Scheda Tecnica LED ALFS1J-C0 - Package Ceramico SMD - 425lm @1000mA - 3.25V - Angolo Visivo 120° - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

L'ALFS1J-C0 è un LED ad alta potenza e montaggio superficiale, progettato specificamente per applicazioni automotive impegnative nell'illuminazione esterna. È alloggiato in un robusto package ceramico, che offre un'eccellente gestione termica e affidabilità in condizioni ambientali severe. Il dispositivo è qualificato secondo gli standard AEC-Q102, garantendo il rispetto dei requisiti stringenti per i componenti elettronici automotive. Le sue applicazioni principali includono fari, luci diurne (DRL) e fendinebbia, dove sono fondamentali prestazioni costanti, elevata emissione luminosa e durabilità a lungo termine.

I vantaggi principali di questo LED includono un flusso luminoso tipico elevato di 425 lumen con una corrente di pilotaggio di 1000mA, un ampio angolo visivo di 120 gradi per una buona distribuzione della luce e una costruzione robusta con protezione ESD fino a 8 kV (HBM). È inoltre conforme alle normative RoHS, REACH e privo di alogeni, rendendolo adatto ai mercati automotive globali. La robustezza allo zolfo del prodotto è classificata come A1, indicando un'elevata resistenza alle atmosfere corrosive contenenti zolfo, comuni negli ambienti automotive.

2. Interpretazione Approfondita dei Parametri Tecnici

2.1 Caratteristiche Fotometriche ed Elettriche

I parametri operativi chiave sono definiti in condizioni di test con una corrente diretta (I_F) di 1000mA e il pad termico mantenuto a 25°C. Il flusso luminoso tipico (Φ_v) è di 425 lm, con un minimo di 400 lm e un massimo di 500 lm, soggetto a una tolleranza di misura di ±8%. La tensione diretta (V_F) misura tipicamente 3,25V, con un intervallo da 2,90V a 3,80V (tolleranza ±0,05V). La lunghezza d'onda dominante o la temperatura di colore correlata (CCT) rientra in un intervallo da 5391K a 6893K, classificandolo come LED bianco freddo. L'angolo visivo è specificato come 120 gradi, con una tolleranza di ±5°.

2.2 Valori Massimi Assoluti e Caratteristiche Termiche

Questi valori definiscono i limiti oltre i quali può verificarsi un danno permanente. La corrente diretta massima assoluta è di 1500 mA. Il dispositivo non è progettato per operare con tensione inversa. La temperatura massima di giunzione (T_J) è di 150°C, con un intervallo di temperatura operativa da -40°C a +125°C. La resistenza termica dalla giunzione al punto di saldatura è un parametro critico per la dissipazione del calore. La resistenza termica reale (R_{th JS reale}) è tip. 4,0 K/W (max 4,4 K/W), mentre l'equivalente elettrico (R_{th JS el}) è tip. 3,0 K/W (max 3,4 K/W). La dissipazione di potenza massima è di 5700 mW.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire la coerenza di colore e luminosità nella produzione, i LED vengono suddivisi in bin in base a parametri chiave.

3.1 Binning del Flusso Luminoso

Il flusso luminoso è suddiviso in gruppi, con i dati forniti che mostrano il Gruppo "C". All'interno di questo gruppo, i bin sono definiti: Bin 6 (400-425 lm), Bin 7 (425-450 lm), Bin 8 (450-475 lm) e Bin 9 (475-500 lm). Il test viene eseguito alla corrente diretta tipica con un impulso di 25ms e la tolleranza di misura è di ±8%.

3.2 Binning della Tensione Diretta

La tensione diretta è suddivisa in tre gruppi: Gruppo 1A (2,90V - 3,20V), Gruppo 1B (3,20V - 3,50V) e Gruppo 1C (3,50V - 3,80V). Ciò consente ai progettisti di selezionare LED con V_Fsimile per un migliore bilanciamento di corrente in array multi-LED. La tolleranza di misura è di ±0,05V.

3.3 Binning del Colore (Cromaticità)

Le coordinate cromatiche sul diagramma di cromaticità CIE 1931 sono suddivise in regioni specifiche. La scheda tecnica mostra i bin per i LED bianco freddo, inclusi 63M, 61M, 58M, 56M, 65L, 65H, 61L e 61H. Ogni bin è definito da un'area quadrilatera sul grafico delle coordinate x,y. Ad esempio, il Bin 63M copre coordinate approssimativamente da (0,3127, 0,3093) a (0,3212, 0,3175). La tolleranza di misura delle coordinate è di ±0,005.

