Техническая спецификация светодиода CH2525-RGBY0401H-AM - SMD керамический корпус - Красный 623нм Зеленый 527нм Синий 460нм Желтый 590нм - 40мА - Автомобильный класс

1. Обзор продукта

В данном документе представлен всесторонний технический анализ высокопроизводительного многоцветного поверхностно-монтируемого (SMD) светодиода CH2525-RGBY0401H-AM. Компонент разработан для надежности и производительности в сложных условиях эксплуатации, отличается прочным керамическим корпусом и четырьмя различными излучателями, интегрированными в единый модуль. Основная цель его разработки — применение в устройствах, требующих точного смешения цветов, высокой яркости и долгосрочной стабильности.

Ключевое преимущество данного светодиода заключается в его интеграции. Объединяя красный, зеленый, синий и желтый (RGBY) диоды в одном компактном SMD-корпусе, он упрощает проектирование печатной платы, сокращает количество компонентов и позволяет создавать сложные цветовые схемы, выходящие за пределы стандартной RGB-палитры, особенно улучшая передачу теплых белых и янтарных оттенков. Устройство специально сертифицировано в соответствии со строгим стандартом AEC-Q101 для дискретных полупроводников, что делает его подходящим выбором для автомобильной электроники, где надежность работы в жестких условиях имеет первостепенное значение.

Основной целевой рынок — автомобильная промышленность, в частности, системы внутреннего освещения, такие как подсветка приборной панели, подсветка переключателей и декоративная (амбиентная) подсветка салона. Вторичные области применения включают общее декоративное освещение, вывески и потребительскую электронику, где требуются многоцветные функции и высокая надежность.

2. Подробный анализ технических параметров

Электрические и оптические характеристики определяют рабочие границы и ожидаемые показатели производительности светодиода.

2.1 Фотометрические и цветовые характеристики

Светодиод излучает четыре различных цвета, каждый из которых имеет определенные оптические свойства, измеренные при стандартном испытательном токе 40 мА и температуре теплоотводящей площадки 25°C. Сила света, являющаяся мерой воспринимаемой яркости в заданном направлении, варьируется для каждого цвета: красный обычно выдает 1200 милликандел (мкд), зеленый — 2300 мкд, синий — 360 мкд, а желтый — 1300 мкд. Важно отметить, что допуск измерения силы света составляет ±8%.

Угол обзора, определяемый как угол отклонения от оси, при котором сила света падает до половины своего пикового значения, составляет 150 градусов для зеленого и синего излучателей и 140 градусов для красного и желтого излучателей, с допуском ±5 градусов. Это указывает на очень широкую диаграмму направленности, подходящую для общего освещения.

Цвет задается как пиковой длиной волны (λp), так и доминирующей длиной волны (λd). Типичные доминирующие длины волн: красный: 623 нм, зеленый: 527 нм, синий: 460 нм, желтый: 590 нм, с жестким допуском ±1 нм для доминирующей длины волны. График спектрального распределения показывает отчетливые, хорошо разделенные пики для каждого цвета, что важно для точного смешения цветов.

2.2 Электрические параметры

Рабочий диапазон прямого тока (I_F) составляет от 10 мА до 80 мА, при этом 40 мА является типичным испытательным условием. Работа ниже 10 мА не рекомендуется. Прямое напряжение (V_F) при 40 мА различается для каждого цвета из-за свойств полупроводникового материала: красный — обычно 2,00 В, зеленый — 2,80 В, синий — 3,00 В, желтый — 2,40 В, с допуском измерения ±0,05 В. Устройство не предназначено для работы в режиме обратного смещения.

2.3 Тепловые и параметры надежности

Теплоотвод критически важен для производительности и срока службы светодиода. Тепловое сопротивление от перехода до точки пайки (Rth_JS) приведено как в реальном, так и в электрическом эквивалентном значении. Например, для красного излучателя Rth_JS_real составляет 33 К/Вт, а Rth_JS_el — 25 К/Вт. Эти значения используются для расчета повышения температуры перехода на основе рассеиваемой мощности.

