LED-Datenblatt - 3020 Serie 0,2W Weiß-LED - Größe 3,0x2,0mm - Spannung 3,2V - Leistung 0,2W - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die 3020 Serie ist eine kompakte, leistungsstarke Oberflächenmontage-LED (SMD) für allgemeine Beleuchtungsanwendungen. Diese Einzelchip-Weiß-LED bietet eine gute Balance aus Effizienz, Zuverlässigkeit und Kosteneffektivität und eignet sich für eine Vielzahl von Innen- und Außenbeleuchtungslösungen. Ihre Hauptvorteile sind ein standardisiertes 3020 Gehäuse, eine konstante Lichtausbeute und eine robuste thermische Leistung innerhalb ihres spezifizierten Betriebsbereichs.

2. Detaillierte technische Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte (Ts=25°C)

Die folgenden Parameter definieren die Betriebsgrenzen der LED. Das Überschreiten 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):Reflow-Löten bei 230°C oder 260°C für maximal 10 Sekunden.

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. Erläuterung des Binning-Systems

Das Produkt verwendet ein umfassendes Binning-System, um Farb- und Leistungskonsistenz für Endanwendungen sicherzustellen.

3.1 Lichtstrom-Binning

Für die spezifizierte Farbe (Kaltweiß mit CRI 85, CCT >5000K) wird der Lichtstrom bei einem Durchlassstrom von 60mA gemessen. Die Bins sind wie folgt definiert:

• Code C8:16 lm (Min) bis 17 lm (Max)
• Code C9:17 lm (Min) bis 18 lm (Max)
• Code D1:18 lm (Min) bis 19 lm (Max)
• Code D2:19 lm (Min) bis 20 lm (Max)

Toleranz für die Lichtstrommessung beträgt ±7%.

3.2 Durchlassspannungs-Binning

Die Durchlassspannung wird gebinnt, um die Schaltungsauslegung für die Stromregelung zu unterstützen.

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

Toleranz für die Spannungsmessung beträgt ±0,08V.

3.3 Farbort-Binning

Die Farbe der LED ist innerhalb spezifischer Regionen im CIE 1931 Farbtafeld definiert. Für die Kaltweiß-Variante (CCT >5000K, bis zu 20000K) sind die Farbkoordinaten durch definierte Polygonregionen begrenzt (z.B. Wa, Wb, Wc, Wd, We, Wf, Wg1, Wh1 wie im Datenblatt aufgeführt). Dies stellt sicher, dass das emittierte Weißlicht innerhalb eines akzeptablen Farbbereichs liegt. Die zulässige Abweichung für die Farbkoordinaten beträgt ±0,005.

Toleranz für den Farbwiedergabeindex (CRI) beträgt ±2.

4. Analyse der Kennlinien

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

Die I-V-Kennlinie ist charakteristisch für eine Halbleiterdiode. Bei dieser LED steigt die Durchlassspannung nichtlinear mit dem Strom an. Beim typischen Betriebsstrom von 60mA beträgt die Durchlassspannung etwa 3,2V. Entwickler müssen strombegrenzende Schaltungen verwenden, keine Spannungsquellen, um die LED zuverlässig zu betreiben.

4.2 Durchlassstrom vs. relativer Lichtstrom

Die Lichtausbeute steigt mit dem Durchlassstrom, wird aber bei sehr hohen Strömen aufgrund thermischer Effekte schließlich sättigen und abnehmen. Die Kurve zeigt, dass der Betrieb bei oder unterhalb des empfohlenen 60mA eine optimale Effizienz und Lebensdauer bietet.

4.3 Sperrschichttemperatur vs. relative spektrale Leistung

Mit steigender Sperrschichttemperatur (Tj) kann sich die spektrale Leistungsverteilung verschieben. Bei weißen LEDs äußert sich dies oft in einer Änderung der korrelierten Farbtemperatur (CCT) und einem potenziellen Rückgang des Lichtstroms. Die Aufrechterhaltung einer niedrigen Sperrschichttemperatur durch geeignetes Wärmemanagement ist entscheidend für Farbstabilität und Lichtausbeute.

