2020-PA0501L-AM LED Datenblatt - SMD-Gehäuse - Phosphor-Konvertiertes Bernstein - 12lm @ 50mA - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die 2020-PA0501L-AM ist eine oberflächenmontierbare (SMD) LED, die speziell für anspruchsvolle Automobilbeleuchtungsanwendungen entwickelt wurde. Ihr Kernangebot ist eine zuverlässige, phosphor-konvertierte Bernstein-Lichtquelle, die strenge Industriestandards für Leistung und Umweltbeständigkeit erfüllt. Der primäre Zielmarkt sind Innen- und Außenbeleuchtungssysteme im Automobilbereich, bei denen konsistente Farbwiedergabe, langfristige Zuverlässigkeit unter rauen Bedingungen und eine kompakte Bauform entscheidende Anforderungen sind.

Die Hauptvorteile der LED umfassen ihre Qualifikation nach dem AEC-Q102-Standard für diskrete optoelektronische Bauelemente, wodurch sichergestellt wird, dass sie den anspruchsvollen thermischen, mechanischen und umweltbedingten Belastungen der Automobilumgebung standhalten kann. Sie ist zudem konform mit RoHS, REACH und halogenfreien Richtlinien, was sie zu einer umweltbewussten Komponentenwahl macht. Der typische Lichtstrom von 12 Lumen bei einem Betriebsstrom von 50mA bietet ausreichende Helligkeit für verschiedene Signal- und Beleuchtungsfunktionen.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Photometrische und elektrische Kenngrößen

Die grundlegenden Betriebsparameter sind unter spezifischen Testbedingungen definiert, typischerweise bei einer Sperrschichttemperatur (Tj) von 25°C und einem Durchlassstrom (IF) von 50mA. DerTypische Lichtstrom (IV)beträgt 12 lm, mit einem Minimum von 8 lm und einem Maximum von 17 lm. Diese Variation wird durch das später erläuterte Binning-System behandelt. DieDurchlassspannung (VF)hat einen typischen Wert von 3,0V und liegt im Bereich von 2,50V bis 3,50V. Entwickler müssen diesen Spannungsbereich beim Entwurf der Treiberschaltung berücksichtigen, um eine konsistente Stromregelung zu gewährleisten.

DerAbstrahlwinkelwird mit 120° spezifiziert, was den Winkelbereich beschreibt, in dem die Lichtstärke mindestens die Hälfte ihres Spitzenwertes beträgt. Dieser breite Abstrahlwinkel ist vorteilhaft für Anwendungen, die eine breite, gleichmäßige Ausleuchtung anstelle eines stark fokussierten Strahls erfordern.

2.2 Thermische Kenngrößen und absolute Grenzwerte

Das thermische Management ist entscheidend für die Lebensdauer und Leistungsstabilität der LED. Das Datenblatt gibt zwei Werte für denWärmewiderstand (Rth JS)an: einen 'Real'-Wert von 58 K/W (typ.) und einen 'Elektrischen' Wert von 41 K/W (typ.). Der 'Elektrische' Wert, abgeleitet aus dem Temperaturkoeffizienten der Durchlassspannung, wird typischerweise für die Abschätzung der Sperrschichttemperatur in praktischen Anwendungen verwendet. Ein niedrigerer Wärmewiderstand zeigt eine bessere Wärmeableitung von der LED-Sperrschicht zum Lötpunkt an.

Absolute Grenzwertedefinieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden auftreten können. Wichtige Grenzwerte umfassen einen maximalenDurchlassstrom (IF)von 120 mA, eine maximaleSperrschichttemperatur (TJ)von 150°C und einen Betriebstemperaturbereich (Topr) von -40°C bis +125°C. Das Bauteil ist für eineESD-Empfindlichkeit (HBM)von 8 kV ausgelegt, was für Handhabungs- und Montageprozesse wichtig ist. Die maximal zulässigeVerlustleistung (Pd)beträgt 420 mW.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um Farb- und Helligkeitskonsistenz in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs in Bins sortiert. Dieses Bauteil verwendet drei separate Binning-Kriterien.

3.1 Lichtstrom-Bins

LEDs werden basierend auf ihrer gemessenen Lichtleistung bei 50mA kategorisiert:
• Bin E4:8 lm (Min) bis 10 lm (Max)
• Bin E5:10 lm (Min) bis 13 lm (Max)
• Bin E6:13 lm (Min) bis 17 lm (Max)

Der spezifische Bin für eine bestimmte Produktionscharge muss bei der Bestellung bestätigt werden.

