2020立方体红光LED规格书 - SMD封装 - 典型值2.2V - 140mA - 26流明

1. 产品概述

本文档详细阐述了2020立方体光（Cube Light）的规格，这是一款主要针对严苛汽车照明环境设计的高亮度红色表面贴装器件（SMD）LED。该元件以其紧凑的2020封装尺寸、坚固的结构以及为恶劣工作条件下的可靠性而优化的性能参数为特点。其核心优势包括符合严格的汽车级认证标准、用于均匀照明的宽视角以及环境合规性认证。

其主要目标市场是汽车行业，适用于各种车内和车外信号照明功能。设计优先考虑了长期稳定性、热性能以及对车辆应用中常见环境应力的耐受性。

2. 技术参数详解

2.1 光度学与光学特性

该LED的关键光度学性能是在140mA的标准测试电流下定义的。典型光通量输出为26流明（lm），考虑到生产分档，其最小值为23 lm，最大值为39 lm。主波长典型值为614 nm，使其明确位于红色光谱范围内，范围从612 nm到627 nm。120度的宽视角（公差为±5°）确保了宽广的辐射模式，这对于需要大面积照明或多角度可见性的应用非常有益。

2.2 电气参数

在140mA测试条件下的正向电压（Vf）典型值为2.2V，范围从最小值1.75V到最大值2.75V。绝对最大连续正向电流额定值为250 mA。对于浪涌条件（脉冲宽度≤10 μs，占空比0.005），器件可承受高达1000 mA的浪涌电流（IFM）。必须注意，此LED并非为反向偏压操作而设计。

2.3 热学与可靠性额定值

热管理对于LED寿命至关重要。结到焊点的热阻指定了两个值：电气法结果为16-18 K/W，实际法结果为23-26 K/W。最大允许结温（Tj）为150°C。器件的工作温度范围额定为-40°C至+125°C，符合汽车应用所需的极端温度要求。它具有2 kV（人体模型）的静电放电（ESD）保护等级。该元件也符合无铅回流焊接要求，峰值温度为260°C，持续30秒。

3. 分档系统说明

为确保生产一致性，LED会根据性能进行分档。理解这些分档对于设计一致性至关重要。

3.1 光通量分档

LED根据其在140mA下的光输出进行分组。主要分档包括E9（23-27 lm）、F1（27-33 lm）和F2（33-39 lm）。26 lm的典型值属于E9档。

3.2 正向电压分档

元件也根据其正向压降进行分档。关键分档包括1720（1.75-2.0V）、2022（2.0-2.25V）、2225（2.25-2.5V）和2527（2.5-2.75V）。典型的2.2V值对应于2022档。

3.3 主波长分档

颜色（波长）通过分档进行严格控制，例如1215（612-615 nm）、1518（615-618 nm），直至2427（624-627 nm）。典型的614 nm位于1215档。

4. 性能曲线分析

4.1 IV曲线与相对光通量

正向电流与正向电压的关系图显示了典型的指数关系。相对光通量与正向电流的关系曲线表明，光输出随电流增加而增加，但最终会饱和，并且在超过推荐值的更高电流下会降低效率和使用寿命。

4.2 温度依赖性

相对光通量与结温的关系图对于热设计至关重要。它显示光输出随结温升高而降低。主波长偏移与结温的关系图表明，随着温度升高，颜色会发生偏移（通常向更长波长偏移），这在颜色敏感的应用中必须予以考虑。

4.3 光谱分布与降额

相对光谱分布图确认了窄带红色发射峰。正向电流降额曲线要求在焊盘温度升高时降低最大允许连续电流，以防止超过最大结温。例如，在焊盘温度为125°C时，电流必须降额至250 mA。

5. 机械与封装信息

该元件采用标准的2020 SMD封装（2.0mm x 2.0mm 占位面积）。机械图纸规定了精确的尺寸，包括总高度、引线框架细节和透镜几何形状。除非另有说明，公差通常为±0.1mm。提供了推荐的焊盘布局，以确保在回流焊接和操作期间形成良好的焊点、热传递和机械稳定性。极性由元件本体上的特定标记或引脚配置指示，在贴装时必须注意。

6. 焊接与组装指南

该LED兼容标准的无铅回流焊接工艺。提供了详细的无铅回流焊接温度曲线，规定了关键参数：预热斜率、浸润时间和温度、液相线以上时间（TAL）、峰值温度（最高260°C，持续30秒）和冷却速率。遵守此温度曲线对于防止热冲击、焊点缺陷或损坏LED封装至关重要。一般注意事项包括在处理过程中使用适当的ESD保护、避免对透镜施加机械应力，并确保焊接环境无硫等污染物。

