2820-SR2001M-AM LED 資料手冊 - SMD 封裝 2.8x2.0mm - 超級紅光 632nm - 27lm @ 200mA - 汽車級

1. 產品概述

2820-SR2001M-AM系列代表一款專為嚴苛汽車照明環境所設計的高性能表面黏著LED元件。此元件屬於一個以緊湊2820封裝尺寸（2.8mm x 2.0mm）為特色的產品家族，在光輸出、可靠性與外型尺寸之間提供了極具吸引力的平衡。其核心應用為汽車照明，在惡劣條件下保持一致的性能至關重要。其主要優勢包括符合嚴格的汽車資格認證標準（如AEC-Q102）、堅固的結構適用於高可靠性的焊接製程，以及針對熱管理進行優化的設計，確保在操作溫度範圍內穩定的光輸出。

1.1 核心特性與合規性

該 LED is packaged in a standard SMD (Surface Mount Device) format, facilitating automated assembly processes. It emits in the Super Red spectrum with a typical dominant wavelength of 632 nanometers. A primary performance metric is its typical luminous flux of 27 lumens when driven at a forward current of 200 milliamperes. 該 device offers a wide 120-degree viewing angle, providing broad illumination. It is designed with a degree of robustness against electrostatic discharge, rated for 2kV (Human Body Model). 該 component is rated MSL 2 (Moisture Sensitivity Level 2), indicating its shelf life and handling requirements before reflow soldering. Crucially, it is qualified according to the AEC-Q102 Rev A standard, which is the stress test qualification for discrete optoelectronic semiconductors in automotive applications. It also meets Sulfur Test Criteria Class A1, offering resistance to corrosive sulfur-containing atmospheres. 該 product is compliant with RoHS (Restriction of Hazardous Substances) and REACH regulations, and is manufactured to be Halogen Free, with bromine and chlorine content below specified limits (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm).

2. 技術參數分析

本節針對資料手冊中定義的關鍵電氣、光學與熱參數，提供詳細且客觀的詮釋，並說明其對設計工程師的重要性。

2.1 光度與光學特性

主要的光學特性是 Luminous Flux (Iv)在正向電流 (IF) 為200mA時，典型值為27流明。相同條件下，最小與最大值分別規定為20流明與33流明。此範圍與後續討論的分級結構直接相關。 主波長 (λd) 典型值為632 nm，定義了Super Red光的感知顏色，其範圍為627 nm至639 nm。 視角 (φ) 指定為120度，此為發光強度降至峰值強度一半時的全角。此寬廣視角有益於需要漫射或區域照明而非聚焦光束的應用。

2.2 電氣特性

該 順向電壓 (VF) 是驅動器設計的關鍵參數。在200mA電流下，典型的VF為2.3伏特，範圍從2.00V至2.75V。此變異性需要進行適當的電壓分選，以確保系統性能的一致性。 順向電流 (IF) 建議操作範圍為25mA至250mA，其中200mA為多數規格的測試條件。超過250mA的絕對最大額定值可能導致永久性損壞。該裝置 非為反向操作設計，意味著施加反向電壓可能導致立即故障；因此，若可能出現反向偏壓，電路保護（例如並聯陣列中的串聯二極體）至關重要。

2.3 熱與可靠性規格

熱管理對於LED的壽命與性能至關重要。 熱阻 從接面到焊點的熱阻由兩個數值給出：實際熱阻 (Rth JS real) 為 18 K/W（典型值），以及電學方法推導值 (Rth JS el) 為 12 K/W（典型值）。設計人員應使用實際熱阻以獲得更精確的接面溫度計算。 接面溫度 (TJ) 不得超過 150°C。該 工作溫度 (Topr) 工作溫度範圍為-40°C至+125°C，適用於汽車引擎蓋下及外部應用。 功率耗散 (Pd) 絕對最大值為687.5 mW。該元件可承受 突波電流 (IFM) of 1000 mA for very short pulses (t <= 10 μs, duty cycle 0.005), which is relevant for inrush or transient conditions. 該 maximum 迴焊溫度 為260°C持續30秒，定義了組裝過程中的峰值溫度曲線。

