Техническая документация на светодиод XI3030-PA3501H-AM - 3.0x3.0x?мм - 3.1В - 1.085Вт - Янтарный

1. Обзор продукта

XI3030-PA3501H-AM — это высокопроизводительный светодиод для поверхностного монтажа (SMD), разработанный в первую очередь для требовательных применений в автомобильной внешней светотехнике. Он использует технологию фосфорного преобразования для получения стабильного янтарного цвета. Устройство выполнено на платформе корпуса EMC (эпоксидная компаундная смола), что обеспечивает повышенную надежность и тепловые характеристики по сравнению со стандартными пластиковыми корпусами. Его ключевые преимущества включают высокий типичный световой поток 83 люмена при стандартном токе накачки 350мА, широкий угол обзора 120 градусов для отличного распределения света и надежную конструкцию, квалифицированную по строгому стандарту AEC-Q102 для дискретных оптоэлектронных устройств автомобильного класса. Целевой рынок четко ориентирован на дизайнеров и производителей автомобильного освещения, в частности для применений, таких как указатели поворота и другие внешние сигнальные функции, где критически важны надежность, постоянство цвета и яркость.

2. Подробный анализ технических параметров

2.1 Фотометрические и электрические характеристики

Ключевые рабочие параметры определены при стандартных условиях испытаний: прямой ток (I_F) 350мА. Типичный световой поток (I_V) составляет 83 люмена, с указанным минимумом 70 лм и максимумом 100 лм, с учетом допуска измерения 8%. Прямое напряжение (V_F) при этом токе типично составляет 3.1В, в диапазоне от минимума 2.5В до максимума 3.5В. Этот параметр критически важен для теплового управления и проектирования драйвера. Доминирующие координаты цветности: CIE x = 0.575 и CIE y = 0.415, что четко помещает его в янтарную область цветового спектра с допуском ±0.005. Угол обзора, определяемый как угол, при котором сила света падает до половины своего пикового значения, составляет полные 120 градусов.

2.2 Абсолютные максимальные параметры и управление температурным режимом

Для обеспечения долгосрочной надежности устройство не должно эксплуатироваться за пределами своих абсолютных максимальных параметров. Максимальный непрерывный прямой ток составляет 500 мА. Максимальная рассеиваемая мощность (P_d) составляет 1750 мВт. Температура перехода (T_j) никогда не должна превышать 150°C. Диапазон рабочей температуры окружающей среды указан от -40°C до +125°C. Тепловое управление является критически важным аспектом проектирования. В даташите приведены два значения теплового сопротивления: реальное тепловое сопротивление (R_{th JS real}) 12.9 К/Вт и электрическое тепловое сопротивление (R_{th JS el}) 10.8 К/Вт, оба измерены от перехода до точки пайки. Более низкое электрическое значение обычно используется для расчетов при проектировании, так как оно получено методом температурно-чувствительного электрического параметра (TSEP). Правильный теплоотвод необходим для поддержания температуры перехода в безопасных пределах, особенно при более высоких токах накачки.

2.3 Спецификации надежности и устойчивости

Светодиод разработан для работы в жестких условиях. Он обеспечивает защиту от электростатического разряда (ESD) до 8 кВ (модель человеческого тела), что важно для безопасной сборки. Он соответствует экологическим директивам RoHS и REACH. Кроме того, он обладает устойчивостью к сере, что является критически важной особенностью для автомобильных применений, где серосодержащие газы из выхлопов и других источников могут вызывать коррозию посеребренных компонентов. Уровень чувствительности к влаге (MSL) соответствует Уровню 2, что означает возможность хранения до одного года при ≤30°C/60% относительной влажности перед обязательной просушкой перед пайкой оплавлением.

3. Анализ кривых производительности

3.1 Прямой ток vs. Прямое напряжение (IV-кривая)

IV-кривая показывает зависимость между прямым током и прямым напряжением. Она нелинейна, что типично для диодов. При 350мА напряжение сосредоточено около 3.1В. Конструкторы используют эту кривую для выбора соответствующей схемы ограничения тока и оценки потребляемой мощности (V_F* I_F).

3.2 Относительный световой поток vs. Прямой ток

Этот график иллюстрирует, как световой выход масштабируется с током накачки. Хотя выход увеличивается с током, зависимость не является идеально линейной, и эффективность обычно снижается при более высоких токах из-за усиления тепловых эффектов и "провала" (droop). Кривая помогает конструкторам сбалансировать желаемую яркость с эффективностью и тепловой нагрузкой.