7. 包装与订购信息

部件采用标准的卷带包装，适用于自动贴片组装机。包装信息详细说明了卷带尺寸、料袋间距和方向。部件编号遵循特定结构：2020 - UR - 140 - D - M - AM.
- 2020：产品系列。
- UR：颜色（红色）。
- 140：测试电流（单位mA）。
- D：引线框架类型（金+白胶）。
- M：亮度等级（中）。
- AM：汽车应用标识。

8. 应用建议

8.1 典型应用场景

主要应用是汽车照明。这包括但不限于：中央高位刹车灯（CHMSL）、后组合灯（尾灯/刹车灯）、侧标志灯和车内氛围灯。其AEC-Q102认证和宽温度范围使其适用于这些恶劣环境。

8.2 设计考量

驱动电路：强烈建议使用恒流驱动器，以确保稳定的光输出并防止热失控，因为LED的正向电压具有负温度系数。
热管理：PCB布局必须有利于散热。使用推荐的焊盘设计，确保连接到散热焊盘的铜箔面积充足，并考虑整个系统的热路径，以使焊盘温度在期望的工作电流下保持在安全限值内。
光学设计：120°的视角可能需要次级光学元件（透镜、导光条）来为特定应用塑形光束。对于颜色敏感的应用，应评估波长随温度偏移的可能性。

9. 技术对比与差异化

与通用的商业级LED相比，该元件的关键差异化在于其汽车级认证（AEC-Q102）、扩展的工作温度范围（-40°C至+125°C）以及特定的可靠性测试（例如，硫测试等级A1）。它还符合无卤要求，这对于汽车电子产品的环境和可靠性原因日益重要。中等亮度水平（典型26 lm）与坚固结构的结合，为那些优先考虑可靠性而非极限亮度的应用提供了平衡的解决方案。

10. 常见问题解答（基于技术参数）

问：我可以让这个LED在其绝对最大电流250mA下连续工作吗？
答：不一定。250mA额定值是在特定条件下的绝对最大值。安全的连续工作电流取决于热设计。您必须根据测量或估算的焊盘温度（Ts）使用正向电流降额曲线。例如，如果Ts为100°C，则允许的最大连续电流将显著低于250mA。

问：实际热阻和电气热阻（Rth JS）之间有什么区别？
答：电气法利用LED对温度敏感的电参数来估算结温，而实际法可能使用物理传感器。实际法数值（23-26 K/W）通常被认为在热设计计算中更为保守和可靠。

问：规格书中提到了硫测试。为什么这很重要？
答：含硫气氛（例如来自某些橡胶、垫圈或工业环境）会腐蚀银基引线框架，导致失效。硫测试等级A1评级表明该器件已通过特定的抗硫腐蚀测试，这对于封闭式汽车组件中的长期可靠性至关重要。

11. 实际设计案例分析

考虑使用此LED设计一个后刹车灯模块。将10个LED串联成组需要一个能够提供约22V（10 * 2.2V典型值）外加裕量的140mA电流的驱动器。PCB设计必须在每个LED的散热焊盘下方设置散热过孔，连接到大的内部接地层以利于散热。必须查阅降额曲线：如果在最坏环境条件下，PCB靠近LED处的温度达到80°C，则必须检查并可能将每个LED的最大允许电流从140mA降低，以确保结温保持在150°C以下。将使用光学仿真来排列LED并设计漫射器，以满足汽车刹车灯所需的光强分布和均匀性标准。

12. 工作原理简介

这是一种基于半导体的发光二极管。当施加超过其特性正向电压（Vf）的正向电压时，电子和空穴在半导体芯片的有源区内复合，以光子（光）的形式释放能量。半导体的特定材料成分（可能基于AlInGaP用于红光发射）决定了发射光的主波长。SMD封装包含用于电气连接和热传导的引线框架、用于保护芯片和塑形光输出的硅胶透镜，以及用于提高光提取效率的白色反射腔。

13. 技术趋势

汽车LED照明的趋势继续朝着更高效率（每瓦更多流明）、更大功率密度和更高可靠性发展。这使得照明模块更小、更节能。同时，也关注于高级功能，如自适应远光灯（ADB）和光通信（Li-Fi），尽管这些通常需要更复杂的元件。对于标准信号功能，重点仍然放在成本优化、高可靠性和经过认证的元件上，如本文所述产品，并在高温操作下的热性能和寿命方面持续改进。

