Ficha Técnica do LED ALFS4J-C010001H-AM - Pacote Cerâmico SMD - Fluxo Luminoso 1700lm @1000mA - Tensão Direta 13V - Ângulo de Visão 120° - Grau Automotivo - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O ALFS4J-C010001H-AM é um LED de alta potência e montagem em superfície (SMD), projetado especificamente para aplicações exigentes de iluminação externa automotiva. Ele é construído com um robusto pacote cerâmico, oferecendo gestão térmica superior e confiabilidade sob condições ambientais severas. O dispositivo é projetado para atender aos rigorosos requisitos da indústria automotiva.

Vantagens Principais:As principais vantagens deste LED incluem seu alto fluxo luminoso típico de 1700 lúmens a uma corrente de acionamento de 1000mA, um amplo ângulo de visão de 120 graus para excelente distribuição de luz e construção robusta que inclui proteção ESD de até 8kV. Sua qualificação de acordo com os padrões AEC-Q102 e robustez ao enxofre (Classe A1) o tornam adequado para uso prolongado em ambientes automotivos onde a exposição a elementos corrosivos é comum.

Mercado-Alvo e Aplicações:Este LED é destinado exclusivamente a sistemas de iluminação externa automotiva. Suas principais aplicações incluem faróis principais, luzes de circulação diurna (DRL) e faróis de neblina. A combinação de alto brilho e confiabilidade o torna uma escolha ideal para funções de iluminação críticas para a segurança, que exigem desempenho consistente em uma ampla faixa de temperatura e ao longo da vida útil do veículo.

2. Análise Aprofundada dos Parâmetros Técnicos

2.1 Características Fotométricas e Elétricas

O desempenho elétrico e óptico é definido sob condições de teste específicas, principalmente a uma corrente direta (I_F) de 1000mA e uma temperatura do ponto de solda de 25°C.

• Fluxo Luminoso (Φ_v):O valor típico é 1700 lm, com um mínimo de 1500 lm e um máximo de 2000 lm. É crucial observar a tolerância de medição de ±8%. Este parâmetro é altamente dependente da temperatura de junção.
• Tensão Direta (V_F):A tensão direta típica é 13V, variando de um mínimo de 11,6V a um máximo de 15,2V a 1000mA, com uma tolerância de medição apertada de ±0,05V. Este parâmetro impacta diretamente o projeto do driver e a dissipação de potência.
• Corrente Direta (I_F):O dispositivo é classificado para uma corrente direta contínua de até 1500mA, com um ponto de operação típico em 1000mA. Todos os dados fotométricos são especificados nesta corrente típica.
• Ângulo de Visão (φ):O ângulo de visão nominal é de 120 graus, com uma tolerância de ±5°. Este ângulo amplo é benéfico para aplicações que requerem padrões de iluminação amplos.
• Temperatura de Cor (K):A temperatura de cor correlacionada (CCT) varia de 5391K a 6893K, classificando-o como um LED branco frio. A estrutura exata de binning é detalhada mais adiante.

2.2 Características Térmicas

A gestão térmica eficaz é crítica para o desempenho e longevidade do LED. Este LED fornece dois parâmetros-chave de resistência térmica.

• Resistência Térmica, Junção para Solda (R_thJS):Dois valores são fornecidos: R_{thJS_real}(típico 1,26 K/W, máx. 1,6 K/W) e R_{thJS_el}(típico 0,8 K/W, máx. 1 K/W). O valor "real" representa o caminho térmico real, enquanto o valor "el" é um equivalente elétrico usado para certos fins de modelagem. Uma resistência térmica mais baixa permite uma transferência de calor mais eficiente da junção do LED para a placa de circuito impresso (PCB).

3. Valores Máximos Absolutos

Exceder esses limites pode causar danos permanentes ao dispositivo. Os projetistas devem garantir que as condições operacionais permaneçam dentro desses limites.

