Dokumen Teknikal EL 2020 Cube Light LED - Pakej SMD - Putih Sejuk - 50lm @ 140mA - 3.0V - Sudut Pandangan 120°

1. Gambaran Keseluruhan Produk

EL 2020 Cube Light ialah LED peranti permukaan-pasang (SMD) berprestasi tinggi yang direka untuk aplikasi pencahayaan automotif yang mencabar. Komponen ini mewakili penyelesaian pencahayaan keadaan pepejal yang padat dan boleh dipercayai, menawarkan keseimbangan output bercahaya, kecekapan dan keteguhan yang diperlukan untuk sistem kenderaan moden. Falsafah reka bentuk terasnya berpusat pada penyediaan prestasi yang konsisten di bawah julat suhu yang luas dan keadaan persekitaran yang keras yang tipikal untuk persekitaran automotif.

LED ini ditawarkan dengan suhu warna Putih Sejuk, menyasarkan aplikasi di mana cahaya putih yang terang, neutral hingga sedikit kebiruan dikehendaki. Pakej ini direka untuk proses pemasangan automatik, memudahkan pembuatan volum tinggi. Kelebihan utama peranti ini ialah pematuhannya dengan kelayakan ujian tekanan AEC-Q102 untuk semikonduktor optoelektronik diskret, yang merupakan piawaian industri untuk komponen gred automotif. Ini memastikan tahap kebolehpercayaan dan jangka hayat yang memenuhi atau melebihi keperluan OEM automotif.

2. Analisis Parameter Teknikal Mendalam

2.1 Ciri-ciri Fotometrik dan Elektrik

Ciri fotometrik utama ialah fluks bercahaya tipikal 50 lumen (lm) apabila didorong pada arus hadapan (I_F) 140 mA. Adalah penting untuk ambil perhatian tentang toleransi pengukuran yang ditetapkan ±8% untuk fluks bercahaya, yang mengambil kira variasi pengeluaran normal. Nilai minimum dan maksimum di bawah keadaan yang sama ialah 45 lm dan 70 lm masing-masing, mentakrifkan tetingkap prestasi.

Dari segi elektrik, peranti ini mempamerkan voltan hadapan tipikal (V_F) 3.0 volt pada 140 mA, dengan julat dari 2.75 V hingga 3.5 V. Toleransi pengukuran voltan hadapan ditetapkan sebagai ±0.05V. Peranti ini mempunyai julat arus hadapan operasi yang luas dari minimum 10 mA sehingga penarafan maksimum mutlak 250 mA. Prestasi optik dicirikan oleh sudut pandangan lebar 120 darjah (dengan toleransi ±5°), menyediakan corak sinaran yang luas dan seragam sesuai untuk pelbagai optik pencahayaan.

2.2 Penarafan Terma dan Maksimum Mutlak

Pengurusan terma adalah kritikal untuk prestasi dan jangka hayat LED. Datsheet ini menentukan dua nilai rintangan terma: rintangan terma sebenar (R_{th JS real}) dari simpang ke titik pateri adalah tipikal 24 K/W (maks 32 K/W), manakala nilai terbitan elektrik (R_{th JS el}) adalah tipikal 17 K/W (maks 23 K/W). Nilai elektrik yang lebih rendah selalunya berfungsi sebagai garis panduan reka bentuk konservatif.

Penarafan maksimum mutlak mentakrifkan had operasi yang tidak boleh dilampaui untuk mengelakkan kerosakan kekal. Penarafan utama termasuk:

• Pelesapan Kuasa (P_d): 875 mW
• Arus Hadapan (I_F): 250 mA (berterusan)
• Arus Surge (I_FM): 750 mA untuk denyut ≤10 μs pada kitar tugas rendah (D=0.005)
• Suhu Simpang (T_J): 150 °C
• Suhu Operasi & Penyimpanan: -40 °C hingga +125 °C
• Kepekaan ESD (HBM): 8 kV
• Suhu Pateri Alir Semula: 260°C puncak untuk maksimum 30 saat

Pematuhan kepada had ini adalah penting untuk operasi yang boleh dipercayai.

3. Penjelasan Sistem Pembin

Untuk mengurus variasi pengeluaran dan membolehkan reka bentuk sistem yang tepat, LED disusun ke dalam bin berdasarkan parameter utama.

3.1 Pembin Fluks Bercahaya

Fluks bercahaya dikategorikan kepada tiga bin:

• F4:45 lm (Min) hingga 52 lm (Maks)
• F5:52 lm (Min) hingga 60 lm (Maks)
• F6:60 lm (Min) hingga 70 lm (Maks)

Nilai tipikal 50 lm berada dalam bin F4. Pereka bentuk mesti memilih bin yang sesuai berdasarkan output cahaya yang diperlukan untuk aplikasi mereka.

