3020 LED-Chip Spezifikation - Abmessungen 3,0x2,0x0,8mm - Spannung 3,2V - Leistung 0,2W - Weiße Hintergrundbeleuchtung - Technisches Dokument auf Deutsch

1. Produktübersicht

Die 3020er Serie ist eine kompakte, leistungsstarke SMD-LED (Surface-Mount Device), die primär für Hintergrundbeleuchtungsanwendungen konzipiert ist. Diese Einzelchip-0,2W-weiße LED bietet eine ausgewogene Balance aus Effizienz, Zuverlässigkeit und Kosteneffektivität und eignet sich somit für eine breite Palette von Konsumelektronik, Beschilderungen und Anzeigeanwendungen, bei denen eine gleichmäßige weiße Lichtabgabe erforderlich ist.

2. Technische Parameter im Detail

2.1 Absolute Maximalwerte

Die folgenden Parameter definieren die Betriebsgrenzen der LED. Eine Überschreitung dieser Werte kann zu dauerhaften Schäden führen.

• Durchlassstrom (IF):90 mA (Dauerbetrieb)
• Durchlassimpulsstrom (IFP):120 mA (Impulsbreite ≤10ms, Tastverhältnis ≤1/10)
• Verlustleistung (PD):297 mW
• Betriebstemperatur (Topr):-40°C bis +80°C
• Lagertemperatur (Tstg):-40°C bis +80°C
• Sperrschichttemperatur (Tj):125°C
• Löttemperatur (Tsld):230°C oder 260°C für 10 Sekunden (Reflow)

2.2 Elektro-optische Kenngrößen (Ts=25°C)

Dies sind die typischen Leistungsparameter unter Standardtestbedingungen.

• Durchlassspannung (VF):3,2 V (typisch), 3,4 V (maximal) bei IF=60mA
• Sperrspannung (VR):5 V
• Sperrstrom (IR):10 µA (maximal)
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):110° (typisch)

3. Erklärung des Binning-Systems

Um Farb- und Helligkeitskonsistenz in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs basierend auf Schlüsselparametern in Bins (Klassen) sortiert.

3.1 Lichtstrom-Binning

Für die Kaltweiß-Variante mit einem Farbwiedergabeindex (CRI) von 80+ wird der Lichtstrom bei einem Durchlassstrom von 60mA gemessen.

• Code C9:16 lm (Min) bis 17 lm (Max)
• Code D1:17 lm (Min) bis 18 lm (Max)

Toleranz für die Lichtstrommessung beträgt ±7%.

3.2 Durchlassspannungs-Binning

LEDs werden auch nach ihrem Durchlassspannungsabfall bei einem spezifizierten Strom sortiert.

• Code B:2,8 V bis 2,9 V
• Code C:2,9 V bis 3,0 V
• Code D:3,0 V bis 3,1 V
• Code E:3,1 V bis 3,2 V
• Code F:3,2 V bis 3,3 V
• Code G:3,3 V bis 3,4 V

Toleranz für die Spannungsmessung beträgt ±0,08V.

3.3 Farbort-Binning

Das Dokument definiert spezifische Farbortregionen (z.B. Wa, Wb, Wc...) mit Koordinatengrenzen (x, y) auf dem CIE-1931-Diagramm für Farbtemperaturen im Bereich von 10000-20000K. Dies stellt sicher, dass LEDs aus derselben Bin nahezu identische wahrgenommene Farbe haben. Der zulässige Koordinatenfehler beträgt ±0,005.

4. Analyse der Kennlinien

4.1 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kennlinie)

Die I-V-Kennlinie zeigt die Beziehung zwischen dem durch die LED fließenden Strom und der daran anliegenden Spannung. Sie ist nichtlinear, charakteristisch für eine Diode. Die typische Durchlassspannung (Vf) wird bei 60mA spezifiziert. Entwickler nutzen diese Kurve, um geeignete strombegrenzende Widerstände auszuwählen oder Konstantstromtreiber zu entwerfen.

