LED 부품 데이터시트 - 라이프사이클 개정판 2 - 기술 문서

1. 제품 개요

본 기술 문서는 발광 다이오드(LED) 부품에 대한 포괄적인 사양 및 적용 가이드라인을 제공합니다. 이 소자의 주요 기능은 전기 에너지를 고효율 및 고신뢰성으로 가시광선으로 변환하는 것입니다. 일반 조명 및 백라이트부터 표시등 및 장식 조명에 이르기까지 광범위한 응용 분야를 위해 설계되었습니다. 이 부품의 핵심 장점은 긴 작동 수명, 다양한 환경 조건에서의 일관된 성능, 그리고 에너지 효율적인 동작을 포함합니다. 목표 시장은 신뢰할 수 있고 효율적인 광원이 필수적인 소비자 가전, 자동차 조명, 산업 장비 및 주거/상업용 조명 시스템을 포괄합니다.

2. 기술 매개변수 심층 분석

회로 설계에 적절히 통합하기 위해서는 기술 매개변수에 대한 상세한 분석이 필수적입니다. 다음 섹션에서는 주요 특성을 세분화하여 설명합니다.

2.1 광도 및 전기적 특성

광도 성능은 광속(루멘 단위), 주 파장 또는 상관 색온도(CCT), 그리고 연색 지수(CRI)와 같은 매개변수로 정의됩니다. 이들은 방출되는 빛의 밝기, 색상 및 품질을 결정합니다. 전기적 매개변수 역시 동등하게 중요합니다. 순방향 전압(Vf)은 정격 전류에서 동작할 때 LED 양단의 전압 강하를 지정합니다. 순방향 전류(If)는 권장 동작 전류로, 전력 등급에 따라 일반적으로 20mA에서 350mA 범위입니다. 최대 순방향 전류 또는 역방향 전압을 초과하면 소자의 즉각적 또는 점진적인 고장으로 이어질 수 있습니다. 소비 전력은 Vf * If로 계산되며 적절한 열 설계를 통해 관리되어야 합니다.

2.2 열적 특성

LED 성능과 수명은 접합 온도에 크게 영향을 받습니다. 주요 열적 매개변수에는 접합에서 솔더 포인트까지의 열저항(Rth_j-sp) 및 허용 최대 접합 온도(T_j(max))가 포함됩니다. 높은 온도는 광속 감가를 가속화하고 방출되는 빛의 색도를 변화시킬 수 있으므로, 접합 온도를 안전한 한도 내로 유지하기 위해 효율적인 방열이 필요합니다. 주변 온도의 함수로서 허용 최대 순방향 전류를 보여주는 디레이팅 곡선은 중요한 설계 도구입니다.

3. 빈닝 시스템 설명

생산 시 색상과 밝기의 일관성을 보장하기 위해, LED는 정밀 측정을 기반으로 빈으로 분류됩니다.

3.1 파장 / 색온도 빈닝

LED는 좁은 파장 범위(단색 LED용) 또는 상관 색온도 범위(백색 LED용)로 분류됩니다. 일반적인 백색 LED 빈닝 시스템은 허용 가능한 색상 변동을 정의하기 위해 여러 개의 매캐덤 타원 또는 ANSI C78.377 사각형을 가질 수 있습니다. 설계자는 어레이 또는 조명기구에서 균일한 색상 외관을 달성하기 위해 필요한 빈을 지정해야 합니다.

3.2 광속 빈닝

광속 출력 또한 빈닝됩니다. 동일한 생산 로트의 LED는 테스트되어 광속 빈(예: 특정 테스트 전류에서의 최소/최대 루멘)으로 그룹화됩니다. 이를 통해 설계자는 특정 밝기 요구사항을 충족하는 부품을 선택하고 시스템의 총 광 출력을 정확하게 예측할 수 있습니다.

3.3 순방향 전압 빈닝

순방향 전압은 LED가 병렬로 연결되거나 정전압 소스에 의해 구동될 때 더 나은 전류 매칭을 용이하게 하기 위해 빈닝됩니다. 동일한 Vf 빈의 LED를 사용하면, 낮은 Vf로 인해 하나의 LED가 다른 LED보다 더 많은 전류를 끌어와 밝기 불균일 및 잠재적 과부하를 초래하는 전류 편중 현상을 방지하는 데 도움이 됩니다.

4. 성능 곡선 분석

그래픽 데이터는 다양한 조건에서의 소자 동작에 대한 더 깊은 통찰력을 제공합니다.

4.1 전류-전압 (I-V) 특성 곡선

I-V 곡선은 비선형이며, 순방향 전압이 다이오드의 문턱값을 초과하면 전류가 급격히 증가하는 것을 보여줍니다. 이 곡선은 적절한 구동 방법(정전류 대 정전압)을 선택하고 LED의 동적 저항을 이해하는 데 매우 중요합니다.

