EL 2020 큐브 라이트 LED 데이터시트 - SMD 패키지 - 쿨 화이트 - 140mA 기준 50lm - 3.0V - 120° 시야각 - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

EL 2020 큐브 라이트는 까다로운 자동차 조명 애플리케이션을 위해 설계된 고성능 표면 실장 장치(SMD) LED입니다. 이 부품은 현대 차량 시스템에 필요한 광 출력, 효율성 및 견고성의 균형을 제공하는 컴팩트하고 신뢰할 수 있는 고체 조명 솔루션을 나타냅니다. 그 핵심 설계 철학은 자동차 환경에서 전형적인 넓은 온도 범위와 가혹한 환경 조건에서도 일관된 성능을 제공하는 데 중점을 둡니다.

이 LED는 밝고 중립적이며 약간 푸른빛이 도는 백색광이 필요한 애플리케이션을 목표로 쿨 화이트 색온도로 제공됩니다. 패키지는 자동화된 조립 공정을 위해 설계되어 대량 생산을 용이하게 합니다. 이 장치의 주요 장점은 자동차 등급 부품을 위한 산업 표준인 AEC-Q102 스트레스 테스트 인증을 준수한다는 점입니다. 이는 자동차 OEM 요구사항을 충족하거나 초과하는 수준의 신뢰성과 수명을 보장합니다.

2. 심층 기술 파라미터 분석

2.1 광도 및 전기적 특성

주요 광도 특성은 순방향 전류(I_F) 140 mA로 구동할 때 전형적인 광속 50 루멘(lm)입니다. 일반적인 생산 편차를 고려한 광속에 대한 지정된 측정 허용 오차 ±8%를 주목하는 것이 중요합니다. 동일한 조건에서 최소값과 최대값은 각각 45 lm 및 70 lm로, 성능 범위를 정의합니다.

전기적으로, 이 장치는 140 mA에서 전형적인 순방향 전압(V_F) 3.0볼트를 나타내며, 범위는 2.75 V에서 3.5 V까지입니다. 순방향 전압 측정 허용 오차는 ±0.05V로 지정됩니다. 이 장치는 최소 10 mA부터 절대 최대 정격 250 mA까지 넓은 작동 순방향 전류 범위를 가집니다. 광학 성능은 넓은 120도 시야각(허용 오차 ±5°)으로 특징지어지며, 다양한 조명 광학에 적합한 넓고 균일한 방사 패턴을 제공합니다.

2.2 열 및 절대 최대 정격

열 관리는 LED 성능과 수명에 매우 중요합니다. 데이터시트는 두 가지 열저항 값을 지정합니다: 접합부에서 솔더 포인트까지의 실제 열저항(R_{th JS real})은 전형적으로 24 K/W(최대 32 K/W)이며, 전기적으로 유도된 값(R_{th JS el})은 전형적으로 17 K/W(최대 23 K/W)입니다. 더 낮은 전기적 값은 종종 보수적인 설계 지침으로 사용됩니다.

절대 최대 정격은 영구적인 손상을 방지하기 위해 초과해서는 안 되는 작동 한계를 정의합니다. 주요 정격은 다음과 같습니다:

• 소비 전력(P_d): 875 mW
• 순방향 전류(I_F): 250 mA (연속)
• 서지 전류(I_FM): 듀티 사이클이 낮은(D=0.005) 펄스 ≤10 μs에 대해 750 mA
• 접합부 온도(T_J): 150 °C
• 작동 및 보관 온도: -40 °C ~ +125 °C
• ESD 민감도 (HBM): 8 kV
• 리플로우 솔더링 온도: 최대 30초 동안 피크 260°C

이러한 한계를 준수하는 것은 신뢰할 수 있는 작동에 필수적입니다.

3. 빈닝 시스템 설명

생산 편차를 관리하고 정밀한 시스템 설계를 가능하게 하기 위해, LED는 주요 파라미터에 따라 빈으로 분류됩니다.

3.1 광속 빈닝

광속은 세 개의 빈으로 분류됩니다:

• F4:45 lm (최소) ~ 52 lm (최대)
• F5:52 lm (최소) ~ 60 lm (최대)
• F6:60 lm (최소) ~ 70 lm (최대)

50 lm의 전형적인 값은 F4 빈에 속합니다. 설계자는 애플리케이션에 필요한 광 출력에 따라 적절한 빈을 선택해야 합니다.

