2820-SR2001M-AM LED 数据手册 - SMD封装 2.8x2.0mm - 超红 632nm - 27lm @ 200mA - 汽车级

1. 产品概述

2820-SR2001M-AM系列是一款专为严苛汽车照明环境设计的高性能表面贴装LED元件。该器件属于一个以紧凑型2820封装（2.8mm x 2.0mm）为特点的产品家族，在光输出、可靠性和外形尺寸之间实现了出色的平衡。其核心应用是汽车照明，在此类应用中，恶劣条件下的稳定性能至关重要。其主要优势包括：符合AEC-Q102等严格的汽车认证标准、坚固的结构适用于高可靠性焊接工艺，以及针对热管理进行优化的设计，确保在整个工作温度范围内光输出稳定。

1.1 核心特性与合规性

该 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. 该 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). 该 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. 该 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).

技术参数分析

本节对数据手册中定义的关键电气、光学和热参数提供详细、客观的解读，并阐释其对设计工程师的重要意义。

2.1 光度学与光学特性

主要的光学特性是 Luminous Flux (Iv)在正向电流（IF）为200mA时，典型值为27流明。相同条件下，最小值和最大值分别规定为20流明和33流明。此范围与后文讨论的分档结构直接相关。 主波长（λd） 典型值为632纳米，定义了超红光的感知颜色，其范围从627纳米到639纳米。 视角（φ） 指定为120度，这是光强降至峰值强度一半时的全角。这种宽视角有利于需要漫射或区域照明而非聚焦光束的应用。

2.2 电气特性

该 正向电压 (VF) 是驱动器设计的关键参数。在200mA电流下，典型VF为2.3伏，范围从2.00V至2.75V。这种差异要求进行适当的电压分档以确保系统性能的一致性。该 正向电流 (IF) 推荐工作电流范围为25mA至250mA，其中200mA是大多数规格参数的测试条件。超过250mA的绝对最大额定值可能导致永久性损坏。该器件 非为反向操作设计，这意味着施加反向电压可能导致立即失效；因此，若可能存在反向偏置，电路保护（例如并联阵列中的串联二极管）至关重要。

2.3 热与可靠性额定值

热管理对于LED的寿命和性能至关重要。 热阻 从结到焊点的热阻由两个值给出：真实热阻（Rth JS real）为18 K/W（典型值），以及通过电学法推导出的值（Rth JS el）为12 K/W（典型值）。设计者应使用真实热阻来进行更精确的结温计算。 结温 (TJ) 不得超过 150°C。 工作温度 (Topr) 工作温度范围为-40°C至+125°C，适用于汽车引擎舱内及外部应用。 功耗 (Pd) 绝对最大值为687.5 mW。该器件可承受 浪涌电流 (IFM) of 1000 mA for very short pulses (t <= 10 μs, duty cycle 0.005), which is relevant for inrush or transient conditions. 该 maximum 回流焊接温度 为 260°C 持续 30 秒，定义了组装过程中的峰值温度曲线。

3. 分档系统说明

为确保生产中的颜色与亮度一致性，LED会进行分档。2820-SR2001M-AM采用三维分档系统。

3.1 光通量分档

光通量分为三个档位：E8 (20-23 lm)、E9 (23-27 lm) 和 F1 (27-33 lm)。部件编号中的“M”表示中等亮度等级，通常对应中心档位 (E9)。考虑到8%的测量公差，设计人员必须根据其应用所需的最小光输出选择合适的档位。

3.2 正向电压分档

正向电压被分级以辅助电流匹配，尤其是在LED并联时。分级区间为：2022（2.00-2.25V）、2225（2.25-2.50V）和2527（2.50-2.75V）。在并联配置中使用来自同一电压分级的LED，有助于确保更均匀的电流分布和亮度。

3.3 主波长分级

颜色一致性通过主波长分级进行管理，按3纳米步长分组：2730（627-630纳米）、3033（630-633纳米）、3336（633-636纳米）和3639（636-639纳米）。典型的632纳米值落在3033或3336分级内。对于色彩匹配精度要求极高的应用，必须指定严格的主波长分级。

4. 性能曲线分析

数据手册提供了多个图表，展示了器件在不同条件下的行为特性，这对于稳健的系统设计至关重要。

4.1 正向电流与正向电压关系（IV曲线）

该图显示了正向电流与正向电压之间的指数关系。在200mA的典型工作点，电压约为2.3V。这条曲线对于设计限流电路至关重要，无论是使用简单的电阻还是恒流驱动器。其斜率代表了LED的动态电阻。

