LED Spezifikation 3020 Serie - 3,0x2,0mm - 3,2V - 0,5W - Weiß - Technisches Datenblatt

1. Produktübersicht

Die 3020 Serie ist eine hochleistungsfähige, einzelchip-basierte, oberflächenmontierbare LED, die für Allgemeinbeleuchtungsanwendungen konzipiert ist, die zuverlässige Leistung und konsistente Farbwiedergabe erfordern. Diese 0,5W weiße LED bietet ein ausgewogenes Verhältnis von Effizienz, Lichtstrom und Wärmemanagement in einem kompakten Gehäuse mit den Abmessungen 3,0mm x 2,0mm.

Kernvorteile:Die primären Vorteile dieser Serie umfassen ihr standardisiertes Binning-System für Farbtemperatur und Lichtstrom, das Farbkonsistenz in der Serienfertigung gewährleistet. Sie zeichnet sich durch einen weiten Betrachtungswinkel von 110 Grad aus, was sie für Anwendungen geeignet macht, die eine breite Ausleuchtung erfordern. Das Produkt ist so ausgelegt, dass es den Industriestandards für Feuchtigkeitssensitivität und Reflow-Lötung entspricht.

Zielmarkt:Diese LED richtet sich an Hersteller von LED-Modulen, Lichtpaneelen, Hintergrundbeleuchtungseinheiten, dekorativer Beleuchtung und anderen Anwendungen, bei denen eine kompakte, effiziente und konsistente weiße Lichtquelle benötigt wird.

2. Detaillierte technische Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Die folgenden Parameter definieren die Grenzwerte, bei deren Überschreitung dauerhafte Schäden an der LED auftreten können. Ein Betrieb unter diesen Bedingungen ist nicht garantiert.

• Durchlassstrom (IF):200 mA (Dauerbetrieb)
• Durchlassimpulsstrom (IFP):300 mA (Impulsbreite ≤10ms, Tastverhältnis ≤1/10)
• Verlustleistung (PD):680 mW
• Betriebstemperatur (Topr):-40°C bis +80°C
• Lagertemperatur (Tstg):-40°C bis +80°C
• Sperrschichttemperatur (Tj):125°C
• Löttemperatur (Tsld):Reflow-Lötung bei 230°C oder 260°C für maximal 10 Sekunden.

2.2 Typische elektrische & optische Kenngrößen

Gemessen unter Standardtestbedingungen bei einer Lötstellen-Temperatur (Ts) von 25°C.

• Durchlassspannung (VF):Typisch 3,2V, Maximal 3,5V (bei IF=150mA)
• Sperrspannung (VR):5V
• Sperrstrom (IR):Maximal 10 µA
• Betrachtungswinkel (2θ1/2):110°

3. Erläuterung des Binning-Systems

Das Produkt verwendet ein umfassendes Binning-System, um elektrische und optische Konsistenz zu gewährleisten. Bestellungen spezifizieren Mindestwerte für den Lichtstrom und definierte Farbortbereiche für die Farbtemperatur.

3.1 Farbtemperatur (CCT) Binning

Die LED ist in mehreren standardisierten Bins für korrelierte Farbtemperatur (CCT) erhältlich, die jeweils durch eine Ziel-CCT und eine spezifische Farbortellipse im CIE-Diagramm definiert sind.

• 2725K ±145K (Bin: 27M5)
• 3045K ±175K (Bin: 30M5)
• 3985K ±275K (Bin: 40M5)
• 5028K ±283K (Bin: 50M5)
• 5665K ±355K (Bin: 57M7)
• 6530K ±510K (Bin: 65M7)

Hinweis:Die Produktbestellung spezifiziert den Farbortbereich, nicht einen maximalen CCT-Wert. Gelieferte Produkte liegen stets innerhalb der bestellten Farbortellipse.

3.2 Lichtstrom Binning

Der Lichtstrom wird basierend auf Farbtemperatur und Farbwiedergabeindex (CRI) gebinnt. Die Tabellen definieren Mindest- und typische Werte bei 150mA. Die standardmäßigen Lichtstromcodes (E5, E6, E7, etc.) repräsentieren einen Bereich in Lumen.

Beispiel für 70 CRI, Neutralweiß (3700-5000K):

• Code E6: 50-54 lm (Min-Typ)
• Code E7: 54-58 lm
• Code E8: 58-62 lm
• Code E9: 62-66 lm

Ähnliche Tabellen existieren für Warmweiß, Kaltweiß und deren jeweilige High-CRI (80 CRI) Versionen.