Абсолютные максимальные параметры устанавливают жесткие ограничения: рассеиваемая мощность (P_d) составляет 220 мВт для красного/желтого и 280 мВт для зеленого/синего. Максимальная температура перехода (T_J) — 125°C. Рабочий температурный диапазон (T_opr) — от -40°C до +110°C, что подтверждает его пригодность для автомобильного применения. Устройство может выдерживать электростатический разряд (ESD) до 8 кВ (модель человеческого тела).

3. Объяснение системы бининга

В спецификации представлена структура бининга по силе света для классификации светодиодов на основе их выходной мощности. Бины обозначаются буквенно-цифровыми кодами (L1, L2, M1... R1), представляющими диапазон минимальной и максимальной силы света. Например, бин L1 охватывает светодиоды с силой света от 11,2 мкд до 14 мкд, а бин R1 начинается с 112 мкд. Эта система позволяет разработчикам выбирать компоненты с согласованными уровнями яркости для однородного внешнего вида в массиве или системе. Представленная таблица, по-видимому, является общим шаблоном, а конкретные бины для каждого цвета CH2525-RGBY0401H-AM будут определены в подробных спецификациях продукта или руководствах по заказу.

4. Анализ характеристических кривых

Характеристические графики дают важное представление о поведении светодиода в различных условиях.

4.1 ВАХ и световая отдача

График зависимости прямого тока от прямого напряжения показывает экспоненциальную зависимость, типичную для диодов. Каждый цветовой след имеет разное пороговое напряжение. График зависимости относительной силы света от прямого тока показывает, что выходная мощность увеличивается с ростом тока, но может быть не идеально линейной, особенно при высоких токах, где эффективность падает из-за нагрева.

4.2 Зависимость от температуры

График зависимости относительной силы света от температуры перехода критически важен для теплового проектирования. Он показывает, что световой выход уменьшается с ростом температуры перехода. Скорость снижения (тепловое тушение) варьируется в зависимости от полупроводникового материала; например, красные и желтые светодиоды обычно менее чувствительны к температуре, чем синие и зеленые. График зависимости доминирующей длины волны от температуры перехода показывает смещение цвета (обычно в сторону более длинных волн) при повышении температуры, что необходимо учитывать в приложениях, критичных к цвету.

Кривая снижения номинала прямого тока определяет максимально допустимый прямой ток в зависимости от температуры паяльной площадки. Чтобы температура перехода оставалась ниже 125°C, ток должен быть уменьшен по мере роста температуры окружающей среды/площадки. График предоставляет конкретные линии снижения номинала для групп цветов (красный/желтый, зеленый, синий).

4.3 Пространственное и спектральное распределение

Типичные диаграммы направленности излучения (полярные диаграммы) для каждого цвета визуально подтверждают широкие углы обзора. График относительного спектрального распределения отображает нормированную интенсивность в зависимости от длины волны, четко показывая основной пик излучения для каждого цветового диода, что важно для понимания потенциала смешения цветов и требований к фильтрации.

5. Механическая и упаковочная информация

Светодиод использует поверхностно-монтируемый (SMD) керамический корпус. Керамические корпуса обеспечивают превосходную теплопроводность и механическую прочность по сравнению с пластиковыми, что полезно для мощных или высоконадежных применений. Конкретные механические размеры, включая длину, ширину, высоту и расстояние между выводами/площадками, подробно описаны в разделе "Механические размеры" (ссылка на страницу 17). Предоставлена рекомендуемая разводка паяльных площадок (страница 18) для обеспечения правильного формирования паяного соединения, теплопередачи и механической стабильности во время оплавления и работы. Полярность или назначение выводов для четырех цветовых каналов и любая конфигурация с общим катодом/анодом будут определены в этом разделе.

