LED-Datenblatt 2820-C03501H-AM Serie - Abmessungen 2,8x2,0mm - Spannung 3,25V - Leistung 1,14W - Weiß - Technisches Dokument auf Deutsch

1. Produktübersicht

Die 2820-C03501H-AM Serie ist eine hochhellige, oberflächenmontierbare (SMD) LED, die primär für anspruchsvolle Automotive-Beleuchtungsanwendungen konzipiert ist. Sie ist in einem kompakten 2820-Gehäuse (Footprint 2,8mm x 2,0mm) aufgebaut und emittiert ein kaltweißes Licht. Ein Hauptmerkmal dieser Serie ist die Konformität mit dem AEC-Q102 Rev A Standard, dem Belastungstest-Qualifikationsstandard für diskrete optoelektronische Halbleiter in Automotive-Anwendungen. Dies gewährleistet Zuverlässigkeit unter rauen Automotive-Umgebungsbedingungen. Weitere Qualifikationen umfassen Schwefelbeständigkeit (Klasse A1), Konformität mit RoHS, REACH und halogenfreien Anforderungen, was sie für moderne, umweltbewusste Designs geeignet macht.

1.1 Kernvorteile

• Automotive-taugliche Zuverlässigkeit:Die AEC-Q102-Qualifikation gewährleistet die Leistung unter Temperaturextremen, Feuchtigkeit und mechanischer Belastung.
• Hohe Lichtausbeute:Liefert einen typischen Lichtstrom von 110 Lumen bei einem Betriebsstrom von 350 mA und bietet damit ausgezeichnete Helligkeit für seine Größe.
• Großer Abstrahlwinkel:Ein Abstrahlwinkel von 120 Grad ermöglicht eine breite und gleichmäßige Ausleuchtung.
• Robuste Konstruktion:Bietet 8 kV ESD-Schutz (HBM) und eine Feuchtesensitivitätsstufe (MSL) von 2, was die Handhabungs- und Montagerobustheit erhöht.
• Umweltkonformität:Erfüllt die RoHS-, REACH- und halogenfreien Richtlinien und unterstützt damit Initiativen für umweltfreundliche Fertigung.

1.2 Zielmarkt

Die primäre Anwendung für diese LED-Serie istAutomotive-Beleuchtung. Dies umfasst Innenraumbeleuchtung (Dachleuchten, Leselampen, Ambientebeleuchtung), externe Signalleuchten (Seitenmarkierungsleuchten, Rückleuchten, wo hohe Helligkeit in kleinem Gehäuse benötigt wird) und potenziell andere Beleuchtungsfunktionen im Fahrzeug, die eine zuverlässige, helle weiße Lichtquelle erfordern.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Photometrische und elektrische Eigenschaften

Die wesentlichen Betriebsparameter sind bei einem typischen Durchlassstrom (I_F) von 350 mA und einer Lötpad-Temperatur von 25°C definiert.

• Lichtstrom (I_V):100 lm (Min), 110 lm (Typ), 130 lm (Max). Die Messtoleranz beträgt ±8%.
• Durchlassspannung (V_F):3,00 V (Min), 3,25 V (Typ), 3,75 V (Max) bei 350 mA. Die Messtoleranz beträgt ±0,05V.
• Abstrahlwinkel (φ):120 Grad (typisch).
• Farbortkoordinaten (CIE):x = 0,3227 (Typ), y = 0,3351 (Typ). Die Toleranz für x und y beträgt jeweils ±0,005, was ihn in den kaltweißen Bereich einordnet.
• Durchlassstrom (I_F):Betriebsbereich von 50 mA bis 500 mA.

2.2 Thermische Eigenschaften

Effektives Wärmemanagement ist entscheidend für die LED-Leistung und Lebensdauer.

• Thermischer Widerstand (R_{th JS}):Es werden zwei Werte angegeben: ein realer thermischer Widerstand (Sperrschicht zu Lötpunkt) von 20 K/W (Typ) bis 22 K/W (Max) und ein elektrischer thermischer Widerstand von 16 K/W (Max). Der reale thermische Widerstand ist der Schlüsselparameter zur Berechnung der Sperrschichttemperatur im thermischen Design.
• Sperrschichttemperatur (T_J):Die maximal zulässige Sperrschichttemperatur beträgt 150°C.

3. Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Grenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb unter diesen Bedingungen ist nicht garantiert.

• Verlustleistung (P_d):1750 mW
• Durchlassstrom (I_F):500 mA (Dauerbetrieb), 1000 mA (Stoßstrom, t<=10 μs, 0,5% Tastverhältnis)
• Sperrspannung (V_R):Nicht für Sperrbetrieb ausgelegt.
• Betriebs- & Lagertemperatur:-40°C bis +125°C
• ESD-Empfindlichkeit (HBM):8 kV
• Reflow-Löttemperatur:260°C Spitze für maximal 30 Sekunden.

4. Erklärung des Binning-Systems

Die LEDs werden basierend auf wichtigen Leistungsparametern in Bins sortiert, um Konsistenz in der Serienfertigung sicherzustellen.

4.1 Lichtstrom-Bins

Bins werden durch minimale und maximale Lichtstromwerte unter Testbedingungen (I_F=350mA, 25°C Lötpad) definiert.

• J1:100 lm bis 110 lm
• J2:110 lm bis 120 lm
• J3:120 lm bis 130 lm

4.2 Durchlassspannungs-Bins

Bins werden durch den Durchlassspannungsbereich beim Teststrom definiert.

• 3032:3,00 V bis 3,25 V
• 3235:3,25 V bis 3,50 V
• 3537:3,50 V bis 3,75 V

4.3 Farb- (Farbort-) Bins

Das Datenblatt enthält ein detailliertes Farbortdiagramm mit definierten Bins für Kaltweiß (z.B. 56M, 58M, 61M, 63M). Jedes Bin ist ein viereckiger Bereich im CIE-1931-Farbortdiagramm, definiert durch vier Sätze von (x, y)-Koordinaten. Dies ermöglicht die Auswahl von LEDs mit sehr enger Farbkonstanz, was für Automotive-Beleuchtung, wo oft Farbabgleich über mehrere LEDs erforderlich ist, entscheidend ist.

5. Analyse der Kennlinien

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

5.1 Spektrale Verteilung

Das Diagramm der relativen spektralen Verteilung zeigt einen Peak im blauen Wellenlängenbereich (um 450-460nm) mit einer breiten, durch Phosphor konvertierten gelben Emission, was zu einem kaltweißen Licht führt. Das Fehlen signifikanter Ausgangsleistung im tiefroten oder infraroten Bereich ist typisch für weiße, phosphorkonvertierte LEDs.

5.2 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kennlinie)

Dieses Diagramm zeigt die für eine Diode typische exponentielle Beziehung. Bei 350 mA liegt die Durchlassspannung typischerweise um 3,25V. Entwickler nutzen diese Kurve für Treiberdesign und Verlustleistungsberechnungen.

5.3 Relativer Lichtstrom vs. Durchlassstrom

Die Lichtausbeute steigt unterlinear mit dem Strom. Während ein Betrieb mit höheren Strömen mehr Licht liefert, erzeugt er auch mehr Wärme, was Effizienz und Lebensdauer reduzieren kann. Das Diagramm hilft bei der Wahl eines optimalen Arbeitspunkts.

5.4 Temperaturabhängigkeit

• Relativer Lichtstrom vs. Sperrschichttemperatur:Mit steigender Sperrschichttemperatur (T_J) nimmt die Lichtausbeute ab. Dieses Diagramm quantifiziert den Abfall, was für das thermische Design zur Aufrechterhaltung konstanter Helligkeit entscheidend ist.
• Relative Durchlassspannung vs. Sperrschichttemperatur:Die Durchlassspannung hat einen negativen Temperaturkoeffizienten und nimmt mit steigender Temperatur ab. Dies kann in einigen Anwendungen zur indirekten Temperaturüberwachung genutzt werden.
• Farbortverschiebung vs. Sperrschichttemperatur & Strom:Diese Diagramme zeigen, wie der Weißpunkt (CIE x, y Koordinaten) sich mit Änderungen des Treiberstroms und der Sperrschichttemperatur verschiebt. Die Verschiebungen sind relativ klein, müssen aber in farbkritischen Anwendungen berücksichtigt werden.