3.3 Durchlassspannung Binning

Die Durchlassspannung wird ebenfalls gebinnt, um konsistente String-Spannungen in Reihenschaltungen zu gewährleisten.

• Code B: 2,8 - 2,9V
• Code C: 2,9 - 3,0V
• Code D: 3,0 - 3,1V
• Code E: 3,1 - 3,2V
• Code F: 3,2 - 3,3V
• Code G: 3,3 - 3,4V
• Code H: 3,4 - 3,5V

3.4 Farbortellipsen-Daten

Jeder Farbtemperatur-Bin entspricht einer spezifischen Ellipse im CIE 1931 Farbtafeldiagramm, definiert durch ihre Mittelpunktskoordinaten (x, y), Hauptachse (b), Nebenachse (a) und Neigungswinkel (Φ). Diese Daten sind entscheidend für präzises Farbmischen und die Qualitätskontrolle.

4. Analyse der Leistungskurven

4.1 IV-Kennlinie

Die Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (IV) Kurve zeigt den typischen exponentiellen Zusammenhang. Beim empfohlenen Betriebsstrom von 150mA liegt die Durchlassspannung typischerweise bei etwa 3,2V. Entwickler müssen strombegrenzende Treiber verwenden, keine Spannungsquellen, um einen stabilen Betrieb zu gewährleisten.

4.2 Relativer Lichtstrom vs. Durchlassstrom

Diese Kurve veranschaulicht die Beziehung zwischen Treiberstrom und Lichtausbeute. Der Lichtstrom steigt mit dem Strom, zeigt jedoch bei höheren Strömen einen sublinearen Trend aufgrund der erhöhten Sperrschichttemperatur und des Efficiency Droop. Ein Betrieb deutlich über 150mA wird für optimale Lebensdauer und Effizienz nicht empfohlen.

4.3 Spektrale Leistungsverteilung (SPD)

Die relative spektrale Energieverteilung zeigt das Emissionsspektrum für verschiedene CCT-Bereiche (z.B. 2600-3700K, 3700-5000K, 5000-10000K). Wärmere CCTs haben mehr Energie im Rot/Gelb-Bereich, während kältere CCTs einen blaueren Peak aufweisen. Die Kurve ist essenziell für die Berechnung von Farbwiedergabemetriken.

4.4 Sperrschichttemperatur vs. Relative spektrale Energie

Dieses Diagramm zeigt, wie sich die spektrale Ausgabe mit steigender Sperrschichttemperatur (Tj) verschiebt. Typischerweise kann sich bei steigender Tj die Peak-Wellenlänge leicht verschieben und die Gesamtintensität abnehmen. Dies unterstreicht die Bedeutung eines effektiven Wärmemanagements im Anwendungsdesign, um konsistente Farbe und Lichtausbeute aufrechtzuerhalten.

5. Mechanische & Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die LED hat einen standardmäßigen 3020 (3,0mm x 2,0mm) SMD-Fußabdruck. Detaillierte Maßzeichnungen spezifizieren die Abmessungen des Gehäusekörpers, der Linse und der Anschlüsse mit zugehörigen Toleranzen (z.B. ±0,10mm für .X Abmessungen, ±0,05mm für .XX Abmessungen).

5.2 Pad-Layout & Schablonendesign

Separate Zeichnungen werden für das empfohlene PCB-Land Pattern (Pad-Layout) und das Lotpastenschablonendesign bereitgestellt. Die Einhaltung dieser Empfehlungen ist entscheidend für die korrekte Ausbildung der Lötstellen, Ausrichtung und Wärmeübertragung während der Reflow-Lötung.

5.3 Polaritätskennzeichnung

Der Kathodenanschluss (Minuspol) ist typischerweise auf dem LED-Gehäuse markiert, oft durch eine grüne Markierung oder eine Kerbe in der Linse. Die PCB-Beschriftung und der Footprint sollten die Polarität klar angeben, um eine falsche Montage zu verhindern.

6. Löt- & Montagerichtlinien

6.1 Feuchtigkeitssensitivität & Trocknung

Die 3020 Serie LED ist gemäß IPC/JEDEC J-STD-020C als feuchtigkeitssensitiv klassifiziert. Die Exposition gegenüber Umgebungsfeuchtigkeit nach dem Öffnen der Feuchtigkeitssperrbeutel kann zu Popcorn-Rissen oder anderen Schäden während des Reflow-Prozesses führen.

Lagerung:Ungeöffnete Beutel unter 30°C/85% rF lagern. Nach dem Öffnen unter 30°C/60% rF lagern.

