مشخصات فنی LED مدل XI3030-PA3501H-AM - ابعاد 3.0x3.0x?mm - ولتاژ 3.1V - توان 1.085W - رنگ کهربایی - مستندات فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

ال ای دی XI3030-PA3501H-AM یک LED با عملکرد بالا و نصب سطحی (SMD) است که عمدتاً برای کاربردهای سختگیرانه روشنایی بیرونی خودرو طراحی شده است. این قطعه از فناوری تبدیل فسفری برای تولید خروجی رنگ کهربایی پایدار استفاده می‌کند. دستگاه بر روی پلتفرم بسته‌بندی EMC (ترکیب قالب‌گیری اپوکسی) ساخته شده است که در مقایسه با بسته‌بندی‌های پلاستیکی استاندارد، قابلیت اطمینان و عملکرد حرارتی بهبودیافته‌ای ارائه می‌دهد. مزایای اصلی آن شامل شار نوری معمولی بالا معادل 83 لومن در جریان راه‌اندازی استاندارد 350mA، زاویه دید گسترده 120 درجه برای توزیع نور عالی و ساختار مستحکم واجد شرایط مطابق با استاندارد سختگیرانه AEC-Q102 برای دستگاه‌های نوری-الکترونیکی گسسته خودرویی است. بازار هدف به طور مستقیم بر روی طراحان و تولیدکنندگان روشنایی خودرو متمرکز است، به ویژه برای کاربردهایی مانند چراغ‌های راهنما و سایر عملکردهای سیگنالینگ بیرونی که در آن‌ها قابلیت اطمینان، ثبات رنگ و روشنایی حیاتی است.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

2.1 ویژگی‌های نورسنجی و الکتریکی

پارامترهای عملیاتی کلیدی تحت شرایط آزمایش استاندارد جریان مستقیم (I_F) معادل 350mA تعریف شده‌اند. شار نوری معمولی (I_V) 83 لومن است، با حداقل مشخص شده 70 لومن و حداکثر 100 لومن که تحمل اندازه‌گیری 8% را در نظر می‌گیرد. ولتاژ مستقیم (V_F) به طور معمول 3.1V اندازه‌گیری می‌شود که در این جریان از حداقل 2.5V تا حداکثر 3.5V متغیر است. این پارامتر برای مدیریت حرارتی و طراحی درایور حیاتی است. مختصات رنگ غالب CIE x = 0.575 و CIE y = 0.415 است که آن را به طور قطع در ناحیه کهربایی طیف رنگ با تلرانس ±0.005 قرار می‌دهد. زاویه دید، که به عنوان زاویه‌ای تعریف می‌شود که شدت نور به نصف مقدار اوج خود می‌رسد، به طور کامل 120 درجه است.

2.2 مقادیر حداکثر مطلق و مدیریت حرارتی

برای اطمینان از قابلیت اطمینان بلندمدت، دستگاه نباید فراتر از مقادیر حداکثر مطلق خود کار کند. حداکثر جریان مستقیم پیوسته 500 میلی‌آمپر است. حداکثر اتلاف توان (P_d) در 1750 میلی‌وات درجه‌بندی شده است. دمای پیوند (T_j) هرگز نباید از 150 درجه سانتی‌گراد تجاوز کند. محدوده دمای محیط عملیاتی از 40- درجه سانتی‌گراد تا 125+ درجه سانتی‌گراد مشخص شده است. مدیریت حرارتی یک ملاحظه طراحی حیاتی است. دیتاشیت دو مقدار مقاومت حرارتی ارائه می‌دهد: یک مقاومت حرارتی واقعی (R_{th JS real}) معادل 12.9 K/W و یک مقاومت حرارتی الکتریکی (R_{th JS el}) معادل 10.8 K/W که هر دو از پیوند تا نقطه لحیم‌کاری اندازه‌گیری شده‌اند. مقدار الکتریکی پایین‌تر معمولاً برای محاسبات طراحی استفاده می‌شود زیرا از روش پارامتر الکتریکی حساس به دما (TSEP) مشتق شده است. هیت‌سینک مناسب برای حفظ دمای پیوند در محدوده ایمن، به ویژه در جریان‌های راه‌اندازی بالاتر، ضروری است.

