Техническая документация на светодиод ALFS1J-C0 - Керамический SMD корпус - 425 лм при 1000 мА - 3.25 В - Угол обзора 120°

1. Обзор продукта

ALFS1J-C0 — это мощный светодиод для поверхностного монтажа, специально разработанный для требовательных применений в автомобильном внешнем освещении. Он размещён в прочном керамическом корпусе, обеспечивающем превосходное тепловое управление и надёжность в суровых условиях окружающей среды. Устройство сертифицировано в соответствии со стандартами AEC-Q102, что гарантирует соответствие строгим требованиям к автомобильным электронным компонентам. Основные области применения включают фары, дневные ходовые огни (ДХО) и противотуманные фары, где критически важны стабильная производительность, высокая светоотдача и долговечность.

Ключевые преимущества этого светодиода включают высокий типичный световой поток 425 люмен при токе 1000 мА, широкий угол обзора 120 градусов для хорошего распределения света и прочную конструкцию с защитой от электростатического разряда (ESD) до 8 кВ (HBM). Он также соответствует директивам RoHS, REACH и требованиям по отсутствию галогенов, что делает его пригодным для мировых автомобильных рынков. Устойчивость продукта к сере классифицируется как A1, что указывает на высокую стойкость к коррозионным серосодержащим атмосферам, часто встречающимся в автомобильной среде.

2. Глубокий объективный анализ технических параметров

2.1 Фотометрические и электрические характеристики

Ключевые рабочие параметры определены при испытательном условии прямого тока (I_F) 1000 мА с температурой тепловой площадки 25°C. Типичный световой поток (Φ_v) составляет 425 лм, с минимумом 400 лм и максимумом 500 лм, с допуском измерения ±8%. Прямое напряжение (V_F) типично составляет 3.25 В, в диапазоне от 2.90 В до 3.80 В (допуск ±0.05 В). Доминирующая длина волны или коррелированная цветовая температура (CCT) находится в диапазоне от 5391K до 6893K, что классифицирует его как светодиод холодного белого света. Угол обзора указан как 120 градусов с допуском ±5°.

2.2 Абсолютные максимальные параметры и тепловые характеристики

Эти параметры определяют пределы, превышение которых может привести к необратимому повреждению. Абсолютный максимальный прямой ток составляет 1500 мА. Устройство не предназначено для работы с обратным напряжением. Максимальная температура перехода (T_J) составляет 150°C, с рабочим диапазоном температур от -40°C до +125°C. Тепловое сопротивление от перехода к точке пайки является критическим параметром для отвода тепла. Реальное тепловое сопротивление (R_{th JS real}) типично 4.0 K/Вт (макс. 4.4 K/Вт), в то время как электрический эквивалент (R_{th JS el}) типично 3.0 K/Вт (макс. 3.4 K/Вт). Максимальная рассеиваемая мощность составляет 5700 мВт.

3. Объяснение системы бинов

Для обеспечения цветовой и яркостной однородности в производстве светодиоды сортируются по бинам на основе ключевых параметров.

3.1 Биннинг светового потока

Световой поток группируется в бины, при этом предоставленные данные показывают группу "C". Внутри этой группы определены бины: Бин 6 (400-425 лм), Бин 7 (425-450 лм), Бин 8 (450-475 лм) и Бин 9 (475-500 лм). Испытание проводится при типичном прямом токе с импульсом 25 мс, а допуск измерения составляет ±8%.

3.2 Биннинг прямого напряжения

Прямое напряжение классифицируется на три группы: Группа 1A (2.90В - 3.20В), Группа 1B (3.20В - 3.50В) и Группа 1C (3.50В - 3.80В). Это позволяет разработчикам выбирать светодиоды с близким V_Fдля лучшего согласования токов в массивах из нескольких светодиодов. Допуск измерения составляет ±0.05В.

3.3 Биннинг цвета (цветности)

Цветовые координаты на диаграмме цветности CIE 1931 группируются в определённые области. В спецификации показаны бины для светодиодов холодного белого света, включая 63M, 61M, 58M, 56M, 65L, 65H, 61L и 61H. Каждый бин определяется четырёхугольной областью на графике координат x,y. Например, Бин 63M охватывает координаты приблизительно от (0.3127, 0.3093) до (0.3212, 0.3175). Допуск измерения координат составляет ±0.005.