6. Рекомендации по пайке и монтажу

Устройство рассчитано на пайку оплавлением с пиковой температурой 260°C в течение до 30 секунд, что совместимо со стандартными бессвинцовыми процессами пайки. Следует ознакомиться с подробным графиком профиля пайки оплавлением (страница 18), который обычно показывает этапы нагрева, предварительного нагрева, жидкой фазы, пика и охлаждения. Соблюдение этого профиля необходимо для предотвращения теплового удара, дефектов пайки или повреждения кристалла светодиода или корпуса. Уровень чувствительности к влаге (MSL) оценивается как Уровень 2, что указывает на то, что корпус может подвергаться воздействию условий производственного цеха до одного года перед выпеканием, предшествующим пайке оплавлением. Меры предосторожности при использовании (страница 21), вероятно, включают обращение для предотвращения ESD, условия хранения и рекомендации по очистке.

7. Информация об упаковке и заказе

Информация об упаковке (страница 19) указывает, как поставляются светодиоды, обычно на ленте и катушке для автоматизированной сборки методом "pick-and-place". Детали включают размеры катушки, расстояние между гнездами и ориентацию. Номер детали "CH2525-RGBY0401H-AM" следует, вероятно, внутренней системе кодирования, где "CH2525" может указывать на тип/размер корпуса, "RGBY" — цвета, "0401" может относиться к бину производительности или версии, а "AM" может обозначать автомобильный класс. Информация о заказе (страница 16) будет подробно описывать, как указывать различные бины или варианты.

8. Рекомендации по применению

Основные заявленные области применения — автомобильное внутреннее освещение и декоративная (амбиентная) подсветка. В автомобильных салонах этот светодиод может использоваться для многоцветной подсветки приборных панелей, элементов управления мультимедиа и создания настраиваемых зон декоративной подсветки в салоне. Для декоративной подсветки его RGBY-возможность позволяет генерировать более широкий спектр цветов, включая более насыщенные и теплые белые оттенки, по сравнению со стандартными RGB-светодиодами.

Соображения по проектированию:

• Схема управления:Требуется драйвер постоянного тока, способный независимо управлять четырьмя каналами. Необходимо учитывать различные прямые напряжения, что может потребовать отдельных регуляторов тока или сложной многоканальной микросхемы драйвера светодиодов.
• Теплоотвод:Рассеиваемая мощность, особенно при одновременной работе нескольких цветов, требует достаточной площади меди на печатной плате (теплоотводящей площадки) и, возможно, подключения к радиатору для поддержания низкой температуры перехода для оптимального светового потока, стабильности цвета и долговечности.
• Оптика:Широкий угол обзора может потребовать вторичной оптики (линз, рассеивателей) для формирования светового пучка под конкретные задачи.
• Смешение цветов и управление:Достижение стабильных и желаемых цветов требует калибровки и, возможно, замкнутого контура цветовой обратной связи с использованием датчиков, поскольку выходная мощность каждого канала варьируется в зависимости от тока и температуры.

9. Техническое сравнение и отличия

По сравнению со стандартными пластиковыми SMD RGB-светодиодами, ключевыми отличиями данного компонента являются его керамический корпус (для лучшего теплоотвода и надежности) и добавление отдельного желтого излучателя. Желтый кристалл значительно улучшает индекс цветопередачи (CRI) генерируемого белого света и позволяет напрямую создавать янтарные цвета без смешения красного и зеленого, что часто неэффективно и может давать грязный цвет. Квалификация AEC-Q101 является основным отличием для автомобильных применений, так как она подтверждает производительность в тестах на температуру, влажность и срок службы, которые не проходят стандартные коммерческие светодиоды.

10. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В: Почему сила света синего излучателя (360 мкд) намного ниже, чем у зеленого (2300 мкд) при том же токе 40 мА?

