ALFS1J-C0 LED 데이터시트 - SMD 세라믹 패키지 - 425lm @1000mA - 3.25V - 120° 시야각 - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

ALFS1J-C0는 까다로운 자동차 외부 조명 애플리케이션을 위해 특별히 설계된 고출력 표면 실장 LED입니다. 견고한 세라믹 패키지에 장착되어 열악한 환경 조건에서도 우수한 열 관리와 신뢰성을 제공합니다. 이 장치는 AEC-Q102 표준에 따라 자격을 갖추어 자동차 전자 부품의 엄격한 요구사항을 충족함을 보장합니다. 주요 적용 분야로는 헤드램프, 주간 주행등(DRL), 안개등이 있으며, 이들 분야에서는 일관된 성능, 높은 광 출력 및 장기 내구성이 매우 중요합니다.

이 LED의 핵심 장점으로는 구동 전류 1000mA에서 425루멘의 높은 전형적 광속, 우수한 광 분포를 위한 120도의 넓은 시야각, 그리고 8kV(HBM)까지의 ESD 보호 기능을 갖춘 견고한 구조가 있습니다. 또한 RoHS, REACH 및 할로겐 프리 규정을 준수하여 글로벌 자동차 시장에 적합합니다. 제품의 황 내성은 A1 등급으로 분류되어 자동차 환경에서 흔히 발견되는 황 함유 부식성 대기에 대한 높은 저항성을 나타냅니다.

2. 기술 파라미터 심층 해석

2.1 광학 및 전기적 특성

핵심 동작 파라미터는 열 패드 온도를 25°C로 유지한 상태에서 순방향 전류(I_F) 1000mA의 테스트 조건에서 정의됩니다. 전형적 광속(Φ_v)은 425 lm이며, 최소 400 lm, 최대 500 lm 범위를 가지며 측정 허용 오차는 ±8%입니다. 순방향 전압(V_F)은 전형적으로 3.25V로 측정되며, 2.90V에서 3.80V 사이의 범위를 가집니다(허용 오차 ±0.05V). 주 파장 또는 상관 색온도(CCT)는 5391K에서 6893K 사이에 속하여 쿨 화이트 LED로 분류됩니다. 시야각은 120도로 지정되며 허용 오차는 ±5°입니다.

2.2 절대 최대 정격 및 열적 특성

이 정격은 영구적 손상이 발생할 수 있는 한계를 정의합니다. 절대 최대 순방향 전류는 1500 mA입니다. 이 장치는 역방향 전압 동작을 위해 설계되지 않았습니다. 최대 접합 온도(T_J)는 150°C이며, 동작 온도 범위는 -40°C에서 +125°C입니다. 접합에서 솔더 접점까지의 열저항은 방열을 위한 중요한 파라미터입니다. 실제 열저항(R_{th JS real})은 전형적으로 4.0 K/W(최대 4.4 K/W)이며, 전기적 등가 열저항(R_{th JS el})은 전형적으로 3.0 K/W(최대 3.4 K/W)입니다. 최대 소비 전력은 5700 mW입니다.

3. 빈닝 시스템 설명

생산 시 색상과 밝기의 일관성을 보장하기 위해 LED는 주요 파라미터에 따라 빈으로 분류됩니다.

3.1 광속 빈닝

광속은 그룹으로 빈닝되며, 제공된 데이터는 "C" 그룹을 보여줍니다. 이 그룹 내에서 빈은 다음과 같이 정의됩니다: 빈 6 (400-425 lm), 빈 7 (425-450 lm), 빈 8 (450-475 lm), 빈 9 (475-500 lm). 테스트는 전형 순방향 전류에서 25ms 펄스로 수행되며, 측정 허용 오차는 ±8%입니다.

3.2 순방향 전압 빈닝

순방향 전압은 세 그룹으로 분류됩니다: 그룹 1A (2.90V - 3.20V), 그룹 1B (3.20V - 3.50V), 그룹 1C (3.50V - 3.80V). 이를 통해 설계자는 다중 LED 어레이에서 더 나은 전류 매칭을 위해 유사한 V_F를 가진 LED를 선택할 수 있습니다. 측정 허용 오차는 ±0.05V입니다.

