LED 데이터시트 2820-C03501H-AM 시리즈 - 크기 2.8x2.0mm - 전압 3.25V - 전력 1.14W - 화이트 - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

2820-C03501H-AM 시리즈는 주로 까다로운 자동차 조명 애플리케이션을 위해 설계된 고휘도 표면 실장(SMD) LED입니다. 컴팩트한 2820 패키지(2.8mm x 2.0mm 크기)로 제작되었으며 쿨 화이트 빛을 방출합니다. 이 시리즈의 주요 특징은 자동차 애플리케이션에서 개별 광전자 반도체에 대한 스트레스 테스트 인증인 AEC-Q102 Rev A 표준을 준수한다는 점입니다. 이는 가혹한 자동차 환경 조건에서의 신뢰성을 보장합니다. 추가 인증으로는 내황산성(Class A1), RoHS, REACH 및 할로겐 프리 요구사항 준수가 포함되어 있어 현대적인 친환경 설계에 적합합니다.

1.1 핵심 장점

• 자동차 등급 신뢰성:AEC-Q102 인증은 극한 온도, 습도 및 기계적 스트레스 하에서의 성능을 보장합니다.
• 높은 광 출력:구동 전류 350 mA에서 일반적으로 110 루멘의 광속을 제공하여 크기 대비 우수한 밝기를 구현합니다.
• 넓은 시야각:120도의 시야각은 넓고 균일한 조명을 제공합니다.
• 견고한 구조:8 kV ESD 보호(HBM) 및 Moisture Sensitivity Level(MSL) 2 등급을 특징으로 하여 취급 및 조립 견고성을 향상시킵니다.
• 환경 규정 준수:RoHS, REACH 및 할로겐 프리 지침을 준수하여 친환경 제조 이니셔티브를 지원합니다.

1.2 목표 시장

이 LED 시리즈의 주요 애플리케이션은자동차 조명입니다. 여기에는 실내 조명(도어 룸 램프, 독서등, 앰비언트 라이팅), 외부 신호등(사이드 마커 램프, 소형 패키지에서 고휘도가 필요한 리어 콤비네이션 램프) 및 차량 내 신뢰할 수 있고 밝은 화이트 광원이 필요한 기타 조명 기능이 포함될 수 있습니다.

2. 심층 기술 파라미터 분석

2.1 광도 및 전기적 특성

주요 동작 파라미터는 일반 정방향 전류(I_F) 350 mA 및 열 패드 온도 25°C에서 정의됩니다.

• 광속(I_V):100 lm (최소), 110 lm (일반), 130 lm (최대). 측정 허용 오차는 ±8%입니다.
• 순방향 전압(V_F):350 mA에서 3.00 V (최소), 3.25 V (일반), 3.75 V (최대). 측정 허용 오차는 ±0.05V입니다.
• 시야각(φ):120도 (일반).
• 색도 좌표(CIE):x = 0.3227 (일반), y = 0.3351 (일반). x와 y의 허용 오차는 모두 ±0.005로, 쿨 화이트 영역에 위치합니다.
• 순방향 전류(I_F):50 mA에서 500 mA까지의 동작 범위.

2.2 열적 특성

효과적인 열 관리는 LED 성능과 수명에 매우 중요합니다.

• 열저항(R_{th JS}):두 가지 값이 제공됩니다: 접합부에서 납땜 지점까지의 실제 열저항은 20 K/W (일반) ~ 22 K/W (최대)이며, 전기적 열저항은 16 K/W (최대)입니다. 실제 열저항은 열 설계에서 접합 온도를 계산하는 핵심 파라미터입니다.
• 접합 온도(T_J):허용 가능한 최대 접합 온도는 150°C입니다.

3. 절대 최대 정격

이 정격은 장치에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 한계를 정의합니다. 이러한 조건에서의 동작은 보장되지 않습니다.

• 소비 전력(P_d):1750 mW
• 순방향 전류(I_F):500 mA (연속), 1000 mA (서지, t<=10 μs, 0.5% 듀티 사이클)
• 역방향 전압(V_R):역방향 동작을 위해 설계되지 않았습니다.
• 동작 및 보관 온도:-40°C ~ +125°C
• ESD 감도(HBM):8 kV
• 리플로우 납땜 온도:최대 30초 동안 피크 260°C.

4. 빈닝 시스템 설명

LED는 주요 성능 파라미터에 따라 빈으로 분류되어 대량 생산 시 일관성을 보장합니다.

4.1 광속 빈

빈은 테스트 조건(I_F=350mA, 25°C 열 패드)에서의 최소 및 최대 광속 값으로 정의됩니다.

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

4.2 순방향 전압 빈

빈은 테스트 전류에서의 순방향 전압 범위로 정의됩니다.