5.5 Stromreduzierkurve (Derating-Kurve)

Dies ist ein entscheidendes Diagramm für zuverlässigen Betrieb. Es zeigt den maximal zulässigen Dauer-Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Lötpad-Temperatur (T_S). Mit steigendem T_Smuss der maximal zulässige Strom reduziert werden, um zu verhindern, dass die Sperrschichttemperatur 150°C überschreitet. Zum Beispiel beträgt bei der maximalen Betriebs-T_Svon 125°C der maximale Dauerstrom 500 mA.

5.6 Zulässige Pulsbelastbarkeit

Dieses Diagramm definiert die Stoßstromfähigkeit für Pulsbetrieb. Es zeigt den zulässigen Puls-Spitzenstrom (I_F) in Abhängigkeit von der Pulsbreite (t_p) für verschiedene Tastverhältnisse (D). Es erlaubt die Verwendung von Strömen, die höher als das 500-mA-DC-Maximum sind, für kurze Dauer, was für Anwendungen wie Blitz- oder Blinklichter nützlich ist.

6. Mechanische und Verpackungsinformationen

6.1 Mechanische Abmessungen

Das Datenblatt enthält eine detaillierte Maßzeichnung des 2820-SMD-Gehäuses. Wichtige Abmessungen sind eine Bauteilgröße von 2,8mm (Länge) x 2,0mm (Breite). Die Zeichnung spezifiziert die Lage der Kathodenmarkierung, die Linsengeometrie und die Pad-Positionen. Alle Maße sind in Millimetern mit einer Standardtoleranz von ±0,1mm, sofern nicht anders angegeben.

6.2 Empfohlene Lötpad-Anordnung

Eine separate Zeichnung zeigt den empfohlenen Footprint für das Leiterplattendesign. Dies umfasst Größe und Abstand der elektrischen Pads und des zentralen thermischen Pads. Die Einhaltung dieser Anordnung ist für korrektes Löten, thermische Leistung und mechanische Stabilität essenziell. Das thermische Pad ist entscheidend für die Wärmeableitung von der LED-Sperrschicht zur Leiterplatte.

7. Löt- und Montagerichtlinien

7.1 Reflow-Lötprofil

Die LED ist für eine maximale Reflow-Spitzentemperatur von 260°C für 30 Sekunden ausgelegt. Ein typisches Reflow-Profil mit Aufheiz-, Halte-, Reflow- und Abkühlphasen sollte eingehalten werden, wobei sicherzustellen ist, dass die Temperatur die spezifizierte Grenze nicht überschreitet. Die Feuchtesensitivitätsstufe (MSL) ist 2, was bedeutet, dass das Bauteil innerhalb eines Jahres nach Öffnen der Werksverpackung verwendet werden muss und möglicherweise getrocknet werden muss, wenn es länger als seine Bodenlebensdauer Umgebungsbedingungen ausgesetzt war.

7.2 Vorsichtsmaßnahmen für die Verwendung

• ESD-Schutz:Obwohl für 8 kV HBM ausgelegt, sollten während Handhabung und Montage Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen beachtet werden.
• Reinigung:Verwenden Sie geeignete Reinigungsmittel, die die LED-Linse oder das Verpackungsmaterial nicht beschädigen.
• Mechanische Belastung:Vermeiden Sie direkte Kraft oder Vibration auf die LED-Linse.
• Stromregelung:Betreiben Sie die LED immer mit einer Konstantstromquelle, nicht mit einer Konstantspannungsquelle, um stabilen Betrieb zu gewährleisten und thermisches Durchgehen zu verhindern.

8. Anwendungsvorschläge und Designüberlegungen

8.1 Typische Anwendungsszenarien

• Automotive-Innenraumbeleuchtung:Dachkonsolenleuchten, Leselampen, Fußraumbeleuchtung und Ambientebeleuchtungsstreifen.
• Automotive-Außenbeleuchtung:Tagfahrleuchten (DRL), Seitenmarkierungsleuchten, dritte Bremsleuchte (CHMSL) und Kennzeichenbeleuchtung, wo hohe Helligkeit in kleinem Gehäuse benötigt wird.