3.2 Pembin Voltan Hadapan

Voltan hadapan juga dibin untuk membantu dalam reka bentuk litar pemacu dan pengurusan kuasa:

• 2730:2.75 V (Min) hingga 3.0 V (Maks)
• 3032:3.0 V (Min) hingga 3.25 V (Maks)
• 3235:3.25 V (Min) hingga 3.5 V (Maks)

3.3 Pembin Warna (Kromatisiti)

Pancaran Putih Sejuk ditakrifkan dalam ruang warna CIE 1931. Datsheet menyediakan koordinat sudut untuk empat bin berbeza (63M, 61M, 58M, 56M) yang sepadan dengan julat suhu warna berkorelasi (CCT):

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

Perwakilan grafik pada rajah kromatisiti CIE menunjukkan bin ini sebagai segi empat. Toleransi pengukuran yang ditetapkan untuk koordinat warna ialah ±0.005. Pembin ini memastikan konsistensi warna merentasi pelbagai LED dalam satu pemasangan.

4. Analisis Keluk Prestasi

4.1 Keluk IV dan Fluks Bercahaya Relatif

Graf Arus Hadapan vs. Voltan Hadapan menunjukkan hubungan eksponen ciri. Pada titik operasi tipikal 140 mA, V_Fadalah lebih kurang 3.0V. Keluk ini adalah penting untuk mereka bentuk litar penghad arus.

Graf Fluks Bercahaya Relatif vs. Arus Hadapan menunjukkan bahawa output cahaya adalah sub-linear dengan arus. Walaupun output meningkat dengan arus, kecekapan (lumen per watt) biasanya menurun pada arus yang lebih tinggi disebabkan peningkatan suhu simpang dan faktor lain. Keluk ini dinormalisasikan kepada fluks pada 140 mA.

4.2 Kebergantungan Suhu

Dua graf kritikal menggambarkan variasi prestasi dengan suhu simpang (T_j).

• Fluks Bercahaya Relatif vs. Suhu Simpang:Menunjukkan bahawa output cahaya berkurangan apabila T_jmeningkat. Penyingkiran haba yang berkesan adalah penting untuk mengekalkan kecerahan yang dikehendaki.
• Voltan Hadapan Relatif vs. Suhu Simpang:Menunjukkan bahawa V_Fmempunyai pekali suhu negatif, berkurangan secara linear apabila T_jnaik. Sifat ini kadangkala boleh digunakan untuk penderiaan suhu.
• Anjakan Kromatisiti vs. Suhu Simpang:Memplot perubahan dalam koordinat CIE x dan y, menunjukkan anjakan minima merentasi julat suhu, yang penting untuk kestabilan warna.

4.3 Taburan Spektrum dan Corak Sinaran

Graf Taburan Spektrum Relatif memplot keamatan terhadap panjang gelombang dari 400nm hingga 800nm. Ia menunjukkan puncak di kawasan biru (sekitar 450-455nm) dari pancaran utama cip LED, dengan puncak sekunder yang lebih luas di kawasan kuning (sekitar 550-600nm) yang dihasilkan oleh salutan fosfor, yang bergabung untuk menghasilkan cahaya Putih Sejuk.

Rajah Tipikal Ciri-ciri Sinaran mewakili secara visual sudut pandangan 120°, menunjukkan taburan sudut keamatan bercahaya relatif kepada garis tengah (0°).

4.4 Penurunan Nilai dan Pengendalian Denyut

Keluk Penurunan Nilai Arus Hadapan adalah alat reka bentuk yang penting. Ia memplot arus hadapan berterusan maksimum yang dibenarkan terhadap suhu pad pateri (T_S). Apabila T_Smeningkat, arus maksimum yang dibenarkan mesti dikurangkan untuk mengelakkan melebihi T_J(maks) 150°C. Sebagai contoh, pada T_S125°C, I_Fmaksimum ialah 250 mA.

Graf Keupayaan Pengendalian Denyut yang Dibenarkan mentakrifkan arus denyut puncak (I_FP) yang dibenarkan untuk lebar denyut (t_p) dan kitar tugas (D) yang diberikan, dengan titik pateri pada 25°C. Ini adalah penting untuk aplikasi yang menggunakan skema pemacu denyut.

5. Maklumat Mekanikal, Pakej dan Pemasangan

5.1 Dimensi Mekanikal

Datsheet termasuk lukisan mekanikal terperinci pakej LED. Dimensi utama (dalam milimeter) mentakrifkan tapak kaki, ketinggian dan kedudukan plumbum. Toleransi biasanya ±0.1mm melainkan dinyatakan sebaliknya. Lukisan ini adalah penting untuk reka bentuk tapak kaki PCB dan memastikan kesesuaian yang betul dalam pemasangan akhir.