4.2 온도 의존성

그래프는 일반적으로 순방향 전압이 접합 온도 증가에 따라 감소하는 방식(음의 온도 계수)과 광속이 온도 상승에 따라 감가하는 방식을 보여줍니다. 이러한 곡선은 보상 회로를 설계하거나 고온 환경에서의 성능을 예측하는 데 필수적입니다.

4.3 스펙트럼 파워 분포 (SPD)

SPD 그래프는 각 파장에서 방출되는 빛의 상대적 강도를 표시합니다. 백색 LED의 경우, 이는 블루 펌프 LED 피크와 더 넓은 형광체 변환 스펙트럼을 보여줍니다. SPD는 디스플레이용 CRI 및 색역과 같은 색상 품질 지표를 결정합니다.

5. 기계적 및 패키지 정보

물리적 패키지는 신뢰할 수 있는 전기적 연결과 열 관리를 보장합니다.

5.1 치수 외형도

중요 치수(길이, 너비, 높이, 리드 간격)와 공차가 포함된 상세 도면이 제공됩니다. 이는 PCB 풋프린트 설계 및 조립 내 적절한 장착을 보장하는 데 필요합니다.

5.2 패드 레이아웃 설계

권장 PCB 랜드 패턴(패드 크기, 모양 및 간격)이 지정되어 리플로우 중 양호한 솔더 접합 형성을 보장하고 PCB로의 방열을 위한 충분한 열 완화를 제공합니다.

5.3 극성 식별

애노드와 캐소드는 패키지에 노치, 모서리 절단 또는 다른 리드 길이로 명확하게 표시됩니다. 역방향 바이어스 손상을 방지하기 위해 올바른 극성 연결이 필수적입니다.

6. 솔더링 및 조립 가이드라인

적절한 취급 및 조립은 신뢰성에 매우 중요합니다.

6.1 리플로우 솔더링 프로파일

시간-온도 프로파일이 지정되며, 이는 예열, 소킹, 리플로우 피크 온도 및 냉각 속도를 포함합니다. 솔더링 중 최대 패키지 본체 온도(일반적으로 260°C, 수 초)를 초과해서는 안 되며, 이는 내부 다이, 와이어 본드 또는 플라스틱 렌즈를 손상시키지 않기 위함입니다.

6.2 주의사항 및 취급 방법

LED는 민감한 반도체 소자이므로 ESD(정전기 방전) 예방 조치를 준수해야 합니다. 렌즈에 기계적 스트레스를 가하지 마십시오. 실리콘 또는 에폭시 봉지재를 손상시킬 수 있는 용제로 청소하지 마십시오.

6.3 보관 조건

LED는 수분 흡수(리플로우 중 "팝콘 현상"을 유발할 수 있음) 및 재료 열화를 방지하기 위해 통제된 온도와 습도(일반적으로<40°C/90%RH)의 건조하고 어두운 환경에 보관해야 합니다.

7. 포장 및 주문 정보

제품이 어떻게 공급되고 식별되는지에 대한 정보입니다.

7.1 포장 사양

부품은 자동화 조립을 위해 테이프 및 릴에 공급됩니다. 릴 치수, 테이프 너비, 포켓 크기 및 테이프 상의 부품 방향은 EIA 표준에 따라 정의됩니다.

7.2 라벨링 및 부품 번호

릴 라벨에는 부품 번호, 수량, 로트 번호 및 날짜 코드가 포함됩니다. 부품 번호 자체는 색상, 광속 빈, 전압 빈 및 패키지 유형과 같은 주요 속성을 포함하는 코드로, 정확한 주문을 가능하게 합니다.

8. 적용 권장사항

실제 설계에 부품을 구현하기 위한 지침입니다.

8.1 일반적인 적용 회로

일반적인 구동 토폴로지에는 저전력 응용을 위한 간단한 직렬 저항 전류 제한, 선형 정전류 레귤레이터, 그리고 고전력 또는 배터리 구동 시스템을 위한 스위칭 벅/부스트 LED 드라이버가 포함됩니다. 자동차 또는 산업 환경의 경우 과도 전압 억제기(TVS)와 같은 보호 소자를 권장할 수 있습니다.

8.2 설계 고려사항

주요 고려사항으로는 열 관리(PCB 구리 면적, 내부 층으로의 비아, 외부 방열판), 광학 설계(빔 형성을 위한 렌즈 선택), 그리고 전기적 레이아웃(PWM 디밍을 위한 트레이스 인덕턴스 최소화)이 있습니다.

