دیتاشیت LED سری 2820-C03501H-AM - ابعاد 2.8x2.0 میلی‌متر - ولتاژ 3.25 ولت - توان 1.14 وات - سفید - سند فنی فارسی

1. مرور محصول

سری 2820-C03501H-AM یک LED با روشنایی بالا و نصب سطحی (SMD) است که عمدتاً برای کاربردهای چالش‌برانگیز روشنایی خودرو طراحی شده است. این LED در بسته‌بندی فشرده 2820 (با ابعاد 2.8x2.0 میلی‌متر) ساخته شده و نور سفید سرد ساطع می‌کند. یکی از ویژگی‌های کلیدی این سری، مطابقت آن با استاندارد AEC-Q102 Rev A است که آزمون صلاحیت استرس برای نیمه‌هادی‌های گسسته نوری-الکترونیکی در کاربردهای خودرویی می‌باشد. این امر قابلیت اطمینان در شرایط محیطی سخت خودرو را تضمین می‌کند. سایر صلاحیت‌ها شامل مقاومت در برابر گوگرد (کلاس A1)، مطابقت با RoHS، REACH و الزامات عاری از هالوژن است که آن را برای طراحی‌های مدرن و دوستدار محیط زیست مناسب می‌سازد.

1.1 مزایای اصلی

• قابلیت اطمینان درجه خودرو:تاییدیه AEC-Q102 عملکرد در دماهای شدید، رطوبت و تنش مکانیکی را تضمین می‌کند.
• خروجی نوری بالا:شار نوری معمول 110 لومن را در جریان راه‌اندازی 350 میلی‌آمپر ارائه می‌دهد که برای اندازه خود روشنایی عالی فراهم می‌کند.
• زاویه دید گسترده:زاویه دید 120 درجه، روشنایی وسیع و یکنواختی را ارائه می‌دهد.
• ساختار مستحکم:دارای حفاظت ESD معادل 8 کیلوولت (HBM) و سطح حساسیت رطوبتی (MSL) برابر 2 است که استحکام در هنگام جابجایی و مونتاژ را افزایش می‌دهد.
• مطابقت محیط زیستی:با دستورالعمل‌های RoHS، REACH و عاری از هالوژن مطابقت دارد و از ابتکارات تولید سبز پشتیبانی می‌کند.

1.2 بازار هدف

The primary application for this LED series isروشنایی خودرواست. این شامل روشنایی داخلی (چراغ‌های سقفی، چراغ مطالعه، نورپردازی محیطی)، روشنایی سیگنال خارجی (چراغ‌های نشانگر جانبی، چراغ‌های ترکیبی عقب که در آن‌ها روشنایی بالا در بسته‌بندی کوچک مورد نیاز است) و به طور بالقوه سایر عملکردهای روشنایی داخل خودرو که نیاز به منبع نور سفید روشن و قابل اطمینان دارند، می‌شود.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

2.1 مشخصات نوری و الکتریکی

پارامترهای کلیدی عملکرد در جریان مستقیم معمول (I_F) برابر 350 میلی‌آمپر و دمای پد حرارتی 25 درجه سانتی‌گراد تعریف شده‌اند.

• شار نوری (I_V):100 لومن (حداقل)، 110 لومن (معمول)، 130 لومن (حداکثر). تلرانس اندازه‌گیری ±8% است.
• ولتاژ مستقیم (V_F):3.00 ولت (حداقل)، 3.25 ولت (معمول)، 3.75 ولت (حداکثر) در 350 میلی‌آمپر. تلرانس اندازه‌گیری ±0.05 ولت است.
• زاویه دید (φ):120 درجه (معمول).
• مختصات رنگی (CIE):x = 0.3227 (معمول)، y = 0.3351 (معمول). تلرانس برای هر دو x و y برابر ±0.005 است که آن را در ناحیه سفید سرد قرار می‌دهد.
• جریان مستقیم (I_F):محدوده کاری از 50 میلی‌آمپر تا 500 میلی‌آمپر.

2.2 مشخصات حرارتی

مدیریت حرارتی موثر برای عملکرد و طول عمر LED حیاتی است.

• مقاومت حرارتی (R_{th JS}):دو مقدار ارائه شده است: یک مقاومت حرارتی واقعی (اتصال به نقطه لحیم) از 20 کلوین بر وات (معمول) تا 22 کلوین بر وات (حداکثر)، و یک مقاومت حرارتی الکتریکی برابر 16 کلوین بر وات (حداکثر). مقاومت حرارتی واقعی پارامتر کلیدی برای محاسبه دمای اتصال در طراحی حرارتی است.
• دمای اتصال (T_J):حداکثر دمای مجاز اتصال 150 درجه سانتی‌گراد است.