3.3 Относительный световой поток vs. Температура перехода

Это один из наиболее критически важных графиков для проектирования применения. Он показывает снижение светового выхода при повышении температуры перехода. Эффективность светодиода обратно пропорциональна температуре. Для XI3030 световой выход уменьшается по мере роста T_jвыше 25°C. Эффективное тепловое проектирование крайне важно для поддержания постоянной яркости в рабочем диапазоне температур, особенно в жарких автомобильных условиях.

3.4 Смещение цветности vs. Ток и температура

Два графика детализируют смещение координат цвета (ΔCIE x, ΔCIE y). Один показывает смещение в зависимости от прямого тока при постоянной температуре, другой — в зависимости от температуры перехода при постоянном токе (350мА). Эти смещения, как правило, малы, но должны учитываться в применениях, требующих строгого постоянства цвета. Янтарная цветовая точка относительно стабильна, но конструкторам следует убедиться, что смещения остаются в допустимых пределах для их конкретного применения.

3.5 Кривая снижения прямого тока

Эта кривая определяет максимально допустимый непрерывный прямой ток в зависимости от температуры, измеренной на контактной площадке. По мере роста температуры площадки максимальный безопасный ток снижается. Например, при максимальной номинальной температуре площадки 125°C максимально допустимый непрерывный ток составляет 500мА. Работа ниже 50мА не рекомендуется. Этот график необходим для определения безопасных условий эксплуатации в конечном применении.

3.6 Допустимая способность обработки импульсов

Этот график определяет способность светодиода выдерживать кратковременные импульсы тока, превышающие максимальный постоянный номинал. Он отображает зависимость импульсного тока (I_F) от длительности импульса (t_p) для различных скважностей (D). Для очень коротких импульсов (например, микросекунды) при низкой скважности светодиод может выдерживать токи, значительно превышающие 500мА. Это актуально для импульсных режимов работы, иногда используемых в сигнализации.

3.7 Спектральное распределение

График относительного спектрального распределения мощности показывает интенсивность излучаемого света по длинам волн. Как фосфорно-преобразованный янтарный светодиод, его спектр обычно имеет основной пик от синего или ближнего УФ светодиода-насоса и более широкий вторичный пик в желтой/янтарной области от люминофора. Точная форма определяет воспринимаемый цвет и индекс цветопередачи (CRI), хотя CRI менее критичен для сигнального освещения.

4. Объяснение системы бининга

В даташите описана структура бининга для категоризации светодиодов на основе их фотометрических и колориметрических характеристик, обеспечивая постоянство в пределах производственной партии.

4.1 Биннинг светового потока

Световой поток бинируется с использованием буквенно-цифровых кодов (например, E1, F2, J5, K3). Каждый бин определяет минимальный и максимальный диапазон светового потока в люменах. Например, бин F6 охватывает 60-70 лм, а бин K1 — 225-250 лм. XI3030-PA3501H-AM с типичными 83 лм попадет в определенный бин светового потока (вероятно, в районе F7-F8 или J1, хотя точный бин для этого номера детали в предоставленном отрывке не указан). Это позволяет конструкторам выбирать компоненты с гарантированной минимальной яркостью.

4.2 Биннинг цвета

Цвет бинируется в соответствии со структурой бинов фосфорного желтого цвета ECE (Европейская экономическая комиссия). Представленная диаграмма показывает два основных бина: YA и YB, определенные четырехугольной областью на диаграмме цветности CIE 1931. Целевые координаты для этого светодиода (x=0.575, y=0.415) попадают в бин YB или рядом с ним. Биннинг гарантирует, что все светодиоды в партии излучают свет в строго контролируемой цветовой области, что жизненно важно для автомобильных применений, где несколько светодиодов используются вместе и должны идеально совпадать.

5. Механическая информация, сборка и упаковка

5.1 Механические размеры и полярность

Светодиод использует стандартный форм-фактор 3030 (примерно 3.0мм x 3.0мм). Точная высота и подробный чертеж размеров с допусками находятся в разделе "Механические размеры". Компонент будет иметь маркировку полярности, обычно индикатор катода (например, выемка, точка или зеленая метка) на корпусе. Правильная ориентация при установке необходима для работы.