3.2 Durchlassspannungs-Bins

LEDs werden auch nach ihrem Durchlassspannungsabfall beim Teststrom gebinnt:
• Bin 2527:2,50V (Min) bis 2,75V (Max)
• Bin 2730:2,75V (Min) bis 3,00V (Max)
• Bin 3032:3,00V (Min) bis 3,25V (Max)
• Bin 3235:3,25V (Min) bis 3,50V (Max)

Die Auswahl von LEDs aus einem engen Spannungs-Bin kann das Treiberdesign vereinfachen, indem der benötigte Versorgungsspannungsbereich reduziert wird.

3.3 Farb-Binning-Struktur

Das Datenblatt enthält ein Farbtafeldiagramm (CIE 1931), das die Ziel-Farbkoordinaten für Phosphor-konvertiertes Bernstein zeigt. Zwei primäre Bins,YAundYB, sind mit spezifischen CIE x- und CIE y-Koordinatengrenzen definiert. Die typische dominante Wellenlänge für diese Bernsteinfarbe liegt im Bereich von 590-595 nm. Das enge Binning (Toleranz ±0,005) gewährleistet minimale Farbvariationen zwischen verschiedenen LEDs in einer Baugruppe, was für die automobilen ästhetischen und funktionalen Beleuchtungsanforderungen entscheidend ist.

4. Analyse der Kennlinien

Die Diagramme liefern wesentliche Einblicke in das Verhalten der LED unter variierenden Bedingungen.

4.1 Spektrale Verteilung und Abstrahlcharakteristik

Das Diagramm derRelativen Spektralverteilungzeigt einen einzelnen, breiten Peak, charakteristisch für eine phosphor-konvertierte LED, mit der Hauptemission im bernstein/gelben Bereich des sichtbaren Spektrums. Das Diagramm derTypischen Abstrahlcharakteristikveranschaulicht die räumliche Intensitätsverteilung und bestätigt den 120° Abstrahlwinkel mit einem nahezu Lambert'schen Muster.

4.2 Elektrische und thermische Abhängigkeiten

DieDurchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kennlinie)zeigt die für eine Diode typische exponentielle Beziehung. Die KurveRelativer Lichtstrom vs. Durchlassstromist sublinear; eine Stromerhöhung bringt abnehmende Lichtleistungszuwächse bei gleichzeitig höherer Wärmeentwicklung.

Das DiagrammRelativer Lichtstrom vs. Sperrschichttemperaturist entscheidend: Die Lichtleistung nimmt mit steigender Sperrschichttemperatur ab. Eine effektive Wärmeableitung ist notwendig, um die Helligkeit aufrechtzuerhalten. Die KurveRelative Durchlassspannung vs. Sperrschichttemperaturhat einen negativen Koeffizienten von etwa -2 mV/°C, der zur Temperaturerfassung genutzt werden kann.

DieDurchlassstrom-Derating-Kurvegibt den maximal zulässigen Dauerstrom in Abhängigkeit von der Lötpad-Temperatur vor. Zum Beispiel muss bei der maximalen Betriebs-Lötpad-Temperatur von 125°C der Durchlassstrom auf 120 mA reduziert werden. Das Diagramm derZulässigen Pulsbelastbarkeitdefiniert den Spitzenstrom (IFM), den die LED für kurze Pulsdauern bei verschiedenen Tastverhältnissen verkraften kann, was für PWM-Dimmung oder Blitzanwendungen nützlich ist.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Mechanische Abmessungen

Die LED verwendet einen standardmäßigen "2020"-Gehäuse-Footprint, der sich typischerweise auf Abmessungen von etwa 2,0mm x 2,0mm bezieht. Die exakte mechanische Zeichnung im Datenblatt liefert alle kritischen Maße inklusive Gesamtlänge, -breite, -höhe sowie Größe/Position des Thermopads und der elektrischen Kontakte. Die Toleranzen betragen generell ±0,1mm, sofern nicht anders angegeben.

5.2 Empfohlene Lötpads-Anordnung

Für das PCB-Layout wird ein Land Pattern Design bereitgestellt. Dies umfasst die Abmessungen für die Lötpads der Anode, Kathode und des zentralen Thermopads. Die Einhaltung dieser empfohlenen Anordnung ist entscheidend für zuverlässige Lötstellen, eine ordnungsgemäße Wärmeleitung zur Leiterplatte und die Vermeidung von "Tombstoning" während des Reflow-Prozesses. Das Thermopad ist entscheidend für die Wärmeableitung und muss ordnungsgemäß mit einer Kupferfläche auf der Leiterplatte verbunden werden.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil

Das Bauteil ist für eine maximale Löttemperatur von 260°C für 30 Sekunden ausgelegt. Ein Standard-bleifreies Reflow-Profil ist anwendbar. Es müssen Vorkehrungen getroffen werden, um übermäßigen thermischen Schock zu vermeiden. Die Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe (MSL) ist mit Stufe 2 bewertet, was bedeutet, dass das Bauteil bis zu einem Jahr vor dem Löten unter Werkstattbedingungen gelagert werden kann, ohne gebacken werden zu müssen. Bei Überschreitung dieser Zeit ist ein Backen gemäß IPC/JEDEC-Standards erforderlich, um "Popcorning" während des Reflow zu verhindern.

