Inhaltsverzeichnis
- 1. Produktübersicht
- 1.1 Kernmerkmale und Konformität
- 2. Analyse der technischen Parameter
- 2.1 Lichttechnische und optische Kenngrößen
- 2.2 Elektrische Kenngrößen
- 2.3 Thermische und Zuverlässigkeitsbewertungen
- 3. Erläuterung des Binning-Systems
- 3.1 Lichtstrom-Binning
- 3.2 Durchlassspannungs-Binning
- 3.3 Binning der dominanten Wellenlänge
- 4. Analyse der Leistungskurven
- 4.1 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (IV-Kurve)
- 4.2 Relativer Lichtstrom vs. Durchlassstrom
- 4.3 Temperaturabhängigkeitsdiagramme
- 4.4 Stromreduzierkurve (Derating-Kurve)
- 4.5 Zulässige Pulsbelastbarkeit
- 4.6 Spektrale Verteilung und Abstrahlcharakteristik
- 5. Mechanische und Verpackungsinformationen
- 5.1 Mechanische Abmessungen
- 5.2 Empfohlene Lötpastenlayout
- 6. Richtlinien für Lötung und Bestückung
- 6.1 Reflow-Lötprofil
- 6.2 Vorsichtsmaßnahmen für die Verwendung
- 7. Verpackungs- und Bestellinformationen
- 7.1 Artikelnummern-Dekodierung
- 7.2 Farbcode-Referenz
- 7.3 Verpackungsinformationen
- 8. Anwendungsvorschläge und Designüberlegungen
- 8.1 Typische Anwendungsszenarien
- 8.2 Designüberlegungen
- 9. Technischer Vergleich und Differenzierung
- 10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)
- 11. Design- und Anwendungs-Fallstudie
- 12. Einführung in das Funktionsprinzip
- 13. Technologietrends und Kontext
1. Produktübersicht
Die 2820-SR2001M-AM Serie repräsentiert eine hochleistungsfähige, oberflächenmontierbare LED-Komponente, die speziell für anspruchsvolle Automotive-Beleuchtungsumgebungen entwickelt wurde. Dieses Bauteil gehört zu einer Produktfamilie, die sich durch ihren kompakten 2820-Fußabdruck (2.8mm x 2.0mm) auszeichnet und ein überzeugendes Gleichgewicht zwischen Lichtausbeute, Zuverlässigkeit und Bauform bietet. Der Hauptanwendungsbereich ist die Automotive-Beleuchtung, wo konstante Leistung unter rauen Bedingungen von größter Bedeutung ist. Zu den Hauptvorteilen zählen die Einhaltung strenger Automotive-Qualifikationsstandards wie AEC-Q102, eine robuste Bauweise für hochzuverlässige Lötprozesse sowie ein für das Wärmemanagement optimiertes Design, das eine stabile Lichtleistung über den gesamten Betriebstemperaturbereich sicherstellt.
1.1 Kernmerkmale und Konformität
Die LED ist in einem standardmäßigen SMD-Gehäuse (Surface Mount Device) verpackt, was automatisierte Bestückungsprozesse erleichtert. Sie emittiert im Super-Rot-Spektrum mit einer typischen dominanten Wellenlänge von 632 Nanometern. Eine primäre Leistungskennzahl ist ihr typischer Lichtstrom von 27 Lumen bei einem Durchlassstrom von 200 Milliampere. Das Bauteil bietet einen weiten Abstrahlwinkel von 120 Grad für eine breite Ausleuchtung. Es ist mit einer gewissen Robustheit gegenüber elektrostatischen Entladungen ausgelegt und für 2kV (Human Body Model) spezifiziert. Die Komponente ist mit MSL 2 (Moisture Sensitivity Level 2) bewertet, was ihre Lagerfähigkeit und Handhabungsanforderungen vor dem Reflow-Löten angibt. Entscheidend ist, dass sie gemäß dem AEC-Q102 Rev A Standard qualifiziert ist, dem Belastungstest-Standard für diskrete optoelektronische Halbleiter in Automotive-Anwendungen. Sie erfüllt außerdem die Schwefeltest-Kriterien Klasse A1, was Widerstandsfähigkeit gegen korrosive, schwefelhaltige Atmosphären bietet. Das Produkt ist konform mit der RoHS- (Beschränkung gefährlicher Stoffe) und REACH-Verordnung und wird halogenfrei hergestellt, wobei der Brom- und Chlorgehalt unter spezifizierten Grenzwerten liegt (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm).