Trocknungsanforderungen:LEDs, die aus ihrer ursprünglichen versiegelten Verpackung entnommen und Umgebungsbedingungen ausgesetzt wurden, müssen vor dem Reflow getrocknet werden.

Trocknungsmethode:Auf der Originalrolle bei 60°C für 24 Stunden trocknen. 60°C nicht überschreiten. Innerhalb von 1 Stunde nach dem Trocknen verwenden oder in einem Trockenschrank lagern (<20% rF).

6.2 Reflow-Lötprofil

Ein Standard-Bleifrei-Reflow-Profil ist anwendbar. Die maximale Spitzentemperatur an den LED-Lötstellen sollte 260°C nicht überschreiten, und die Zeit über 230°C sollte auf 10 Sekunden begrenzt sein. Konsultieren Sie die detaillierten Profil-Empfehlungen für Aufheiz-, Halte-, Reflow- und Abkühlraten.

7. Verpackungs- & Bestellinformationen

7.1 Verpackungsspezifikation

Die LEDs werden typischerweise auf geprägten Trägerbändern geliefert, die auf Rollen aufgewickelt sind, geeignet für automatisierte Pick-and-Place-Montage. Standardmengen pro Rolle werden spezifiziert (z.B. 2000 oder 4000 Stück pro Rolle). Die Rolle ist in einem Feuchtigkeitssperrbeutel mit einer Feuchtigkeitsindikatorkarte verpackt.

7.2 Modellnummern-Regel

Die Artikelnummer ist so strukturiert, dass sie Schlüsselattribute kodiert: Serie/Form (z.B. 34 für 3020), Chip-Anzahl (S für Single), Linsencode (00 für keine, 01 für mit Linse), Farbcode (L/C/W für Weißtöne), interner Code, Lichtstromcode (z.B. E6) und Durchlassspannungscode (z.B. D). Ein Beispiel ist T3400SLA-E6D.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

• LED-Module und Light Engines:Für Panel-Leuchten, Einbauleuchten und Leuchtentröger.
• Hintergrundbeleuchtung:Kanten- oder direktheleuchtete Schilder und Displays.
• Dekorative Beleuchtung:Streifen, Seile und Akzentbeleuchtung.
• Unterhaltungselektronik:Indikator- oder Statusbeleuchtung.

8.2 Designüberlegungen

• Wärmemanagement:Verwenden Sie eine Leiterplatte mit ausreichenden Wärmedurchkontaktierungen und gegebenenfalls einem Metallkern (MCPCB), um Wärme abzuführen und die Sperrschichttemperatur niedrig zu halten, um maximale Lebensdauer und stabile Ausgangsleistung zu erreichen.
• Stromversorgung:Verwenden Sie stets einen Konstantstromtreiber. Der empfohlene Betriebsstrom beträgt 150mA. In Umgebungen mit hoher Umgebungstemperatur kann eine Entlastung (Derating) erforderlich sein.
• Optik:Der 110-Grad-Betrachtungswinkel eignet sich für diffuse Beleuchtung. Sekundäroptiken (Linsen, Reflektoren) können verwendet werden, um das Lichtverteilungsmuster zu modifizieren.
• ESD-Schutz:Implementieren Sie während der Montage Standard-ESD-Handhabungsverfahren, da LEDs empfindlich gegenüber elektrostatischer Entladung sind.

9. Technischer Vergleich & Differenzierung

Im Vergleich zu älteren 3528-Gehäusen bietet die 3020 Serie oft eine höhere Leistungsdichte (0,5W vs. typisch 0,2W) in einem etwas kleineren Bauraum, was kompaktere Designs ermöglicht. Das standardisierte, detaillierte Binning-System für sowohl Lichtstrom als auch Spannung bietet einen erheblichen Vorteil für Anwendungen, die eine enge Farb- und Helligkeitsabstimmung über große Produktionsmengen hinweg erfordern, und reduziert den Bedarf an nachträglicher Sortierung oder Kalibrierung durch den Endanwender.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

10.1 Was ist der Unterschied zwischen der Bestellung nach Mindestlichtstrom vs. typischem Lichtstrom?

Die Spezifikation definiert Bins durch einen Mindestlichtstromwert. Das bedeutet, alle gelieferten LEDs werden diesen Mindestwert erreichen oder übertreffen. Der \"typische\" Wert wird als Referenz angegeben, der tatsächliche Lichtstrom kann jedoch höher sein. Dieses System garantiert die Leistung, während es normale Fertigungsschwankungen oberhalb des Minimums zulässt.

