2820 SMD LED Datenblatt - 2,8x2,0mm - Bernsteinfarbe - 3,25V typ. - 0,975W - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die 2820-PA3001M-AM Serie ist eine leistungsstarke, oberflächenmontierbare (SMD) LED, die für anspruchsvolle Anwendungen, insbesondere im Bereich der Automobilbeleuchtung, konzipiert ist. Diese LED nutzt Phosphor-Konvertierungstechnologie, um eine charakteristische Bernsteinfarb-Ausgabe zu erzeugen. Ihre Kernvorteile umfassen einen kompakten 2820-Gehäuse-Fußabdruck, eine robuste Bauweise für Automotive-Umgebungen und die Einhaltung strenger Industriestandards wie AEC-Q102, RoHS, REACH sowie halogenfreien Anforderungen. Der primäre Zielmarkt ist die Fahrzeug-Außen- und Innenbeleuchtung, wo Zuverlässigkeit, Farbkonstanz und Leistung unter variierenden thermischen Bedingungen entscheidend sind.

2. Detaillierte Betrachtung der technischen Parameter

2.1 Fotometrische und elektrische Kenngrößen

Die Schlüsselparameter der LED sind unter einem Standard-Prüfstrom von 300 mA definiert. Bei diesem Betriebsstrom beträgt der typische Lichtstrom 75 Lumen (lm), mit einem Minimum von 60 lm und einem Maximum von 90 lm. Die dominante Wellenlänge wird durch ihre Farbortkoordinaten definiert, mit einem typischen CIE-x von 0,575 und CIE-y von 0,418, was sie klar im bernsteinfarbenen Bereich des Farbspektrums verortet. Die Durchlassspannung (Vf) beträgt typischerweise 3,25 Volt, mit einer Spanne von 2,75V bis 3,75V bei 300 mA. Dieser Parameter ist entscheidend für das Treiberdesign und thermische Management-Berechnungen. Das Bauteil bietet einen weiten Abstrahlwinkel von 120 Grad, was eine gute räumliche Lichtverteilung gewährleistet.

2.2 Absolute Maximalwerte und thermische Eigenschaften

Um langfristige Zuverlässigkeit sicherzustellen, darf das Bauteil nicht über seine absoluten Maximalwerte betrieben werden. Der maximale Dauer-Durchlassstrom beträgt 350 mA, mit einer Stoßstromfähigkeit von 750 mA für Impulse ≤10 μs. Die maximale Verlustleistung beträgt 1225 mW. Die Sperrschichttemperatur (Tj) darf 150°C nicht überschreiten, der Betriebstemperaturbereich liegt bei -40°C bis +125°C. Das thermische Management ist ein zentraler Designaspekt; der Wärmewiderstand von der Sperrschicht zum Lötpunkt wird mit zwei Werten spezifiziert: einer elektrischen Messung (Rth JS el) von 15 K/W und einer realen Messung (Rth JS real) von 22 K/W. Der höhere reale Wert sollte für eine genaue thermische Modellierung in der Anwendung verwendet werden.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Die LEDs werden in Bins sortiert, um die Konsistenz wichtiger Parameter sicherzustellen, was für Anwendungen mit hohen Ansprüchen an einheitliches Erscheinungsbild und Leistung entscheidend ist.

3.1 Lichtstrom-Binning

Der Lichtstrom wird in die Bins F6, F7 und F8 kategorisiert, die jeweils die Mindest- bis Höchststrombereiche von 60-70 lm, 70-80 lm und 80-90 lm repräsentieren. Dies ermöglicht es Entwicklern, LEDs basierend auf dem für ihre spezifische Anwendung erforderlichen Helligkeitsniveau auszuwählen.