• Dissipação de Potência (P_d):22800 mW
• Corrente Direta (I_F):1500 mA (CC)
• Temperatura de Junção (T_j):150 °C
• Temperatura de Operação (T_opr):-40 °C a +125 °C
• Temperatura de Armazenamento (T_stg):-40 °C a +125 °C
• Sensibilidade ESD (HBM):8 kV (R=1,5kΩ, C=100pF)
• Temperatura de Soldagem por Refluxo:260 °C (pico)

O dispositivo não foi projetado para operação com tensão reversa. A alta classificação ESD é essencial para manuseio e montagem em ambientes de produção automotiva.

4. Análise das Curvas de Desempenho

4.1 Comprimento de Onda e Distribuição Espectral

O gráfico de distribuição espectral relativa mostra a saída de luz em função do comprimento de onda. Para um LED branco frio, o espectro normalmente apresenta um pico azul forte do próprio chip LED e uma emissão mais ampla de amarelo/vermelho do revestimento de fósforo. A forma exata determina as propriedades de reprodução de cor e o ponto branco preciso (coordenadas de cromaticidade). O gráfico é medido a 25°C de temperatura do encapsulamento e 1000mA.

4.2 Corrente Direta vs. Tensão Direta (Curva I-V)

Este gráfico é fundamental para o projeto do driver. Ele mostra a relação entre a corrente que flui através do LED e a queda de tensão sobre ele. A curva é não linear. No ponto de operação típico de 1000mA, a tensão é de aproximadamente 13V. Os projetistas usam esta curva para calcular a tensão de saída necessária do driver e para entender a dissipação de potência (V_F* I_F).

4.3 Fluxo Luminoso Relativo vs. Corrente Direta

Este gráfico ilustra como a saída de luz aumenta com a corrente de acionamento. A relação é geralmente sublinear; dobrar a corrente não dobra a saída de luz devido à queda de eficiência e ao aumento da temperatura de junção. O gráfico é normalizado para o fluxo a 1000mA. Ele ajuda os projetistas a escolher a corrente de acionamento ideal para equilibrar brilho, eficiência e vida útil do dispositivo.

4.4 Dependência da Temperatura

Vários gráficos detalham o impacto da temperatura no desempenho do LED, todos medidos a uma corrente de acionamento constante de 1000mA.

• Tensão Direta Relativa vs. Temperatura de Junção:A tensão direta diminui linearmente à medida que a temperatura de junção aumenta. Esta propriedade pode às vezes ser usada para estimar a temperatura de junção.
• Fluxo Luminoso Relativo vs. Temperatura de Junção:A saída de luz diminui à medida que a temperatura aumenta. Este gráfico quantifica essa redução, o que é crítico para o projeto térmico. Manter uma baixa temperatura de junção é essencial para alcançar brilho consistente.
• Deslocamento de Cromaticidade vs. Temperatura de Junção:As coordenadas de cor (CIE x, y) mudam com a temperatura. Este gráfico mostra a mudança delta (Δ) em relação ao valor a 25°C. Minimizar este deslocamento é importante para aplicações que requerem aparência de cor estável.
• Deslocamento de Cromaticidade vs. Corrente Direta:Da mesma forma, as coordenadas de cor podem mudar com a corrente de acionamento, mesmo a uma temperatura constante.

4.5 Curva de Derating da Corrente Direta

Este é um dos gráficos mais críticos para um projeto de sistema confiável. Ele mostra a corrente direta máxima permitida em função da temperatura do ponto de solda (ou do encapsulamento). À medida que a temperatura ambiente ou da placa aumenta, a corrente segura máxima diminui para evitar que a temperatura de junção exceda seu limite de 150°C. Os projetistas devem usar esta curva para selecionar correntes de acionamento apropriadas para seu ambiente térmico específico.

5. Explicação do Sistema de Binning

Devido a variações de fabricação, os LEDs são classificados em bins de desempenho para garantir consistência dentro de um lote de produção. Este dispositivo utiliza um sistema de binning multiparâmetro.

5.1 Binning de Fluxo Luminoso

Os LEDs são agrupados por seu fluxo luminoso medido na corrente direta típica. A estrutura de bin usa uma combinação de uma letra de Grupo e um número de Bin.

• Grupo E:Inclui os bins 7 (1500-1600 lm), 8 (1600-1700 lm) e 9 (1700-1800 lm).
• Grupo F:Inclui os bins 0 (1800-1900 lm) e 1 (1900-2000 lm).

