Техническая спецификация светодиодного модуля T12 серии Flip Chip - 10Вт белый свет - 9 светодиодов последовательно

1. Обзор продукта

Серия T12 представляет собой мощный поверхностно-монтируемый светодиодный модуль, использующий технологию Flip Chip. В данном документе подробно описаны характеристики варианта с белым светом мощностью 10 Вт, состоящего из 9 светодиодных кристаллов, соединённых последовательно. Конструкция Flip Chip обеспечивает улучшенные тепловые характеристики и надёжность за счёт прямого крепления полупроводникового кристалла к подложке, что улучшает отвод тепла и снижает тепловое сопротивление.

Данный светодиодный модуль разработан для применений, требующих высокой световой отдачи и стабильной работы, таких как промышленное освещение, светильники для высоких помещений, уличное освещение и специализированные осветительные приборы. Последовательная конфигурация упрощает конструкцию драйвера, требуя более высокого прямого напряжения при контролируемом токе.

2. Подробный анализ технических параметров

2.1 Предельно допустимые параметры (T_s=25°C)

Следующие параметры определяют пределы эксплуатации, превышение которых может привести к необратимому повреждению светодиода. Это не рекомендуемые рабочие условия.

• Прямой ток (I_F):700 мА (постоянный ток)
• Импульсный прямой ток (I_FP):700 мА (длительность импульса ≤10мс, скважность ≤1/10)
• Рассеиваемая мощность (P_D):20300 мВт (20.3 Вт)
• Рабочая температура (T_opr):-40°C до +100°C
• Температура хранения (T_stg):-40°C до +100°C
• Температура перехода (T_j):125°C (максимальная)
• Температура пайки (T_sld):Пайка оплавлением при 230°C или 260°C в течение не более 10 секунд.

2.2 Электрооптические характеристики (T_s=25°C)

Это типичные и максимальные значения при указанных условиях испытаний, представляющие ожидаемую производительность.

• Прямое напряжение (V_F):Типичное 27В, максимальное 29В (при I_F=350мА). Высокое напряжение обусловлено последовательным соединением 9 кристаллов.
• Обратное напряжение (V_R):5В (максимальное)
• Обратный ток (I_R):100 мкА (максимальный) при V_R=5В.
• Угол обзора (2θ_1/2):130° (типичный). Это указывает на широкую диаграмму направленности, подходящую для общего освещения.

3. Объяснение системы бининга

3.1 Бининг коррелированной цветовой температуры (CCT)

Продукт предлагается в стандартных бинах CCT. Каждый бин соответствует определённой области цветности на диаграмме CIE, обеспечивая цветовую однородность в партии. Стандартные варианты заказа:

• 2700K:Области цветности 8A, 8B, 8C, 8D (тёплый белый)
• 3000K:Области цветности 7A, 7B, 7C, 7D (тёплый белый)
• 3500K:Области цветности 6A, 6B, 6C, 6D (нейтральный белый)
• 4000K:Области цветности 5A, 5B, 5C, 5D (нейтральный белый)
• 4500K:Области цветности 4A, 4B, 4C, 4D, 4R, 4S, 4T, 4U (холодный белый)
• 5000K:Области цветности 3A, 3B, 3C, 3D, 3R, 3S, 3T, 3U (холодный белый)
• 5700K:Области цветности 2A, 2B, 2C, 2D, 2R, 2S, 2T, 2U (дневной свет)
• 6500K:Области цветности 1A, 1B, 1C, 1D, 1R, 1S, 1T, 1U (дневной свет)

Примечание: Бининг определяет допустимый диапазон цветовых координат, а не единственную точку.

3.2 Бининг светового потока

Световой поток распределяется по бинам на основе минимальных значений при испытательном токе 350мА. Фактический поток может превышать минимальное заказанное значение, но останется в пределах указанного бина CCT.

• Тёплый белый (2700K-3700K), CRI ≥70:
  • Код 3H: 800 лм (мин.), 900 лм (тип.)
  • Код 3J: 900 лм (мин.), 1000 лм (тип.)
• Нейтральный белый (3700K-5000K), CRI ≥70:
  • Код 3H: 800 лм (мин.), 900 лм (тип.)
  • Код 3J: 900 лм (мин.), 1000 лм (тип.)
• Холодный белый (5000K-10000K), CRI ≥70:
  • Код 3J: 900 лм (мин.), 1000 лм (тип.)
  • Код 3K: 1000 лм (мин.), 1100 лм (тип.)

