2020 SMD Super Rot LED Datenblatt - 2.0x2.0x0.7mm - 2.3V - 0.322W - Technische Dokumentation

1. Produktübersicht

Die 2020-SR140DM-AM ist eine hochleistungsfähige, oberflächenmontierbare Super Rot LED, die speziell für anspruchsvolle Automotive-Beleuchtungsanwendungen entwickelt wurde. Diese Komponente gehört zur \"2020\"-Produktfamilie, was ihre Abmessungen von 2,0mm x 2,0mm bezeichnet. Ihr Kernvorteil liegt in der Kombination aus zuverlässiger Lichtleistung, einem breiten Abstrahlwinkel von 120 Grad und einer robusten Bauweise, die strenge Automotive-Qualifikationen, einschließlich AEC-Q102, erfüllt. Der primäre Zielmarkt sind Automotive-Außen- und Innenbeleuchtungssysteme, bei denen konsistente Farbe, langfristige Zuverlässigkeit und kompakte Größe entscheidend sind.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Photometrische und elektrische Eigenschaften

Die Hauptleistung der LED ist bei einem Standard-Prüfstrom von 140mA definiert. Unter diesen Bedingungen beträgt der typische Lichtstrom 18 Lumen (lm), mit einem Minimum von 13 lm und einem Maximum von 27 lm, was Produktionsschwankungen berücksichtigt. Die dominante Wellenlänge beträgt typischerweise 628 nm, was sie klar im Super Rot-Spektrum verortet, mit einem Binning-Bereich von 627 nm bis 639 nm. Die Durchlassspannung (Vf) bei 140mA beträgt typischerweise 2,3V, im Bereich von 1,75V bis 2,75V. Dieser Parameter ist entscheidend für das Treiberdesign und das thermische Management, da die Verlustleistung als Vf * If berechnet wird. Unter typischen Bedingungen entspricht dies etwa 0,322W (2,3V * 0,14A).

2.2 Absolute Maximalwerte und thermische Eigenschaften

Um die Langlebigkeit des Bauteils zu gewährleisten, dürfen die Betriebsbedingungen niemals die absoluten Maximalwerte überschreiten. Der maximale Dauer-Durchlassstrom beträgt 250 mA, und das Bauteil kann Stoßströme bis zu 1000 mA für sehr kurze Impulse (≤10 μs) verkraften. Die maximale Sperrschichttemperatur (Tj) beträgt 150°C, während der Betriebstemperaturbereich von -40°C bis +125°C spezifiziert ist, was für raue Automotive-Umgebungen geeignet ist. Das thermische Management ist entscheidend; der thermische Widerstand von der Sperrschicht zum Lötpunkt (Rth JS) beträgt typischerweise 23 K/W (real) oder 16 K/W (elektrisch), was angibt, wie effektiv Wärme vom Halbleiterchip zur Leiterplatte abgeführt wird.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um Farb- und Helligkeitskonsistenz in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs in Bins sortiert.

3.1 Lichtstrom-Binning

LEDs werden in drei Lichtstrom-Bins kategorisiert: E6 (13-17 lm), F7 (17-20 lm) und F8 (20-23 lm). Das \"M\" in der Artikelnummer zeigt einen mittleren Helligkeitsgrad an, der typischerweise dem F7-Bin entspricht.

3.2 Durchlassspannungs-Binning

Es sind vier Spannungs-Bins definiert: 1720 (1,75-2,0V), 2022 (2,0-2,25V), 2225 (2,25-2,5V) und 2527 (2,5-2,75V). Dies ermöglicht es Designern, LEDs mit engeren Vf-Toleranzen für die Stromanpassung in Multi-LED-Arrays auszuwählen.

3.3 Binning der dominanten Wellenlänge

Die Farbe wird über Wellenlängen-Bins gesteuert: 2730 (627-630 nm), 3033 (630-633 nm), 3336 (633-636 nm) und 3639 (636-639 nm). Der typische Wert von 628 nm fällt in den 2730-Bin.

4. Analyse der Leistungskurven

4.1 IV-Kennlinie und relativer Lichtstrom

Die Kennlinie Durchlassstrom vs. Durchlassspannung zeigt eine charakteristische exponentielle Beziehung. Die Kurve Relativer Lichtstrom vs. Durchlassstrom zeigt, dass die Lichtleistung unterlinear mit dem Strom ansteigt, was die Bedeutung des Betriebs bei den empfohlenen 140mA für optimale Effizienz und Lebensdauer unterstreicht.

4.2 Temperaturabhängigkeit

Die Kurve Relativer Lichtstrom vs. Sperrschichttemperatur zeigt, dass die Lichtleistung mit steigender Temperatur abnimmt, ein typisches Verhalten für LEDs. Die Kurve Relative Durchlassspannung vs. Sperrschichttemperatur hat eine negative Steigung, was bedeutet, dass Vf mit steigender Temperatur abnimmt, was zur Temperaturerfassung genutzt werden kann. Das Diagramm Relative Wellenlängenverschiebung zeigt eine leichte Zunahme der dominanten Wellenlänge (Rotverschiebung) mit steigender Temperatur.