O ALFS4J-C010001H-AM tem um fluxo típico de 1700 lm, posicionando-o no Bin 9 do Grupo E. A tolerância de medição é de ±8%.

5.2 Binning de Tensão Direta

Os LEDs também são classificados por sua tensão direta na corrente típica. Isso auxilia no projeto de strings paralelas e no gerenciamento dos requisitos da fonte de alimentação.

• Bin 4A: V_F= 11,60V a 12,80V
• Bin 4B: V_F= 12,80V a 14,00V
• Bin 4C: V_F= 14,00V a 15,20V

O V_Ftípico de 13V sugere que o dispositivo está dentro do Bin 4B. A tolerância de medição é de ±0,05V.

5.3 Binning de Cor (Cromaticidade)

Duas estruturas de binning são apresentadas para coordenadas de cor no diagrama de cromaticidade CIE 1931: ECE e uma estrutura alternativa.

Estrutura de Bin ECE:Esta parece ser uma estrutura de bin multissegmento para LEDs branco frio. Bins específicos como 63M, 61M, 58M e 56M são definidos por quadriláteros no gráfico CIE, cada um com quatro conjuntos de coordenadas (x, y) que definem seus cantos. Isso permite um controle de cor mais apertado, agrupando LEDs com cromaticidade muito semelhante. A faixa típica de temperatura de cor de 5391K a 6893K abrange esses bins. A tolerância de medição para coordenadas é de ±0,005.

Estrutura Alternativa:Outro conjunto de bins (65L, 65H, 61L, 61H) é mostrado, provavelmente representando um padrão de classificação diferente ou classificação interna, também para LEDs branco frio.

6. Número da Peça e Informações de Pedido

O número da peça é ALFS4J-C010001H-AM. Embora as informações completas de pedido, incluindo quantidades de embalagem (por exemplo, especificações de fita e carretel), sejam referenciadas no índice do documento, os detalhes específicos não são fornecidos no trecho. Normalmente, tais informações incluiriam tamanho do carretel, orientação e quantidade por carretel.

7. Mecânica, Montagem e Embalagem

7.1 Dimensões Mecânicas

O LED utiliza um pacote cerâmico de Dispositivo de Montagem em Superfície (SMD). As dimensões exatas (comprimento, largura, altura, tamanhos das ilhas de solda e tolerâncias) estão contidas na seção "Dimensões Mecânicas". Pacotes cerâmicos oferecem excelente condutividade térmica e estabilidade mecânica em comparação com pacotes plásticos, o que é vital para aplicações de alta potência e confiabilidade sob ciclagem térmica.

7.2 Layout Recomendado para as Ilhas de Solda

É fornecido um footprint recomendado para a PCB. Isso inclui o tamanho, forma e espaçamento das ilhas de cobre para os terminais elétricos e, crucialmente, para a ilha térmica. Uma ilha térmica adequadamente projetada com vias suficientes para planos de terra internos ou um dissipador de calor é essencial para transferir calor do LED para manter baixa temperatura de junção e garantir o desempenho.

7.3 Perfil de Soldagem por Refluxo

O documento especifica um perfil de soldagem por refluxo com temperatura de pico de 260°C. Os detalhes do perfil (tempos e temperaturas de pré-aquecimento, estabilização, refluxo e resfriamento) são críticos para obter juntas de solda confiáveis sem danificar o componente LED. A adesão a este perfil é necessária para evitar choque térmico, delaminação ou degradação dos materiais internos.

7.4 Informações de Embalagem

Detalhes sobre como os LEDs são fornecidos (por exemplo, largura da fita embossada, dimensões dos compartimentos, diâmetro do carretel e orientação) seriam encontrados aqui. Esta informação é necessária para configurar equipamentos de montagem automatizados pick-and-place.