4. Analisi delle Curve Prestazionali

4.1 Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (Curva IV)

Il grafico mostra la relazione non lineare tra corrente diretta e tensione diretta a 25°C. La curva è tipica per un LED di potenza, con la tensione che aumenta in modo logaritmico con la corrente. Questi dati sono essenziali per progettare il circuito di pilotaggio per garantire che il LED operi entro il suo intervallo di tensione specificato alla corrente desiderata.

4.2 Flusso Luminoso Relativo vs. Corrente Diretta

Questo grafico illustra l'output luminoso relativo al valore a 1000mA in funzione della corrente di pilotaggio. Il flusso luminoso aumenta con la corrente ma può mostrare una crescita sub-lineare a correnti più elevate a causa dell'efficienza droop e dell'aumento della temperatura di giunzione.

4.3 Grafici delle Prestazioni Termiche

Diversi grafici mostrano le prestazioni in funzione della temperatura di giunzione (T_J) a I_F=1000mA. Lacurva Flusso Luminoso Relativo vs. Temperatura di Giunzionemostra l'output luminoso che diminuisce all'aumentare della temperatura, una caratteristica nota come quenching termico. Lacurva Tensione Diretta Relativa vs. Temperatura di Giunzionemostra V_Fche diminuisce linearmente con l'aumento della temperatura, il che può essere utilizzato per la stima della temperatura di giunzione. Ilgrafico Spostamento delle Coordinate di Cromaticità vs. Temperatura di Giunzionemostra come il punto di colore (CIE x, y) cambi con la temperatura, aspetto cruciale per applicazioni critiche per il colore.

4.4 Curva di Derating della Corrente Diretta

Questo è un grafico di progettazione critico. Traccia la corrente diretta massima ammissibile in funzione della temperatura del pad di saldatura (T_S). All'aumentare di T_S, la corrente massima consentita deve essere ridotta per evitare che la temperatura di giunzione superi i 150°C. La curva fornisce punti specifici di derating: ad esempio, a T_S=110°C, I_Fpuò essere 1500mA; a T_S=125°C, I_Fdeve essere ridotta a 1200mA. Non è raccomandato operare al di sotto di 50mA.

4.5 Distribuzione Spettrale

Il grafico della distribuzione spettrale di potenza relativa mostra l'intensità della luce emessa attraverso le lunghezze d'onda da circa 400nm a 800nm a 25°C e 1000mA. Caratterizza la luce bianca fredda del LED, tipicamente prodotta da un chip LED blu combinato con uno strato di fosforo.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

Il LED utilizza un package ceramico per montaggio superficiale (SMD). La ceramica offre una conduttività termica superiore rispetto ai package in plastica, facilitando un migliore trasferimento di calore dalla giunzione del LED al circuito stampato (PCB). Ciò è vitale per mantenere prestazioni e longevità in applicazioni ad alta potenza come l'illuminazione automotive. Le dimensioni meccaniche specifiche, inclusa lunghezza, larghezza, altezza e posizione dei pad, sono dettagliate nella sezione del disegno meccanico della scheda tecnica. Il package include un pad termico per una saldatura efficiente a una land termica sul PCB.

6. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

6.1 Layout Consigliato per i Pads di Saldatura

Viene fornito un land pattern (impronta) consigliato per la progettazione del PCB. Questo pattern garantisce la corretta formazione del giunto di saldatura, la connessione elettrica e, soprattutto, il trasferimento termico ottimale dal pad termico del LED al piano di rame del PCB. Rispettare questo layout è cruciale per l'affidabilità.

6.2 Profilo di Saldatura a Rifusione

La scheda tecnica specifica un profilo di saldatura a rifusione con una temperatura di picco di 260°C. Questo profilo definisce la curva tempo-temperatura che l'assemblaggio deve seguire durante il processo di rifusione. I parametri chiave includono riscaldamento, stabilizzazione, rifusione e velocità e durate di raffreddamento. Seguire questo profilo previene lo shock termico al package ceramico e garantisce giunti di saldatura affidabili senza danneggiare la struttura interna del LED.

6.3 Precauzioni per l'Uso

Vengono delineate le precauzioni generali di manipolazione e utilizzo. Queste includono avvertenze contro l'applicazione di tensione inversa, il superamento dei valori massimi assoluti e tecniche di saldatura improprie. Sottolinea inoltre l'importanza della protezione dalle scariche elettrostatiche (ESD) durante la manipolazione, anche se il dispositivo ha una protezione ESD integrata fino a 8kV.

7. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

Il prodotto è fornito in imballaggio a nastro e bobina adatto per macchine di assemblaggio pick-and-place automatizzate. Le informazioni sull'imballaggio dettagliano le dimensioni della bobina, la larghezza del nastro, la spaziatura delle tasche e l'orientamento dei componenti sul nastro. La struttura del numero di parte (es. ALFS1J-C010001H-AM) codifica attributi specifici come la serie, i codici bin per flusso e colore e altre informazioni di variante. Le informazioni per l'ordine guidano l'utente su come specificare le combinazioni di bin desiderate quando si effettua un ordine.

