LED规格书 2820-C03501H-AM系列 - 尺寸2.8x2.0mm - 电压3.25V - 功率1.14W - 白光 - 中文技术文档

1. 产品概述

2820-C03501H-AM系列是一款高亮度表面贴装器件（SMD）LED，主要面向要求严苛的汽车照明应用。它采用紧凑的2820封装（2.8mm x 2.0mm 占位面积），发射冷白光。该系列的一个关键特性是符合AEC-Q102 Rev A标准，这是汽车应用中分立光电子半导体的应力测试认证。这确保了其在严酷汽车环境条件下的可靠性。其他认证包括抗硫性（A1级）、符合RoHS、REACH及无卤要求，使其适用于现代环保设计。

1.1 核心优势

• 汽车级可靠性：AEC-Q102认证确保其在极端温度、湿度和机械应力下的性能。
• 高光输出：在350 mA驱动电流下，典型光通量可达110流明，在同等尺寸下提供卓越的亮度。
• 宽视角：120度视角提供宽广且均匀的照明。
• 坚固结构：具备8 kV ESD保护（HBM）和2级湿度敏感等级（MSL），增强了处理和组装的稳健性。
• 环保合规：符合RoHS、REACH和无卤指令，支持绿色制造倡议。

1.2 目标市场

该LED系列的主要应用是汽车照明。这包括内饰照明（顶灯、阅读灯、氛围灯）、外部信号灯（侧标志灯、需要小封装高亮度的后组合灯），以及车辆内其他可能需要可靠、明亮的白光光源的照明功能。

2. 深入技术参数分析

2.1 光度与电气特性

关键工作参数定义在典型正向电流（I_F）为350 mA且焊盘温度为25°C的条件下。

• 光通量（I_V）：100 lm（最小值），110 lm（典型值），130 lm（最大值）。测量容差为±8%。
• 正向电压（V_F）：在350 mA下，3.00 V（最小值），3.25 V（典型值），3.75 V（最大值）。测量容差为±0.05V。
• 视角（φ）：120度（典型值）。
• 色度坐标（CIE）：x = 0.3227（典型值），y = 0.3351（典型值）。x和y的容差均为±0.005，使其位于冷白光区域。
• 正向电流（I_F）：工作范围从50 mA到500 mA。

2.2 热特性

有效的热管理对于LED的性能和寿命至关重要。

• 热阻（R_{th JS}）：提供了两个值：实际热阻（结到焊点）为20 K/W（典型值）至22 K/W（最大值），以及电气热阻为16 K/W（最大值）。实际热阻是热设计中计算结温的关键参数。
• 结温（T_J）：最大允许结温为150°C。

3. 绝对最大额定值

这些额定值定义了可能导致器件永久损坏的极限。在这些条件下工作不保证性能。

• 功耗（P_d）：1750 mW
• 正向电流（I_F）：500 mA（连续），1000 mA（浪涌，t<=10 μs，0.5%占空比）
• 反向电压（V_R）：非反向工作设计。
• 工作与存储温度：-40°C 至 +125°C
• ESD敏感度（HBM）：8 kV
• 回流焊温度：峰值260°C，最长30秒。

4. 分档系统说明

LED根据关键性能参数进行分档，以确保批量生产的一致性。

4.1 光通量分档

分档根据测试条件（I_F=350mA，25°C焊盘温度）下的最小和最大光通量值定义。

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

4.2 正向电压分档

分档根据测试电流下的正向电压范围定义。

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

4.3 颜色（色度）分档

规格书提供了详细的色度图，定义了冷白光的分档（例如，56M，58M，61M，63M）。每个分档是CIE 1931色度图上的一个四边形区域，由四组（x，y）坐标定义。这允许选择具有非常严格颜色一致性的LED，这对于通常需要多个LED颜色匹配的汽车照明至关重要。

5. 性能曲线分析

这些图表提供了LED在不同工作条件下行为的重要见解。

5.1 光谱分布

相对光谱分布图显示在蓝色波长区域（约450-460nm）有一个峰值，并伴有宽泛的荧光粉转换黄光发射，从而产生冷白光。在深红色或红外区域没有显著输出是白光荧光粉转换LED的典型特征。