4. Анализ кривых производительности

4.1 Прямой ток vs. Прямое напряжение (IV кривая)

График показывает нелинейную зависимость между прямым током и прямым напряжением при 25°C. Кривая типична для мощного светодиода, напряжение увеличивается логарифмически с ростом тока. Эти данные необходимы для проектирования схемы драйвера, чтобы обеспечить работу светодиода в указанном диапазоне напряжений при требуемом токе.

4.2 Относительный световой поток vs. Прямой ток

Этот график иллюстрирует светоотдачу относительно значения при 1000 мА в зависимости от тока драйвера. Световой поток увеличивается с ростом тока, но может демонстрировать сублинейный рост при высоких токах из-за падения эффективности и повышения температуры перехода.

4.3 Графики тепловых характеристик

Несколько графиков изображают производительность в зависимости от температуры перехода (T_J) при I_F=1000 мА. КриваяОтносительный световой поток vs. Температура переходапоказывает уменьшение светоотдачи с ростом температуры — характеристика, известная как тепловое тушение. КриваяОтносительное прямое напряжение vs. Температура переходапоказывает, что V_Fлинейно уменьшается с ростом температуры, что может использоваться для оценки температуры перехода. ГрафикСмещение координат цветности vs. Температура переходапоказывает, как цветовая точка (CIE x, y) изменяется с температурой, что критически важно для применений, чувствительных к цвету.

4.4 Кривая снижения прямого тока

Это критически важный график для проектирования. На нём отображён максимально допустимый прямой ток в зависимости от температуры контактной площадки (T_S). По мере увеличения T_Sмаксимально допустимый ток должен быть уменьшен, чтобы предотвратить превышение температуры перехода 150°C. Кривая предоставляет конкретные точки снижения: например, при T_S=110°C, I_Fcan be 1500mA; at T_S=125°C, I_Fдолжен быть снижен до 1200 мА. Работа ниже 50 мА не рекомендуется.

4.5 Спектральное распределение

График относительного спектрального распределения мощности показывает интенсивность излучаемого света в диапазоне длин волн примерно от 400 нм до 800 нм при 25°C и 1000 мА. Он характеризует холодный белый свет светодиода, обычно создаваемый синим светодиодным кристаллом в сочетании с люминофорным слоем.

5. Механическая информация и данные о корпусе

Светодиод использует керамический корпус для поверхностного монтажа (SMD). Керамика обеспечивает превосходную теплопроводность по сравнению с пластиковыми корпусами, способствуя лучшему отводу тепла от перехода светодиода к печатной плате (PCB). Это жизненно важно для поддержания производительности и долговечности в мощных применениях, таких как автомобильное освещение. Конкретные механические размеры, включая длину, ширину, высоту и расположение контактных площадок, подробно описаны в разделе механического чертежа спецификации. Корпус включает тепловую площадку для эффективной пайки к тепловому полигону на печатной плате.

6. Рекомендации по пайке и монтажу

6.1 Рекомендуемая конфигурация контактных площадок для пайки

Предоставлен рекомендуемый посадочный рисунок (footprint) для проектирования печатной платы. Этот рисунок обеспечивает правильное формирование паяного соединения, электрический контакт и, что наиболее важно, оптимальный теплоперенос от тепловой площадки светодиода к медному слою печатной платы. Соблюдение этой конфигурации критически важно для надёжности.

6.2 Профиль оплавления при пайке

В спецификации указан профиль пайки оплавлением с пиковой температурой 260°C. Этот профиль определяет кривую "время-температура", которой должна следовать сборка в процессе оплавления. Ключевые параметры включают скорость и продолжительность предварительного нагрева, выдержки, оплавления и охлаждения. Следование этому профилю предотвращает тепловой удар для керамического корпуса и обеспечивает надёжные паяные соединения без повреждения внутренней структуры светодиода.

6.3 Меры предосторожности при использовании

Изложены общие меры предосторожности при обращении и использовании. К ним относятся предупреждения о недопустимости подачи обратного напряжения, превышения абсолютных максимальных параметров и использования неправильных методов пайки. Также подчёркивается важность защиты от электростатического разряда (ESD) при обращении, даже несмотря на то, что устройство имеет встроенную защиту от ESD до 8 кВ.

7. Упаковка и информация для заказа

Продукт поставляется в упаковке "лента и катушка", подходящей для автоматических монтажных машин. Информация об упаковке детализирует размеры катушки, ширину ленты, расстояние между карманами и ориентацию компонентов на ленте. Структура номера детали (например, ALFS1J-C010001H-AM) кодирует определённые атрибуты, такие как серия, коды бинов для потока и цвета, и другую информацию о вариантах. Информация для заказа направляет пользователя, как указать желаемые комбинации бинов при размещении заказа.