3.2 순방향 전압 빈닝

순방향 전압도 구동 회로 설계 및 전력 관리를 돕기 위해 빈닝됩니다:

• 2730:2.75 V (최소) ~ 3.0 V (최대)
• 3032:3.0 V (최소) ~ 3.25 V (최대)
• 3235:3.25 V (최소) ~ 3.5 V (최대)

3.3 색상 (색도) 빈닝

쿨 화이트 발광은 CIE 1931 색 공간 내에서 정의됩니다. 데이터시트는 네 개의 별도 빈(63M, 61M, 58M, 56M)에 대한 코너 좌표를 제공하며, 이는 상관 색온도(CCT) 범위에 해당합니다:

• 63M:~6100K ~ 6600K
• 61M:~5800K ~ 6300K
• 58M:~5600K ~ 6100K
• 56M:~5300K ~ 5800K

CIE 색도 다이어그램의 그래픽 표현은 이러한 빈을 사각형으로 보여줍니다. 색좌표에 대한 지정된 측정 허용 오차는 ±0.005입니다. 이 빈닝은 조립체 내 여러 LED 간의 색상 일관성을 보장합니다.

4. 성능 곡선 분석

4.1 IV 곡선 및 상대 광속

순방향 전류 대 순방향 전압 그래프는 특성적인 지수 관계를 보여줍니다. 140 mA의 전형적인 작동점에서 V_F는 약 3.0V입니다. 이 곡선은 전류 제한 회로 설계에 필수적입니다.

상대 광속 대 순방향 전류 그래프는 광 출력이 전류에 대해 비선형적임을 보여줍니다. 출력은 전류와 함께 증가하지만, 효율(와트당 루멘)은 일반적으로 접합부 온도 증가 및 기타 요인으로 인해 더 높은 전류에서 감소합니다. 이 곡선은 140 mA에서의 광속을 기준으로 정규화됩니다.

4.2 온도 의존성

두 개의 중요한 그래프가 접합부 온도(T_j)에 따른 성능 변화를 설명합니다.

• 상대 광속 대 접합부 온도:광 출력이 T_j가 증가함에 따라 감소함을 보여줍니다. 원하는 밝기를 유지하기 위해서는 효과적인 방열이 매우 중요합니다.
• 상대 순방향 전압 대 접합부 온도:V_F가 음의 온도 계수를 가지며, T_j가 상승함에 따라 선형적으로 감소함을 보여줍니다. 이 특성은 때때로 온도 감지에 사용될 수 있습니다.
• 색도 변화 대 접합부 온도:CIE x 및 y 좌표의 변화를 도표화하며, 온도 범위에 걸쳐 최소한의 변화를 보여주어 색상 안정성에 중요합니다.

4.3 스펙트럼 분포 및 방사 패턴

상대 스펙트럼 분포 그래프는 400nm에서 800nm까지의 파장에 대한 강도를 도표화합니다. LED 칩의 주요 발광으로 인한 청색 영역(약 450-455nm)에서 피크를 보여주며, 형광체 코팅에 의해 생성된 황색 영역(약 550-600nm)에서 더 넓은 2차 피크를 보여 쿨 화이트 빛을 생성합니다.

방사 특성의 전형적인 다이어그램은 120° 시야각을 시각적으로 나타내며, 중심선(0°)에 대한 광도의 각도 분포를 보여줍니다.

4.4 디레이팅 및 펄스 처리

순방향 전류 디레이팅 곡선은 중요한 설계 도구입니다. 이는 솔더 패드 온도(T_S)에 대한 최대 허용 연속 순방향 전류를 도표화합니다. T_S가 증가함에 따라, T_J(최대) 150°C를 초과하는 것을 방지하기 위해 최대 허용 전류를 줄여야 합니다. 예를 들어, T_S가 125°C일 때, 최대 I_F는 250 mA입니다.

허용 펄스 처리 능력 그래프는 솔더 포인트가 25°C일 때 주어진 펄스 폭(t_FP) 및 듀티 사이클(D)에 대해 허용되는 피크 펄스 전류(I_p)를 정의합니다. 이는 펄스 구동 방식을 사용하는 애플리케이션에 매우 중요합니다.

5. 기계적, 패키지 및 조립 정보

5.1 기계적 치수

데이터시트에는 LED 패키지의 상세한 기계적 도면이 포함되어 있습니다. 주요 치수(밀리미터 단위)는 풋프린트, 높이 및 리드 위치를 정의합니다. 달리 명시되지 않는 한 허용 오차는 일반적으로 ±0.1mm입니다. 이 도면은 PCB 풋프린트 설계 및 최종 조립체 내 적절한 맞춤을 보장하는 데 필수적입니다.