• 3032:3.00 V ~ 3.25 V
• 3235:3.25 V ~ 3.50 V
• 3537:3.50 V ~ 3.75 V

4.3 색상(색도) 빈

데이터시트는 쿨 화이트(예: 56M, 58M, 61M, 63M)에 대한 정의된 빈이 포함된 상세한 색도 다이어그램을 제공합니다. 각 빈은 CIE 1931 색도 차트상의 사각형 영역으로, 네 세트의 (x, y) 좌표로 정의됩니다. 이를 통해 매우 엄격한 색상 일관성을 가진 LED를 선택할 수 있으며, 이는 여러 LED 간 색상 일치가 필요한 자동차 조명에 매우 중요합니다.

5. 성능 곡선 분석

그래프는 다양한 동작 조건에서 LED의 동작에 대한 필수적인 통찰력을 제공합니다.

5.1 스펙트럼 분포

상대 스펙트럼 분포 그래프는 청색 파장 영역(약 450-460nm)에서 피크를 보이며, 넓은 범위의 형광체 변환된 노란색 발광을 나타내어 쿨 화이트 빛을 생성합니다. 적외선 영역에서의 상당한 출력 부족은 화이트 형광체 변환 LED의 일반적인 특징입니다.

5.2 순방향 전류 대 순방향 전압(I-V 곡선)

이 그래프는 다이오드의 일반적인 지수 관계를 보여줍니다. 350 mA에서 순방향 전압은 일반적인 3.25V 주변에 집중되어 있습니다. 설계자는 이 곡선을 드라이버 설계 및 전력 소산 계산에 사용합니다.

5.3 상대 광속 대 순방향 전류

광 출력은 전류에 따라 비선형적으로 증가합니다. 더 높은 전류로 구동하면 더 많은 빛을 얻을 수 있지만, 더 많은 열이 발생하여 효율성과 수명을 감소시킬 수 있습니다. 이 그래프는 최적의 동작점을 선택하는 데 도움이 됩니다.

5.4 온도 의존성

• 상대 광속 대 접합 온도:접합 온도(T_J)가 증가함에 따라 광 출력이 감소합니다. 이 그래프는 감소량을 정량화하며, 일관된 밝기를 유지하기 위한 열 설계에 매우 중요합니다.
• 상대 순방향 전압 대 접합 온도:순방향 전압은 음의 온도 계수를 가지며, 온도가 상승함에 따라 감소합니다. 이는 일부 애플리케이션에서 간접적인 온도 모니터링에 사용될 수 있습니다.
• 색도 변화 대 접합 온도 및 전류:이 그래프는 화이트 포인트(CIE x, y 좌표)가 구동 전류 및 접합 온도 변화에 따라 어떻게 이동하는지 보여줍니다. 변화는 상대적으로 작지만 색상이 중요한 애플리케이션에서는 고려해야 합니다.

5.5 순방향 전류 감액 곡선

이는 신뢰할 수 있는 동작을 위한 중요한 그래프입니다. 이는 납땜 패드 온도(T_S)의 함수로서 허용 가능한 최대 연속 순방향 전류를 보여줍니다. T_S가 증가함에 따라 접합 온도가 150°C를 초과하지 않도록 허용 가능한 최대 전류를 감소시켜야 합니다. 예를 들어, 최대 동작 T_S인 125°C에서 최대 연속 전류는 500 mA입니다.

5.6 허용 가능한 펄스 처리 능력

이 그래프는 펄스 동작에 대한 서지 전류 능력을 정의합니다. 이는 다양한 듀티 사이클(D)에 대해 펄스 폭(t_F)의 함수로서 허용 가능한 피크 펄스 전류(I_p)를 보여줍니다. 이를 통해 짧은 시간 동안 500 mA DC 최대값보다 높은 전류를 사용할 수 있으며, 이는 스트로브 또는 점멸등과 같은 애플리케이션에 유용합니다.

6. 기계적 및 패키징 정보

6.1 기계적 치수

데이터시트에는 2820 SMD 패키지의 상세 치수 도면이 포함되어 있습니다. 주요 치수로는 본체 크기 2.8mm(길이) x 2.0mm(너비)가 있습니다. 도면은 캐소드 마크 위치, 렌즈 형상 및 패드 위치를 지정합니다. 별도로 명시되지 않는 한 모든 치수는 밀리미터 단위이며 표준 허용 오차는 ±0.1mm입니다.

6.2 권장 납땜 패드 레이아웃

별도의 도면은 PCB 설계를 위한 권장 풋프린트를 제공합니다. 여기에는 전기 패드와 중앙 열 패드의 크기 및 간격이 포함됩니다. 이 레이아웃을 준수하는 것은 적절한 납땜, 열 성능 및 기계적 안정성에 필수적입니다. 열 패드는 LED 접합부에서 PCB로의 열 방산에 매우 중요합니다.