3.2 Durchlassspannungs-Binning

Die Durchlassspannung wird gebinnt, um die Schaltungsentwicklung zu unterstützen und LEDs mit ähnlichen elektrischen Eigenschaften zu gruppieren. Die Bins umfassen 2730 (2,75V-3,00V), 3032 (3,00V-3,25V), 3235 (3,25V-3,50V) und 3537 (3,50V-3,75V). Die Auswahl passender Vf-Bins kann zu einer gleichmäßigeren Stromaufteilung in Multi-LED-Arrays beitragen.

3.3 Farb-Binning

Die Bernsteinfarbe wird innerhalb spezifischer Farbortregionen im CIE-1931-Diagramm eng kontrolliert. Zwei Haupt-Bins, YA und YB, sind mit präzisen Koordinatengrenzen definiert. Bin YA deckt einen gelblicheren Bernstein ab, während Bin YB einen rötlicheren Bernstein umfasst. Das bereitgestellte Diagramm und die Koordinatentabellen ermöglichen es Entwicklern, den exakten für ihre Anwendung benötigten Farbpunkt zu spezifizieren und so visuelle Konsistenz über mehrere Einheiten oder Produkte hinweg sicherzustellen.

4. Analyse der Leistungskurven

4.1 IV-Kennlinie und Lichtstrom vs. Strom

Das Diagramm "Durchlassstrom vs. Durchlassspannung" zeigt eine charakteristische exponentielle Beziehung. Das Verständnis dieser Kurve ist für den Entwurf der strombegrenzenden Schaltung essenziell. Das Diagramm "Relativer Lichtstrom vs. Durchlassstrom" zeigt, dass die Lichtausbeute mit dem Strom ansteigt, jedoch bei höheren Strömen Anzeichen von Sättigung und reduzierter Effizienz aufweist. Dies unterstreicht die Bedeutung des Betriebs innerhalb der empfohlenen Bedingungen.

4.2 Temperaturabhängigkeit

Die Leistung einer LED wird signifikant von der Temperatur beeinflusst. Das Diagramm "Relativer Lichtstrom vs. Sperrschichttemperatur" zeigt einen klaren Rückgang der Lichtausbeute bei steigender Sperrschichttemperatur. Beispielsweise kann der Lichtstrom bei 125°C nur noch 70-80 % seines Wertes bei 25°C betragen. Das Diagramm "Durchlassspannung vs. Sperrschichttemperatur" zeigt einen negativen Temperaturkoeffizienten, bei dem Vf linear mit steigender Temperatur abnimmt. Diese Eigenschaft wird manchmal zur Temperaturerfassung genutzt. Die Diagramme zur "Farbortverschiebung vs. Sperrschichttemperatur" zeigen, wie sich der bernsteinfarbene Farbpunkt leicht mit der Temperatur verschieben kann, was für farbkritische Anwendungen eine Überlegung wert ist.

4.3 Spektrale Verteilung und Abstrahlcharakteristik

Das Diagramm der "Relativen Spektralverteilung" bestätigt die Bernsteinfarbe und zeigt einen breiten Peak im gelb-orangen Bereich mit minimaler Emission im blauen Spektrum, wie für eine phosphor-konvertierte LED zu erwarten. Das "Typische Diagramm der Abstrahlcharakteristik" veranschaulicht die räumliche Intensitätsverteilung und bestätigt den 120° Abstrahlwinkel, bei dem die Intensität bei ±60° von der Mittellinie auf die Hälfte ihres Spitzenwertes abfällt.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die LED ist in einem 2820-Gehäuse untergebracht, das 2,8 mm lang und 2,0 mm breit ist. Die detaillierte mechanische Zeichnung liefert alle kritischen Abmessungen, einschließlich Linsenhöhe, Pad-Größen und Toleranzen (typ. ±0,1 mm). Diese Informationen sind für das PCB-Footprint-Design und zur Sicherstellung ausreichender Bauräume in der Endmontage notwendig.