3. 分級系統說明

為確保生產中的色彩與亮度一致性，LED會進行分級篩選。2820-SR2001M-AM採用三維分級系統。

3.1 光通量分級

光通量分為三個等級：E8 (20-23 lm)、E9 (23-27 lm) 和 F1 (27-33 lm)。料號中的「M」表示中等亮度等級，通常對應中心等級 (E9)。設計師必須根據應用所需的最低光輸出選擇合適的等級，並考量 8% 的量測公差。

3.2 順向電壓分級

順向電壓經過分選以協助電流匹配，特別是在LED並聯使用時。分選區間為：2022 (2.00-2.25V)、2225 (2.25-2.50V) 及 2527 (2.50-2.75V)。在並聯配置中使用相同電壓分選區間的LED，有助於確保更均勻的電流分佈與亮度。

3.3 主波長分選

色彩一致性透過主波長分選進行管理，以3奈米為間隔分組：2730 (627-630 nm)、3033 (630-633 nm)、3336 (633-636 nm) 及 3639 (636-639 nm)。典型的632 nm值落在3033或3336分選區間內。對於色彩匹配至關重要的應用，必須指定嚴格的波長分選區間。

4. 性能曲線分析

該資料表提供了多個圖表，用以說明裝置在不同條件下的行為，這對於穩健的系統設計至關重要。

4.1 順向電流 vs. 順向電壓 (IV曲線)

此圖表顯示了順向電流與順向電壓之間的指數關係。在典型工作點200mA時，電壓約為2.3V。無論是使用簡單電阻還是恆流驅動器，此曲線對於設計限流電路都至關重要。其斜率代表了LED的動態電阻。

4.2 相對光通量 vs. 順向電流

此圖表顯示，光輸出在一定範圍內隨電流呈超線性增長。雖然以更高電流驅動可產生更多光，但也會產生更多熱量，這可能降低效率與使用壽命。對本元件而言，200mA測試點是輸出與可靠性之間的良好平衡點。

4.3 溫度相依性圖表

三張關鍵圖表顯示效能隨接面溫度的變化： Relative Forward Voltage vs. Junction Temperature 顯示VF隨溫度升高線性下降（約為-2 mV/°C），可用於粗略的溫度感測。 Relative Luminous Flux vs. Junction Temperature 顯示光輸出隨溫度升高而降低，這是所有LED的特性。需要有效的散熱設計以維持穩定的亮度。 相對波長偏移 vs. 接面溫度 表示主波長會隨溫度輕微偏移（紅光LED通常為0.1 nm/°C），在大多數應用中通常可忽略不計，但在對色彩要求嚴格的應用中可能需納入考量。

4.4 順向電流降額曲線

這是可靠性方面最關鍵的圖表之一。它顯示了最大允許順向電流與焊墊溫度的函數關係。隨著焊墊溫度升高，最大允許電流呈線性下降。例如，在最高焊墊溫度125°C時，最大允許電流為250mA（絕對最大額定值）。為確保使用壽命，建議工作點遠低於此降額線。該曲線亦規定了25mA的最小工作電流。

4.5 允許脈衝處理能力

此圖表定義了在給定脈衝寬度 (tp) 與工作週期 (D) 下，所允許的最大非重複性或重複性脈衝電流。它能讓設計者了解 LED 處理短時間、高電流脈衝的能力，這對於 PWM 調光或瞬態條件非常有用。曲線顯示，對於極短的脈衝（例如 10 μs），電流可以顯著超過直流最大額定值。

4.6 光譜分佈與輻射模式

相對光譜分佈圖顯示在632奈米附近有一個窄峰，這是高效率紅色LED的特徵。典型的輻射模式圖（提供的摘錄中未詳細說明但已引用）將說明光的空間分佈，確認其120°視角具有朗伯或類似模式。

5. Mechanical and Packaging Information

5.1 Mechanical Dimensions

此LED採用標準2820封裝外形。詳細尺寸圖中提供（參見第3節示意）。關鍵特徵包括整體長度與寬度（2.8mm x 2.0mm）、透鏡幾何形狀，以及陰極和陽極端子的位置。陰極通常透過封裝上的視覺標記（如凹口、切角或圓點）來識別。非關鍵尺寸的公差為±0.1mm。

