2820-SR3501H-AM 超紅光 LED 規格書 - 尺寸 2.8x2.0mm - 電壓 2.45V - 功率 0.86W - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

2820-SR3501H-AM 系列是一款專為嚴苛汽車照明應用設計的高亮度、表面黏著型超紅光 LED。此元件隸屬於符合嚴格車規級可靠度與性能標準的產品家族。其主要功能是為車輛內部的各種信號與照明功能，提供可靠、高效且強烈的紅光光源。

此 LED 的核心優勢包括符合 AEC-Q102 標準，確保其在汽車環境中的穩健性，以及在標準驅動電流下典型光通量輸出達 45 流明。元件具備 120 度的寬廣視角，適合需要寬角度光分佈的應用。它符合 RoHS、REACH 及無鹵素指令，反映了現代環境與安全法規。

目標市場專注於汽車照明，包括但不限於車內氛圍燈、中央高位煞車燈 (CHMSL)、後組合尾燈以及其他對鮮明紅色與高可靠度至關重要的信號功能。

2. 技術參數詳解

2.1 光度與光學特性

光度性能的核心是在 350 mA 驅動下，典型光通量 (Φ_v) 為 45 流明。此量測容差為 ±8%，並在熱墊溫度穩定於 25°C 時進行。主波長 (λ_d) 典型值為 632 nm，定義其超紅光色點，指定範圍為 627 nm 至 639 nm，量測容差為 ±1 nm。空間光分佈特徵為 120 度的寬廣視角 (2φ)，容差為 ±5 度。此寬光束非常適合需要從多個角度都能獲得良好可見度的應用。

2.2 電氣特性

順向電壓 (V_F) 是關鍵的電氣參數，在 350 mA 下典型值為 2.45 V，範圍從 2.00 V 到 2.75 V，量測容差為 ±0.05 V。元件額定連續順向電流 (I_F) 最高可達 500 mA，在突波條件下絕對最大值為 1500 mA（脈衝寬度 ≤10 μs，工作週期 0.005）。必須注意，此 LED並非設計用於反向操作為 PCB 設計提供了專用的焊墊圖案（佔位面積）。此圖案針對迴焊過程中形成可靠的焊點，以及從 LED 的熱墊到 PCB 的有效熱傳導進行了優化。遵循此建議佈局對於機械穩定性、電氣性能，以及最重要的熱管理至關重要。焊墊設計包括裸露的散熱孔或銅箔區域以作為散熱片。

2.3 熱特性

熱管理對於 LED 性能與壽命至關重要。接面至焊點熱阻 (R_thJS) 透過兩種方法指定：實際量測得出典型值 12.8 K/W（最大值 16.2 K/W），電氣量測得出典型值 10 K/W（最大值 13 K/W）。最大允許接面溫度 (T_J) 為 150°C。元件可在 -40°C 至 +125°C 的環境溫度範圍內操作與儲存。適當的散熱對於將接面溫度維持在安全限度內至關重要，特別是在較高電流下操作時。

2.4 可靠度與環境等級

此 LED 符合多項關鍵可靠度基準。其 ESD 敏感度等級為 2 kV（人體放電模型，HBM），這是汽車元件的標準。它根據汽車應用中分離式光電半導體的全球標準 AEC-Q102 Revision A 進行認證。此外，它符合硫化物測試標準 Class A1，表示能抵抗腐蝕性硫環境。元件亦符合 RoHS、REACH，且為無鹵素（Br<900 ppm, Cl<900 ppm, Br+Cl<1500 ppm）。其濕度敏感等級 (MSL) 為 2。

3. 分級系統說明

為確保生產中的顏色與亮度一致性，LED 會被分級。2820-SR3501H-AM 使用三項獨立的分級標準。

3.1 光通量分級

LED 根據其在 350 mA 下的光輸出進行分組。此系列的標準分級為 F3，光通量範圍為 39 lm（最小值）至 45 lm（最大值）。其他可用分級包括 F4 (45-52 lm) 和 F5 (52-60 lm)。這讓設計師能選擇適合其應用的亮度等級。