2. Analyse der technischen Parameter
Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Interpretation der im Datenblatt definierten Schlüsselparameter für elektrische, optische und thermische Eigenschaften und erläutert deren Bedeutung für Entwicklungsingenieure.
2.1 Lichttechnische und optische Kenngrößen
Die primäre optische Kenngröße ist derLichtstrom (Iv)mit einem typischen Wert von 27 Lumen bei einem Durchlassstrom (IF) von 200mA. Die Minimal- und Maximalwerte sind unter derselben Bedingung mit 20 lm bzw. 33 lm spezifiziert. Diese Spanne steht in direktem Zusammenhang mit der später erläuterten Binning-Struktur. Diedominante Wellenlänge (λd)beträgt typischerweise 632 nm und definiert die wahrgenommene Farbe des Super-Roten Lichts, mit einer Spanne von 627 nm bis 639 nm. DerAbstrahlwinkel (φ)ist mit 120 Grad spezifiziert. Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke die Hälfte der Spitzenlichtstärke beträgt. Dieser weite Winkel ist vorteilhaft für Anwendungen, die diffuse oder Flächenbeleuchtung anstelle eines fokussierten Strahls erfordern.
2.2 Elektrische Kenngrößen
DieDurchlassspannung (VF)ist ein kritischer Parameter für das Treiberdesign. Bei 200mA beträgt die typische VF 2,3 Volt, mit einer Spanne von 2,00V bis 2,75V. Diese Varianz erfordert ein geeignetes Spannungs-Binning für eine konsistente Systemleistung. DerDurchlassstrom (IF)hat einen empfohlenen Betriebsbereich von 25mA bis 250mA, wobei 200mA die Testbedingung für die meisten Spezifikationen ist. Das Überschreiten des absoluten Maximalwerts von 250mA kann zu dauerhaften Schäden führen. Das Bauteil istnicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt, was bedeutet, dass das Anlegen einer Sperrspannung zu einem sofortigen Ausfall führen kann; daher ist ein Schaltungsschutz (z.B. eine Seriendiode in parallelen Arrays) unerlässlich, wenn eine Sperrvorspannung möglich ist.
2.3 Thermische und Zuverlässigkeitsbewertungen
Das Wärmemanagement ist entscheidend für die Lebensdauer und Leistung der LED. DerWärmewiderstandvon der Sperrschicht zum Lötpunkt wird durch zwei Werte angegeben: ein realer Wärmewiderstand (Rth JS real) von 18 K/W (typ.) und ein elektrisch abgeleiteter Wert (Rth JS el) von 12 K/W (typ.). Entwickler sollten den realen Wärmewiderstand für genauere Sperrschichttemperatur-Berechnungen verwenden. DieSperrschichttemperatur (TJ)darf 150°C nicht überschreiten. DerBetriebstemperaturbereich (Topr)reicht von -40°C bis +125°C und ist damit für Automotive-Anwendungen im Motorraum und außen geeignet. DieVerlustleistung (Pd)beträgt absolut maximal 687,5 mW. Das Bauteil kann einenStoßstrom (IFM)von 1000 mA für sehr kurze Pulse (t <= 10 μs, Tastverhältnis 0,005) verkraften, was für Einschalt- oder Transientenbedingungen relevant ist. Die maximaleReflow-Löttemperaturbeträgt 260°C für 30 Sekunden und definiert das Spitzentemperaturprofil während der Bestückung.
3. Erläuterung des Binning-Systems
Um Farb- und Helligkeitskonsistenz in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs in Bins sortiert. Die 2820-SR2001M-AM verwendet ein dreidimensionales Binning-System.
3.1 Lichtstrom-Binning
Der Lichtstrom wird in drei Bins sortiert: E8 (20-23 lm), E9 (23-27 lm) und F1 (27-33 lm). Das "M" in der Artikelnummer zeigt einen mittleren Helligkeitsgrad an, der typischerweise dem zentralen Bin (E9) entspricht. Entwickler müssen das geeignete Bin basierend auf der für ihre Anwendung erforderlichen Mindestlichtleistung auswählen und dabei die 8%ige Messtoleranz berücksichtigen.
3.2 Durchlassspannungs-Binning
Die Durchlassspannung wird gebinnt, um das Stromabgleich zu unterstützen, insbesondere wenn LEDs parallel geschaltet sind. Die Bins sind: 2022 (2,00-2,25V), 2225 (2,25-2,50V) und 2527 (2,50-2,75V). Die Verwendung von LEDs aus demselben Spannungs-Bin in einer Parallelschaltung hilft, eine gleichmäßigere Stromverteilung und Helligkeit zu gewährleisten.
3.3 Binning der dominanten Wellenlänge
Die Farbkonsistenz wird durch Bins für die dominante Wellenlänge gesteuert, die in 3nm-Schritten gruppiert sind: 2730 (627-630 nm), 3033 (630-633 nm), 3336 (633-636 nm) und 3639 (636-639 nm). Der typische Wert von 632 nm fällt in die Bins 3033 oder 3336. Für Anwendungen, bei denen eine präzise Farbabstimmung kritisch ist, ist die Spezifikation eines engen Wellenlängen-Bins erforderlich.
4. Analyse der Leistungskurven
Das Datenblatt enthält mehrere Diagramme, die das Verhalten des Bauteils unter variierenden Bedingungen veranschaulichen, was für ein robustes Systemdesign unerlässlich ist.
4.1 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (IV-Kurve)
Das Diagramm zeigt die exponentielle Beziehung zwischen Durchlassstrom und Durchlassspannung. Am typischen Arbeitspunkt von 200mA beträgt die Spannung etwa 2,3V. Diese Kurve ist entscheidend für den Entwurf der strombegrenzenden Schaltung, egal ob ein einfacher Widerstand oder ein Konstantstromtreiber verwendet wird. Die Steigung gibt den dynamischen Widerstand der LED an.
4.2 Relativer Lichtstrom vs. Durchlassstrom
Dieses Diagramm zeigt, dass die Lichtleistung bis zu einem gewissen Punkt überlinear mit dem Strom ansteigt. Während ein Betrieb mit höheren Strömen mehr Licht liefert, erzeugt dies auch mehr Wärme, was den Wirkungsgrad und die Lebensdauer reduzieren kann. Der 200mA-Testpunkt stellt für dieses Bauteil einen guten Kompromiss zwischen Ausgangsleistung und Zuverlässigkeit dar.
4.3 Temperaturabhängigkeitsdiagramme
Drei wichtige Diagramme zeigen die Leistungsvariation mit der Sperrschichttemperatur:Relative Durchlassspannung vs. Sperrschichttemperaturzeigt, dass VF linear mit steigender Temperatur abnimmt (ca. -2 mV/°C), was für eine grobe Temperaturerfassung genutzt werden kann.Relativer Lichtstrom vs. Sperrschichttemperaturzeigt, dass die Lichtleistung mit steigender Temperatur abnimmt, eine Eigenschaft aller LEDs. Eine effektive Wärmeableitung ist erforderlich, um eine stabile Helligkeit aufrechtzuerhalten.Relative Wellenlängenverschiebung vs. Sperrschichttemperaturzeigt an, dass sich die dominante Wellenlänge leicht mit der Temperatur verschiebt (typisch 0,1 nm/°C für rote LEDs), was für die meisten Anwendungen normalerweise vernachlässigbar ist, aber für farbkritische Anwendungen relevant sein kann.
4.4 Stromreduzierkurve (Derating-Kurve)
Dies ist eines der kritischsten Diagramme für die Zuverlässigkeit. Es zeigt den maximal zulässigen Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Lötpastentemperatur. Mit steigender Lötpastentemperatur nimmt der maximal zulässige Strom linear ab. Beispielsweise beträgt bei der maximalen Lötpastentemperatur von 125°C der maximal erlaubte Strom 250mA (der absolute Maximalwert). Um eine lange Lebensdauer zu gewährleisten, wird empfohlen, deutlich unter dieser Derating-Linie zu arbeiten. Die Kurve gibt auch einen minimalen Betriebsstrom von 25mA an.
4.5 Zulässige Pulsbelastbarkeit
Dieses Diagramm definiert den maximal zulässigen nicht-wiederholenden oder wiederholenden Pulsstrom für eine gegebene Pulsbreite (tp) und ein gegebenes Tastverhältnis (D). Es ermöglicht Entwicklern, die Fähigkeit der LED zu verstehen, kurze, hochstromstarke Pulse zu verarbeiten, was für PWM-Dimmung oder Transientenbedingungen nützlich ist. Die Kurven zeigen, dass für sehr kurze Pulse (z.B. 10 μs) der Strom den DC-Maximalwert deutlich überschreiten kann.
4.6 Spektrale Verteilung und Abstrahlcharakteristik
Das Diagramm der relativen spektralen Verteilung zeigt einen schmalen Peak um 632 nm, charakteristisch für eine hocheffiziente rote LED. Das typische Diagramm der Abstrahlcharakteristik (im vorliegenden Auszug nicht vollständig detailliert, aber referenziert) würde die räumliche Lichtverteilung veranschaulichen und den 120°-Abstrahlwinkel mit einem Lambert'schen oder ähnlichen Muster bestätigen.
5. Mechanische und Verpackungsinformationen
5.1 Mechanische Abmessungen
Die LED verwendet das standardmäßige 2820-Gehäuse. Die Abmessungen sind in einer detaillierten Zeichnung angegeben (implizit durch Abschnitt 3). Zu den Hauptmerkmalen gehören die Gesamtlänge und -breite (2,8mm x 2,0mm), die Linsengeometrie und die Position der Kathoden- und Anodenanschlüsse. Die Kathode ist typischerweise durch eine visuelle Markierung wie eine Kerbe, eine abgeschnittene Ecke oder einen Punkt auf dem Gehäuse gekennzeichnet. Toleranzen für nicht-kritische Abmessungen betragen ±0,1mm.
5.2 Empfohlene Lötpastenlayout
Abschnitt 4 bietet ein Land Pattern Design für die Leiterplatte. Die Einhaltung dieses empfohlenen Footprints ist entscheidend für zuverlässiges Löten, einen ordnungsgemäßen Wärmetransport und die Vermeidung von "Tombstoning" während des Reflow. Das Design umfasst Pads für die beiden elektrischen Anschlüsse und ein zentrales thermisches Pad. Das thermische Pad ist wesentlich, um Wärme von der LED-Sperrschicht zur Kupferfläche der Leiterplatte abzuleiten, die als Kühlkörper dient. Die Abmessungen stellen die korrekte Ausbildung der Lötfilets und die Bauteilausrichtung sicher.
6. Richtlinien für Lötung und Bestückung
6.1 Reflow-Lötprofil
Das Bauteil ist mit standardmäßigen Infrarot- oder Konvektions-Reflow-Lötprozessen kompatibel. Die spezifizierte Maximalbedingung ist eine Spitzentemperatur von 260°C für 30 Sekunden. Es sollte ein typisches bleifreies Profil verwendet werden, bei dem Vorwärm-, Halte-, Reflow- und Abkühlphasen sorgfältig gesteuert werden, um thermischen Schock zu vermeiden und eine ordnungsgemäße Lötstellenbildung sicherzustellen. Die MSL-2-Bewertung bedeutet, dass die Komponente gebacken werden muss, wenn sie vor dem Reflow länger als ihre spezifizierte Lagerfähigkeitsdauer (typisch 1 Jahr bei Lagerung bei <10% RH und <30°C) der Umgebungsluft ausgesetzt war.
6.2 Vorsichtsmaßnahmen für die Verwendung
Allgemeine Handhabungsvorsichtsmaßnahmen gelten: Vermeiden Sie mechanische Belastung der Linse, schützen Sie vor elektrostatischen Entladungen durch geeignete ESD-Maßnahmen (auch bei der 2kV-Bewertung) und lagern Sie unter trockenen, kontrollierten Bedingungen gemäß der MSL-Bewertung. Stellen Sie während des Lötens sicher, dass das thermische Pad guten Kontakt mit dem Leiterplattenpad hat, um die Wärmeableitung zu maximieren.
7. Verpackungs- und Bestellinformationen
7.1 Artikelnummern-Dekodierung
Die Artikelnummer2820-SR2001M-AMist wie folgt aufgebaut:2820: Produktfamilie und Gehäusegröße (2,8mm x 2,0mm).SR: Farbcode für Super Rot.200: Teststrom in Milliampere (200mA).1: Bondrahmentyp (1 = vergoldet).M: Helligkeitsstufe (M = Mittel, entspricht einem bestimmten Lichtstrom-Bin).AM: Kennzeichnet Automotive-Anwendung und -Qualifikation.
7.2 Farbcode-Referenz
Das Datenblatt enthält eine umfassende Tabelle, die Farbsymbole Beschreibungen zuordnet (z.B. SR=Super Rot, UR=Rot, UG=Grün, UB=Blau, C=Kaltweiß, WW=Warmweiß, PA=Phosphor-konvertiertes Amber). Dies ermöglicht die Identifizierung anderer Varianten in derselben 2820-Gehäusefamilie.
7.3 Verpackungsinformationen
Die LEDs werden auf Tape & Reel für die automatisierte Pick-and-Place-Bestückung geliefert. Standard-Reel-Mengen (z.B. 2000 oder 4000 Stück pro Reel) und Tape-Abmessungen werden angegeben, um die Zuführungen an Bestückungsautomaten korrekt zu konfigurieren.
8. Anwendungsvorschläge und Designüberlegungen
8.1 Typische Anwendungsszenarien
Die Hauptanwendung istAutomotive-Beleuchtung. Dazu gehören:Externe Signalleuchten: Dritte Bremsleuchte (CHMSL), Rückleuchten (Brems-/Schluss-/Blinklicht), Seitenmarkierungsleuchten.Innenraumbeleuchtung: Instrumententafel-Hintergrundbeleuchtung, Schalterbeleuchtung, Ambientebeleuchtung.Fahrerassistenzsysteme (ADAS): Sensorbeleuchtung, bei der eine spezifische Wellenlänge erforderlich ist. Ihre AEC-Q102-Qualifikation, der weite Temperaturbereich und die Schwefelbeständigkeit machen sie für diese rauen Umgebungen geeignet.
8.2 Designüberlegungen
Wärmemanagement: Der kritischste Aspekt. Verwenden Sie den Wärmewiderstand (Rth JS real = 18 K/W), um den Sperrschichttemperaturanstieg über der Leiterplattentemperatur zu berechnen. Sorgen Sie für eine ausreichende Kupferfläche (thermisches Pad) auf der Leiterplatte, gegebenenfalls mit Wärmedurchkontaktierungen zu inneren Lagen oder einer Rückseitenebene, um die Lötpastentemperatur niedrig zu halten. Beachten Sie die Derating-Kurve.Stromversorgung: Verwenden Sie einen Konstantstromtreiber für eine stabile Lichtleistung, insbesondere über den Temperaturbereich. Bei Verwendung eines Vorwiderstands sind die Streuung der Durchlassspannungs-Bins und die Toleranz der Versorgungsspannung zu berücksichtigen.Optik: Der 120°-Abstrahlwinkel kann für bestimmte Anwendungen sekundäre Optiken (Linsen, Lichtleiter) zur Strahlformung erfordern.ESD-Schutz: Implementieren Sie während der Handhabung und Bestückung Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen. In der Schaltung ist eine transiente Spannungsunterdrückung zu erwägen, wenn die LED an lange Leitungen oder störungsbehaftete Automotive-Busse angeschlossen ist.
9. Technischer Vergleich und Differenzierung
Obwohl ein direkter Konkurrenzvergleich nicht im Datenblatt enthalten ist, können die Hauptunterscheidungsmerkmale dieser Serie abgeleitet werden:Automotive-Qualifikation: Die AEC-Q102-Konformität ist ein bedeutendes Unterscheidungsmerkmal gegenüber kommerziellen LEDs und umfasst strenge Belastungstests für Temperaturwechsel, Feuchtigkeit, Hochtemperatur-Lebensdauer usw.Schwefelbeständigkeit: Die Schwefeltest-Kriterien Klasse A1 sind entscheidend für Automotive- und Industrieanwendungen, bei denen atmosphärischer Schwefel silberbasierte Komponenten korrodieren kann.Halogenfrei: Erfüllt Umwelt- und Sicherheitsstandards, die von vielen OEMs gefordert werden.Thermische Leistung: Die spezifizierten Wärmewiderstandswerte ermöglichen im Vergleich zu Teilen, die nur eine maximale Verlustleistung angeben, eine genauere thermische Modellierung.
10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)
F: Welche tatsächliche Helligkeit kann ich erwarten?
A: Der typische Wert beträgt 27 lm bei 200mA. Sie müssen Ihr Design jedoch auf Basis des minimalen Bins aufbauen, das Sie akzeptieren möchten (z.B. 20 lm für Bin E8), um die Systemleistung zu garantieren. Kontaktieren Sie den Lieferanten bezüglich der Verfügbarkeit spezifischer Bins.
F: Kann ich diese LED mit PWM zur Dimmung ansteuern?
A: Ja, LEDs sind ideal für PWM-Dimmung geeignet. Stellen Sie sicher, dass der Spitzenstrom während des "Ein"-Pulses die Bewertungen aus dem Diagramm "Zulässige Pulsbelastbarkeit" für Ihre gewählte Frequenz und Ihr Tastverhältnis nicht überschreitet. Eine Frequenz über 100 Hz wird empfohlen, um sichtbares Flackern zu vermeiden.
F: Wie berechne ich den benötigten Kühlkörper?
A: 1) Bestimmen Sie Ihren Betriebsstrom (z.B. 200mA) und die entsprechende VF (z.B. 2,3V). Leistung = 0,2A * 2,3V = 0,46W. 2) Schätzen oder messen Sie die erwartete Leiterplattentemperatur (Ts) am Lötpad. 3) Verwenden Sie Rth JS real (18 K/W): ΔT_Sperrschicht = Leistung * Rth = 0,46W * 18 K/W ≈ 8,3K. 4) Sperrschichttemperatur Tj = Ts + ΔT_Sperrschicht. Stellen Sie sicher, dass Tj < 150°C und vorzugsweise < 100°C für eine lange Lebensdauer. Verwenden Sie die Derating-Kurve, um zu prüfen, ob Ihr Strom bei Ihrer geschätzten Ts sicher ist.
F: Ist ein strombegrenzender Widerstand ausreichend?
A: Für einfache, nicht-kritische Anwendungen mit einer stabilen Versorgungsspannung (Vcc) kann ein Widerstand verwendet werden: R = (Vcc - VF_LED) / I_F. Wählen Sie VF aus dem maximalen Bin (2,75V), um sicherzustellen, dass der Strom die Grenzwerte nicht überschreitet, falls Sie eine LED mit niedriger VF erhalten. Diese Methode ist ineffizient und die Helligkeit variiert mit Vcc und LED-VF. Für Automotive-Anwendungen wird ein Konstantstromtreiber empfohlen.
11. Design- und Anwendungs-Fallstudie
Szenario: Entwurf einer dritten Bremsleuchte (CHMSL)
Ein Entwickler benötigt 15 LEDs für eine CHMSL. Anforderungen: Hohe Helligkeit für Sichtbarkeit bei Tag, konsistente Farbe, zuverlässiger Betrieb von -40°C bis +85°C Umgebungstemperatur.
Entwurfsschritte:1)Elektrisch: Wählen Sie eine Reihenschaltung (alle 15 LEDs in einer Kette), um identischen Strom zu gewährleisten. Ein Aufwärtswandler-Konstantstromtreiber wird ausgewählt, um ~35V (15 * 2,3V) bei 200mA bereitzustellen. 2)Optisch: Spezifizieren Sie ein enges Bin für die dominante Wellenlänge (z.B. 3033 oder 3336) und ein Mindest-Lichtstrom-Bin (F1 für höchste Ausgangsleistung), um Farb- und Helligkeitsgleichmäßigkeit sicherzustellen. 3)Thermisch: Die Leiterplatte ist ein 2-lagiger Aufbau, wobei die obere Lage für große Kupferflächen unter dem thermischen Pad jeder LED reserviert ist, die mit dicken Leiterbahnen verbunden sind. Wärmedurchkontaktierungen verbinden mit einer Kupferebene auf der Unterseite. Eine thermische Simulation wird durchgeführt, um sicherzustellen, dass die Lötpastentemperatur bei maximaler Umgebungstemperatur unter 80°C bleibt und die Sperrschichttemperatur deutlich innerhalb der Grenzwerte liegt. 4)Layout: Das empfohlene Lötpastenlayout wird verwendet. ESD-Schutzdioden werden auf den Eingangsstromversorgungsleitungen platziert.
12. Einführung in das Funktionsprinzip
Leuchtdioden (LEDs) sind Halbleiterbauelemente, die Licht durch Elektrolumineszenz emittieren. Wenn eine Durchlassspannung an den p-n-Übergang angelegt wird, rekombinieren Elektronen aus dem n-dotierten Bereich mit Löchern aus dem p-dotierten Bereich in der aktiven Schicht. Diese Rekombination setzt Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts wird durch die Bandlücke der verwendeten Halbleitermaterialien bestimmt. Für diese Super-Rote LED werden typischerweise Materialien wie AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) verwendet, um die 632 nm Wellenlänge zu erreichen. Das SMD-Gehäuse verkapselt den winzigen Halbleiterchip, bietet mechanischen Schutz, beherbergt die Primärlinse, die die Lichtausgabe formt, und bietet über den Bondrahmen thermische und elektrische Verbindungswege.
13. Technologietrends und Kontext
Das 2820-Gehäuse repräsentiert eine ausgereifte und weit verbreitete Bauform in der Industrie, die einen guten Kompromiss zwischen Lichtausbeute, thermischer Leistung und Platzbedarf auf der Platine bietet. Trends in der Automotive-LED-Beleuchtung umfassen:Erhöhter Wirkungsgrad: Laufende Entwicklung zielt auf höhere Lumen pro Watt (Lichtausbeute), um die elektrische Belastung und thermische Herausforderungen zu reduzieren.MiniaturisierungIntelligente Beleuchtung: Die Integration von Steuerelektronik oder mehrfarbigen Chips (RGB) in Gehäuse nimmt zu.Höhere Zuverlässigkeitsstandards: Automotive-Standards wie AEC-Q102 entwickeln sich weiter und fordern längere Lebensdauervorhersagen und Robustheit unter extremeren Bedingungen. Diese spezielle Komponente, mit ihrem klaren Automotive-Fokus und der Schwefelbeständigkeit, entspricht der Nachfrage der Industrie nach Bauteilen, die den zunehmend raueren und langlebigen Anforderungen moderner Fahrzeuge standhalten können.
LED-Spezifikations-Terminologie
Vollständige Erklärung der LED-Technikbegriffe
Photoelektrische Leistung
| Begriff | Einheit/Darstellung | Einfache Erklärung | Warum wichtig |
|---|---|---|---|
| Lichtausbeute | lm/W (Lumen pro Watt) | Lichtausgang pro Watt Strom, höher bedeutet energieeffizienter. | Bestimmt direkt den Energieeffizienzgrad und Stromkosten. |
| Lichtstrom | lm (Lumen) | Gesamtlicht, das von der Quelle emittiert wird, allgemein "Helligkeit" genannt. | Bestimmt, ob das Licht hell genug ist. |
| Betrachtungswinkel | ° (Grad), z.B. 120° | Winkel, bei dem die Lichtintensität auf die Hälfte abfällt, bestimmt die Strahlbreite. | Beeinflusst Beleuchtungsbereich und Gleichmäßigkeit. |
| Farbtemperatur | K (Kelvin), z.B. 2700K/6500K | Wärme/Kühle des Lichts, niedrigere Werte gelblich/warm, höhere weißlich/kühl. | Bestimmt Beleuchtungsatmosphäre und geeignete Szenarien. |
| Farbwiedergabeindex | Einheitenlos, 0–100 | Fähigkeit, Objektfarben genau wiederzugeben, Ra≥80 ist gut. | Beeinflusst Farbauthentizität, wird an anspruchsvollen Orten wie Einkaufszentren, Museen verwendet. |
| Farborttoleranz | MacAdam-Ellipsenschritte, z.B. "5-Schritt" | Metrik für Farbkonsistenz, kleinere Schritte bedeuten konsistentere Farbe. | Sichert einheitliche Farbe über dieselbe Charge von LEDs. |
| Dominante Wellenlänge | nm (Nanometer), z.B. 620nm (rot) | Wellenlänge, die der Farbe farbiger LEDs entspricht. | Bestimmt Farbton von roten, gelben, grünen monochromen LEDs. |
| Spektralverteilung | Wellenlänge vs. Intensitätskurve | Zeigt Intensitätsverteilung über Wellenlängen. | Beeinflusst Farbwiedergabe und Farbqualität. |
Elektrische Parameter
| Begriff | Symbol | Einfache Erklärung | Design-Überlegungen |
|---|---|---|---|
| Flussspannung | Vf | Mindestspannung zum Einschalten der LED, wie "Startschwelle". | Treiberspannung muss ≥ Vf sein, Spannungen addieren sich für serielle LEDs. |
| Flussstrom | If | Stromwert für normalen LED-Betrieb. | Normalerweise Konstantstromantrieb, Strom bestimmt Helligkeit & Lebensdauer. |
| Max. Pulsstrom | Ifp | Spitzenstrom, der für kurze Zeit erträglich ist, wird für Dimmen oder Blinken verwendet. | Pulsbreite & Tastverhältnis müssen streng kontrolliert werden, um Schäden zu vermeiden. |
| Sperrspannung | Vr | Maximale Sperrspannung, die die LED aushalten kann, darüber kann es zum Durchbruch kommen. | Schaltung muss verhindern, dass umgekehrte Verbindung oder Spannungsspitzen auftreten. |
| Wärmewiderstand | Rth (°C/W) | Widerstand gegen Wärmeübertragung vom Chip zum Lötpunkt, niedriger ist besser. | Hoher Wärmewiderstand erfordert stärkere Wärmeableitung. |
| ESD-Immunität | V (HBM), z.B. 1000V | Fähigkeit, elektrostatische Entladung zu widerstehen, höher bedeutet weniger anfällig. | In der Produktion sind antistatische Maßnahmen erforderlich, insbesondere für empfindliche LEDs. |
Wärmemanagement & Zuverlässigkeit
| Begriff | Schlüsselmetrik | Einfache Erklärung | Auswirkung |
|---|---|---|---|
| Sperrschichttemperatur | Tj (°C) | Tatsächliche Betriebstemperatur im LED-Chip. | Jede Reduzierung um 10°C kann die Lebensdauer verdoppeln; zu hoch verursacht Lichtabfall, Farbverschiebung. |
| Lichtstromrückgang | L70 / L80 (Stunden) | Zeit, bis die Helligkeit auf 70% oder 80% des Anfangswerts sinkt. | Definiert direkt die "Nutzungsdauer" der LED. |
| Lichtstromerhaltung | % (z.B. 70%) | Prozentsatz der nach Zeit verbleibenden Helligkeit. | Gibt die Fähigkeit an, die Helligkeit über die langfristige Nutzung zu erhalten. |
| Farbverschiebung | Δu′v′ oder MacAdam-Ellipse | Grad der Farbänderung während der Verwendung. | Beeinflusst die Farbkonsistenz in Beleuchtungsszenen. |
| Thermisches Altern | Materialabbau | Verschlechterung aufgrund langfristig hoher Temperatur. | Kann zu Helligkeitsabfall, Farbänderung oder Leiterunterbrechung führen. |
Verpackung & Materialien
| Begriff | Gängige Typen | Einfache Erklärung | Merkmale & Anwendungen |
|---|---|---|---|
| Gehäusetyp | EMC, PPA, Keramik | Chip schützendes Gehäusematerial, bietet optische/thermische Schnittstelle. | EMC: gute Wärmebeständigkeit, niedrige Kosten; Keramik: bessere Wärmeableitung, längere Lebensdauer. |
| Chip-Struktur | Front, Flip-Chip | Chip-Elektrodenanordnung. | Flip-Chip: bessere Wärmeableitung, höhere Effizienz, für Hochleistung. |
| Phosphorbeschichtung | YAG, Silikat, Nitrid | Bedeckt den blauen Chip, wandelt einen Teil in gelb/rot um, mischt zu weiß. | Verschiedene Phosphore beeinflussen Effizienz, CCT und CRI. |
| Linse/Optik | Flach, Mikrolinse, TIR | Optische Struktur auf der Oberfläche, die die Lichtverteilung steuert. | Bestimmt den Betrachtungswinkel und die Lichtverteilungskurve. |
Qualitätskontrolle & Binning
| Begriff | Binning-Inhalt | Einfache Erklärung | Zweck |
|---|---|---|---|
| Lichtstrom-Bin | Code z.B. 2G, 2H | Nach Helligkeit gruppiert, jede Gruppe hat Mindest-/Maximal-Lumenwerte. | Sichert einheitliche Helligkeit in derselben Charge. |
| Spannungs-Bin | Code z.B. 6W, 6X | Nach Flussspannungsbereich gruppiert. | Erleichtert Treiberabgleich, verbessert Systemeffizienz. |
| Farb-Bin | 5-Schritt MacAdam-Ellipse | Nach Farbkoordinaten gruppiert, sichert engen Bereich. | Garantiert Farbkonsistenz, vermeidet ungleichmäßige Farbe innerhalb der Leuchte. |
| CCT-Bin | 2700K, 3000K usw. | Nach CCT gruppiert, jede hat entsprechenden Koordinatenbereich. | Erfüllt verschiedene Szenario-CCT-Anforderungen. |
Prüfung & Zertifizierung
| Begriff | Standard/Test | Einfache Erklärung | Bedeutung |
|---|---|---|---|
| LM-80 | Lichtstromerhaltungstest | Langzeitbeleuchtung bei konstanter Temperatur, Aufzeichnung von Helligkeitsabfall. | Wird zur Schätzung der LED-Lebensdauer (mit TM-21) verwendet. |
| TM-21 | Lebensdauerschätzstandard | Schätzt Lebensdauer unter tatsächlichen Bedingungen basierend auf LM-80-Daten. | Bietet wissenschaftliche Lebensdauervorhersage. |
| IESNA | Beleuchtungstechnische Gesellschaft | Deckt optische, elektrische, thermische Testmethoden ab. | Industrieanerkannte Testbasis. |
| RoHS / REACH | Umweltzertifizierung | Stellt sicher, dass keine schädlichen Substanzen (Blei, Quecksilber) enthalten sind. | Marktzugangsvoraussetzung international. |
| ENERGY STAR / DLC | Energieeffizienzzertifizierung | Energieeffizienz- und Leistungszertifizierung für Beleuchtungsprodukte. | Wird in staatlichen Beschaffungen, Subventionsprogrammen verwendet, steigert Wettbewerbsfähigkeit. |