3. محدوده‌های حداکثر مطلق

این محدوده‌ها، مرزهایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن‌ها ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. عملکرد تحت این شرایط تضمین نمی‌شود.

• توان تلف شده (P_d):1750 میلی‌وات
• جریان مستقیم (I_F):500 میلی‌آمپر (پیوسته)، 1000 میلی‌آمپر (ضربه‌ای، t<=10 میکروثانیه، چرخه کاری 0.5%)
• ولتاژ معکوس (V_R):برای کار معکوس طراحی نشده است.
• دمای کار و ذخیره‌سازی:40- درجه سانتی‌گراد تا 125+ درجه سانتی‌گراد
• حساسیت ESD (HBM):8 کیلوولت
• دمای لحیم کاری ریفلو:حداکثر 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 30 ثانیه.

4. توضیح سیستم باینینگ

LEDها بر اساس پارامترهای کلیدی عملکرد به دسته‌هایی (باین) تقسیم می‌شوند تا یکنواختی در تولید انبوه تضمین شود.

4.1 باین‌های شار نوری

باین‌ها بر اساس مقادیر حداقل و حداکثر شار نوری در شرایط تست (I_F=350mA، پد حرارتی 25°C) تعریف می‌شوند.

• J1:100 لومن تا 110 لومن
• J2:110 لومن تا 120 لومن
• J3:120 لومن تا 130 لومن

4.2 باین‌های ولتاژ مستقیم

باین‌ها بر اساس محدوده ولتاژ مستقیم در جریان تست تعریف می‌شوند.

• 3032:3.00 ولت تا 3.25 ولت
• 3235:3.25 ولت تا 3.50 ولت
• 3537:3.50 ولت تا 3.75 ولت

4.3 باین‌های رنگ (مختصات رنگی)

دیتاشیت یک نمودار رنگی دقیق با باین‌های تعریف شده برای سفید سرد (مانند 56M، 58M، 61M، 63M) ارائه می‌دهد. هر باین یک ناحیه چهارضلعی در نمودار رنگی CIE 1931 است که توسط چهار مجموعه مختصات (x, y) تعریف می‌شود. این امکان انتخاب LEDهایی با ثبات رنگ بسیار بالا را فراهم می‌کند که برای روشنایی خودرو، که در آن اغلب تطابق رنگ در بین چندین LED مورد نیاز است، حیاتی می‌باشد.

5. تحلیل منحنی‌های عملکرد

نمودارها بینش‌های اساسی در مورد رفتار LED تحت شرایط کاری مختلف ارائه می‌دهند.

5.1 توزیع طیفی

نمودار توزیع طیفی نسبی یک قله در ناحیه طول موج آبی (حدود 450-460 نانومتر) با یک انتشار زرد گسترده تبدیل شده توسط فسفر نشان می‌دهد که منجر به نور سفید سرد می‌شود. عدم وجود خروجی قابل توجه در نواحی قرمز عمیق یا مادون قرمز برای LEDهای سفید تبدیل شده با فسفر معمول است.

5.2 جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (منحنی I-V)

این نمودار رابطه نمایی معمول یک دیود را نشان می‌دهد. در 350 میلی‌آمپر، ولتاژ مستقیم حول مقدار معمول 3.25 ولت متمرکز است. طراحان از این منحنی برای طراحی درایور و محاسبات تلفات توان استفاده می‌کنند.

5.3 شار نوری نسبی در مقابل جریان مستقیم

خروجی نوری به صورت زیرخطی با افزایش جریان افزایش می‌یابد. در حالی که راه‌اندازی با جریان‌های بالاتر نور بیشتری تولید می‌کند، اما گرمای بیشتری نیز ایجاد می‌کند که می‌تواند بازده و طول عمر را کاهش دهد. این نمودار به انتخاب نقطه کاری بهینه کمک می‌کند.

5.4 وابستگی دمایی

• شار نوری نسبی در مقابل دمای اتصال:با افزایش دمای اتصال (T_J)، خروجی نوری کاهش می‌یابد. این نمودار میزان افت را کمّی می‌کند که برای طراحی حرارتی به منظور حفظ روشنایی ثابت حیاتی است.
• ولتاژ مستقیم نسبی در مقابل دمای اتصال:ولتاژ مستقیم دارای ضریب دمایی منفی است و با افزایش دما کاهش می‌یابد. این می‌تواند در برخی کاربردها برای نظارت غیرمستقیم دما مورد استفاده قرار گیرد.
• جابجایی رنگی در مقابل دمای اتصال و جریان:این نمودارها نشان می‌دهند که نقطه سفید (مختصات CIE x, y) چگونه با تغییرات جریان راه‌اندازی و دمای اتصال جابجا می‌شود. این جابجایی‌ها نسبتاً کوچک هستند اما باید در کاربردهای حساس به رنگ در نظر گرفته شوند.