9. 기술 비교

이 LED 부품은 효율(와트당 루멘), 연색 품질 및 열 성능의 특정 조합을 통해 차별화됩니다. 이전 세대 또는 대체 기술과 비교하여, 동일한 패키지 풋프린트 내에서 더 높은 최대 구동 전류 능력을 제공하거나 생산 로트 간 개선된 색상 일관성을 제공할 수 있습니다. L70 또는 L90 수명(광속 출력이 초기값의 70% 또는 90%로 떨어질 때까지의 시간)으로 종종 제시되는 신뢰성 데이터는 핵심 경쟁 지표입니다.

10. 자주 묻는 질문 (FAQ)

기술 매개변수에 기반한 일반적인 질문들이 여기에서 다루어집니다.

Q: 이 LED를 정전압 소스로 구동할 수 있나요?

A: 강력히 권장하지 않습니다. LED는 전류 구동 소자입니다. 직렬 저항이 있는 정전압 공급은 순방향 전압 변동(빈닝 또는 온도로 인한)에 대해 열악한 전류 조절을 제공합니다. 안정적인 성능과 수명을 위해 전용 정전류 드라이버를 사용하는 것이 좋습니다.

Q: 필요한 방열판을 어떻게 계산하나요?

A: 소비 전력(P_d= Vf * If)부터 시작하십시오. 데이터시트의 접합에서 솔더 포인트까지의 열저항(Rth_j-sp)을 사용하십시오. 목표 최대 접합 온도(T_j)와 최대 주변 온도(T_a)를 결정하십시오. 접합에서 주변까지 필요한 총 열저항은 Rth_j-a= (T_j- T_a) / P_d입니다. 방열판의 열저항은 Rth_j-a에서 패키지의 내부 Rth_j-sp및 열 인터페이스 재료 저항을 뺀 값보다 작아야 합니다.

Q: 시간이 지남에 따라 색상이 변하는 원인은 무엇인가요?

A: 주요 원인은 형광체 열화(백색 LED의 경우)와 고접합 온도에서의 반도체 재료 특성 변화입니다. LED를 지정된 온도 및 전류 한도 내에서 동작시키면 이러한 변동을 최소화할 수 있습니다.

11. 실제 사용 사례

사례 연구 1: 선형 LED 조명기구:4피트 선형 조명기구의 경우, 여러 LED가 길고 좁은 금속 코어 PCB(MCPCB)에 배열됩니다. 설계 과제는 전체 길이를 따라 균일한 밝기와 색온도를 유지하는 것입니다. 이는 단일하고 좁은 광속 및 CCT 빈의 LED를 사용하고, 우수한 라인/부하 조절 기능을 가진 견고한 정전류 드라이버를 구현함으로써 해결됩니다. MCPCB는 구조 부재이자 방열판 역할을 하는 알루미늄 압출 프로파일에 부착됩니다.

사례 연구 2: 자동차 주간주행등(DRL):여기서 요구사항에는 가시성을 위한 높은 밝기, 넓은 작동 온도 범위(-40°C ~ +85°C 주변), 그리고 높은 신뢰성이 포함됩니다. 설계는 자동차 등급 벅 컨버터로 구동되는 직렬-병렬 LED 어레이를 사용합니다. 광학 설계는 2차 광학(TIR 렌즈)을 사용하여 빔을 요구되는 패턴으로 형성합니다. 열 사이클링, 습도 및 진동에 대한 광범위한 테스트가 수행됩니다.

12. 동작 원리

LED는 반도체 p-n 접합 다이오드입니다. 순방향 전압이 인가되면, n형 영역의 전자와 p형 영역의 정공이 활성 영역으로 주입됩니다. 이러한 전하 캐리어가 재결합할 때, 에너지는 광자(빛)의 형태로 방출됩니다. 방출되는 빛의 파장(색상)은 활성 영역에 사용된 반도체 재료의 밴드갭 에너지(예: 청록색용 InGaN, 적색/호박색용 AlInGaP)에 의해 결정됩니다. 백색 LED는 일반적으로 청색 LED 칩에 황색 형광체를 코팅하여 생성됩니다. 일부 청색광은 황색광으로 변환되며, 청색과 황색광의 혼합은 백색으로 인지됩니다.

13. 기술 동향

LED 산업은 계속 발전하고 있습니다. 주요 동향으로는 상용 제품에 대해 와트당 200루멘을 넘어서는 광 효율 증가가 있습니다. 고연색성(CRI>90) 및 전 스펙트럼 LED가 더욱 보편화되면서 색상 품질 향상에 중점을 두고 있습니다. 칩 스케일 패키지(CSP) LED로 미세화가 지속되며 기존 패키지 기판을 제거하고 있습니다. 센서 및 통신(Li-Fi, 블루투스)을 LED 패키지에 직접 통합하는 스마트 조명은 신흥 분야입니다. 더 나아가, 색상 변환용 페로브스카이트 및 초고해상도 디스플레이용 마이크로 LED와 같은 신소재 연구는 고체 조명 기술의 다음 개척지를 나타냅니다.