2020 Cube Light Rote LED Datenblatt - 2,0x2,0x0,8mm - 2,3V - 0,115W - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die 2020 Cube Light ist eine hochzuverlässige, oberflächenmontierbare (SMD) LED, die primär für anspruchsvolle Automobilbeleuchtungsanwendungen konzipiert ist. Diese Komponente gehört zu einer Produktfamilie, die entwickelt wurde, um strenge Automobilstandards, einschließlich der AEC-Q102-Qualifikation, zu erfüllen. Das Bauteil zeichnet sich durch einen kompakten 2020-Bauraum (2,0mm x 2,0mm) und seine rote Lichtemission aus, was es für verschiedene Signal-, Anzeige- und Innenraumbeleuchtungsfunktionen in Fahrzeugen geeignet macht. Seine Kernvorteile umfassen eine robuste Bauweise für raue Umgebungen, die Einhaltung von Umweltvorschriften (RoHS, REACH, halogenfrei) und eine konstante Leistung über einen weiten Betriebstemperaturbereich.

2. Analyse der technischen Parameter

2.1 Photometrische & Elektrische Kenngrößen

Die Schlüsselparameter der LED sind unter typischen Betriebsbedingungen eines Vorwärtsstroms (IF) von 50mA und einer Lötstopptemperatur von 25°C definiert. Der typische Lichtstrom (IV) beträgt 8 Lumen, mit einem Minimum von 5 lm und einem Maximum von 13 lm, abhängig von einer Messtoleranz von 8%. Die dominante Wellenlänge (λd) beträgt typischerweise 616 nm, was sie dem roten Spektrum zuordnet, mit einem Bereich von 612 nm bis 627 nm (±1nm Toleranz). Das Bauteil bietet einen weiten Abstrahlwinkel (φ) von 120° mit einer Toleranz von ±5°, was eine gute Sichtbarkeit auch aus schrägen Positionen gewährleistet. Elektrisch beträgt die typische Vorwärtsspannung (VF) bei 50mA 2,3V, im Bereich von 1,75V bis 2,75V (±0,05V Toleranz).

2.2 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden auftreten können. Der absolute maximale Vorwärtsstrom (IF) beträgt 75 mA. Das Bauteil kann einen Stoßstrom (IFM) von 400 mA für Impulse ≤10 μs mit einem sehr niedrigen Tastverhältnis (D=0,005) verkraften. Die maximale Verlustleistung (Pd) beträgt 206,25 mW. Die Sperrschichttemperatur (TJ) darf 150°C nicht überschreiten. Der Betriebs- und Lagertemperaturbereich ist von -40°C bis +125°C spezifiziert, was seine Eignung für Automobilumgebungen bestätigt. Die LED ist nicht für den Betrieb mit Sperrspannung ausgelegt. Sie hat eine ESD-Empfindlichkeit (HBM) von 2 kV.

2.3 Thermische Eigenschaften

Das thermische Management ist entscheidend für die Leistung und Lebensdauer der LED. Das Datenblatt spezifiziert zwei Wärmewiderstandswerte von der Sperrschicht zum Lötpunkt: einen \"realen\" Wärmewiderstand (Rth JS real) von 36 K/W (max. 42 K/W) und einen \"elektrischen\" Wärmewiderstand (Rth JS el) von 25 K/W (max. 29 K/W). Der Unterschied rührt wahrscheinlich von der Messmethode her. Die Derating-Kurve für den Vorwärtsstrom zeigt deutlich, dass der maximal zulässige Vorwärtsstrom reduziert werden muss, wenn die Lötstopptemperatur über 25°C steigt, um ein Überschreiten der maximalen Sperrschichttemperatur zu verhindern.

3. Erklärung des Binning-Systems

Die LED wird anhand von drei Schlüsselparametern in Bins sortiert, um Konsistenz in Produktionschargen und für die Designabstimmung sicherzustellen.

