LED 規格書 2820-C03501H-AM 系列 - 尺寸 2.8x2.0mm - 電壓 3.25V - 功率 1.14W - 白光 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

2820-C03501H-AM 系列是一款高亮度表面黏著元件（SMD）LED，主要針對嚴苛的汽車照明應用而設計。它採用緊湊的 2820 封裝（佔板面積 2.8mm x 2.0mm），並發出冷白光。此系列的一個關鍵特性是符合 AEC-Q102 Rev A 標準，這是汽車應用中分離式光電半導體的應力測試認證，確保了在惡劣汽車環境條件下的可靠性。其他認證包括抗硫性（Class A1）、符合 RoHS、REACH 及無鹵素要求，使其適用於現代環保設計。

1.1 核心優勢

• 車用級可靠性：AEC-Q102 認證確保在極端溫度、濕度和機械應力下的性能。
• 高光輸出：在 350 mA 驅動電流下，提供典型 110 流明的光通量，以其尺寸而言提供卓越的亮度。
• 寬廣視角：120 度視角提供寬廣且均勻的照明。
• 堅固結構：具備 8 kV ESD 防護（HBM）及濕度敏感等級（MSL）2 級，增強了處理與組裝的穩健性。
• 環保合規：符合 RoHS、REACH 及無鹵素指令，支持綠色製造倡議。

1.2 目標市場

此 LED 系列的主要應用是汽車照明。這包括車內照明（頂燈、閱讀燈、氛圍燈）、車外信號燈（側標燈、需要小封裝高亮度的後組合燈），以及車輛內其他可能需要可靠、明亮白光光源的照明功能。

2. 深入技術參數分析

2.1 光度與電氣特性

關鍵操作參數定義於典型順向電流（I_F）為 350 mA 且散熱墊溫度為 25°C 的條件下。

• 光通量（I_V）：100 流明（最小）、110 流明（典型）、130 流明（最大）。量測容差為 ±8%。
• 順向電壓（V_F）：在 350 mA 下為 3.00 V（最小）、3.25 V（典型）、3.75 V（最大）。量測容差為 ±0.05V。
• 視角（φ）：120 度（典型）。
• 色度座標（CIE）：x = 0.3227（典型），y = 0.3351（典型）。x 和 y 的容差均為 ±0.005，使其位於冷白光區域。
• 順向電流（I_F）：操作範圍從 50 mA 到 500 mA。

2.2 熱特性

有效的熱管理對於 LED 的性能和壽命至關重要。

• 熱阻（R_{th JS}）：提供兩個數值：真實熱阻（接面到焊點）為 20 K/W（典型）至 22 K/W（最大），以及電氣熱阻為 16 K/W（最大）。真實熱阻是熱設計中計算接面溫度的關鍵參數。
• 接面溫度（T_J）：最大允許接面溫度為 150°C。

3. 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能對元件造成永久損壞的極限。不保證在此條件下操作。

• 功率耗散（P_d）：1750 mW
• 順向電流（I_F）：500 mA（連續），1000 mA（突波，t<=10 μs，0.5% 工作週期）
• 逆向電壓（V_R）：非為逆向操作設計。
• 操作與儲存溫度：-40°C 至 +125°C
• ESD 敏感度（HBM）：8 kV
• 迴焊溫度：峰值 260°C，最長 30 秒。

4. 分級系統說明

LED 根據關鍵性能參數進行分級，以確保量產的一致性。

4.1 光通量分級

分級由測試條件（I_F=350mA，散熱墊 25°C）下的最小和最大光通量值定義。

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

4.2 順向電壓分級

分級由測試電流下的順向電壓範圍定義。

• 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 顏色（色度）分級

規格書提供了詳細的色度圖，定義了冷白光的分級區域（例如，56M、58M、61M、63M）。每個分級是 CIE 1931 色度圖上的一個四邊形區域，由四組 (x, y) 座標定義。這允許選擇具有極高顏色一致性的 LED，這對於通常需要多個 LED 顏色匹配的汽車照明至關重要。

5. 性能曲線分析

這些圖表提供了 LED 在不同操作條件下行為的重要見解。

5.1 光譜分佈

相對光譜分佈圖顯示在藍色波長區域（約 450-460nm）有一個峰值，並伴隨著寬廣的螢光粉轉換黃光發射，從而產生冷白光。在深紅色或紅外區域沒有顯著輸出是白光螢光粉轉換 LED 的典型特徵。