8. Рекомендации по применению

8.1 Типичные сценарии применения

Основными предназначенными применениями являютсясистемы автомобильного внешнего освещения. Это включает:
- Фары (ближний/дальний свет): где требуются высокая сила света и точное управление лучом.
- Дневные ходовые огни (ДХО): требующие высокой эффективности и видимости.
- Противотуманные фары: нуждающиеся в хорошей проникающей способности в неблагоприятных погодных условиях.
Широкий угол обзора и высокий поток делают его подходящим как для основных источников света, так и для дополнительных функций освещения.

8.2 Вопросы проектирования

1. Тепловое управление: Это наиболее критический аспект. Печатная плата должна иметь адекватную тепловую конструкцию — использование толстых медных слоёв, тепловых переходных отверстий и, возможно, внешнего радиатора — чтобы поддерживать температуру контактной площадки (T_S) как можно ниже. Обратитесь к кривой снижения для ограничений по току.
2. Ток драйвера: Хотя светодиод может работать при токе до 1500 мА, работа на типичном токе 1000 мА или ниже обеспечивает лучший баланс светоотдачи, эффективности и тепловой нагрузки, повышая долгосрочную надёжность.
3. Оптическое проектирование: Угол обзора 120° требует соответствующих вторичных оптических элементов (линз, отражателей) для формирования луча под конкретное применение (например, сфокусированный луч для фар).
4. Электрическое проектирование: Используйте драйвер светодиодов с постоянным током, совместимый с бином прямого напряжения. Для массивов учитывайте выбор бинов и возможное использование методов балансировки токов.

9. Техническое сравнение и дифференциация

По сравнению со стандартными коммерческими или промышленными светодиодами, ALFS1J-C0 предлагает несколько ключевых отличий, необходимых для автомобильного применения:
- Сертификация AEC-Q102: Это обязательный стандарт надёжности для автомобильных светодиодов, включающий строгие испытания на температурные циклы, влажность, термостойкость при пайке и другие.
- Керамический корпус: Обеспечивает лучшие тепловые характеристики и долгосрочную стабильность при высоких температурах и влажности по сравнению с пластиковыми корпусами (например, PPA, PCT).
- Устойчивость к сере (Класс A1): Специально протестирована и гарантирована стойкость к коррозии от серосодержащих газов, что является распространённой причиной отказов в автомобильной среде.
- Высокий рейтинг ESD (8 кВ HBM): Обеспечивает повышенную защиту от электростатического разряда при обращении и сборке.
- Расширенный температурный диапазон (-40°C до +125°C): Гарантирует работу в экстремальных температурах, с которыми сталкиваются автомобили.

10. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В: Какой фактический световой поток я могу ожидать от бина C7?
А: Бин C7 определяет диапазон светового потока 425-450 лм при измерении при I_F=1000 мА и T_s=25°C. Учитывая допуск измерения ±8%, фактическое измеренное значение для конкретного светодиода в этих идеальных условиях испытаний может быть в диапазоне приблизительно от 391 лм до 486 лм. В реальном применении при более высокой температуре выходная мощность будет ниже.

В: Как определить необходимый радиатор на основе тепловых данных?
А: Вам необходимо выполнить тепловой расчёт. Ключевым параметром является реальное тепловое сопротивление, R_{th JS real}(тип. 4.0 K/Вт). Это сопротивление от перехода к точке пайки. Вы должны добавить тепловое сопротивление от точки пайки к окружающей среде (через печатную плату, теплопроводящий материал и радиатор), чтобы рассчитать общее R_{th JA}. Используя формулу T_J= T_A+ (R_{th JA}× Рассеиваемая мощность), вы можете убедиться, что T_Jостаётся ниже 150°C, желательно с запасом. Кривая снижения предоставляет упрощённое руководство на основе температуры контактной площадки.

В: Могу ли я питать этот светодиод от источника постоянного напряжения?
А: Это настоятельно не рекомендуется. Светодиоды — это устройства с токовым управлением. Их прямое напряжение имеет отрицательный температурный коэффициент и варьируется от образца к образцу (как видно из бинов напряжения). Источник постоянного напряжения может привести к тепловому разгону: по мере нагрева светодиода V_Fпадает, вызывая увеличение тока, что генерирует больше тепла, ещё больше снижая V_Fи увеличивая ток до выхода из строя. Всегда используйте драйвер постоянного тока или схему, активно регулирующую ток.