4.3 Spektrale Verteilung und Derating

Das Diagramm der relativen spektralen Verteilung bestätigt eine schmale, spitze Emission im roten Bereich (~628 nm). Die Derating-Kurve für den Durchlassstrom ist für das Design entscheidend: Sie zeigt, dass der maximal zulässige Dauerstrom reduziert werden muss, wenn die Lötpastentemperatur (Ts) steigt. Zum Beispiel beträgt der maximale If bei der maximalen Ts von 125°C 250 mA.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Physikalische Abmessungen

Die LED hat einen standardmäßigen 2020 (2,0mm x 2,0mm) SMD-Fußabdruck. Die Gesamtgehäusehöhe beträgt etwa 0,7mm. Detaillierte mechanische Zeichnungen spezifizieren alle kritischen Abmessungen, einschließlich Linsengröße und Platzierung des Leadframes, mit einer allgemeinen Toleranz von ±0,1mm.

5.2 Empfohlene Lötpastenlayout

Ein Land Pattern Design wird bereitgestellt, um zuverlässiges Löten und optimale thermische Leistung zu gewährleisten. Das Design beinhaltet eine zentrale thermische Anschlussfläche für eine effiziente Wärmeableitung zur Leiterplatte. Die Einhaltung dieses Layouts wird empfohlen, um Tombstoning zu verhindern und eine korrekte Ausrichtung sicherzustellen.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Die LED ist mit Standard-Infrarot-Reflow-Lötprozessen kompatibel. Die maximale Löttemperatur beträgt 260°C für eine Dauer von maximal 30 Sekunden, gemäß dem IPC/JEDEC J-STD-020-Profil. Sie ist als Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe (MSL) 2 klassifiziert, was bedeutet, dass das Bauteil vor der Verwendung gebacken werden muss, wenn es länger als ein Jahr der Umgebungsluft ausgesetzt war. Es müssen ordnungsgemäße ESD-Handhabungsverfahren (Elektrostatische Entladung) befolgt werden, da das Bauteil für 2kV Human Body Model (HBM) ausgelegt ist.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

Die Artikelnummer folgt einer spezifischen Struktur:2020 - SR - 140 - D - M - AM.

• 2020: Produktfamilie (2,0mm x 2,0mm).
• SR: Farbe (Super Rot).
• 140: Prüfstrom in mA.
• D: Leadframe-Typ (Vergoldet mit weißem Reflektorkleber).
• M: Helligkeitsstufe (Mittel).
• AM: Kennzeichnet Automotive-Anwendung.

8. Anwendungsempfehlungen

8.1 Typische Anwendungsszenarien

Diese LED ist explizit für Automotive-Beleuchtung entwickelt. Dazu gehören:

• Außenbeleuchtung:Zentrale Hochmontierte Bremsleuchten (CHMSL), Rückleuchtenkombinationen (Brems-/Schlusslichtfunktionen), Seitenmarkierungsleuchten.
• Innenbeleuchtung:Armaturenbrett-Hintergrundbeleuchtung, Schalterbeleuchtung, Ambientebeleuchtung.

8.2 Designüberlegungen

• Stromtreiber:Verwenden Sie einen Konstantstromtreiber, keine Konstantspannungsquelle, um eine stabile Lichtleistung zu gewährleisten und thermisches Durchgehen zu verhindern. Der empfohlene Arbeitspunkt ist 140mA.
• Thermisches Management:Die Leiterplatte muss so gestaltet sein, dass sie Wärme effektiv abführt. Verwenden Sie die angegebenen thermischen Widerstandswerte (Rth JS), um den erwarteten Sperrschichttemperaturanstieg basierend auf der thermischen Leistung Ihrer Platine und den Umgebungsbedingungen zu berechnen. Halten Sie Tj deutlich unter 150°C.
• Optik:Der 120° Abstrahlwinkel eignet sich für die Flächenausleuchtung. Für fokussierte Strahlen können Sekundäroptiken (Linsen) erforderlich sein.
• Schwefelbeständigkeit:Das Bauteil erfüllt die Schwefeltestklasse A1, was es für Umgebungen mit atmosphärischer Schwefelkontamination geeignet macht.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu Standard-Rot-LEDs bietet die \"Super Rot\"-Variante eine höhere Lichtausbeute (mehr Lumen pro Watt) und eine gesättigtere, tiefere rote Farbe (niedrigere dominante Wellenlänge um 628nm vs. Standardrot bei 620-625nm oder Bernsteinrot). Die AEC-Q102-Qualifikation, der erweiterte Temperaturbereich (-40°C bis +125°C) und die Schwefelbeständigkeit sind wesentliche Unterscheidungsmerkmale, die ihren Einsatz in Automotive- gegenüber kommerziellen Anwendungen rechtfertigen. Die Verwendung eines vergoldeten Leadframes (Typ \"D\") verbessert die Reflektivität und die langfristige Zuverlässigkeit.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQs)

F: Kann ich diese LED dauerhaft mit 250mA betreiben?

