LED-Datenblatt 2820 Rot SMD - Gehäuse 2,8x2,0mm - Spannung 2,3V - Leistung 0,46W - Automotive-Qualität

1. Produktübersicht

Die 2820-UR2001M-AM-Serie repräsentiert eine hochzuverlässige, oberflächenmontierbare LED-Komponente, die für anspruchsvolle Automotive-Beleuchtungsanwendungen entwickelt wurde. Dieses Bauteil zeichnet sich durch seinen kompakten 2820-Gehäuseaufbau aus und liefert einen typischen Lichtstrom von 40 Lumen bei einem Betriebsstrom von 200mA. Die primär emittierte Farbe ist Rot, mit einer typischen dominanten Wellenlänge von 618nm. Ein wesentliches Unterscheidungsmerkmal dieser Serie ist ihre Konformität mit dem AEC-Q102 Rev A Standard, dem Benchmark der Automobilindustrie für diskrete optoelektronische Halbleiterbauelemente, der Leistung und Langlebigkeit unter rauen Umgebungsbedingungen sicherstellt. Die LED ist zudem für Schwefelbeständigkeit (Klasse A1) qualifiziert, was sie für Umgebungen mit hoher atmosphärischer Kontamination geeignet macht.

1.1 Kernvorteile

Die Serie bietet mehrere deutliche Vorteile für Entwicklungsingenieure. Ihr SMD-Gehäuse (Surface Mount Device) erleichtert automatisierte Bestückungsprozesse und verbessert so die Fertigungseffizienz und -konsistenz. Der weite Abstrahlwinkel von 120 Grad sorgt für eine gleichmäßige Ausleuchtung, was für Automotive-Signalfunktionen wie Rückleuchten entscheidend ist. Die Konstruktion der Komponente erfüllt strenge Umweltstandards, ist vollständig konform mit RoHS (Beschränkung gefährlicher Stoffe), REACH-Verordnungen und halogenfrei, was globalen Umwelt- und Sicherheitsrichtlinien entspricht. Das integrierte Design gewährleistet einen robusten ESD-Schutz (Elektrostatische Entladung) mit einer Bewertung von 2KV (HBM), was die Handhabungs- und Montagezuverlässigkeit erhöht.

1.2 Zielmarkt und Anwendungen

Der primäre Zielmarkt ist der Sektor der Automotive-Elektronik. Spezifische Anwendungen umfassen, sind aber nicht beschränkt auf, externe Beleuchtungsmodule wie Heckkombinationsleuchten (Rückleuchten, Bremsleuchten), dritte Bremsleuchte (CHMSL) und Innenraum-Ambientebeleuchtung. Ihre Zuverlässigkeitsspezifikationen machen sie zu einem Kandidaten für jede Anwendung, die eine konsistente Leistung über einen weiten Temperaturbereich (-40°C bis +125°C) erfordert.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Interpretation der wesentlichen elektrischen, optischen und thermischen Parameter, die im Datenblatt spezifiziert sind, und erklärt deren Bedeutung für Schaltungsdesign und Systemintegration.

2.1 Lichttechnische und optische Eigenschaften

Der zentrale lichttechnische Parameter ist derLichtstrom (Iv), spezifiziert mit 33 Min, 40 Typ, 52 Max Lumen bei einem Durchlassstrom (IF) von 200mA und einer Lötpad-Temperatur von 25°C. Die Mess-Toleranz von ±8% zeigt die erwartete Streuung der Lichtleistung zwischen einzelnen Bauteilen unter identischen Testbedingungen. DieDominante Wellenlänge (λd)definiert die wahrgenommene Farbe der LED, spezifiziert zwischen 612nm und 624nm, mit einem typischen Wert von 618nm (Tiefrot). DerAbstrahlwinkelvon 120° (mit einer Toleranz von ±5°) ist definiert als der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke die Hälfte ihres Spitzenwertes beträgt. Dieses breite Strahlprofil ist ideal für Anwendungen, die eine großflächige Ausleuchtung anstelle eines fokussierten Punktes erfordern.