5.2 推薦焊墊佈局

第4節提供了PCB的焊盤圖形設計。遵循此建議的封裝尺寸對於實現可靠的焊接、適當的熱傳遞以及防止迴焊過程中發生墓碑效應至關重要。該設計包含兩個電氣端子的焊盤和一個中央散熱焊盤。散熱焊盤對於將熱量從LED接面傳導至作為散熱器的PCB銅箔至關重要。其尺寸確保了正確的焊錫角形成和元件對位。

6. 焊接與組裝指南

6.1 迴焊溫度曲線

該 device is compatible with standard infrared or convection reflow soldering processes. 該 specified maximum condition is a peak temperature of 260°C for 30 seconds. A typical lead-free profile should be used, with preheat, soak, reflow, and cooling stages carefully controlled to avoid thermal shock and ensure proper solder joint formation. 該 MSL 2 rating means the component must be baked if exposed to ambient air for longer than its specified floor life (typically 1 year when stored at <10% RH and <30°C) before being subjected to reflow.

6.2 使用注意事項

一般處理注意事項適用：避免對鏡頭施加機械應力，使用適當的靜電放電防護措施（即使其額定值為2kV），並根據MSL等級儲存於乾燥、受控的環境中。焊接時，確保散熱墊與PCB焊盤良好接觸，以最大化散熱效果。

7. Packaging and Ordering Information

7.1 Part Number Decoding

該料號 2820-SR2001M-AM 結構如下： 2820: 產品系列與封裝尺寸 (2.8mm x 2.0mm)。 SR: 超級紅色的色碼。 200: 測試電流，單位為毫安培 (200mA)。 1: 導線架類型 (1 = 鍍金)。 M亮度等級 (M = 中等，對應特定的光通量區間)。 AM標示汽車應用與認證資格。

7.2 色碼對照表

資料手冊包含一個完整的表格，將顏色符號對應到描述（例如，SR=超級紅，UR=紅，UG=綠，UB=藍，C=冷白，WW=暖白，PA=螢光粉轉換琥珀色）。這有助於識別相同2820封裝系列中的其他型號。

7.3 封裝資訊

LED以帶狀和捲盤形式供應，適用於自動化取放組裝。提供標準捲盤數量（例如每捲2000或4000件）和帶狀尺寸，以便正確配置組裝機上的送料器。

8. 應用建議與設計考量

8.1 典型應用場景

主要應用是 automotive lighting. 這包括： 外部信號系統：中央高位煞車燈（CHMSL）、後組合燈（煞車/尾燈/方向燈）、側面標示燈。 內部照明儀表板背光、開關照明、環境照明。 Advanced Driver Assistance Systems (ADAS)感測器照明，需特定波長。其AEC-Q102認證、寬廣工作溫度範圍及抗硫特性，使其適用於此類嚴苛環境。

8.2 設計考量

熱管理: 最關鍵的面向。使用熱阻（Rth JS real = 18 K/W）來計算接面溫度相對於PCB溫度的上升值。確保PCB上有足夠的銅箔面積（散熱焊墊），並可考慮使用熱導孔連接至內層或背面銅箔，以保持焊墊溫度處於低位。請參考降額曲線。 電流驅動：使用恆流驅動器以獲得穩定的光輸出，尤其是在溫度變化時。若使用串聯電阻，需考慮正向電壓分檔範圍及電源電壓容差。 光學：120°視角可能需要輔助光學元件（透鏡、導光管）來為特定應用塑形光束。 ESD防護: 在處理與組裝過程中，請實施標準的ESD防護措施。若LED連接至長導線或高雜訊的汽車匯流排，電路中應考慮加入瞬態電壓抑制。

9. 技術比較與差異化

雖然資料手冊中未提供直接競爭對手比較，但可推斷此系列產品的關鍵差異化優勢： 汽車級認證: 符合AEC-Q102標準是與商用級LED的重要區別，涉及溫度循環、濕度、高溫操作壽命等嚴格的應力測試。 抗硫性: A1級硫測試標準對於大氣中的硫可能腐蝕銀基元件的汽車和工業應用至關重要。 無鹵素: 符合許多OEM廠商要求的環境與安全標準。 熱性能: 與僅提供最大額定功率的元件相比，指定的熱阻值允許進行更精確的熱建模。

