Техническая спецификация светодиода 2820-SR2001M-AM - SMD корпус 2.8x2.0мм - Супер Красный 632нм - 27лм @ 200мА - Автомобильный класс

1. Обзор продукта

Серия 2820-SR2001M-AM представляет собой высокопроизводительный светодиод для поверхностного монтажа, разработанный специально для требовательных условий автомобильного освещения. Это устройство относится к семейству продуктов, характеризующемуся компактным форм-фактором 2820 (2.8мм x 2.0мм), предлагающим оптимальный баланс светового потока, надежности и габаритов. Основное применение — автомобильное освещение, где стабильная работа в жестких условиях имеет первостепенное значение. Ключевые преимущества включают соответствие строгим автомобильным стандартам квалификации, таким как AEC-Q102, надежную конструкцию для высоконадежных процессов пайки и дизайн, оптимизированный для управления теплом, что обеспечивает стабильный световой выход в рабочем диапазоне температур.

1.1 Основные характеристики и соответствие стандартам

Светодиод выполнен в стандартном SMD (Surface Mount Device) корпусе, что облегчает автоматизированные процессы сборки. Он излучает в спектре Супер Красного цвета с типичной доминирующей длиной волны 632 нанометра. Основной метрикой производительности является типичный световой поток в 27 люмен при прямом токе 200 миллиампер. Устройство имеет широкий угол обзора 120 градусов, обеспечивая рассеянное освещение. Оно обладает определенной стойкостью к электростатическому разряду, номинал — 2кВ (модель человеческого тела). Компонент имеет рейтинг MSL 2 (Уровень чувствительности к влаге 2), что указывает на срок хранения и требования к обращению перед оплавлением. Ключевым является то, что он квалифицирован в соответствии со стандартом AEC-Q102 Rev A, который представляет собой квалификационные испытания на стойкость для дискретных оптоэлектронных полупроводников в автомобильных приложениях. Он также соответствует критериям серных испытаний класса A1, обеспечивая устойчивость к коррозионным серосодержащим атмосферам. Продукт соответствует директивам RoHS (Ограничение использования опасных веществ) и REACH, а также производится без галогенов, с содержанием брома и хлора ниже установленных пределов (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm).

2. Анализ технических параметров

В этом разделе представлена детальная, объективная интерпретация ключевых электрических, оптических и тепловых параметров, определенных в спецификации, с объяснением их значимости для инженеров-конструкторов.

2.1 Фотометрические и оптические характеристики

Основной оптической характеристикой являетсяСветовой поток (Iv)с типичным значением 27 люмен при прямом токе (IF) 200мА. Минимальное и максимальное значения указаны как 20 лм и 33 лм соответственно при тех же условиях. Этот диапазон напрямую связан со структурой бинирования, обсуждаемой далее.Доминирующая длина волны (λd)составляет типично 632 нм, определяя воспринимаемый цвет Супер Красного света, с диапазоном от 627 нм до 639 нм.Угол обзора (φ)составляет 120 градусов — это полный угол, при котором сила света составляет половину пиковой интенсивности. Такой широкий угол полезен для приложений, требующих рассеянного или площадного освещения, а не сфокусированного луча.

2.2 Электрические характеристики

TheПрямое напряжение (VF)является критическим параметром для проектирования драйвера. При 200мА типичное VF составляет 2.3 вольта, с диапазоном от 2.00В до 2.75В. Этот разброс требует правильного бинирования по напряжению для обеспечения стабильной работы системы.Прямой ток (IF)имеет рекомендуемый рабочий диапазон от 25мА до 250мА, при этом 200мА является тестовым условием для большинства спецификаций. Превышение абсолютного максимального значения 250мА может привести к необратимому повреждению. Устройствоне предназначено для работы в обратном направлении, что означает, что подача обратного напряжения может вызвать мгновенный отказ; следовательно, защита схемы (например, последовательный диод в параллельных массивах) необходима, если возможно обратное смещение.