2.2 Elektrische Eigenschaften

DieDurchlassspannung (VF)ist ein kritischer Parameter für das Treiberdesign. Bei 200mA liegt VF im Bereich von 2,00V bis 2,75V, mit einem typischen Wert von 2,3V. Diese Streuung erfordert eine stromgeregelte, nicht spannungsgeregelte Stromversorgung, um eine konsistente Lichtleistung sicherzustellen und thermisches Durchgehen zu verhindern. DieAbsolute Maximalwertedefinieren die Betriebsgrenzen: ein kontinuierlicher Durchlassstrom (IF) von 250mA, ein Stoßstrom (IFM) von 1000mA für Pulse ≤10μs und eine maximale Verlustleistung (Pd) von 687,5mW. Das Überschreiten dieser Werte kann zu dauerhaften Schäden führen.

2.3 Thermische Eigenschaften

Das Wärmemanagement ist entscheidend für LED-Leistung und -Lebensdauer. DerWärmewiderstandvom Übergang zum Lötpunkt ist auf zwei Arten spezifiziert: ein 'Real'-Wert (Rth JS real) von 18 Typ / 24 Max K/W und ein 'Elektrischer' Wert (Rth JS el) von 12 Typ / 16 Max K/W. Die elektrische Methode wird aus dem Temperaturkoeffizienten von VF abgeleitet und ist typischerweise niedriger. Entwickler sollten den höheren 'Real'-Wert für ein konservatives thermisches Design verwenden. Die maximal zulässigeSperrschichttemperatur (TJ)beträgt 150°C. DieStromreduktionskurvezeigt grafisch, wie der maximal zulässige Dauerstrom reduziert werden muss, wenn die Lötpad-Temperatur (Ts) über 25°C steigt, um die Sperrschichttemperatur innerhalb sicherer Grenzen zu halten.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um Fertigungstoleranzen zu verwalten, werden LEDs nach Leistungsklassen sortiert. Dies ermöglicht es Entwicklern, Bauteile auszuwählen, die spezifische Systemanforderungen erfüllen.

3.1 Lichtstrom-Binning

Bauteile werden in drei Lichtstrom-Klassen kategorisiert: F2 (33-39 lm), F3 (39-45 lm) und F4 (45-52 lm). Dies ermöglicht eine Auswahl basierend auf erforderlichen Helligkeitsstufen und kann Kosten und Leistung optimieren.

3.2 Durchlassspannungs-Binning

Die Spannungsklassen sind: 2022 (2,00-2,25V), 2225 (2,25-2,50V) und 2527 (2,50-2,75V). Die Verwendung von LEDs aus derselben Spannungsklasse kann in Parallelschaltungen zu einer gleichmäßigeren Stromaufteilung beitragen.

3.3 Dominantes Wellenlängen-Binning

Die Farbe wird in vier Gruppen eingeteilt: 1215 (612-615nm), 1518 (615-618nm), 1821 (618-621nm) und 2124 (621-624nm). Dies gewährleistet Farbkonsistenz innerhalb einer Beleuchtungsbaugruppe, was aus ästhetischen und regulatorischen Gründen in Automotive-Anwendungen entscheidend ist.

4. Analyse der Leistungskurven

Die bereitgestellten Diagramme bieten wesentliche Einblicke in das Verhalten der LED unter verschiedenen Betriebsbedingungen.

4.1 IV-Kennlinie und relativer Lichtstrom

Das DiagrammDurchlassstrom vs. Durchlassspannungzeigt die für eine Diode typische exponentielle Beziehung. Das DiagrammRelativer Lichtstrom vs. Durchlassstromzeigt, dass die Lichtleistung unterlinear mit dem Strom ansteigt, was die Bedeutung des Wärmemanagements bei höheren Betriebsströmen unterstreicht.

4.2 Temperaturabhängigkeit

Das DiagrammRelative Durchlassspannung vs. Sperrschichttemperaturzeigt, dass VF linear mit steigender Temperatur abnimmt (negativer Temperaturkoeffizient), was zur Schätzung der Sperrschichttemperatur genutzt werden kann. Das DiagrammRelativer Lichtstrom vs. Sperrschichttemperaturzeigt, dass die Lichtleistung mit steigender Temperatur abnimmt, eine wichtige Überlegung zur Aufrechterhaltung der Helligkeit in heißen Umgebungen. Das DiagrammRelative Wellenlänge vs. Sperrschichttemperaturzeigt, dass die dominante Wellenlänge mit der Temperatur zunimmt (zu längeren Wellenlängen verschoben).