4.2 相对光通量与正向电流关系

该图表表明，光输出随电流增加呈超线性增长，直至某一拐点。虽然以更高电流驱动能产生更多光，但也会产生更多热量，这可能降低效率并缩短使用寿命。对于此器件，200mA测试点在输出与可靠性之间取得了良好平衡。

4.3 温度依赖性曲线图

三张关键图表展示了性能随结温的变化情况： 相对正向电压与结温的关系 显示VF随温度升高线性下降（约-2 mV/°C），可用于粗略的温度传感。 相对光通量与结温的关系 表明光输出随温度升高而下降，这是所有LED的特性。需要有效的散热设计以维持稳定的亮度。 相对波长偏移 vs. 结温 表明主波长会随温度发生轻微偏移（红色LED通常为0.1 nm/°C），这在大多数应用中通常可忽略不计，但对于色彩要求严格的应用可能相关。

4.4 正向电流降额曲线

这是可靠性方面最关键的图表之一。它显示了最大允许正向电流与焊盘温度的函数关系。随着焊盘温度升高，最大允许电流线性下降。例如，在最高焊盘温度125°C时，最大允许电流为250mA（绝对最大额定值）。为确保长寿命，建议工作点远低于此降额线。该曲线还规定了25mA的最小工作电流。

4.5 允许脉冲处理能力

此图定义了在给定脉冲宽度（tp）和占空比（D）条件下，允许的最大非重复或重复脉冲电流。它让设计者能够了解LED处理短时、大电流脉冲的能力，这对于PWM调光或瞬态条件非常有用。曲线表明，对于极短的脉冲（例如10 μs），电流可以显著超过直流最大额定值。

4.6 光谱分布与辐射模式

相对光谱分布图显示在632纳米附近有一个窄峰，这是高效率红色LED的典型特征。典型的辐射模式图（提供的摘录中未完全详述但已提及）将展示光的空间分布，证实其120°视角符合朗伯或类似模式。

5. Mechanical and Packaging Information

5.1 Mechanical Dimensions

该LED采用标准的2820封装外形。详细尺寸图已提供（参见第3节）。关键特征包括总长度和宽度（2.8mm x 2.0mm）、透镜几何形状以及阴极和阳极端子的位置。阴极通常通过封装上的缺口、切角或圆点等视觉标记来识别。非关键尺寸的公差为±0.1mm。

5.2 推荐焊盘布局

第4节提供了PCB的焊盘设计图。遵循此推荐的封装布局对于实现可靠焊接、确保正确的热传递以及防止回流焊过程中的立碑现象至关重要。该设计包含两个电气端子的焊盘和一个中央散热焊盘。散热焊盘对于将热量从LED结传导至作为散热器的PCB铜层至关重要。其尺寸确保了正确的焊角形成和元件对齐。

6. 焊接与组装指南

6.1 回流焊温度曲线

该 device is compatible with standard infrared or convection reflow soldering processes. 该 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. 该 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 使用注意事项

通用操作注意事项适用：避免对镜头施加机械应力，使用适当的静电放电控制措施进行防护（即使其具有2kV等级），并根据MSL等级将其存放在干燥、受控的环境中。焊接时，确保散热焊盘与PCB焊盘良好接触，以最大化散热效果。

7. 包装与订购信息

7.1 部件编号解码

该部件号 2820-SR2001M-AM 结构如下： 2820: 产品系列和封装尺寸 (2.8mm x 2.0mm)。 SR：超级红的颜色代码。 200：测试电流，单位为毫安（200mA）。 1：引线框架类型（1 = 镀金）。 M亮度等级（M = 中等，对应特定的光通量区间）。 AM表示汽车应用与认证。

7.2 色码参考

数据手册包含一个全面的表格，将颜色符号映射到描述（例如，SR=超红，UR=红，UG=绿，UB=蓝，C=冷白，WW=暖白，PA=荧光转换琥珀色）。这有助于识别同一2820封装系列中的其他型号。

7.3 包装信息

LED以编带盘卷形式供货，适用于自动化贴片组装。提供标准盘装数量（例如每盘2000或4000颗）及编带尺寸，以便正确配置贴片机的供料器。

8. 应用建议与设计考量

8.1 典型应用场景

主要应用是 automotive lighting. 这包括： 外部信号系统：高位刹车灯（CHMSL），后组合灯（刹车/尾灯/转向灯），侧标志灯。 内部照明仪表盘背光、开关照明、氛围灯。 高级驾驶辅助系统 (ADAS)传感器照明，适用于需要特定波长的场景。其AEC-Q102认证、宽工作温度范围和抗硫性，使其适用于这些恶劣环境。