О: Это в первую очередь связано с кривой фотопической чувствительности человеческого глаза (V(λ)). Глаз наиболее чувствителен к зеленому свету (~555 нм) и менее чувствителен к синему (~460 нм). Следовательно, при одинаковой излучаемой мощности (оптические ватты) зеленый свет будет казаться намного ярче в фотометрических единицах (люмены, канделы). Разница во внутренней квантовой эффективности полупроводниковых материалов также играет роль.

В: Могу ли я питать этот светодиод от источника постоянного напряжения?

О: Это настоятельно не рекомендуется. Светодиоды — это устройства с токовым управлением. Их прямое напряжение имеет допуск и изменяется в зависимости от температуры. Источник постоянного напряжения может привести к чрезмерному току, перегреву и быстрому выходу из строя. Всегда используйте драйвер постоянного тока или схему ограничения тока.

В: В чем разница между Rth_JS_real и Rth_JS_el, упомянутыми в параметрах теплового сопротивления?

О: Rth_JS_real — это фактическое измеренное тепловое сопротивление от полупроводникового перехода до точки пайки. Rth_JS_el — это "электрическое" эквивалентное значение, часто получаемое из температурно-зависимого параметра прямого напряжения. Разработчики обычно используют Rth_JS_real для теплового моделирования, в то время как Rth_JS_el может использоваться для методов оценки температуры перехода в цепи.

11. Практические примеры проектирования и использования

Пример 1: Контроллер декоративной подсветки салона автомобиля:Модуль использует четыре таких светодиода, по одному в каждом углу ниши для ног в автомобиле. Микроконтроллер с ШИМ-выходами управляет четырехканальным драйвером постоянного тока. Прошивка позволяет пользователю выбирать из предустановленных цветов (например, холодный белый, теплый белый, синий, оранжевый) или создавать пользовательские цвета, регулируя скважность каждого канала. Керамический корпус обеспечивает надежность, несмотря на потенциально высокие температуры окружающей среды вблизи пола автомобиля.

Пример 2: Архитектурный встраиваемый светильник с регулируемым цветом:Во встраиваемом светильнике массив этих светодиодов установлен на печатной плате с металлическим основанием для теплоотвода. Используется продвинутый драйвер с калибровкой цвета и температурной компенсацией. Система может динамически изменять цветовую температуру белого света от холодного, бодрящего белого (смесь с высоким содержанием синего/зеленого) утром до теплого, расслабляющего белого (смесь с высоким содержанием красного/желтого) вечером, сохраняя при этом высокую цветопередачу.

12. Принцип работы

Устройство работает на принципе электролюминесценции в полупроводниковых материалах. Когда прикладывается прямое смещающее напряжение, превышающее энергию запрещенной зоны диода, электроны и дырки рекомбинируют в активной области полупроводника, высвобождая энергию в виде фотонов (света). Конкретная длина волны (цвет) излучаемого света определяется энергией запрещенной зоны полупроводникового материала, используемого для каждого кристалла: для получения желаемых цветов применяются различные сложные полупроводники (например, AlInGaP для красного/желтого, InGaN для зеленого/синего). Четыре кристалла размещены в одном керамическом корпусе с отдельными электрическими соединениями для независимого управления.

13. Технологические тренды и контекст

Интеграция нескольких цветовых излучателей (помимо RGB) в один корпус — это растущий тренд, движимый спросом на более качественный свет и более гибкое управление цветом в автомобильных, профессиональных осветительных и дисплейных приложениях. Включение отдельного белого или янтарного излучателя, или, как в данном случае, желтого, улучшает цветопередачу и эффективность для определенных цветов. Также наблюдается постоянное стремление к увеличению удельной мощности и эффективности (больше люмен на ватт), что делает более важным тепловое управление и способствует распространению керамических и других передовых материалов корпусов. Кроме того, интеграция электроники управления (например, микросхем драйверов) непосредственно с корпусом светодиода — это зарождающийся тренд, упрощающий проектирование систем.