ال ای دی نارنجی PLCC2 2.2x1.4x1.3mm - ولتاژ پیشرو 1.8V - توان 69mW - طول موج غالب 605nm - برگه داده فنی انگلیسی

1. مرور کلی محصول

RF-AURB14TS-AA-B یک LED نصب سطحی با کارایی بالا در بسته PLCC2 است که برای کاربردهای سخت خودرویی و صنعتی طراحی شده است. این قطعه از فناوری اپیتاکسیال پیشرفته AlGaInP (فسفید آلومینیوم گالیم ایندیم) بر روی زیرلایه برای تولید نور نارنجی اشباع با طول موج غالب در 605 نانومتر استفاده می‌کند. بسته فشرده با ابعاد 2.2 mm × 1.4 mm × 1.3 mm، آن را برای طرح‌های با فضای محدود مناسب می‌سازد در حالی که اتلاف حرارتی عالی را از طریق پد حرارتی زیرین فراهم می‌کند.

ویژگی‌های کلیدی شامل زاویه دید بسیار عریض 120 درجه، سازگاری با تمام فرآیندهای مونتاژ SMT، و انطباق با دستورالعمل‌های RoHS و REACH است. برنامه تست صلاحیت محصول بر اساس تست صلاحیت تنش AEC-Q101 برای نیمه‌هادی‌های گسسته درجه خودرو است که قابلیت اطمینان قوی را در شرایط سخت تضمین می‌کند. سطح حساسیت به رطوبت در سطح 2 رتبه‌بندی شده است که نیاز به جابجایی دقیق پس از باز کردن بسته‌بندی مهر و موم شده دارد.

1.1 ویژگی‌ها

• بسته استاندارد PLCC2 برای برداشت و قرار دادن آسان
• زاویه دید فوق‌العاده عریض 120 درجه برای توزیع یکنواخت نور
• مناسب برای تمام فرآیندهای مونتاژ SMT و لحیم‌کاری (رفلو، موج، دستی)
• موجود بر روی نوار و قرقره برای تولید خودکار
• سطح حساسیت به رطوبت: سطح 2 (بر اساس J-STD-033)
• مطابق با استانداردهای زیست‌محیطی RoHS و REACH
• تایید شده بر اساس AEC-Q101 برای کاربردهای خودرویی

1.2 کاربردها

کاربرد اصلی: روشنایی داخلی خودرو، شامل نشانگرهای داشبورد، نور پس زمینه سیستم اطلاعات سرگرمی، نوارهای نور محیطی، و روشنایی دکمه‌ها. زاویه دید عریض و شدت نور بالا (تا 120 mcd در 5 mA) دید عالی و جذابیت زیبایی را در کابین خودرو تضمین می‌کند.

2. پارامترهای فنی

تمام ویژگی‌های الکتریکی و نوری در دمای لحیم کاری 25 درجه سانتی‌گراد اندازه‌گیری می‌شوند مگر اینکه خلاف آن ذکر شود. LED برای کار در جریان پیشرو 5 mA برای کاربردهای معمولی طراحی شده است، با حداکثر رتبه مطلق 30 mA DC.

ولتاژ پیشرو این LED در مقایسه با فناوری‌های رقیب نسبتاً پایین است، با مقدار معمولی 1.8 V در 5 mA. این ولتاژ پایین امکان رانش مستقیم از ریل‌های توان کم ولتاژ را فراهم می‌کند و اتلاف توان در خود LED را کاهش می‌دهد. جریان معکوس به 10 µA در بایاس معکوس 5 V محدود می‌شود که نشت ناچیز را در شرایط قطبیت معکوس تضمین می‌کند.

شدت نور در 5 mA از 65 تا 120 mcd دسته‌بندی می‌شود و سه درجه شدت (F1، F2، G1) را فراهم می‌کند. طول موج غالب به طور دقیق در یک محدوده 7.5 نانومتری (602.5–610 nm) کنترل می‌شود، با مرکز در 605 nm، که مربوط به رنگ نارنجی اشباع است. زاویه دید عریض 120 درجه LED را برای کاربردهایی که نیاز به روشنایی ناحیه بزرگ بدون نقاط داغ دارند ایده‌آل می‌کند.