2.3 مشخصات قابلیت اطمینان و استحکام

این LED برای محیط‌های خشن طراحی شده است. این قطعه دارای محافظت در برابر تخلیه الکترواستاتیک (ESD) تا 8 کیلوولت (مدل بدن انسان) است که برای جابجایی در حین مونتاژ ضروری است. این محصول با دستورالعمل‌های زیست‌محیطی RoHS و REACH مطابقت دارد. علاوه بر این، دارای مقاومت در برابر گوگرد است که ویژگی حیاتی برای کاربردهای خودرویی است که در آن گازهای حاوی گوگرد از اگزوز و سایر منابع می‌توانند اجزای آب‌کاری شده با نقره را خورده کنند. سطح حساسیت به رطوبت (MSL) در سطح 2 درجه‌بندی شده است که نشان می‌دهد می‌تواند تا یک سال در دمای ≤30°C/60% RH ذخیره شود قبل از اینکه نیاز به پخت قبل از لحیم‌کاری رفلو داشته باشد.

3. تحلیل منحنی‌های عملکرد

3.1 جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (منحنی IV)

منحنی IV رابطه بین جریان مستقیم و ولتاژ مستقیم را نشان می‌دهد. این رابطه غیرخطی است که برای دیودها معمول است. در 350mA، ولتاژ حول و حوش 3.1V متمرکز است. طراحان از این منحنی برای انتخاب مدار محدودکننده جریان مناسب و تخمین مصرف توان (V_F* I_F) استفاده می‌کنند.

3.2 شار نوری نسبی در مقابل جریان مستقیم

این نمودار نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با جریان راه‌اندازی مقیاس می‌شود. در حالی که خروجی با جریان افزایش می‌یابد، کاملاً خطی نیست و بازده معمولاً در جریان‌های بالاتر به دلیل افزایش اثرات حرارتی و افت (droop) کاهش می‌یابد. این منحنی به طراحان کمک می‌کند تا روشنایی مورد نظر را در برابر بازده و بار حرارتی متعادل کنند.

3.3 شار نوری نسبی در مقابل دمای پیوند

این یکی از حیاتی‌ترین نمودارها برای طراحی کاربرد است. کاهش خروجی نور با افزایش دمای پیوند را نشان می‌دهد. کارایی LED با دما رابطه معکوس دارد. برای XI3030، خروجی نور با افزایش T_jبالاتر از 25 درجه سانتی‌گراد کاهش می‌یابد. طراحی حرارتی مؤثر برای حفظ روشنایی ثابت در محدوده دمای عملیاتی، به ویژه در محیط‌های گرم خودرو، بسیار مهم است.

3.4 تغییر رنگ‌سنجی در مقابل جریان و دما

دو نمودار تغییر در مختصات رنگ (ΔCIE x, ΔCIE y) را به تفصیل شرح می‌دهند. یکی تغییر نسبت به جریان مستقیم در دمای ثابت را نشان می‌دهد و دیگری تغییر نسبت به دمای پیوند در جریان ثابت (350mA) را نشان می‌دهد. این تغییرات عموماً کوچک هستند اما باید در کاربردهایی که نیاز به ثبات رنگ دقیق دارند در نظر گرفته شوند. نقطه رنگ کهربایی نسبتاً پایدار است، اما طراحان باید تأیید کنند که تغییرات در محدوده قابل قبول برای کاربرد خاص آن‌ها باقی می‌ماند.

3.5 منحنی کاهش جریان مستقیم

این منحنی حداکثر جریان مستقیم پیوسته مجاز را بر اساس دمای اندازه‌گیری شده در پد لحیم‌کاری دیکته می‌کند. با افزایش دمای پد، حداکثر جریان ایمن کاهش می‌یابد. به عنوان مثال، در حداکثر دمای درجه‌بندی شده پد لحیم‌کاری 125 درجه سانتی‌گراد، حداکثر جریان پیوسته مجاز 500mA است. کار کردن زیر 50mA توصیه نمی‌شود. این نمودار برای تعیین شرایط عملیاتی ایمن در کاربرد نهایی ضروری است.