3.1 Lichtstrom-Binning

Lichtstrom-Bins sind mit den Codes E2 bis E5 bezeichnet. Beispielsweise umfasst Bin E3 einen Lichtstrom von 6 lm bis 8 lm, während Bin E4 8 lm bis 10 lm abdeckt. Dies ermöglicht es Designern, LEDs mit einem bestimmten Helligkeitsbereich für ihre Anwendung auszuwählen.

3.2 Vorwärtsspannungs-Binning

Spannungs-Bins, kodiert als 1720, 2022, 2225 und 2527, kategorisieren LEDs basierend auf ihrem Vorwärtsspannungsabfall. Bin 2022 beispielsweise umfasst LEDs mit einer VF zwischen 2,0V und 2,25V. Dies ist entscheidend für den Entwurf effizienter Treiberschaltungen und die Gewährleistung einer gleichmäßigen Stromverteilung in Multi-LED-Arrays.

3.3 Dominante Wellenlängen-Binning

Wellenlängen-Bins, kodiert von 1215 bis 2427, gruppieren LEDs nach ihrem spezifischen Rotton. Bin 1518 beispielsweise umfasst LEDs mit einer dominanten Wellenlänge zwischen 615 nm und 618 nm. Dies gewährleistet Farbkonsistenz in Anwendungen, bei denen eine präzise Farbtonabstimmung wichtig ist.

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt enthält mehrere Diagramme, die die Leistung unter variierenden Bedingungen detailliert darstellen.

4.1 IV-Kennlinie und Relativer Lichtstrom

Das Diagramm Vorwärtsstrom vs. Vorwärtsspannung zeigt eine nichtlineare Beziehung, typisch für LEDs. Die Spannung steigt mit dem Strom. Das Diagramm Relativer Lichtstrom vs. Vorwärtsstrom zeigt, dass die Lichtleistung unterlinear mit dem Strom ansteigt, was die Bedeutung des Betriebs bei oder nahe dem empfohlenen Teststrom (50mA) für optimale Effizienz unterstreicht.

4.2 Temperaturabhängigkeit

Das Diagramm Relative Vorwärtsspannung vs. Sperrschichttemperatur zeigt, dass VF linear mit steigender Temperatur abnimmt (negativer Temperaturkoeffizient), was zur Sperrschichttemperaturschätzung genutzt werden kann. Das Diagramm Relativer Lichtstrom vs. Sperrschichttemperatur zeigt, dass die Lichtleistung mit steigender Temperatur abnimmt, ein kritischer Faktor für das thermische Design. Das Diagramm Verschiebung der dominanten Wellenlänge vs. Sperrschichttemperatur zeigt eine positive Verschiebung (zu längeren Wellenlängen) mit steigender Temperatur.

4.3 Spektrale Verteilung und Impulsbelastbarkeit

Das Diagramm Wellenlängencharakteristik zeigt einen einzelnen, schmalen Peak im roten Bereich (~616 nm) und bestätigt damit eine monochromatische Quelle. Das Diagramm Zulässige Impulsbelastbarkeit definiert den maximal zulässigen Stoßstrom für verschiedene Impulsbreiten und Tastverhältnisse, was für den Entwurf von Schaltungen, die transienten Bedingungen ausgesetzt sein können, von entscheidender Bedeutung ist.

5. Mechanische & Gehäuseinformationen

5.1 Physikalische Abmessungen

Die mechanische Zeichnung spezifiziert die Abmessungen des LED-Gehäuses. Die Baugröße beträgt 2,0mm x 2,0mm mit einer typischen Höhe von 0,8mm. Die Toleranzen betragen in der Regel ±0,1mm, sofern nicht anders angegeben. Die Zeichnung enthält Details zur Linsenform sowie zur Lage des thermischen Pads und der elektrischen Anschlüsse.

