2820-C02001M-AM Serie LED Datenblatt - SMD-Gehäuse - Weiß - 80lm @ 200mA - 3,0V - 120° Abstrahlwinkel - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die 2820-C02001M-AM Serie ist eine leistungsstarke, oberflächenmontierbare (SMD) LED, die primär für anspruchsvolle Automotive-Beleuchtungsanwendungen konzipiert ist. Sie ist für den Einsatz unter strengen Automotive-Zuverlässigkeitsstandards gebaut, einschließlich der AEC-Q102 Qualifikation. Die LED emittiert kaltweißes Licht und wird in einem kompakten 2820-Gehäuse angeboten, was sie für platzbeschränkte Designs geeignet macht, in denen konstante, helle Ausleuchtung erforderlich ist.

Zu den Hauptvorteilen dieser Serie zählen der robuste Aufbau für hochzuverlässige Umgebungen, die exzellente Lichtausbeute sowie der weite Abstrahlwinkel von 120 Grad, der eine breite und gleichmäßige Lichtverteilung gewährleistet. Ihre Konformität mit RoHS, REACH und halogenfreien Richtlinien unterstreicht zudem die Eignung für moderne, umweltbewusste Elektronikbaugruppen.

2. Tiefenanalyse der technischen Parameter

2.1 Fotometrische und elektrische Kenngrößen

Die Kernleistung ist unter einem typischen Betriebszustand von 200 mA Durchlassstrom (IF) definiert. Bei diesem Strom erzeugt die LED einen typischen Lichtstrom (IV) von 80 Lumen (lm), mit einem Minimum von 70 lm und einem Maximum von 100 lm. Die Durchlassspannung (VF) bei 200 mA beträgt typischerweise 3,00 Volt, im Bereich von 2,75V bis 3,5V. Dieser Parameter ist entscheidend für das Design der Treiberschaltung und für thermische Berechnungen.

Die dominierenden Farbwertkoordinaten sind mit CIE x=0,3227 und CIE y=0,3351 spezifiziert, was einen kaltweißen Farbpunkt definiert. Die Toleranz für diese Koordinaten beträgt ±0,005 und gewährleistet so Farbkonstanz innerhalb einer Charge. Das Bauteil bietet einen weiten Abstrahlwinkel (φ) von 120 Grad. Dies ist der Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte ihres axialen Spitzenwerts abfällt.

2.2 Absolute Maximalwerte und Wärmemanagement

Um langfristige Zuverlässigkeit zu gewährleisten, darf das Bauteil nicht über seine absoluten Maximalwerte betrieben werden. Der maximale kontinuierliche Durchlassstrom (IF) beträgt 350 mA. Das Bauteil hält einem Stoßstrom (IFM) von 750 mA für Impulse ≤ 10 µs bei niedrigem Tastverhältnis stand. Die maximale Sperrschichttemperatur (TJ) beträgt 150°C.

Das Wärmemanagement ist entscheidend. Der Wärmewiderstand von der Sperrschicht zum Lötpunkt (Rth JS) weist zwei spezifizierte Werte auf: eine reale Messung von 20-22 K/W und eine elektrische Messung von maximal 16 K/W. Die Derating-Kurve für den Durchlassstrom zeigt deutlich, dass der zulässige Dauerstrom reduziert werden muss, sobald die Lötstellentemperatur (Ts) über 25°C steigt. Beispielsweise beträgt bei einer Ts von 125°C der maximal erlaubte IF 350 mA und nimmt von dort aus linear ab.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Die LEDs werden in Bins sortiert, um Leistungskonstanz für den Endanwender zu garantieren. Drei Schlüsselparameter werden gebinnt: Lichtstrom, Durchlassspannung und Farbort.

3.1 Lichtstrom-Bins

Lichtstrom-Bins werden durch Codes wie F7, F8 und F9 bezeichnet. Beispielsweise umfasst das Bin F7 LEDs mit einem Lichtstrom zwischen 70 lm (min) und 80 lm (max), gemessen bei IF=200mA. Dies ermöglicht es Designern, die für ihre Anwendung passende Helligkeitsklasse auszuwählen.

3.2 Durchlassspannungs-Bins

Durchlassspannungs-Bins gewährleisten elektrische Kompatibilität. Beispiele sind das Bin 2730 (VF: 2,75V - 3,00V) und das Bin 3032 (VF: 3,00V - 3,25V). Die Verwendung von LEDs aus demselben Spannungs-Bin kann zu einer gleichmäßigeren Stromverteilung in Parallelschaltungen beitragen.