4.2 Durchlassstrom vs. relativer Lichtstrom

Diese Kurve veranschaulicht, wie die Lichtleistung mit dem Durchlassstrom zunimmt. Während die Leistung mit dem Strom steigt, nimmt die Effizienz bei höheren Strömen typischerweise aufgrund erhöhter thermischer Effekte ab. Der Betrieb bei oder nahe dem empfohlenen Wert von 60mA gewährleistet eine optimale Balance zwischen Helligkeit und Lebensdauer.

4.3 Sperrschichttemperatur vs. relative spektrale Leistung

Dieses Diagramm zeigt den Einfluss der Sperrschichttemperatur auf die spektrale Ausgabe der LED. Mit steigender Temperatur kann sich die spektrale Leistungsverteilung verschieben, was möglicherweise den Farbort (insbesondere bei weißen LEDs) und die Gesamtlichtleistung beeinflusst. Ein ordnungsgemäßes Wärmemanagement ist entscheidend, um eine konsistente Leistung aufrechtzuerhalten.

4.4 Relative spektrale Leistungsverteilung

Die Spektralkurve stellt die Intensität des emittierten Lichts bei jeder Wellenlänge dar. Für diese weiße LED zeigt die Kurve einen breiten Peak im blauen Bereich (von der primären Emission des Chips) kombiniert mit einem breiteren gelb-grünen Bereich von der Phosphorbeschichtung. Die kombinierte Ausgabe ergibt weißes Licht. Unterschiedliche korrelierte Farbtemperaturen (CCTs) wie 2600-3700K (Warmweiß), 3700-5000K (Neutralweiß) und 5000-10000K (Kaltweiß) haben unterschiedliche spektrale Formen.

5. Mechanische & Verpackungsinformationen

5.1 Abmessungen

Das LED-Gehäuse hat Nennabmessungen von 3,0mm (Länge) x 2,0mm (Breite) x 0,8mm (Höhe). Detaillierte mechanische Zeichnungen mit Toleranzen werden bereitgestellt: .X-Abmessungen haben eine Toleranz von ±0,10mm, und .XX-Abmessungen haben eine Toleranz von ±0,05mm.

5.2 Pad-Layout & Schablonendesign

Detaillierte Pad-Layouts (Footprint) und empfohlene Schablonenapertur-Zeichnungen werden bereitgestellt, um das Leiterplattendesign und die Lotpastenapplikation für optimale Lötausbeute und Zuverlässigkeit zu leiten. Ein korrektes Pad-Design ist für die Selbstausrichtung während des Reflow-Prozesses und eine starke mechanische Verbindung unerlässlich.

6. Löt- & Montagerichtlinien

6.1 Feuchtigkeitsempfindlichkeit & Trocknung

Diese LED-Serie ist gemäß IPC/JEDEC J-STD-020C als feuchtigkeitsempfindlich eingestuft. Wenn die originale Feuchtigkeitsschutzverpackung geöffnet und die Bauteile der Umgebungsfeuchtigkeit ausgesetzt wurden, müssen sie vor dem Reflow-Löten getrocknet werden, um "Popcorn"-Schäden zu verhindern.

• Trocknungsbedingung:60°C für 24 Stunden.
• Nach der Trocknung:Innerhalb von 1 Stunde löten oder in einer trockenen Umgebung (<20% r.F.) lagern.
• Nicht bei Temperaturen über 60°C trocknen.

6.2 Lagerbedingungen

• Ungeöffnete Verpackung:Temperatur 5-30°C, Luftfeuchtigkeit <85% r.F.
• Geöffnete Verpackung:Temperatur 5-30°C, Luftfeuchtigkeit <60% r.F. In einem verschlossenen Behälter mit Trockenmittel oder einem Stickstoffschrank lagern.
• Bodenlebensdauer:Innerhalb von 12 Stunden nach Öffnen der Verpackung verwenden.

