناوری AlGaInP همچنان در بازده و پایداری حرارتی بهبود می‌یابد. روندهای آینده شامل بسته‌های شار بالاتر از طریق رشد اپیتاکسیال بهبود یافته و طراحی بهتر تراشه (مانند زیرلایه‌های الگودار) است. برای کاربردهای خودرو، پذیرش صلاحیت AEC‑Q102 به یک هنجار تبدیل می‌شود و این LED در حال حاضر این استاندارد را برآورده می‌کند. کوچک‌سازی (مانند بسته‌های 2.0 میلی‌متر × 2.0 میلی‌متر) یک روند رو به رشد است، اما بسته 3.0 میلی‌متر × 3.0 میلی‌متر به دلیل تعادل بین توان و سطح استخراج نور همچنان برای LEDهای قرمز پرقدرت محبوب است.