5.2 권장 솔더링 패드 레이아웃

별도의 도면은 최적의 솔더링을 위한 PCB 상의 권장 구리 패드 패턴을 제공합니다. 여기에는 전기 단자 및 열 패드에 대한 패드 크기와 간격이 포함됩니다. 이 권장 사항을 따르면 좋은 솔더 접합 형성, PCB로의 적절한 열 전달 및 기계적 안정성이 보장됩니다.

6. 솔더링, 조립 및 취급 지침

6.1 리플로우 솔더링 프로파일

이 부품은 최대 피크 리플로우 온도 260°C에서 최대 30초 동안 정격화됩니다. 열 충격을 최소화하고 LED 패키지나 내부 재료를 손상시키지 않으면서 신뢰할 수 있는 솔더 접합을 보장하기 위해 제어된 예열, 소킹, 리플로우 및 냉각 단계를 갖춘 전형적인 리플로우 프로파일을 사용해야 합니다.

6.2 사용 시 주의사항

일반적인 취급 주의사항에는 패키지에 대한 기계적 스트레스 피하기, 렌즈 오염 방지, 장치가 8kV HBM ESD 정격을 가지므로 취급 및 조립 중 적절한 ESD 제어 사용이 포함됩니다.

6.3 습기 민감도 및 보관

LED의 습기 민감도 등급(MSL)은 2입니다. 이는 패키지가 리플로우 솔더링 전에 베이킹이 필요하기 전까지 최대 1년 동안 공장 환경(≤30°C/60% RH)에 노출될 수 있음을 의미합니다. 더 긴 보관 또는 백 개봉 후에는 리플로우 중 "팝콘 현상"을 방지하기 위해 IPC/JEDEC 표준에 따른 특정 베이킹 절차를 따라야 합니다.

7. 환경 규정 준수 및 신뢰성

이 장치는 RoHS(유해 물질 제한) 및 REACH 규정을 준수합니다. 또한 할로겐 프리로 지정되며, 브롬(Br) 및 염소(Cl) 함량(Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl <1500 ppm)에 제한이 있습니다.

중요한 신뢰성 특징은 황이 풍부한 환경에서의 성능입니다. 이 장치는 황 테스트 클래스 A1 기준을 충족하며, 자동차 및 산업 환경에서 일반적인 문제인 대기 중 황에 의한 부식에 대한 높은 저항성을 나타냅니다.

8. 애플리케이션 노트 및 설계 고려사항

8.1 주요 애플리케이션: 자동차 조명

주요 목적 애플리케이션은 자동차 조명입니다. 잠재적 사용 사례로는 내부 조명(실내등, 맵 램프, 발판 조명, 앰비언트 라이팅), 외부 신호등(센터 하이마운트 스톱 램프 - CHMSL) 및 보조 조명이 포함될 수 있습니다. AEC-Q102 인증, 넓은 온도 범위 및 황 저항성은 이러한 가혹한 환경에 적합하게 만듭니다.

8.2 구동 회로 설계

설계자는 안정적인 광 출력을 보장하고 열 폭주를 방지하기 위해 정전압 공급이 아닌 정전류 구동 회로를 구현해야 합니다. 구동기는 순방향 전압 빈 범위를 수용하도록 설계되어야 합니다. 열 관리는 절대적입니다; PCB는 LED의 열 패드에서 방열판 또는 보드의 구리 평면으로의 적절한 열 경로를 제공하여, 특히 고전류 또는 고주변 온도에서 작동할 때 접합부 온도를 안전한 한계 내로 유지해야 합니다.

8.3 광학 설계

120° 시야각은 유연성을 제공합니다. 집중된 빔이 필요한 애플리케이션의 경우 2차 광학(반사기, 렌즈)이 필요할 것입니다. 넓은 각도는 영역에 걸쳐 균일하고 확산된 조명이 필요한 애플리케이션에 유리합니다.

9. 기술 비교 및 포지셔닝

표준 상업용 등급 LED와 비교하여, 이 부품의 주요 차별점은 자동차 등급 인증(AEC-Q102), 확장된 작동 온도 범위(-40°C ~ +125°C) 및 특정 황 부식 저항성입니다. 이러한 특징은 더 높은 비용을 수반하지만 자동차 안전 및 신뢰성 표준에 필수적입니다. 자동차 LED 시장 내에서 140mA에서 50lm의 출력은 단순한 표시등 기능을 넘어 다양한 애플리케이션에 적합한 중간 출력 장치로 포지셔닝합니다.