8. Diretrizes de Aplicação e Considerações de Projeto

8.1 Precauções de Uso

Avisos gerais de manuseio e projeto são fornecidos para garantir confiabilidade. As precauções-chave provavelmente incluem:

• Proteção ESD:Apesar da classificação HBM de 8kV, precauções padrão de ESD durante o manuseio são recomendadas.
• Gestão Térmica:Enfatizando a necessidade crítica de um caminho térmico eficaz da ilha térmica para o dissipador de calor do sistema.
• Controle de Corrente:O LED deve ser acionado por uma fonte de corrente constante, não uma fonte de tensão constante, para evitar fuga térmica.
• Limpeza:Diretrizes sobre solventes e processos de limpeza aceitáveis após a soldagem.

8.2 Robustez ao Enxofre

O LED é classificado para Robustez ao Enxofre Classe A1. Isso indica um alto nível de resistência a atmosferas corrosivas contendo enxofre, comuns em alguns ambientes automotivos e industriais. Esta proteção evita a formação de sulfeto de prata nos contatos, o que pode levar ao aumento da resistência e falha.

8.3 Informações de Conformidade

O produto é declarado em conformidade com regulamentações ambientais-chave:

• RoHS:Conforme com a diretiva de Restrição de Substâncias Perigosas.
• REACH da UE:Conforme com o regulamento de Registro, Avaliação, Autorização e Restrição de Produtos Químicos.
• Livre de Halogênios:Conforme com os requisitos livres de halogênios (Bromo <900 ppm, Cloro <900 ppm, Br+Cl <1500 ppm).

9. Comparação e Diferenciação Técnica

Embora uma comparação direta com outros produtos não esteja na ficha técnica, os principais recursos diferenciadores do ALFS4J-C010001H-AM podem ser inferidos:

• Grau Automotivo (AEC-Q102):Este é um diferencial significativo em relação aos LEDs de grau comercial, implicando testes rigorosos para ciclagem térmica, umidade, vida útil operacional em alta temperatura (HTOL) e outros estressores.
• Pacote Cerâmico:Oferece melhor desempenho térmico e confiabilidade a longo prazo do que pacotes plásticos padrão, especialmente sob alta densidade de potência óptica.
• Alto Fluxo Luminoso em Formato SMD:Fornecer 1700+ lm de um pacote SMD é adequado para projetos ópticos compactos em faróis automotivos.
• Robustez ao Enxofre:Nem todos os LEDs automotivos possuem uma classificação formal de resistência ao enxofre; a Classe A1 é um forte recurso para ambientes severos.

10. Perguntas Frequentes (Baseadas nos Parâmetros Técnicos)

P1: Qual corrente de driver devo usar?

R: O ponto de operação típico é 1000mA, com um máximo absoluto de 1500mA. A corrente real deve ser determinada usando a curva de derating com base na temperatura máxima esperada do ponto de solda do seu sistema para garantir T_j< 150°C.

P2: Como gerencio o calor?

R: Use o layout de ilha de PCB recomendado com uma grande ilha térmica conectada através de múltiplas vias térmicas a um plano de cobre interno ou dissipador de calor externo. Calcule o aumento de temperatura esperado usando: ΔT = R_{thJS_real}* (V_F* I_F). Certifique-se de que a temperatura final do ponto de solda permita a operação dentro dos limites da curva de derating.

P3: Qual é o impacto do binning no meu projeto?

R: O binning de fluxo luminoso afeta a saída total de luz; você pode precisar ajustar o número de LEDs ou a corrente do driver para atingir um alvo de lúmens específico. O binning de tensão afeta a queda de tensão total em strings em série e o projeto da fonte de alimentação. O binning de cor é crítico para aplicações onde a consistência de cor entre múltiplos LEDs é importante (por exemplo, aparência do farol).

P4: Posso usar isso para iluminação interna?

R: Embora tecnicamente possível, este LED é superdimensionado e provavelmente proibitivo em custo para iluminação interna. Sua alta potência, amplo ângulo de visão e qualificações de grau automotivo são otimizadas para aplicações externas.

11. Estudo de Caso de Projeto e Uso

Cenário: Projetando um Módulo de Luz de Circulação Diurna (DRL).

Requisitos:O DRL deve produzir um padrão de intensidade luminosa específico conforme regulamentações automotivas, operar de forma confiável de -40°C a +85°C ambiente e ter uma vida útil superior a 10.000 horas.

