2820-UY2001M-AM 黃光LED規格書 - SMD封裝 2.8x2.0mm - 順向電壓 2.4V - 光通量 33lm - 車規等級

1. 產品概述

2820-UY2001M-AM系列代表一款高可靠性、表面黏著型LED元件，專為嚴苛的汽車照明應用所設計。此元件以其緊湊的2820 SMD封裝尺寸為特點，在200mA標準工作電流下，可提供典型值為33流明的光通量。其主要光輸出位於黃光光譜，主波長約為589nm。此產品的關鍵差異化優勢在於其符合嚴格的AEC-Q102 Rev A汽車應用離散光電半導體資格標準，確保在汽車產業典型的惡劣環境條件下仍能維持性能與使用壽命。其他認證包括符合RoHS、REACH及無鹵素製造標準，使其成為現代環保設計的合適選擇。

1.1 核心優勢與目標市場

此LED系列的核心優勢植基於其車規級的穩健性與優化的光度性能。該元件具備2KV（人體放電模式）的高靜電放電耐受度，提升了其處理與組裝的可靠性。其寬廣的120度視角提供了優異的空間光分佈，這對於需要均勻亮度的應用至關重要，例如車內氛圍照明、儀表板照明及外部信號燈。主要目標市場為汽車產業，包括為乘用車、商用卡車及摩托車開發照明模組的一級供應商與原廠設備製造商。其可靠性規格也使其適用於其他高可靠性市場，例如工業指示燈及戶外標誌，這些應用對長期性能要求極高。

2. 深入技術參數分析

透徹理解電氣、光學及熱參數對於正確的電路設計與系統整合至關重要。

2.1 光度與光學特性

核心光度參數為光通量（Φ_v），在I_F= 200mA時，其典型值為33流明。最小值與最大值分別為27流明與45流明，量測公差為±8%。主波長（λ_d）典型值為589nm，範圍從585nm至594nm，公差為嚴格的±1nm。這使得發光穩固地位於黃色區域。空間光分佈由120度的寬廣視角定義，此視角是在半強度點（即發光強度為峰值50%的位置）量測。此參數的公差為±5°。

2.2 電氣特性

順向電壓（V_F）是電源設計與熱管理的關鍵參數。在200mA的典型工作電流下，V_F為2.4V，範圍從2.00V至2.75V（公差±0.05V）。建議的連續順向電流（I_F）為200mA，絕對最大額定值為250mA。對於突波條件，此元件可承受峰值電流（I_FM）1000mA，適用於脈衝寬度≤10μs且工作週期極低（D=0.005）的情況。請務必注意，此LED並非設計用於反向偏壓操作。

2.3 熱特性

有效的散熱對於LED性能與壽命至關重要。從半導體接面到焊點的熱阻（R_thJS）提供兩個數值：32 K/W（典型值，實際量測）與28 K/W（典型值，電氣量測）。最大允許接面溫度（T_J）為150°C。此元件額定的工作溫度範圍（T_opr）為-40°C至+125°C，此為汽車元件的標準範圍。功率耗散（P_d）最大額定值為687.5 mW。

3. 分級系統說明

為確保生產中的顏色與亮度一致性，LED會進行分級。2820-UY2001M-AM系列採用三維分級系統。

3.1 光通量分級

光通量分為三個等級：F1（27-33流明）、F2（33-39流明）及F3（39-45流明）。料號後綴M表示中等亮度等級，通常對應F1等級或F2等級的下限。

3.2 順向電壓分級

順向電壓進行分級，以協助多LED陣列的電流匹配。分級為：2022（2.00-2.25V）、2225（2.25-2.50V）及2527（2.50-2.75V）。

3.3 主波長分級

主波長分級確保顏色均勻性：8588（585-588nm）、8891（588-591nm）及9194（591-594nm）。UY顏色代碼表示黃色組，涵蓋這些分級。

4. 性能曲線分析

規格書提供了數個對於預測非標準條件下性能至關重要的圖表。

4.1 IV曲線與相對光通量

順向電流對順向電壓圖顯示典型的二極體指數關係。在200mA時，電壓集中在2.4V附近。相對光通量對順向電流圖呈次線性關係；光通量隨電流增加而增加，但在較高電流下，由於熱效應與效率下降，開始趨於飽和。

