Dokumen Teknikal EHP-C04 LED - LED Putih Kuasa Tinggi - 160lm @ 1000mA - 5700K CCT - Pakej 2.04x1.64mm

1. Gambaran Keseluruhan Produk

EHP-C04/NT01A-P01/TR ialah LED putih pemasangan permukaan kuasa tinggi yang direka untuk aplikasi pencahayaan yang menuntut. Ia menggunakan teknologi cip InGaN untuk menghasilkan cahaya putih, menawarkan keseimbangan antara keluaran bercahaya tinggi dan faktor bentuk padat. Peranti ini diklasifikasikan untuk pengeluaran besar-besaran, menunjukkan kematangan dan kebolehpercayaannya untuk pembuatan volum.

Proposisi nilai teras LED ini terletak pada gabungan kecekapan tinggi dalam pakej kecil. Ia direkabentuk untuk aplikasi di mana ruang adalah terhad tetapi output cahaya tinggi diperlukan. Peranti ini menggabungkan perlindungan Pelepasan Elektrostatik (ESD) terbina dalam, meningkatkan ketahanannya semasa proses pengendalian dan pemasangan.

1.1 Ciri-ciri Utama dan Aplikasi

LED ini mempunyai beberapa ciri utama yang menentukan prestasinya. Ia memberikan fluks bercahaya tipikal 160 lumen apabila didorong pada arus hadapan 1000mA. Suhu warna berkaitan tipikal (CCT) pada arus dorongan ini ialah 5700 Kelvin, meletakkannya dalam spektrum "putih sejuk". Kecekapan optiknya dinilai pada 45 lumen per watt di bawah keadaan yang sama.

Dari sudut kebolehpercayaan, ia menawarkan perlindungan ESD sehingga 8KV (Model Badan Manusia) dan dinilai untuk Tahap Kepekaan Kelembapan (MSL) Kelas 1, bermakna ia mempunyai jangka hayat lantai tanpa had pada keadaan ≤30°C/85% RH dan tidak memerlukan pembakaran sebelum pematerian reflow di bawah keadaan piawai. Peranti ini juga mematuhi RoHS dan bebas plumbum.

Parameter pengelompokan utama untuk pengeluaran ialah jumlah fluks bercahaya dan koordinat warna, memastikan konsistensi dalam prestasi optik.

Aplikasi Sasaran:

• Lampu Kilat Kamera Peranti Mudah Alih:Aplikasi utama adalah sebagai lampu kilat kamera atau lampu strobo untuk telefon bimbit dan peranti mudah alih lain, memerlukan output cahaya segera yang tinggi.
• Lampu Suluh Video Digital (DV):Digunakan untuk pencahayaan berterusan dalam aplikasi rakaman video.
• Pencahayaan Umum:Sesuai untuk pelbagai alat pencahayaan dalaman.
• Pencahayaan Seni Bina dan Keselamatan:Boleh digunakan dalam lampu penanda orientasi untuk tangga, laluan keluar, dan papan tanda lain.
• Lampu Latar TFT:Menyediakan pencahayaan untuk panel paparan.
• Pencahayaan Automotif:Boleh digunakan untuk pencahayaan automotif luaran dan dalaman, tertakluk kepada memenuhi kelayakan gred automotif tertentu.
• Pencahayaan Hiasan dan Hiburan:Digunakan dalam pencahayaan aksen dan kesan.

2. Penarafan Maksimum Mutlak dan Ciri-ciri Terma

Memahami penarafan maksimum mutlak adalah penting untuk memastikan operasi yang boleh dipercayai dan mencegah kerosakan kekal pada LED. Semua penarafan dinyatakan pada suhu pad pateri (T_{pad pateri}) 25°C.

2.1 Had Elektrik dan Terma

Arus Hadapan DC (I_F):Arus DC berterusan maksimum ialah 350 mA. Melebihi had ini berisiko menyebabkan pemanasan berlebihan dan degradasi dipercepatkan.

Arus Denyut Puncak (I_denyut):Untuk operasi berdenyut, arus puncak 1500 mA dibenarkan di bawah keadaan tertentu: lebar denyut 400ms ON dan 3600ms OFF. Untuk denyut yang lebih pendek, datasheet menyatakan bahawa arus denyut puncak hendaklah digunakan dengan tempoh maksimum 50ms dan kitar tugas maksimum 10%. Ini amat relevan untuk aplikasi lampu kilat.