7. 납땜 및 조립 지침

7.1 리플로우 납땜 프로파일

이 LED는 최대 피크 리플로우 온도 260°C에서 30초 동안 동작할 수 있습니다. 예열, 소킹, 리플로우 및 냉각 단계가 포함된 일반적인 리플로우 프로파일을 따라야 하며, 온도가 지정된 한계를 초과하지 않도록 해야 합니다. Moisture Sensitivity Level(MSL)은 2등급으로, 장치는 공장 밀봉 개봉 후 1년 이내에 사용해야 하며, 보관 수명을 초과하여 주변 환경에 노출된 경우 베이킹이 필요할 수 있습니다.

7.2 사용 시 주의사항

• ESD 보호:8 kV HBM 등급이지만, 취급 및 조립 시 표준 ESD 예방 조치를 준수해야 합니다.
• 세척:LED 렌즈나 패키징 재료를 손상시키지 않는 적절한 세척 용매를 사용하십시오.
• 기계적 스트레스:LED 렌즈에 직접적인 힘이나 진동을 가하지 마십시오.
• 전류 제어:안정적인 동작을 보장하고 열 폭주를 방지하기 위해 항상 정전압원이 아닌 정전류원으로 LED를 구동하십시오.

8. 애플리케이션 제안 및 설계 고려사항

8.1 일반적인 애플리케이션 시나리오

• 자동차 실내 조명:오버헤드 콘솔 램프, 독서등, 발판 조명 및 앰비언트 라이팅 스트립.
• 자동차 외부 조명:주간 주행등(DRL), 사이드 마커 램프, 센터 하이마운트 스톱 램프(CHMSL) 및 소형 패키지에서 고휘도가 필요한 번호판 램프.

8.2 설계 고려사항

• 열 관리:이는 가장 중요한 측면입니다. 열저항(R_{th JS}= 20 K/W) 및 감액 곡선을 사용하여 적절한 열 경로를 설계하십시오. 이는 충분한 구리 면적을 가진 PCB 사용(열 패드 아래에 열 비아를 사용하는 것이 매우 권장됨) 및 고전력 또는 고주변 온도 애플리케이션의 경우 알루미늄 코어 PCB(MCPCB) 사용을 포함할 수 있습니다.
• 드라이버 선택:차량의 전기 시스템(일반적으로 12V 또는 24V)에서 안정적인 350 mA(또는 기타 원하는 전류)를 공급할 수 있는 자동차 등급 LED 드라이버를 선택하십시오. 드라이버는 자동차 환경에서 일반적인 과전압, 역극성 및 부하 덤프 서지에 대한 보호 기능을 포함해야 합니다.
• 광학 설계:120° 시야각은 확산 조명에 적합합니다. 집중된 빔을 위해서는 2차 광학(렌즈 또는 반사판)이 필요합니다. 이 LED의 작은 광원 크기는 광학 제어에 유리합니다.
• 색상 일관성:여러 LED를 사용하는 애플리케이션의 경우, 조립체 전체에서 균일한 화이트 색상을 보장하기 위해 필요한 색상 빈(예: 61M)을 지정하십시오.

9. 자주 묻는 질문(기술 파라미터 기반)

9.1 일반적인 전력 소비는 얼마입니까?

일반 동작점인 350 mA 및 3.25V에서 전기 입력 전력은 약 1.14 와트입니다(P = I_F* V_F= 0.35A * 3.25V).

9.2 접합 온도는 어떻게 계산합니까?

접합 온도(T_J)는 다음 공식을 사용하여 추정할 수 있습니다: T_J= T_S+ (P_d* R_{th JS}), 여기서 T_S는 측정된 납땜 패드 온도, P_d는 소비 전력(와트), R_{th JS}는 실제 열저항(20 K/W)입니다. 신뢰할 수 있는 동작을 위해 T_J는 150°C 미만으로 유지해야 하며, 수명을 위해 항상 낮은 것이 좋습니다.

9.3 12V 전원으로 직접 구동할 수 있습니까?

No.과도한 전류로 인해 12V 전원에 직접 연결하면 LED가 즉시 파괴됩니다. 정전류 LED 드라이버 또는 전류 제한 회로가 필수적입니다.

9.4 AEC-Q102 인증이 내 설계에 어떤 의미가 있습니까?

이는 LED 부품이 자동차 환경 조건(장기간 온도 사이클링, 바이어스가 있는 고습도, 고온 보관 등)을 시뮬레이션하는 엄격한 스트레스 테스트 세트를 통과했음을 의미합니다. AEC-Q102 인증 부품을 사용하면 시스템 수준 인증 프로세스를 단순화하고 조명 모듈의 장기 신뢰성에 대한 확신을 크게 높일 수 있습니다.