4.2 溫度相依性

相對順向電壓對接面溫度圖顯示負溫度係數；V_F隨溫度升高而線性下降（約為-2 mV/°C）。此特性可用於估算接面溫度。相對光通量對接面溫度圖顯示，隨著溫度升高，光輸出顯著下降。在125°C時，光通量僅約為25°C時的60-70%，這突顯了有效熱管理的極端重要性。相對波長對接面溫度圖顯示，隨著溫度升高，波長會出現輕微的紅移（波長增加）。

4.3 光譜分佈與降額

相對光譜分佈圖確認了單色黃光發射峰值約在589nm，且不需要的光譜成分極少。順向電流降額曲線根據焊墊溫度（T_S）規定了最大允許連續電流。在最大T_S125°C時，電流必須降額至250mA（絕對最大值）。為確保可靠運作，建議在遠低於此限制的條件下操作。

4.4 脈衝處理能力

允許脈衝處理圖定義了針對給定脈衝寬度（t_FP）與工作週期（D）所允許的峰值脈衝電流（I_p）。對於極短的脈衝（例如10μs），電流可遠超過直流最大值。這與PWM調光應用相關。

5. 機械與封裝資訊

5.1 實體尺寸

LED封裝於2820 SMD封裝內。標稱尺寸為長2.8mm、寬2.0mm。確切的高度與詳細尺寸圖，包括透鏡形狀與導線架位置，均於機械圖中提供，除非另有規定，標準公差為±0.1mm。

5.2 建議焊墊佈局

建議使用焊墊圖案設計，以確保可靠的焊接與最佳的熱性能。該佈局包括兩個電氣陽極/陰極的焊墊，以及一個用於散熱的中心熱焊墊。遵循此焊墊圖案對於機械穩定性以及將熱量從LED的熱焊墊傳導至PCB至關重要。

5.3 極性識別

元件的極性（陽極與陰極）有標記，通常以缺口、圓點或切角等視覺指示器表示。規格書的機械圖會具體說明此標記。組裝時必須注意正確的極性，以防止損壞。

6. 焊接與組裝指南

6.1 迴焊溫度曲線

此元件與標準紅外線或對流迴焊製程相容。最高峰值焊接溫度不應超過260°C，且高於260°C的時間應限制在最多30秒。適用於無鉛（SnAgCu）焊料的標準升溫、預熱、迴焊及冷卻曲線。濕度敏感等級（MSL）為2級，這意味著在焊接前，元件可在工廠環境條件下暴露長達一年，而無需烘烤。

6.2 使用注意事項

主要注意事項包括：避免施加反向電壓。使用限流電路；請勿直接以電壓源驅動。在組裝過程中實施適當的靜電放電處理程序。確保熱焊墊正確焊接至PCB的銅箔區域，以實現有效散熱。請勿超過電流、電壓或溫度的絕對最大額定值。

6.3 儲存條件

儲存溫度範圍（T_stg）為-40°C至+125°C。對於超過MSL-2車間壽命的長期儲存，應將元件儲存在乾燥環境中，或置於含有乾燥劑的防潮袋中。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 包裝規格

LED以捲帶包裝形式供應，適用於自動化取放組裝。包裝資訊詳細說明了捲盤尺寸、載帶寬度、料袋間距以及元件在載帶上的方向。

7.2 料號編碼系統

料號2820-UY2001M-AM解碼如下：

• 2820：產品系列與封裝尺寸（2.8mm x 2.0mm）。
• UY：顏色（黃色）。
• 200：測試電流（毫安培）（200mA）。
• 1：導線架類型（1 = 鍍金）。
• M：亮度等級（M = 中等）。
• AM：標示為汽車應用等級。

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：

• 車內照明：儀表板背光、開關照明、腳部空間燈、氛圍照明。
• 外部信號燈：中央高位煞車燈、側邊標誌燈、方向燈指示器（常與其他顏色或透鏡組合使用）。
• 顯示器背光：儀表板圖示、資訊娛樂系統按鈕。

8.2 設計考量

熱管理：這是最關鍵的面向。使用在熱焊墊下方具有足夠散熱孔的PCB，並將其連接到內部接地層或專用散熱器。使用R_thJS與功率耗散（P_d= V_F* I_F）計算預期的接面溫度。為確保長壽命，請將T_J維持在遠低於150°C。
驅動電路：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。驅動器應額定適用於汽車電壓範圍（通常為9-16V，並考慮負載突降暫態）。考慮使用PWM調光進行亮度控制，並參考其脈衝處理能力。
光學設計：120°的視角可能需要二次光學元件（透鏡、導光板）來塑形光束，以適用於指示燈等特定應用。