Pelesapan Kuasa (P_d):Dalam mod denyut, pelesapan kuasa maksimum yang dibenarkan ialah 6.5 Watt. Penarafan ini berkait rapat dengan pengurusan haba.

Suhu Simpang (T_J):Suhu maksimum yang dibenarkan pada simpang semikonduktor ialah 125°C. Jangka hayat dan prestasi peranti merosot dengan ketara apabila suhu ini didekati atau dilebihi.

Rintangan Terma (R_θ):Rintangan terma dari simpang ke plumbum dinyatakan sebagai 10 °C/W. Parameter ini penting untuk mengira kenaikan suhu simpang berdasarkan kuasa yang dilesapkan (P_d= V_F* I_F). Penyingkiran haba yang berkesan diperlukan untuk mengekalkan T_Jdalam had selamat, terutamanya pada arus yang lebih tinggi.

Suhu Operasi dan Penyimpanan:Peranti boleh beroperasi dalam suhu ambien dari -40°C hingga +85°C dan boleh disimpan dalam suhu dari -40°C hingga +110°C.

Pematerian:LED boleh menahan suhu pematerian maksimum 260°C dan dinilai untuk maksimum 2 kitaran reflow, yang merupakan piawai untuk komponen SMD.

2.2 Nota Reka Bentuk Kritikal

Datasheet termasuk beberapa amaran penting:

• LED tidak direka untuk operasi bias songsang.
• Elakkan mengoperasikan LED pada suhu operasi maksimumnya untuk tempoh melebihi satu jam untuk memastikan kebolehpercayaan jangka panjang.
• Semua spesifikasi dijamin oleh ujian kebolehpercayaan 1000 jam, dengan degradasi voltan hadapan dijamin kurang daripada 30%.
• Ujian kebolehpercayaan pada 1500mA dijalankan dengan pengurusan haba yang baik menggunakan PCB Teras Logam (MCPCB) 1.0cm x 1.0cm. Ujian pada 1000mA menggunakan PCB FR4 1.0cm x 1.0cm.
• Mengoperasikan LED secara berterusan pada penarafan maksimum akan menyebabkan kerosakan kekal. Menggunakan beberapa parameter penarafan maksimum secara serentak tidak dibenarkan.

3. Ciri-ciri Elektro-Optik

Ciri-ciri ini menentukan prestasi yang dijangkakan bagi LED di bawah keadaan operasi biasa, diukur pada T_{pad pateri}= 25°C dan biasanya di bawah keadaan denyut 50ms untuk mengurangkan kesan pemanasan sendiri.

3.1 Parameter Prestasi Utama

Fluks Bercahaya (Ф_v):Output cahaya. Minimum ialah 140 lm, tipikal ialah 160 lm, tanpa maksimum dinyatakan dalam jadual ringkasan. Toleransi pengukuran ialah ±10%.

Voltan Hadapan (V_F):Penurunan voltan merentasi LED pada arus tertentu. Pada I_F=1000mA, V_Fmempunyai minimum 2.95V dan maksimum 4.35V, dengan toleransi pengukuran ±0.1V. Nilai tipikal tidak dinyatakan dalam jadual utama tetapi ditakrifkan dalam julat bin.

Suhu Warna Berkaitan (CCT):Julat dari 4500K hingga 7000K, dengan nilai tipikal 5700K pada 1000mA.

Sudut Pandangan (2θ_1/2):Sudut penuh di mana keamatan bercahaya adalah separuh daripada nilai puncak ialah 120 darjah, dengan toleransi ±5 darjah. Corak sinaran adalah Lambertian, bermakna keamatan berkurangan dengan kosinus sudut pandangan.

4. Penjelasan Sistem Pembin

Untuk mengurus variasi pengeluaran dan membolehkan pereka memilih LED dengan prestasi konsisten, peranti disusun ke dalam bin berdasarkan parameter utama.