8.2 Designüberlegungen

• Thermisches Management:Dies ist der kritischste Aspekt. Nutzen Sie den thermischen Widerstand (R_{th JS}= 20 K/W) und die Derating-Kurve, um einen ausreichenden Wärmeabfuhrpfad zu entwerfen. Dies beinhaltet die Verwendung einer Leiterplatte mit ausreichender Kupferfläche (thermische Durchkontaktierungen unter dem thermischen Pad werden dringend empfohlen) und möglicherweise einer Aluminiumkern-Leiterplatte (MCPCB) für Hochleistungs- oder Hochtemperatur-Anwendungen.
• Treiberauswahl:Wählen Sie einen automotive-tauglichen LED-Treiber, der in der Lage ist, einen stabilen Strom von 350 mA (oder anderen gewünschten Strom) aus dem Fahrzeugbordnetz (typisch 12V oder 24V) bereitzustellen. Der Treiber sollte Schutz vor Überspannung, Verpolung und Lastabwurf-Transienten, die in Automotive-Umgebungen üblich sind, enthalten.
• Optisches Design:Der 120°-Abstrahlwinkel eignet sich für diffuse Beleuchtung. Für fokussierte Lichtbündel sind Sekundäroptiken (Linsen oder Reflektoren) erforderlich. Die kleine Quellgröße dieser LED ist vorteilhaft für die optische Kontrolle.
• Farbkonstanz:Für Anwendungen mit mehreren LEDs, spezifizieren Sie das erforderliche Farb-Bin (z.B. 61M), um einheitliches weißes Licht über die gesamte Baugruppe sicherzustellen.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

9.1 Wie hoch ist der typische Leistungsverbrauch?

Am typischen Arbeitspunkt von 350 mA und 3,25V beträgt die elektrische Eingangsleistung etwa 1,14 Watt (P = I_F* V_F= 0,35A * 3,25V).

9.2 Wie berechne ich die Sperrschichttemperatur?

Die Sperrschichttemperatur (T_J) kann mit der Formel geschätzt werden: T_J= T_S+ (P_d* R_{th JS}), wobei T_Sdie gemessene Lötpad-Temperatur ist, P_ddie Verlustleistung (in Watt) und R_{th JS}der reale thermische Widerstand (20 K/W) ist. Für zuverlässigen Betrieb muss T_Junter 150°C gehalten werden, und niedriger ist für die Lebensdauer immer besser.

9.3 Kann ich sie direkt an eine 12V-Quelle anschließen?

No.Ein direkter Anschluss an eine 12V-Quelle würde die LED aufgrund übermäßigen Stroms sofort zerstören. Ein Konstantstrom-LED-Treiber oder eine strombegrenzende Schaltung ist zwingend erforderlich.

9.4 Was bedeutet die AEC-Q102-Qualifikation für mein Design?

Es bedeutet, dass die LED-Komponente einen rigorosen Satz von Belastungstests bestanden hat, die Automotive-Umgebungsbedingungen simulieren (erweiterte Temperaturzyklen, hohe Feuchtigkeit mit Vorspannung, Hochtemperaturlagerung usw.). Die Verwendung von AEC-Q102-qualifizierten Komponenten vereinfacht Ihren Systemqualifikationsprozess und erhöht das Vertrauen in die Langzeit-Zuverlässigkeit des Beleuchtungsmoduls erheblich.

10. Praktische Design-Fallstudie

Szenario:Entwurf einer Innenraum-Dachleuchte für einen Pkw. Die Anforderung ist eine gleichmäßige, helle weiße Beleuchtung.

Designschritte:

1. LED-Auswahl:Die 2820-C03501H-AM Serie wird aufgrund ihrer Helligkeit, Automotive-Tauglichkeit und kompakten Größe gewählt.
2. Anzahl & Anordnung:Basierend auf dem erforderlichen Lichtniveau (Lumen) wird die benötigte Anzahl LEDs berechnet. Zum Beispiel könnten für 500 Lumen 5 LEDs aus dem J2-Bin (110-120 lm pro Stück) benötigt werden. Sie würden linear oder in einer Gruppe auf der Leiterplatte angeordnet.
3. Thermisches Design:Die Leiterplatte ist mit einer 2-Unzen-Kupferschicht ausgelegt. Ein dediziertes thermisches Pad-Layout entsprechend der Datenblattempfehlung wird verwendet, mit einer Anordnung von thermischen Durchkontaktierungen, die es mit einer großen Kupferfläche auf der Unterseite verbinden, die als Wärmeverteiler dient. Die Derating-Kurve wird geprüft: Wenn die Kabinenumgebung 85°C erreichen kann, könnte die Lötpad-Temperatur (T_S) auf etwa 95°C geschätzt werden. Die Derating-Kurve zeigt, dass der zulässige Strom immer noch über 350 mA liegt, daher ist das Design thermisch solide.
4. Elektrisches Design:Ein automotive-qualifizierter Abwärtswandler-LED-Treiber-IC wird ausgewählt, um die Fahrzeugbatteriespannung von 12V in einen konstanten 350-mA-Ausgang für die Reihenschaltung von 5 LEDs umzuwandeln. Die Gesamt-Durchlassspannung der Reihe beträgt etwa 16,25V (5 * 3,25V), was im Arbeitsbereich eines typischen Abwärtswandlers von 12V Eingang liegt.
5. Optisches Design:Eine Streuscheibe oder Abdeckung wird über dem LED-Array platziert, um die einzelnen Lichtquellen zu einem gleichmäßigen Flächenlicht zu vermischen, wobei der 120°-Abstrahlwinkel jeder LED genutzt wird.

11. Funktionsprinzip

Diese LED ist eine phosphorkonvertierte weiße LED. Der Kern ist ein Halbleiterchip, typischerweise aus Indiumgalliumnitrid (InGaN), der bei Durchlassbetrieb (elektrischer Strom fließt durch ihn) blaues Licht emittiert. Dieses blaue Licht wird teilweise von einer auf oder um den Chip aufgebrachten Schicht aus Phosphormaterial (z.B. mit Cer dotiertes Yttrium-Aluminium-Granat, YAG:Ce) absorbiert. Der Phosphor absorbiert einige der blauen Photonen und emittiert Licht über ein breites Spektrum im gelben Bereich. Die Kombination aus dem verbleibenden blauen Licht und dem konvertierten gelben Licht wird vom menschlichen Auge als weißes Licht wahrgenommen. Der genaue Farbton (kaltweiß, wie in diesem Datenblatt, oder warmweiß) wird durch die Zusammensetzung und Dicke der Phosphorschicht bestimmt.

12. Technologietrends

Die Entwicklung von LEDs für Automotive-Beleuchtung folgt mehreren klaren Trends:

• Erhöhte Lichtausbeute (lm/W):Fortlaufende Verbesserungen im Chipdesign, der Phosphoreffizienz und dem thermischen Management des Gehäuses führen zu mehr Lichtausbeute pro Watt elektrischer Eingangsleistung, was Energieverbrauch und Wärmelast reduziert.
• Höhere Leistungsdichte & Miniaturisierung:Produkte wie das 2820-Gehäuse mit über 100 Lumen repräsentieren den Trend, mehr Leistung in kleinere Footprints zu packen, was schlankere und kompaktere Beleuchtungsdesigns ermöglicht.
• Verbesserte Zuverlässigkeit und Robustheit:Standards wie AEC-Q102 werden zur Grundvoraussetzung. Weitere Entwicklungen konzentrieren sich auf die Verbesserung der Widerstandsfähigkeit gegen spezifische Automotive-Belastungen wie schwefelhaltige Atmosphären (adressiert durch den Schwefeltest Klasse A1 in diesem Datenblatt) und galvanische Korrosion.
• Intelligente und adaptive Beleuchtung:Während dies eine einfache Komponenten-LED ist, bewegt sich die Industrie hin zu integrierten Modulen mit eingebauten Treibern, Controllern und Kommunikationsschnittstellen (wie LIN oder CAN) für adaptive Frontlichtsysteme (AFS) und dynamische Innenraumbeleuchtung.
• Farbabstimmung und -qualität:Es gibt einen Fokus auf das Erreichen höherer Farbwiedergabeindex (CRI)-Werte und präziserer Farbpunktkontrolle (engere Bins) für bessere ästhetische Qualität und Sicherheit in Automotive-Umgebungen.