8. Suggerimenti per l'Applicazione

8.1 Scenari Applicativi Tipici

Le applicazioni primarie progettate sono isistemi di Illuminazione Esterna Automotive. Ciò include:
- Fari (Anabbaglianti/Abbrivio): Dove sono richieste elevata intensità luminosa e controllo preciso del fascio.
- Luci diurne (DRL): Che richiedono alta efficienza e visibilità.
- Fendinebbia: Che necessitano di buona penetrazione in condizioni meteorologiche avverse.
L'ampio angolo visivo e l'elevato flusso lo rendono adatto sia come sorgenti luminose primarie che per funzioni di illuminazione supplementari.

8.2 Considerazioni di Progettazione

1. Gestione Termica: Questo è l'aspetto più critico. Il PCB deve avere un adeguato progetto termico, utilizzando strati di rame spessi, via termiche e possibilmente un dissipatore esterno, per mantenere la temperatura del pad di saldatura (T_S) il più bassa possibile. Fare riferimento alla curva di derating per i limiti di corrente.
2. Corrente di Pilotaggio: Sebbene il LED possa essere pilotato fino a 1500mA, operare a o al di sotto dei tipici 1000mA fornisce un migliore equilibrio tra output luminoso, efficienza e carico termico, migliorando l'affidabilità a lungo termine.
3. Progettazione Ottica: L'angolo visivo di 120° richiede ottiche secondarie appropriate (lenti, riflettori) per modellare il fascio per l'applicazione specifica (ad esempio, un fascio focalizzato per i fari).
4. Progettazione Elettrica: Utilizzare un driver LED a corrente costante compatibile con il bin di tensione diretta. Per gli array, considerare la selezione del bin e il possibile utilizzo di tecniche di bilanciamento della corrente.

9. Confronto e Differenziazione Tecnica

Rispetto ai LED commerciali o industriali standard, l'ALFS1J-C0 offre diversi differenziatori chiave essenziali per l'uso automotive:
- Qualifica AEC-Q102: Questo è uno standard di affidabilità obbligatorio per i LED automotive, che coinvolge test rigorosi per cicli termici, umidità, resistenza al calore della saldatura e altro.
- Package Ceramico: Fornisce prestazioni termiche e stabilità a lungo termine migliori ad alta temperatura e umidità rispetto ai package in plastica (es. PPA, PCT).
- Robustezza allo Zolfo (Classe A1): Specificamente testata e garantita per resistere alla corrosione da gas contenenti zolfo, una comune modalità di guasto negli ambienti automotive.
- Elevata Classificazione ESD (8kV HBM): Offre una maggiore protezione contro le scariche elettrostatiche durante la manipolazione e l'assemblaggio.
- Intervallo di Temperatura Esteso (-40°C a +125°C): Garantisce il funzionamento alle temperature estreme incontrate dai veicoli.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Qual è l'output luminoso effettivo che posso aspettarmi dal Bin C7?
R: Il Bin C7 specifica un intervallo di flusso luminoso di 425-450 lm quando misurato a I_F=1000mA e T_s=25°C. Considerando la tolleranza di misura di ±8%, il valore effettivo misurato per un LED specifico potrebbe essere compreso tra circa 391 lm e 486 lm in quelle condizioni di test ideali. In un'applicazione reale con temperatura più elevata, l'output sarà inferiore.

D: Come determino il dissipatore richiesto in base ai dati termici?
R: È necessario eseguire un calcolo termico. Il parametro chiave è la resistenza termica reale, R_{th JS reale}(tip. 4,0 K/W). Questa è la resistenza dalla giunzione al punto di saldatura. È necessario aggiungere la resistenza termica dal punto di saldatura all'ambiente (attraverso il PCB, il materiale di interfaccia termica e il dissipatore) per calcolare la R_{th JA}totale. Utilizzando la formula T_J= T_A+ (R_{th JA}× Dissipazione di Potenza), è possibile garantire che T_Jrimanga al di sotto di 150°C, preferibilmente con un margine di sicurezza. La curva di derating fornisce una guida semplificata basata sulla temperatura del pad di saldatura.

D: Posso pilotare questo LED con una sorgente di tensione costante?
R: È fortemente sconsigliato. I LED sono dispositivi pilotati a corrente. La loro tensione diretta ha un coefficiente di temperatura negativo e varia da unità a unità (come si vede nei bin di tensione). Una sorgente di tensione costante potrebbe portare alla fuga termica: quando il LED si riscalda, V_Fdiminuisce, causando un aumento della corrente, che genera più calore, abbassando ulteriormente V_Fe aumentando la corrente fino al guasto. Utilizzare sempre un driver a corrente costante o un circuito che regoli attivamente la corrente.