3.3 Farb- (Chromaticity) Bins

Das bereitgestellte Farbortdiagramm zeigt die Struktur für kaltweiße Bins wie 56M, 58M, 61M und 63M. Jedes Bin ist durch einen viereckigen Bereich im CIE 1931 Farbtafeldiagramm definiert, der durch vier Sätze von (x, y)-Koordinaten spezifiziert ist. Dieses präzise Binning gewährleistet eine enge Farbkontrolle, die in der Automotive-Beleuchtung, wo oft Farbabgleich über mehrere LEDs hinweg erforderlich ist, von entscheidender Bedeutung ist.

4. Analyse der Leistungskurven

4.1 IV-Kennlinie und Lichtstrom vs. Strom

Das Diagramm "Durchlassstrom vs. Durchlassspannung" zeigt eine typische exponentielle Diodenkennlinie. Bei 200 mA liegt die VF um 3,0V herum. Das Diagramm "Relativer Lichtstrom vs. Durchlassstrom" zeigt, dass die Lichtleistung unterlinear mit dem Strom ansteigt. Während eine Stromerhöhung den Output steigert, erhöht sie auch die Verlustleistung und die Sperrschichttemperatur, was sich auf Lebensdauer und Farbstabilität auswirken kann.

4.2 Temperaturabhängigkeit

Das Diagramm "Relativer Lichtstrom vs. Sperrschichttemperatur" ist für das thermische Design entscheidend. Die Lichtleistung nimmt mit steigender Sperrschichttemperatur ab. Bei 100°C beträgt der relative Lichtstrom etwa 85 % des Werts bei 25°C. Dies unterstreicht die Bedeutung einer effektiven Wärmeableitung.

Das Diagramm "Farbwertkoordinaten-Verschiebung vs. Sperrschichttemperatur" zeigt eine minimale Verschiebung (Δx, Δy innerhalb ±0,01) über den Bereich von -50°C bis +125°C, was auf eine gute Farbstabilität mit der Temperatur hindeutet. Die Durchlassspannung hat einen negativen Temperaturkoeffizienten und sinkt um etwa 2 mV/°C.

4.3 Spektrale Verteilung

Das Diagramm der relativen spektralen Verteilung zeigt einen Peak im blauen Wellenlängenbereich (um 450-455 nm), typisch für eine phosphorkonvertierte weiße LED, mit einem breiten sekundären Peak im gelben Bereich vom Phosphor, die sich kombinieren, um weißes Licht zu erzeugen.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

Die LED verwendet ein standardmäßiges 2820 SMD-Gehäuse. Die mechanische Zeichnung spezifiziert die physikalischen Abmessungen in Millimetern. Wichtige Merkmale sind die Positionen der Anoden- und Kathodenanschlüsse sowie die Gesamtgehäusehöhe. Das empfohlene Lötpad-Layout wird bereitgestellt, um eine korrekte mechanische Befestigung, elektrische Verbindung und optimalen Wärmetransfer vom thermischen Pad der LED zur Leiterplatte zu gewährleisten. Die Einhaltung dieses Land Patterns ist für die Zuverlässigkeit, insbesondere unter den in Automotive-Umgebungen auftretenden thermischen Zyklen, unerlässlich.

6. Löt- und Bestückungsrichtlinien

Das Bauteil ist für Reflow-Lötung mit einer Spitzentemperatur von 260°C für maximal 30 Sekunden gemäß dem IPC/JEDEC J-STD-020 Profil ausgelegt. Die Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe (MSL) ist 2, was bedeutet, dass die Bauteile vor der Verwendung gebacken werden müssen, wenn sie länger als ein Jahr Umgebungsbedingungen ausgesetzt waren. Die Einhaltung des empfohlenen Reflow-Profils und der Handhabungsvorsichtsmaßnahmen ist zwingend erforderlich, um Gehäuserisse oder Lötstellenfehler zu verhindern.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

Die LEDs werden auf Gurt und Rolle für die automatisierte Bestückung geliefert. Die Verpackungsinformationen geben Details zu Rollenabmessungen, Gurtbreite, Taschenabstand und Ausrichtung der Bauteile auf dem Gurt an. Die Artikelnummernstruktur (z.B. 2820-C02001M-AM) kodiert Schlüsselattribute wie Gehäusegröße (2820), Farbe/Chiptyp (C02001M) und Serienbezeichnung (AM). Bei der Bestellung müssen die gewünschten Bins für Lichtstrom, Durchlassspannung und Farbort angegeben werden.