2.3 Тепловые и надежностные характеристики

Теплоотвод критически важен для долговечности и производительности светодиода.Тепловое сопротивлениеот перехода до точки пайки задается двумя значениями: реальное тепловое сопротивление (Rth JS real) 18 К/Вт (тип.) и значение, полученное электрическим методом (Rth JS el) 12 К/Вт (тип.). Конструкторам следует использовать реальное тепловое сопротивление для более точных расчетов температуры перехода.Температура перехода (TJ)не должна превышать 150°C.Рабочая температура (Topr)находится в диапазоне от -40°C до +125°C, что подходит для автомобильных применений под капотом и снаружи.Рассеиваемая мощность (Pd)абсолютный максимум составляет 687.5 мВт. Устройство может выдерживатьИмпульсный ток (IFM)в 1000 мА для очень коротких импульсов (t <= 10 мкс, скважность 0.005), что актуально для пусковых или переходных условий. МаксимальнаяТемпература пайки оплавлениемсоставляет 260°C в течение 30 секунд, определяя пиковый температурный профиль во время сборки.

3. Объяснение системы бинирования

Для обеспечения цветовой и яркостной однородности в производстве светодиоды сортируются по бинам. 2820-SR2001M-AM использует трехмерную систему бинирования.

3.1 Бинирование по световому потоку

Световой поток сортируется по трем бинам: E8 (20-23 лм), E9 (23-27 лм) и F1 (27-33 лм). Буква "M" в номере детали указывает на средний уровень яркости, который обычно соответствует центральному бину (E9). Конструкторы должны выбирать соответствующий бин на основе требуемого минимального светового выхода для их приложения, учитывая 8% допуск измерения.

3.2 Бинирование по прямому напряжению

Прямое напряжение бинируется для облегчения согласования токов, особенно когда светодиоды соединены параллельно. Бины: 2022 (2.00-2.25В), 2225 (2.25-2.50В) и 2527 (2.50-2.75В). Использование светодиодов из одного вольтажного бина в параллельной конфигурации помогает обеспечить более равномерное распределение тока и яркости.

3.3 Бинирование по доминирующей длине волны

Цветовая однородность контролируется через бины доминирующей длины волны, сгруппированные с шагом 3нм: 2730 (627-630 нм), 3033 (630-633 нм), 3336 (633-636 нм) и 3639 (636-639 нм). Типичное значение 632 нм попадает в бины 3033 или 3336. Для приложений, где критически важна точная цветопередача, необходимо указывать узкий бин длины волны.

4. Анализ характеристических кривых

В спецификации представлены несколько графиков, иллюстрирующих поведение устройства в различных условиях, что необходимо для надежного проектирования системы.

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

График показывает экспоненциальную зависимость между прямым током и прямым напряжением. В типичной рабочей точке 200мА напряжение составляет примерно 2.3В. Эта кривая жизненно важна для проектирования схемы ограничения тока, будь то простой резистор или драйвер постоянного тока. Наклон указывает на динамическое сопротивление светодиода.

4.2 Относительный световой поток в зависимости от прямого тока

Этот график демонстрирует, что световой выход сверхлинейно увеличивается с ростом тока до определенного предела. Хотя работа на более высоких токах дает больше света, она также генерирует больше тепла, что может снизить эффективность и срок службы. Тестовая точка 200мА является хорошим балансом между выходом и надежностью для данного устройства.

4.3 Графики температурной зависимости

Три ключевых графика показывают изменение характеристик в зависимости от температуры перехода:Относительное прямое напряжение в зависимости от температуры переходапоказывает, что VF линейно уменьшается с ростом температуры (примерно -2 мВ/°C), что может использоваться для грубой оценки температуры.Относительный световой поток в зависимости от температуры переходапоказывает, что световой выход уменьшается с ростом температуры, что характерно для всех светодиодов. Для поддержания стабильной яркости требуется эффективный теплоотвод.Относительный сдвиг длины волны в зависимости от температуры переходауказывает, что доминирующая длина волны слегка смещается с температурой (обычно 0.1 нм/°C для красных светодиодов), что обычно пренебрежимо мало для большинства применений, но может быть важно для цветокритичных задач.