LED规格术语详解

LED技术术语完整解释

一、光电性能核心指标

术语	单位/表示	通俗解释	为什么重要
光效（Luminous Efficacy）	lm/W（流明/瓦）	每瓦电能发出的光通量，越高越节能。	直接决定灯具的能效等级与电费成本。
光通量（Luminous Flux）	lm（流明）	光源发出的总光量，俗称"亮度"。	决定灯具够不够亮。
发光角度（Viewing Angle）	°（度），如120°	光强降至一半时的角度，决定光束宽窄。	影响光照范围与均匀度。
色温（CCT）	K（开尔文），如2700K/6500K	光的颜色冷暖，低值偏黄/暖，高值偏白/冷。	决定照明氛围与适用场景。
显色指数（CRI / Ra）	无单位，0–100	光源还原物体真实颜色的能力，Ra≥80为佳。	影响色彩真实性，用于商场、美术馆等高要求场所。
色容差（SDCM）	麦克亚当椭圆步数，如"5-step"	颜色一致性的量化指标，步数越小颜色越一致。	保证同一批灯具颜色无差异。
主波长（Dominant Wavelength）	nm（纳米），如620nm（红）	彩色LED颜色对应的波长值。	决定红、黄、绿等单色LED的色相。
光谱分布（Spectral Distribution）	波长 vs. 强度曲线	显示LED发出的光在各波长的强度分布。	影响显色性与颜色品质。

二、电气参数

术语	符号	通俗解释	设计注意事项
正向电压（Forward Voltage）	Vf	LED点亮所需的最小电压，类似"启动门槛"。	驱动电源电压需≥Vf，多个LED串联时电压累加。
正向电流（Forward Current）	If	使LED正常发光的电流值。	常采用恒流驱动，电流决定亮度与寿命。
最大脉冲电流（Pulse Current）	Ifp	短时间内可承受的峰值电流，用于调光或闪光。	脉冲宽度与占空比需严格控制，否则过热损坏。
反向电压（Reverse Voltage）	Vr	LED能承受的最大反向电压，超过则可能击穿。	电路中需防止反接或电压冲击。
热阻（Thermal Resistance）	Rth（°C/W）	热量从芯片传到焊点的阻力，值越低散热越好。	高热阻需更强散热设计，否则结温升高。
静电放电耐受（ESD Immunity）	V（HBM），如1000V	抗静电打击能力，值越高越不易被静电损坏。	生产中需做好防静电措施，尤其高灵敏度LED。

三、热管理与可靠性

术语	关键指标	通俗解释	影响
结温（Junction Temperature）	Tj（°C）	LED芯片内部的实际工作温度。	每降低10°C，寿命可能延长一倍；过高导致光衰、色漂移。
光衰（Lumen Depreciation）	L70 / L80（小时）	亮度降至初始值70%或80%所需时间。	直接定义LED的"使用寿命"。
流明维持率（Lumen Maintenance）	%（如70%）	使用一段时间后剩余亮度的百分比。	表征长期使用后的亮度保持能力。
色漂移（Color Shift）	Δu′v′ 或麦克亚当椭圆	使用过程中颜色的变化程度。	影响照明场景的颜色一致性。
热老化（Thermal Aging）	材料性能下降	因长期高温导致的封装材料劣化。	可能导致亮度下降、颜色变化或开路失效。

四、封装与材料

术语	常见类型	通俗解释	特点与应用
封装类型	EMC、PPA、陶瓷	保护芯片并提供光学、热学接口的外壳材料。	EMC耐热好、成本低；陶瓷散热优、寿命长。
芯片结构	正装、倒装（Flip Chip）	芯片电极布置方式。	倒装散热更好、光效更高，适用于高功率。
荧光粉涂层	YAG、硅酸盐、氮化物	覆盖在蓝光芯片上，部分转化为黄/红光，混合成白光。	不同荧光粉影响光效、色温与显色性。
透镜/光学设计	平面、微透镜、全反射	封装表面的光学结构，控制光线分布。	决定发光角度与配光曲线。

五、质量控制与分档

术语	分档内容	通俗解释	目的
光通量分档	代码如 2G、2H	按亮度高低分组，每组有最小/最大流明值。	确保同一批产品亮度一致。
电压分档	代码如 6W、6X	按正向电压范围分组。	便于驱动电源匹配，提高系统效率。
色区分档	5-step MacAdam椭圆	按颜色坐标分组，确保颜色落在极小范围内。	保证颜色一致性，避免同一灯具内颜色不均。
色温分档	2700K、3000K等	按色温分组，每组有对应的坐标范围。	满足不同场景的色温需求。

六、测试与认证

术语	标准/测试	通俗解释	意义
LM-80	流明维持测试	在恒温条件下长期点亮，记录亮度衰减数据。	用于推算LED寿命（结合TM-21）。
TM-21	寿命推演标准	基于LM-80数据推算实际使用条件下的寿命。	提供科学的寿命预测。
IESNA标准	照明工程学会标准	涵盖光学、电气、热学测试方法。	行业公认的测试依据。
RoHS / REACH	环保认证	确保产品不含有害物质（如铅、汞）。	进入国际市场的准入条件。
ENERGY STAR / DLC	能效认证	针对照明产品的能效与性能认证。	常用于政府采购、补贴项目，提升市场竞争力。

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