6.2 Anwendungshinweise

• Polarität:Das Bauteil ist nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt. Das Anlegen einer Sperrspannung kann sofortige Beschädigung verursachen.
• ESD-Schutz:Obwohl mit 8kV HBM bewertet, sollten während der Montage Standard-ESD-Handhabungsverfahren eingehalten werden.
• Stromregelung:LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Sie müssen mit einem Konstantstromtreiber betrieben werden, nicht mit einer Konstantspannungsquelle, um thermisches Durchgehen zu verhindern.
• Kontamination:Das Bauteil hat eine Schwefel-Testklasse A1, was auf eine gute Beständigkeit gegen schwefelhaltige Atmosphären hinweist, dennoch sollte die Exposition gegenüber anderen Kontaminanten minimiert werden.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Entschlüsselung der Artikelnummer

Die Artikelnummer2020-PA0501L-AMist wie folgt aufgebaut:
• 2020:Produktfamilienname (Gehäusegröße).
• PA:Farbcode für Phosphor-konvertiertes Bernstein.
• 50:Teststrom in Milliampere (50 mA).
• 1:Leadframe-Typ (1 = vergoldet).
• L:Helligkeitsstufe (L = Niedrig, relativ zu anderen Bins dieser Serie).
• AM:Kennzeichnet die Automobil-Anwendungsqualität.

7.2 Verpackungsspezifikationen

Die LEDs werden auf Tape and Reel für die automatisierte Montage geliefert. Der Verpackungsinformationsabschnitt würde die Reel-Abmessungen, Tape-Breite, Pocket-Abstände und die Ausrichtung der Bauteile auf dem Tape detailliert beschreiben. Diese Daten sind für die Programmierung von Bestückungsautomaten wesentlich.

8. Anwendungsempfehlungen

8.1 Typische Anwendungsszenarien

Die primäre Anwendung istAutomobilbeleuchtung. Spezifische Einsatzgebiete umfassen:
• Außenbereich:Blinkergeber, Seitenmarkierungsleuchten, Tagfahrlichter (DRL) in Bernstein, dritte Bremsleuchte (CHMSL).
• Innenraum:Armaturenbrett-Hintergrundbeleuchtung, Schalterbeleuchtung, Ambientebeleuchtung, Warn- und Anzeigelampen.

8.2 Designüberlegungen

• Thermisches Management:Die Leiterplatte sollte ausreichende Wärmedurchkontaktierungen unter dem Thermopad aufweisen, die mit internen Masseflächen oder dedizierten Kühlkörpern verbunden sind, um die Sperrschichttemperatur niedrig zu halten und so lange Lebensdauer und stabilen Lichtstrom zu gewährleisten.
• Optisches Design:Für spezifische Anwendungen können Linsen oder Lichtleiter erforderlich sein, um den 120°-Strahl zu formen.
• Treiberauswahl:Wählen Sie einen automobiltauglichen LED-Treiber-IC, der in der Lage ist, über den gesamten Automobilspannungsbereich (z.B. 9V-16V mit Load-Dump-Schutz) einen stabilen Strom von 50mA (oder nach Bedarf) zu liefern. PWM-Dimmfähigkeit ist oft wünschenswert.
• Serien-/Parallelschaltung:Für den Betrieb mehrerer LEDs ist eine Reihenschaltung zu bevorzugen, da sie einen identischen Strom durch jede Einheit sicherstellt und somit gleichmäßige Helligkeit garantiert. Parallelschaltungen erfordern eine sorgfältige Anpassung der Durchlassspannung oder eine individuelle Strombegrenzung.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu Standard-Kommerz-LEDs sind die Hauptunterscheidungsmerkmale der 2020-PA0501L-AM ihreAEC-Q102-Qualifikationund der erweiterteBetriebstemperaturbereich (-40°C bis +125°C). Dies macht sie für Anwendungen im Motorraum oder Außenbereich geeignet, wo Temperatur-Extreme üblich sind. Die Phosphor-konvertierte Bernstein-Technologie bietet typischerweise eine bessere Farbstabilität und -konsistenz über Zeit und Temperatur im Vergleich zu älteren, mit Farbstoff eingefärbten Bernstein-LEDs. Die 8kV-ESD-Bewertung und Schwefelbeständigkeit bieten zusätzliche Robustheit für raue Automobilumgebungen.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F1: Was ist der Unterschied zwischen 'Realem' und 'Elektrischem' Wärmewiderstand?
A1: Der 'Reale' Wärmewiderstand (Rth JS real) wird mit einem physikalischen Temperatursensor gemessen. Der 'Elektrische' Wärmewiderstand (Rth JS el) wird aus der Änderung der Durchlassspannung mit der Temperatur berechnet, eine Methode, die für die in-situ Abschätzung der Sperrschichttemperatur in einer Arbeits-Schaltung praktischer ist.