11. Практический пример проектирования и использования

Пример: Проектирование модуля дневных ходовых огней (ДХО)
Разработчик создаёт модуль ДХО для легкового автомобиля. Конструкция требует 6 светодиодов для достижения желаемой яркости и форм-фактора.
1. Выбор бинов: Чтобы обеспечить однородный внешний вид, разработчик указывает узкие цветовые бины (например, 61M ± 1 шаг) и единый бин светового потока (например, C7). Они также могут указать узкий бин прямого напряжения (например, 1A) для улучшения распределения тока в простой последовательной конфигурации.
2. Тепловое проектирование: Модуль будет установлен в ограниченном пространстве. Разработчик использует печатную плату на металлической основе (MCPCB) с медным слоем 2 унции. Проводится тепловое моделирование, чтобы убедиться, что температура контактной площадки не превышает 110°C в худшем случае температуры окружающей среды (например, 85°C внутри блока фары). Согласно кривой снижения, при T_S=110°C допустим полный ток 1500 мА, но разработчик выбирает работу на 1000 мА для лучшей эффективности и долговечности.
3. Электрическое проектирование: 6 светодиодов размещены в последовательной цепочке. Общее прямое напряжение при 1000 мА будет приблизительно 6 × 3.25 В = 19.5 В (тип.), но может варьироваться от ~17.4 В до 22.8 В в зависимости от бинов. Выбран повышающе-понижающий драйвер светодиодов с постоянным током, чтобы работать с этим диапазоном напряжений от 12-вольтовой автомобильной аккумуляторной системы (номинально 12 В, но работа от 9 В до 16 В).
4. Оптическое проектирование: Над каждым светодиодом спроектирована вторичная оптика (TIR линза) для коллимации излучения с углом 120° в контролируемый горизонтальный веерный луч, подходящий для сигнатуры ДХО.

12. Введение в принцип работы

ALFS1J-C0 — это белый светодиод с люминофорным преобразованием. Основной принцип заключается в использовании полупроводникового кристалла (обычно из нитрида индия-галлия — InGaN), который излучает синий свет при прямом смещении (электролюминесценция). Этот синий свет частично поглощается люминофорным слоем из иттрий-алюминиевого граната, легированного церием (YAG:Ce), нанесённым на кристалл. Люминофор преобразует часть синих фотонов в более длинные волны, в основном в жёлтой области. Смесь оставшегося синего света и преобразованного жёллого света воспринимается человеческим глазом как белый свет. Точное соотношение синего и жёлтого, а также включение других люминофоров определяет коррелированную цветовую температуру (CCT) и индекс цветопередачи (CRI). Керамический корпус служит прочной подложкой для монтажа кристалла и люминофора, а также эффективным теплоотводом.

13. Тенденции развития

Эволюция автомобильных светодиодов, таких как ALFS1J-C0, следует нескольким чётким отраслевым тенденциям:
1. Повышение световой отдачи (лм/Вт): Постоянные улучшения в конструкции кристалла, эффективности люминофора и тепловом управлении корпуса направлены на получение большего светового потока при той же входной электрической мощности, снижая энергопотребление и тепловую нагрузку.
2. Более высокая плотность мощности и миниатюризация: Существует стремление достичь большего потока с меньшей площади корпуса, что позволяет создавать более компактные и стилизованные дизайны освещения.
3. Улучшенная цветовая однородность и стабильность: Достижения в технологии люминофоров и процессах бининга приводят к более узким цветовым допускам и уменьшению цветового смещения в зависимости от температуры и срока службы.
4. Повышенная надёжность и устойчивость: Стандарты, такие как AEC-Q102, постоянно развиваются, и добавляются новые испытания для устранения реальных причин отказов, таких как устойчивость к сере, которая стала ключевым требованием.
5. Интеграция и интеллектуальное освещение: Будущее указывает на интегрированные модули, объединяющие светодиоды, драйверы, датчики и интерфейсы связи для адаптивных систем переднего освещения (AFS) и связи посредством света (Li-Fi или сигнализация V2X).
6. Специализированные спектры: Разработка спектров, оптимизированных для конкретных целей, таких как улучшенная видимость в тумане или уменьшение ослепления для встречного транспорта, является активной областью исследований.