Техническая спецификация светодиода 2820-C03501H-AM - Размеры 2.8x2.0мм - Напряжение 3.25В - Мощность 1.14Вт - Белый свет

1. Обзор продукта

Серия 2820-C03501H-AM представляет собой высокояркий поверхностно-монтируемый (SMD) светодиод, разработанный в первую очередь для требовательных применений в автомобильном освещении. Он выполнен в компактном корпусе 2820 (площадь основания 2.8мм x 2.0мм) и излучает холодный белый свет. Ключевой особенностью этой серии является соответствие стандарту AEC-Q102 Rev A, который представляет собой квалификационные испытания на стойкость для дискретных оптоэлектронных полупроводников в автомобильных применениях. Это гарантирует надежность в суровых условиях автомобильной среды. Дополнительные квалификации включают устойчивость к сере (Класс A1), соответствие директивам RoHS, REACH и требованиям по отсутствию галогенов, что делает его подходящим для современных экологически ориентированных конструкций.

1.1 Основные преимущества

• Автомобильная надежность:Квалификация AEC-Q102 гарантирует работу в условиях экстремальных температур, влажности и механических нагрузок.
• Высокий световой поток:Обеспечивает типичный световой поток 110 люмен при токе накачки 350 мА, обеспечивая отличную яркость для своего размера.
• Широкий угол обзора:Угол обзора 120 градусов обеспечивает широкое и равномерное освещение.
• Прочная конструкция:Оснащен защитой от электростатического разряда (ESD) 8 кВ (HBM) и уровнем чувствительности к влаге (MSL) 2, что повышает надежность при обращении и монтаже.
• Соответствие экологическим нормам:Соответствует директивам RoHS, REACH и требованиям по отсутствию галогенов, поддерживая инициативы "зеленого" производства.

1.2 Целевой рынок

Основное применение для этой серии светодиодов -автомобильное освещение. Это включает внутреннее освещение (плафоны, лампы для чтения, фоновую подсветку), внешнее сигнальное освещение (габаритные огни, задние комбинированные фонари, где требуется высокая яркость в малом корпусе), а также, возможно, другие функции освещения в автомобиле, требующие надежного, яркого источника белого света.

2. Подробный анализ технических параметров

2.1 Фотометрические и электрические характеристики

Ключевые рабочие параметры определены при типичном прямом токе (I_F) 350 мА и температуре теплоотводящей площадки 25°C.

• Световой поток (I_V):100 лм (Мин.), 110 лм (Тип.), 130 лм (Макс.). Допуск измерения ±8%.
• Прямое напряжение (V_F):3.00 В (Мин.), 3.25 В (Тип.), 3.75 В (Макс.) при 350 мА. Допуск измерения ±0.05В.
• Угол обзора (φ):120 градусов (Типичный).
• Координаты цветности (CIE):x = 0.3227 (Тип.), y = 0.3351 (Тип.). Допуск для x и y составляет ±0.005, что помещает его в область холодного белого света.
• Прямой ток (I_F):Рабочий диапазон от 50 мА до 500 мА.

2.2 Тепловые характеристики

Эффективное тепловое управление критически важно для производительности и долговечности светодиода.

• Тепловое сопротивление (R_{th JS}):Предоставлены два значения: реальное тепловое сопротивление (переход-точка пайки) 20 К/Вт (Тип.) до 22 К/Вт (Макс.) и электрическое тепловое сопротивление 16 К/Вт (Макс.). Реальное тепловое сопротивление является ключевым параметром для расчета температуры перехода при тепловом проектировании.
• Температура перехода (T_J):Максимально допустимая температура перехода составляет 150°C.

3. Абсолютные максимальные параметры

Эти параметры определяют пределы, за которыми может произойти необратимое повреждение устройства. Работа в этих условиях не гарантируется.

• Рассеиваемая мощность (P_d):1750 мВт
• Прямой ток (I_F):500 мА (Постоянный), 1000 мА (Импульсный, t<=10 мкс, скважность 0.5%)
• Обратное напряжение (V_R):Не предназначен для работы в обратном направлении.
• Рабочая и температура хранения:-40°C до +125°C
• Чувствительность к ЭСР (HBM):8 кВ
• Температура пайки оплавлением:Пиковая температура 260°C максимум в течение 30 секунд.