4.4 Relative spektrale Leistungsverteilung

Das Spektrum einer weißen LED (typischerweise phosphorkonvertiert) zeigt einen breiten Peak im blauen Bereich vom primären Chip und eine breitere gelbe/rote Emission vom Phosphor. Die genaue Form variiert mit der CCT (z.B. 2600-3700K, 3700-5000K, 5000-10000K), wobei kältere CCTs mehr Blauanteil und wärmere CCTs mehr Gelb/Rot-Anteil aufweisen.

5. Mechanische & Verpackungsinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die LED folgt dem standardisierten 3020 Gehäuse: etwa 3,0mm lang und 2,0mm breit. Detaillierte Maßzeichnungen mit Toleranzen (±0,10mm für .X Abmessungen, ±0,05mm für .XX Abmessungen) sind im Datenblatt für das PCB-Layout-Referenz enthalten.

5.2 Lötpad-Layout und Schablonendesign

Empfohlene Lötpad-Anordnungen und Schablonenöffnungsmaße sind spezifiziert, um zuverlässige Lötstellenbildung während des Reflow zu gewährleisten. Die Einhaltung dieser Richtlinien ist wichtig für korrekte Ausrichtung, Wärmeübertragung und mechanische Stabilität.

6. Löt- & Bestückungsrichtlinien

6.1 Feuchtigkeitsempfindlichkeit und Trocknen

Diese 3020 LED 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 dem Trocknen:Innerhalb von 1 Stunde löten oder in einer trockenen Umgebung (<20% rF) lagern.
• Nicht trocknenbei Temperaturen über 60°C.

6.2 Lagerbedingungen

• Ungeöffnete Verpackung:Temperatur 5-30°C, Luftfeuchtigkeit <85%.
• Geöffnete Verpackung:Innerhalb von 12 Stunden verwenden. Lagern bei 5-30°C, Luftfeuchtigkeit <60%, vorzugsweise in einem verschlossenen Behälter mit Trockenmittel oder einem Stickstoffschrank.
• Bei Exposition >12 Stunden ist Trocknen (60°C/24h) vor der Verwendung erforderlich.

6.3 Reflow-Lötprofile

Zwei Standard-Reflow-Profile werden bereitgestellt:

• Bleifreies Löten:Spitzentemperatur 230°C oder 260°C, mit kontrollierter Zeit über Liquidus (TAL).
• Bleihaltiges Löten:Entsprechendes Niedertemperaturprofil.

Es ist entscheidend, die empfohlenen Aufheiz-, Halte-, Reflow- und Abkühlraten einzuhalten, um thermische Belastung des LED-Gehäuses und des internen Chips zu minimieren.

7. Schutz vor elektrostatischer Entladung (ESD)

LEDs sind Halbleiterbauelemente, die anfällig für ESD-Schäden sind, insbesondere weiße, grüne, blaue und violette Typen.

• Potenzielle Schäden:ESD kann sofortigen Ausfall (tote LED) oder versteckte Schäden verursachen, die zu reduzierter Helligkeit, Farbverschiebung oder verkürzter Lebensdauer führen.
• Schutzmaßnahmen:
  • Geerdete antistatische Arbeitsplätze und Böden verwenden.
  • Bedienpersonal muss antistatische Handgelenkbänder, Handschuhe und Kleidung tragen.
  • Ionisatoren verwenden und sicherstellen, dass Lötgeräte ordnungsgemäß geerdet sind.
  • Antistatische Verpackungsmaterialien verwenden.

8. Anwendungs- & Designhinweise

8.1 Schaltungsdesign

• Betriebsart:Immer einen Konstantstromtreiber verwenden. Direkten Anschluss an eine Spannungsquelle vermeiden.
• Strombegrenzung:Es wird dringend empfohlen, für jede LED-Reihe einen Serienwiderstand zur zusätzlichen Stromstabilisierung und zum Schutz einzufügen, selbst bei Verwendung eines Konstantstromtreibers.
• Polarität:Korrekte Anoden/Kathoden-Orientierung während der Bestückung beachten.
• Einschaltreihenfolge:Beim Testen zuerst den Treiberausgang mit der LED verbinden, dann den Treibereingang einschalten, um Spannungsspitzen zu vermeiden.