3.6 قابلیت تحمل پالس مجاز

این نمودار توانایی LED را برای تحمل پالس‌های جریان کوتاه‌مدتی که از درجه‌بندی حداکثر DC فراتر می‌روند، تعریف می‌کند. این نمودار جریان پالس (I_F) را در مقابل زمان پالس (t_p) برای چرخه‌های وظیفه (D) مختلف ترسیم می‌کند. برای پالس‌های بسیار کوتاه (مثلاً میکروثانیه) در چرخه وظیفه پایین، LED می‌تواند جریان‌هایی به مراتب بالاتر از 500mA را تحمل کند. این موضوع برای طرح‌های عملیاتی پالسی که گاهی در سیگنالینگ استفاده می‌شود مرتبط است.

3.7 توزیع طیفی

نمودار توزیع توان طیفی نسبی، شدت نور ساطع شده در طول‌موج‌های مختلف را نشان می‌دهد. به عنوان یک LED کهربایی تبدیل شده با فسفر، طیف معمولاً یک قله اولیه از LED پمپ آبی یا نزدیک به فرابنفش و یک قله ثانویه گسترده‌تر در ناحیه زرد/کهربایی از فسفر خواهد داشت. شکل دقیق، رنگ درک شده و شاخص بازآفرینی رنگ (CRI) را تعریف می‌کند، اگرچه CRI برای نورپردازی سیگنالینگ کمتر حیاتی است.

4. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

دیتاشیت یک ساختار دسته‌بندی را برای طبقه‌بندی LEDها بر اساس عملکرد نورسنجی و رنگ‌سنجی آن‌ها ترسیم می‌کند و اطمینان از ثبات درون یک دسته تولیدی را تضمین می‌کند.

4.1 دسته‌بندی شار نوری

شار نوری با استفاده از کدهای الفبایی-عددی (مانند E1, F2, J5, K3) دسته‌بندی می‌شود. هر دسته یک محدوده حداقل و حداکثر شار نوری را بر حسب لومن تعریف می‌کند. به عنوان مثال، دسته F6 محدوده 60 تا 70 لومن را پوشش می‌دهد، در حالی که دسته K1 محدوده 225 تا 250 لومن را پوشش می‌دهد. XI3030-PA3501H-AM با شار معمولی 83 لومن خود، در یک دسته شار خاص قرار می‌گیرد (احتمالاً در محدوده F7 تا F8 یا J1، اگرچه دسته دقیق برای این شماره قطعه در بخش ارائه شده مشخص نشده است). این به طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی با حداقل روشنایی تضمین شده را انتخاب کنند.

4.2 دسته‌بندی رنگ

رنگ بر اساس ساختار دسته‌بندی فسفر زرد ECE (کمیسیون اقتصادی اروپا) دسته‌بندی می‌شود. نمودار ارائه شده دو دسته اصلی را نشان می‌دهد: YA و YB، که توسط یک ناحیه چهارضلعی در نمودار رنگ‌سنجی CIE 1931 تعریف شده‌اند. مختصات هدف برای این LED (x=0.575, y=0.415) درون یا نزدیک دسته YB قرار می‌گیرد. این دسته‌بندی اطمینان می‌دهد که تمام LEDهای یک دسته، نور را درون یک ناحیه رنگ به شدت کنترل شده ساطع می‌کنند، که برای کاربردهای خودرویی که در آن چندین LED با هم استفاده می‌شوند و باید کاملاً مطابقت داشته باشند حیاتی است.