8. Anwendungsempfehlungen

8.1 Typische Anwendungsszenarien

Die primäre Anwendung ist die Automotive-Beleuchtung. Dazu gehören Innenraumbeleuchtung (Dachleuchten, Leselampen, Ambientebeleuchtung), externe Signalisierung (dritte Bremsleuchte) und potenziell einige Zusatzbeleuchtungsfunktionen. Ihre AEC-Q102 Qualifikation und Schwefelgasbeständigkeit (Klasse A1) machen sie für die rauen Umgebungsbedingungen im Motorraum oder an der Fahrzeugaußenseite geeignet.

8.2 Designüberlegungen

Treiberschaltung:Ein Konstantstromtreiber ist unerlässlich, um eine stabile Lichtleistung aufrechtzuerhalten und thermisches Durchgehen zu verhindern. Der Treiber muss so ausgelegt sein, dass er den Durchlassspannungs-Bin-Bereich abdeckt und eine ausreichende Strombegrenzung bis zu 350 mA bietet.

Thermisches Design:Effektives Wärmemanagement ist nicht verhandelbar. Die Leiterplatte sollte Wärmdurchkontaktierungen unter dem thermischen Pad der LED verwenden, die mit einer großen Kupferebene oder einem externen Kühlkörper verbunden sind, um den Temperaturanstieg am Lötpunkt (Ts) zu minimieren. Immer auf die Derating-Kurve für den Durchlassstrom verweisen.

Optisches Design:Der 120-Grad-Abstrahlwinkel bietet eine breite Abdeckung. Für fokussierte Anwendungen sind Sekundäroptiken (Linsen, Reflektoren) erforderlich. Die mechanische Zeichnung liefert die notwendigen Abmessungen für das Design solcher Optiken.

ESD-Schutz:Obwohl die LED eine robuste ESD-Festigkeit von 8 kV (HBM) aufweist, werden während der Bestückung dennoch standardmäßige ESD-Handhabungsvorsichtsmaßnahmen empfohlen.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu generischen kommerziellen LEDs sind die wichtigsten Unterscheidungsmerkmale dieser Serie ihre Automotive-Zuverlässigkeitszertifizierungen (AEC-Q102), explizite Schwefelgasbeständigkeitsprüfungen (Klasse A1) und der erweiterte Betriebstemperaturbereich (-40°C bis +125°C). Die detaillierte Binning-Struktur für Farbe und Lichtstrom bietet das Maß an Konsistenz, das für Automotive-Anwendungen erforderlich ist, bei denen mehrere LEDs in einer Baugruppe verwendet werden. Die Kombination aus guter Lichtausbeute (80 lm bei 200mA entspricht ~133 lm/W bei ~0,6W Eingangsleistung) und einem weiten Abstrahlwinkel in einem kompakten Gehäuse bietet eine ausgewogene Lösung für platz- und leistungskritische Designs.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQs)

10.1 Was bedeutet die MSL 2 Einstufung?

MSL 2 (Moisture Sensitivity Level 2) gibt an, dass die verpackte LED den Umgebungsbedingungen auf der Werkstattfläche (

10.2 Wie sind die zwei verschiedenen Wärmewiderstandswerte (Rth JS) zu interpretieren?

Das Datenblatt führt einen "realen" Rth JS von 20-22 K/W und einen "elektrischen" Rth JS von maximal 16 K/W auf. Der "reale" Wert wird typischerweise mit einem physikalischen Temperatursensor gemessen und gilt für thermische Modellierungen als genauer. Die "elektrische" Methode nutzt die temperaturabhängige Durchlassspannung als Proxy für die Sperrschichttemperatur. Für ein konservatives thermisches Design wird empfohlen, den höheren "realen" Wert (22 K/W) zu verwenden, um eine ausreichende Sicherheitsmarge zu gewährleisten.

10.3 Können diese LEDs ohne Stromabgleich parallel geschaltet werden?

Ein direkter Parallelanschluss wird ohne zusätzliche Maßnahmen generell nicht empfohlen. Aufgrund natürlicher Schwankungen der Durchlassspannung (selbst innerhalb eines Bins) teilen sich parallel geschaltete LEDs den Strom nicht gleichmäßig. Die LED mit der etwas niedrigeren VF zieht mehr Strom, was möglicherweise zu Überhitzung und beschleunigtem Degradationsprozess führt. Die Verwendung eines separaten strombegrenzenden Widerstands für jede LED oder dedizierte Mehrkanal-Konstantstromtreiber ist die bevorzugte Methode zum Betreiben mehrerer LEDs.