Допуски:Световой поток: ±7%; CRI (индекс цветопередачи): ±2; Цветовые координаты: ±0.005.

4. Анализ кривых производительности

4.1 Зависимость прямого тока от прямого напряжения (Вольт-амперная характеристика)

ВАХ нелинейна, что типично для диода. При рекомендуемом рабочем токе 350мА типичное прямое напряжение составляет 27В. Кривая показывает, что небольшое увеличение напряжения после точки излома приводит к быстрому росту тока, что подчёркивает важность источника постоянного тока для стабильной работы и долговечности.

4.2 Зависимость прямого тока от относительного светового потока

Эта кривая демонстрирует взаимосвязь между током драйвера и световым выходом. Световой поток примерно линейно увеличивается с током в нормальном рабочем диапазоне. Однако работа светодиода при токах выше рекомендуемых (например, 700мА) может привести к снижению эффективности (светоотдачи в лм/Вт) и значительному повышению температуры перехода, ускоряя деградацию светового потока и сокращая срок службы.

4.3 Зависимость относительной спектральной мощности от температуры перехода

При увеличении температуры перехода (T_j) спектральное распределение мощности белого светодиода (обычно синий кристалл с люминофором) может смещаться. Это часто проявляется как уменьшение излучаемой мощности на определённых длинах волн и потенциальное изменение коррелированной цветовой температуры (CCT). Эффективный тепловой менеджмент имеет решающее значение для поддержания стабильного цвета и светового потока с течением времени.

4.4 Относительное спектральное распределение мощности

Спектральная кривая белого светодиода показывает доминирующий пик в синей области (от кристалла InGaN) и более широкую полосу излучения в жёлтой/зелёной/красной области (от люминофорного покрытия). Точная форма определяет CCT и CRI. Более широкое и плавное излучение люминофора способствует более высокому CRI.

5. Механическая информация и упаковка

5.1 Чертеж корпуса

Физические размеры светодиодного модуля приведены на диаграмме в спецификации. Ключевые механические особенности включают общую длину, ширину и высоту, а также расположение и размер контактных площадок. Корпус предназначен для поверхностного монтажа (SMT).

5.2 Рекомендуемый рисунок контактных площадок и трафарета

Предоставлены подробные чертежи посадочного места на печатной плате и трафарета для паяльной пасты. Соблюдение этих рекомендаций критически важно для обеспечения правильного формирования паяных соединений, выравнивания и надёжного механического крепления. Конструкция площадок обеспечивает правильное электрическое соединение и способствует передаче тепла от светодиода к печатной плате. Допуск для этих размеров обычно составляет ±0.10мм.

Идентификация полярности:Анод (+) и катод (-) чётко обозначены на корпусе или указаны на чертеже посадочного места. Правильная полярность необходима для работы.

6. Рекомендации по пайке и сборке

6.1 Параметры пайки оплавлением

Светодиод совместим со стандартными процессами пайки оплавлением в инфракрасной или конвекционной печи. Максимально допустимая температура корпуса во время пайки составляет 230°C или 260°C, при этом время выдержки при пиковой температуре не должно превышать 10 секунд. Крайне важно соблюдать температурный профиль, который обеспечивает адекватный прогрев сборки для минимизации термического удара.

6.2 Меры предосторожности при обращении и хранении

• Чувствительность к ЭСР:Светодиоды являются чувствительными к статическому электричеству устройствами. Используйте соответствующие меры предосторожности от ЭСР при обращении и сборке.
• Влагочувствительность:Корпус может иметь уровень чувствительности к влаге (MSL). Если он указан, соблюдайте требования по прогреву и времени использования перед пайкой оплавлением.
• Условия хранения:Храните в сухой, тёмной среде в указанном температурном диапазоне (-40°C до +100°C). Избегайте воздействия коррозионных газов.
• Очистка:Если очистка необходима после пайки, используйте совместимые растворители и методы, которые не повреждают линзу светодиода или силиконовый материал.

