Техническая документация на сверхкрасный светодиод 2020 SMD - 2.0x2.0x0.7мм - 2.3В - 0.322Вт

1. Обзор продукта

2020-SR140DM-AM — это высокопроизводительный сверхкрасный светодиод для поверхностного монтажа, специально разработанный для требовательных применений в автомобильном освещении. Этот компонент относится к семейству продуктов «2020», что указывает на его размеры 2.0 мм x 2.0 мм. Его ключевое преимущество заключается в сочетании надежной светоотдачи, широкого угла обзора 120 градусов и прочной конструкции, соответствующей строгим автомобильным стандартам, включая AEC-Q102. Основной целевой рынок — системы внешнего и внутреннего освещения автомобилей, где критически важны стабильность цвета, долгосрочная надежность и компактные размеры.

2. Подробный анализ технических параметров

2.1 Фотометрические и электрические характеристики

Ключевые характеристики светодиода определены при стандартном испытательном токе 140 мА. В этих условиях типичный световой поток составляет 18 люмен (лм), с минимумом 13 лм и максимумом 27 лм, что учитывает производственные допуски. Доминирующая длина волны обычно составляет 628 нм, что помещает его в спектр сверхкрасного цвета, с диапазоном бинирования от 627 нм до 639 нм. Прямое напряжение (Vf) при 140 мА обычно составляет 2.3 В, в диапазоне от 1.75 В до 2.75 В. Этот параметр критически важен для проектирования драйвера и управления температурным режимом, так как рассеиваемая мощность рассчитывается как Vf * If. При типичных условиях это примерно 0.322 Вт (2.3 В * 0.14 А).

2.2 Абсолютные максимальные параметры и тепловые свойства

Для обеспечения долговечности устройства рабочие условия никогда не должны превышать абсолютные максимальные параметры. Максимальный постоянный прямой ток составляет 250 мА, и устройство может выдерживать импульсные токи до 1000 мА в течение очень коротких импульсов (≤10 мкс). Максимальная температура перехода (Tj) составляет 150°C, в то время как рабочий температурный диапазон указан от -40°C до +125°C, что подходит для суровых автомобильных условий. Тепловое управление жизненно важно; тепловое сопротивление от перехода к точке пайки (Rth JS) обычно составляет 23 К/Вт (реальное) или 16 К/Вт (электрическое), что указывает на эффективность отвода тепла от полупроводникового кристалла к печатной плате.

3. Объяснение системы бинирования

Для обеспечения стабильности цвета и яркости в производстве светодиоды сортируются по бинам.

3.1 Бинирование по световому потоку

Светодиоды классифицируются по трем бинам светового потока: E6 (13-17 лм), F7 (17-20 лм) и F8 (20-23 лм). Буква «M» в номере детали указывает на средний уровень яркости, который обычно соответствует бину F7.

3.2 Бинирование по прямому напряжению

Определены четыре бина по напряжению: 1720 (1.75-2.0 В), 2022 (2.0-2.25 В), 2225 (2.25-2.5 В) и 2527 (2.5-2.75 В). Это позволяет разработчикам выбирать светодиоды с более узкими допусками по Vf для согласования токов в массивах из нескольких светодиодов.

3.3 Бинирование по доминирующей длине волны

Цвет контролируется через бины длины волны: 2730 (627-630 нм), 3033 (630-633 нм), 3336 (633-636 нм) и 3639 (636-639 нм). Типичное значение 628 нм попадает в бин 2730.

4. Анализ кривых характеристик

4.1 ВАХ и относительный световой поток

График зависимости прямого тока от прямого напряжения показывает характерную экспоненциальную зависимость. Кривая зависимости относительного светового потока от прямого тока демонстрирует, что световой выход увеличивается сублинейно с ростом тока, подчеркивая важность работы при рекомендуемых 140 мА для оптимальной эффективности и срока службы.