Etapas do Projeto:

1. Projeto Óptico:Usando o ângulo de visão de 120° e fluxo típico de 1700 lm, um engenheiro óptico projeta uma lente secundária ou refletor para moldar o feixe no padrão DRL requerido.
2. Projeto Térmico:O engenheiro mecânico projeta um dissipador de calor de alumínio. A resistência térmica do ponto de solda do LED para o ambiente (R_thSA) é calculada. Combinada com R_thJS(1,26 K/W) e a dissipação de potência (P_d≈ 13V * 1A = 13W), a temperatura de junção T_j= T_amb+ (R_thJS+ R_thSA) * P_dé verificada para estar abaixo de 125°C na temperatura ambiente máxima de 85°C.
3. Projeto Elétrico:Um driver de LED de corrente constante de grau automotivo é selecionado. Sua faixa de tensão de saída deve acomodar a tensão direta máxima da string de LED (por exemplo, 4 LEDs em série * 15,2V máx. = 60,8V) mais uma margem. A corrente do driver é definida para 1000mA, mas validada contra a curva de derating para a temperatura máxima calculada do ponto de solda.
4. Layout da PCB:A PCB é projetada com o layout exato recomendado para as ilhas. A área da ilha térmica é preenchida com múltiplas vias grandes, revestidas e preenchidas com solda, para conectar-se a uma camada interna espessa de cobre que é fixada ao dissipador de calor.
5. Validação:O protótipo é testado em uma câmara térmica. A saída de luz é medida em altas e baixas temperaturas. O deslocamento de cor é verificado em relação às especificações. Testes de confiabilidade de longo prazo, incluindo ciclagem térmica e testes de calor úmido, são realizados para validar o projeto em relação aos objetivos AEC-Q102.

12. Princípio de Funcionamento

O ALFS4J-C010001H-AM é um LED branco convertido por fósforo. Seu princípio de funcionamento central envolve eletroluminescência em um chip semicondutor. Quando uma tensão direta é aplicada, elétrons e lacunas se recombinam dentro da região ativa do chip, emitindo fótons. O chip primário emite luz azul. Uma parte desta luz azul é absorvida por um revestimento de fósforo depositado sobre o chip. O fósforo reemite essa energia como luz em um espectro mais amplo, principalmente nas regiões amarela e vermelha. A mistura da luz azul remanescente e da luz amarela/vermelha convertida pelo fósforo é percebida pelo olho humano como luz branca. A proporção exata de luz azul para luz convertida pelo fósforo, e a composição do fósforo, determinam a temperatura de cor correlacionada (CCT) e o índice de reprodução de cor (CRI) da luz branca emitida.

13. Tendências Tecnológicas

O desenvolvimento de LEDs como o ALFS4J-C010001H-AM é impulsionado por várias tendências-chave na iluminação automotiva e na iluminação de estado sólido em geral:

• Maior Eficácia Luminosa (lm/W):Pesquisas contínuas visam produzir mais lúmens por watt de entrada elétrica, reduzindo o consumo de energia e a carga térmica para a mesma saída de luz.
• Maior Densidade de Potência e Miniaturização:A busca por designs de faróis menores e mais estilosos requer LEDs que possam fornecer fluxo muito alto de footprints de pacote cada vez menores, aumentando o desafio da gestão térmica.
• Modelagem de Feixe Avançada com Óptica Integrada:As tendências incluem combinar o LED com óptica primária (por exemplo, microlentes) no nível do pacote para fornecer saída de luz melhor controlada para sistemas ópticos secundários.
• Iluminação Inteligente e Adaptativa:O futuro envolve integrar LEDs com sensores e sistemas de controle para feixes de condução adaptativos (ADB) que podem moldar dinamicamente o padrão de luz para evitar ofuscar outros motoristas enquanto maximizam a visibilidade.
• Ciência dos Materiais para Confiabilidade:Melhoria contínua nos materiais de fósforo para melhor estabilidade em altas temperaturas e maior eficiência de conversão, bem como avanços em materiais de pacote (como cerâmicas) e tecnologias de interconexão para suportar maior ciclagem térmica.