7. Рекомендации по применению

7.1 Типичные сценарии применения

• Освещение высоких помещений и промышленное освещение:Использует высокую световую отдачу и прочную конструкцию.
• Уличное освещение:Уличные фонари, освещение парковок, стадионов.
• Специализированные светильники высокой мощности:Светильники для растений, проекторы, сценическое освещение.
• Архитектурное и коммерческое освещение:Где приоритет отдаётся высокой эффективности и длительному сроку службы.

7.2 Вопросы проектирования

• Тепловой менеджмент:Это самый важный фактор для производительности и срока службы. Спроектируйте печатную плату и радиатор так, чтобы температура перехода светодиода (T_j) была значительно ниже максимального значения 125°C, в идеале ниже 85°C для оптимального срока службы. Используйте тепловые переходные отверстия, печатные платы на металлической основе (MCPCB) или активное охлаждение по мере необходимости.
• Ток драйвера:Используйте драйвер постоянного тока, рассчитанный на требуемый диапазон напряжения (на основе V_F). Для баланса выходной мощности, эффективности и срока службы рекомендуется работа при типичном токе 350мА или ниже. Снижение тока значительно увеличивает срок службы.
• Оптическое проектирование:Широкий угол обзора 130° может потребовать вторичной оптики (линз, отражателей) для достижения желаемой диаграммы направленности для конкретного применения.
• Электрическая защита:Рассмотрите возможность защиты от обратной полярности, перенапряжений и электростатического разряда (ЭСР) на входных линиях.

8. Техническое сравнение и отличия

Flip-Chip vs. Традиционный светодиод с проводным соединением:

• Тепловые характеристики:Крепление Flip Chip обеспечивает более короткий и прямой тепловой путь от активного перехода к подложке/радиатору, что приводит к более низкому тепловому сопротивлению (R_th). Это позволяет использовать более высокие токи драйвера или улучшить срок службы при том же токе.
• Надёжность:Устраняет проводные соединения, которые могут быть точками отказа из-за тепловых циклов, вибрации или электромиграции.
• Распределение тока:Часто включает улучшенный слой для распределения тока под кристаллом, что приводит к более равномерному излучению света и потенциально более высокой эффективности.
• Оптическое проектирование:Позволяет создать более компактный корпус или использовать различные особенности вывода света.

Последовательная конфигурация (9 в серии):Упрощает конструкцию драйвера для применений с высоким напряжением и низким током, часто повышая эффективность драйвера по сравнению с питанием нескольких параллельных цепочек.

9. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

9.1 Какой рекомендуемый рабочий ток?

В спецификации указаны характеристики при 350мА, что является типичной рекомендуемой рабочей точкой. Он может работать до абсолютного максимума 700мА, но это значительно повысит температуру перехода и сократит срок службы. Для оптимального срока службы и эффективности рекомендуется работа при токе 350мА или ниже.

9.2 Почему прямое напряжение такое высокое (~27В)?

Модуль содержит 9 отдельных светодиодных кристаллов, соединённых последовательно. Прямые напряжения каждого кристалла суммируются. Типичный белый светодиодный кристалл имеет V_Fоколо 3В; 9 * 3В = 27В.

9.3 Как выбрать правильный бин CCT?

Выберите номинальную CCT (например, 4000K) на основе требуемой атмосферы и цветопередачи для вашего применения. Связанные области цветности (например, 5A-5D) обеспечивают цветовую однородность. Для критически важных применений, связанных с подбором цвета, запросите более узкий бининг или выбирайте из одной производственной партии.

9.4 Какой радиатор требуется?

Требуемый радиатор зависит от вашего рабочего тока, температуры окружающей среды, желаемой T_j, а также теплового сопротивления вашей печатной платы и интерфейсных материалов. Вы должны выполнить тепловой расчёт на основе общей рассеиваемой мощности (V_F* I_F) и целевого теплового сопротивления от перехода к окружающей среде (R_θJA).

9.5 Можно ли использовать ШИМ для диммирования?

Да, широтно-импульсная модуляция (ШИМ) является эффективным методом диммирования для светодиодов. Убедитесь, что частота ШИМ достаточно высока (обычно >100Гц), чтобы избежать видимого мерцания. Драйвер должен быть рассчитан на вход ШИМ или иметь специальный интерфейс диммирования.