4.4 Кривая снижения номинала прямого тока

Это один из самых важных графиков для надежности. Он показывает максимально допустимый прямой ток как функцию температуры контактной площадки. По мере роста температуры площадки максимально допустимый ток линейно уменьшается. Например, при максимальной температуре контактной площадки 125°C максимально допустимый ток составляет 250мА (абсолютный максимум). Для обеспечения длительного срока службы рекомендуется работать значительно ниже этой линии снижения номинала. Кривая также определяет минимальный рабочий ток 25мА.

4.5 Допустимая импульсная нагрузочная способность

Этот график определяет максимально допустимый непериодический или периодический импульсный ток для заданной длительности импульса (tp) и скважности (D). Он позволяет конструкторам понять способность светодиода выдерживать короткие импульсы высокого тока, что полезно для ШИМ-диммирования или переходных условий. Кривые показывают, что для очень коротких импульсов (например, 10 мкс) ток может значительно превышать максимальный номинал для постоянного тока.

4.6 Спектральное распределение и диаграмма направленности

График относительного спектрального распределения показывает узкий пик около 632 нм, характерный для высокоэффективного красного светодиода. Типичная диаграмма направленности (не полностью детализирована в предоставленном отрывке, но упоминается) иллюстрирует пространственное распределение света, подтверждая угол обзора 120° с ламбертовой или подобной диаграммой.

5. Механическая и упаковочная информация

5.1 Механические размеры

Светодиод использует стандартный корпус 2820. Размеры приведены на детальном чертеже (подразумевается разделом 3). Ключевые особенности включают общую длину и ширину (2.8мм x 2.0мм), геометрию линзы и расположение выводов катода и анода. Катод обычно маркируется визуальным индикатором, таким как выемка, срезанный угол или точка на корпусе. Допуски на некритические размеры составляют ±0.1мм.

5.2 Рекомендуемая разводка контактных площадок

Раздел 4 предоставляет проект посадочного места для печатной платы. Соблюдение этой рекомендуемой конфигурации критически важно для надежной пайки, правильного теплоотвода и предотвращения "эффекта надгробия" во время оплавления. Дизайн включает площадки для двух электрических выводов и центральную тепловую площадку. Тепловая площадка необходима для отвода тепла от перехода светодиода к медной подложке печатной платы, которая действует как радиатор. Размеры обеспечивают правильное формирование паяльного мениска и выравнивание компонента.

6. Рекомендации по пайке и сборке

6.1 Профиль пайки оплавлением

Устройство совместимо со стандартными процессами инфракрасной или конвекционной пайки оплавлением. Указанное максимальное условие — пиковая температура 260°C в течение 30 секунд. Следует использовать типичный бессвинцовый профиль с тщательно контролируемыми стадиями предварительного нагрева, выдержки, оплавления и охлаждения, чтобы избежать теплового удара и обеспечить правильное формирование паяного соединения. Рейтинг MSL 2 означает, что компонент должен быть просушен, если он подвергался воздействию окружающего воздуха дольше установленного срока хранения (обычно 1 год при хранении при <10% влажности и <30°C) перед оплавлением.

6.2 Меры предосторожности при использовании

Применяются общие меры предосторожности при обращении: избегайте механических нагрузок на линзу, защищайте от электростатического разряда с помощью соответствующих средств контроля ЭСР (даже с его номиналом 2кВ) и храните в сухих контролируемых условиях в соответствии с рейтингом MSL. Во время пайки убедитесь, что тепловая площадка имеет хороший контакт с площадкой на печатной плате для максимального теплоотвода.

7. Упаковка и информация для заказа

7.1 Расшифровка номера детали

Номер детали2820-SR2001M-AMструктурирован следующим образом:2820: Семейство продуктов и размер корпуса (2.8мм x 2.0мм).SR: Цветовой код для Супер Красного.200: Тестовый ток в миллиамперах (200мА).1: Тип выводной рамки (1 = Позолоченная).M: Уровень яркости (M = Средний, соответствует определенному бину светового потока).AM: Обозначает автомобильное применение и квалификацию.

