2820 系列紅色 LED 規格書 - SMD 封裝 2.8x2.0mm - 典型值 2.4V - 70lm @ 350mA - 汽車級

1. 產品概述

2820 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紅色 LED。此元件旨在滿足嚴格的汽車產業標準，在緊湊的 SMD 封裝中提供可靠的性能。其主要應用於汽車信號燈與車內照明，這些應用對一致的色彩輸出、高可靠性與長使用壽命有至關重要的要求。

此 LED 的核心優勢包括其符合 AEC-Q102 Revision A 認證，確保滿足汽車產業嚴格的品質與可靠性要求。同時也符合 RoHS 與 REACH 環保指令，且為無鹵素設計，適合現代注重環保的設計。封裝等級為 MSL 2，表示具有中等的濕氣敏感度，這是許多 SMD 元件的標準。

2. 技術參數深度解析

2.1 光度與電氣特性

關鍵性能指標定義於順向電流 (I_F) 為 350mA 的標準測試條件下。典型光通量為 70 流明 (lm)，最小值為 60 lm，最大值為 90 lm，測量公差為 ±8%。此高輸出是在典型順向電壓 (V_F) 為 2.4 伏特下達成，範圍從 2.00V 到 2.75V (±0.05V 公差)。主波長 (λ_d) 典型值為 614 奈米 (nm)，定義其紅色色彩，範圍從 612 nm 到 624 nm (±1nm 公差)。元件提供寬廣的 120 度視角 (φ)，公差為 ±5°，可實現廣泛且均勻的照明。

2.2 熱特性與絕對最大額定值

熱管理對於 LED 壽命至關重要。從接面到焊點的熱阻 (R_{th JS}) 透過兩種方法指定：實際測量值為 12.8 K/W (典型值)，電氣方法測量值為 10 K/W (典型值)。絕對最大額定值定義了操作極限：最大功耗 (P_d) 為 1375 mW，最大連續順向電流 (I_F) 為 500 mA，以及針對 ≤10 μs 脈衝且工作週期為 0.005 的突波電流 (I_FM) 為 1500 mA。最高接面溫度 (T_J) 為 150°C，而操作與儲存溫度範圍為 -40°C 至 +125°C，適合汽車環境。元件可承受 2 kV 的 ESD 敏感度 (HBM, R=1.5kΩ, C=100pF) 以及 260°C 持續 30 秒的迴焊溫度。

3. 分級系統說明

為確保生產中的色彩與亮度一致性，LED 會被分類到不同的分級中。本產品採用三維分級系統。

3.1 光通量分級

LED 根據其在 350mA 下的光輸出進行分類：
• 分級 F6：60 lm (最小) 至 70 lm (最大)
• 分級 F7：70 lm (最小) 至 80 lm (最大)
• 分級 F8：80 lm (最小) 至 90 lm (最大)

3.2 順向電壓分級

LED 根據其電氣特性進行分類：
• 分級 2022：2.00V (最小) 至 2.25V (最大)
• 分級 2225：2.25V (最小) 至 2.50V (最大)
• 分級 2527：2.50V (最小) 至 2.75V (最大)

3.3 主波長分級

LED 根據其精確的紅色色點進行分組：
• 組別 1215：612 nm (最小) 至 615 nm (最大)
• 組別 1518：615 nm (最小) 至 618 nm (最大)
• 組別 1821：618 nm (最小) 至 621 nm (最大)
• 組別 2124：621 nm (最小) 至 624 nm (最大)

所有分級測量均有指定的公差：光通量為 ±8%，順向電壓為 ±0.05V，主波長為 ±1nm，使用 25ms 電流脈衝進行測量。

4. 性能曲線分析

4.1 光譜分佈與輻射圖形

相對光譜分佈圖顯示在紅色區域約 614 nm 處有一個峰值，在其他光譜帶的發射極小，證實了純正的紅色。輻射圖形圖說明了光的典型空間分佈，與 120° 視角規格相關，其中在中心線 ±60° 處強度降至一半。

4.2 電流-電壓 (I-V) 與電流-光通量關係

順向電流對順向電壓圖顯示了二極體的典型指數曲線。在 350mA 的典型工作點，電壓約為 2.4V。相對光通量對順向電流圖顯示光輸出隨電流呈次線性增加，強調了恆流驅動對於穩定亮度的重要性。

4.3 溫度依存性

相對順向電壓對接面溫度圖顯示負溫度係數；V_F隨溫度升高而降低，這是 LED 的典型特性。相對光通量對接面溫度圖顯示光輸出隨接面溫度升高而降低，突顯了有效熱管理對於維持亮度的關鍵需求。相對波長偏移對接面溫度圖顯示主波長隨溫度有輕微偏移 (通常為幾奈米)，這對於色彩要求嚴格的應用很重要。