F2: Kann ich diese LED mit einer 3,3V-Stromversorgung betreiben?
A2: Nicht direkt. Die LED benötigt eine Stromregelung. Ein einfacher Vorwiderstand an einer 3,3V-Versorgung ist möglich, aber ineffizient und die Helligkeit variiert mit dem Durchlassspannungs-Bin der LED. Für eine stabile Leistung wird dringend ein dedizierter Konstantstromtreiber empfohlen.

F3: Wie interpretiere ich die Binning-Codes bei der Bestellung?
A3: Sie müssen den gewünschten Lichtstrom-Bin (z.B. E5), Durchlassspannungs-Bin (z.B. 2730) und Farb-Bin (z.B. YA) basierend auf der Toleranz Ihrer Anwendung für Variationen spezifizieren. Der Hersteller liefert Teile, die alle drei spezifizierten Bin-Kriterien erfüllen.

F4: Ist diese LED für PWM-Dimmung geeignet?
A4: Ja, LEDs sind ideal für PWM-Dimmung geeignet. Das Diagramm der Pulsbelastbarkeit sollte konsultiert werden, um sicherzustellen, dass der Spitzenstrom im PWM-Signal die Grenzwerte für die gewählte Pulsbreite und das Tastverhältnis nicht überschreitet.

11. Praktische Design-Fallstudie

Szenario:Entwurf einer bernsteinfarbenen Seitenmarkierungsleuchte für ein Fahrzeug.
Anforderungen:Einhaltung automobiler EMI/EMC-Standards, Betrieb von 9V-16V, Beständigkeit gegen Temperaturzyklen und konsistente Farbe und Helligkeit.
Umsetzung:Ein Schaltplan würde einen Eingangsfilter, einen für den Automobileinsatz ausgelegten Buck-Boost- oder Linear-LED-Treiber-IC, eingestellt auf 50mA Ausgangsstrom, beinhalten. Vier 2020-PA0501L-AM LEDs würden in Reihe zum Treiberausgang geschaltet. Die Leiterplätte hätte eine massive Thermopad-Fläche auf der Oberseite unter den LEDs, verbunden über mehrere Wärmedurchkontaktierungen mit einer großen internen Massefläche zur Wärmeverteilung. Der Treiber-IC würde einen PWM-Dimmeingang enthalten, der mit dem Fahrzeug-Body-Control-Modul verbunden ist. Alle Komponenten würden aus AEC-Q-qualifizierten Baureihen ausgewählt.

12. Funktionsprinzip

Die 2020-PA0501L-AM ist eine Festkörperlichtquelle basierend auf einem Halbleiterchip, typischerweise aus Indiumgalliumnitrid (InGaN) oder ähnlichen Materialien, der bei Durchlassbetrieb blaues Licht emittiert. Dieses blaue Licht wird von einer direkt auf dem Chip aufgebrachten Phosphorschicht (der "Phosphor-konvertierte" Teil) absorbiert. Der Phosphor emittiert Licht bei längeren Wellenlängen neu, hauptsächlich im Bernsteinbereich. Die Kombination des verbleibenden blauen Lichts und der breitbandigen Bernstein-Emission des Phosphors erzeugt die finale Bernsteinfarbe, die vom menschlichen Auge wahrgenommen wird. Diese Methode ermöglicht eine präzise Kontrolle des Farbortes und hohe Effizienz.

13. Technologietrends

Der Trend in der Automobil-LED-Beleuchtung geht hin zu höherer Effizienz (mehr Lumen pro Watt), höherer Leistungsdichte und verbesserter Zuverlässigkeit. Dies treibt die Entwicklung neuer Chip-Technologien, fortschrittlicher Phosphore mit besserer thermischer Löschbeständigkeit und verbesserter Gehäusedesigns mit niedrigerem Wärmewiderstand an. Es gibt auch eine Bewegung hin zu integrierten Modulen, die mehrere LEDs, Treiber und Optiken in einer Einheit kombinieren. Darüber hinaus steigt die Nachfrage nach intelligenten, adaptiven Beleuchtungssystemen, die LEDs erfordern, die digital mit hoher Geschwindigkeit und Präzision gesteuert werden können. Die zugrundeliegende Technologie entwickelt sich weiter, um Automobilherstellern bessere Farbwiedergabe, längere Lebensdauern und niedrigere Systemkosten zu bieten.