2820 SMD LED Datenblatt - Gehäuse 2,8x2,0mm - Bernsteinfarbe - 3,0V typ. - 0,45W @ 150mA - Technische Dokumentation

1. Produktübersicht

Die 2820-PA1501M-AM Serie ist eine leistungsstarke, oberflächenmontierbare LED, die primär für anspruchsvolle Automotive-Beleuchtungsanwendungen konzipiert ist. Sie nutzt eine Phosphor-Konversionstechnologie zur Erzeugung einer stabilen Bernsteinfarb-Ausgabe. Das Bauteil ist in einem kompakten 2,8mm x 2,0mm SMD-Gehäuse untergebracht und bietet eine gute Balance zwischen Größe und Lichtausbeute. Zu den Kernvorteilen zählen die Konformität mit dem strengen Automotive-Qualifikationsstandard AEC-Q102, ein hoher elektrostatischer Entladungsschutz (ESD) von 8KV (HBM) sowie die Einhaltung von Umweltvorschriften wie RoHS, REACH und halogenfreien Anforderungen. Der Zielmarkt ist die Automotive-Innen- und Außenbeleuchtung, wo Zuverlässigkeit, Farbkonstanz und Leistung unter rauen Bedingungen von größter Bedeutung sind.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Fotometrische und elektrische Kenngrößen

Die Leistung der LED wird bei einem Standard-Prüfstrom von 150 mA charakterisiert. Der typische Lichtstrom beträgt 45 Lumen (lm), mit einem Minimum von 39 lm und einem Maximum von 60 lm gemäß der Binning-Struktur. Die Durchlassspannung (Vf) bei diesem Strom beträgt typischerweise 3,00 Volt, im Bereich von 2,75V bis 3,5V. Dieser Parameter ist entscheidend für das Treiberdesign und das thermische Management. Das Bauteil bietet einen weiten Abstrahlwinkel von 120 Grad für eine breite und gleichmäßige Lichtverteilung. Die Farbkoordinaten liegen bei etwa CIE x=0,575 und CIE y=0,418 und definieren den spezifischen Bernsteinton. Alle fotometrischen Messungen haben eine Toleranz von ±8%, Durchlassspannungsmessungen eine Toleranz von ±0,05V.

2.2 Absolute Maximalwerte und thermische Eigenschaften

Um langfristige Zuverlässigkeit zu gewährleisten, darf das Bauteil nicht über seine absoluten Maximalwerte betrieben werden. Der maximale Dauer-Durchlassstrom beträgt 350 mA, mit einer Spitzen-Stoßstromfähigkeit (tp ≤ 10 μs) von 750 mA. Die maximale Verlustleistung liegt bei 1225 mW. Die Sperrschichttemperatur (Tj) darf 150°C nicht überschreiten, der Betriebstemperaturbereich liegt bei -40°C bis +125°C. Es werden zwei Wärmewiderstandswerte angegeben: Der reale Wärmewiderstand von der Sperrschicht zum Lötpunkt (Rth JS real) beträgt maximal 22 K/W, während der elektrisch abgeleitete Wert (Rth JS el) maximal 15 K/W beträgt. Diese Werte sind entscheidend für die Berechnung der erforderlichen Kühlung, um Tj während des Betriebs innerhalb sicherer Grenzen zu halten.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Die LEDs werden in Bins sortiert, um die Konsistenz der Schlüsselparameter für das Anwendungsdesign sicherzustellen.

3.1 Lichtstrom-Binning

Die Lichtstrom-Bins sind mit F3, F4 und F5 bezeichnet. Der F3-Bin umfasst einen Lichtstrom von 39 lm bis 45 lm, F4 von 45 lm bis 52 lm und F5 von 52 lm bis 60 lm. Dies ermöglicht es Designern, LEDs basierend auf dem für ihre spezifische Anwendung erforderlichen Helligkeitsniveau auszuwählen.

3.2 Durchlassspannungs-Binning

Spannungs-Bins helfen dabei, LEDs für die Stromaufteilung in Multi-LED-Arrays abzugleichen. Die Bins sind 2730 (2,75V - 3,00V), 3032 (3,00V - 3,25V) und 3235 (3,25V - 3,50V). Die Verwendung von LEDs aus demselben oder eng benachbarten Spannungs-Bin minimiert Stromungleichgewichte.

3.3 Farb-Binning

Die Bernsteinfarbe wird innerhalb von zwei Haupt-Bins streng kontrolliert: YA und YB. Jeder Bin ist durch einen viereckigen Bereich im CIE-1931-Farbdiagramm definiert. Die Bins YA und YB haben spezifische Koordinatengrenzen, die sicherstellen, dass die emittierte Bernsteinfarbe innerhalb eines visuell konsistenten und akzeptablen Bereichs liegt. Die angegebenen typischen Koordinaten (x=0,575, y=0,418) dienen als zentraler Referenzpunkt.

4. Analyse der Leistungskurven

4.1 IV-Kennlinie und relativer Lichtstrom

Die Kennlinie "Durchlassstrom vs. Durchlassspannung" zeigt die für LEDs typische exponentielle Beziehung. Bei 150 mA liegt Vf bei etwa 3,0V. Die Kurve "Relativer Lichtstrom vs. Durchlassstrom" zeigt, dass die Lichtausbeute unterlinear mit dem Strom ansteigt. Während ein Betrieb mit höheren Strömen mehr Licht liefert, erzeugt dies auch mehr Wärme, was Effizienz und Lebensdauer beeinflusst.

4.2 Temperaturabhängigkeit

Die Leistungsdiagramme in Abhängigkeit von der Sperrschichttemperatur sind für Automotive-Anwendungen entscheidend. Die Kurve "Relativer Lichtstrom vs. Sperrschichttemperatur" zeigt, dass die Lichtausbeute mit steigender Temperatur abnimmt. Bei 125°C beträgt der relative Lichtstrom etwa 70-80% seines Wertes bei 25°C. Die Durchlassspannung hat einen negativen Temperaturkoeffizienten und nimmt linear mit steigender Temperatur ab. Die Diagramme zur Verschiebung der Farbkoordinaten zeigen minimale Änderungen sowohl mit steigendem Strom als auch mit steigender Temperatur, was auf eine gute Farbstabilität hindeutet.

4.3 Spektrale Verteilung und Abstrahlcharakteristik

Das Diagramm der relativen spektralen Verteilung bestätigt ein für Bernstein-LEDs typisches, durch Phosphor konvertiertes Spektrum mit einem breiten Emissionspeak. Das Abstrahlwinkeldiagramm veranschaulicht das lambertstrahlerähnliche Abstrahlmuster mit einer Halbwertsbreite (FWHM) von 120°, was die breite, gleichmäßige Lichtverteilung bestätigt.

4.4 Derating und Pulsbelastbarkeit

Die Derating-Kurve für den Durchlassstrom gibt den maximal zulässigen Dauerstrom in Abhängigkeit von der Lötpunkttemperatur (Ts) vor. Bei Ts=125°C beträgt der maximale IF beispielsweise 350 mA. Die Kurve schreibt einen minimalen Betriebsstrom von 20 mA vor. Das Diagramm zur zulässigen Pulsbelastbarkeit definiert den für sehr kurze Pulsbreiten (tp) und verschiedene Tastverhältnisse (D) erlaubten Spitzenpulsstrom (IFP), was für PWM-Dimmung oder Blitzanwendungen nützlich ist.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Abmessungen

Das LED-Gehäuse hat die Abmessungen 2,8mm Länge und 2,0mm Breite. Die mechanische Zeichnung liefert detaillierte Maße einschließlich Gesamthöhe, Linsengeometrie und Anschlussabmessungen. Sofern nicht anders angegeben, betragen alle Toleranzen ±0,1mm. Die kompakte Größe ermöglicht hochdichte PCB-Layouts.

5.2 Empfohlenes Lötpad-Layout

Ein Land-Pattern-Design wird bereitgestellt, um eine zuverlässige Lötung und optimale thermische Leistung zu gewährleisten. Das Design umfasst Pads für die beiden elektrischen Anschlüsse und ein zentrales thermisches Pad. Das thermische Pad ist für einen effizienten Wärmetransport von der LED-Sperrschicht zur Leiterplatte unerlässlich. Die Einhaltung dieses empfohlenen Layouts hilft, "Tombstoning" zu verhindern, verbessert die Zuverlässigkeit der Lötstellen und maximiert die Wärmeableitung.

5.3 Polaritätskennzeichnung

Die Kathode ist typischerweise auf dem Bauteil markiert, oft durch eine Kerbe, einen Punkt oder eine grüne Markierung auf der Gehäuseunterseite, wie in der mechanischen Zeichnung angegeben. Die korrekte Polarisationsausrichtung während der Montage ist zwingend erforderlich, um eine Beschädigung des Bauteils zu verhindern.

6. Richtlinien für Lötung und Montage

6.1 Reflow-Lötprofil

Die LED ist für eine maximale Löttemperatur von 260°C für 30 Sekunden ausgelegt. Ein detailliertes Reflow-Profil sollte eingehalten werden, typischerweise bestehend aus Aufheizphase, Temperaturhaltephase, Reflow-Phase (mit einer Spitzentemperatur von max. 260°C) und Abkühlphase. Das Profil muss mit den JEDEC-Standards für Bauteile der Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe (MSL) 2 kompatibel sein, was bedeutet, dass das Bauteil vor dem Reflow gebacken werden muss, wenn es länger als seine "Floor Life" Umgebungsbedingungen ausgesetzt war.

6.2 Anwendungshinweise

Wichtige Vorsichtsmaßnahmen umfassen: Vermeidung mechanischer Belastung der Linse, Verhinderung von Kontamination der optischen Oberfläche, Anwendung geeigneter ESD-Handhabungsverfahren und Sicherstellung, dass PCB und Lotpaste sauber sind, um schwefelinduzierte Korrosion zu verhindern (das Bauteil erfüllt Schwefeltest Klasse A1).

6.3 Lagerbedingungen

Der Lagertemperaturbereich liegt bei -40°C bis +125°C. Für die Langzeitlagerung sollten die Bauteile in ihrer original Feuchtigkeitssperrbeutel mit Trockenmittel aufbewahrt werden, wenn der Beutel geöffnet wurde und die Expositionszeit die MSL-2-Floor-Life überschritten hat.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Verpackungsspezifikationen

Die LEDs werden auf Gurt und Rolle für die automatisierte Montage geliefert. Die Verpackungsinformationen geben Details zu Rollenabmessungen, Gurtbreite, Taschenabstand und Ausrichtung der Bauteile auf dem Gurt an.

7.2 Artikelnummer und Modellbezeichnung

Die Artikelnummer 2820-PA1501M-AM folgt einer logischen Struktur: "2820" bezeichnet die Gehäusegröße, "PA" steht wahrscheinlich für Phosphor-konvertiertes Bernstein (Phosphor-converted Amber), "150" bezieht sich möglicherweise auf den Nennprüfstrom in mA, "1M" könnte ein spezifisches Lichtstrom-/Farb-Bin oder eine Version bezeichnen, und "AM" bestätigt die Bernsteinfarbe. Die Bestellinformation ermöglicht die Auswahl spezifischer Bins für Lichtstrom (F3/F4/F5) und Durchlassspannung (2730/3032/3235), um präzise Anwendungsanforderungen zu erfüllen.

8. Anwendungsempfehlungen

8.1 Typische Anwendungsszenarien

Die primäre Anwendung ist die Automotive-Beleuchtung. Dazu gehören Innenanwendungen wie Instrumententafel-Hintergrundbeleuchtung, Schalterbeleuchtung und Ambientebeleuchtung. Außenanwendungen umfassen Seitenmarkierungsleuchten, Blinkergeber (abhängig von lokalen Vorschriften und erforderlicher Lichtstärke) und Tagfahrleuchten (DRL), wenn sie in Clustern oder mit geeigneter Optik verwendet werden.

8.2 Design-Überlegungen

Designer müssen mehrere Faktoren berücksichtigen:Thermisches Management:Nutzen Sie die Wärmewiderstandswerte und die Derating-Kurve, um einen angemessenen PCB-Kühlkörper (Kupferfläche) zu entwerfen, und ziehen Sie gegebenenfalls die Verwendung von Metallkern-Leiterplatten (MCPCB) für Hochleistungs- oder Hochtemperaturanwendungen in Betracht.Stromversorgung:Verwenden Sie einen Konstantstromtreiber für eine stabile Lichtausgabe. Der Treiber sollte so ausgelegt sein, dass er den Durchlassspannungs-Bin-Bereich abdeckt.Optik:Der 120°-Abstrahlwinkel kann sekundäre Optiken (Linsen, Lichtleiter) erfordern, um gewünschte Lichtverteilungen für spezifische Anwendungen zu erreichen.PCB-Layout:Halten Sie sich eng an das empfohlene Lötpad-Design, insbesondere für die Verbindung des thermischen Pads, das mit einer großen Kupferfläche und mehreren Durchkontaktierungen zu inneren oder unteren Lagen zur Wärmeverteilung verbunden werden sollte.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu Standard-LEDs für den kommerziellen Bereich unterscheidet sich die 2820-PA1501M-AM Serie durch ihre Automotive-Qualifikation (AEC-Q102). Dies beinhaltet strengere Tests hinsichtlich Temperaturwechsel, Feuchtigkeitsbeständigkeit, Hochtemperatur-Lebensdauer (HTOL) und anderen Belastungen. Die 8KV-ESD-Bewertung ist höher als bei typischen kommerziellen Bauteilen. Ihre Schwefelbeständigkeit (Klasse A1) ist ein Schlüsselvorteil in Automotive- und Industrieumgebungen, wo atmosphärischer Schwefel versilberte Bauteile korrodieren kann. Die Kombination einer relativ hohen Lichtstromausbeute (45 lm typ.) aus einem kleinen 2820-Gehäuse bietet eine gute Lichtausbeute und Designflexibilität.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Kann ich diese LED dauerhaft mit 350 mA betreiben?

A: Sie können sie nur mit 350 mA betreiben, wenn die Lötpunkttemperatur (Ts) gemäß der Derating-Kurve bei oder unter 25°C liegt. In einer realen Anwendung mit höherer Ts wird der maximal zulässige Dauerstrom niedriger sein. Konsultieren Sie stets die Derating-Kurve.

F: Was ist der Unterschied zwischen Rth JS real und Rth JS el?

A: Rth JS real wird mit einem temperaturabhängigen Parameter (wie der Durchlassspannung) gemessen und repräsentiert den tatsächlichen Wärmepfad. Rth JS el wird aus elektrischen Parametern berechnet und ist oft niedriger. Für ein konservatives thermisches Design verwenden Sie den höheren Rth JS real-Wert (max. 22 K/W).

F: Wie wähle ich den richtigen Bin aus?

A: Für Anwendungen, die konstante Helligkeit erfordern, geben Sie ein enges Lichtstrom-Bin an (z.B. F4). Für Arrays, bei denen die Stromaufteilung kritisch ist, geben Sie ein enges Durchlassspannungs-Bin an. Für farbkritische Anwendungen geben Sie das Farb-Bin (YA oder YB) an.

F: Ist diese LED für PWM-Dimmung geeignet?

A: Ja, das Diagramm zur Pulsbelastbarkeit zeigt, dass sie hohe Spitzenströme bei niedrigen Tastverhältnissen verarbeiten kann. Stellen Sie sicher, dass Pulsbreite und Frequenz innerhalb der spezifizierten Grenzen liegen, um Überhitzung zu vermeiden.

11. Praktische Design- und Anwendungsbeispiele

Beispiel 1: Automotive-Innenraum-Ambientebeleuchtungsstreifen:Ein Design verwendet 20 LEDs in Reihe auf einer flexiblen Leiterplatte. Der Designer wählt den F4-Lichtstrom-Bin für gleichmäßige Helligkeit und den 3032-Spannungs-Bin für gute Abstimmung. Ein Konstantstromtreiber mit 150 mA wird verwendet. Die flexible Leiterplatte ist zur Kühlung an einem Metallchassis befestigt, wodurch Ts unter 80°C gehalten wird, was gemäß der Derating-Kurve einen sicheren Betriebsstrom ermöglicht.

Beispiel 2: Externe Seitenmarkierungsleuchte:Das Design verwendet 3 LEDs. Aufgrund höherer Umgebungstemperaturen im Motorraum verwendet der Designer eine Metallkern-Leiterplatte (MCPCB). Eine thermische Simulation wird mit Rth JS real = 22 K/W und der erwarteten Umgebungstemperatur durchgeführt, um sicherzustellen, dass Tj unter 125°C bleibt. Der weite 120°-Abstrahlwinkel macht eine sekundäre Diffusorlinse überflüssig und vereinfacht das Gehäusedesign.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Diese LED ist ein Phosphor-Konversionstyp. Der Halbleiterchip emittiert Licht mit einer kurzen Wellenlänge (typischerweise blau oder nahe UV). Dieses Licht wird von einer auf oder um den Chip aufgebrachten Phosphorschicht absorbiert. Der Phosphor emittiert dann Licht mit längeren Wellenlängen. Durch sorgfältige Auswahl der Phosphorzusammensetzung wird das kombinierte Licht von Chip und Phosphor als Bernstein wahrgenommen. Diese Methode ermöglicht eine präzise Kontrolle des Farbpunkts und bietet oft eine bessere Stabilität und Konsistenz im Vergleich zu direkt emittierenden farbigen LEDs (wie AlInGaP für Bernstein/Rot). Das SMD-Gehäuse integriert den Chip, den Phosphor und eine geformte Silikon- oder Epoxidharzlinse, die die Lichtausgabe formt und Umweltschutz bietet.

13. Technologietrends und Entwicklungen

Der Trend in der Automotive-LED-Beleuchtung geht hin zu höherer Effizienz (mehr Lumen pro Watt), größerer Leistungsdichte (mehr Licht aus kleineren Gehäusen) und verbesserter Zuverlässigkeit unter extremen Bedingungen. Die Phosphortechnologie schreitet weiter voran und bietet höhere Konversionseffizienz und bessere Farbstabilität über Temperatur und Zeit. Gehäusetechnologien entwickeln sich weiter, um die thermische Leistung zu verbessern und höhere Treiberströme ohne Kompromisse bei der Lebensdauer zu ermöglichen. Darüber hinaus ist die Integration von Treiberelektronik und mehreren LED-Chips in einzelne Module ein wachsender Trend. Die Einhaltung von Standards wie AEC-Q102 und spezifischen Schwefelbeständigkeitstests spiegelt das Bestreben der Industrie nach quantifizierter und garantierter Zuverlässigkeit in rauen Automotive-Umgebungen wider.