7.2 Справочник цветовых кодов

Спецификация включает полную таблицу соответствия цветовых символов описаниям (например, SR=Супер Красный, UR=Красный, UG=Зеленый, UB=Синий, C=Холодный белый, WW=Теплый белый, PA=Фосфорный янтарный). Это позволяет идентифицировать другие варианты в том же семействе корпусов 2820.

7.3 Информация об упаковке

Светодиоды поставляются на ленте в катушках для автоматизированной сборки. Указаны стандартные количества на катушке (например, 2000 или 4000 штук) и размеры ленты для правильной настройки питателей на сборочных машинах.

8. Рекомендации по применению и конструктивные соображения

8.1 Типичные сценарии применения

Основное применение —автомобильное освещение. Это включает:Внешние сигнальные огни: Центральный стоп-сигнал (CHMSL), задние комбинированные фонари (стоп/габарит/поворот), боковые габаритные огни.Внутреннее освещение: Подсветка приборной панели, подсветка переключателей, фоновое освещение.Системы помощи водителю (ADAS): Подсветка датчиков, где требуется определенная длина волны. Его квалификация AEC-Q102, широкий температурный диапазон и стойкость к сере делают его подходящим для этих жестких условий.

8.2 Конструктивные соображения

Thermal ManagementТеплоотвод: Самый критический аспект. Используйте тепловое сопротивление (Rth JS real = 18 К/Вт) для расчета повышения температуры перехода относительно температуры печатной платы. Обеспечьте достаточную площадь меди (тепловую площадку) на печатной плате, возможно, с тепловыми переходами на внутренние слои или плоскость на обратной стороне, чтобы поддерживать низкую температуру контактной площадки. См. кривую снижения номинала.Current DriveУправление током: Используйте драйвер постоянного тока для стабильного светового выхода, особенно при изменении температуры. При использовании последовательного резистора учитывайте разброс бинов прямого напряжения и допуск напряжения питания.OpticsОптика: Угол обзора 120° может потребовать вторичной оптики (линз, световодов) для формирования луча под конкретные задачи.ESD ProtectionЗащита от ЭСР: Применяйте стандартные меры предосторожности от ЭСР во время обращения и сборки. В схеме рассмотрите подавление переходных напряжений, если светодиод подключен к длинным проводам или зашумленным автомобильным шинам.

9. Техническое сравнение и дифференциация

Хотя прямое сравнение с конкурентами не приведено в спецификации, ключевые отличительные особенности этой серии можно выделить:Automotive QualificationАвтомобильная квалификация: Соответствие AEC-Q102 является значительным отличием от коммерческих светодиодов, включая строгие испытания на температурные циклы, влажность, срок службы при высокой температуре и т.д.Sulfur ResistanceСтойкость к сере: Критерий серных испытаний класса A1 критически важен для автомобильных и промышленных применений, где атмосферная сера может корродировать серебросодержащие компоненты.Halogen-FreeБез галогенов: Соответствует экологическим и техническим стандартам, требуемым многими производителями.Thermal PerformanceТепловые характеристики: Указанные значения теплового сопротивления позволяют проводить более точное тепловое моделирование по сравнению с компонентами, которые предоставляют только максимальную рассеиваемую мощность.

10. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В: Какой фактической яркости мне ожидать?

О: Типичное значение — 27 лм при 200мА. Однако вы должны проектировать, исходя из минимального бина, который вы готовы принять (например, 20 лм для бина E8), чтобы гарантировать производительность системы. Уточняйте доступность конкретных бинов у поставщика.

В: Могу ли я управлять этим светодиодом с помощью ШИМ для диммирования?

О: Да, светодиоды идеально подходят для ШИМ-диммирования. Убедитесь, что пиковый ток во время импульса "включения" не превышает номиналов с графика "Допустимая импульсная нагрузочная способность" для выбранной вами частоты и скважности. Рекомендуется частота выше 100 Гц, чтобы избежать видимого мерцания.

В: Как рассчитать необходимый радиатор?