5.2 Empfohlene Lötstopp-Geometrie

Eine separate Zeichnung zeigt den optimalen Footprint für das Leiterplattendesign. Sie detailliert die Pad-Abmessungen für Anode, Kathode und das zentrale thermische Pad. Die Einhaltung dieser Geometrie ist für zuverlässiges Löten, gute Wärmeleitung zur Leiterplatte und die Vermeidung von Tombstoning während des Reflow-Lötens unerlässlich.

5.3 Polaritätskennzeichnung

Obwohl im bereitgestellten Text nicht explizit detailliert, verwenden SMD-LEDs typischerweise eine Markierung (wie einen Punkt, eine Kerbe oder unterschiedliche Pad-Größe/Form) auf dem Gehäuse oder in der Footprint-Zeichnung, um die Kathode anzuzeigen. Der Designer muss die vollständige mechanische Zeichnung für diese kritische Information konsultieren.

6. Löt- & Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil

Das Bauteil ist für eine Reflow-Löttemperatur von 260°C für 30 Sekunden ausgelegt. Dies bezieht sich auf die Spitzentemperatur an den Lötstellen. Ein korrektes Reflow-Profil mit Vorwärm-, Halte-, Reflow- und Abkühlphasen muss eingehalten werden, um thermischen Schock zu vermeiden und zuverlässige Lötstellen zu gewährleisten, ohne den LED-Chip oder das Gehäuse zu beschädigen.

6.2 Vorsichtsmaßnahmen für die Verwendung

Allgemeine Vorsichtsmaßnahmen umfassen die Vermeidung mechanischer Belastung der Linse, die Verhinderung von Kontamination und die Verwendung geeigneter Handhabungsverfahren für ESD-empfindliche Bauteile. Die Lagerbedingungen entsprechen dem Betriebstemperaturbereich (-40°C bis +125°C) in einer Umgebung mit niedriger Luftfeuchtigkeit. Der Feuchtigkeitsempfindlichkeitsgrad (MSL) ist mit Stufe 2 bewertet, was bedeutet, dass das Gehäuse bis zu einem Jahr unter Werkstattbedingungen gelagert werden kann, bevor vor dem Reflow ein Trocknungsprozess erforderlich ist.

7. Verpackungs- & Bestellinformationen

7.1 Verpackungsinformationen

Die LEDs werden auf Tape and Reel für die automatisierte Montage geliefert. Die Verpackungsdetails (Bandbreite, Taschenabmessungen, Spulengröße, Menge pro Spule) werden im vollständigen Verpackungsinformationsabschnitt spezifiziert, um die Kompatibilität mit Standard-Bestückungsautomaten sicherzustellen.

7.2 Artikelnummernsystem

Die Artikelnummer 2020-UR050DL-AM wird wie folgt decodiert:2020: Produktfamilie/Gehäusegröße.UR: Farbe (Rot).050: Teststrom (50 mA).D: Leadframe-Typ (Au + Weißkleber).L: Helligkeitsstufe (Niedrig).AM: Automobilanwendung. Dieses System ermöglicht eine präzise Identifikation der spezifischen Attribute der Komponente.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

Die primäre Anwendung ist die Automobilbeleuchtung. Dazu gehören Innenanwendungen wie Armaturenbrettanzeigen, Schalterhintergrundbeleuchtung und Ambientebeleuchtung. Sie kann auch für externe Signalfunktionen wie die dritte Bremsleuchte (CHMSL) oder andere Nicht-Scheinwerferanwendungen geeignet sein, bei denen ein rotes Signal erforderlich ist, sofern das optische Design die regulatorischen photometrischen Anforderungen erfüllt.