5.2 順向電流 vs. 順向電壓（I-V 曲線）

此圖顯示了二極體的典型指數關係。在 350 mA 時，順向電壓集中在典型的 3.25V 附近。設計師使用此曲線進行驅動器設計和功率耗散計算。

5.3 相對光通量 vs. 順向電流

光輸出隨電流增加呈次線性增長。雖然以較高電流驅動可產生更多光，但也會產生更多熱量，從而降低效率和壽命。此圖有助於選擇最佳操作點。

5.4 溫度依賴性

• 相對光通量 vs. 接面溫度：隨著接面溫度（T_J）升高，光輸出下降。此圖量化了下降程度，這對於熱設計以維持一致的亮度至關重要。
• 相對順向電壓 vs. 接面溫度：順向電壓具有負溫度係數，隨著溫度升高而降低。這可用於某些應用中的間接溫度監測。
• 色度偏移 vs. 接面溫度與電流：這些圖表顯示了白點（CIE x, y 座標）如何隨著驅動電流和接面溫度的變化而偏移。偏移相對較小，但在顏色關鍵的應用中必須考慮。

5.5 順向電流降額曲線

這是確保可靠操作的關鍵圖表。它顯示了最大允許連續順向電流作為焊墊溫度（T_S）的函數。隨著 T_S升高，必須降低最大允許電流以防止接面溫度超過 150°C。例如，在最高操作 T_S125°C 時，最大連續電流為 500 mA。

5.6 允許脈衝處理能力

此圖定義了脈衝操作的突波電流能力。它顯示了允許的峰值脈衝電流（I_F）作為脈衝寬度（t_p）的函數，適用於不同的工作週期（D）。它允許在短時間內使用高於 500 mA 直流最大值的電流，這對於像閃光燈或警示燈等應用很有用。

6. 機械與封裝資訊

6.1 機械尺寸

規格書包含 2820 SMD 封裝的詳細尺寸圖。關鍵尺寸包括本體尺寸為 2.8mm（長）x 2.0mm（寬）。圖中指定了陰極標記位置、透鏡幾何形狀和焊墊位置。除非另有說明，所有尺寸均以毫米為單位，標準公差為 ±0.1mm。

6.2 建議焊墊佈局

另一張圖提供了 PCB 設計的建議焊墊佈局。這包括電氣焊墊和中央散熱墊的尺寸與間距。遵循此佈局對於正確焊接、熱性能和機械穩定性至關重要。散熱墊對於將熱量從 LED 接面傳導到 PCB 至關重要。

7. 焊接與組裝指南

7.1 迴焊溫度曲線

此 LED 額定最高迴焊峰值溫度為 260°C，持續 30 秒。應遵循典型的迴焊曲線，包括預熱、均熱、迴焊和冷卻階段，確保溫度不超過指定限制。濕度敏感等級（MSL）為 2，意味著元件必須在工廠密封拆封後一年內使用，如果暴露在環境中超過其使用期限，可能需要烘烤。

7.2 使用注意事項

• ESD 防護：儘管額定為 8 kV HBM，但在處理和組裝過程中仍應遵守標準的 ESD 預防措施。
• 清潔：使用不會損壞 LED 透鏡或封裝材料的適當清潔溶劑。
• 機械應力：避免對 LED 透鏡施加直接力或振動。
• 電流控制：始終使用恆流源驅動 LED，而非恆壓源，以確保穩定操作並防止熱失控。

8. 應用建議與設計考量

8.1 典型應用場景

• 汽車內裝照明：頂置控制台燈、地圖閱讀燈、腳部空間照明和氛圍燈條。
• 汽車外裝照明：日間行車燈（DRL）、側標燈、中央高位煞車燈（CHMSL）以及需要小封裝高亮度的牌照燈。

8.2 設計考量

• 熱管理：這是最關鍵的方面。使用熱阻（R_{th JS}= 20 K/W）和降額曲線來設計足夠的熱路徑。這涉及使用具有足夠銅面積的 PCB（強烈建議在散熱墊下方使用熱導孔），對於高功率或高環境溫度的應用，可能需要使用鋁基板（MCPCB）。
• 驅動器選擇：選擇一款車用級 LED 驅動器，能夠從車輛電氣系統（通常為 12V 或 24V）提供穩定的 350 mA（或其他所需電流）。驅動器應包含針對汽車環境中常見的過壓、反極性和負載突降瞬變的保護。
• 光學設計：120° 視角適合漫射照明。對於聚焦光束，將需要二次光學元件（透鏡或反射器）。此 LED 的小光源尺寸有利於光學控制。
• 顏色一致性：對於使用多個 LED 的應用，指定所需的顏色分級（例如，61M）以確保整個組件的白色均勻。