3.3 색상 (색도) 빈닝

CIE 1931 색도도 상의 색좌표는 특정 영역으로 빈닝됩니다. 데이터시트는 쿨 화이트 LED에 대한 빈을 보여주며, 63M, 61M, 58M, 56M, 65L, 65H, 61L, 61H 등이 포함됩니다. 각 빈은 x,y 좌표 플롯 상의 사변형 영역으로 정의됩니다. 예를 들어, 빈 63M은 대략 (0.3127, 0.3093)에서 (0.3212, 0.3175)까지의 좌표를 포함합니다. 좌표 측정 허용 오차는 ±0.005입니다.

4. 성능 곡선 분석

4.1 순방향 전류 대 순방향 전압 (IV 곡선)

이 그래프는 25°C에서 순방향 전류와 순방향 전압 사이의 비선형 관계를 보여줍니다. 곡선은 전력 LED의 전형적인 형태로, 전압이 전류에 따라 로그적으로 증가합니다. 이 데이터는 원하는 전류에서 LED가 지정된 전압 범위 내에서 동작하도록 구동 회로를 설계하는 데 필수적입니다.

4.2 상대 광속 대 순방향 전류

이 그래프는 구동 전류의 함수로서 1000mA에서의 값에 대한 상대적 광 출력을 설명합니다. 광속은 전류와 함께 증가하지만, 효율 저하 및 접합 온도 상승으로 인해 높은 전류에서 선형보다 낮은 증가율을 나타낼 수 있습니다.

4.3 열 성능 그래프

여러 그래프가 I_J=1000mA에서 접합 온도(T_F)에 대한 성능을 나타냅니다. 상대 광속 대 접합 온도 곡선은 온도가 상승함에 따라 광 출력이 감소하는 것을 보여주며, 이는 열 소광으로 알려진 특성입니다. 상대 순방향 전압 대 접합 온도 곡선은 V_F가 온도 증가에 따라 선형적으로 감소하는 것을 보여주며, 이는 접합 온도 추정에 사용될 수 있습니다. 색도 좌표 이동 대 접합 온도 그래프는 색점(CIE x, y)이 온도에 따라 어떻게 변하는지 보여주며, 색상이 중요한 애플리케이션에 있어 매우 중요합니다.

4.4 순방향 전류 디레이팅 곡선

이것은 중요한 설계 그래프입니다. 이 그래프는 솔더 패드 온도(T_S)에 대한 최대 허용 순방향 전류를 표시합니다. T_S가 증가함에 따라 접합 온도가 150°C를 초과하지 않도록 하기 위해 최대 허용 전류를 감소시켜야 합니다. 이 곡선은 특정 디레이팅 포인트를 제공합니다: 예를 들어, T_S=110°C에서 I_F는 1500mA일 수 있습니다; T_S=125°C에서 I_F는 1200mA로 감소되어야 합니다. 50mA 미만에서의 동작은 권장되지 않습니다.

4.5 스펙트럼 분포

상대 스펙트럼 파워 분포 그래프는 25°C 및 1000mA에서 약 400nm에서 800nm까지의 파장 범위에서 방출되는 빛의 강도를 보여줍니다. 이는 일반적으로 블루 LED 칩과 형광체 층의 조합으로 생성되는 LED의 쿨 화이트 빛을 특성화합니다.

5. 기계적 및 패키지 정보

이 LED는 표면 실장 장치(SMD) 세라믹 패키지를 사용합니다. 세라믹은 플라스틱 패키지(예: PPA, PCT)에 비해 우수한 열전도율을 제공하여 LED 접합에서 인쇄 회로 기판(PCB)으로의 더 나은 열 전달을 용이하게 합니다. 이는 자동차 조명과 같은 고출력 애플리케이션에서 성능과 수명을 유지하는 데 매우 중요합니다. 길이, 너비, 높이 및 패드 위치를 포함한 구체적인 기계적 치수는 데이터시트의 기계 도면 섹션에 상세히 설명되어 있습니다. 패키지에는 PCB의 열 랜드에 효율적으로 솔더링하기 위한 열 패드가 포함되어 있습니다.