11. Caso Pratico di Progettazione e Utilizzo

Caso: Progettazione di un Modulo per Luci Diurne (DRL)
Un progettista sta creando un modulo DRL per un'autovettura. Il progetto richiede 6 LED per ottenere la luminosità e il fattore di forma desiderati.
1. Selezione del Bin: Per garantire un aspetto uniforme, il progettista specifica bin di colore stretti (es. 61M ± 1 step) e un singolo bin di flusso luminoso (es. C7). Potrebbe anche specificare un bin di tensione diretta stretto (es. 1A) per migliorare la condivisione della corrente in una configurazione semplice in serie.
2. Progettazione Termica: Il modulo sarà montato in uno spazio confinato. Il progettista utilizza un PCB a nucleo metallico (MCPCB) con uno strato di rame da 2oz. Viene eseguita una simulazione termica per garantire che la temperatura del pad di saldatura non superi i 110°C nella peggiore temperatura ambiente (es. 85°C all'interno del gruppo faro). Secondo la curva di derating, a T_S=110°C, sono consentiti i pieni 1500mA, ma il progettista sceglie di pilotare a 1000mA per una migliore efficacia e longevità.
3. Progettazione Elettrica: I 6 LED sono posizionati in una stringa in serie. La tensione diretta totale a 1000mA sarà approssimativamente di 6 × 3,25V = 19,5V (tip), ma potrebbe variare da ~17,4V a 22,8V in base al binning. Viene selezionato un driver LED buck-boost a corrente costante per adattarsi a questo intervallo di tensione da un sistema a batteria automotive da 12V (nominale 12V, ma operativo da 9V a 16V).
4. Progettazione Ottica: Un'ottica secondaria (una lente TIR) è progettata sopra ciascun LED per collimare l'emissione di 120° in un fascio a ventaglio orizzontale controllato adatto per una firma DRL.

12. Introduzione al Principio di Funzionamento

L'ALFS1J-C0 è un LED bianco a conversione di fosforo. Il principio fondamentale coinvolge un chip semiconduttore (tipicamente realizzato in nitruro di gallio e indio - InGaN) che emette luce blu quando polarizzato direttamente (elettroluminescenza). Questa luce blu è parzialmente assorbita da uno strato di fosforo di granato di alluminio e ittrio drogato con cerio (YAG:Ce) depositato sul chip. Il fosforo converte in basso una parte dei fotoni blu in lunghezze d'onda più lunghe, principalmente nella regione gialla. La miscela della luce blu residua e della luce gialla convertita è percepita dall'occhio umano come luce bianca. L'esatto rapporto tra blu e giallo, e l'inclusione di altri fosfori, determina la temperatura di colore correlata (CCT) e l'indice di resa cromatica (CRI). Il package ceramico funge da substrato robusto per il montaggio del chip e del fosforo e da efficiente diffusore di calore.

13. Tendenze di Sviluppo

L'evoluzione dei LED automotive come l'ALFS1J-C0 segue diverse chiare tendenze del settore:
1. Aumento dell'Efficienza Luminosa (lm/W): Miglioramenti continui nella progettazione del chip, nell'efficienza del fosforo e nella gestione termica del package mirano a fornire più output luminoso per la stessa potenza elettrica in ingresso, riducendo il consumo energetico e il carico termico.
2. Maggiore Densità di Potenza e Miniaturizzazione: C'è una spinta per ottenere un flusso più elevato da impronte di package più piccole, consentendo progetti di illuminazione più compatti e stilizzati.
3. Migliore Coerenza e Stabilità del Colore: I progressi nella tecnologia del fosforo e nei processi di binning portano a tolleranze di colore più strette e a una ridotta deriva del colore con la temperatura e nel tempo.
4. Affidabilità e Robustezza Migliorate: Standard come AEC-Q102 si evolvono continuamente e vengono aggiunti nuovi test per affrontare le modalità di guasto del mondo reale, come la resistenza allo zolfo, diventata un requisito chiave.
5. Integrazione e Illuminazione Intelligente: Il futuro punta verso moduli integrati che combinano LED, driver, sensori e interfacce di comunicazione per sistemi di illuminazione anteriore adattiva (AFS) e comunicazione tramite luce (Li-Fi o segnalazione V2X).
6. Spettri Specializzati: Lo sviluppo di spettri ottimizzati per scopi specifici, come una migliore visibilità nella nebbia o una riduzione dell'abbagliamento per il traffico in arrivo, è un'area di ricerca attiva.