5.5 منحنی کاهش جریان مستقیم

این یک نمودار حیاتی برای عملکرد قابل اطمینان است. حداکثر جریان مستقیم پیوسته مجاز را به عنوان تابعی از دمای پد لحیم (T_S) نشان می‌دهد. با افزایش T_S، حداکثر جریان مجاز باید کاهش یابد تا از تجاوز دمای اتصال از 150 درجه سانتی‌گراد جلوگیری شود. به عنوان مثال، در حداکثر دمای کاری T_S برابر 125 درجه سانتی‌گراد، حداکثر جریان پیوسته 500 میلی‌آمپر است.

5.6 قابلیت مجاز تحمل پالس

این نمودار قابلیت جریان ضربه‌ای برای کار پالسی را تعریف می‌کند. حداکثر جریان پالسی مجاز (I_F) را به عنوان تابعی از عرض پالس (t_p) برای چرخه‌های کاری مختلف (D) نشان می‌دهد. این امکان استفاده از جریان‌های بالاتر از حداکثر 500 میلی‌آمپر DC را برای مدت‌های کوتاه فراهم می‌کند که برای کاربردهایی مانند چراغ‌های استروب یا چشمک‌زن مفید است.

6. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

6.1 ابعاد مکانیکی

دیتاشیت شامل یک نقشه ابعادی دقیق از بسته‌بندی SMD 2820 است. ابعاد کلیدی شامل اندازه بدنه 2.8 میلی‌متر (طول) در 2.0 میلی‌متر (عرض) می‌باشد. نقشه محل علامت کاتد، هندسه لنز و محل پدها را مشخص می‌کند. تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر با تلرانس استاندارد ±0.1 میلی‌متر است مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد.

6.2 طرح پد لحیم کاری توصیه شده

یک نقشه جداگانه، طرح توصیه شده برای طراحی PCB را ارائه می‌دهد. این شامل اندازه و فاصله پدهای الکتریکی و پد حرارتی مرکزی است. رعایت این طرح برای لحیم کاری صحیح، عملکرد حرارتی و پایداری مکانیکی ضروری است. پد حرارتی برای دفع حرارت از اتصال LED به PCB حیاتی است.

7. دستورالعمل‌های لحیم کاری و مونتاژ

7.1 پروفیل لحیم کاری ریفلو

این LED برای حداکثر دمای پیک ریفلو 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 30 ثانیه درجه‌بندی شده است. باید یک پروفیل ریفلو معمول با مراحل پیش‌گرم، خیساندن، ریفلو و خنک‌سازی دنبال شود و اطمینان حاصل شود که دما از حد مشخص شده تجاوز نمی‌کند. سطح حساسیت رطوبتی (MSL) برابر 2 است، به این معنی که قطعه باید ظرف یک سال پس از باز شدن مهر و موم کارخانه استفاده شود و در صورت قرار گرفتن در معرض شرایط محیطی فراتر از عمر مفید آن، ممکن است نیاز به پخت داشته باشد.

7.2 احتیاط‌های استفاده

• حفاظت ESD:اگرچه برای 8 کیلوولت HBM درجه‌بندی شده است، اما باید احتیاط‌های استاندارد ESD در حین جابجایی و مونتاژ رعایت شود.
• تمیزکاری:از حلال‌های تمیزکننده مناسب که به لنز LED یا مواد بسته‌بندی آسیب نمی‌رسانند استفاده کنید.
• تنش مکانیکی:از اعمال نیرو یا لرزش مستقیم به لنز LED خودداری کنید.
• کنترل جریان:همیشه LED را با یک منبع جریان ثابت، نه یک منبع ولتاژ ثابت، راه‌اندازی کنید تا عملکرد پایدار تضمین شده و از فرار حرارتی جلوگیری شود.

8. پیشنهادات کاربردی و ملاحظات طراحی

8.1 سناریوهای کاربردی معمول

• روشنایی داخلی خودرو:چراغ‌های کنسول سقفی، چراغ مطالعه نقشه، روشنایی کف پا و نوارهای نورپردازی محیطی.
• روشنایی خارجی خودرو:چراغ‌های روشنایی روز (DRL)، چراغ‌های نشانگر جانبی، چراغ ترمز مرکزی بالا (CHMSL) و چراغ پلاک که در آن‌ها روشنایی بالا در بسته‌بندی کوچک مورد نیاز است.