4.3 Spektrale Verteilung und Pulsbelastbarkeit

Die Kurve derRelativen Spektralverteilungbestätigt die monochromatische Rot-Ausgabe, mit einem Peak um die dominante Wellenlänge. Das Diagramm derZulässigen Pulsbelastbarkeitdefiniert den maximal zulässigen nicht-repetitiven oder gepulsten Strom für verschiedene Pulsbreiten (tp) und Tastverhältnisse (D), was für Designs mit PWM-Dimmung (Pulsweitenmodulation) oder kurzzeitigen Hochstrompulsen entscheidend ist.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Abmessungen

Die LED ist in einem 2820-Gehäuse untergebracht, das nominelle Abmessungen von 2,8mm Länge und 2,0mm Breite bezeichnet. Die detaillierte mechanische Zeichnung spezifiziert alle kritischen Abmessungen, einschließlich Gesamthöhe, Anschlussabstand und Größe/Position des Wärmepads. Toleranzen betragen typischerweise ±0,1mm, sofern nicht anders angegeben.

5.2 Empfohlenes Lötpastenlayout

Ein Land Pattern (Footprint) wird für das Leiterplattendesign (PCB) bereitgestellt. Dies umfasst die Abmessungen für die Anoden-/Kathoden-Lötpads und das zentrale Wärmepad. Die Einhaltung dieser Empfehlung ist entscheidend für zuverlässige Lötstellen, effektive Wärmeübertragung vom Wärmepad zur Leiterplatte und zur Vermeidung von Tombstoning während des Reflow-Lötens.

5.3 Polaritätskennzeichnung

Das Datenblatt-Diagramm zeigt die Polaritätsmarkierungen auf dem Bauteil. Die korrekte Ausrichtung ist für den Schaltungsbetrieb entscheidend. Typischerweise ist die Kathode markiert, oft durch eine Kerbe, einen Punkt oder eine grüne Markierung auf dem Gehäuse.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil

Die Komponente ist für eine maximale Löttemperatur von 260°C für 30 Sekunden ausgelegt. Typischerweise wird ein detailliertes Reflow-Profil-Diagramm bereitgestellt, das die Vorwärm-, Halte-, Reflow- (Spitzentemperatur und Zeit über Liquidus) und Abkühlrampen spezifiziert. Die Einhaltung dieses Profils verhindert thermischen Schock und gewährleistet die Integrität der Lötstellen.

6.2 Vorsichtsmaßnahmen für die Verwendung

Allgemeine Handhabungsvorsichtsmaßnahmen umfassen die Vermeidung mechanischer Belastung der LED-Linse, die Verhinderung von Kontamination der optischen Oberfläche und die Beachtung standardmäßiger ESD-Vorsichtsmaßnahmen (Elektrostatische Entladung) während Handhabung und Montage. Das Bauteil ist nicht für den Betrieb mit Sperrspannung ausgelegt.

6.3 Lagerbedingungen

Der spezifizierte Lagertemperaturbereich liegt zwischen -40°C und +125°C. Für die Langzeitlagerung wird empfohlen, die Bauteile in ihren original Feuchtigkeitssperrbeuteln aufzubewahren (MSL 2 bewertet eine Bodenlebensdauer von 1 Jahr nach Öffnen der Verpackung, vorausgesetzt die Umgebung ist ≤30°C/60% RH).

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Verpackungsspezifikationen

Die LEDs werden auf Gurt und Rolle geliefert, um Kompatibilität mit automatischen Bestückungsgeräten zu gewährleisten. Die Verpackungsinformationen geben Details zu Rollenabmessungen, Gurtbreite, Taschenabstand und Bauteilausrichtung auf dem Gurt an.