4.1 Pembin Voltan Hadapan (V_F)

LED dikategorikan kepada lima bin voltan pada I_F=1000mA:

- Bin 2932: 2.95V hingga 3.25V

- Bin 3235: 3.25V hingga 3.55V

- Bin 3538: 3.55V hingga 3.85V

- Bin 3841: 3.85V hingga 4.15V

- Bin 4143: 4.15V hingga 4.35V

Ini membolehkan pemadanan arus yang lebih baik apabila berbilang LED digunakan dalam siri atau untuk meramalkan keperluan bekalan kuasa.

4.2 Pembin Fluks Bercahaya

Output cahaya dibin kepada tiga kategori pada I_F=1000mA:

- Bin J3: 140 lm hingga 160 lm

- Bin J4: 160 lm hingga 180 lm

- Bin J5: 180 lm hingga 200 lm

Ini membantu dalam mencapai kecerahan seragam dalam tatasusunan atau aplikasi.

4.3 Pembin Warna (Putih)

Koordinat kromatisiti (CIE x, y) dikumpulkan ke dalam tiga bin utama yang ditakrifkan oleh CCT sasaran dan kawasan segi empat pada rajah kromatisiti:

1. Bin Warna (1) - 4550K:Sasaran 4500K-5000K. Ditakrifkan oleh koordinat (0.3738, 0.4378), (0.3524, 0.4061), (0.3440, 0.3420), (0.3620, 0.3720).

2. Bin Warna (2) - 5057K:Sasaran 5000K-5700K. Ditakrifkan oleh koordinat (0.3300, 0.3200), (0.3300, 0.3730), (0.3440, 0.3420), (0.3524, 0.4061).

3. Bin Warna (3) - 5770K:Sasaran 5700K-7000K. Ditakrifkan oleh koordinat (0.3030, 0.3330), (0.3300, 0.3730), (0.3300, 0.3200), (0.3110, 0.2920).

Elaun pengukuran koordinat warna ialah ±0.01. Bin ditakrifkan pada I_F= 1000mA di bawah operasi denyut 50ms.

5. Analisis Lengkung Prestasi

Datasheet menyediakan beberapa graf yang menggambarkan trend prestasi, semua diuji di bawah pengurusan haba yang unggul dengan MCPCB 1.0x1.0 cm².

5.1 Taburan Spektrum

Lengkung Taburan Spektrum Relatif menunjukkan spektrum pancaran luas ciri LED putih yang ditukar fosfor, dengan puncak di rantau biru (dari cip InGaN) dan puncak yang lebih luas di rantau kuning-hijau (dari fosfor). Gabungan ini menghasilkan cahaya putih.

5.2 Voltan Hadapan vs. Arus

Lengkung ini menunjukkan hubungan tak linear antara voltan hadapan (V_F) dan arus hadapan (I_F). V_Fmeningkat dengan I_F, tetapi kadar peningkatan tidak linear. Graf ini penting untuk reka bentuk pemacu, terutamanya untuk pemacu arus malar.

5.3 Fluks Bercahaya vs. Arus

Lengkung Fluks Bercahaya Relatif menunjukkan bahawa output cahaya meningkat secara super-linear dengan arus pada arus yang lebih rendah tetapi cenderung menjadi lebih linear atau bahkan sub-linear pada arus yang sangat tinggi disebabkan oleh penurunan kecekapan dan kesan terma. Ini menekankan kepentingan pengurusan haba untuk mengekalkan kecekapan.

5.4 Suhu Warna vs. Arus

Graf Suhu Warna Berkaitan (CCT) vs. Arus Hadapan menunjukkan bagaimana suhu warna berubah dengan arus dorongan. Biasanya, CCT mungkin meningkat (cahaya menjadi lebih sejuk) dengan arus yang lebih tinggi disebabkan oleh perubahan kecekapan penukaran fosfor relatif kepada pancaran die biru.

5.5 Lengkung Penurunan Arus Hadapan

Ini adalah salah satu graf paling kritikal untuk reka bentuk yang boleh dipercayai. Ia menunjukkan arus hadapan maksimum yang dibenarkan sebagai fungsi suhu pad pateri. Apabila suhu pad meningkat, arus selamat maksimum menurun dengan ketara. Sebagai contoh, pada suhu pad pateri 100°C, arus berterusan maksimum yang dibenarkan diturunkan kepada kira-kira 100mA untuk mengekalkan suhu simpang di bawah 125°C. Lengkung ini memerlukan penyingkiran haba yang berkesan untuk operasi arus tinggi.