6.3 Reflow-Lötprofile

Empfohlene Temperaturprofile werden sowohl für bleifreie als auch für bleihaltige Lötprozesse bereitgestellt. Alle Temperaturen beziehen sich auf Messungen auf der Oberseite des LED-Gehäuses.

• Bleifreies Profil:Spitzentemperatur typischerweise 230°C oder 260°C, mit kontrollierter Zeit oberhalb der Liquidustemperatur (TAL).
• Bleihaltiges Profil:Niedrigere Spitzentemperatur, mit entsprechender TAL.

Die Einhaltung dieser Profile verhindert thermischen Schock und gewährleistet zuverlässige Lötstellen, ohne die interne Struktur der LED oder den Silikon-Verguss zu beschädigen.

7. Anwendungshinweise & Designüberlegungen

7.1 ESD-Schutz (Elektrostatische Entladung)

Weiße LEDs sind empfindlich gegenüber elektrostatischen Entladungen. ESD kann zu sofortigem Ausfall (tote LED) oder latenten Schäden führen, die zu reduzierter Helligkeit, Farbverschiebung und verkürzter Lebensdauer führen.

Schutzmaßnahmen:

• Geerdete antistatische Arbeitsplätze und Böden verwenden.
• Bedienpersonal muss antistatische Handgelenkbänder, Handschuhe und Kleidung tragen.
• Ionisatoren verwenden, um statische Aufladungen zu neutralisieren.
• ESD-sichere Verpackungs- und Handhabungsmaterialien einsetzen.
• Sicherstellen, dass Lötgeräte ordnungsgemäß geerdet sind.

7.2 Schaltungsdesign

Ein korrektes elektrisches Design ist entscheidend für die LED-Leistung und -Lebensdauer.

• Ansteuerungsmethode:Konstantstromtreiber werden gegenüber Konstantspannungsquellen dringend empfohlen, um eine stabile Lichtleistung zu gewährleisten und die LED vor Stromspitzen zu schützen.
• Strombegrenzung:Bei Verwendung einer Spannungsquelle ist ein Reihenwiderstand für jede LED-Kette zwingend erforderlich, um den Strom zu begrenzen. Das bevorzugte Schaltungsdesign sieht einen Widerstand pro Kette vor, anstatt einen Widerstand über mehrere parallel geschaltete Ketten zu teilen, da dies die Stromverteilung und Zuverlässigkeit verbessert.
• Polarität:Während der Montage stets die korrekte Anoden-/Kathodenpolarität beachten, um Schäden durch Sperrspannung zu verhindern.
• Einschaltsequenz:Die LED zuerst mit dem Treiberausgang verbinden, dann den Treibereingang einschalten, um Spannungstransienten zu vermeiden.

7.3 Handhabungshinweise

Physische Handhabung kann die LED beschädigen.

• Finger vermeiden:Die Silikonlinse nicht mit bloßen Fingern berühren, da Öle und Feuchtigkeit die Oberfläche kontaminieren und die Lichtleistung reduzieren können.
• Pinzetten vermeiden:Den Silikonkörper nicht mit Pinzetten quetschen, da dies die Bonddrähte oder den Chip zerstören und sofortigen Ausfall verursachen kann.
• Korrektes Aufnehmen:Vakuum-Aufnahmewerkzeuge mit Düsen verwenden, die entsprechend dem Innendurchmesser des Gehäuses dimensioniert sind, um Druck auf das weiche Silikon zu vermeiden.
• Herunterfallen vermeiden:Herunterfallen kann die Anschlüsse verbiegen, was das Löten erschwert und Platzierungsprobleme verursacht.
• Nach dem Reflow:Leiterplatten nach dem Löten nicht direkt aufeinanderstapeln, da dies die Linsen zerkratzen und möglicherweise die LEDs zerdrücken kann.