2.1 حداکثر رتبه‌بندی مطلق

حداکثر رتبه‌بندی مطلق هرگز نباید در طول عملیات تجاوز شود. LED می‌تواند جریان پیشرو پیک 100 mA را با چرخه وظیفه 1/10 و عرض پالس 10 ms تحمل کند که برای طرح‌های رانش چندگانه مفید است. محدودیت دمای اتصال 120 درجه سانتی‌گراد نیاز به مدیریت حرارتی مناسب دارد؛ مقاومت حرارتی (اتصال به پد لحیم) حداکثر 300°C/W مشخص شده است، بنابراین برای اتلاف توان 69 mW، افزایش دما بالاتر از نقطه لحیم تقریباً 20.7 درجه سانتی‌گراد است. این به LED اجازه می‌دهد حتی در دمای محیط بالا تا 100 درجه سانتی‌گراد به طور ایمن کار کند.

3. سیستم دسته‌بندی برای ولتاژ پیشرو، شدت نور و طول موج غالب

برای اطمینان از عملکرد نوری و الکتریکی سازگار، این LED بر اساس ولتاژ پیشرو، شدت نور و طول موج غالب به دسته‌ها تقسیم می‌شود. سیستم دسته‌بندی مشتریان را قادر می‌سازد قطعاتی با ویژگی‌های کاملاً منطبق برای روشنایی یکنواخت در کاربردهای چند LED انتخاب کنند.

3.1 دسته‌های ولتاژ پیشرو (در IF=5mA)

ولتاژ پیشرو به شش دسته تقسیم می‌شود: A2 (1.7–1.8 V)، B1 (1.8–1.9 V)، B2 (1.9–2.0 V)، C1 (2.0–2.1 V)، C2 (2.1–2.2 V)، و D1 (2.2–2.3 V). ولتاژ معمولی 1.8 V در دسته B1 قرار می‌گیرد. انتخاب یک دسته ولتاژ باریک، تغییرات در اشتراک جریان را زمانی که LED‌ها به صورت موازی متصل می‌شوند کاهش می‌دهد.

3.2 دسته‌های شدت نور (در IF=5mA)

سه دسته شدت تعریف شده است: F1 (65–80 mcd)، F2 (80–100 mcd)، و G1 (100–120 mcd). مقدار معمولی 100 mcd در مرز F2 و G1 است. برای حداکثر روشنایی، G1 را انتخاب کنید؛ برای کاربردهای حساس به هزینه، F1 ممکن است کافی باشد.

3.3 دسته‌های طول موج غالب (در IF=5mA)

سه دسته طول موج طیف نارنجی را پوشش می‌دهند: A2 (602.5–605 nm)، B1 (605–607.5 nm)، و B2 (607.5–610 nm). مقدار معمولی 605 nm حد پایین دسته B1 است. کنترل دقیق طول موج، سازگاری رنگ را در میان دسته‌های تولید تضمین می‌کند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

منحنی‌های ویژگی‌های نوری معمولی ارائه شده در برگه داده، بینش در مورد رفتار LED تحت شرایط عملیاتی مختلف را فراهم می‌کند. درک این منحنی‌ها برای طراحی مدار مناسب و مدیریت حرارتی حیاتی است.

4.1 ولتاژ پیشرو در مقابل جریان پیشرو (منحنی I-V)

شکل 1-6 رابطه نمایی معمول LED‌ها را نشان می‌دهد. در 1.5 V، جریان ناچیز است؛ در 1.7 V، جریان به شدت به حدود 2 mA افزایش می‌یابد؛ در 1.9 V، جریان تقریباً به 10 mA می‌رسد. این شیب تند بر نیاز به تنظیم جریان به جای رانش ولتاژ تأکید می‌کند. یک تغییر کوچک در ولتاژ (0.2 V) می‌تواند باعث تغییر پنج برابری در جریان شود و احتمالاً از حداکثر رتبه مطلق تجاوز کند.

4.2 جریان پیشرو در مقابل شدت نسبی

شکل 1-7 رابطه تقریباً خطی بین جریان پیشرو و خروجی نور نسبی تا 8 mA را نشان می‌دهد. دو برابر کردن جریان از 2 mA به 4 mA تقریباً خروجی نور را دو برابر می‌کند. فراتر از 5 mA، منحنی شروع به اشباع جزئی می‌کند، که نشان می‌دهد حداکثر بازده در جریان‌های متوسط رخ می‌دهد.

4.3 اثرات دما بر خروجی نور و ولتاژ پیشرو

شکل 1-8 نشان می‌دهد که با افزایش دمای لحیم از دمای اتاق به 120 درجه سانتی‌گراد، شار نور نسبی حدود 40٪ کاهش می‌یابد. این افت حرارتی برای LED‌های AlGaInP معمول است و باید در محیط‌های با دمای بالا مانند داخلی خودرو در نظر گرفته شود. شکل 1-10 نشان می‌دهد که ولتاژ پیشرو به صورت خطی با دما کاهش می‌یابد (حدود 2- میلی‌ولت/درجه سانتی‌گراد). این ضریب دمای منفی به کاهش اتلاف توان در دماهای بالا کمک می‌کند اما همچنین نیاز به محدود کردن دقیق جریان دارد.