6. Maklumat Mekanikal dan Pakej

6.1 Dimensi Pakej

LED datang dalam pakej pemasangan permukaan padat. Dimensi utama dari lukisan termasuk:

- Saiz pakej keseluruhan: Kira-kira 2.04 mm panjang dan 1.64 mm lebar.

- Kedudukan cip dan pusat optik ditunjukkan.

- Pad anod dan katod ditanda dengan jelas untuk pengenalpastian kekutuban.

- Dimensi dalam milimeter, dengan toleransi piawai ±0.1mm melainkan dinyatakan sebaliknya.

Pandangan atas menunjukkan pad anod dan katod, yang penting untuk susun atur PCB dan pematerian yang betul. Pusat optik terpesong dari pusat geometri, yang mungkin penting untuk reka bentuk optik tepat dalam aplikasi seperti lampu kilat kamera.

7. Garis Panduan Pematerian, Pemasangan dan Pengendalian

7.1 Kepekaan Kelembapan dan Reflow

Sebagai peranti MSL Tahap 1, ia mempunyai jangka hayat lantai tanpa had pada ≤30°C/85% RH. Keadaan rendaman piawai untuk reflow ialah 168 jam (+5/-0) pada 85°C/85% RH jika diperlukan oleh komponen lain di atas papan. Peranti boleh menahan suhu pematerian puncak 260°C untuk profil reflow piawai dan dinilai untuk maksimum 2 kitaran reflow.

7.2 Penyimpanan dan Pengendalian

Penyimpanan hendaklah dalam julat suhu yang ditentukan -40°C hingga +110°C. Walaupun mempunyai perlindungan ESD 8KV, langkah berjaga-jaga ESD piawai masih perlu dipatuhi semasa pengendalian untuk mencegah kerosakan laten yang berpotensi.

8. Maklumat Pembungkusan dan Pesanan

8.1 Penjelasan Label

Label pembungkusan termasuk beberapa kod penting untuk kebolehjejakan dan pemilihan:

- CPN:Nombor Produk Pelanggan.

- P/N:Nombor Produk Pengilang (cth., EHP-C04/NT01A-P01/TR).

- LOT NO:Nombor Lot Pembuatan untuk kebolehjejakan.

- QTY:Kuantiti peranti dalam pakej.

- CAT:Kod Bin Fluks Bercahaya (Kecerahan) (cth., J3, J4, J5).

- HUE:Kod Bin Warna (cth., 1, 2, 3).

- REF:Kod Bin Voltan Hadapan (cth., 2932, 3235).

- MSL-X:Tahap Kepekaan Kelembapan.

9. Pertimbangan Reka Bentuk Aplikasi

9.1 Pengurusan Haba

Ini adalah faktor paling kritikal untuk operasi dan prestasi yang boleh dipercayai. Lengkung penurunan jelas menunjukkan keperluan untuk mengekalkan suhu pad pateri rendah. Pereka mesti:

1. Gunakan PCB dengan kekonduksian terma yang mencukupi (cth., MCPCB untuk aplikasi arus tinggi seperti lampu kilat, seperti yang digunakan dalam ujian kebolehpercayaan).

2. Pastikan laluan rintangan terma rendah dari pad LED ke penyingkiran haba atau persekitaran.

3. Pertimbangkan suhu ambien operasi.

4. Untuk operasi berdenyut (seperti lampu kilat kamera), jisim terma sistem dan kitar tugas akan menentukan kenaikan suhu purata.

9.2 Dorongan Elektrik

LED mesti didorong oleh sumber arus malar, bukan sumber voltan malar, untuk memastikan output cahaya stabil dan mencegah pelarian terma. Pemacu harus direka untuk:

- Menyediakan arus yang diperlukan (cth., 1000mA untuk kecerahan penuh).

- Menampung julat bin voltan hadapan (2.95V hingga 4.35V) untuk memastikan pengawalan arus yang betul merentasi semua unit.

- Untuk aplikasi lampu kilat, sediakan arus puncak tinggi (sehingga 1500mA di bawah keadaan denyut tertentu) dengan kawalan lebar denyut dan kitar tugas yang sesuai.