10. 자주 묻는 질문 (FAQ)

Q: 이 LED의 전형적인 효율(와트당 루멘)은 얼마입니까?

A: 전형적인 작동점(140mA, 3.0V, 50lm)에서 입력 전력은 0.42W(140mA * 3.0V)입니다. 효율은 약 119 lm/W(50lm / 0.42W)입니다.

Q: 12V 자동차 배터리로 이 LED를 직접 구동할 수 있습니까?

A: 아니요. LED는 정전류 구동기가 필요합니다. 12V 전원에 직접 연결하면 과도한 전류가 흘러 즉시 장치를 파괴할 것입니다. 원하는 수준(예: 140mA)으로 전류를 조절하는 구동 회로가 필요합니다.

Q: 두 가지 다른 열저항 값을 어떻게 해석해야 합니까?

A> 보수적인 열 설계 계산을 위해 더 높은 "실제" 열저항 값(R_{th JS real}전형 24 K/W)을 사용하십시오. 전기적 값은 측정 기술에서 유도되며 종종 더 낮습니다.

Q: MSL 2가 제 생산 공정에 무엇을 의미합니까?

A> MSL 2는 부품이 밀봉된 습기 차단 백에 제어된 조건(≤30°C/60%RH)에서 최대 12개월 동안 보관될 수 있음을 의미합니다. 백이 개봉되면, 부품을 베이킹해야 할 필요가 있기 전에 일반적으로 1주일 이내에 리플로우 솔더링을 완료해야 합니다.

11. 설계 및 사용 사례 연구

시나리오: 자동차 내부 실내등 설계.

설계자는 실내등 조립체에 밝은 백색광이 필요합니다. 그들은 중립적인 백색 외관을 위해 F5 광속 빈(52-60 lm) 및 61M 색상 빈(~5800-6300K)에서 이 LED를 선택합니다. 그들은 정확히 권장된 솔더 패드 레이아웃으로 PCB를 설계합니다. 차량의 12V 시스템에서 140mA를 제공하기 위해 정전류 벅 구동기 IC가 선택됩니다. 디레이팅 곡선과 열저항을 사용하여 열 분석이 수행됩니다: PCB의 열 관리가 솔더 패드를 85°C 이하로 유지하면 LED는 전체 140mA 정격으로 작동할 수 있습니다. 넓은 120° 시야각은 복잡한 2차 광학 없이도 객실을 균일하게 조명하는 데 완벽합니다. AEC-Q102 인증은 이 자동차 애플리케이션에 대한 부품의 장기 신뢰성에 대한 확신을 줍니다.

12. 동작 원리

이는 형광체 변환 백색 LED입니다. 핵심은 전류가 통과할 때(전기발광) 청색 스펙트럼에서 빛을 발하는 반도체 칩(일반적으로 인듐 갈륨 나이트라이드(InGaN)로 제작됨)입니다. 이 청색광은 칩 위 또는 근처에 증착된 세륨 도핑 이트륨 알루미늄 가넷(YAG:Ce) 형광체 코팅층에 의해 부분적으로 흡수됩니다. 형광체는 일부 청색 광자를 흡수하고 더 넓은 스펙트럼, 주로 황색 영역에서 빛을 재방출합니다. 남은 청색광과 변환된 황색광의 혼합물은 인간의 눈에 백색광으로 인지됩니다. 형광체 구성 및 두께에 의해 제어되는 청색과 황색 발광의 정확한 비율이 상관 색온도(CCT)를 결정하여 지정된 "쿨 화이트" 출력을 생성합니다.

13. 기술 트렌드

자동차 LED 조명의 일반적인 트렌드는 더 높은 효율(와트당 더 많은 루멘), 더 높은 전력 밀도 및 개선된 신뢰성으로 향하고 있습니다. 더 나은 시각적 인지를 위한 더 정밀한 색상 제어 및 더 높은 색 재현 지수(CRI)를 위한 추진도 있습니다. 통합은 또 다른 트렌드로, 다중 칩 패키지 및 통합 구동기 또는 제어 회로가 있는 패키지가 더 일반화되고 있습니다. 또한, 매우 빠른 스위칭 또는 디밍이 가능한 LED가 필요한 스마트, 적응형 조명 시스템에 대한 초점이 증가하고 있습니다. 이 데이터시트는 개별 단일 다이 부품을 설명하지만, 기본 기술은 향후 자동차 조명 시스템(고급 전방 조명 및 동적 신호 조명 포함)에 대한 이러한 요구를 충족시키기 위해 계속 발전하고 있습니다.