4.4 降額與脈衝處理能力

順向電流降額曲線規定了基於焊墊溫度 (T_S) 的最大允許連續電流。例如，在最高 T_S為 125°C 時，最大 I_F為 500 mA。該圖也指定了最小操作電流為 50 mA。允許脈衝處理能力圖定義了在 25°C 下，針對給定脈衝寬度 (t_F) 與工作週期 (D) 所允許的峰值脈衝電流 (I_p)，這對於脈衝或多工驅動方案很有用。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

此 LED 採用表面黏著元件 (SMD) 封裝，業界型號為 2820，對應長度約 2.8mm、寬度約 2.0mm 的尺寸。規格書中的詳細機械圖提供了所有關鍵尺寸，包括總高度、引腳間距和焊墊位置。除非另有說明，所有尺寸均以毫米為單位，標準公差為 ±0.1mm。

5.2 建議焊墊佈局

提供了專用的焊墊圖案圖以指導 PCB 設計。遵循此建議的焊墊佈局對於實現可靠的焊點、從散熱焊墊進行適當的散熱以及 LED 的正確對位至關重要。該圖包括防焊層開窗和銅焊墊的尺寸，確保最佳的焊錫圓角形成和機械穩定性。

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。規格書包含一個迴焊溫度曲線，指定了關鍵參數：最高峰值溫度為 260°C，封裝可承受此溫度長達 30 秒。該曲線詳細說明了預熱、均熱、迴焊和冷卻階段，以防止熱衝擊並確保可靠的焊接連接，同時不損壞 LED 晶片或封裝。

6.2 使用注意事項

關鍵的處理與使用注意事項包括：避免對 LED 透鏡施加機械應力、防止光學表面污染、由於其 2kV HBM 等級而確保遵循適當的 ESD 處理程序，以及尊重濕氣敏感等級 (MSL 2)，若防潮袋在迴焊前打開時間超過規定時間，需對元件進行烘烤。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 料號編碼系統

料號 2820-UR3501H-AM 解碼如下：
• 2820：產品系列與封裝尺寸。
• UR：紅色色彩代碼。
• 350：測試電流 (毫安培，350mA)。
• 1：導線架類型 (1 = 鍍金)。
• H：亮度等級 (H = 高)。
• AM：指定為汽車應用系列。

規格書也提供了 2820 平台其他可用色彩代碼 (例如，UB 代表藍色，UG 代表綠色，UA 代表琥珀色，各種白色色溫) 的完整列表。

7.2 包裝規格

LED 以捲帶包裝供應，以相容於自動化取放組裝設備。包裝資訊部分詳細說明了捲盤尺寸、帶寬、料袋間距以及元件在帶上的方向，這對於正確設置組裝線至關重要。

8. 應用建議

8.1 典型應用場景

主要且明確的應用是汽車照明。這涵蓋了廣泛的用途：
• 外部信號燈：後組合燈 (尾燈/煞車燈)、中央高位煞車燈 (CHMSL)、側邊標示燈。
• 內部照明：儀表板背光、開關指示燈、氣氛照明、閱讀燈。
• 其 AEC-Q102 認證、寬廣的溫度範圍與抗硫性 (Class A1) 使其能夠在暴露於溫度循環、振動和潛在腐蝕性大氣的嚴苛汽車環境中保持強固。

8.2 設計考量

• 驅動電路：務必使用恆流驅動器以確保穩定的光輸出並防止熱失控。驅動器設計應考慮順向電壓分級。
• 熱管理：** 低熱阻 (10-13 K/W) 是從接面到焊點。實際接面溫度在很大程度上取決於 PCB 的熱設計 (銅箔面積、導通孔、板材)。使用降額曲線，透過 PCB 設計足夠的散熱解決方案，以將 T_J保持在安全限度內，特別是在高環境溫度下。
• 光學設計：120° 視角對於需要寬廣照明的應用很有用。對於更聚焦的光線，則需要二次光學元件 (透鏡)。
• 抗硫性：Class A1 硫測試標準等級表示對含硫大氣具有一定程度的抵抗能力，這對於某些地理區域或工業環境中的應用有益，儘管主要針對汽車應用。