6. 솔더링 및 조립 가이드라인

6.1 권장 솔더링 패드 레이아웃

PCB 설계를 위한 권장 랜드 패턴(풋프린트)이 제공됩니다. 이 패턴은 적절한 솔더 접합 형성, 전기적 연결 및 가장 중요한 LED의 열 패드에서 PCB의 구리 평면으로의 최적 열 전달을 보장합니다. 이 레이아웃을 준수하는 것은 신뢰성에 매우 중요합니다.

6.2 리플로우 솔더링 프로파일

데이터시트는 최고 온도 260°C의 리플로우 솔더링 프로파일을 지정합니다. 이 프로파일은 조립 과정에서 어셈블리가 따라야 하는 시간-온도 곡선을 정의합니다. 주요 파라미터로는 예열, 소킹, 리플로우 및 냉각 속도와 지속 시간이 포함됩니다. 이 프로파일을 따르면 세라믹 패키지에 대한 열 충격을 방지하고 내부 LED 구조를 손상시키지 않고 신뢰할 수 있는 솔더 접합을 보장합니다.

6.3 사용 시 주의사항

일반적인 취급 및 사용 시 주의사항이 설명되어 있습니다. 여기에는 역방향 전압 적용, 절대 최대 정격 초과 및 부적절한 솔더링 기술에 대한 경고가 포함됩니다. 또한 장치가 8kV까지 내장 ESD 보호 기능을 갖추고 있더라도 취급 중 정전기 방전(ESD) 보호의 중요성을 강조합니다.

7. 포장 및 주문 정보

제품은 자동 피크 앤 플레이스 조립 기계에 적합한 테이프 및 릴 포장으로 공급됩니다. 포장 정보는 릴 치수, 테이프 너비, 포켓 간격 및 테이프 상의 부품 방향을 상세히 설명합니다. 부품 번호 구조(예: ALFS1J-C010001H-AM)는 시리즈, 광속 및 색상에 대한 빈 코드 및 기타 변형 정보와 같은 특정 속성을 인코딩합니다. 주문 정보는 주문 시 원하는 빈 조합을 지정하는 방법을 사용자에게 안내합니다.

8. 적용 제안

8.1 대표적인 적용 시나리오

주요 설계 적용 분야는 자동차 외부 조명 시스템입니다. 여기에는 다음이 포함됩니다:
- 헤드램프 (로우/하이 빔): 높은 광도와 정밀한 빔 제어가 필요한 곳.
- 주간 주행등 (DRL): 높은 효율성과 가시성이 필요한 곳.
- 안개등: 악천후 조건에서 좋은 투과성이 필요한 곳.
넓은 시야각과 높은 광속으로 인해 주 광원 및 보조 조명 기능 모두에 적합합니다.

8.2 설계 고려사항

1. 열 관리: 이것이 가장 중요한 측면입니다. PCB는 솔더 패드 온도(T_S)를 가능한 한 낮게 유지하기 위해 충분한 열 설계(두꺼운 구리층, 열 비아 및 외부 방열판 사용)를 가져야 합니다. 전류 제한에 대해서는 디레이팅 곡선을 참조하십시오.
2. 구동 전류: LED는 최대 1500mA까지 구동될 수 있지만, 전형적인 1000mA 이하에서 동작하면 광 출력, 효율성 및 열 부하의 더 나은 균형을 제공하여 장기 신뢰성을 향상시킵니다.
3. 광학 설계: 120° 시야각은 특정 애플리케이션(예: 헤드라이트용 집중 빔)에 맞게 빔을 형성하기 위한 적절한 2차 광학 요소(렌즈, 반사판)를 필요로 합니다.
4. 전기 설계: 순방향 전압 빈과 호환되는 정전류 LED 드라이버를 사용하십시오. 어레이의 경우 빈 선택 및 가능한 전류 균형 기술 사용을 고려하십시오.