8. Modellnummernregel

Die Produktbenennungskonvention ermöglicht eine präzise Identifikation der LED-Eigenschaften:

Format:T □□ □□ □ □ □ – □□□ □□

• Gehäusecode (z.B. 34):34 entspricht der 3020-Gehäusegröße. Andere Codes existieren für 285, 3014, 3030, 5050, 3528 usw.
• Chip-Anzahl-Code:"S" bezeichnet einen einzelnen Kleinleistungschip (wie in diesem 0,2W-Produkt).
• Farbcode:"W" wird für Kaltweiß (>5000K) verwendet. Andere Codes: L (Warmweiß), C (Neutralweiß), R (Rot) usw.
• Optikcode:"00" für keine Primärlinse, "01" für mit Linse.
• Lichtstrom-Bin-Code:z.B. C9, D1.
• Durchlassspannungs-Bin-Code:z.B. B, C, D, E, F, G.

9. Typische Anwendungsszenarien

Die 3020 0,2W weiße LED ist ideal geeignet für Anwendungen, die dünne, gleichmäßige Hintergrundbeleuchtung mit moderater Helligkeit erfordern.

• LCD-Hintergrundbeleuchtung:Rand- oder Direktbeleuchtungseinheiten für kleine bis mittelgroße LCD-Displays in Hausgeräten, Industrie-Steuerungen und Fahrzeuginnenräumen.
• Beschilderung & dekorative Beleuchtung:Lichtleiter und Kanalbuchstaben, bei denen gleichmäßige weiße Beleuchtung benötigt wird.
• Allgemeine Anzeigebeleuchtung:Statusanzeigen, Panelbeleuchtung und dekorative Akzente in elektronischen Geräten.

10. FAQ basierend auf technischen Parametern

10.1 Was ist der empfohlene Betriebsstrom?

Die technischen Parameter und Binning-Daten sind bei 60mA spezifiziert. Dies ist der empfohlene typische Betriebsstrom, um Helligkeit, Effizienz und Langzeit-Zuverlässigkeit in Einklang zu bringen. Er sollte den absoluten Maximalwert von 90mA Dauerstrom nicht überschreiten.

10.2 Warum ist eine Trocknung vor dem Löten notwendig?

Das LED-Gehäuse absorbiert Feuchtigkeit aus der Luft. Während der schnellen Erwärmung beim Reflow-Löten kann diese Feuchtigkeit schlagartig verdampfen und internen Druck erzeugen, der zu Delamination des Gehäuses, Rissen im Silikon oder Bruch der Bonddrähte führen kann, was zum Ausfall führt. Die Trocknung entfernt diese absorbierte Feuchtigkeit.

10.3 Wie wähle ich die korrekte Spannungs-Bin-Klasse für mein Design?

Wählen Sie eine Spannungs-Bin-Klasse, die mit dem Ausgangsspannungsbereich Ihres Treibers übereinstimmt. Die Verwendung von LEDs aus einer engeren Spannungs-Bin-Klasse (z.B. alle aus Bin "D") in einer Parallelschaltung führt im Vergleich zur Vermischung von Bins mit unterschiedlichen Durchlassspannungen zu einer besseren Stromaufteilung und gleichmäßigerer Helligkeit.

10.4 Kann ich diese LED direkt mit einer 3,3V- oder 5V-Versorgung betreiben?

Nein. Die Durchlassspannung variiert (2,8V bis 3,4V je nach Bin). Ein direkter Anschluss an eine feste Spannungsquelle wie 3,3V könnte bei einigen LEDs (solchen mit niedrigerem Vf) zu übermäßigem Strom und bei anderen (solchen mit höherem Vf) zu unzureichendem Strom führen. Sie müssen einen Konstantstromtreiber oder einen in Reihe geschalteten strombegrenzenden Widerstand verwenden, der für die spezifische Versorgungsspannung und LED-Durchlassspannung berechnet wurde.