О: 1) Определите рабочий ток (например, 200мА) и соответствующее VF (например, 2.3В). Мощность = 0.2А * 2.3В = 0.46Вт. 2) Оцените или измерьте ожидаемую температуру печатной платы (Ts) в месте пайки. 3) Используйте Rth JS real (18 К/Вт): ΔT_перехода = Мощность * Rth = 0.46Вт * 18 К/Вт ≈ 8.3К. 4) Температура перехода Tj = Ts + ΔT_перехода. Убедитесь, что Tj < 150°C и предпочтительно < 100°C для длительного срока службы. Используйте кривую снижения номинала, чтобы проверить, безопасен ли ваш ток при предполагаемой Ts.

В: Достаточно ли токоограничивающего резистора?

О: Для простых, некритичных приложений со стабильным напряжением питания (Vcc) можно использовать резистор: R = (Vcc - VF_светодиода) / I_F. Выбирайте VF из максимального бина (2.75В), чтобы гарантировать, что ток не превысит пределы, если вы получите светодиод с низким VF. Этот метод неэффективен, и яркость будет меняться в зависимости от Vcc и VF светодиода. Для автомобильных применений рекомендуется драйвер постоянного тока.

11. Пример проектирования и использования

Сценарий: Проектирование центрального стоп-сигнала (CHMSL)

Конструктору требуется 15 светодиодов для CHMSL. Требования: Высокая яркость для дневной видимости, однородный цвет, надежная работа при температуре окружающей среды от -40°C до +85°C.

Шаги проектирования:1)Электрическая часть: Выбрана последовательная конфигурация (все 15 светодиодов в одной цепочке) для обеспечения одинакового тока. Выбран повышающий драйвер постоянного тока для обеспечения ~35В (15 * 2.3В) при 200мА. 2)Оптическая часть: Указан узкий бин доминирующей длины волны (например, 3033 или 3336) и минимальный бин светового потока (F1 для максимального выхода) для обеспечения цветовой и яркостной однородности. 3)Тепловая часть: Печатная плата двухслойная, с верхним слоем, отведенным под большие медные полигоны под тепловой площадкой каждого светодиода, соединенными толстыми дорожками. Тепловые переходы соединяются с медной плоскостью на нижнем слое. Проведено тепловое моделирование, чтобы убедиться, что температура контактной площадки остается ниже 80°C при максимальной температуре окружающей среды, сохраняя температуру перехода в пределах нормы. 4)Разводка: Использована рекомендуемая конфигурация контактных площадок. На входные силовые линии установлены защитные диоды от ЭСР.

12. Введение в принцип работы

Светодиоды (LED) — это полупроводниковые устройства, излучающие свет посредством электролюминесценции. Когда прямое напряжение прикладывается к p-n переходу, электроны из n-области рекомбинируют с дырками из p-области в активном слое. Эта рекомбинация высвобождает энергию в виде фотонов (света). Длина волны (цвет) излучаемого света определяется шириной запрещенной зоны используемых полупроводниковых материалов. Для этого Супер Красного светодиода обычно используются такие материалы, как AlInGaP (фосфид алюминия-индия-галлия), чтобы достичь длины волны 632 нм. SMD корпус инкапсулирует крошечный полупроводниковый кристалл, обеспечивает механическую защиту, содержит первичную линзу, формирующую световой поток, и предоставляет тепловые и электрические пути соединения через выводную рамку.

13. Технологические тренды и контекст

Корпус 2820 представляет собой зрелый и широко принятый в отрасли форм-фактор, предлагающий хороший компромисс между световым потоком, тепловыми характеристиками и занимаемой площадью на плате. Тренды в автомобильном светодиодном освещении включают:Increased EfficiencyПовышение эффективности: Постоянная разработка направлена на увеличение люмен на ватт (световой отдачи), снижение электрической нагрузки и тепловых проблем.MiniaturizationМиниатюризацияУмное освещение: Растет интеграция управляющей электроники или многоцветных кристаллов (RGB) в корпуса.Higher Reliability StandardsБолее высокие стандарты надежности: Автомобильные стандарты, такие как AEC-Q102, продолжают развиваться, требуя более долгосрочных прогнозов срока службы и надежности в более экстремальных условиях. Данный компонент, с его четкой автомобильной направленностью и стойкостью к сере, соответствует требованиям отрасли к компонентам, способным выдерживать все более жесткие и долгосрочные требования современных автомобилей.