2820-SR3501H-AM Super Rote LED Datenblatt - Größe 2,8x2,0mm - Spannung 2,45V - Leistung 0,86W - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die 2820-SR3501H-AM Serie ist eine hochhellige, oberflächenmontierbare Super Rote LED, die speziell für anspruchsvolle Automotive-Beleuchtungsanwendungen entwickelt wurde. Diese Komponente gehört zu einer Produktfamilie, die strenge Automotive-Zuverlässigkeits- und Leistungsstandards erfüllt. Ihre Hauptfunktion ist die Bereitstellung einer zuverlässigen, effizienten und intensiven roten Lichtquelle für verschiedene Signal- und Beleuchtungsfunktionen im Fahrzeug.

Die zentralen Vorteile dieser LED umfassen ihre Qualifizierung nach AEC-Q102-Standards, was Robustheit für die Automotive-Umgebung sicherstellt, sowie ihre hohe Lichtstromleistung von typisch 45 Lumen bei einem Standard-Strom von 350 mA. Das Bauteil verfügt über einen weiten Betrachtungswinkel von 120 Grad, was es für Anwendungen mit breiter Winkel-Lichtverteilung geeignet macht. Es entspricht den RoHS-, REACH- und halogenfreien Richtlinien und spiegelt damit moderne Umwelt- und Sicherheitsvorschriften wider.

Der Zielmarkt ist ausschließlich die Automotive-Beleuchtung, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Innenraum-Ambientebeleuchtung, dritte Bremsleuchte (CHMSL), Heckkombinationsleuchten und andere Signalfunktionen, bei denen eine deutliche rote Farbe und hohe Zuverlässigkeit von größter Bedeutung sind.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Photometrische und optische Eigenschaften

Die photometrische Leistung konzentriert sich auf einen typischen Lichtstrom (Φ_v) von 45 Lumen bei einem Betriebsstrom von 350 mA. Diese Messung hat eine Toleranz von ±8 % und wird bei einer stabilisierten Temperatur des thermischen Pads von 25 °C durchgeführt. Die dominante Wellenlänge (λ_d) beträgt typisch 632 nm, was ihren Super Rot-Farbpunkt definiert, mit einem spezifizierten Bereich von 627 nm bis 639 nm und einer Messtoleranz von ±1 nm. Die räumliche Lichtverteilung ist durch einen weiten Betrachtungswinkel (2φ) von 120 Grad charakterisiert, mit einer Toleranz von ±5 Grad. Dieser breite Strahl ist ideal für Anwendungen, die eine gute Sichtbarkeit aus verschiedenen Winkeln erfordern.

Das Diagramm "Relative spektrale Verteilung" bestätigt die monochromatische Natur dieser Super Roten LED. Die Emission ist in einem schmalen Band um 632 nm konzentriert, mit praktisch keiner Emission im blauen oder grünen Bereich. Dies führt zu einer hochgesättigten roten Farbe, ideal für Automotive-Signalfunktionen, bei denen die Farbreinheit reguliert ist.

Die Durchlassspannung (V_F) ist ein wichtiger elektrischer Parameter, typisch 2,45 V bei 350 mA, mit einem Bereich von 2,00 V bis 2,75 V und einer Messtoleranz von ±0,05 V. Das Bauteil ist für einen kontinuierlichen Durchlassstrom (I_F) von bis zu 500 mA ausgelegt, mit einem absoluten Maximum von 1500 mA für Stoßbedingungen (Pulsbreite ≤10 μs, Tastverhältnis 0,005). Es ist entscheidend zu beachten, dass diese LEDnicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt ist; das Anlegen einer Sperrspannung kann sofortige Beschädigung verursachen.