5.2 Рекомендуемая разводка контактных площадок для пайки

Предоставлен рекомендуемый посадочный рисунок (land pattern) для проектирования печатной платы. Он включает размер и форму тепловой площадки и электрических контактных площадок. Следование этой рекомендации обеспечивает правильное формирование паяного соединения, хороший теплоперенос на плату и предотвращает эффект "гробового камня" (tombstoning) или другие дефекты сборки.

5.3 Профиль пайки оплавлением

Устройство рассчитано на пайку оплавлением с пиковой температурой 260°C в течение до 30 секунд. Рекомендуется определенный профиль оплавления (время vs. температура), обычно следующий рекомендациям IPC/JEDEC J-STD-020 для компонентов MSL2. Этот профиль включает стадии предварительного нагрева, выдержки, оплавления (с временем выше ликвидуса, TAL, и пиковой температурой) и охлаждения. Соблюдение этого профиля предотвращает тепловое повреждение корпуса светодиода и внутреннего кристалла.

5.4 Информация об упаковке

Светодиоды поставляются на ленте в катушках для автоматической сборки методом pick-and-place. Информация об упаковке включает размеры катушки, ширину ленты, расстояние между карманами и ориентацию компонентов на ленте. Эта информация необходима для настройки сборочного оборудования.

6. Рекомендации по применению и конструктивные соображения

6.1 Основное применение: Автомобильное внешнее освещение

Основным и явно указанным применением является автомобильное внешнее освещение, с указателями поворота в качестве конкретного примера. Его квалификация AEC-Q102, широкий температурный диапазон, устойчивость к сере и высокая яркость делают его подходящим для других внешних функций, таких как дневные ходовые огни (DRL), габаритные огни и боковые указатели, где требуется янтарный цвет.

6.2 Проектирование драйверной схемы

Светодиоды — это устройства с токовым управлением. Для обеспечения стабильного светового выхода и предотвращения теплового разгона обязателен драйвер постоянного тока. Драйвер должен быть спроектирован для обеспечения желаемого тока (например, 350мА для типичных характеристик) с учетом абсолютных максимальных параметров и кривой снижения тока в зависимости от тепловой среды применения. Вариация прямого напряжения (2.5В-3.5В) должна учитываться в диапазоне напряжения соответствия драйвера.

6.3 Проектирование системы теплового управления

Это невозможно переоценить. Печатная плата должна быть спроектирована как радиатор. Это предполагает использование платы с достаточным количеством тепловых переходных отверстий под тепловой площадкой светодиода, соединенных с внутренними земляными слоями или специальными медными полигонами. В высокомощных применениях или при высокой температуре окружающей среды может потребоваться внешний радиатор. Цель — минимизировать рост температуры от контактной площадки (T_s) до перехода (T_j) по формуле: T_j= T_s+ (R_{th JS}* Мощность). Мощность рассчитывается как V_F* I_F.

6.4 Оптическое проектирование

Угол обзора 120 градусов соответствует ламбертовой или близкой к ламбертовой диаграмме направленности. Вторичная оптика (линзы, отражатели) почти всегда используется в автомобильном освещении для формирования луча в соответствии с нормативными стандартами (например, ECE, SAE). Оптический конструктор должен учитывать пространственное распределение силы света светодиода, его размер и равномерность цвета.

6.5 Меры предосторожности при использовании

Общие меры предосторожности включают: избегание механических нагрузок на линзу, предотвращение загрязнения поверхности линзы, использование процедур безопасной работы с ESD и обеспечение того, чтобы процесс пайки не превышал указанный профиль. Хранение должно осуществляться в сухой контролируемой среде в соответствии с рейтингом MSL2.

7. Информация для заказа и расшифровка номера детали

Номер детали XI3030-PA3501H-AM, вероятно, следует фирменной системе кодирования. Типичная расшифровка может быть:XI(серия/платформа),3030(размер корпуса),PA(Фосфорно-преобразованный Янтарный),3501(может относиться к бину потока/цвета или току накачки),H(может указывать на высокую яркость или специальную функцию),AM(вероятно, Янтарный). Раздел "Информация для заказа" детализирует доступные опции (например, разные бины потока, бины цвета, спецификации ленты и катушки) и как их указывать в коде заказа.