4. Объяснение системы бинирования

Светодиоды сортируются в бины на основе ключевых параметров производительности для обеспечения стабильности в массовом производстве.

4.1 Бины светового потока

Бины определяются минимальным и максимальным значениями светового потока при условиях испытаний (I_F=350мА, теплоотводящая площадка 25°C).

• J1:100 лм до 110 лм
• J2:110 лм до 120 лм
• J3:120 лм до 130 лм

4.2 Бины прямого напряжения

Бины определяются диапазоном прямого напряжения при испытательном токе.

• 3032:3.00 В до 3.25 В
• 3235:3.25 В до 3.50 В
• 3537:3.50 В до 3.75 В

4.3 Бины цвета (цветности)

В спецификации представлена подробная диаграмма цветности с определенными бинами для холодного белого света (например, 56M, 58M, 61M, 63M). Каждый бин представляет собой четырехугольную область на диаграмме цветности CIE 1931, определяемую четырьмя наборами координат (x, y). Это позволяет выбирать светодиоды с очень высокой цветовой однородностью, что крайне важно для автомобильного освещения, где часто требуется согласование цвета между несколькими светодиодами.

5. Анализ кривых производительности

Графики предоставляют важную информацию о поведении светодиода в различных рабочих условиях.

5.1 Спектральное распределение

График относительного спектрального распределения показывает пик в синей области длин волн (около 450-460нм) с широким желтым излучением, преобразованным люминофором, что дает холодный белый свет. Отсутствие значительного выхода в области глубокого красного или инфракрасного излучения типично для белых светодиодов с люминофорным преобразованием.

5.2 Зависимость прямого тока от прямого напряжения (Вольт-амперная характеристика)

Этот график показывает экспоненциальную зависимость, типичную для диода. При 350 мА прямое напряжение группируется вокруг типичного значения 3.25В. Конструкторы используют эту кривую для проектирования драйверов и расчетов рассеиваемой мощности.

5.3 Относительный световой поток в зависимости от прямого тока

Световой выход увеличивается сублинейно с ростом тока. Хотя работа на более высоких токах дает больше света, она также генерирует больше тепла, что может снизить эффективность и срок службы. График помогает выбрать оптимальную рабочую точку.

5.4 Температурная зависимость

• Относительный световой поток в зависимости от температуры перехода:При увеличении температуры перехода (T_J) световой выход уменьшается. Этот график количественно определяет это падение, что критически важно для теплового проектирования для поддержания стабильной яркости.
• Относительное прямое напряжение в зависимости от температуры перехода:Прямое напряжение имеет отрицательный температурный коэффициент, уменьшаясь с ростом температуры. Это может использоваться для косвенного мониторинга температуры в некоторых применениях.
• Смещение цветности в зависимости от температуры перехода и тока:Эти графики показывают, как точка белого (координаты CIE x, y) смещается с изменением тока накачки и температуры перехода. Смещения относительно малы, но должны учитываться в приложениях, критичных к цвету.

5.5 Кривая снижения номинала прямого тока

Это критически важный график для надежной работы. Он показывает максимально допустимый постоянный прямой ток как функцию температуры паяльной площадки (T_S). При увеличении T_Sмаксимально допустимый ток должен быть уменьшен, чтобы предотвратить превышение температуры перехода 150°C. Например, при максимальной рабочей T_S125°C, максимальный постоянный ток составляет 500 мА.

5.6 Допустимая импульсная нагрузочная способность

Этот график определяет способность к импульсному току для импульсного режима работы. Он показывает допустимый пиковый импульсный ток (I_F) как функцию длительности импульса (t_p) для разных скважностей (D). Он позволяет использовать токи выше максимального постоянного тока 500 мА в течение коротких промежутков времени, что полезно для таких применений, как стробоскопы или мигающие огни.

6. Механическая и упаковочная информация

6.1 Механические размеры

Спецификация включает подробный чертеж размеров корпуса SMD 2820. Ключевые размеры включают размер корпуса 2.8мм (длина) x 2.0мм (ширина). На чертеже указано расположение маркировки катода, геометрия линзы и расположение контактных площадок. Все размеры указаны в миллиметрах со стандартным допуском ±0.1мм, если не указано иное.