8.2 Handhabungshinweise

Unsachgemäße Handhabung kann physikalische und optische Schäden verursachen:

• Finger vermeiden:Die Silikonlinse nicht mit bloßen Fingern berühren, da Fette und Druck die Oberfläche kontaminieren oder Bonddrähte/Chip beschädigen können.
• Pinzetten vermeiden:Den Silikonkörper nicht mit Pinzetten quetschen, da dies den Chip zerdrücken oder Bondverbindungen brechen kann.
• Richtige Düse verwenden:Für Pick-and-Place eine Vakuumdüse mit geeigneter Größe verwenden, um ein Eindrücken in das weiche Silikon zu vermeiden.
• Herunterfallen vermeiden:Verhindert Verformung der Anschlüsse.
• Nach der Bestückung:Bestückte Leiterplatten nicht direkt aufeinanderstapeln, da dies Linsen zerkratzen und Druck auf die Bauteile ausüben kann.

9. Produktkennzeichnungssystem

Die Artikelnummer folgt einem spezifischen Codierungssystem:T □□ □□ □ □ □ – □□□ □□

Wichtige Code-Definitionen umfassen:

• Gehäusecode (z.B. 34):3020 Gehäuse.
• Chip-Anzahl-Code (z.B. S):'S' für Einzelchip mit geringer Leistung.
• Farbcode (z.B. W):'W' für Kaltweiß (>5000K). Andere Codes: L (Warmweiß), C (Neutralweiß), R (Rot), etc.
• Optikcode (z.B. 00):'00' für keine Primärlinse.
• Lichtstrom-Bin-Code (z.B. D1):Spezifiziert den Lichtstrombereich.
• Durchlassspannungs-Bin-Code (z.B. D):Spezifiziert den Vf-Bereich.

10. Typische Anwendungsszenarien

Aufgrund ihrer kompakten Größe, guten Effizienz und zuverlässigen Leistung eignet sich die 3020 0,2W Weiß-LED gut für:

• Hintergrundbeleuchtung:LCD-Displays, Anzeigetafeln, Beschilderung.
• Dekorative Beleuchtung:Lichtbänder, Konturbeleuchtung, Akzentbeleuchtung.
• Allgemeine Beleuchtung:Integration in Lampen, Einbauleuchten und Panel-Leuchten, bei denen mehrere LEDs in einem Array verwendet werden.
• Unterhaltungselektronik:Statusanzeigen, Tastatur-Hintergrundbeleuchtung.

11. Technischer Vergleich & Differenzierung

Im Vergleich zu früheren Gehäusen wie 3528 bietet die 3020 eine kompaktere Bauform, die höhere PCB-Bestückungsdichten und aufgrund einer anderen internen Struktur potenziell besseres Wärmemanagement ermöglicht. Ihre 0,2W Nennleistung platziert sie zwischen sehr niederleistungsstarken Indikator-LEDs und höherleistungsstarken Beleuchtungs-LEDs und bietet für viele Anwendungen einen guten Kompromiss zwischen Lichtausbeute und Leistungsaufnahme. Das detaillierte Binning-System für Lichtstrom, Spannung und Farbort bietet Entwicklern die für eine konsistente Endproduktqualität erforderliche Vorhersagbarkeit.

12. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

12.1 Warum ist Trocknen vor dem Löten notwendig?

Das LED-Gehäuse kann Feuchtigkeit aus der Luft aufnehmen. Während des Hochtemperatur-Reflow-Prozesses verwandelt sich diese Feuchtigkeit schnell in Dampf, erzeugt internen Druck, der das Gehäuse delaminieren oder den Chip reißen lassen kann, was zum Ausfall führt. Das Trocknen entfernt diese aufgenommene Feuchtigkeit.

12.2 Kann ich diese LED direkt mit einer 3,3V-Versorgung betreiben?

Nein. Die Durchlassspannung variiert je nach Bin und mit der Temperatur. Eine 3,3V-Versorgung könnte in einem niedrigen Vf-Bin zu übermäßigem Strom führen, was zu Überhitzung und Ausfall führt. Immer einen Konstantstromtreiber oder eine Spannungsquelle mit einem seriellen strombegrenzenden Widerstand verwenden.