5.2 正向电流 vs. 正向电压（I-V曲线）

此图显示了典型的二极管指数关系。在350 mA时，正向电压集中在典型的3.25V附近。设计人员使用此曲线进行驱动器设计和功耗计算。

5.3 相对光通量 vs. 正向电流

光输出随电流增加呈亚线性增长。虽然以更高电流驱动会产生更多光，但也会产生更多热量，从而降低效率和寿命。该图有助于选择最佳工作点。

5.4 温度依赖性

• 相对光通量 vs. 结温：随着结温（T_J）升高，光输出下降。此图量化了下降程度，这对于热设计以保持一致的亮度至关重要。
• 相对正向电压 vs. 结温：正向电压具有负温度系数，随温度升高而降低。这可用于某些应用中的间接温度监测。
• 色度偏移 vs. 结温 & 电流：这些图表显示了白点（CIE x，y坐标）如何随驱动电流和结温的变化而偏移。偏移相对较小，但在颜色关键应用中必须予以考虑。

5.5 正向电流降额曲线

这是确保可靠运行的关键图表。它显示了最大允许连续正向电流作为焊盘温度（T_S）的函数。随着T_S升高，必须降低最大允许电流以防止结温超过150°C。例如，在最高工作T_S125°C时，最大连续电流为500 mA。

5.6 允许脉冲处理能力

此图定义了脉冲操作的浪涌电流能力。它显示了允许的峰值脉冲电流（I_F）作为脉冲宽度（t_p）的函数，适用于不同的占空比（D）。它允许在短时间内使用高于500 mA直流最大值的电流，这对于频闪或闪烁灯等应用非常有用。

6. 机械与封装信息

6.1 机械尺寸

规格书包含2820 SMD封装的详细尺寸图。关键尺寸包括本体尺寸为2.8mm（长）x 2.0mm（宽）。图纸指定了阴极标记位置、透镜几何形状和焊盘位置。除非另有说明，所有尺寸均以毫米为单位，标准公差为±0.1mm。

6.2 推荐焊接焊盘布局

单独的图纸提供了PCB设计的推荐焊盘布局。这包括电气焊盘和中央散热焊盘的尺寸和间距。遵循此布局对于正确焊接、热性能和机械稳定性至关重要。散热焊盘对于将LED结的热量散发到PCB上至关重要。

7. 焊接与组装指南

7.1 回流焊温度曲线

该LED额定最大峰值回流焊温度为260°C，持续30秒。应遵循典型的回流焊曲线，包括预热、保温、回流和冷却阶段，确保温度不超过指定限制。湿度敏感等级（MSL）为2级，意味着器件必须在工厂密封开封后一年内使用，如果暴露在超过其车间寿命的环境条件下，可能需要烘烤。

7.2 使用注意事项

• ESD保护：尽管额定为8 kV HBM，但在处理和组装过程中仍应遵守标准的ESD预防措施。
• 清洁：使用不会损坏LED透镜或封装材料的适当清洁溶剂。
• 机械应力：避免对LED透镜施加直接力或振动。
• 电流控制：始终使用恒流源而非恒压源驱动LED，以确保稳定运行并防止热失控。

8. 应用建议与设计考量

8.1 典型应用场景

• 汽车内饰照明：顶置控制台灯、地图阅读灯、脚坑照明和氛围灯条。
• 汽车外饰照明：日间行车灯（DRL）、侧标志灯、高位刹车灯（CHMSL）以及需要小封装高亮度的牌照灯。

8.2 设计考量

• 热管理：这是最关键的方面。使用热阻（R_{th JS}= 20 K/W）和降额曲线来设计足够的热通路。这涉及使用具有足够铜面积的PCB（强烈建议在散热焊盘下方使用散热过孔），对于高功率或高环境温度应用，可能还需要铝基板（MCPCB）。
• 驱动器选择：选择一款汽车级LED驱动器，能够从车辆电气系统（通常为12V或24V）提供稳定的350 mA（或其他所需电流）。驱动器应包括针对汽车环境中常见的过压、反极性和负载突降瞬变的保护。
• 光学设计：120°视角适合漫射照明。对于聚焦光束，将需要二次光学元件（透镜或反射器）。该LED的小光源尺寸有利于光学控制。
• 颜色一致性：对于使用多个LED的应用，指定所需的颜色分档（例如，61M）以确保整个组件中白色的均匀性。