5.2 Susun Atur Pad Pateri yang Disyorkan

A separate drawing provides the recommended copper pad pattern on the PCB for optimal soldering. This includes the pad sizes and spacing for the electrical terminals and the thermal pad. Following this recommendation ensures good solder joint formation, proper thermal transfer to the PCB, and mechanical stability.

6. Garis Panduan Pateri, Pemasangan dan Pengendalian

6.1 Profil Pateri Alir Semula

Komponen ini dinilai untuk suhu alir semula puncak maksimum 260°C selama 30 saat. Profil alir semula tipikal harus digunakan, dengan fasa pemanasan awal, rendaman, alir semula dan penyejukan yang dikawal untuk mengurangkan kejutan terma dan memastikan sendi pateri yang boleh dipercayai tanpa merosakkan pakej LED atau bahan dalaman.

6.2 Langkah Berjaga-jaga Penggunaan

Langkah berjaga-jaga pengendalian umum termasuk mengelakkan tekanan mekanikal pada pakej, mencegah pencemaran kanta dan menggunakan kawalan ESD yang betul semasa pengendalian dan pemasangan, kerana peranti ini dinilai untuk ESD HBM 8kV.

6.3 Kepekaan Kelembapan dan Penyimpanan

LED mempunyai Tahap Kepekaan Kelembapan (MSL) 2. Ini bermakna pakej boleh didedahkan kepada keadaan lantai kilang (≤30°C/60% RH) sehingga satu tahun sebelum ia memerlukan pembakaran sebelum pateri alir semula. Untuk penyimpanan yang lebih lama atau selepas beg dibuka, prosedur pembakaran tertentu mengikut piawaian IPC/JEDEC harus diikuti untuk mengelakkan "popcorning" semasa alir semula.

7. Pematuhan Alam Sekitar dan Kebolehpercayaan

Peranti ini mematuhi peraturan RoHS (Sekatan Bahan Berbahaya) dan REACH. Ia juga ditetapkan sebagai Bebas Halogen, dengan had kandungan Bromin (Br) dan Klorin (Cl) (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl <1500 ppm).

Ciri kebolehpercayaan yang penting ialah prestasinya dalam persekitaran yang kaya sulfur. Peranti ini memenuhi kriteria Ujian Sulfur Kelas A1, menunjukkan rintangan tinggi terhadap kakisan yang disebabkan oleh sulfur atmosfera, yang merupakan kebimbangan biasa dalam persekitaran automotif dan perindustrian.

8. Nota Aplikasi dan Pertimbangan Reka Bentuk

8.1 Aplikasi Utama: Pencahayaan Automotif

Aplikasi utama yang dimaksudkan ialah pencahayaan automotif. Kes penggunaan berpotensi termasuk pencahayaan dalaman (lampu kubah, lampu peta, pencahayaan ruang kaki, pencahayaan ambien), isyarat luaran (lampu berhenti pemasangan tinggi tengah - CHMSL) dan mungkin pencahayaan bantu. Kelayakan AEC-Q102, julat suhu yang luas dan rintangan sulfur menjadikannya sesuai untuk persekitaran yang keras ini.

8.2 Reka Bentuk Litar Pemacu

Pereka bentuk mesti melaksanakan litar pemacu arus malar, bukan bekalan voltan malar, untuk memastikan output cahaya yang stabil dan mengelakkan pelarian terma. Pemacu harus direka untuk menampung julat bin voltan hadapan. Pengurusan terma tidak boleh dirunding; PCB mesti menyediakan laluan terma yang mencukupi dari pad terma LED ke penyingkiran haba atau satah kuprum papan untuk mengekalkan suhu simpang dalam had selamat, terutamanya apabila beroperasi pada arus tinggi atau dalam suhu ambien yang tinggi.

8.3 Reka Bentuk Optik

Sudut pandangan 120° menawarkan fleksibiliti. Untuk aplikasi yang memerlukan pancaran fokus, optik sekunder (pemantul, kanta) akan diperlukan. Sudut lebar adalah bermanfaat untuk aplikasi yang memerlukan pencahayaan sekata, meresap di kawasan.

9. Perbandingan dan Kedudukan Teknikal

Berbanding dengan LED gred komersial standard, pembeza utama komponen ini ialah kelayakan gred automotifnya (AEC-Q102), julat suhu operasi yang diperluaskan (-40°C hingga +125°C) dan rintangan khusus terhadap kakisan sulfur. Ciri-ciri ini datang dengan kos yang lebih tinggi tetapi adalah wajib untuk piawaian keselamatan dan kebolehpercayaan automotif. Dalam pasaran LED automotif, output 50lm pada 140mA meletakkannya sebagai peranti kuasa sederhana yang sesuai untuk pelbagai aplikasi di luar fungsi penunjuk mudah.