8.2 Designüberlegungen

Treiberschaltung:Ein Konstantstromtreiber ist zwingend erforderlich, um eine stabile Lichtleistung zu gewährleisten und thermisches Durchgehen zu verhindern. Der Treiber muss so ausgelegt sein, dass er innerhalb der absoluten Maximalwerte arbeitet, wobei das Derating bei hohen Temperaturen zu berücksichtigen ist.
Thermisches Management:Die Leiterplatte muss so gestaltet sein, dass sie Wärme effektiv vom thermischen Pad der LED ableitet. Dies kann die Verwendung von Wärmevias, einer Kupferfläche oder die Verbindung mit einem größeren Metallkern oder Kühlkörper beinhalten.
Optisches Design:Sekundäroptik (Linsen, Lichtleiter) kann erforderlich sein, um den 120°-Strahl für die spezifische Anwendung zu formen.
ESD-Schutz:Obwohl mit 2kV HBM bewertet, ist der Einbau eines grundlegenden ESD-Schutzes auf der Leiterplatte eine gute Praxis für Robustheit.

9. Technischer Vergleich & Differenzierung

Im Vergleich zu Standard-LEDs für den kommerziellen Bereich zeichnet sich die 2020 Cube Light AM-Variante durch ihreAutomobilqualifikation (AEC-Q102)aus, die strenge Tests für Temperaturwechsel, Feuchtigkeit, Hochtemperaturbetrieb und andere Belastungen umfasst. Sie verfügt außerdem überSchwefelbeständigkeit (Klasse A1), was in Automobilumgebungen, in denen schwefelhaltige Gase silberbasierte Komponenten korrodieren können, entscheidend ist. Der weite Betriebstemperaturbereich (-40°C bis +125°C) und die detaillierte Binning-Struktur heben sie weiterhin als eine Komponente hervor, die für hochzuverlässige, langlebige Anwendungen konzipiert ist, bei denen Leistungskonsistenz von größter Bedeutung ist.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQs)

F: Was ist der Unterschied zwischen dem \"realen\" und dem \"elektrischen\" Wärmewiderstand?
A: Der \"reale\" Wärmewiderstand (Rth JS real) wird wahrscheinlich mit einer direkten Temperaturerfassungsmethode an der Sperrschicht gemessen. Der \"elektrische\" Wärmewiderstand (Rth JS el) wird typischerweise anhand der Änderung der Vorwärtsspannung mit der Temperatur (K-Faktor-Methode) berechnet. Die elektrische Methode ergibt oft niedrigere Werte, da sie möglicherweise nicht alle Wärmepfade erfasst. Für ein konservatives thermisches Design sollte der höhere \"reale\" Wert verwendet werden.

F: Kann ich diese LED mit einer Konstantspannungsquelle betreiben?
A: Dies wird dringend abgeraten. LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Eine kleine Änderung der Vorwärtsspannung (aufgrund von Temperatur oder Bin-Variation) kann bei einer Konstantspannungsquelle zu einer großen Stromänderung führen, was möglicherweise zu Überstrom, Überhitzung und Ausfall führt. Verwenden Sie stets einen Konstantstromtreiber oder einen strombegrenzenden Widerstand mit einer streng geregelten Spannungsversorgung.

F: Warum gibt es auf der Derating-Kurve einen Hinweis \"Strom unter 5mA nicht verwenden\"?
A: Bei sehr niedrigen Strömen wird die Lichtleistung der LED extrem nichtlinear und instabil. Die spezifizierten photometrischen und kolorimetrischen Parameter (Lichtstrom, dominante Wellenlänge) sind nur bei oder nahe dem Teststrom von 50mA garantiert. Ein Betrieb unter 5mA kann zu unvorhersehbarer und inkonsistenter Leistung führen.

F: Wie interpretiere ich die Bin-Codes bei der Bestellung?
A: Die spezifische Kombination aus Lichtstrom-Bin (z.B. E4), Spannungs-Bin (z.B. 2022) und Wellenlängen-Bin (z.B. 1518), die Sie auf einer Spule erhalten, wird durch die Produktionsverteilung des Herstellers bestimmt. Für kritische Anwendungen mit Farb- oder Helligkeitsabgleich müssen Sie möglicherweise \"enge Binning\"- oder \"abgeglichene Binning\"-Anforderungen spezifizieren, was Verfügbarkeit und Kosten beeinflussen kann.