6.2 Рекомендуемая разводка контактных площадок для пайки

Отдельный чертеж предоставляет рекомендуемую контактную площадку для проектирования печатной платы. Это включает размеры и расстояние между электрическими контактными площадками и центральной теплоотводящей площадкой. Соблюдение этой разводки крайне важно для правильной пайки, тепловых характеристик и механической стабильности. Теплоотводящая площадка критически важна для отвода тепла от перехода светодиода к печатной плате.

7. Рекомендации по пайке и сборке

7.1 Профиль пайки оплавлением

Светодиод рассчитан на максимальную пиковую температуру оплавления 260°C в течение 30 секунд. Следует соблюдать типичный профиль оплавления с этапами предварительного нагрева, выдержки, оплавления и охлаждения, обеспечивая, чтобы температура не превышала указанного предела. Уровень чувствительности к влаге (MSL) равен 2, что означает, что устройство должно быть использовано в течение одного года после вскрытия заводской упаковки и может потребовать прокаливания, если подвергалось воздействию окружающей среды сверх установленного срока.

7.2 Меры предосторожности при использовании

• Защита от ЭСР:Хотя светодиод рассчитан на 8 кВ HBM, во время обращения и сборки следует соблюдать стандартные меры предосторожности от ЭСР.
• Очистка:Используйте соответствующие чистящие растворители, которые не повреждают линзу светодиода или материал корпуса.
• Механические нагрузки:Избегайте приложения прямого усилия или вибрации к линзе светодиода.
• Управление током:Всегда запитывайте светодиод от источника постоянного тока, а не постоянного напряжения, чтобы обеспечить стабильную работу и предотвратить тепловой разгон.

8. Рекомендации по применению и соображения проектирования

8.1 Типичные сценарии применения

• Автомобильное внутреннее освещение:Плафоны потолочной консоли, лампы для чтения карт, подсветка пространства для ног и световые полосы фоновой подсветки.
• Автомобильное внешнее освещение:Дневные ходовые огни (DRL), габаритные огни, центральный стоп-сигнал (CHMSL) и подсветка номерного знака, где требуется высокая яркость в малом корпусе.

8.2 Соображения проектирования

• Тепловое управление:Это самый критический аспект. Используйте тепловое сопротивление (R_{th JS}= 20 К/Вт) и кривую снижения номинала для проектирования адекватного теплового пути. Это предполагает использование печатной платы с достаточной площадью меди (настоятельно рекомендуется использование тепловых переходных отверстий под теплоотводящей площадкой) и, возможно, печатной платы на алюминиевой основе (MCPCB) для применений с высокой мощностью или высокой температурой окружающей среды.
• Выбор драйвера:Выберите автомобильный светодиодный драйвер, способный обеспечивать стабильный ток 350 мА (или другой желаемый ток) от бортовой сети автомобиля (обычно 12В или 24В). Драйвер должен включать защиту от перенапряжения, обратной полярности и переходных процессов, характерных для автомобильной среды.
• Оптическое проектирование:Угол обзора 120° подходит для рассеянного освещения. Для сфокусированных пучков потребуются вторичная оптика (линзы или отражатели). Малый размер источника этого светодиода является преимуществом для оптического управления.
• Цветовая однородность:Для применений, использующих несколько светодиодов, указывайте требуемый цветовой бин (например, 61M), чтобы обеспечить равномерный белый цвет по всей сборке.

9. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

9.1 Каково типичное энергопотребление?

В типичной рабочей точке 350 мА и 3.25В, потребляемая электрическая мощность составляет приблизительно 1.14 Ватт (P = I_F* V_F= 0.35A * 3.25V).

9.2 Как рассчитать температуру перехода?

Температуру перехода (T_J) можно оценить по формуле: T_J= T_S+ (P_d* R_{th JS}), где T_S- измеренная температура паяльной площадки, P_d- рассеиваемая мощность (в Ваттах), а R_{th JS}- реальное тепловое сопротивление (20 К/Вт). Для надежной работы T_Jдолжна поддерживаться ниже 150°C, и чем ниже, тем лучше для долговечности.

9.3 Можно ли запитывать его напрямую от источника 12В?

No.Подключение напрямую к источнику 12В мгновенно разрушит светодиод из-за чрезмерного тока. Обязательно использование драйвера постоянного тока для светодиодов или схемы ограничения тока.

9.4 Что означает квалификация AEC-Q102 для моего проекта?