9. 技術比較與差異化

與標準商用級黃光LED相比，2820-UY2001M-AM系列提供顯著優勢：

• 符合AEC-Q102標準：這是關鍵差異化因素，涉及嚴格的溫度循環、濕度、高溫工作壽命及其他消費級元件無需進行的應力測試。
• 擴展的溫度範圍：-40°C至+125°C的工作範圍對於汽車引擎室或外部應用至關重要。
• 耐硫性：規格書指定硫磺測試標準為A1級，表示其能抵抗某些汽車與工業環境中存在的腐蝕性氣氛。
• 受控的分級：對光通量、電壓及波長進行更嚴格的分級，確保了汽車照明模組中顏色與亮度匹配的一致性，這在該領域極為關鍵。

10. 常見問題解答

Q1：在200mA時，典型的順向電壓是多少？
A1：典型的順向電壓（V_F）為2.4伏特，根據電壓分級，範圍從2.00V至2.75V。

Q2：我可以用3.3V電源驅動此LED嗎？
A2：不能直接驅動。由於V_F約為2.4V，需要串聯一個限流電阻，或更理想的是使用一個恆流驅動器，以從3.3V電源軌將電流設定為200mA。簡單的電阻計算公式為 R = (V_supply- V_F) / I_F.

Q3：在高溫下，光輸出會下降多少？
A3：參考性能圖，當接面溫度達到125°C時，相對光通量會下降至其25°C時數值的約60-70%。這強調了優良熱設計的必要性。

Q4：此LED適合PWM調光嗎？
A4：是的，它適合。應參考允許脈衝處理圖，以確保PWM方案中使用的峰值電流與脈衝寬度不超過安全工作區。典型的PWM頻率在數百赫茲至數千赫茲之間。

Q5：AM後綴是什麼意思？
A5：AM後綴明確表示此元件已通過資格認證並適用於汽車應用，符合相關產業標準（AEC-Q102）。

11. 實務設計案例研究

情境：為需要均勻黃光照明的汽車內裝氛圍燈條設計一個多LED陣列。
設計步驟：
1. 電氣設計：確定陣列配置（串聯/並聯）。為實現均勻電流，串聯配置最佳。若有12V電源可用，最多可將4顆LED（4 * 2.4V = 9.6V）串聯，並搭配一個限流電阻或線性恆流驅動器。若需要更多LED，建議使用開關式恆流驅動器。
2. 熱設計：計算總功率：4顆LED * (2.4V * 0.2A) = 1.92W。設計PCB時，在LED熱焊墊附著的層面上規劃大面積銅箔，並使用多個散熱孔將熱量傳導至其他層。
3. 光學/機械：以適當的間距放置LED，結合其120°光束，創造出無縫的光線。擴散罩有助於融合各個LED光點。
4. 元件選型：在採購訂單中指定確切的分級代碼（例如，光通量選F1，波長選8891），以確保整個生產批次中顏色與亮度的一致性。

12. 工作原理

此LED是一種半導體光子元件。當在陽極與陰極之間施加超過其能隙能量的順向電壓時，電子與電洞在半導體晶片（對於黃光，通常基於InGaN或AlInGaP等材料）的主動區域內復合。此復合過程以光子（光）的形式釋放能量。發射光的特定波長（顏色）由半導體材料的能隙能量決定。光線隨後透過封裝的環氧樹脂或矽膠透鏡提取出來，該透鏡同時提供環境保護並決定了視角。

13. 技術趨勢

此類汽車LED的趨勢朝向：
更高效率（流明/瓦）：持續的材料與封裝改進旨在提供每瓦更多的流明，從而減少電氣負載與熱挑戰。
更高的功率密度：更小的封裝提供更高的光通量，實現更緊湊且更具設計感的照明設計。
增強的可靠性與測試：更嚴格的AEC資格認證，以及針對新興失效模式（例如，更嚴苛的耐硫性）引入新的測試。
整合解決方案：整合了驅動器、控制器及通訊介面（LIN、CAN）的LED模組日益增長，而非僅是離散元件。雖然此元件是離散發光體，但它符合這些先進模組的更廣泛生態系統。