10. Практический пример проектирования

Сценарий:Проектирование светильника для высокого помещения мощностью 100Вт с использованием нескольких модулей T12.

Этапы проектирования:

1. Количество модулей:Цель - 100Вт в сумме. Каждый модуль при 350мА потребляет ~9.45Вт (27В * 0.35А). Используйте 10 модулей для ~94.5Вт.
2. Выбор драйвера:Требуется драйвер постоянного тока для 10 последовательно соединённых модулей. Требуемый диапазон выходного напряжения: 10 * (27В до 29В) = 270В до 290В. Требуемый ток: 350мА. Выберите драйвер, рассчитанный на >290В, 350мА.
3. Тепловое проектирование:Общее рассеивание ~94.5Вт. Используйте печатную плату на металлической основе (MCPCB), установленную на большой алюминиевый радиатор. Рассчитайте требуемое R_θSA(радиатор-окружающая среда) на основе максимальной температуры окружающей среды (например, 50°C) и целевой T_j(например, 90°C), учитывая R_θJCи R_θCSот светодиода и интерфейса.
4. Оптика:Для освещения высоких помещений часто желателен средний угол луча (например, 60°-90°). Выберите вторичные линзы или отражатели, совместимые с посадочным местом модуля, чтобы сузить луч от исходных 130°.
5. Разводка печатной платы:Следуйте рекомендуемой разводке контактных площадок. Обеспечьте толстые медные дорожки для передачи тока. Используйте тепловые развязки для пайки, но максимизируйте медную заливку для распределения тепла.

11. Введение в технологический принцип

Технология Flip-Chip светодиодов:В обычном светодиоде полупроводниковые слои выращиваются на подложке, а электрические соединения осуществляются с помощью проводных соединений к верхней части кристалла. В конструкции Flip-Chip после выращивания кристалл "переворачивается" и крепится непосредственно на несущую подложку (например, керамическую или кремниевую) с помощью паяльных шариков. Это помещает активную светоизлучающую область ближе к тепловому пути. Свет излучается через подложку (которая должна быть прозрачной, как сапфир) или через боковую сторону, если подложка удалена. Эта структура улучшает отвод тепла, позволяет использовать более высокую плотность тока и повышает надёжность за счёт устранения хрупких проводных соединений.

Генерация белого света:Большинство белых светодиодов используют синий излучающий кристалл из нитрида индия-галлия (InGaN). Часть синего света поглощается слоем люминофорного материала (обычно алюмоиттриевый гранат, легированный церием, YAG:Ce), нанесённым на кристалл или вокруг него. Люминофор преобразует часть синего света в жёлтый. Смесь оставшегося синего света и генерируемого жёлтого света воспринимается человеческим глазом как белый. Регулировка состава и толщины люминофора контролирует CCT и CRI.

12. Тенденции и развитие отрасли

Рост эффективности (лм/Вт):Основной тенденцией по-прежнему является увеличение световой отдачи, снижение энергии, необходимой на единицу света. Это достигается за счёт улучшений внутренней квантовой эффективности (IQE), эффективности вывода света и эффективности преобразования люминофора.

Высокая плотность мощности и миниатюризация:Существует тенденция к размещению большего количества люменов в меньших корпусах, обусловленная такими применениями, как автомобильные фары, микропроекторы и сверхкомпактные светильники. Технологии Flip-Chip и корпусов размером с кристалл (CSP) являются ключевыми факторами.

Улучшение качества цвета и однородности:Растёт спрос на высокий CRI (Ra >90, R9 >50) и стабильную цветовую точку между партиями и в течение срока службы, особенно в розничной торговле, музеях и медицинском освещении.

Надёжность и срок службы:Акцент на понимании и смягчении механизмов отказа в условиях высокотемпературного, высоковлажностного и высокотокового стресса для гарантии более длительных сроков службы L70/B50 (время до 70% сохранения светового потока для 50% популяции).

Умное и сетевое освещение:Интеграция управляющей электроники, датчиков и интерфейсов связи непосредственно со светодиодными модулями становится всё более распространённой, что позволяет создавать системы освещения на основе IoT.

Специализированные спектры:Разработка светодиодов с настроенным спектральным выходом для освещения, ориентированного на человека (HCL), растениеводства (светильники для растений) и медицинских применений.