5.2 Empfohlene Lötpad-Anordnung

Eine spezielle Zeichnung zeigt das optimale PCB-Land Pattern (Lötpad) Design. Die Befolgung dieser Empfehlung ist entscheidend für zuverlässige Lötstellen, einen ordnungsgemäßen Wärmetransport vom thermischen Pad der LED zur Leiterplatte und zur Vermeidung von "Tombstoning" oder Fehlausrichtung während des Reflow-Lötens. Das Design umfasst typischerweise ein zentrales thermisches Pad für die Wärmeableitung und zwei kleinere Anoden-/Kathoden-Pads.

5.3 Polaritätskennzeichnung

Das Datenblatt zeigt die Polaritätsmarkierungen auf dem Bauteil selbst. Die korrekte Ausrichtung während des Bestückens ist für die Funktion der LED essenziell. Die Kathode ist typischerweise markiert, oft durch eine Kerbe, eine grüne Markierung oder eine unterschiedliche Pad-Größe/-Form.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil

Das Bauteil ist für Reflow-Löten mit einer Spitzentemperatur von 260°C für maximal 30 Sekunden ausgelegt. Typischerweise wird ein detailliertes Reflow-Profil-Diagramm bereitgestellt, das die empfohlenen Vorwärm-, Halte-, Reflow- und Abkühlphasen zeigt. Die Einhaltung dieses Profils verhindert thermische Schäden am LED-Gehäuse, den Lötstellen und dem internen Chip.

6.2 Anwendungshinweise

Allgemeine Handhabungshinweise umfassen die Vermeidung mechanischer Belastung der Linse, den Schutz des Bauteils vor elektrostatischer Entladung (ESD-Bewertung 8kV HBM) und die Lagerung in einer trockenen Umgebung (MSL 2). Das Bauteil ist nicht für den Betrieb mit Sperrspannung ausgelegt. Die Strombelastbarkeitskurve ist kritisch: Mit steigender Lötpad-Temperatur muss der maximal zulässige Dauerstrom reduziert werden. Beispielsweise beträgt bei einer Pad-Temperatur von 125°C der maximale Strom 350 mA.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Verpackungsspezifikationen

Die LEDs werden auf Tape & Reel für die automatisierte Montage geliefert. Die Verpackungsinformationen geben Details zu Reel-Abmessungen, Tape-Breite, Pocket-Abständen und der Ausrichtung der Bauteile auf dem Tape an. Diese Daten sind für die Programmierung von Bestückungsautomaten notwendig.

7.2 Artikelnummer und Bestellcode

Die Artikelnummer 2820-PA3001M-AM folgt einer spezifischen Struktur, die Schlüsselattribute wie Gehäusegröße (2820), Farbe (PA für Phosphor Amber), Nennstrom (300mA) und andere interne Codes kodiert. Die Bestellinformationen klären, wie die gewünschten Bins für Lichtstrom (F-Code), Durchlassspannung (V-Code) und Farbe (C-Code) spezifiziert werden müssen, um die exakt benötigte Leistung zu erhalten.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

Die primäre Anwendung ist die Automobilbeleuchtung. Dazu gehören Tagfahrlicht (DRL), Blinker, Seitenmarkierungsleuchten, Innenraum-Ambientebeleuchtung und die dritte Bremsleuchte (CHMSL). Ihre Bernsteinfarbe und hohe Zuverlässigkeit machen sie ideal für sicherheitskritische Signalgeberfunktionen.

8.2 Design-Überlegungen

Wichtige Designfaktoren umfassen:

• Thermisches Management:Verwenden Sie eine Leiterplatte mit ausreichenden Wärmedurchkontaktierungen unter dem thermischen Pad, die idealerweise mit einer Kupferfläche oder einem Kühlkörper verbunden sind, um die Sperrschichttemperatur niedrig zu halten und Lichtausbeute sowie Lebensdauer zu erhalten.
• Treiberschaltung:Implementieren Sie einen Konstantstromtreiber, der für den Vf-Bereich der LED geeignet ist und bis zu 350 mA liefern kann. Berücksichtigen Sie einen Einschaltstromschutz.
• Optisches Design:Der 120° Abstrahlwinkel kann sekundäre Optiken (Linsen, Reflektoren) erfordern, um den Lichtkegel für spezifische Anwendungen wie Blinker zu formen.
• Umweltschutz:Für Außenanwendungen muss die LED ausreichend vor Feuchtigkeit und Verunreinigungen geschützt werden, oft durch eine Konformal-Beschichtung oder Einbettung in einem abgedichteten Leuchtenglas.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu Standard-Bernstein-LEDs ohne Automotive-Qualifikation bietet die 2820-PA3001M-AM Serie deutliche Vorteile:

• Automotive-Qualifikation (AEC-Q102):Sie durchläuft strenge Tests für Temperaturwechsel, Feuchte, Hochtemperatur-Lebensdauer (HTOL) und andere Belastungen, was die Zuverlässigkeit in der rauen Automotive-Umgebung sicherstellt.
• Schwefelbeständigkeit (Klasse A1):Getestet und zertifiziert für den Widerstand gegen schwefelhaltige Atmosphären, was eine häufige Fehlerursache in bestimmten geografischen Regionen oder Industrieumgebungen ist.
• Halogenfrei:Einhaltung von Umweltvorschriften, die Brom- und Chlorgehalt einschränken.
• Konsistentes Binning:Enges Binning für Lichtstrom, Spannung und Farbe gewährleistet vorhersehbare Leistung und einheitliches Erscheinungsbild in Multi-LED-Anwendungen, was bei kommerziellen Bauteilen weniger garantiert ist.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Wie hoch ist der tatsächliche Leistungsverbrauch dieser LED?

A: Am typischen Betriebspunkt von 300 mA und 3,25V beträgt die elektrische Leistung 0,975 Watt. Die maximale Verlustleistung von 1,225W berücksichtigt jedoch die Gesamtenergie, einschließlich des nicht-strahlenden (thermischen) Anteils.

F: Wie sind die beiden unterschiedlichen Wärmewiderstandswerte (15 K/W und 22 K/W) zu interpretieren?

A: Verwenden Sie für das thermische Design den höheren Wert (22 K/W, Rth JS real). Der niedrigere Wert (15 K/W) stammt aus einer elektrischen Messmethode und repräsentiert möglicherweise nicht vollständig den Wärmepfad in einer realen gelöteten Anwendung.

F: Kann ich diese LED mit einer Konstantspannungsquelle betreiben?

A: Dies wird dringend abgeraten. LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Eine kleine Änderung der Durchlassspannung (aufgrund von Temperatur oder Bin-Variation) kann bei einer Konstantspannungsquelle zu einer großen Stromänderung führen, was möglicherweise thermisches Durchgehen und Bauteilversagen verursacht. Verwenden Sie stets einen Konstantstromtreiber.

F: Das Datenblatt zeigt einen Stoßstromwert. Kann ich dies für gepulsten Betrieb nutzen?

A: Ja, für kurze Impulse. Das Diagramm "Zulässige Pulsbelastbarkeit" zeigt den zulässigen Spitzenstrom (IFP) für verschiedene Pulsbreiten (tp) und Tastverhältnisse (D). Beispielsweise sind bei einem Tastverhältnis von 1 % für sehr kurze Pulse viel höhere Spitzenströme als 350 mA zulässig.

11. Praktische Design-Fallstudie

Szenario: Entwurf eines Blinker-Clusters für die Fahrzeugheckbeleuchtung mit 6 LEDs.

1. Zielvorgabe:Einhaltung regulatorischer fotometrischer Anforderungen (Intensität, Farbe).

2. LED-Auswahl:Wählen Sie Bin F7 für den Lichtstrom (70-80 lm) und Bin YB für einen spezifischen Bernsteinton. Wählen Sie Vf-Bin 3032 für ein vorhersehbares Treiberdesign.