9. 技術比較與差異化

雖然市面上存在許多 SMD 紅色 LED，但此 2820 系列透過其汽車級認證 (AEC-Q102)實現差異化。這不僅僅是一個行銷術語；它意味著該元件已通過汽車產業定義的一系列嚴格壓力測試，以確保在極端條件下的長期可靠性。與商用級 LED 相比，此系列保證在指定的 -40°C 至 +125°C 範圍內的性能、更高的突波電流耐受度以及有文件證明的抗硫性。高光通量 (典型值 70lm)、寬視角與此可靠性套件的結合，使其成為無法在元件故障率上妥協的汽車設計師的強力候選方案。

10. 常見問題 (基於技術參數)

問：此 LED 的建議操作電流是多少？
答：規格書以 350mA 作為性能表徵點，此為典型操作點。它可以在 50mA 到其絕對最大值 500mA 連續電流之間操作，但亮度和效率會有所不同。若在高環境溫度下操作，請務必參考降額曲線。

問：如何解讀光通量分級 (F6, F7, F8)？
答：這讓您可以為您的應用選擇亮度等級。例如，訂購分級 F7 的 LED 可保證在標準測試條件下以 350mA 驅動時，其光輸出將在 70 至 80 流明之間。這確保了您最終產品亮度的一致性。

問：順向電壓分級是 2225。這對我的驅動器設計意味著什麼？
答：這意味著您的 LED 在 350mA 下的 V_F將介於 2.25V 和 2.50V 之間。您的恆流驅動器必須能夠提供所需的電流，同時提供等於或高於串聯鏈路中最大 V_F (考慮串聯連接) 的電壓，再加上驅動器本身所需的任何餘裕電壓。

問：是否需要散熱片？
答：雖然 LED 本身沒有附帶散熱片，但有效的熱管理是至關重要的。熱量必須透過 PCB 從焊墊導出。對於全電流 (350-500mA) 操作或在高環境溫度下操作，強烈建議使用具有足夠散熱銅箔面積 (作為散熱片) 的 PCB，以維持長期可靠性並防止光通量衰減。

11. 設計與使用案例研究

情境：設計一個高亮度汽車煞車燈。
1. 需求：用於煞車燈的一組 LED 必須符合特定的光度強度法規，能夠承受汽車溫度循環 (-40°C 至 85°C 環境溫度)，並且使用壽命超過 10,000 小時。
2. 元件選擇：選擇 2820-UR3501H-AM 是因為其 AEC-Q102 認證、高光通量輸出 (典型值 70lm) 以及能在 125°C 接面溫度下操作的能力。
3. 熱設計：PCB 設計為頂層和底層均使用 2 盎司銅箔，並透過 LED 散熱焊墊下方的多個導熱孔連接。進行熱模擬以確保在最高車廂溫度下連續踩煞車時，接面溫度保持在 110°C 以下。
4. 電氣設計：LED 以串並聯配置排列。選擇一個降壓模式恆流 LED 驅動器 IC，該 IC 能夠處理輸入電壓範圍 (9-16V) 並提供穩定的 350mA 輸出，其額定電壓超過串聯鏈路中最大 V_F(分級 2527) 的總和。
5. 結果：最終組件通過了所有汽車可靠性測試 (溫度循環、濕度、振動)，並在車輛的整個生命週期內提供一致、明亮的紅光輸出。

12. 工作原理

此裝置是一個發光二極體 (LED)。其運作基於半導體材料中的電致發光現象。當施加超過二極體閾值電壓 (此紅色 LED 約為 2.0V) 的順向電壓時，電子和電洞分別從 n 型和 p 型半導體層注入主動區。這些電荷載子復合，以光子 (光) 的形式釋放能量。發射光的特定波長 (顏色)，在此例中約為 614 nm 的紅光，是由 LED 晶片主動區中使用的半導體材料的能隙能量決定的。然後，光透過封裝的環氧樹脂透鏡提取，該透鏡的形狀設計旨在實現所需的 120 度視角。

13. 技術趨勢

汽車照明用 LED 的發展遵循幾個明確的趨勢。持續推動更高的發光效率(每瓦更多流明) 以減少電氣負載並提高能源效率，這對於電動車至關重要。改善的色彩一致性與穩定性在整個溫度和使用壽命期間仍然很重要，特別是隨著基於攝影機的先進駕駛輔助系統 (ADAS) 的採用，這些系統必須可靠地偵測信號燈。小型化持續進行，允許更纖薄、更具風格化的燈具設計。此外，智慧功能的整合，例如自適應照明和透過光進行通訊 (Li-Fi)，是一個新興領域，儘管它通常涉及更複雜的封裝模組，而非像 2820 這樣的離散式 LED。2820 系列符合提供強固、高性能離散元件的趨勢，這些元件是這些先進照明系統的可靠建構模組。