4.4 حداکثر جریان پیشرو در مقابل دمای لحیم

شکل 1-9 یک منحنی کاهش رتبه را ارائه می‌دهد: در دمای لحیم 25 درجه سانتی‌گراد، حداکثر جریان پیشرو 30 mA است؛ در 100 درجه سانتی‌گراد، به حدود 12 mA کاهش می‌یابد. این کاهش رتبه تضمین می‌کند که دمای اتصال هرگز از 120 درجه سانتی‌گراد تجاوز نمی‌کند. طراحان باید از این منحنی برای تعیین جریان عملیاتی ایمن در دمای محیط مورد انتظار استفاده کنند.

4.5 الگوی تابش و طیف

نمودار تابش (شکل 1-11) یک الگوی انتشار لامبرتی عریض با زاویه نیمه توان ±60 درجه را تأیید می‌کند. طیف (شکل 1-13) یک قله انتشار باریک در حدود 605 nm با پهنای کامل در نیمه حداکثر (FWHM) تقریباً 20 nm را نشان می‌دهد که رنگ نارنجی خالص را فراهم می‌کند.

5. ابعاد مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 نمای کلی بسته

بسته LED یک فرمت استاندارد PLCC2 است: 2.2 mm × 1.4 mm × 1.3 mm (طول×عرض×ارتفاع). نمای بالا یک پنجره نوری مستطیلی را نشان می‌دهد؛ نمای جانبی ضخامت بسته را آشکار می‌کند. نمای پایین دو پد آند/کاتد و یک پد حرارتی مرکزی را نشان می‌دهد. قطبیت با یک بریدگی روی بسته مشخص شده است (شکل 1-4 را ببینید). الگوی لحیم‌کاری توصیه شده (شکل 1-5) شامل پدهای مسی بزرگ برای اتلاف حرارت و تراز مناسب است.

5.2 بسته‌بندی نوار و قرقره

قطعات در نوار حامل به عرض 8 mm بر روی قرقره‌هایی به قطر 178 mm با 3000 قطعه در هر قرقره عرضه می‌شوند. ابعاد نوار حامل (A0 = 1.50 mm، B0 = 2.35 mm، K0 = 1.48 mm) نگهداری ایمن در جیب را تضمین می‌کند. قرقره دارای قطر توپی 60 mm و ضخامت کل 13 mm است. هر قرقره در یک کیسه مانع رطوبت با خشک‌کننده و کارت نشانگر رطوبت مهر و موم می‌شود. شرایط ذخیره‌سازی نیاز به دمای ≤30 درجه سانتی‌گراد و رطوبت ≤60٪ RH دارد. پس از باز کردن، LED‌ها باید ظرف 24 ساعت استفاده شوند؛ در غیر این صورت، پخت در دمای 60±5 درجه سانتی‌گراد به مدت حداقل 24 ساعت توصیه می‌شود.

6. راهنمای لحیم‌کاری رفلو SMT

لحیم‌کاری مناسب برای حفظ قابلیت اطمینان LED ضروری است. پروفایل رفلو توصیه شده از JEDEC J-STD-020 با دمای پیک 260 درجه سانتی‌گراد (حداکثر) پیروی می‌کند. ناحیه پیش‌گرم (150–200 درجه سانتی‌گراد) باید 60 تا 120 ثانیه طول بکشد. زمان بالای 217 درجه سانتی‌گراد نباید از 60 ثانیه تجاوز کند، و دمای پیک نباید بیش از 10 ثانیه حفظ شود. نرخ خنک‌کاری نباید از 6 درجه سانتی‌گراد بر ثانیه تجاوز کند. دو چرخه رفلو مجاز است، به شرطی که فاصله بین آنها کمتر از 24 ساعت باشد؛ در غیر این صورت، حساسیت به رطوبت ممکن است کاهش یابد.

لحیم‌کاری دستی با دمای نوک زیر 300 درجه سانتی‌گراد برای حداکثر 3 ثانیه به ازای هر اتصال مجاز است، و فقط یک بار بازکاری مجاز است. کار تعمیر با استفاده از هویه دو سر باید تأیید شود که به LED آسیب نمی‌رساند. کپسول سیلیکونی نرم است؛ از فشار مکانیکی روی لنز در طول لحیم‌کاری یا جابجایی خودداری کنید. پس از لحیم‌کاری، PCB را تاب ندهید و از خنک‌کاری سریع استفاده نکنید.