9.3 Integrasi Optik

Corak sinaran Lambertian dan sudut pandangan 120 darjah menjadikannya sesuai untuk aplikasi yang memerlukan pencahayaan luas. Untuk pancaran fokus (cth., lampu suluh), optik sekunder (kanta atau pemantul) akan diperlukan. Pesongan pusat optik dari pusat geometri pakej mesti diambil kira dalam penjajaran optik tepat.

10. Panduan Perbandingan dan Pemilihan

Apabila memilih LED ini, bandingkan parameter utamanya dengan keperluan aplikasi:

- Fluks Bercahaya & Kecekapan:160 lm @ 1A dan 45 lm/W adalah kompetitif untuk saiz pakej dan era datasheetnya. LED yang lebih baru mungkin menawarkan kecekapan yang lebih tinggi.

- Suhu Warna:CCT tipikal 5700K adalah putih sejuk piawai. Ketersediaan bin dari 4500K hingga 7000K menawarkan fleksibiliti.

- Saiz Pakej:Tapak kaki 2.04x1.64mm adalah padat, sesuai untuk reka bentuk yang terhad ruang seperti telefon bimbit.

- Arus Dorongan:Prestasinya dicirikan pada 1000mA, yang merupakan arus dorongan biasa untuk LED lampu kilat kuasa tinggi. Keupayaan untuk mengendalikan denyut 1500mA adalah kelebihan utama untuk aplikasi lampu kilat berbanding LED yang dinilai hanya untuk arus yang lebih rendah.

- Prestasi Terma:Rintangan terma simpang-ke-plumbum 10 °C/W memerlukan reka bentuk terma yang teliti. Bandingkan nilai ini dengan alternatif; nombor yang lebih rendah menunjukkan pakej yang lebih baik dalam memindahkan haba.

11. Soalan Lazim (Berdasarkan Parameter Teknikal)

S: Bolehkah saya mendorong LED ini dengan bekalan kuasa 3.3V?

J: Ia bergantung pada bin voltan hadapan LED khusus anda dan arus yang dikehendaki. Untuk dorongan 1000mA, V_Fberjulat dari 2.95V hingga 4.35V. Bekalan 3.3V hanya akan mencukupi untuk LED dalam bin V_Fyang lebih rendah (cth., 2932) dan memerlukan pemacu arus malar penurunan voltan yang sangat rendah. Bekalan voltan yang lebih tinggi (cth., 5V) dengan pengawal arus adalah lebih boleh dipercayai.

S: Bagaimanakah saya mencapai 160 lumen yang dinilai dalam aplikasi saya?

J: Anda mesti mendorong LED pada 1000mA DC atau arus denyut setara sambil mengekalkan suhu pad pateri pada atau berhampiran 25°C. Dalam aplikasi sebenar dengan suhu ambien yang lebih tinggi dan penyingkiran haba yang terhad, output cahaya akan lebih rendah disebabkan oleh penurunan terma dan penurunan kecekapan.

S: Apakah perbezaan antara keadaan ujian 1000mA dan 1500mA?

J: Keadaan 1000mA digunakan untuk mencirikan prestasi tipikal (fluks, V_F, CCT). Penarafan 1500mA adalah untuk denyut jangka pendek (maks 50ms, kitar tugas 10%), yang tipikal untuk operasi lampu kilat kamera. Ujian kebolehpercayaan dilakukan secara berbeza: ujian 1500mA menggunakan MCPCB untuk penyejukan yang lebih baik, manakala ujian 1000mA menggunakan FR4.

S: Mengapakah toleransi sudut pandangan ±5 darjah?

J: Toleransi ini mengambil kira variasi kecil dalam penempatan cip, salutan fosfor, dan geometri kanta semasa pembuatan, yang boleh sedikit mengubah corak sinaran.

12. Contoh Reka Bentuk dan Kes Penggunaan

12.1 Lampu Kilat Kamera Telefon Bimbit

Senario:Mereka bentuk lampu kilat LED tunggal untuk kamera telefon pintar.

Pelaksanaan:

1. Litar Pemacu:Gunakan IC pemacu lampu kilat LED khusus yang mampu memberikan denyut 1500mA dengan kawalan ketat ke atas lebar denyut (cth., 400ms maks untuk lampu bantuan foto pegun). Pemacu harus mempunyai penukar peningkatan voltan tinggi untuk menjana voltan yang mencukupi (cth., >5V) untuk menampung V_F bin.