8.2 ملاحظات طراحی

• مدیریت حرارتی:این حیاتی‌ترین جنبه است. از مقاومت حرارتی (R_{th JS}= 20 K/W) و منحنی کاهش جریان برای طراحی یک مسیر حرارتی مناسب استفاده کنید. این شامل استفاده از PCB با مساحت کافی مس (ویاهای حرارتی زیر پد حرارتی به شدت توصیه می‌شود) و احتمالاً یک PCB با هسته آلومینیومی (MCPCB) برای کاربردهای با توان بالا یا دمای محیط بالا می‌شود.
• انتخاب درایور:یک درایور LED درجه خودرو انتخاب کنید که قادر به تامین جریان ثابت 350 میلی‌آمپر (یا جریان مورد نظر دیگر) از سیستم الکتریکی خودرو (معمولاً 12V یا 24V) باشد. درایور باید شامل محافظت در برابر اضافه ولتاژ، قطبیت معکوس و نوسانات لحظه‌ای تخلیه بار که در محیط‌های خودرویی رایج است، باشد.
• طراحی نوری:زاویه دید 120 درجه برای روشنایی منتشر مناسب است. برای پرتوهای متمرکز، اپتیک ثانویه (لنزها یا رفلکتورها) مورد نیاز خواهد بود. اندازه کوچک منبع نور این LED برای کنترل نوری مزیت محسوب می‌شود.
• ثبات رنگ:برای کاربردهایی که از چندین LED استفاده می‌کنند، باین رنگ مورد نیاز (مانند 61M) را مشخص کنید تا رنگ سفید یکنواختی در سرتاسر مجموعه تضمین شود.

9. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

9.1 مصرف توان معمول چقدر است؟

در نقطه کاری معمول 350 میلی‌آمپر و 3.25 ولت، توان الکتریکی ورودی تقریباً 1.14 وات است (P = I_F* V_F= 0.35A * 3.25V).

9.2 چگونه دمای اتصال را محاسبه کنم؟

دمای اتصال (T_J) را می‌توان با استفاده از فرمول تخمین زد: T_J= T_S+ (P_d* R_{th JS})، که در آن T_Sدمای اندازه‌گیری شده پد لحیم، P_dتوان تلف شده (بر حسب وات) و R_{th JS}مقاومت حرارتی واقعی (20 K/W) است. برای عملکرد قابل اطمینان، T_Jباید زیر 150 درجه سانتی‌گراد نگه داشته شود و پایین‌تر بودن همیشه برای طول عمر بهتر است.

9.3 آیا می‌توانم آن را مستقیماً با منبع 12 ولت راه‌اندازی کنم؟

No.اتصال مستقیم آن به منبع 12 ولت به دلیل جریان بیش از حد، فوراً LED را از بین می‌برد. استفاده از یک درایور LED جریان ثابت یا یک مدار محدودکننده جریان اجباری است.

9.4 تاییدیه AEC-Q102 برای طراحی من چه معنایی دارد؟

به این معنی است که قطعه LED مجموعه‌ای از آزمون‌های استرس سخت‌گیرانه را که شرایط محیطی خودرو را شبیه‌سازی می‌کنند (چرخه دمایی گسترده، رطوبت بالا با بایاس، ذخیره‌سازی دمای بالا و غیره) گذرانده است. استفاده از قطعات دارای تاییدیه AEC-Q102 فرآیند صلاحیت‌سنجی در سطح سیستم شما را ساده کرده و اطمینان به قابلیت اطمینان بلندمدت ماژول روشنایی را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد.

10. مطالعه موردی طراحی عملی

سناریو:طراحی یک چراغ سقفی داخلی برای یک خودروی سواری. نیاز به روشنایی سفید یکنواخت و روشن است.

مراحل طراحی:

1. انتخاب LED:سری 2820-C03501H-AM به دلیل روشنایی، درجه خودرو و اندازه فشرده انتخاب می‌شود.
2. بر اساس سطح نور مورد نیاز (لومن)، تعداد LEDهای لازم محاسبه می‌شود. به عنوان مثال، نیاز به 500 لومن ممکن است به 5 LED از باین J2 (هر کدام 110-120 لومن) نیاز داشته باشد. آن‌ها به صورت خطی یا خوشه‌ای روی PCB چیده می‌شوند.طراحی حرارتی:
3. PCB با یک لایه مس 2 اونس طراحی شده است. از یک طرح پد حرارتی اختصاصی مطابق با توصیه دیتاشیت استفاده می‌شود که با آرایه‌ای از ویاهای حرارتی به یک ناحیه مس بزرگ در لایه زیرین متصل شده تا به عنوان پخش‌کننده حرارت عمل کند. منحنی کاهش جریان بررسی می‌شود: اگر دمای محیط کابین بتواند به 85 درجه سانتی‌گراد برسد، دمای پد لحیم (T) ممکن است حدود 95 درجه سانتی‌گراد تخمین زده شود. منحنی کاهش جریان نشان می‌دهد که جریان مجاز هنوز بالاتر از 350 میلی‌آمپر است، بنابراین طراحی از نظر حرارتی مناسب است._Sطراحی الکتریکی:
4. یک IC درایور LED باک دارای تاییدیه خودرو انتخاب می‌شود تا ولتاژ باتری 12 ولت خودرو را به خروجی جریان ثابت 350 میلی‌آمپر برای رشته سری 5 LED تبدیل کند. ولتاژ مستقیم کل رشته تقریباً 16.25 ولت (5 * 3.25V) است که در محدوده کاری یک مبدل باک معمولی از ورودی 12 ولت قرار دارد.طراحی نوری:
5. یک لنز یا پوشش پخش‌کننده روی آرایه LED قرار می‌گیرد تا منابع نور منفرد را به یک نور ناحیه‌ای یکنواخت تبدیل کند و از زاویه دید 120 درجه هر LED بهره‌برداری کند.11. اصل عملکرد

این LED یک LED سفید تبدیل شده با فسفر است. هسته آن یک تراشه نیمه‌هادی است، معمولاً از جنس نیترید گالیم ایندیم (InGaN)، که هنگام بایاس مستقیم (جریان الکتریکی از آن عبور می‌کند) نور آبی ساطع می‌کند. این نور آبی تا حدی توسط یک لایه از مواد فسفر (مانند گارنت آلومینیوم ایتریم دوپ شده با سریم، YAG:Ce) که روی یا اطراف تراشه رسوب داده شده است، جذب می‌شود. فسفر برخی از فوتون‌های آبی را جذب کرده و نور را در یک طیف گسترده در ناحیه زرد مجدداً ساطع می‌کند. ترکیب نور آبی باقی‌مانده و نور زرد تبدیل شده، توسط چشم انسان به عنوان نور سفید درک می‌شود. سایه دقیق (سفید سرد، همانطور که در این دیتاشیت آمده، یا سفید گرم) توسط ترکیب و ضخامت لایه فسفر تعیین می‌شود.

12. روندهای فناوری

توسعه LEDها برای روشنایی خودرو چندین روند واضح را دنبال می‌کند:

افزایش بازده نوری (لومن بر وات):

• بهبودهای مستمر در طراحی تراشه، بازده فسفر و مدیریت حرارتی بسته‌بندی منجر به خروجی نور بیشتر به ازای هر وات ورودی الکتریکی می‌شود که مصرف انرژی و بار حرارتی را کاهش می‌دهد.چگالی توان بالاتر و مینیاتوری‌سازی:
• محصولاتی مانند بسته‌بندی 2820 که بیش از 100 لومن ارائه می‌دهند، نشان‌دهنده روند بسته‌بندی عملکرد بیشتر در ابعاد کوچکتر هستند که امکان طراحی‌های روشنایی باریک‌تر و فشرده‌تر را فراهم می‌کنند.افزایش قابلیت اطمینان و استحکام:
• استانداردهایی مانند AEC-Q102 در حال تبدیل شدن به الزامات پایه هستند. توسعه‌های بیشتر بر بهبود مقاومت در برابر عوامل استرس‌زای خاص خودرو مانند جوهای حاوی گوگرد (که در این دیتاشیت با آزمون گوگرد کلاس A1 مورد توجه قرار گرفته) و خوردگی گالوانیکی متمرکز است.روشنایی هوشمند و تطبیقی:
• اگرچه این یک LED جزء پایه است، اما صنعت به سمت ماژول‌های یکپارچه با درایورهای داخلی، کنترلرها و رابط‌های ارتباطی (مانند LIN یا CAN) برای سیستم‌های روشنایی جلوی تطبیقی (AFS) و روشنایی داخلی پویا در حرکت است.تنظیم رنگ و کیفیت:
• تمرکز بر دستیابی به مقادیر بالاتر شاخص بازتاب رنگ (CRI) و کنترل دقیق‌تر نقطه رنگ (باین‌های تنگ‌تر) برای کیفیت زیبایی‌شناختی و ایمنی بهتر در محیط‌های خودرویی وجود دارد.There is a focus on achieving higher Color Rendering Index (CRI) values and more precise color point control (tighter bins) for better aesthetic quality and safety in automotive environments.