7. تست‌های قابلیت اطمینان و صلاحیت

این LED تحت تست‌های صلاحیت گسترده بر اساس استانداردهای AEC-Q101 قرار گرفته است. جدول 2-3 پنج تست کلیدی را فهرست می‌کند: رفلو (260 درجه سانتی‌گراد، 10 ثانیه، 2 چرخه)، پیش‌شرط MSL2 (85 درجه سانتی‌گراد/60٪ RH، 168 ساعت)، شوک حرارتی (40- تا 125 درجه سانتی‌گراد، توقف 15 دقیقه، 1000 چرخه)، تست عمر (Ta=105 درجه سانتی‌گراد، IF=5mA، 1000 ساعت)، و تست عمر در دمای بالا و رطوبت بالا (85 درجه سانتی‌گراد/85٪ RH، IF=5mA، 1000 ساعت). همه تست‌ها صفر شکست از 20 نمونه را می‌پذیرند. معیار قبولی/شکست عبارتند از: تغییر ولتاژ پیشرو ≤1.1× USL، جریان معکوس ≤2.0× USL، و شدت نور ≥0.7× LSL.

8. ملاحظات جابجایی و طراحی کاربرد

برای اطمینان از قابلیت اطمینان بلندمدت، چندین ملاحظات طراحی و جابجایی باید رعایت شود:

• کنترل گوگرد و هالوژن:محتوای عنصر گوگرد در محیط و مواد اطراف نباید از 100 ppm تجاوز کند. محتوای برم و کلر هر کدام باید زیر 900 ppm و مجموع آنها زیر 1500 ppm باشد. ترکیبات آلی فرار (VOCs) می‌توانند به کپسول سیلیکونی نفوذ کرده و باعث تغییر رنگ شوند؛ بنابراین، چسب‌ها و مواد پاتینگ باید از نظر سازگاری گاززدایی آزمایش شوند.
• حفاظت ESD:LED با 2000 V HBM با بازده >90٪ رتبه‌بندی شده است، اما جابجایی در مناطق محافظت شده در برابر ESD الزامی است. از ایستگاه‌های کاری زمینی، یون‌سازها و ابزارهای رسانا استفاده کنید.
• تنظیم جریان:همیشه از مقاومت محدودکننده جریان یا درایور جریان ثابت استفاده کنید. از 30 mA DC تجاوز نکنید. در شرایط پالسی، محدودیت‌های چرخه وظیفه را رعایت کنید.
• مدیریت حرارتی:ناحیه مسی کافی و وی‌های حرارتی در زیر پد LED فراهم کنید. دمای اتصال باید زیر 120 درجه سانتی‌گراد بماند. کاهش رتبه دمای محیط را طبق شکل 1-9 در نظر بگیرید.
• تمیزکاری:در صورت نیاز به تمیزکاری، از ایزوپروپیل الکل استفاده کنید. از تمیزکاری اولتراسونیک استفاده نکنید زیرا ممکن است به سیم‌های اتصال LED آسیب برساند.
• ذخیره‌سازی:شرایط ذخیره‌سازی قطعات حساس به رطوبت را دنبال کنید. اگر کارت نشانگر رطوبت بیش از 30٪ RH را نشان دهد یا زمان قرار گرفتن در معرض بیش از 24 ساعت باشد، پخت لازم است.

9. مقایسه فناوری: AlGaInP در مقابل سایر فناوری‌های LED

RF-AURB14TS-AA-B از ماده AlGaInP بر روی زیرلایه (احتمالاً GaAs) استفاده می‌کند که بازده بالایی در طیف قرمز-نارنجی-زرد فراهم می‌کند. در مقایسه با LED‌های مبتنی بر InGaN برای آبی/سبز، AlGaInP ولتاژ پیشرو بسیار پایین (1.8 V معمولی در مقابل 2.8–3.2 V برای InGaN) را ارائه می‌دهد که امکان عملکرد مستقیم باتری را فراهم می‌کند. با این حال، AlGaInP افت حرارتی بالاتری دارد، بنابراین کاهش رتبه ضروری است. بسته PLCC2 به دلیل ردپای کوچک و سازگاری با مونتاژ خودکار به طور گسترده در کاربردهای خودرویی استفاده می‌شود.