8. Техническое сравнение и дифференциация

Хотя прямое сравнение требует данных конкурентов, ключевые отличительные особенности этого светодиода можно вывести из его характеристик:Корпус EMC:Обеспечивает лучшие тепловые характеристики и долгосрочную надежность (устойчивость к пожелтению, влаге) по сравнению со стандартными пластиками PPA (Полифталамид) или PCT, особенно в высокотемпературных автомобильных условиях.Квалификация AEC-Q102:Это обязательное требование для автомобильных светодиодов, включающее строгие стресс-тесты на температурные циклы, влажность, работу при высокой температуре и термостойкость пайки. Не все светодиоды 3030 имеют эту квалификацию.Устойчивость к сере:Критически важный отличительный признак для автомобильных и промышленных применений, подверженных воздействию коррозионных атмосфер.Высокая плотность светового потока:83 лм из корпуса 3030 представляют собой высокоэффективное решение, позволяющее использовать оптику меньшего размера или снизить энергопотребление при заданном световом выходе.

9. Часто задаваемые вопросы (FAQ) на основе технических параметров

В: Могу ли я питать этот светодиод непрерывным током 500мА?

А: Можете, но только если гарантируете, что температура контактной площадки остается на уровне 25°C или ниже (см. кривую снижения). В реальном применении с повышенными температурами вы должны снижать ток. При более типичной температуре площадки 85°C максимально допустимый ток значительно ниже. Всегда проектируйте, используя кривую снижения.

В: В чем разница между реальным и электрическим тепловым сопротивлением?

А: Реальное тепловое сопротивление (12.9 К/Вт) измеряется с помощью физического датчика температуры. Электрическое тепловое сопротивление (10.8 К/Вт) рассчитывается по изменению прямого напряжения от температуры — метод, который может быть более точным, но чувствителен к условиям измерений. Для консервативного проектирования используйте большее значение (12.9 К/Вт).

В: Насколько стабилен янтарный цвет при изменении температуры и тока?

А: Представленные графики показывают смещение. Значения ΔCIE x и y относительно малы в рабочем диапазоне. Для большинства автомобильных сигнальных применений это смещение приемлемо и находится в пределах нормативных цветовых границ. Для крайне критичных к цвету применений систему следует характеризовать в экстремальных рабочих условиях.

В: Требуется ли линза или силиконовое покрытие поверх светодиода?

А: Хотя светодиод имеет первичную линзу, большинство автомобильных внешних применений требуют вторичной оптики для формирования луча и соответствия фотометрическим нормам. Кроме того, вторичная силиконовая линза или заливочный компаунд часто используются для дополнительной защиты от окружающей среды (от воды, пыли, химикатов) и для улучшения вывода света.

10. Принципы работы и технологические тренды

10.1 Базовый принцип работы

Это фосфорно-преобразованный янтарный светодиод. В его основе лежит полупроводниковый кристалл (обычно на основе InGaN), который излучает свет в синем или ближнем ультрафиолетовом спектре при прямом смещении. Этот первичный свет не излучается напрямую. Вместо этого он попадает на слой люминофора, нанесенный внутри корпуса. Люминофор поглощает высокоэнергетические синие/УФ фотоны и переизлучает свет на более длинных, низкоэнергетических волнах, в основном в желтой/янтарной области. Комбинация любого непреобразованного синего света и широкого желтого излучения люминофора дает воспринимаемый янтарный цвет. Точный состав люминофора определяет точные координаты цвета (x=0.575, y=0.415).

10.2 Тренды отрасли

Рынок автомобильных светодиодов движется в направлении:Повышенной эффективности (лм/Вт):Снижение электрической нагрузки на автомобиль.Увеличенной плотности мощности:Больше света из меньших корпусов, что позволяет создавать более изящные дизайны фар.Улучшенной надежности:Более длительный срок службы в жестких условиях, обеспечиваемый такими корпусами, как EMC.Интеллектуального освещения:Интеграция с датчиками и системами управления для адаптивных световых пучков (ADB) и коммуникации (Li-Fi, хотя не для данного продукта).Настройки цвета:Хотя это светодиод фиксированного цвета, существуют тренды в сторону многоцветных или настраиваемых белых светодиодов для интерьерного и адаптивного внешнего освещения. XI3030-PA3501H-AM соответствует трендам высокой надежности, эффективности и производительности в надежном корпусе, подходящем для развивающейся автомобильной среды.