Это означает, что компонент светодиода прошел строгий набор испытаний на стойкость, моделирующих условия автомобильной среды (расширенные температурные циклы, высокая влажность при смещении, хранение при высокой температуре и т.д.). Использование компонентов, квалифицированных по AEC-Q102, упрощает процесс квалификации вашей системы на уровне модуля и значительно повышает уверенность в долгосрочной надежности осветительного модуля.

10. Практический пример проектирования

Сценарий:Проектирование плафона внутреннего освещения для легкового автомобиля. Требуется равномерное, яркое белое освещение.

Этапы проектирования:

1. Выбор светодиода:Серия 2820-C03501H-AM выбрана из-за своей яркости, автомобильного класса и компактного размера.
2. Количество и расположение:На основе требуемого уровня освещенности (люмен) рассчитайте необходимое количество светодиодов. Например, для 500 люмен может потребоваться 5 светодиодов из бина J2 (по 110-120 лм каждый). Они будут расположены линейно или кластером на печатной плате.
3. Тепловое проектирование:Печатная плата спроектирована с медным слоем 2 унции. Используется специальный рисунок теплоотводящей площадки, соответствующий рекомендациям спецификации, с массивом тепловых переходных отверстий, соединяющих ее с большой медной областью на нижнем слое, которая служит теплораспределителем. Проверяется кривая снижения номинала: если температура в салоне может достигать 85°C, температура паяльной площадки (T_S) может быть оценена в 95°C. Кривая снижения номинала показывает, что допустимый ток все еще выше 350 мА, поэтому конструкция термически устойчива.
4. Электрическое проектирование:Выбран автомобильный понижающий драйвер светодиодов для преобразования напряжения бортовой сети 12В в постоянный ток 350 мА для последовательной цепочки из 5 светодиодов. Суммарное прямое напряжение цепочки составляет приблизительно 16.25В (5 * 3.25В), что находится в рабочем диапазоне типичного понижающего преобразователя от входного напряжения 12В.
5. Оптическое проектирование:Над массивом светодиодов устанавливается рассеивающая линза или крышка, чтобы объединить отдельные источники в равномерное площадное освещение, используя угол обзора 120° каждого светодиода.

11. Принцип работы

Этот светодиод является белым светодиодом с люминофорным преобразованием. Основой является полупроводниковый кристалл, обычно из нитрида индия-галлия (InGaN), который излучает синий свет при прямом смещении (когда через него протекает электрический ток). Этот синий свет частично поглощается слоем люминофорного материала (например, алюмоиттриевого граната, легированного церием, YAG:Ce), нанесенным на кристалл или вокруг него. Люминофор поглощает часть синих фотонов и переизлучает свет в широком спектре в желтой области. Комбинация оставшегося синего света и преобразованного желтого света воспринимается человеческим глазом как белый свет. Точный оттенок (холодный белый, как в этой спецификации, или теплый белый) определяется составом и толщиной слоя люминофора.

12. Технологические тренды

Развитие светодиодов для автомобильного освещения следует нескольким четким тенденциям:

• Повышение световой отдачи (лм/Вт):Постоянные улучшения в конструкции кристалла, эффективности люминофора и тепловом управлении корпуса приводят к большему световому потоку на ватт потребляемой мощности, снижая энергопотребление и тепловую нагрузку.
• Более высокая плотность мощности и миниатюризация:Продукты, такие как корпус 2820, обеспечивающий более 100 люмен, представляют тренд упаковки большей производительности в меньшие размеры, позволяя создавать более изящные и компактные осветительные конструкции.
• Повышенная надежность и устойчивость:Стандарты, такие как AEC-Q102, становятся базовыми требованиями. Дальнейшие разработки сосредоточены на повышении устойчивости к специфическим автомобильным стресс-факторам, таким как серосодержащая атмосфера (решается Классом испытаний на серу A1 в этой спецификации) и гальваническая коррозия.
• Интеллектуальное и адаптивное освещение:Хотя это базовый компонентный светодиод, отрасль движется к интегрированным модулям со встроенными драйверами, контроллерами и интерфейсами связи (такими как LIN или CAN) для адаптивных систем переднего освещения (AFS) и динамического внутреннего освещения.
• Настройка цвета и качество:Уделяется внимание достижению более высоких значений индекса цветопередачи (CRI) и более точному контролю цветовой точки (более узкие бины) для лучшего эстетического качества и безопасности в автомобильной среде.