2. Pengurusan Haba:LED hendaklah dipasang pada pad terma khusus di PCB, disambungkan ke satah tanah dalaman atau bingkai tengah logam untuk penyebaran haba. Kitar tugas lampu kilat mesti dihadkan oleh perisian untuk mencegah pemanasan berlebihan.

3. Optik:Kanta plastik atau pandu cahaya diletakkan di atas LED untuk menyebarkan cahaya dan mengurangkan titik panas, menyelaraskan pusat optik terpesong dengan paksi kanta.

12.2 Lampu Video Mudah Alih

Senario:Lampu suluh berterusan untuk kamera video digital.

Pelaksanaan:

1. Litar Pemacu:Pemacu arus malar ditetapkan pada 350mA (penarafan DC maks) atau lebih rendah untuk mengutamakan kecekapan dan jangka hayat. Pengatur linear mudah atau penukar pensuisan boleh digunakan.

2. Pengurusan Haba:Penyingkiran haba aluminium kecil dilekatkan pada kawasan PCB di belakang LED. Sarung mesti membenarkan beberapa peredaran udara.

3. Optik:Pemantul cetek atau kanta beku mencipta pancaran banjir yang luas dan sekata sesuai untuk pencahayaan video.

13. Prinsip Teknikal

EHP-C04 ialah LED putih yang ditukar fosfor. Prinsip asas melibatkan cip semikonduktor yang diperbuat daripada Indium Gallium Nitride (InGaN) yang memancarkan cahaya biru apabila arus elektrik melaluinya (elektroluminesens). Cahaya biru ini sebahagiannya diserap oleh lapisan fosfor yttrium aluminium garnet didop serium (YAG:Ce) yang menyalut cip. Fosfor menukar beberapa foton biru kepada panjang gelombang yang lebih panjang, terutamanya di rantau kuning. Campuran cahaya biru yang tinggal dan cahaya kuning yang dipancarkan dilihat oleh mata manusia sebagai cahaya putih. Nisbah tepat pancaran biru kepada kuning, dikawal oleh komposisi dan ketebalan fosfor, menentukan Suhu Warna Berkaitan (CCT). Pakej padat ini menyepadukan die, fosfor, dan kanta silikon primer yang membentuk corak sinaran awal.

14. Konteks dan Trend Industri

Datasheet ini, dengan tarikh keluaran 2015, mewakili generasi matang LED putih kuasa tinggi. Pada masa itu, kecekapan 45 lm/W pada arus dorongan 1A adalah kompetitif untuk kelas pakejnya. Trend industri utama sejak itu yang perlu dipertimbangkan oleh pereka apabila menilai bahagian ini untuk reka bentuk baharu termasuk:

- Kecekapan Meningkat:LED putih kuasa tinggi moden boleh melebihi 150-200 lm/W, mengurangkan penggunaan kuasa dan beban terma dengan ketara untuk output cahaya yang sama.

- Kualiti Warna Diperbaiki:LED yang lebih baru sering menawarkan nilai Indeks Penghasilan Warna (CRI) yang lebih tinggi dan kawalan titik warna yang lebih konsisten merentasi bin.

- Pembungkusan Lanjutan:Trend termasuk pakej skala cip (CSP) tanpa bingkai plumbum, yang boleh menawarkan prestasi terma yang lebih baik dan saiz yang lebih kecil. Juga, pakej direka untuk ketumpatan arus yang lebih tinggi dan pengekstrakan cahaya yang lebih baik.

- Penyelesaian Bersepadu:Untuk aplikasi seperti lampu kilat kamera, LED semakin disepadukan dengan pemacu, sensor, dan optik ke dalam modul lengkap.

- Kebolehpercayaan dan Jangka Hayat:Walaupun LED ini menjamin kurang daripada 30% penyusutan lumen selepas 1000 jam, produk yang lebih baru sering menyebut jangka hayat L70 atau L90 (masa kepada 70% atau 90% output cahaya awal) puluhan ribu jam di bawah keadaan tertentu.

Apabila memilih komponen, jurutera mesti menimbang kebolehpercayaan terbukti dan kos bahagian yang mantap seperti EHP-C04 berbanding faedah prestasi generasi yang lebih baru, dengan mempertimbangkan keperluan khusus dan kitaran hayat produk mereka.