2.3 Thermische Eigenschaften

Das thermische Management ist entscheidend für die LED-Leistung und Lebensdauer. Der thermische Widerstand von der Sperrschicht zum Lötpunkt (R_thJS) wird durch zwei Methoden spezifiziert: eine direkte Messung ergibt typisch 12,8 K/W (max. 16,2 K/W) und eine elektrische Messung ergibt typisch 10 K/W (max. 13 K/W). Die maximal zulässige Sperrschichttemperatur (T_J) beträgt 150 °C. Das Bauteil kann innerhalb eines Umgebungstemperaturbereichs von -40 °C bis +125 °C betrieben und gelagert werden. Eine ordnungsgemäße Wärmeableitung ist unerlässlich, um die Sperrschichttemperatur innerhalb sicherer Grenzen zu halten, insbesondere bei Betrieb mit höheren Strömen.

2.4 Zuverlässigkeits- und Umgebungsbewertungen

Die LED erfüllt mehrere wichtige Zuverlässigkeitskriterien. Sie hat eine ESD-Empfindlichkeitsbewertung von 2 kV (Human Body Model, HBM), was für Automotive-Komponenten Standard ist. Sie ist nach AEC-Q102 Revision A qualifiziert, dem globalen Standard für diskrete optoelektronische Halbleiter in Automotive-Anwendungen. Darüber hinaus erfüllt sie die Schwefeltest-Kriterien Klasse A1, was auf Widerstandsfähigkeit gegenüber korrosiven Schwefelumgebungen hinweist. Die Komponente entspricht auch RoHS, REACH und ist halogenfrei (Br<900 ppm, Cl<900 ppm, Br+Cl<1500 ppm). Ihre Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe (MSL) ist 2.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um Farb- und Helligkeitskonsistenz in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs in Bins sortiert. Die 2820-SR3501H-AM verwendet drei unabhängige Binning-Kriterien.

3.1 Lichtstrom-Binning

LEDs werden basierend auf ihrer Lichtleistung bei 350 mA gruppiert. Der Standard-Bin für diese Serie ist F3, mit einem Lichtstrombereich von 39 lm (min) bis 45 lm (max). Andere verfügbare Bins umfassen F4 (45-52 lm) und F5 (52-60 lm). Dies ermöglicht es Designern, einen für ihre Anwendung geeigneten Helligkeitsgrad auszuwählen.

3.2 Durchlassspannungs-Binning

Die Durchlassspannung wird gebinnt, um die Schaltungsauslegung und die Anpassung der Stromversorgung zu unterstützen. Bins umfassen 2022 (2,00-2,25 V), 2225 (2,25-2,50 V) und 2527 (2,50-2,75 V). Die Kenntnis des V_F-Bins hilft, den Leistungsverbrauch und die thermische Belastung genauer vorherzusagen.

3.3 Dominante Wellenlängen-Binning

Die Farbe (dominante Wellenlänge) wird durch Binning eng kontrolliert. Gruppen sind definiert als 2730 (627-630 nm), 3033 (630-633 nm), 3336 (633-636 nm) und 3639 (636-639 nm). Dies gewährleistet minimale Farbabweichungen zwischen einzelnen LEDs in einem Array, was für ästhetische und Signal-Anwendungen entscheidend ist.

4. Analyse der Leistungskurven

4.1 IV-Kennlinie und relativer Lichtstrom

Die Kennlinie "Durchlassstrom vs. Durchlassspannung" zeigt eine charakteristische exponentielle Beziehung. Bei 350 mA beträgt die typische V_F 2,45 V. Die Kurve "Relativer Lichtstrom vs. Durchlassstrom" zeigt, dass die Lichtleistung bei niedrigeren Strömen sublinear ist und mit steigendem Strom linearer wird, wobei sie sich nahe dem maximalen Nennstrom einem Plateau nähert. Dies unterstreicht die Bedeutung, die LED bei oder nahe ihrem empfohlenen Strom für optimale Effizienz zu betreiben.