A: Sie können, aber nur, wenn die Lötpastentemperatur (Ts) gemäß der Derating-Kurve bei oder unter 25°C gehalten wird. In den meisten praktischen Automotive-Anwendungen mit höheren Umgebungstemperaturen würde der Dauerbetrieb bei 250mA wahrscheinlich die thermischen Grenzwerte überschreiten. Der empfohlene Betriebsstrom ist 140mA.

F: Was ist der Unterschied zwischen \"realem\" und \"elektrischem\" thermischen Widerstand?

A: Der elektrische thermische Widerstand (Rth JS el) wird unter Verwendung des eigenen Vf-Temperaturkoeffizienten der LED als Sensor gemessen. Der reale thermische Widerstand (Rth JS real) wird mit einem externen Sensor gemessen. Die elektrische Methode ist für LEDs gebräuchlicher. Das Datenblatt liefert beide; für die meisten thermischen Berechnungen ist die Verwendung des \"realen\" Werts (23 K/W) konservativer.

F: Wie interpretiere ich das Lichtstrom-Binning für die Bestellung?

A: Die Artikelnummer gibt eine mittlere (M) Helligkeitsstufe an. Für präzise Helligkeitsabstimmung in kritischen Anwendungen müssen Sie möglicherweise einen bestimmten Lichtstrom-Bin (E6, F7, F8) bei Ihrem Lieferanten angeben, da die Standard-\"M\"-Klasse einen Bereich abdeckt.

11. Design- und Anwendungsfallstudie

Szenario: Design einer CHMSL (Zentrale Hochmontierte Bremsleuchte)

Ein Designer benötigt 15 LEDs für ein CHMSL-Array. Er wählt die 2020-SR140DM-AM aufgrund ihrer Helligkeit, Farbe und Automotive-Qualifikation. Unter Verwendung der typischen Vf von 2,3V bei 140mA würde der Gesamtspannungsabfall für eine Reihenschaltung von 15 LEDs 34,5V betragen, was einen Aufwärtswandler vom 12V-Bordnetz des Fahrzeugs erfordert. Alternativ könnten parallele Stränge verwendet werden, die von einem einzelnen Konstantstromtreiber mit Stromteilungs-Widerständen angesteuert werden, wobei LEDs aus demselben Vf-Bin (z.B. 2022) sorgfältig ausgewählt werden, um eine gleichmäßige Helligkeit zu gewährleisten. Das PCB-Layout beinhaltet die empfohlene Lötfläche mit einer großen Kupferfläche, die mit der thermischen Anschlussfläche zur Wärmeableitung verbunden ist. Eine thermische Simulation wird unter Verwendung des Rth JS von 23 K/W und der erwarteten maximalen Umgebungstemperatur im Heckfenster (z.B. 85°C) durchgeführt, um zu überprüfen, ob die Sperrschichttemperatur für eine lange Lebensdauer unter 110°C bleibt.

12. Funktionsprinzip

Dies ist eine Halbleiter-Leuchtdiode (LED). Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die ihre Bandlückenspannung (etwa 2,3V) übersteigt, rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich des Halbleiterchips (typischerweise basierend auf AlInGaP-Materialien für rote Emission). Dieser Rekombinationsprozess setzt Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Zusammensetzung der Halbleiterschichten bestimmt die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts. Die Epoxidlinse verkapselt den Chip, bietet mechanischen Schutz und formt das Lichtausgangssignal, um den 120-Grad-Abstrahlwinkel zu erreichen.

13. Technologietrends

Der Automotive-LED-Markt entwickelt sich weiterhin in Richtung höherer Effizienz (mehr Lumen pro Watt), was einen geringeren Stromverbrauch und eine reduzierte thermische Belastung ermöglicht. Es gibt auch einen Trend zur Miniaturisierung (kleiner als 2020-Fußabdruck) für schlankere Lichtdesigns und die Integration mehrerer Chips (z.B. RGB) in einzelne Gehäuse für adaptive Beleuchtung. Darüber hinaus werden verbesserte Zuverlässigkeitsstandards und Tests für neue Belastungen wie Laserlicht in LiDAR-reichen Umgebungen immer wichtiger. Die Bewegung hin zu standardisierten digitalen Schnittstellen (z.B. SPI, I2C) für die LED-Steuerung in komplexen adaptiven Fernlichtsystemen (ADB) ist ein weiterer bedeutender Trend, obwohl diese spezielle Komponente ein analoges, stromgesteuertes Bauteil bleibt.