4.2 Температурная зависимость

График зависимости относительного светового потока от температуры перехода показывает, что световой выход уменьшается с ростом температуры, что типично для светодиодов. Кривая зависимости относительного прямого напряжения от температуры перехода имеет отрицательный наклон, что означает уменьшение Vf с ростом температуры, что может использоваться для измерения температуры. График относительного смещения длины волны указывает на небольшое увеличение доминирующей длины волны (красное смещение) с ростом температуры.

4.3 Спектральное распределение и снижение параметров

График относительного спектрального распределения подтверждает узкий пик излучения в красной области (~628 нм). Кривая снижения прямого тока критически важна для проектирования: она показывает, что максимально допустимый постоянный ток должен быть уменьшен с ростом температуры контактной площадки (Ts). Например, при максимальной Ts 125°C максимальный If составляет 250 мА.

5. Механическая информация и данные о корпусе

5.1 Физические размеры

Светодиод имеет стандартный размер для поверхностного монтажа 2020 (2.0 мм x 2.0 мм). Общая высота корпуса составляет приблизительно 0.7 мм. Подробные механические чертежи определяют все критические размеры, включая размер линзы и расположение выводной рамки, с общим допуском ±0.1 мм.

5.2 Рекомендуемая конфигурация контактных площадок

Предоставлен шаблон контактных площадок для обеспечения надежной пайки и оптимальных тепловых характеристик. Конструкция включает центральную тепловую площадку для эффективного отвода тепла на печатную плату. Рекомендуется придерживаться этой конфигурации, чтобы предотвратить эффект «гробового камня» и обеспечить правильное выравнивание.

6. Рекомендации по пайке и сборке

Светодиод совместим со стандартными процессами пайки оплавлением в инфракрасной печи. Максимальная температура пайки составляет 260°C в течение не более 30 секунд, согласно профилю IPC/JEDEC J-STD-020. Устройство классифицируется как уровень чувствительности к влаге (MSL) 2, что означает, что устройство должно быть просушено, если оно находилось на открытом воздухе более одного года перед использованием. Необходимо соблюдать процедуры защиты от электростатического разряда (ESD), так как устройство рассчитано на 2 кВ по модели человеческого тела (HBM).

7. Упаковка и информация для заказа

Номер детали следует определенной структуре:2020 - SR - 140 - D - M - AM.

• 2020: Семейство продуктов (2.0 мм x 2.0 мм).
• SR: Цвет (Сверхкрасный).
• 140: Испытательный ток в мА.
• D: Тип выводной рамки (золотое покрытие с белым отражающим клеем).
• M: Уровень яркости (Средний).
• AM: Обозначает автомобильное применение.

8. Рекомендации по применению

8.1 Типичные сценарии применения

Этот светодиод явно разработан для автомобильного освещения. Это включает:

• Внешнее освещение:Центральный стоп-сигнал (CHMSL), задние комбинированные фонари (стоп/габаритные функции), боковые габаритные огни.
• Внутреннее освещение:Подсветка приборной панели, подсветка переключателей, фоновое освещение.

8.2 Соображения по проектированию

• Управление током:Используйте драйвер постоянного тока, а не источник постоянного напряжения, чтобы обеспечить стабильный световой выход и предотвратить тепловой разгон. Рекомендуемая рабочая точка — 140 мА.
• Тепловое управление:Печатная плата должна быть спроектирована для эффективного отвода тепла. Используйте предоставленные значения теплового сопротивления (Rth JS) для расчета ожидаемого повышения температуры перехода на основе тепловых характеристик вашей платы и условий окружающей среды. Поддерживайте Tj значительно ниже 150°C.
• Оптика:Угол обзора 120° подходит для освещения больших площадей. Для сфокусированных лучей могут потребоваться вторичные оптические элементы (линзы).
• Устойчивость к сере:Устройство соответствует классу испытаний на серу A1, что делает его подходящим для сред с атмосферным загрязнением серой.

9. Техническое сравнение и дифференциация

По сравнению со стандартными красными светодиодами, вариант «Сверхкрасный» предлагает более высокую световую отдачу (больше люмен на ватт) и более насыщенный, глубокий красный цвет (более низкая доминирующая длина волны около 628 нм против стандартного красного 620-625 нм или красно-оранжевого). Квалификация AEC-Q102, расширенный температурный диапазон (-40°C до +125°C) и устойчивость к сере являются ключевыми отличиями, оправдывающими его использование в автомобильных, а не коммерческих приложениях. Использование позолоченной выводной рамки (тип «D») повышает отражательную способность и долгосрочную надежность.

10. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

В: Могу ли я питать этот светодиод током 250 мА непрерывно?

О: Можете, но только если температура контактной площадки (Ts) поддерживается на уровне 25°C или ниже, согласно кривой снижения параметров. В большинстве практических автомобильных применений с более высокими температурами окружающей среды непрерывная работа при 250 мА, вероятно, превысит тепловые пределы. Рекомендуемый рабочий ток — 140 мА.

В: В чем разница между «реальным» и «электрическим» тепловым сопротивлением?

О: Электрическое тепловое сопротивление (Rth JS el) измеряется с использованием собственного температурного коэффициента Vf светодиода в качестве датчика. Реальное тепловое сопротивление (Rth JS real) измеряется с помощью внешнего датчика. Электрический метод более распространен для светодиодов. В спецификации приведены оба значения; для большинства тепловых расчетов использование «реального» значения (23 К/Вт) является более консервативным.

В: Как интерпретировать бинирование по световому потоку при заказе?

О: Номер детали указывает средний (M) уровень яркости. Для точного согласования яркости в критических приложениях вам может потребоваться указать конкретный бин светового потока (E6, F7, F8) у вашего поставщика, так как стандартный сорт «M» охватывает диапазон.

11. Пример проектирования и использования

Сценарий: Проектирование центрального стоп-сигнала (CHMSL)

Разработчику требуется 15 светодиодов для массива CHMSL. Он выбирает 2020-SR140DM-AM из-за его яркости, цвета и автомобильного класса. Используя типичное Vf 2.3 В при 140 мА, общее падение напряжения для последовательной цепочки из 15 светодиодов составит 34.5 В, что потребует повышающего преобразователя от 12-вольтовой системы автомобиля. В качестве альтернативы можно использовать параллельные цепочки, управляемые одним драйвером постоянного тока с резисторами для выравнивания токов, тщательно выбирая светодиоды из одного бина по Vf (например, 2022) для обеспечения равномерной яркости. Разводка печатной платы включает рекомендуемую контактную площадку с большой медной областью, соединенной с тепловой площадкой для отвода тепла. Тепловое моделирование выполняется с использованием Rth JS 23 К/Вт и ожидаемой максимальной температуры окружающей среды внутри заднего стекла (например, 85°C), чтобы убедиться, что температура перехода остается ниже 110°C для долгого срока службы.

12. Принцип работы

Это полупроводниковый светоизлучающий диод (LED). Когда прикладывается прямое напряжение, превышающее его напряжение запрещенной зоны (приблизительно 2.3 В), электроны и дырки рекомбинируют в активной области полупроводникового кристалла (обычно на основе материалов AlInGaP для красного излучения). Этот процесс рекомбинации высвобождает энергию в виде фотонов (света). Конкретный состав полупроводниковых слоев определяет длину волны (цвет) излучаемого света. Эпоксидная линза инкапсулирует кристалл, обеспечивает механическую защиту и формирует световой поток для достижения угла обзора 120 градусов.

13. Технологические тренды

Рынок автомобильных светодиодов продолжает развиваться в сторону повышения эффективности (больше люмен на ватт), что позволяет снизить энергопотребление и тепловую нагрузку. Также наблюдается тенденция к миниатюризации (меньше, чем размер 2020) для более изящных дизайнов света и интеграции нескольких кристаллов (например, RGB) в один корпус для адаптивного освещения. Кроме того, все более важными становятся повышенные стандарты надежности и тестирование на новые воздействия, такие как лазерный свет в средах, насыщенных лидарами. Переход к стандартизированным цифровым интерфейсам (например, SPI, I2C) для управления светодиодами в сложных адаптивных фарах (ADB) — еще одна значительная тенденция, хотя данный конкретный компонент остается аналоговым устройством с токовым управлением.