8.2 设计注意事项

热管理：这是最关键的方面。使用热阻（Rth JS real = 18 K/W）来计算结温相对于PCB温度的温升。确保PCB上有足够的铜箔面积（散热焊盘），并可能使用连接到内层或背面平面的散热过孔，以保持焊盘温度处于较低水平。请参考降额曲线。 电流驱动：使用恒流驱动器以获得稳定的光输出，尤其是在温度变化时。如果使用串联电阻，需考虑正向电压分档范围和电源电压容差。 光学：120°的视角可能需要次级光学元件（透镜、导光管）来为特定应用塑形光束。 ESD保护: 在操作和组装过程中采取标准ESD防护措施。在电路中，如果LED连接到长导线或嘈杂的汽车总线，请考虑采用瞬态电压抑制。

9. 技术对比与差异化

虽然数据手册中没有直接的竞争对手对比，但可以推断出该系列的关键差异化优势： 汽车级认证：符合AEC-Q102标准是其与商用级LED的重要区别，涉及温度循环、湿度、高温工作寿命等严苛的应力测试。 耐硫性：A1级硫测试标准对于汽车和工业应用至关重要，在这些应用中，大气中的硫会腐蚀银基元件。 无卤：符合许多原始设备制造商要求的环境与安全标准。 热性能: 与仅提供最大额定功率的器件相比，指定的热阻值可实现更精确的热建模。

10. 常见问题解答（基于技术参数）

问：我能预期的实际亮度是多少？
答：典型值为200mA下27流明。但您必须基于您愿意接受的最低档位（例如E8档为20流明）进行设计，以保证系统性能。具体档位供应情况请联系供应商。

问：我可以用PWM驱动这款LED进行调光吗？
A: 是的，LED非常适合PWM调光。请确保在“开启”脉冲期间的峰值电流不超过所选频率和占空比下“允许脉冲处理能力”图表中的额定值。建议频率高于100Hz以避免可见闪烁。

Q: 如何计算所需的散热器？
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: 一个限流电阻就足够了吗？
答：对于电源电压（Vcc）稳定的简单、非关键应用，可以使用电阻：R = (Vcc - VF_led) / I_F。请从最大档（2.75V）中选择VF值，以确保即使您拿到的是低VF LED，电流也不会超过限制。这种方法效率低下，且亮度会随Vcc和LED的VF变化。对于汽车应用，建议使用恒流驱动器。

11. 设计与使用案例研究

场景：设计一个CHMSL（中央高位制动灯）
设计师需要一个CHMSL使用15颗LED。要求：高亮度以确保日间可见性、颜色一致、在-40°C至+85°C环境温度下可靠运行。
设计步骤： 1) 电气: 选择串联配置（所有15个LED串联成一条支路）以确保电流一致。选用升压恒流驱动器，在200mA电流下提供约35V电压（15 * 2.3V）。2) 光学指定一个严格的主波长区间（例如3033或3336）和一个最小光通量区间（F1代表最高输出），以确保颜色和亮度的均匀性。3) 热管理PCB为双层板，顶层专用于每个LED热焊盘下方的大面积铜箔填充，并通过粗走线连接。散热过孔连接至底层铜平面。进行热仿真以确保在最高环境温度下，焊盘温度保持在80°C以下，从而使结温完全处于限值之内。4) 布局：推荐使用建议的焊盘布局。ESD保护二极管放置在输入电源线上。

12. 工作原理介绍

发光二极管（LED）是通过电致发光发光的半导体器件。当在p-n结上施加正向电压时，来自n型区域的电子与来自p型区域的空穴在有源层中复合。这种复合以光子（光）的形式释放能量。发射光的波长（颜色）由所用半导体材料的能带隙决定。对于这种超红LED，通常使用AlInGaP（磷化铝铟镓）等材料来实现632 nm的波长。SMD封装保护了微小的半导体芯片，提供机械保护，容纳了塑造光输出的主透镜，并通过引线框架提供热和电连接路径。

13. 技术趋势与背景

2820封装代表了行业中成熟且广泛采用的封装形式，在光输出、热性能和电路板空间之间提供了良好的平衡。汽车LED照明的发展趋势包括： 效率提升：持续发展的目标是实现更高的每瓦流明数（光效），从而降低电力负荷和热管理挑战。 MiniaturizationSmart Lighting：将控制电子器件或多色芯片（RGB）集成到封装内的趋势日益增长。 更高的可靠性标准: 诸如AEC-Q102之类的汽车标准持续演进，推动着更长的寿命预测以及在更极端条件下的稳健性要求。该特定组件以其明确的汽车应用导向和抗硫性，符合行业对能够满足现代汽车日益严苛和长寿命要求的组件的需求。