3.2 順向電壓分級

順向電壓分級有助於電路設計與電源匹配。分級包括 2022 (2.00-2.25 V)、2225 (2.25-2.50 V) 和 2527 (2.50-2.75 V)。了解 V_F分級有助於更準確地預測功耗與熱負載。

3.3 主波長分級

顏色（主波長）透過分級進行嚴格控制。分組定義為 2730 (627-630 nm)、3033 (630-633 nm)、3336 (633-636 nm) 和 3639 (636-639 nm)。這確保了陣列中各個 LED 之間的色差最小，對於美觀與信號應用至關重要。

4. 性能曲線分析

4.1 IV曲線與相對光通量

順向電流 vs. 順向電壓圖顯示出典型的指數關係。在 350 mA 時，典型 V_F為 2.45V。相對光通量 vs. 順向電流曲線顯示，在較低電流時光輸出呈次線性，隨著電流增加變得較為線性，並在接近最大額定電流時趨於平穩。這凸顯了在建議電流或接近建議電流下驅動 LED 以獲得最佳效率的重要性。

4.2 溫度依存性

性能圖表清楚顯示了溫度的影響。相對順向電壓 vs. 接面溫度曲線具有負斜率，意味著 V_F隨溫度升高而降低（紅光 LED 典型值約為 -2 mV/°C）。這可用於監測接面溫度。相對光通量 vs. 接面溫度曲線顯示光輸出隨溫度升高而顯著下降，此現象稱為熱衰減。相對波長 vs. 接面溫度曲線顯示主波長隨溫度有輕微偏移（AlInGaP 紅光 LED 典型值約為 0.03-0.05 nm/°C），對此材料系統而言通常極小。

4.3 順向電流降額與脈衝處理能力

順向電流降額曲線對於熱設計至關重要。它顯示了最大允許連續順向電流與焊墊溫度 (T_S) 的函數關係。在最高操作 T_S125°C 時，最大 I_F為 500 mA。在較高的焊墊溫度下必須降低電流，以防止超過 150°C 的接面溫度限制。允許脈衝處理能力圖表為脈衝操作提供指引，顯示在焊點溫度為 25°C 時，對於給定脈衝寬度 (t_FP) 與工作週期 (D) 所允許的峰值脈衝電流 (I_p)。

4.4 光譜分佈

相對光譜分佈圖確認了此超紅光 LED 的單色性質。發光集中在以 632 nm 為中心的窄頻帶內，在藍色或綠色區域幾乎沒有發光。這產生了高度飽和的紅色，非常適合對顏色純度有規範的汽車信號功能。

5. 機械與封裝資訊

5.1 實體尺寸

此 LED 採用 2820 表面黏著元件 (SMD) 封裝。名稱表示其近似尺寸：長度 2.8 mm，寬度 2.0 mm。精確的機械圖提供了詳細尺寸，包括總高度、透鏡幾何形狀與導線架位置。除非另有說明，公差通常為 ±0.1 mm。此封裝設計用於與自動取放組裝設備相容。

5.2 建議焊墊佈局

A dedicated land pattern (footprint) is provided for PCB design. This pattern is optimized for reliable solder joint formation during reflow soldering and for effective heat transfer from the LED's thermal pad to the PCB. Adhering to this recommended layout is essential for mechanical stability, electrical performance, and most importantly, thermal management. The pad design includes exposed thermal vias or a copper pour to act as a heat sink.