11. Praktische Design-Fallstudie

Szenario:Entwurf eines Automotive-CHMSL-Moduls (dritte Bremsleuchte) unter Verwendung von 10 Stück der 2820-C02001M-AM LED.

Designschritte:

1. Elektrisches Design:Ziel-Betriebsstrom pro LED: 200 mA für optimale Effizienz und Lebensdauer. Gesamtstrom: 2,0A. Wählen Sie einen Konstantstrom-LED-Treiber-IC, der 2,0A liefern kann, mit einem Eingangsspannungsbereich, der das Automotive-Batteriesystem abdeckt (9V-16V Nennwert, mit Lastabwurf-Transienten). Wählen Sie LEDs aus demselben Durchlassspannungs-Bin (z.B. 3032), um bei Verwendung eines Einkanal-Treibers mit allen LEDs in Reihe die Stromungleichheit zu minimieren.
2. Thermisches Design:Schätzung der Gesamtverlustleistung: 10 LEDs * (3,0V * 0,2A) = 6,0W. Unter Verwendung des konservativen Rth JS von 22 K/W und der Annahme einer maximalen Ziel-Sperrschichttemperatur (Tj) von 110°C (unterhalb des Maximums von 150°C) berechnen Sie die erforderliche maximale Lötstellentemperatur: Ts_max = Tj_max - (Leistung_pro_LED * Rth JS) = 110 - (0,6 * 22) = 96,8°C. Die Leiterplatte muss mit einem thermischen Pad und ausreichender Kupferfläche/Wärmdurchkontaktierungen gestaltet werden, um Ts in der erwarteten Umgebung (z.B. in einem heißen Kofferraum) unter diesem Wert zu halten.
3. Optisches/mechanisches Design:Der 120-Grad-Abstrahlwinkel mag für eine CHMSL ausreichen, aber ein Reflektor oder eine Linse kann hinzugefügt werden, um spezifische fotometrische Intensitätsanforderungen (z.B. SAE-Standards) zu erfüllen. Die mechanische Zeichnung liefert das Footprint für das Leiterplattenlayout und die Abmessungen für die Konstruktion eines Halters oder Linsenklipps.
4. Bauteilauswahl:Bestellen Sie alle 10 LEDs aus demselben Lichtstrom-Bin (z.B. F8) und demselben Farbort-Bin (z.B. 58M), um gleichmäßige Helligkeit und Farbe über die gesamte Lichtleiste hinweg zu gewährleisten.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Diese LED ist eine phosphorkonvertierte weiße LED. Ihr Kernstück ist ein Halbleiterchip, typischerweise aus Indiumgalliumnitrid (InGaN), der bei Vorwärtsspannung (wenn elektrischer Strom durch ihn fließt) blaues Licht emittiert. Dieses blaue Licht wird teilweise von einer Schicht aus Cer-dotiertem Yttrium-Aluminium-Granat (YAG:Ce)-Phosphor absorbiert, die auf oder nahe dem Chip aufgebracht ist. Der Phosphor absorbiert einige der blauen Photonen und emittiert Licht über ein breites Spektrum, das im gelben Bereich zentriert ist. Die Kombination aus dem verbleibenden, nicht absorbierten blauen Licht und dem emittierten gelben Licht wird vom menschlichen Auge als weißes Licht wahrgenommen. Der genaue Weißton (kalt, neutral, warm) wird durch das Verhältnis von blauem zu gelbem Licht bestimmt, das durch die Phosphorzusammensetzung und -dicke gesteuert wird.

13. Technologietrends

Der Trend in der Automotive-LED-Beleuchtung geht weiterhin in Richtung höherer Lichtausbeute (mehr Lumen pro Watt), was hellere Lichter oder geringeren Stromverbrauch und thermische Belastung ermöglicht. Es gibt auch einen starken Drang zur Verbesserung des Farbwiedergabeindex (CRI) und der Farbkonstanz, insbesondere für die Innenraum-Ambientebeleuchtung, wo das Nutzererlebnis im Vordergrund steht. Die Miniaturisierung schreitet voran, wobei Gehäuse kleiner werden, während die Lichtleistung beibehalten oder gesteigert wird. Darüber hinaus ist die Integration ein wachsender Trend, wobei LED-Gehäuse Treiber-ICs, Sensoren oder Kommunikationsschnittstellen für intelligente Beleuchtungssysteme integrieren. Die Betonung von Zuverlässigkeit und Qualifikation für raue Umgebungen (hohe Temperatur, Feuchtigkeit, Vibration, chemische Belastung) bleibt im Automotive-Sektor von größter Bedeutung.