12.3 Welchen Zweck erfüllen die verschiedenen Binning-Codes?

Binning stellt Konsistenz sicher. Durch die Auswahl von LEDs aus demselben Lichtstrom- und Farbort-Bin hat ein Beleuchtungsprodukt gleichmäßige Helligkeit und Farbe. Die Auswahl aus einem spezifischen Spannungs-Bin kann das Design der Stromregelschaltung vereinfachen.

12.4 Wie kritisch ist das Wärmemanagement?

Sehr kritisch. Das Überschreiten der maximalen Sperrschichttemperatur (125°C) wird die Lebensdauer der LED drastisch verkürzen und Farbverschiebungen verursachen. Die Leiterplatte sollte als Kühlkörper ausgelegt sein, und die LED sollte ohne ausreichende Kühlung nicht bei absoluten Maximalströmen betrieben werden.

13. Design-in Fallstudie

Szenario:Entwurf eines linearen LED-Lichtbands für architektonische Akzentbeleuchtung.

• Auswahl:Die 3020 LED wird aufgrund ihrer kompakten Größe gewählt, die viele LEDs pro Meter für gleichmäßige Lichtlinien ermöglicht, und ihre 0,2W Nennleistung hält die Gesamtleistung des Bandes handhabbar.
• Binning:LEDs aus einem einzigen Lichtstrom-Bin (z.B. D1) und Farbort-Bin werden spezifiziert, um konsistente Helligkeit und Farbe entlang des gesamten Bandes sicherzustellen.
• Schaltung:LEDs sind in Serien-Parallel-Strängen angeordnet. Ein Konstantstromtreiber wird verwendet, mit einem kleinen Serienwiderstand in jedem Parallelstrang zur zusätzlichen Stromausgleichung und zum Schutz gemäß der empfohlenen Schaltung im Datenblatt (Abbildung 2).
• Thermisch:Das Band verwendet eine Aluminium-Leiterplatte, um die Wärme von den LEDs effektiv abzuführen und die Sperrschichttemperatur während des Dauerbetriebs deutlich unter dem Maximalwert zu halten.
• Bestückung:Der Auftragsfertiger befolgt die Handhabungs-, Lagerungs- und Reflow-Richtlinien strikt, um eine hohe Erstausbeute zu erreichen.

14. Funktionsprinzip

Eine weiße LED besteht typischerweise aus einem blaulichtemittierenden Halbleiterchip (üblicherweise auf InGaN-Basis), der mit einem gelben Phosphor beschichtet ist. Wenn Strom durch den Chip fließt, emittiert er blaues Licht. Ein Teil dieses blauen Lichts wird vom Phosphor absorbiert, der es als breitbandiges gelbes Licht wieder emittiert. Die Mischung aus dem verbleibenden blauen Licht und dem konvertierten gelben Licht wird vom menschlichen Auge als weißes Licht wahrgenommen. Das genaue Verhältnis von Blau zu Gelb bestimmt die korrelierte Farbtemperatur (CCT) des weißen Lichts.

15. Technologietrends

Der allgemeine Trend bei SMD-LEDs wie der 3020 geht hin zu höherer Lichtausbeute (mehr Lumen pro Watt), verbessertem Farbwiedergabeindex (CRI) und besserer Farbkonsistenz über Chargen hinweg. Es gibt auch laufende Entwicklungen in Bezug auf Zuverlässigkeit und Lebensdauer unter verschiedenen Betriebsbedingungen. Darüber hinaus entwickelt sich die Verpackungstechnologie weiter, um höhere Leistungsdichte und bessere thermische Leistung von immer kleineren Bauformen zu ermöglichen. Die Prinzipien des sorgfältigen Binnings, des Umgangs mit Feuchtigkeitsempfindlichkeit und des ESD-Schutzes bleiben grundlegend für Qualität und Zuverlässigkeit über alle Generationen der LED-Technologie hinweg.