10. 常見問題（基於技術參數）

Q: 我可以預期的實際亮度是多少？
A: 典型值為 200mA 下 27 lm。然而，您必須根據您願意接受的最低分檔（例如，E8 分檔的 20 lm）進行設計，以保證系統性能。具體分檔供應情況請聯繫供應商。

Q: 我可以用 PWM 驅動此 LED 進行調光嗎？
A: 是的，LED非常適合使用PWM調光。請確保在「開啟」脈衝期間的峰值電流不超過您所選頻率與工作週期對應「容許脈衝處理能力」圖表中的額定值。建議使用100Hz以上的頻率以避免可見閃爍。

Q: 如何計算所需的散熱片？
A: 1) Determine your operating current (e.g., 200mA) and corresponding VF (e.g., 2.3V). Power = 0.2A * 2.3V = 0.46W. 2) Estimate or measure the expected PCB temperature (Ts) at the solder pad. 3) Use Rth JS real (18 K/W): ΔT_junction = Power * Rth = 0.46W * 18 K/W ≈ 8.3K. 4) Junction Temp Tj = Ts + ΔT_junction. Ensure Tj < 150°C and preferably < 100°C for long life. Use the derating curve to check if your current is safe at your estimated Ts.

Q: 僅使用限流電阻是否足夠？
A: 對於電源電壓（Vcc）穩定的簡單、非關鍵應用，可以使用電阻：R = (Vcc - VF_led) / I_F。請從最大VF區間（2.75V）中選取VF值，以確保即使拿到低VF的LED，電流也不會超限。此方法效率低，且亮度會隨Vcc和LED的VF變化。對於汽車應用，建議使用恆流驅動器。

11. 設計與使用案例研究

Scenario: 設計一個CHMSL（中央高位煞車燈）
設計師需要15個LED用於CHMSL。要求：高亮度以確保日間可見性、顏色一致、在-40°C至+85°C環境溫度下可靠運作。
設計步驟： 1) 電氣: 選擇串聯配置（所有15顆LED串聯成一串）以確保電流一致。選用升壓恆流驅動器，提供約35V（15 * 2.3V）電壓及200mA電流。2) 光學指定一個嚴格的顯性波長區間（例如3033或3336）和一個最小光通量區間（F1代表最高輸出），以確保色彩與亮度的一致性。3) 熱管理PCB為雙層板，頂層專門用於每個LED散熱墊下方的大面積銅箔填充，並以粗走線連接。散熱過孔連接至底層的銅平面。執行熱模擬以確保在最高環境溫度下，焊墊溫度維持在80°C以下，使接面溫度完全符合限制範圍。4) 佈局：採用建議的焊墊佈局。ESD保護二極體置於輸入電源線路上。

12. 工作原理介紹

發光二極體（LEDs）是透過電致發光產生光線的半導體元件。當在p-n接面施加順向電壓時，來自n型區域的電子與來自p型區域的電洞在主動層中復合。此復合過程以光子（光）的形式釋放能量。發射光的波長（顏色）取決於所用半導體材料的能隙。對於此款超級紅光LED，通常使用如AlInGaP（磷化鋁銦鎵）等材料以實現632 nm波長。SMD封裝包裹微小的半導體晶片，提供機械保護，容納塑造光輸出的主透鏡，並透過導線架提供熱與電氣連接路徑。

13. 技術趨勢與背景

2820封裝代表業界成熟且廣泛採用的外形規格，在光輸出、熱性能與電路板空間之間取得了良好的平衡。汽車LED照明的趨勢包括： 提升效率：持續發展的目標在於提高每瓦流明數（光效），以減少電力負載與散熱挑戰。 MiniaturizationSmart Lighting：將控制電子元件或多色晶片（RGB）整合至封裝內的趨勢正日益增長。 更高的可靠性標準: 如 AEC-Q102 等汽車標準持續演進，推動更長壽命預測及在更極端條件下的穩健性。此特定元件以其明確的汽車應用導向及抗硫特性，符合業界對元件能承受現代車輛日益嚴苛與長壽命要求的需求。