5. اطلاعات مکانیکی، مونتاژ و بسته‌بندی

5.1 ابعاد مکانیکی و قطبیت

این LED از فوت‌پرینت استاندارد 3030 (تقریباً 3.0mm x 3.0mm) استفاده می‌کند. ارتفاع دقیق و نقشه ابعادی تفصیلی با تلرانس‌ها در بخش "ابعاد مکانیکی" یافت می‌شود. قطعه دارای علامت‌گذاری قطبیت خواهد بود، معمولاً یک نشانگر کاتد (مانند یک شکاف، یک نقطه یا علامت سبز) روی بسته. جهت‌گیری صحیح در حین نصب برای عملکرد ضروری است.

5.2 طرح پیشنهادی پد لحیم‌کاری

یک طرح لند پترن (فوت‌پرینت) پیشنهادی برای طراحی PCB ارائه شده است. این شامل اندازه و شکل پد حرارتی و پدهای تماس الکتریکی است. پیروی از این توصیه، تشکیل صحیح اتصال لحیم، انتقال حرارتی خوب به PCB را تضمین می‌کند و از بروز عیوب مونتاژی مانند tombstoning یا سایر عیوب جلوگیری می‌کند.

5.3 پروفیل لحیم‌کاری رفلو

این دستگاه برای لحیم‌کاری رفلو با حداکثر دمای 260 درجه سانتی‌گراد به مدت حداکثر 30 ثانیه درجه‌بندی شده است. یک پروفیل رفلو خاص (زمان در مقابل دما) توصیه می‌شود که معمولاً از دستورالعمل‌های IPC/JEDEC J-STD-020 برای قطعات MSL2 پیروی می‌کند. این پروفیل شامل مراحل پیش‌گرم، خیس‌اندن، رفلو (با زمان بالاتر از نقطه ذوب، TAL و حداکثر دما) و خنک‌سازی است. رعایت این پروفیل از آسیب حرارتی به بسته LED و دی داخلی جلوگیری می‌کند.

5.4 اطلاعات بسته‌بندی

LEDها بر روی نوار و قرقره برای مونتاژ اتوماتیک Pick-and-Place عرضه می‌شوند. جزئیات بسته‌بندی شامل ابعاد قرقره، عرض نوار، فاصله جیب‌ها و جهت‌گیری قطعات روی نوار است. این اطلاعات برای پیکربندی تجهیزات مونتاژ ضروری است.

6. راهنمای کاربرد و ملاحظات طراحی

6.1 کاربرد اصلی: روشنایی بیرونی خودرو

کاربرد اصلی و صریحاً بیان شده، روشنایی بیرونی خودرو است که چراغ‌های راهنما (چراغ‌های سیگنال چرخشی) به عنوان یک مثال خاص ذکر شده است. تاییدیه AEC-Q102، محدوده دمایی گسترده، مقاومت در برابر گوگرد و روشنایی بالا، آن را برای سایر عملکردهای بیرونی مانند چراغ‌های روشنایی روز (DRL)، چراغ‌های موقعیت و چراغ‌های نشانگر کناری که رنگ کهربایی مورد نیاز است، مناسب می‌سازد.

6.2 طراحی مدار درایور

LEDها دستگاه‌های جریان‌محور هستند. یک درایور جریان ثابت برای اطمینان از خروجی نور پایدار و جلوگیری از فرار حرارتی اجباری است. درایور باید طوری طراحی شود که جریان مورد نظر (مثلاً 350mA برای مشخصات معمولی) را ارائه دهد در حالی که مقادیر حداکثر مطلق و منحنی کاهش جریان بر اساس محیط حرارتی کاربرد را رعایت کند. تغییرات ولتاژ مستقیم (2.5V تا 3.5V) باید در ولتاژ تطبیق درایور در نظر گرفته شود.

6.3 طراحی مدیریت حرارتی

اهمیت این موضوع را نمی‌توان بیش از حد بیان کرد. PCB باید به گونه‌ای طراحی شود که به عنوان یک هیت‌سینک عمل کند. این شامل استفاده از برد با ویای‌های حرارتی کافی در زیر پد حرارتی LED، متصل به صفحات زمین داخلی یا پورهای مسی اختصاصی است. در کاربردهای با توان بالا یا دمای محیط بالا، ممکن است به یک هیت‌سینک خارجی نیاز باشد. هدف به حداقل رساندن افزایش دما از پد لحیم‌کاری (T_s) به پیوند (T_j) با استفاده از فرمول زیر است: T_j= T_s+ (R_{th JS}* توان). توان به صورت V_F* I_F.