9. 기술 비교 및 차별화

표준 상업용 또는 산업용 LED와 비교하여 ALFS1J-C0는 자동차 사용에 필수적인 몇 가지 주요 차별점을 제공합니다:
- AEC-Q102 자격: 이것은 자동차 LED에 대한 필수 신뢰성 표준으로, 온도 사이클링, 습도, 솔더 내열성 등에 대한 엄격한 테스트를 포함합니다.
- 세라믹 패키지: 플라스틱 패키지(예: PPA, PCT)에 비해 고온 및 고습 조건에서 더 나은 열 성능과 장기 안정성을 제공합니다.
- 황 내성 (클래스 A1): 자동차 환경에서 흔한 고장 모드인 황 함유 가스에 대한 부식 저항성을 특별히 테스트하고 보장합니다.
- 높은 ESD 등급 (8kV HBM): 취급 및 조립 중 정전기 방전에 대한 더 큰 보호 기능을 제공합니다.
- 확장된 온도 범위 (-40°C ~ +125°C): 차량이 직면하는 극한 온도에서의 동작을 보장합니다.

10. 자주 묻는 질문 (기술 파라미터 기반)

Q: 빈 C7에서 기대할 수 있는 실제 광 출력은 얼마입니까?
A: 빈 C7은 I_F=1000mA 및 T_s=25°C에서 측정할 때 425-450 lm의 광속 범위를 지정합니다. ±8%의 측정 허용 오차를 고려하면, 이상적인 테스트 조건에서 특정 LED에 대한 실제 측정값은 약 391 lm에서 486 lm 사이일 수 있습니다. 더 높은 온도의 실제 애플리케이션에서는 출력이 더 낮아질 것입니다.

Q: 열 데이터를 기반으로 필요한 방열판을 어떻게 결정합니까?
A: 열 계산을 수행해야 합니다. 핵심 파라미터는 실제 열저항, R_{th JS real}(전형 4.0 K/W)입니다. 이것은 접합에서 솔더 접점까지의 저항입니다. 솔더 접점에서 주변 환경(PCB, 열 인터페이스 재료 및 방열판을 통해)까지의 열저항을 추가하여 총 R_{th JA}를 계산해야 합니다. 공식 T_J= T_A+ (R_{th JA}× 소비 전력)을 사용하여 T_J가 150°C 미만으로 유지되도록 할 수 있으며, 안전 마진을 두는 것이 좋습니다. 디레이팅 곡선은 솔더 패드 온도를 기반으로 한 단순화된 가이드를 제공합니다.

Q: 이 LED를 정전압 소스로 구동할 수 있습니까?
A: 강력히 권장하지 않습니다. LED는 전류 구동 장치입니다. 그들의 순방향 전압은 음의 온도 계수를 가지며 단위마다 다릅니다(전압 빈에서 볼 수 있듯이). 정전압 소스는 열 폭주를 초래할 수 있습니다: LED가 가열되면 V_F가 떨어져 전류가 증가하고, 이는 더 많은 열을 발생시켜 V_F를 더 떨어뜨리고 전류를 증가시켜 고장에 이르게 합니다. 항상 정전류 드라이버 또는 전류를 능동적으로 조절하는 회로를 사용하십시오.