9. 常见问题解答（基于技术参数）

9.1 典型功耗是多少？

在典型工作点350 mA和3.25V下，电功率输入约为1.14瓦（P = I_F* V_F= 0.35A * 3.25V）。

9.2 如何计算结温？

结温（T_J）可以使用以下公式估算：T_J= T_S+ (P_d* R_{th JS})，其中T_S是测量的焊盘温度，P_d是功耗（单位：瓦），R_{th JS}是实际热阻（20 K/W）。为了可靠运行，T_J必须保持在150°C以下，且越低越有利于延长寿命。

9.3 我可以用12V电源直接驱动它吗？

No.直接连接到12V电源会因电流过大而立即损坏LED。必须使用恒流LED驱动器或限流电路。

9.4 AEC-Q102认证对我的设计意味着什么？

这意味着LED元件已通过一系列模拟汽车环境条件的严格应力测试（扩展温度循环、高温高湿偏置、高温存储等）。使用AEC-Q102认证的元件可以简化您的系统级认证流程，并显著提高对照明模块长期可靠性的信心。

10. 实用设计案例研究

场景：为乘用车设计一个内饰顶灯。要求是均匀、明亮的白光照明。

设计步骤：

1. LED选择：选择2820-C03501H-AM系列，因其亮度高、汽车级和尺寸紧凑。
2. 数量与排列：根据所需的光照水平（流明），计算所需的LED数量。例如，需要500流明可能需要5个来自J2分档（每个110-120流明）的LED。它们将在PCB上线性排列或成簇排列。
3. 热设计：PCB设计采用2盎司铜层。使用与规格书推荐匹配的专用散热焊盘图案，并有一组散热过孔将其连接到底层的大面积铜箔作为散热器。检查降额曲线：如果车厢环境温度可达85°C，焊盘温度（T_S）可能估计为95°C。降额曲线显示允许电流仍高于350 mA，因此设计在热学上是合理的。
4. 电气设计：选择一个汽车认证的降压LED驱动器IC，将车辆的12V电池电压转换为恒定的350 mA输出，用于串联的5个LED。该串联的总正向电压约为16.25V（5 * 3.25V），这在典型降压转换器从12V输入的工作范围内。
5. 光学设计：在LED阵列上方放置一个漫射透镜或盖板，利用每个LED的120°视角，将单个光源融合成均匀的面光源。

11. 工作原理

该LED是一款荧光粉转换白光LED。其核心是一个半导体芯片，通常由氮化铟镓（InGaN）制成，当正向偏置（电流流过）时会发射蓝光。这种蓝光部分被沉积在芯片上或周围的荧光粉材料层（例如，掺铈的钇铝石榴石，YAG:Ce）吸收。荧光粉吸收部分蓝色光子，并在黄色区域重新发射宽光谱的光。剩余的蓝光与转换后的黄光相结合，被人眼感知为白光。确切的色调（如本规格书中的冷白光或暖白光）由荧光粉层的成分和厚度决定。

12. 技术趋势

用于汽车照明的LED发展遵循几个明显的趋势：

• 光效提升（lm/W）：芯片设计、荧光粉效率和封装热管理的持续改进，导致每瓦电输入产生更多的光输出，从而降低能耗和热负荷。
• 更高功率密度与小型化：像2820封装这样能提供超过100流明的产品，代表了在更小占位面积内集成更多性能的趋势，使得照明设计更时尚、更紧凑。
• 增强的可靠性与稳健性：像AEC-Q102这样的标准正成为基本要求。进一步的发展侧重于提高对特定汽车应力源的抵抗力，如含硫气氛（本规格书中通过硫测试A1级解决）和电化学腐蚀。
• 智能与自适应照明：虽然这是一个基础元件LED，但行业正朝着集成模块发展，这些模块内置驱动器、控制器和通信接口（如LIN或CAN），用于自适应前照灯系统（AFS）和动态内饰照明。
• 颜色调谐与质量：重点在于实现更高的显色指数（CRI）值和更精确的色点控制（更严格的分档），以在汽车环境中获得更好的美学质量和安全性。