7.2 Artikelnummernsystem

Die Artikelnummer 2820-UR2001M-AM wird wie folgt decodiert:2820= Gehäusefamilie;UR= Farbe (Rot);200= Teststrom (200mA);1= Bondrahmentyp (1=Gold);M= Helligkeitsstufe (Mittel);AM= Automotive-Anwendung. Diese strukturierte Benennung ermöglicht eine präzise Identifikation der wesentlichen Attribute der Komponente.

8. Anwendungsempfehlungen

8.1 Typische Anwendungsschaltungen

Für konstante Helligkeit ist ein Vorwiderstand mit einer Konstantspannungsversorgung die einfachste Ansteuerungsmethode, wenn auch ineffizient. Für Automotive-Anwendungen wird ein spezieller LED-Treiber-IC empfohlen. Dieser Treiber sollte einen Konstantstromausgang bieten, PWM-Dimmfähigkeit aufweisen und Schutzfunktionen wie Überspannungs-, Überstrom- und thermische Abschaltung beinhalten. Die LED sollte bei oder unter dem empfohlenen Wert von 200mA betrieben werden, um eine optimale Lebensdauer zu erreichen, wobei die Stromreduktionskurve für erhöhte Umgebungstemperaturen zu verwenden ist.

8.2 Thermische Designüberlegungen

Eine effektive Wärmeableitung ist entscheidend. Die Leiterplatte sollte eine ausreichende Kupferfläche verwenden (über mehrere Durchkontaktierungen mit dem Wärmepad verbunden), die als Wärmeverteiler dient. Der Wärmewiderstand des Systems (Sperrschicht zu Umgebung, Rth JA) muss niedrig genug sein, um die Sperrschichttemperatur bei vorgesehenem Betriebsstrom und Umgebungstemperatur deutlich unter 150°C zu halten. Für Berechnungen sollte der maximale Wärmewiderstand (Rth JS real) verwendet und die ungünstigsten Umgebungsbedingungen berücksichtigt werden.

8.3 Optische Designüberlegungen

Der weite Abstrahlwinkel von 120° kann sekundäre Optiken (Linsen, Lichtleiter oder Reflektoren) erfordern, um den Strahl für spezifische Anwendungen wie Signalleuchten zu formen. Das Material dieser Optiken muss mit der Wellenlänge der LED kompatibel sein und der Betriebstemperatur sowie UV-Belastung (bei Außenanwendung) standhalten können.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu Standard-LEDs für kommerzielle Anwendungen zeichnet sich die 2820-UR2001M-AM-Serie durch ihreAEC-Q102-Qualifikationaus, die strenge Tests für Temperaturwechsel, Feuchtigkeitsbeständigkeit, Hochtemperatur-Lebensdauer und andere Belastungen umfasst. IhreSchwefelbeständigkeit (Klasse A1)ist ein weiteres Schlüsselunterscheidungsmerkmal, das die versilberten Komponenten vor Korrosion in verschmutzter Atmosphäre schützt – ein häufiges Problem in Automotive- und Industrieumgebungen. Die Kombination aus einem kompakten SMD-Gehäuse mit diesem Robustheitsniveau ist ein bedeutender Vorteil für platzbeschränkte, hochzuverlässige Anwendungen.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

10.1 Was ist der Unterschied zwischen der 'Typ.' und 'Max.' Durchlassspannung?

Der 'Typ.' (Typische) Wert von 2,3V repräsentiert den Durchschnitts- oder häufigsten Wert aus der Produktion. Der 'Max.' Wert von 2,75V ist die durch die Spezifikation garantierte Obergrenze. Ihre Treiberschaltung muss so ausgelegt sein, dass sie die maximale VF bewältigen kann, um sicherzustellen, dass sie allen Bauteilen, einschließlich denen am oberen Ende der Spannungsverteilung, den erforderlichen Strom liefern kann.

10.2 Kann ich diese LED mit einer 3,3V-Versorgung und einem Widerstand betreiben?

Ja, aber eine sorgfältige Berechnung ist erforderlich. Unter Annahme einer typischen VF von 2,3V bei 200mA müsste der Widerstand 1,0V (3,3V - 2,3V) abfallen. Nach dem Ohmschen Gesetz (R = V/I) ergibt sich R = 1,0V / 0,2A = 5 Ohm. Die Leistungsaufnahme des Widerstands wäre P = I²R = (0,2)² * 5 = 0,2W, daher wird ein 0,25W oder 0,5W Widerstand empfohlen. Diese Methode ist jedoch ineffizient (verlustbehaftet im Widerstand) und die Helligkeit variiert mit Änderungen der VF. Ein Konstantstromtreiber ist in Leistung und Effizienz überlegen.