10. 실용적인 설계 사례 연구

시나리오:승용차용 실내 도어 룸 램프 설계. 균일하고 밝은 화이트 조명이 요구됩니다.

설계 단계:

1. LED 선택:밝기, 자동차 등급 및 컴팩트한 크기로 인해 2820-C03501H-AM 시리즈가 선택되었습니다.
2. 수량 및 배열:필요한 조도(루멘)를 기반으로 필요한 LED 수를 계산합니다. 예를 들어, 500 루멘이 필요한 경우 J2 빈(각 110-120 lm)에서 5개의 LED가 필요할 수 있습니다. 이들은 PCB상에 선형으로 또는 클러스터로 배열됩니다.
3. 열 설계:PCB는 2온스 구리층으로 설계되었습니다. 데이터시트 권장 사항과 일치하는 전용 열 랜드 패턴이 사용되며, 열 확산기 역할을 하는 하단층의 큰 구리 영역에 연결되는 열 비아 배열이 있습니다. 감액 곡선을 확인합니다: 캐빈 주변 온도가 85°C에 도달할 수 있다면, 납땜 패드 온도(T_S)는 95°C로 추정될 수 있습니다. 감액 곡선은 허용 전류가 여전히 350 mA 이상임을 보여주므로 설계는 열적으로 건전합니다.
4. 전기 설계:자동차 인증 벅 LED 드라이버 IC가 선택되어 차량의 12V 배터리 전압을 5개의 LED 직렬 스트링에 대한 일정한 350 mA 출력으로 변환합니다. 스트링의 총 순방향 전압은 약 16.25V(5 * 3.25V)이며, 이는 12V 입력에서 일반적인 벅 컨버터의 동작 범위 내에 있습니다.
5. 광학 설계:확산 렌즈 또는 커버가 LED 어레이 위에 배치되어 개별 광원을 균일한 영역 광으로 혼합하며, 각 LED의 120° 시야각을 활용합니다.

11. 동작 원리

이 LED는 형광체 변환 화이트 LED입니다. 핵심은 순방향 바이어스(전류가 흐를 때) 시 청색광을 방출하는 반도체 칩(일반적으로 인듐 갈륨 나이트라이드(InGaN)로 제작됨)입니다. 이 청색광은 칩 위 또는 주변에 도포된 형광체 재료 층(예: 세륨이 도핑된 이트륨 알루미늄 가닛, YAG:Ce)에 의해 부분적으로 흡수됩니다. 형광체는 일부 청색 광자를 흡수하고 노란색 영역의 넓은 스펙트럼에서 빛을 재방출합니다. 남은 청색광과 변환된 노란색광의 조합은 인간의 눈에 화이트 빛으로 인지됩니다. 정확한 색조(이 데이터시트의 쿨 화이트 또는 웜 화이트)는 형광체 층의 구성 및 두께에 따라 결정됩니다.

12. 기술 동향

자동차 조명용 LED 개발은 몇 가지 명확한 동향을 따릅니다:

• 광 효율 증가(lm/W):칩 설계, 형광체 효율 및 패키지 열 관리의 지속적인 개선으로 전기 입력 와트당 더 많은 광 출력을 얻어 에너지 소비 및 열 부하를 줄입니다.
• 더 높은 전력 밀도 및 소형화:100 루멘 이상을 제공하는 2820 패키지와 같은 제품은 더 작은 크기에 더 많은 성능을 집약하는 동향을 나타내며, 더 세련되고 컴팩트한 조명 설계를 가능하게 합니다.
• 향상된 신뢰성 및 견고성:AEC-Q102와 같은 표준은 기본 요구사항이 되고 있습니다. 추가 개발은 황 함유 대기(이 데이터시트의 황 테스트 Class A1로 해결) 및 전기 부식과 같은 특정 자동차 스트레스 요인에 대한 저항성 향상에 초점을 맞추고 있습니다.
• 스마트 및 적응형 조명:이것은 기본 구성 요소 LED이지만, 업계는 적응형 전방 조명 시스템(AFS) 및 동적 실내 조명을 위해 내장 드라이버, 컨트롤러 및 통신 인터페이스(LIN 또는 CAN과 같은)가 통합된 모듈로 나아가고 있습니다.
• 색상 조정 및 품질:자동차 환경에서 더 나은 미적 품질과 안전을 위해 더 높은 색 재현 지수(CRI) 값 및 더 정밀한 색상 포인트 제어(더 엄격한 빈)를 달성하는 데 초점을 맞추고 있습니다.