11. 실용적 설계 및 사용 사례

사례: 주간 주행등(DRL) 모듈 설계
설계자가 승용차용 DRL 모듈을 설계하고 있습니다. 설계는 원하는 밝기와 폼 팩터를 달성하기 위해 6개의 LED를 요구합니다.
1. 빈 선택: 균일한 외관을 보장하기 위해 설계자는 엄격한 색상 빈(예: 61M ± 1 스텝)과 단일 광속 빈(예: C7)을 지정합니다. 또한 간단한 직렬 구성에서 전류 분배를 개선하기 위해 엄격한 순방향 전압 빈(예: 1A)을 지정할 수 있습니다.
2. 열 설계: 모듈은 제한된 공간에 장착될 것입니다. 설계자는 2oz 구리층을 가진 금속 코어 PCB(MCPCB)를 사용합니다. 최악의 주변 온도(예: 헤드램프 어셈블리 내부 85°C)에서 솔더 패드 온도가 110°C를 초과하지 않도록 열 시뮬레이션을 실행합니다. 디레이팅 곡선에 따르면 T_S=110°C에서 전체 1500mA가 허용되지만, 설계자는 더 나은 효율성과 수명을 위해 1000mA에서 구동하기로 선택합니다.
3. 전기 설계: 6개의 LED는 직렬로 배치됩니다. 1000mA에서의 총 순방향 전압은 약 6 × 3.25V = 19.5V(전형)이지만, 빈닝에 따라 약 17.4V에서 22.8V까지 범위가 있을 수 있습니다. 12V 자동차 배터리 시스템(공칭 12V, 9V~16V 동작)에서 이 전압 범위를 수용하기 위해 벅-부스트 정전류 LED 드라이버가 선택됩니다.
4. 광학 설계: 각 LED 위에 2차 광학 요소(TIR 렌즈)가 설계되어 120° 방출을 DRL 시그니처에 적합한 제어된 수평 팬 빔으로 조준합니다.

12. 원리 소개

ALFS1J-C0는 형광체 변환 화이트 LED입니다. 기본 원리는 순방향 바이어스(전계 발광) 시 청색광을 방출하는 반도체 칩(일반적으로 인듐 갈륨 나이트라이드 - InGaN으로 제작)을 포함합니다. 이 청색광은 칩 위에 증착된 세륨 도핑 이트륨 알루미늄 가닛(YAG:Ce) 형광체 층에 의해 부분적으로 흡수됩니다. 형광체는 일부 청색 광자를 더 긴 파장, 주로 황색 영역으로 다운 변환합니다. 남은 청색광과 변환된 황색광의 혼합물은 인간의 눈에 의해 화이트 빛으로 인지됩니다. 청색과 황색의 정확한 비율 및 다른 형광체의 포함 여부는 상관 색온도(CCT) 및 색 재현 지수(CRI)를 결정합니다. 세라믹 패키지는 칩과 형광체를 장착하기 위한 견고한 기판 및 효율적인 열 확산체 역할을 합니다.

13. 발전 동향

ALFS1J-C0와 같은 자동차 LED의 발전은 몇 가지 명확한 산업 동향을 따릅니다:
1. 증가된 광 효율 (lm/W): 칩 설계, 형광체 효율 및 패키지 열 관리의 지속적인 개선은 동일한 전기 입력 전력에 대해 더 많은 광 출력을 제공하여 에너지 소비와 열 부하를 줄이는 것을 목표로 합니다.
2. 더 높은 전력 밀도 및 소형화: 더 작은 패키지 풋프린트에서 더 높은 광속을 달성하려는 추세로, 더 컴팩트하고 스타일리시한 조명 설계를 가능하게 합니다.
3. 개선된 색상 일관성 및 안정성: 형광체 기술 및 빈닝 공정의 발전으로 더 엄격한 색상 허용 오차와 온도 및 수명에 따른 색상 변화 감소가 이루어지고 있습니다.
4. 향상된 신뢰성 및 견고성: AEC-Q102와 같은 표준은 지속적으로 발전하고 있으며, 황 내성과 같은 실제 고장 모드를 해결하기 위한 새로운 테스트가 추가되고 있으며, 이는 핵심 요구사항이 되었습니다.
5. 통합 및 스마트 조명: 미래는 적응형 전방 조명 시스템(AFS) 및 빛을 통한 통신(Li-Fi 또는 V2X 신호)을 위해 LED, 드라이버, 센서 및 통신 인터페이스를 결합한 통합 모듈을 지향하고 있습니다.
6. 전문화된 스펙트럼: 안개에서의 개선된 가시성 또는 대향 차량에 대한 눈부심 감소와 같은 특정 목적에 최적화된 스펙트럼 개발은 활발한 연구 분야입니다.