10.3 Warum wird der Lichtstrom bei einer Lötpad-Temperatur von 25°C gemessen?

Die Lichtleistung einer LED hängt stark von der Temperatur des Halbleiterübergangs ab. Die Messung bei einer kontrollierten Lötpad-Temperatur (ein Stellvertreter für die Sperrschichttemperatur) bietet eine konsistente und wiederholbare Basislinie für den Leistungsvergleich. In realen Anwendungen wird der Übergang heißer sein und die tatsächliche Lichtleistung niedriger, wie im Diagramm 'Relativer Lichtstrom vs. Sperrschichttemperatur' gezeigt.

11. Design- und Anwendungsfallstudie

Szenario: Entwicklung einer Heckrückleuchte für ein Personenkraftfahrzeug.Das Design erfordert eine gleichmäßige rote Ausleuchtung über einen definierten Bereich. Die 2820-LED wurde aufgrund ihrer Automotive-Zuverlässigkeit, kompakten Größe und des weiten Abstrahlwinkels ausgewählt. Eine Gruppe von 8 LEDs ist in einer Linie angeordnet. Sie werden von einem einzigen, für Automotive qualifizierten Abwärtswandler-Konstantstrom-LED-Treiber-IC angesteuert, der auf 200mA eingestellt ist. Der Treiber beinhaltet einen PWM-Dimmeingang, der es denselben LEDs ermöglicht, sowohl als Rückleuchten (gedimmt) als auch als Bremsleuchten (volle Helligkeit) zu fungieren. Die Leiterplatte ist eine 2-Unzen-Kupferplatine mit großen Wärmepads, die über Wärmedurchkontaktierungen mit einer internen Masseebene verbunden sind, um Wärme abzuleiten. Die LEDs werden aus denselben Lichtstrom- (F3) und dominanten Wellenlängen-Bins (1821) ausgewählt, um eine konsistente Helligkeit und Farbe über die gesamte Baugruppe hinweg sicherzustellen. Das finale Design wird durch Temperaturwechsel-, Feuchtigkeits- und Vibrationstests gemäß Automotive-Standards validiert.

12. Funktionsprinzip

Eine LED (Licht emittierende Diode) ist ein Halbleiter-p-n-Übergangsbauelement. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die die interne Potentialbarriere des Übergangs übersteigt, rekombinieren Elektronen aus dem n-dotierten Bereich mit Löchern aus dem p-dotierten Bereich innerhalb der aktiven Schicht. Dieser Rekombinationsprozess setzt Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts wird durch die Bandlücke der in der aktiven Region verwendeten Halbleitermaterialien bestimmt. In diesem Bauteil sind die Materialien so ausgelegt, dass sie Photonen im roten Bereich des sichtbaren Spektrums (ca. 618nm) erzeugen. Die Epoxidharzlinse verkapselt den Halbleiterchip, bietet mechanischen Schutz und formt das emittierte Lichtmuster.

13. Technologietrends

Der allgemeine Trend in der Automotive-LED-Technologie geht hin zu höherer Effizienz (mehr Lumen pro Watt), erhöhter Leistungsdichte (mehr Licht aus kleineren Gehäusen) und verbesserter Zuverlässigkeit unter noch extremeren Bedingungen. Es gibt eine wachsende Integration von intelligenten Funktionen, wie eingebetteten Sensoren oder Treiberelektronik innerhalb des LED-Gehäuses. Darüber hinaus nimmt der Druck für standardisierte Kommunikationsprotokolle (wie LIN- oder CAN-Bus) zur Lichtsteuerung zu. Der Fokus auf Nachhaltigkeit treibt weiterhin die Eliminierung gefährlicher Stoffe und Verbesserungen in Fertigungsprozessen zur Reduzierung der Umweltauswirkungen voran.