محاسبه می‌شود.

6.4 طراحی نوری

زاویه دید 120 درجه یک الگوی انتشار لامبرتی یا نزدیک به لامبرتی است. اپتیک ثانویه (لنزها، رفلکتورها) تقریباً همیشه در روشنایی خودرو برای شکل‌دهی به پرتو نور مطابق با استانداردهای نظارتی (مانند ECE, SAE) استفاده می‌شوند. طراح نوری باید توزیع شدت فضایی، اندازه و یکنواختی رنگ LED را در نظر بگیرد.

6.5 احتیاط‌های کاربردی

احتیاط‌های عمومی شامل موارد زیر است: اجتناب از تنش مکانیکی روی لنز، جلوگیری از آلودگی سطح لنز، استفاده از روش‌های جابجایی ایمن در برابر ESD و اطمینان از اینکه فرآیند لحیم‌کاری از پروفیل مشخص شده فراتر نرود. ذخیره‌سازی باید در یک محیط خشک و کنترل شده مطابق با درجه‌بندی MSL2 انجام شود.

7. اطلاعات سفارش و رمزگشایی شماره قطعهXIشماره قطعه XI3030-PA3501H-AM احتمالاً از یک سیستم کدگذاری خاص شرکت پیروی می‌کند. یک تجزیه معمولی می‌تواند به این صورت باشد:3030(سری/پلتفرم),PA(اندازه بسته),3501(کهربایی تبدیل شده با فسفر),H(ممکن است مربوط به دسته شار/رنگ یا جریان راه‌اندازی باشد),AM(ممکن است نشان‌دهنده روشنایی بالا یا ویژگی خاص باشد),

(احتمالاً کهربایی). بخش "اطلاعات سفارش" هر گزینه موجود (مانند دسته‌های شار مختلف، دسته‌های رنگ، مشخصات نوار و قرقره) و نحوه مشخص کردن آن‌ها در کد سفارش را به تفصیل شرح می‌دهد.

8. مقایسه و تمایز فنیدر حالی که یک مقایسه مستقیم نیاز به داده‌های رقبا دارد، تمایزهای کلیدی این LED را می‌توان از مشخصات آن استنباط کرد:بسته‌بندی EMC:در مقایسه با پلاستیک‌های استاندارد PPA (پلی‌فتالامید) یا PCT، به ویژه در محیط‌های خودرویی با دمای بالا، عملکرد حرارتی بهتر و قابلیت اطمینان بلندمدت (مقاومت در برابر زردی، رطوبت) ارائه می‌دهد.تاییدیه AEC-Q102:این یک الزام اجباری برای LEDهای درجه خودرو است که شامل آزمایش‌های استرس سختگیرانه برای چرخه دمایی، رطوبت، عملیات دمای بالا و مقاومت حرارتی لحیم‌کاری می‌شود. همه LEDهای 3030 این تاییدیه را ندارند.مقاومت در برابر گوگرد:یک تمایزدهنده حیاتی برای کاربردهای خودرویی و صنعتی در معرض جوهای خورنده.چگالی شار بالا:

83 لومن از یک بسته 3030 نشان‌دهنده یک راه‌حل با بازده بالا است که امکان اپتیک کوچک‌تر یا مصرف توان کمتر برای یک خروجی نور معین را فراهم می‌کند.

9. پرسش‌های متداول (FAQ) مبتنی بر پارامترهای فنی

سوال: آیا می‌توانم این LED را به طور پیوسته در 500mA راه‌اندازی کنم؟

پاسخ: بله می‌توانید، اما تنها در صورتی که بتوانید تضمین کنید دمای پد لحیم‌کاری در 25 درجه سانتی‌گراد یا پایین‌تر باقی می‌ماند (منحنی کاهش را ببینید). در یک کاربرد واقعی با دمای بالا، باید جریان را کاهش دهید. در دمای پد معمولی‌تر 85 درجه سانتی‌گراد، حداکثر جریان مجاز به طور قابل توجهی پایین‌تر است. همیشه با استفاده از منحنی کاهش طراحی کنید.