10. Soalan Lazim (FAQ)

S: Apakah kecekapan tipikal (lumen per watt) LED ini?

J: Pada titik operasi tipikal (140mA, 3.0V, 50lm), kuasa input ialah 0.42W (140mA * 3.0V). Kecekapannya adalah lebih kurang 119 lm/W (50lm / 0.42W).

S: Bolehkah saya mendorong LED ini dengan bateri automotif 12V secara langsung?

J: Tidak. LED memerlukan pemacu arus malar. Menyambungkannya terus ke sumber 12V akan menyebabkan aliran arus yang berlebihan, serta-merta memusnahkan peranti. Litar pemacu yang mengawal arus ke tahap yang dikehendaki (contohnya, 140mA) diperlukan.

S: Bagaimanakah saya mentafsir dua nilai rintangan terma yang berbeza?

J> Gunakan nilai rintangan terma "sebenar" yang lebih tinggi (R_{th JS real}tip. 24 K/W) untuk pengiraan reka bentuk terma konservatif. Nilai elektrik diperoleh daripada teknik pengukuran dan selalunya lebih rendah.

S: Apakah maksud MSL 2 untuk proses pengeluaran saya?

J> MSL 2 bermakna komponen boleh disimpan dalam beg penghalang kelembapan tertutup mereka sehingga 12 bulan di bawah keadaan terkawal (≤30°C/60%RH). Sebaik sahaja beg dibuka, anda biasanya mempunyai 1 minggu untuk menyelesaikan pateri alir semula sebelum bahagian mungkin perlu dibakar.

11. Kajian Kes Reka Bentuk dan Penggunaan

Senario: Mereka bentuk lampu kubah dalaman automotif.

Seorang pereka bentuk memerlukan cahaya putih yang terang untuk pemasangan lampu kubah. Mereka memilih LED ini dalam bin fluks bercahaya F5 (52-60 lm) dan bin warna 61M (~5800-6300K) untuk penampilan putih neutral. Mereka mereka bentuk PCB dengan susun atur pad pateri yang disyorkan tepat. IC pemacu buck arus malar dipilih untuk menyediakan 140mA dari sistem 12V kenderaan. Analisis terma dilakukan menggunakan keluk penurunan nilai dan rintangan terma: jika pengurusan terma PCB mengekalkan pad pateri di bawah 85°C, LED boleh dijalankan pada penarafan penuh 140mA. Sudut pandangan lebar 120° adalah sempurna untuk menerangi kabin secara sekata tanpa memerlukan optik sekunder yang kompleks. Kelayakan AEC-Q102 memberikan keyakinan dalam kebolehpercayaan jangka panjang komponen untuk aplikasi automotif ini.

12. Prinsip Operasi

Ini ialah LED putih yang ditukar fosfor. Terasnya ialah cip semikonduktor, biasanya diperbuat daripada indium galium nitrida (InGaN), yang memancarkan cahaya dalam spektrum biru apabila arus elektrik melaluinya (elektroluminesens). Cahaya biru ini sebahagiannya diserap oleh lapisan salutan fosfor yttrium aluminium garnet didop serium (YAG:Ce) yang didepositkan pada atau berhampiran cip. Fosfor menyerap beberapa foton biru dan memancarkan semula cahaya merentasi spektrum yang lebih luas, terutamanya di kawasan kuning. Campuran cahaya biru yang tinggal dan cahaya kuning yang ditukar dilihat oleh mata manusia sebagai cahaya putih. Nisbah tepat pancaran biru kepada kuning, dikawal oleh komposisi dan ketebalan fosfor, menentukan suhu warna berkorelasi (CCT), menghasilkan output "Putih Sejuk" yang ditetapkan.

13. Trend Teknologi

Trend umum dalam pencahayaan LED automotif adalah ke arah kecekapan yang lebih tinggi (lebih banyak lumen per watt), ketumpatan kuasa yang lebih tinggi dan kebolehpercayaan yang lebih baik. Terdapat juga dorongan untuk kawalan warna yang lebih tepat dan Indeks Penghasilan Warna (CRI) yang lebih tinggi untuk persepsi visual yang lebih baik. Integrasi adalah trend lain, dengan pakej cip berbilang dan pakej dengan pemacu bersepadu atau litar kawalan menjadi lebih biasa. Tambahan pula, terdapat peningkatan fokus pada sistem pencahayaan pintar, adaptif, yang mungkin memerlukan LED yang mampu pensuisan atau pendim sangat pantas. Walaupun datsheet ini menerangkan komponen diskret, satu-die, teknologi asas terus berkembang untuk memenuhi permintaan ini untuk sistem pencahayaan automotif masa depan, termasuk pencahayaan hadapan maju dan pencahayaan isyarat dinamik.