10. مطالعه موردی طراحی: روشنایی محیطی داخلی خودرو

یک نوار نور محیطی داشبورد را در نظر بگیرید که به 10 LED نارنجی با روشنایی یکنواخت نیاز دارد. استفاده از دسته شدت G1 (100–120 mcd) و دسته طول موج B1 (605–607.5 nm) تطابق دقیق رنگ و روشنایی را تضمین می‌کند. LED‌ها با جریان 5 mA از طریق یک IC جریان ثابت رانش می‌شوند. یک مقاومت به صورت سری با هر LED برای جبران تغییرات ولتاژ پیشرو استفاده می‌شود. تحلیل حرارتی نشان می‌دهد که در 5 mA و دمای محیط 25 درجه سانتی‌گراد، افزایش دمای اتصال فقط حدود 4.5 درجه سانتی‌گراد است (0.009 W × 300°C/W = 2.7°C به اضافه حاشیه محیط)، که به خوبی در محدوده ایمن قرار دارد. زاویه دید عریض 120 درجه روشنایی یکنواخت بدون نقاط داغ قابل مشاهده را فراهم می‌کند.

11. سوالات متداول

"س1: آیا می‌توانم این LED را با جریان 20 mA مستقیماً از منبع تغذیه 3.3V بدون مقاومت رانش کنم؟"
"پ: خیر. ولتاژ پیشرو در 20 mA تقریباً 2.0 V است (به منحنی I-V مراجعه کنید). یک منبع تغذیه 3.3 V باعث جریان بیش از حد (بیش از 30 mA) شده و به LED آسیب می‌رساند. همیشه از یک مقاومت محدودکننده جریان (به عنوان مثال (3.3–2.0)/0.02 = 65 Ω) یا یک درایور جریان ثابت استفاده کنید."

"س2: طول عمر معمولی این LED چقدر است؟"
"پ: بر اساس تست عمر AEC-Q101 در 105 درجه سانتی‌گراد و 5 mA به مدت 1000 ساعت با صفر شکست، طول عمر برون‌یابی شده معمولاً در دماهای پایین‌تر بیش از 50000 ساعت است. طول عمر واقعی به شرایط عملیاتی بستگی دارد."

"س3: آیا می‌توانم چند LED را بدون مقاومت جداگانه به صورت موازی وصل کنم؟"
"پ: توصیه نمی‌شود زیرا تغییرات در ولتاژ پیشرو منجر به عدم تعادل جریان می‌شود. اگر عملیات موازی ضروری است، LED‌هایی از همان دسته ولتاژ انتخاب کنید و مقاومت‌های متعادل‌کننده کوچک (به عنوان مثال 10 Ω) در هر شاخه اضافه کنید."

"س4: حداقل جریان برای خروجی نور قابل مشاهده چقدر است؟"
"پ: حتی در 0.5 mA، این LED به دلیل بازده بالا نور نارنجی قابل تشخیصی ساطع می‌کند. حداقل جریان عملیاتی توصیه شده 1 mA برای اطمینان از رنگ پایدار است."

12. اصل کار LED‌های AlGaInP

AlGaInP یک ترکیب نیمه‌هادی با شکاف باند مستقیم از گروه III-V است. لایه فعال از یک ساختار چاه کوانتومی تشکیل شده است که بر روی یک زیرلایه GaAs با تطابق شبکه (یا با زیرلایه شفاف برای استخراج نور بهبود یافته) رشد می‌کند. هنگامی که بایاس مستقیم اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها به صورت تابشی بازترکیب می‌شوند و فوتون‌هایی با انرژی متناظر با شکاف باند منتشر می‌کنند. با تنظیم کسرهای آلومینیوم و گالیم، طول موج انتشار از حدود 560 nm (زرد-سبز) تا 650 nm (قرمز عمیق) قابل تنظیم است. برای این LED نارنجی، ترکیب باعث ایجاد طول موج پیک در حدود 605 nm می‌شود. سیستم ماده AlGaInP دارای بازده کوانتومی داخلی بالا و مقاومت پایین است که منجر به ولتاژ پیشرو پایین می‌شود.

13. روندهای توسعه در بسته‌بندی LED خودرویی

روند صنعت به سمت بسته‌های کوچک‌تر با قابلیت اطمینان بالاتر و کنترل رنگ دقیق‌تر است. PLCC2 برای کاربردهای توان متوسط محبوب باقی مانده است، در حالی که بسته‌های مقیاس تراشه (CSP) و بسته‌های EMC برای چگالی توان بالاتر در حال ظهور هستند. با این حال، برای روشنایی داخلی خودرو که هزینه و استحکام اولویت دارند، PLCC2 همچنان به طور گسترده استفاده می‌شود. تحولات آینده شامل بهبود عملکرد حرارتی از طریق مواد زیرلایه پیشرفته (به عنوان مثال AlN) و دسته‌بندی طول موج دقیق‌تر برای برآورده کردن الزامات سیستم‌های چند LED با حداقل انحراف رنگ است.