9. 常見問題解答（基於技術參數）

9.1 典型功耗是多少？

在典型操作點 350 mA 和 3.25V 下，電功率輸入約為 1.14 瓦特（P = I_F* V_F= 0.35A * 3.25V）。

9.2 如何計算接面溫度？

接面溫度（T_J）可以使用公式估算：T_J= T_S+ (P_d* R_{th JS})，其中 T_S是量測到的焊墊溫度，P_d是功率耗散（單位：瓦特），R_{th JS}是真實熱阻（20 K/W）。為了可靠操作，T_J必須保持在 150°C 以下，且越低越有利於壽命。

9.3 我可以直接用 12V 電源驅動它嗎？

No.直接連接到 12V 電源會因電流過大而立即損壞 LED。必須使用恆流 LED 驅動器或限流電路。

9.4 AEC-Q102 認證對我的設計意味著什麼？

這意味著 LED 元件已通過一系列模擬汽車環境條件的嚴格應力測試（擴展溫度循環、高濕度偏壓、高溫儲存等）。使用 AEC-Q102 認證的元件簡化了您的系統級認證流程，並顯著提高了對照明模組長期可靠性的信心。

10. 實用設計案例研究

情境：為乘用車設計一個內裝頂燈。要求是均勻、明亮的白光照明。

設計步驟：

1. LED 選擇：選擇 2820-C03501H-AM 系列，因其亮度、車用等級和緊湊尺寸。
2. 數量與排列：根據所需的光照水平（流明），計算所需的 LED 數量。例如，需要 500 流明可能需要 5 個來自 J2 分級（每個 110-120 流明）的 LED。它們將在 PCB 上線性或群集排列。
3. 熱設計：PCB 設計採用 2 盎司銅層。使用符合規格書建議的專用散熱焊墊圖案，並透過一系列熱導孔將其連接到底層的大面積銅箔作為散熱片。檢查降額曲線：如果車廂環境溫度可達 85°C，焊墊溫度（T_S）可能估計為 95°C。降額曲線顯示允許電流仍高於 350 mA，因此設計在熱方面是合理的。
4. 電氣設計：選擇一款車用認證的降壓 LED 驅動器 IC，將車輛的 12V 電池電壓轉換為恆定的 350 mA 輸出，供 5 個 LED 的串聯使用。串聯的總順向電壓約為 16.25V（5 * 3.25V），這在典型降壓轉換器從 12V 輸入的工作範圍內。
5. 光學設計：在 LED 陣列上方放置一個擴散透鏡或蓋板，利用每個 LED 的 120° 視角，將各個光源融合成均勻的面光源。

11. 工作原理

此 LED 是一種螢光粉轉換白光 LED。其核心是一個半導體晶片，通常由氮化銦鎵（InGaN）製成，當順向偏壓（電流流過）時會發出藍光。這藍光部分被沉積在晶片上或周圍的一層螢光粉材料（例如，摻鈰的釔鋁石榴石，YAG:Ce）吸收。螢光粉吸收部分藍色光子，並在黃色區域的寬廣光譜上重新發射光。剩餘的藍光和轉換後的黃光組合被人眼感知為白光。確切的色調（如本規格書中的冷白光，或暖白光）由螢光粉層的成分和厚度決定。

12. 技術趨勢

汽車照明用 LED 的發展遵循幾個明顯趨勢：

• 發光效率（流明/瓦）提升：晶片設計、螢光粉效率和封裝熱管理的持續改進，導致每瓦電輸入產生更多光輸出，降低能耗和熱負載。
• 更高功率密度與小型化：像 2820 封裝提供超過 100 流明的產品，代表了在更小佔板面積內整合更多性能的趨勢，實現更時尚、更緊湊的照明設計。
• 增強可靠性和穩健性：像 AEC-Q102 這樣的標準正成為基本要求。進一步的發展集中在提高對特定汽車應力源的抵抗力，如含硫氣氛（本規格書中的抗硫測試 Class A1 已解決）和電化學腐蝕。
• 智慧與適應性照明：雖然這是一個基礎元件 LED，但業界正朝著整合驅動器、控制器和通訊介面（如 LIN 或 CAN）的模組發展，用於適應性前照燈系統（AFS）和動態內裝照明。
• 顏色調節與品質：重點在於實現更高的演色性指數（CRI）值和更精確的色點控制（更緊密的分級），以在汽車環境中獲得更好的美學品質和安全性。