3. Thermisches Design:Entwerfen Sie eine Leiterplatte mit einer 2-oz Kupferschicht und einer Anordnung von Wärmedurchkontaktierungen direkt unter dem thermischen Pad jeder LED, verbunden mit einer großen Kupferfläche auf der Rückseite, die als Kühlkörper dient. Nutzen Sie die Strombelastbarkeitskurve, um sicherzustellen, dass die Pad-Temperatur bei einer Umgebungstemperatur von 85°C unter 100°C bleibt, um den vollen 300mA-Betrieb zu ermöglichen.

4. Elektrisches Design:Verwenden Sie einen einzelnen Konstantstromtreiber mit 1,8A (6 * 300mA). Schalten Sie die 6 LEDs in Reihe, um einen identischen Strom durch jede LED zu gewährleisten. Dies erfordert eine Treiber-Ausgangsspannung > 6 * 3,75V (max. Vf) = 22,5V.

5. Optik/Mechanik:Entwerfen Sie ein Gehäuse mit einer Streuscheibe, um das Licht der 6 diskreten Quellen zu einem gleichmäßig beleuchteten Bereich zu vereinen, der den erforderlichen Abstrahlwinkeln für Blinker entspricht.

12. Einführung in das Technologieprinzip

Diese LED ist einphosphor-konvertiertes Bernstein (PCA)Bauteil. Sie verwendet wahrscheinlich einen blauen oder nahe-UV-Halbleiterchip. Dieses Primärlicht des Chips wird nicht direkt emittiert. Stattdessen regt es eine Schicht aus Phosphormaterial an, die auf oder um den Chip aufgebracht ist. Dieser Phosphor absorbiert die höherenergetischen blauen/UV-Photonen und emittiert niederenergetischere Photonen über ein breiteres Spektrum, hauptsächlich im gelben, orangen und roten Bereich. Die Kombination aus dem verbleibenden unkonvertierten blauen Licht und der gelb-roten Emission des Phosphors ergibt die wahrgenommene Bernsteinfarbe. Diese Methode ermöglicht eine präzise Abstimmung der Farbortkoordinaten durch Anpassung der Phosphor-Zusammensetzung und -Dicke und bietet Vorteile in Bezug auf Farbkonstanz und -stabilität im Vergleich zu direkten bernsteinfarbenen Halbleiter-LEDs.

13. Branchentrends und Entwicklungen

Der Markt für Automotive-LED-Beleuchtung entwickelt sich weiter, wobei mehrere klare Trends Geräte wie die 2820-Serie beeinflussen:

• Erhöhte Effizienz (lm/W):Fortlaufende Verbesserungen in der Halbleiter-Epitaxie, Phosphor-Effizienz und Gehäusedesign führen zu höherer Lichtausbeute, was helleres Licht oder geringeren Stromverbrauch ermöglicht.
• Miniaturisierung:Während das 2820-Gehäuse ein Standard ist, gibt es Bestrebungen zu kleineren, leistungsdichten Gehäusen (z.B. 2016, 1515), um schlankere, kompaktere Leuchtendesigns zu ermöglichen.
• Verbesserte Zuverlässigkeit und Robustheit:Standards wie AEC-Q102 werden zur Basis. Weitere Entwicklungen konzentrieren sich auf verbesserten Widerstand gegen spezifische Belastungen wie elektrostatische Entladung (ESD), Sperrspannung und aggressive chemische Umgebungen.
• Intelligente und adaptive Beleuchtung:LEDs werden integraler Bestandteil fortschrittlicher Systeme wie adaptiver Fernlichtassistenten (ADB) und pixelierter Scheinwerfer. Dies treibt die Nachfrage nach LEDs mit schnelleren Schaltzeiten und engerer optischer Kontrolle, obwohl die 2820 eher für konventionelle Signalgeberfunktionen geeignet ist.
• Farbabstimmung und erweiterter Farbraum:Für Innenraum-Ambientebeleuchtung wächst das Interesse an mehrfarbigen oder einstellbaren Weiß-LEDs, über festfarbige LEDs wie dieses bernsteinfarbene Bauteil hinaus.