4.2 Temperaturabhängigkeit

Die Leistungsdiagramme zeigen deutlich den Einfluss der Temperatur. Die Kurve "Relative Durchlassspannung vs. Sperrschichttemperatur" hat eine negative Steigung, was bedeutet, dass V_F mit steigender Temperatur abnimmt (typisch -2 mV/°C für rote LEDs). Dies kann zur Überwachung der Sperrschichttemperatur genutzt werden. Die Kurve "Relativer Lichtstrom vs. Sperrschichttemperatur" zeigt, dass die Lichtleistung mit steigender Temperatur signifikant abnimmt, ein Phänomen, das als thermischer Droop bekannt ist. Die Kurve "Relative Wellenlänge vs. Sperrschichttemperatur" zeigt eine leichte Verschiebung der dominanten Wellenlänge (typisch 0,03-0,05 nm/°C für AlInGaP rote LEDs) mit der Temperatur, was für dieses Materialsystem generell minimal ist.

4.3 Durchlassstrom-Derating und Pulsbetrieb

Die Durchlassstrom-Derating-Kurve ist entscheidend für das thermische Design. Sie zeigt den maximal zulässigen kontinuierlichen Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Lötpad-Temperatur (T_S). Bei der maximalen Betriebs-T_S von 125 °C beträgt der maximale I_F 500 mA. Der Strom muss bei höheren Pad-Temperaturen reduziert werden, um zu verhindern, dass der Sperrschichtgrenzwert von 150 °C überschritten wird. Das Diagramm "Zulässige Pulsbelastbarkeit" bietet eine Anleitung für den Pulsbetrieb und zeigt den zulässigen Spitzenpulsstrom (I_FP) für eine gegebene Pulsbreite (t_p) und ein gegebenes Tastverhältnis (D), wobei der Lötpunkt bei 25 °C liegt.

4.4 Spektrale Verteilung

The Relative Spectral Distribution graph confirms the monochromatic nature of this Super Red LED. The emission is concentrated in a narrow band centered around 632 nm, with virtually no emission in the blue or green regions. This results in a highly saturated red color, ideal for automotive signal functions where color purity is regulated.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Abmessungen

Die LED verwendet ein 2820-Oberflächenmontagegehäuse (SMD). Der Name bezeichnet die ungefähren Abmessungen: 2,8 mm Länge und 2,0 mm Breite. Die genaue mechanische Zeichnung liefert detaillierte Abmessungen, einschließlich Gesamthöhe, Linsengeometrie und Platzierung des Leadframes. Toleranzen betragen typisch ±0,1 mm, sofern nicht anders angegeben. Das Gehäuse ist für die Kompatibilität mit automatischen Bestückungsgeräten ausgelegt.

5.2 Empfohlene Lötpad-Anordnung

Für das Leiterplattendesign wird ein spezielles Land Pattern (Footprint) bereitgestellt. Dieses Muster ist für die zuverlässige Lötstellenbildung während des Reflow-Lötens und für einen effektiven Wärmeübergang vom thermischen Pad der LED zur Leiterplatte optimiert. Die Einhaltung dieser empfohlenen Anordnung ist für mechanische Stabilität, elektrische Leistung und vor allem für das thermische Management unerlässlich. Das Pad-Design umfasst freiliegende thermische Durchkontaktierungen oder eine Kupferfläche, die als Kühlkörper dient.

5.3 Polaritätskennzeichnung

Die mechanische Zeichnung im Datenblatt zeigt die Anode- und Kathodenanschlüsse. Typischerweise kann das Gehäuse eine Markierung wie eine Kerbe, einen Punkt oder eine abgeschrägte Ecke zur Identifizierung der Kathode aufweisen. Die korrekte Polarität muss während der Bestückung beachtet werden, da eine umgekehrte Verbindung den Betrieb verhindert und das Bauteil wahrscheinlich beschädigt.

6. Löt- und Bestückungsrichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil

Ein detailliertes Reflow-Lötprofil wird bereitgestellt, um eine zuverlässige Befestigung ohne Beschädigung der LED sicherzustellen. Das Profil spezifiziert wichtige Parameter: Vorwärmrampe, Einweichzeit und -temperatur, Zeit über Liquidus (TAL), Spitzentemperatur und Abkühlrate. Die absolute maximale Löttemperatur beträgt 260 °C für 30 Sekunden. Die Einhaltung dieses Profils ist entscheidend, um thermischen Schock, Delamination oder Lötstellendefekte zu vermeiden.

6.2 Anwendungshinweise

Allgemeine Vorsichtsmaßnahmen umfassen: Vermeidung mechanischer Belastung der Linse, Verhinderung von Kontamination der optischen Oberfläche, Verwendung geeigneter ESD-Handhabungsverfahren (da sie für 2 kV HBM ausgelegt ist) und Sicherstellung, dass das Bauteil vor der Verwendung gemäß seiner MSL-2-Bewertung in einer trockenen Umgebung gelagert wird. Die LED sollte nicht unter 50 mA betrieben werden, wie in der Derating-Kurve angegeben.

6.3 Lagerbedingungen

Komponenten sollten in ihren original Feuchtigkeitssperrbeuteln mit Trockenmittel bei Temperaturen zwischen -40 °C und +125 °C in einer nicht korrosiven Umgebung gelagert werden. Sobald der Beutel geöffnet ist, müssen Komponenten mit MSL 2 innerhalb eines bestimmten Zeitrahmens (typisch 1 Jahr bei<30 °C/60 % rel. Luftfeuchte) bestückt oder gemäß den Anweisungen des Herstellers erneut getrocknet werden, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und "Popcorning" während des Reflow-Lötens zu verhindern.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Verpackungsspezifikationen

Die LEDs werden auf Band und Rolle geliefert, was der Standard für die automatisierte SMD-Bestückung ist. Die Verpackungsinformationen geben die Rollenabmessungen, Bandbreite, Taschenabstand und Bauteilausrichtung an. Dies gewährleistet die Kompatibilität mit Standard-Zuführsystemen auf Bestückungslinien.

7.2 Artikelnummernsystem

Die Artikelnummer 2820-SR3501H-AM wird wie folgt entschlüsselt:

• 2820: Produktfamilie und Gehäusegröße (2,8 mm x 2,0 mm).
• SR: Farbe (Super Rot).
• 350: Teststrom in Milliampere (350 mA).
• 1: Leadframe-Typ (1 = vergoldet).
• H: Helligkeitsstufe (H = Hoch).
• AM: Kennzeichnet Automotive-Anwendungsgrad.

Diese Namenskonvention ermöglicht eine präzise Identifizierung der Schlüsselattribute der Komponente.

8. Anwendungsempfehlungen

8.1 Typische Anwendungsszenarien

Die Hauptanwendung ist die Automotive-Beleuchtung. Spezifische Verwendungen umfassen:

• Externe Signalisierung: Heckleuchten, Bremsleuchten, dritte Bremsleuchte (CHMSL), Blinker.
• Innenraumbeleuchtung: Armaturenbrett-Hintergrundbeleuchtung, Schalterbeleuchtung, Ambientebeleuchtung, Warnanzeigen.

Ihre AEC-Q102-Qualifizierung und Schwefelbeständigkeit machen sie für raue Unterhauben- oder Außenbereiche geeignet, wo extreme Temperaturen, Feuchtigkeit und chemische Belastung eine Rolle spielen.

8.2 Designüberlegungen

Treiber-Schaltung: Ein Konstantstrom-Treiber wird gegenüber einer Konstantspannungsquelle dringend empfohlen, um eine stabile Lichtleistung sicherzustellen und thermisches Durchgehen zu verhindern. Der Treiber sollte so ausgelegt sein, dass er den V_F-Bin-Bereich berücksichtigt.

Thermisches Managementist der kritischste Aspekt des Designs. Die Leiterplatte muss einen ausreichenden Wärmeleitweg von den Lötpads der LED zu einem Kühlkörper oder der Massefläche der Platine bieten. Verwenden Sie den angegebenen thermischen Widerstand (R_thJS) und die Derating-Kurve, um das notwendige thermische Design zu berechnen, um T_J unter 150 °C unter Worst-Case-Bedingungen zu halten.

Optisches Design: Der 120-Grad-Betrachtungswinkel kann sekundäre Optiken (Linsen, Lichtleiter) erfordern, um den Strahl für spezifische Anwendungen wie die Erzeugung eines gleichmäßigen Lichtbildes oder eines fokussierten Signals zu formen.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu Standard-Kommerz-roten LEDs bietet die 2820-SR3501H-AM Serie deutliche Vorteile für den Automotive-Einsatz:

• Zuverlässigkeit: Die AEC-Q102-Qualifizierung beinhaltet strenge Belastungstests (Hochtemperatur-Lebensdauer, Temperaturwechsel, Feuchtigkeitsbeständigkeit usw.), die weit über kommerzielle Spezifikationen hinausgehen.
• Erweiterter Temperaturbereich: Betrieb von -40 °C bis +125 °C ist für Automotive-Umgebungen unerlässlich, während kommerzielle LEDs typischerweise bei +85 °C enden.
• Farb- und Lichtstrom-Binning: Engeres Binning gewährleistet Konsistenz in Erscheinung und Leistung über alle Einheiten in einer Fahrzeugbeleuchtungsbaugruppe hinweg.
• Schwefelbeständigkeit: Die Einhaltung der Schwefeltest-Klasse A1 schützt vor Korrosion durch schwefelhaltige Gase, die in einigen Automotive-Umgebungen vorkommen (z. B. von Reifen oder bestimmten Dichtungen).
• Rückverfolgbarkeit: Automotive-Komponenten haben typischerweise strengere Rückverfolgbarkeitsanforderungen in der gesamten Lieferkette.

Ihr primärer Unterscheidungsfaktor ist diese zertifizierte Robustheit für das Automotive-Ökosystem.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F: Kann ich diese LED direkt an eine 12-V-Autobatterie anschließen?

A: Nein. Die LED benötigt einen Konstantstrom-Treiber. Ein direkter Anschluss an 12 V würde katastrophalen Überstrom und sofortigen Ausfall verursachen. Eine Treiberschaltung (linear oder Schaltregler), die den Strom auf 350 mA (oder einen anderen gewünschten Wert innerhalb der Spezifikation) regelt, ist zwingend erforderlich.

F: Was ist der Zweck des vergoldeten Leadframes (Typ "1")?

A: Vergoldung bietet überlegene Korrosionsbeständigkeit und ausgezeichnete Lötbarkeit über die Zeit, was für langfristige Zuverlässigkeit in rauen Automotive-Umgebungen wichtig ist. Sie gewährleistet auch eine stabile, niederohmige elektrische Verbindung.

F: Wie interpretiere ich die beiden verschiedenen thermischen Widerstandswerte (Real vs. Elektrisch)?

A: Der "Real"-Wert (12,8 K/W) wird direkt mit einem thermischen Testverfahren gemessen. Der "Elektrische"-Wert (10 K/W) wird aus der temperaturabhängigen Durchlassspannungskennlinie abgeleitet. Für ein konservatives thermisches Design ist es ratsam, den höheren "Real"-Wert oder den maximal spezifizierten Wert (16,2 K/W) in Berechnungen zu verwenden.

F: Ist immer ein Kühlkörper erforderlich?

A: Das hängt vom Betriebsstrom, der Umgebungstemperatur und dem Leiterplattendesign ab. Bei vollem 500-mA-Strom und/oder in hohen Umgebungstemperaturen ist ein effektiver Wärmeleitweg (über die Leiterplatte zu einem Kühlkörper oder einer großen Kupferfläche) absolut notwendig, um innerhalb der Sperrschichttemperaturgrenze zu bleiben. Bei niedrigeren Strömen und in kühlen Umgebungen kann die Leiterplatte selbst ausreichen.

11. Praktische Design-Fallstudie

Szenario: Entwurf eines Arrays für eine dritte Bremsleuchte (CHMSL).

Ein Designer muss eine CHMSL mit 10 LEDs erstellen. Das Ziel ist gleichmäßige Helligkeit und Farbe, Betrieb vom 12-V-Bordnetz des Fahrzeugs, mit einer maximalen Lötpunkttemperatur von 100 °C.

Schritte:

1. Elektrisches Design: Wählen Sie einen Konstantstrom-Treiber, der in der Lage ist, insgesamt ~3,5 A (10 x 350 mA) zu liefern. Die Ausgangsspannung des Treibers muss höher sein als die Summe der maximalen V_F der Reihenschaltung. Für 10 LEDs in Reihe mit V_F(max)=2,75 V benötigt der Treiber >27,5 V Ausgangsspannung. Alternativ können parallele Stränge mit Vorwiderständen oder individuelle Treiber verwendet werden.
2. Thermisches Design: Unter Verwendung der Derating-Kurve ist bei T_S=100 °C der max. kontinuierliche I_F ~520 mA, daher ist 350 mA sicher. Berechnen Sie den erforderlichen thermischen Widerstand von der Sperrschicht zur Umgebung: ΔT = T_J(max)- T_S= 150 °C - 100 °C = 50 °C. Leistung pro LED P_D≈ I_F* V_F= 0,35 A * 2,45 V = 0,8575 W. Erforderliches R_thJA≤ ΔT / P_D= 50 °C / 0,8575 W ≈ 58,3 K/W. Da R_thJS ~12,8 K/W beträgt, müssen die Leiterplatte und die Umgebung R_thSA≤ 45,5 K/W bereitstellen.
3. Optisch/Mechanisch: Platzieren Sie die LEDs gemäß der empfohlenen Pad-Anordnung auf der Leiterplatte. Entwerfen Sie einen Lichtleiter oder Diffusor, um das Licht der 10 diskreten Quellen gemäß den Vorschriften zu einem einzigen, gleichmäßigen Lichtbalken zu vereinen.
4. Binning: Spezifizieren Sie enge Bins für Lichtstrom (z. B. F3 oder F4) und dominante Wellenlänge (z. B. 3033), um sicherzustellen, dass alle 10 LEDs eng übereinstimmen.

12. Funktionsprinzip

Die 2820-SR3501H-AM basiert auf einem Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP)-Halbleitermaterialsystem. Wenn eine Durchlassspannung, die die Bandlückenenergie des Materials übersteigt, an den p-n-Übergang angelegt wird, werden Elektronen und Löcher in den aktiven Bereich injiziert. Ihre Rekombination setzt Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Zusammensetzung der AlInGaP-Schichten ist so ausgelegt, dass Photonen mit einer Wellenlänge um 632 nm erzeugt werden, die das menschliche Auge als gesättigte rote Farbe wahrnimmt. Die Epoxidlinse verkapselt den Halbleiterchip, bietet Umweltschutz und formt das emittierte Licht in den 120-Grad-Betrachtungswinkel.

13. Technologietrends

Der Trend in der Automotive-LED-Beleuchtung, einschließlich roter Signalfunktionen, geht hin zu höherer Effizienz (mehr Lumen pro Watt), erhöhter Leistungsdichte (kleinere Gehäuse mit höherer Lichtleistung) und verbesserter Zuverlässigkeit. Es gibt auch eine Bewegung hin zu integrierten intelligenten LED-Treibern mit Diagnose- und Kommunikationsfähigkeiten (z. B. über LIN- oder CAN-Bus). Darüber hinaus beeinflusst der Drang zu standardisierten, skalierbaren Beleuchtungsmodulen das Gehäuse- und optische Design. Das 2820-Gehäuse stellt eine ausgereifte, zuverlässige Plattform dar, während neuere Designs sich auf Chip-Scale-Packages (CSP) oder integrierte Multi-Chip-Module für noch größere Designflexibilität und Leistung konzentrieren können.