5.3 極性辨識

規格書中的機械圖標示了陽極與陰極端子。通常，封裝上可能會有標記，例如凹口、圓點或切角，以識別陰極。組裝時必須注意正確的極性，因為反向連接將導致無法操作並可能損壞元件。

6. 焊接與組裝指南

6.1 迴焊溫度曲線

提供了詳細的迴焊溫度曲線，以確保可靠附著而不損壞 LED。該曲線指定了關鍵參數：預熱斜率、浸泡時間與溫度、液相線以上時間 (TAL)、峰值溫度與冷卻速率。絕對最高焊接溫度為 260°C，持續 30 秒。遵循此曲線對於避免熱衝擊、分層或焊點缺陷至關重要。

6.2 使用注意事項

一般注意事項包括：避免對透鏡施加機械應力、防止光學表面污染、使用適當的 ESD 處理程序（因其額定為 2kV HBM），並確保元件在使用前根據其 MSL 2 等級儲存在乾燥環境中。根據降額曲線，LED 不應在低於 50 mA 的電流下操作。

6.3 儲存條件

元件應儲存在其原始的防潮袋中，內含乾燥劑，溫度介於 -40°C 至 +125°C 之間，並處於非腐蝕性環境中。一旦袋子被打開，MSL 2 等級的元件必須在特定時間內（通常在<30°C/60% RH 下為 1 年）完成組裝，或根據製造商的指示重新烘烤，以去除吸收的水分並防止迴焊過程中的爆米花現象。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 包裝規格

LED 以捲帶包裝供應，這是自動化 SMD 組裝的標準。包裝資訊詳細說明了捲盤尺寸、帶寬、元件間距與元件方向。這確保了與組裝線上標準送料器系統的相容性。

7.2 料號編碼系統

料號 2820-SR3501H-AM 解讀如下：

• 2820：產品系列與封裝尺寸 (2.8mm x 2.0mm)。
• SR：顏色 (超紅光)。
• 350：測試電流，單位毫安 (350 mA)。
• 1：導線架類型 (1 = 鍍金)。
• H：亮度等級 (H = 高亮度)。
• AM：標示為汽車應用等級。

此命名慣例允許精確識別元件的關鍵屬性。

8. 應用建議

8.1 典型應用情境

主要應用為汽車照明。具體用途包括：

• 外部信號燈：後尾燈、煞車燈、中央高位煞車燈 (CHMSL)、方向燈。
• 內部照明：儀表板背光、開關照明、氛圍燈、警告指示燈。

其 AEC-Q102 認證與抗硫性使其適用於惡劣的引擎蓋下或外部位置，這些地方極端溫度、濕度與化學暴露是需要考量的問題。

8.2 設計考量

驅動電路：強烈建議使用恆流驅動器而非恆壓源，以確保穩定的光輸出並防止熱失控。驅動器應設計為能適應 V_F分級範圍。

熱管理是設計中最關鍵的面向。PCB 必須提供從 LED 焊墊到散熱片或電路板接地層的足夠熱路徑。使用提供的熱阻 (R_thJS) 與降額曲線來計算必要的熱設計，以在最壞情況下將 T_J保持在 150°C 以下。

光學設計：120 度的視角可能需要二次光學元件（透鏡、導光板）來塑形光束，以滿足特定應用需求，例如創造均勻的發光外觀或聚焦的信號。

9. 技術比較與差異化

與標準商用級紅光 LED 相比，2820-SR3501H-AM 系列為汽車應用提供了顯著優勢：

• 可靠度：AEC-Q102 認證涉及嚴格的壓力測試（高溫操作壽命、溫度循環、耐濕性等），遠超商用規格。
• 擴展的溫度範圍：從 -40°C 至 +125°C 的操作範圍對於汽車環境至關重要，而商用 LED 通常最高僅為 +85°C。
• 顏色與光通量分級：更嚴格的分級確保了車輛照明組件中所有單元在外觀與性能上的一致性。
• 抗硫性：符合 Class A1 硫化物測試標準，可防止某些汽車環境中（例如來自輪胎或特定密封件）含硫氣體造成的腐蝕。
• 可追溯性：車規級元件通常在整個供應鏈中有更嚴格的可追溯性要求。

其主要差異化在於其針對汽車生態系統的認證穩健性。

10. 常見問題 (FAQ)