سوال: تفاوت بین مقاومت حرارتی واقعی و الکتریکی چیست؟

پاسخ: مقاومت حرارتی واقعی (12.9 K/W) با استفاده از یک سنسور دمای فیزیکی اندازه‌گیری می‌شود. مقاومت حرارتی الکتریکی (10.8 K/W) از تغییر ولتاژ مستقیم با دما محاسبه می‌شود، روشی که می‌تواند دقیق‌تر باشد اما به شرایط اندازه‌گیری حساس است. برای طراحی محافظه‌کارانه، از مقدار بالاتر (12.9 K/W) استفاده کنید.

سوال: رنگ کهربایی در برابر دما و جریان چقدر پایدار است؟

پاسخ: نمودارهای ارائه شده تغییر را نشان می‌دهند. مقادیر ΔCIE x و y در محدوده عملیاتی نسبتاً کوچک هستند. برای اکثر کاربردهای سیگنالینگ خودرویی، این تغییر قابل قبول و درون مرزهای رنگ نظارتی است. برای کاربردهای به شدت حساس به رنگ، سیستم باید در شرایط عملیاتی افراطی آن مشخصه‌یابی شود.

سوال: آیا به یک لنز یا پوشش سیلیکونی روی LED نیاز است؟

پاسخ: در حالی که LED دارای یک لنز اولیه است، اکثر کاربردهای بیرونی خودرو به اپتیک ثانویه برای شکل‌دهی پرتو و رعایت مقررات نورسنجی نیاز دارند. علاوه بر این، یک لنز ثانویه سیلیکونی یا ترکیب پاتینگ اغلب برای محافظت محیطی اضافی (در برابر آب، گرد و غبار، مواد شیمیایی) و بهبود استخراج نور استفاده می‌شود.

10. اصول عملکرد و روندهای فناوری

10.1 اصل عملکرد پایه

این یک LED کهربایی تبدیل شده با فسفر است. در هسته آن یک تراشه نیمه‌هادی (معمولاً مبتنی بر InGaN) قرار دارد که هنگام بایاس مستقیم، نور را در طیف آبی یا نزدیک به فرابنفش ساطع می‌کند. این نور اولیه مستقیماً ساطع نمی‌شود. در عوض، به یک لایه از ماده فسفر رسوب داده شده درون بسته برخورد می‌کند. فسفر فوتون‌های پرانرژی آبی/فرابنفش را جذب کرده و نور را در طول‌موج‌های بلندتر و کم‌انرژی‌تر، عمدتاً در ناحیه زرد/کهربایی، مجدداً ساطع می‌کند. ترکیب هر نور آبی تبدیل نشده و انتشار گسترده فسفر زرد، منجر به رنگ کهربایی درک شده می‌شود. ترکیب دقیق فسفر، مختصات رنگ دقیق (x=0.575, y=0.415) را تعیین می‌کند.

10.2 روندهای صنعتروندهای بازار روشنایی LED خودرو به سمت موارد زیر است:بازده بالاتر (lm/W):کاهش بار الکتریکی روی وسیله نقلیه.چگالی توان افزایش یافته:نور بیشتر از بسته‌های کوچک‌تر، امکان طراحی چراغ‌های ظریف‌تر را فراهم می‌کند.قابلیت اطمینان بهبودیافته:عمر طولانی‌تر تحت شرایط سخت‌تر، هدایت شده توسط بسته‌هایی مانند EMC.روشنایی هوشمند:ادغام با سنسورها و کنترل‌ها برای پرتوهای رانندگی تطبیقی (ADB) و ارتباطات (Li-Fi، اگرچه برای این محصول نیست).تنظیم رنگ: