Scheda Tecnica LED 2820-SR2001M-AM - Pacchetto SMD 2.8x2.0mm - Super Rosso 632nm - 27lm @ 200mA - Grado Automotive

1. Panoramica del Prodotto

La serie 2820-SR2001M-AM rappresenta un componente LED ad alte prestazioni, a montaggio superficiale, progettato specificamente per gli ambienti impegnativi dell'illuminazione automotive. Questo dispositivo fa parte di una famiglia di prodotti caratterizzata dalla sua compatta impronta 2820 (2.8mm x 2.0mm), offrendo un equilibrio convincente tra output luminoso, affidabilità e fattore di forma. L'applicazione principale è l'illuminazione automotive, dove una prestazione costante in condizioni severe è fondamentale. I suoi vantaggi chiave includono la conformità a severi standard di qualifica automotive come AEC-Q102, una costruzione robusta per processi di saldatura ad alta affidabilità e un design ottimizzato per la gestione termica, garantendo un'emissione luminosa stabile nell'intervallo di temperatura operativa.

1.1 Caratteristiche Principali e Conformità

Il LED è confezionato in un formato SMD (Surface Mount Device) standard, che facilita i processi di assemblaggio automatizzato. Emette nello spettro del Super Rosso con una lunghezza d'onda dominante tipica di 632 nanometri. Una metrica di prestazione primaria è il suo flusso luminoso tipico di 27 lumen quando pilotato con una corrente diretta di 200 milliampere. Il dispositivo offre un ampio angolo di visione di 120 gradi, fornendo un'illuminazione diffusa. È progettato con un certo grado di robustezza contro le scariche elettrostatiche, classificato per 2kV (Modello del Corpo Umano). Il componente è classificato MSL 2 (Livello di Sensibilità all'Umidità 2), che indica la sua durata di conservazione e i requisiti di manipolazione prima della saldatura a rifusione. Fondamentalmente, è qualificato secondo lo standard AEC-Q102 Rev A, che è la qualifica dei test di stress per i semiconduttori optoelettronici discreti nelle applicazioni automotive. Soddisfa anche i Criteri di Test dello Zolfo Classe A1, offrendo resistenza ad atmosfere corrosive contenenti zolfo. Il prodotto è conforme alle normative RoHS (Restrizione delle Sostanze Pericolose) e REACH, ed è fabbricato per essere privo di alogeni, con contenuto di bromo e cloro al di sotto dei limiti specificati (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm).

2. Analisi dei Parametri Tecnici

Questa sezione fornisce un'interpretazione dettagliata e oggettiva dei principali parametri elettrici, ottici e termici definiti nella scheda tecnica, spiegandone il significato per i progettisti.

2.1 Caratteristiche Fotometriche e Ottiche

La caratteristica ottica primaria è ilFlusso Luminoso (Iv), con un valore tipico di 27 lumen a una corrente diretta (IF) di 200mA. I valori minimo e massimo sono specificati rispettivamente come 20 lm e 33 lm, nelle stesse condizioni. Questo intervallo è direttamente collegato alla struttura di binning discussa in seguito. LaLunghezza d'Onda Dominante (λd)è tipicamente 632 nm, definendo il colore percepito della luce Super Rossa, con un intervallo da 627 nm a 639 nm. L'Angolo di Visione (φ)è specificato come 120 gradi, che è l'angolo totale a cui l'intensità luminosa è la metà dell'intensità di picco. Questo ampio angolo è vantaggioso per applicazioni che richiedono un'illuminazione diffusa o d'area piuttosto che un fascio focalizzato.

2.2 Caratteristiche Elettriche

LaTensione Diretta (VF)è un parametro critico per il progetto del driver. A 200mA, la VF tipica è di 2.3 volt, con un intervallo da 2.00V a 2.75V. Questa variazione rende necessario un adeguato binning della tensione per prestazioni di sistema consistenti. LaCorrente Diretta (IF)ha un intervallo operativo consigliato da 25mA a 250mA, con 200mA che è la condizione di test per la maggior parte delle specifiche. Superare il rating assoluto massimo di 250mA può portare a danni permanenti. Il dispositivo ènon progettato per il funzionamento inverso, il che significa che applicare una tensione inversa può causare un guasto immediato; pertanto, la protezione del circuito (come un diodo in serie in array paralleli) è essenziale se è possibile un bias inverso.

2.3 Rating Termici e di Affidabilità

La gestione termica è cruciale per la longevità e le prestazioni del LED. LaResistenza Termicadalla giunzione al punto di saldatura è data da due valori: una resistenza termica reale (Rth JS reale) di 18 K/W (tipica) e un valore derivato dal metodo elettrico (Rth JS el) di 12 K/W (tipica). I progettisti dovrebbero utilizzare la resistenza termica reale per calcoli più accurati della temperatura di giunzione. LaTemperatura di Giunzione (TJ)non deve superare i 150°C. L'Intervallo di Temperatura Operativa (Topr)è da -40°C a +125°C, adatto per applicazioni automotive nel vano motore ed esterne. LaDissipazione di Potenza (Pd)massima assoluta è 687.5 mW. Il dispositivo può sopportare unaCorrente di Sovraccarico (IFM)di 1000 mA per impulsi molto brevi (t <= 10 μs, duty cycle 0.005), rilevante per condizioni di spunto o transitorie. La massimaTemperatura di Saldatura a Rifusioneè di 260°C per 30 secondi, definendo il profilo di temperatura di picco durante l'assemblaggio.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire la coerenza di colore e luminosità nella produzione, i LED vengono suddivisi in bin. Il 2820-SR2001M-AM utilizza un sistema di binning tridimensionale.

3.1 Binning del Flusso Luminoso

Il flusso luminoso è suddiviso in tre bin: E8 (20-23 lm), E9 (23-27 lm) e F1 (27-33 lm). La "M" nel numero di parte indica un livello di luminosità Medio, che tipicamente corrisponde al bin centrale (E9). I progettisti devono selezionare il bin appropriato in base all'output luminoso minimo richiesto per la loro applicazione, considerando la tolleranza di misura dell'8%.

3.2 Binning della Tensione Diretta

La tensione diretta è suddivisa in bin per facilitare l'abbinamento della corrente, specialmente quando i LED sono collegati in parallelo. I bin sono: 2022 (2.00-2.25V), 2225 (2.25-2.50V) e 2527 (2.50-2.75V). Utilizzare LED dello stesso bin di tensione in una configurazione parallela aiuta a garantire una distribuzione di corrente e una luminosità più uniformi.

3.3 Binning della Lunghezza d'Onda Dominante

La coerenza del colore è gestita attraverso bin di lunghezza d'onda dominante, raggruppati in passi di 3nm: 2730 (627-630 nm), 3033 (630-633 nm), 3336 (633-636 nm) e 3639 (636-639 nm). Il valore tipico di 632 nm rientra nei bin 3033 o 3336. Per applicazioni in cui l'abbinamento preciso del colore è critico, è necessario specificare un bin di lunghezza d'onda stretto.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fornisce diversi grafici che illustrano il comportamento del dispositivo in condizioni variabili, essenziali per un progetto di sistema robusto.

4.1 Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (Curva IV)

Il grafico mostra la relazione esponenziale tra corrente diretta e tensione diretta. Nel punto operativo tipico di 200mA, la tensione è di circa 2.3V. Questa curva è vitale per progettare il circuito di limitazione della corrente, sia che si utilizzi una semplice resistenza o un driver a corrente costante. La pendenza indica la resistenza dinamica del LED.

4.2 Flusso Luminoso Relativo vs. Corrente Diretta

Questo grafico dimostra che l'output luminoso aumenta in modo super-lineare con la corrente fino a un certo punto. Sebbene pilotare a correnti più elevate produca più luce, genera anche più calore, il che può ridurre l'efficienza e la durata. Il punto di test a 200mA è un buon equilibrio tra output e affidabilità per questo dispositivo.

4.3 Grafici di Dipendenza dalla Temperatura

Tre grafici chiave mostrano la variazione delle prestazioni con la temperatura di giunzione:Tensione Diretta Relativa vs. Temperatura di Giunzionemostra che VF diminuisce linearmente con l'aumentare della temperatura (circa -2 mV/°C), che può essere utilizzata per un rilevamento approssimativo della temperatura.Flusso Luminoso Relativo vs. Temperatura di Giunzionemostra che l'output luminoso diminuisce all'aumentare della temperatura, una caratteristica di tutti i LED. È necessario un efficace dissipatore di calore per mantenere una luminosità stabile.Spostamento Relativo della Lunghezza d'Onda vs. Temperatura di Giunzioneindica che la lunghezza d'onda dominante si sposta leggermente con la temperatura (tipicamente 0.1 nm/°C per i LED rossi), di solito trascurabile per la maggior parte delle applicazioni ma può essere rilevante per usi critici per il colore.

4.4 Curva di Derating della Corrente Diretta

Questo è uno dei grafici più critici per l'affidabilità. Mostra la massima corrente diretta ammissibile in funzione della temperatura del pad di saldatura. All'aumentare della temperatura del pad, la corrente massima consentita diminuisce linearmente. Ad esempio, alla massima temperatura del pad di 125°C, la corrente massima consentita è 250mA (il rating assoluto massimo). Per garantire una lunga vita, si consiglia di operare significativamente al di sotto di questa linea di derating. La curva specifica anche una corrente operativa minima di 25mA.

4.5 Capacità di Gestione degli Impulsi Ammissibili

Questo grafico definisce la massima corrente di impulso non ripetitiva o ripetitiva ammissibile per una data larghezza di impulso (tp) e duty cycle (D). Permette ai progettisti di comprendere la capacità del LED di gestire impulsi brevi e ad alta corrente, utile per la regolazione PWM o condizioni transitorie. Le curve mostrano che per impulsi molto brevi (es. 10 μs), la corrente può superare significativamente il rating massimo in DC.

4.6 Distribuzione Spettrale e Diagramma di Radiazione

Il grafico della distribuzione spettrale relativa mostra un picco stretto intorno a 632 nm, caratteristico di un LED rosso ad alta efficienza. Il tipico diagramma del pattern di radiazione (non dettagliato nell'estratto fornito ma menzionato) illustrerebbe la distribuzione spaziale della luce, confermando l'angolo di visione di 120° con un pattern Lambertiano o simile.

5. Informazioni Meccaniche e di Confezionamento

5.1 Dimensioni Meccaniche

Il LED utilizza il contorno del pacchetto standard 2820. Le dimensioni sono fornite in un disegno dettagliato (implicito nella sezione 3). Le caratteristiche chiave includono la lunghezza e larghezza complessive (2.8mm x 2.0mm), la geometria della lente e la posizione dei terminali catodo e anodo. Il catodo è tipicamente contrassegnato da un indicatore visivo come una tacca, un angolo tagliato o un punto sul pacchetto. Le tolleranze per le dimensioni non critiche sono ±0.1mm.

5.2 Layout Consigliato del Pad di Saldatura

La sezione 4 fornisce un progetto del land pattern per il PCB. Rispettare questa impronta consigliata è fondamentale per una saldatura affidabile, un corretto trasferimento termico e per prevenire l'effetto "tombstoning" durante la rifusione. Il progetto include i pad per i due terminali elettrici e un pad termico centrale. Il pad termico è essenziale per condurre il calore lontano dalla giunzione del LED verso il rame del PCB, che funge da dissipatore. Le dimensioni garantiscono la corretta formazione del filetto di saldatura e l'allineamento del componente.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

6.1 Profilo di Saldatura a Rifusione

Il dispositivo è compatibile con i processi standard di saldatura a rifusione a infrarossi o a convezione. La condizione massima specificata è una temperatura di picco di 260°C per 30 secondi. Dovrebbe essere utilizzato un tipico profilo senza piombo, con le fasi di preriscaldamento, stabilizzazione, rifusione e raffreddamento controllate attentamente per evitare shock termici e garantire una corretta formazione del giunto saldato. La classificazione MSL 2 significa che il componente deve essere essiccato se esposto all'aria ambiente per un periodo superiore alla sua vita utile specificata (tipicamente 1 anno se conservato a <10% UR e <30°C) prima di essere sottoposto a rifusione.

6.2 Precauzioni per l'Uso

Si applicano le precauzioni generali di manipolazione: evitare stress meccanici sulla lente, proteggere dalle scariche elettrostatiche utilizzando adeguati controlli ESD (anche con il suo rating di 2kV) e conservare in condizioni asciutte e controllate secondo la classificazione MSL. Durante la saldatura, assicurarsi che il pad termico abbia un buon contatto con il pad del PCB per massimizzare la dissipazione del calore.

7. Informazioni su Confezionamento e Ordinazione

7.1 Decodifica del Numero di Parte

Il numero di parte2820-SR2001M-AMè strutturato come segue:2820: Famiglia di prodotto e dimensione del pacchetto (2.8mm x 2.0mm).SR: Codice colore per Super Rosso.200: Corrente di test in milliampere (200mA).1: Tipo di telaio di connessione (1 = Dorato).M: Livello di luminosità (M = Medio, corrispondente a un specifico bin di flusso luminoso).AM: Designa l'applicazione e la qualifica Automotive.

7.2 Riferimento del Codice Colore

La scheda tecnica include una tabella completa che associa i simboli dei colori alle descrizioni (es. SR=Super Rosso, UR=Rosso, UG=Verde, UB=Blu, C=Bianco Freddo, WW=Bianco Caldo, PA=Ambra a Conversione Fosforica). Ciò consente di identificare altre varianti nella stessa famiglia di pacchetti 2820.

7.3 Informazioni sul Confezionamento

I LED sono forniti su nastro e bobina per l'assemblaggio automatizzato pick-and-place. Vengono fornite le quantità standard per bobina (es. 2000 o 4000 pezzi per bobina) e le dimensioni del nastro per configurare correttamente gli alimentatori sulle macchine di assemblaggio.

8. Suggerimenti Applicativi e Considerazioni di Progetto

8.1 Scenari Applicativi Tipici

L'applicazione principale èl'illuminazione automotive. Ciò include:Segnalazione Esterna: Terzo stop alto (CHMSL), fanali posteriori combinati (stop/posizione/indicatore di direzione), luci di marcatura laterali.Illuminazione Interna: Retroilluminazione del cruscotto, illuminazione degli interruttori, illuminazione ambientale.Sistemi Avanzati di Assistenza alla Guida (ADAS): Illuminazione di sensori dove è richiesta una specifica lunghezza d'onda. La sua qualifica AEC-Q102, l'ampio intervallo di temperatura e la resistenza allo zolfo lo rendono adatto a questi ambienti severi.

8.2 Considerazioni di Progetto

Gestione Termica: L'aspetto più critico. Utilizzare la resistenza termica (Rth JS reale = 18 K/W) per calcolare l'innalzamento della temperatura di giunzione sopra la temperatura del PCB. Assicurare un'adeguata area di rame (pad termico) sul PCB, possibilmente con via termici verso gli strati interni o un piano sul lato opposto, per mantenere bassa la temperatura del pad di saldatura. Fare riferimento alla curva di derating.Pilotaggio della Corrente: Utilizzare un driver a corrente costante per un output luminoso stabile, specialmente al variare della temperatura. Se si utilizza una resistenza in serie, tenere conto della dispersione del bin della tensione diretta e della tolleranza della tensione di alimentazione.Ottica: L'angolo di visione di 120° può richiedere ottiche secondarie (lenti, guide luminose) per modellare il fascio per applicazioni specifiche.Protezione ESD: Implementare le precauzioni ESD standard durante la manipolazione e l'assemblaggio. Nel circuito, considerare la soppressione delle tensioni transitorie se il LED è collegato a fili lunghi o bus automotive rumorosi.

9. Confronto e Differenziazione Tecnici

Sebbene un confronto diretto con i concorrenti non sia nella scheda tecnica, i principali fattori di differenziazione di questa serie possono essere dedotti:Qualifica Automotive: La conformità AEC-Q102 è un differenziatore significativo rispetto ai LED di grado commerciale, coinvolgendo rigorosi test di stress per cicli termici, umidità, vita operativa ad alta temperatura, ecc.Resistenza allo Zolfo: I criteri di test dello zolfo Classe A1 sono cruciali per applicazioni automotive e industriali dove lo zolfo atmosferico può corrodere componenti a base d'argento.Privo di Alogeni: Soddisfa gli standard ambientali e di sicurezza richiesti da molti OEM.Prestazioni Termiche: I valori specificati di resistenza termica consentono una modellazione termica più accurata rispetto a componenti che forniscono solo un rating di potenza massima.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Qual è la luminosità effettiva che posso aspettarmi?

R: Il valore tipico è 27 lm a 200mA. Tuttavia, è necessario progettare in base al bin minimo che si è disposti ad accettare (es. 20 lm per il bin E8) per garantire le prestazioni del sistema. Contattare il fornitore per la disponibilità di bin specifici.

D: Posso pilotare questo LED con PWM per la regolazione?

R: Sì, i LED sono ideali per la regolazione PWM. Assicurarsi che la corrente di picco durante l'impulso "on" non superi i rating del grafico "Capacità di Gestione degli Impulsi Ammissibili" per la frequenza e il duty cycle scelti. Si consiglia una frequenza superiore a 100Hz per evitare sfarfallio visibile.

D: Come calcolo il dissipatore di calore richiesto?

R: 1) Determinare la corrente operativa (es. 200mA) e la corrispondente VF (es. 2.3V). Potenza = 0.2A * 2.3V = 0.46W. 2) Stimare o misurare la temperatura attesa del PCB (Ts) al pad di saldatura. 3) Usare Rth JS reale (18 K/W): ΔT_giunzione = Potenza * Rth = 0.46W * 18 K/W ≈ 8.3K. 4) Temperatura di Giunzione Tj = Ts + ΔT_giunzione. Assicurarsi che Tj < 150°C e preferibilmente < 100°C per una lunga vita. Utilizzare la curva di derating per verificare se la corrente è sicura alla Ts stimata.

D: È sufficiente una resistenza limitatrice di corrente?

R: Per applicazioni semplici e non critiche con una tensione di alimentazione stabile (Vcc), può essere utilizzata una resistenza: R = (Vcc - VF_led) / I_F. Scegliere VF dal bin massimo (2.75V) per garantire che la corrente non superi i limiti se si ottiene un LED a bassa VF. Questo metodo è inefficiente e la luminosità varierà con Vcc e VF del LED. Per applicazioni automotive è consigliato un driver a corrente costante.

11. Studio di Caso di Progetto e Utilizzo

Scenario: Progettazione di un Terzo Stop Alto (CHMSL)

Un progettista necessita di 15 LED per un CHMSL. Requisiti: Alta luminosità per visibilità diurna, colore consistente, funzionamento affidabile da -40°C a +85°C ambiente.

Passi di Progetto:1)Elettrico: Scegliere una configurazione in serie (tutti i 15 LED in una stringa) per garantire corrente identica. Viene selezionato un driver boost a corrente costante per fornire ~35V (15 * 2.3V) a 200mA. 2)Ottico: Specificare un bin di lunghezza d'onda dominante stretto (es. 3033 o 3336) e un bin di flusso luminoso minimo (F1 per l'output più alto) per garantire uniformità di colore e luminosità. 3)Termico: Il PCB è una scheda a 2 strati con lo strato superiore dedicato a grandi riempimenti di rame sotto il pad termico di ciascun LED, collegati con tracce spesse. Via termici collegano a un piano di rame sullo strato inferiore. Viene eseguita una simulazione termica per garantire che la temperatura del pad di saldatura rimanga al di sotto di 80°C alla massima temperatura ambiente, mantenendo la temperatura di giunzione ben entro i limiti. 4)Layout: Viene utilizzato il layout consigliato del pad di saldatura. Diodi di protezione ESD sono posizionati sulle linee di alimentazione in ingresso.

12. Introduzione al Principio Operativo

I Diodi Emettitori di Luce (LED) sono dispositivi a semiconduttore che emettono luce attraverso l'elettroluminescenza. Quando una tensione diretta viene applicata attraverso la giunzione p-n, gli elettroni dalla regione di tipo n si ricombinano con le lacune dalla regione di tipo p nello strato attivo. Questa ricombinazione rilascia energia sotto forma di fotoni (luce). La lunghezza d'onda (colore) della luce emessa è determinata dal bandgap energetico dei materiali semiconduttori utilizzati. Per questo LED Super Rosso, materiali come AlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio) sono tipicamente utilizzati per ottenere la lunghezza d'onda di 632 nm. Il pacchetto SMD incapsula il minuscolo chip semiconduttore, fornisce protezione meccanica, ospita la lente primaria che modella l'output luminoso e offre percorsi di connessione termica ed elettrica tramite il telaio di connessione.

13. Tendenze Tecnologiche e Contesto

Il pacchetto 2820 rappresenta un fattore di forma maturo e ampiamente adottato nell'industria, offrendo un buon compromesso tra output luminoso, prestazioni termiche e spazio sulla scheda. Le tendenze nell'illuminazione LED automotive includono:Efficienza Aumentata: Lo sviluppo continuo mira a lumen per watt più elevati (efficacia), riducendo il carico elettrico e le sfide termiche.MiniaturizzazioneIlluminazione Intelligente: L'integrazione di elettronica di controllo o chip multicolore (RGB) nei pacchetti è in crescita.Standard di Affidabilità Più Elevati: Gli standard automotive come AEC-Q102 continuano a evolversi, spingendo per previsioni di vita più lunghe e robustezza in condizioni più estreme. Questo particolare componente, con il suo chiaro focus automotive e resistenza allo zolfo, si allinea con la domanda del settore per componenti che possano sopravvivere ai requisiti sempre più severi e di lunga vita dei veicoli moderni.