11. Design-in Fallstudie

Szenario:Entwurf eines Multi-LED-Arrays für eine Ambientebeleuchtung im Automobiltürgriff.
Anforderungen:Gleichmäßiges rotes Leuchten, stabile Helligkeit über einen Kabinentemperaturbereich von -40°C bis 85°C, 10-jährige Lebensdauer.
Designprozess:
1. LED-Auswahl:Die 2020-UR050DL-AM wird aufgrund ihrer AEC-Q102-Konformität, Schwefelbeständigkeit und des weiten Temperaturbereichs gewählt.
2. Binning:Um Farb- und Helligkeitsgleichmäßigkeit zu gewährleisten, werden LEDs aus demselben oder benachbarten Lichtstrom- und Wellenlängen-Bins angefordert (z.B. alle aus Lichtstrom-Bin E3/E4 und Wellenlängen-Bin 1518).
3. Schaltungsentwurf:Ein einzelner Konstantstromtreiber-IC versorgt alle LEDs in Reihe. Die Reihenschaltung garantiert identischen Strom durch jede LED und fördert gleichmäßige Helligkeit. Der Treiberstrom wird auf 50mA (typisch) oder etwas niedriger (z.B. 45mA) eingestellt, um die Lebensdauer zu erhöhen und thermische Reserve zu schaffen.
4. Thermisches Design:Die Leiterplatte ist ein 2-lagiger Aufbau mit einer großen Kupferfläche auf der Oberseite, die über mehrere Wärmevias mit dem thermischen Pad jeder LED zur Unterseite verbunden ist, die als Kühlkörper dient.
5. Validierung:Die Baugruppe wird auf Gleichmäßigkeit der Lichtleistung bei 25°C, 85°C und -30°C getestet. Temperaturwechseltests werden durchgeführt, um die Zuverlässigkeit der Lötstellen und Komponenten zu validieren.

12. Funktionsprinzip

Diese LED ist ein Halbleiterbauelement basierend auf einem p-n-Übergang. Wenn eine Vorwärtsspannung angelegt wird, die die Diffusionsspannung des Übergangs überschreitet (für diese rote LED etwa 1,75-2,75V), injizieren Elektronen aus dem n-dotierten Bereich und Löcher aus dem p-dotierten Bereich über den Übergang. Wenn diese Ladungsträger im aktiven Bereich des Halbleitermaterials (typischerweise basierend auf Aluminiumgalliumindiumphosphid - AlGaInP für rote LEDs) rekombinieren, wird Energie in Form von Photonen (Licht) freigesetzt. Die spezifische Zusammensetzung der Halbleiterschichten bestimmt die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts. Die Epoxidlinse verkapselt den Chip, bietet mechanischen Schutz und formt den Lichtausgangsstrahl.

13. Technologietrends

Der Trend bei automotiven SMD-LEDs wie der 2020 Cube Light geht in Richtunghöherer Effizienz(mehr Lumen pro Watt), was geringeren Stromverbrauch und reduzierte thermische Belastung ermöglicht.Verbesserte Farbkonstanz und engere Binning-Toleranzensind fortlaufende Prioritäten für ästhetische Anwendungen. Es gibt auch einen Trend zuhöherer Zuverlässigkeit und längerer Lebensdauerunter zunehmend raueren Betriebsbedingungen, einschließlich höherer Sperrschichttemperaturbewertungen. Darüber hinaus wird die Integration mitintelligenter Steuerung(Pulsweitenmodulation zur Dimmung, adressierbare LEDs) immer häufiger. Die zugrundeliegenden Halbleitermaterialien und Verpackungstechnologien entwickeln sich weiter, um diesen Anforderungen gerecht zu werden, mit Fortschritten im Chipdesign, der Phosphortechnologie (für weißes und andere Farben) und fortschrittlichen Vergussmassen für bessere thermische und Umwelteigenschaften.