10.2 Warum ist Trocknung notwendig, und kann ich sie überspringen, wenn ich die LEDs schnell verwende?

Die Trocknung ist ein kritischer Prozess, um absorbierte Feuchtigkeit aus dem Kunststoffgehäuse zu entfernen. Selbst eine kurze Exposition gegenüber feuchter Luft kann ausreichen, um während des Hochtemperatur-Reflow-Lötprozesses Schäden zu verursachen. Es ist nicht sicher, die Trocknung allein basierend auf der Zeit zu überspringen; der Zustand der Feuchtigkeitsindikatorkarte in der Originalverpackung muss überprüft werden, um festzustellen, ob eine Trocknung erforderlich ist.

10.3 Kann ich diese LED dauerhaft mit 200mA betreiben?

Obwohl 200mA der absolute Maximalwert für den Dauerstrom ist, erzeugt der Betrieb auf diesem Niveau erhebliche Wärme, reduziert die Effizienz (Lumen pro Watt) und kann die Lebensdauer der LED potenziell verkürzen. Die empfohlene Betriebsbedingung ist 150mA für optimale Leistung und Zuverlässigkeit. Der Betrieb bei 200mA erfordert ein außergewöhnliches Wärmemanagement.

11. Design- und Anwendungsfallstudie

11.1 Entwurf eines 12V LED-Moduls

Szenario:Entwicklung eines kompakten 12V-Eingangs-LED-Moduls mit 6 LEDs in Reihe.

Designschritte:

1. Elektrisches Design:Wählen Sie LEDs aus demselben Spannungs-Bin (z.B. Bin D: 3,0-3,1V). Die gesamte Durchlassspannung für 6 LEDs beträgt etwa 18,0V bis 18,6V, was höher ist als die 12V-Versorgung. Daher ist ein Aufwärtswandler (Boost) Konstantstromtreiber erforderlich, kein einfacher Widerstand.
2. Thermisches Design:Montieren Sie die LEDs auf einer Aluminiumkern-Leiterplatte (MCPCB). Berechnen Sie die gesamte Verlustleistung (~0,5W pro LED * 6 = 3W) und stellen Sie sicher, dass die Kühlung ausreicht, um die Lötstellentemperatur der LED innerhalb des spezifizierten Betriebsbereichs zu halten, idealerweise unter 60°C für lange Lebensdauer.
3. Optische Konsistenz:Bestellen Sie alle LEDs aus demselben Lichtstrom-Bin (z.B. E7) und Farbtemperatur-Bin (z.B. 40M5 für 4000K), um gleichmäßige Helligkeit und Farbe über das gesamte Modul hinweg zu gewährleisten.
4. Montage:Befolgen Sie die Richtlinien für Feuchtigkeitshandhabung und Reflow-Lötung genau, um Ausbeuteverluste zu verhindern.

12. Technische Grundlagen

Die LED arbeitet nach dem Prinzip der Elektrolumineszenz in einem Halbleiterchip, typischerweise basierend auf InGaN für weiße LEDs. Ein blau emittierender Chip ist mit einer Phosphorschicht beschichtet. Ein Teil des blauen Lichts wird durch den Phosphor in längere Wellenlängen (gelb, rot) umgewandelt. Die Kombination aus dem verbleibenden blauen Licht und dem phosphorkonvertierten Licht führt zur Wahrnehmung von weißem Licht. Das Verhältnis von blauem zu gelbem/rotem Licht bestimmt die korrelierte Farbtemperatur (CCT). Der Farbwiedergabeindex (CRI) wird durch die Verwendung mehrerer Phosphore verbessert, um Lücken im Spektrum zu füllen. Die Durchlassspannung ist eine charakteristische Eigenschaft der Bandlücke des Halbleitermaterials und des Chipaufbaus.

13. Branchentrends

Der allgemeine Trend bei Mid-Power SMD-LEDs wie der 3020 Serie geht hin zu höherer Effizienz (mehr Lumen pro Watt), verbesserter Farbkonsistenz (engeres Binning) und höherer Zuverlässigkeit bei erhöhten Betriebstemperaturen. Es gibt auch einen Trend zu höheren CRI-Werten (90+) für Anwendungen, die eine ausgezeichnete Farbtreue erfordern, wie z.B. Einzelhandels- und Museumsbeleuchtung. Darüber hinaus verfeinert die Branche weiterhin feuchtigkeitsbeständige Verpackungsmaterialien und -prozesse, um die Handhabung zu vereinfachen und die Robustheit für eine breitere Palette von Montageumgebungen zu verbessern. Die Entwicklung neuer Phosphorsysteme zielt darauf ab, eine bessere spektrale Qualität und Stabilität über die Lebensdauer der LED hinweg zu bieten.