問：我可以直接從 12V 汽車電池驅動此 LED 嗎？

答：不行。此 LED 需要恆流驅動器。直接連接到 12V 會導致災難性的過電流並立即失效。必須使用能將電流調節至 350 mA（或規格內其他所需水平）的驅動電路（線性或開關式）。

問：鍍金導線架（類型 "1"）的目的是什麼？

答：鍍金提供了優異的耐腐蝕性與長期的良好可焊性，這對於惡劣汽車環境中的長期可靠度非常重要。它還能確保穩定、低電阻的電氣連接。

問：我該如何解讀兩個不同的熱阻值（實際 vs. 電氣）？

答：實際值 (12.8 K/W) 是使用熱測試方法直接量測得出的。電氣值 (10 K/W) 是從溫度敏感的順向電壓特性推導出來的。為了進行保守的熱設計，建議在計算中使用較高的實際值或指定的最大值 (16.2 K/W)。

問：是否總是需要散熱片？

答：這取決於驅動電流、環境溫度與 PCB 設計。在全額 500 mA 電流和/或高環境溫度下，有效的熱路徑（透過 PCB 到散熱片或大面積銅箔）對於將接面溫度維持在限制內是絕對必要的。在較低電流與涼爽環境下，PCB 本身可能就足夠了。

11. 實務設計案例分析

情境：設計一個高位煞車燈 (CHMSL) 陣列。

設計師需要使用 10 顆 LED 創建一個 CHMSL。目標是亮度與顏色均勻，從車輛的 12V 系統供電，最大焊點溫度為 100°C。

步驟：

1. 電氣設計：選擇一個能夠提供總計約 3.5A（10 x 350mA）的恆流驅動器。驅動器輸出電壓必須高於串聯電路中最大 V_F的總和。對於 10 顆串聯的 LED，V_F(最大值)=2.75V，驅動器需要 >27.5V 的輸出。或者，可以使用帶有鎮流電阻的並聯電路或個別驅動器。
2. 熱設計：使用降額曲線，在 T_S=100°C 時，最大連續 I_F約為 520 mA，因此 350 mA 是安全的。計算從接面到環境所需的熱阻抗：ΔT = T_J(最大值)- T_S= 150°C - 100°C = 50°C。每顆 LED 的功率 P_D≈ I_F* V_F= 0.35A * 2.45V = 0.8575W。所需 R_thJA≤ ΔT / P_D= 50°C / 0.8575W ≈ 58.3 K/W。由於 R_thJS約為 12.8 K/W，PCB 與環境必須提供 R_thSA≤ 45.5 K/W。
3. 光學/機械：根據建議的焊墊佈局將 LED 放置在 PCB 上。設計導光板或擴散板，將來自 10 個獨立光源的光線混合成法規要求的單一、均勻的光條。
4. 分級：指定嚴格的光通量分級（例如 F3 或 F4）與主波長分級（例如 3033），以確保所有 10 顆 LED 能緊密匹配。

12. 工作原理

2820-SR3501H-AM 基於磷化鋁銦鎵 (AlInGaP) 半導體材料系統。當施加超過材料能隙能量的順向電壓於 p-n 接面時，電子與電洞被注入主動區。它們的復合以光子（光）的形式釋放能量。AlInGaP 層的特定組成經過設計，以產生波長中心約為 632 nm 的光子，人眼將其感知為飽和的紅色。環氧樹脂透鏡封裝了半導體晶片，提供環境保護，並將發射光塑形成 120 度的視角。

13. 技術趨勢

汽車 LED 照明（包括紅色信號功能）的趨勢是朝向更高效率（每瓦更多流明）、更高的功率密度（更小的封裝與更高的光輸出）以及增強的可靠度。同時也朝向整合智慧型 LED 驅動器發展，具備診斷與通訊能力（例如透過 LIN 或 CAN 匯流排）。此外，推動標準化、可擴展的照明模組正在影響封裝與光學設計。2820 封裝代表了一個成熟、可靠的平台，而更新的設計可能專注於晶片級封裝 (CSP) 或整合多晶片模組，以實現更大的設計靈活性與性能。