3020 Serie Einzelchip 0,2W Weißlicht-LED Datenblatt - Abmessungen 3,0x2,0mm - Spannung 3,2V - Leistung 0,2W - Technische Dokumentation

1. Produktübersicht

Die 3020 Serie ist eine kompakte, leistungsstarke Oberflächenmontage-LED (SMD), die für Allgemeinbeleuchtungsanwendungen konzipiert ist, die zuverlässige, energieeffiziente Weißlichtquellen erfordern. Diese Einzelchip-0,2W-Weißlicht-LED bietet eine ausgewogene Kombination aus Lichtausbeute, thermischer Leistung und Kosteneffizienz, was sie für eine breite Palette von kommerziellen und industriellen Beleuchtungsprodukten geeignet macht.

Ihre Kernvorteile umfassen einen kompakten Bauraum von 3,0 mm x 2,0 mm, einen breiten Betrachtungswinkel von 110 Grad und eine robuste Bauweise, die für Standard-Reflow-Lötprozesse geeignet ist. Der Zielmarkt umfasst Hintergrundbeleuchtungseinheiten, dekorative Beleuchtung, Signalleuchten und die Integration in verschiedene Unterhaltungselektronik und Beschilderung.

2. Technische Parameter und Spezifikationen

2.1 Absolute Maximalwerte (T_s=25°C)

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 (I_F):80 mA (Dauerbetrieb)
• Durchlass-Pulsstrom (I_FP):120 mA (Pulsbreite ≤10ms, Tastverhältnis ≤1/10)
• Verlustleistung (P_D):280 mW
• Betriebstemperatur (T_opr):-40°C bis +80°C
• Lagertemperatur (T_stg):-40°C bis +80°C
• Sperrschichttemperatur (T_j):125°C
• Löttemperatur (T_sld):230°C oder 260°C für 10 Sekunden (Reflow)

2.2 Elektro-optische Kenngrößen (T_s=25°C, I_F=60mA)

Dies sind die typischen Leistungsparameter unter Standardtestbedingungen.

• Durchlassspannung (V_F):Typisch 3,2V, Maximal 3,5V
• Sperrspannung (V_R):5V
• Sperrstrom (I_R):Maximal 10 µA
• Betrachtungswinkel (2θ_1/2):110°

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Produkt wird in Bins eingeteilt, um Farb- und Helligkeitskonsistenz innerhalb einer Anwendung sicherzustellen. Der Bestellcode definiert diese Bins.

3.1 Modellnummernregel

Die Artikelnummernstruktur lautet: T [Formcode] [Chipanzahl] [Linsencode] [Interner Code] - [Lichtstromcode] [CCT-Code]. Beispielsweise entspricht T3400SLA einer 3020-Form (34), einem einzelnen Kleinleistungschip (S), keiner Linse (00), internem Code A, mit spezifischen Lichtstrom- und CCT-Bins, die durch das endgültige Suffix definiert sind.

3.2 Binning der Farbtemperatur (CCT)

LEDs werden in spezifische Farbortellipsen im CIE-Diagramm eingeteilt, um Farbgleichmäßigkeit zu garantieren. Die Standard-Bestellbins 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)

Jedes Bin ist durch einen Ellipsenmittelpunkt (x, y), Haupt-/Nebenachsenradien und einen Drehwinkel definiert und entspricht 5- oder 7-Schritt-MacAdam-Ellipsenstandards für eine enge Farbkontrolle.

3.3 Lichtstrom-Binning

Der Lichtstrom wird nach dem Mindestwert bei 60mA eingeteilt. Die Tabellen definieren Mindest- und typische Lichtstrombereiche für Warmweiß (2700-3700K), Neutralweiß (3700-5000K) und Kaltweiß (5000-7000K), jeweils in Standard- (CRI≥70) und Hochfarbwiedergabe-Versionen (CRI≥80). Die Codes reichen von D1 (z.B. 18-19 lm min) bis D8 (z.B. 25-26 lm min).

3.4 Binning der Durchlassspannung

Um die Stromanpassung in Multi-LED-Designs zu unterstützen, wird V_Fin 0,1V-Schritten eingeteilt. Die Bins sind: B (2,8-2,9V), C (2,9-3,0V), D (3,0-3,1V), E (3,1-3,2V), F (3,2-3,3V), G (3,3-3,4V), H (3,5-3,6V).

3.5 Messtoleranzen

• Lichtstrom: ±7%
• Durchlassspannung: ±0,08V
• Farbwiedergabeindex (CRI): ±2
• Farbortkoordinaten: ±0,005

4. Analyse der Leistungskurven

4.1 Strom-Spannungs-Kennlinie (I-V-Kurve)

Die Grafik zeigt die Beziehung zwischen Durchlassspannung und Durchlassstrom. Die Kurve ist typisch für eine GaN-basierte LED und zeigt einen exponentiellen Anstieg nach der Schwellspannung (~2,7V). Der Betrieb bei den empfohlenen 60mA gewährleistet optimale Effizienz und Langlebigkeit und vermeidet den Hochstrombereich, in dem die Effizienz sinkt und die Wärmeentwicklung deutlich zunimmt.

4.2 Relativer Lichtstrom vs. Durchlassstrom

Diese Kurve zeigt die Abhängigkeit der Lichtleistung vom Treiberstrom. Während der Lichtstrom mit dem Strom ansteigt, wird er bei höheren Strömen aufgrund von Effizienzeinbußen und erhöhter Sperrschichttemperatur sublinear. Der Betriebspunkt von 60mA wurde gewählt, um Ausgangsleistung und Effizienz auszubalancieren. Ein Betrieb über dem absoluten Maximalwert (80mA Dauerbetrieb) verkürzt die Lebensdauer und Zuverlässigkeit drastisch.

4.3 Spektrale Leistungsverteilung (SPD)

Die relative spektrale Energiekurve zeigt das Emissionsspektrum für verschiedene CCT-Bereiche (2600-3700K, 3700-5000K, 5000-10000K). Kaltweiße LEDs haben einen stärkeren Blaupeak vom Chip und weniger phosphorkonvertiertes Gelb-/Rotlicht, während warmweiße LEDs eine ausgeprägtere breite Phosphoremission zeigen, was zu einem höheren Rotanteil im Spektrum und einer niedrigeren Farbtemperatur führt.

4.4 Sperrschichttemperatur vs. relative spektrale Energie

Diese Grafik veranschaulicht den Effekt der Sperrschichttemperatur (T_j) auf das Spektrum der LED. Mit steigendem T_jnimmt die gesamte spektrale Ausgangsleistung typischerweise ab (Effizienzabfall), und die Peak-Wellenlänge kann sich leicht verschieben. Ein effektives Wärmemanagement ist entscheidend, um einen konsistenten Farbort und Lichtleistung über die Lebensdauer des Produkts aufrechtzuerhalten.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Abmessungen

Das LED-Gehäuse hat die Abmessungen 3,0 mm (Länge) x 2,0 mm (Breite). Die Maßzeichnung spezifiziert alle kritischen Maße, einschließlich Linsenhöhe und Pad-Positionen. Toleranzen sind als ±0,10 mm für .X-Maße und ±0,05 mm für .XX-Maße definiert.

5.2 Pad-Layout und Schablonendesign

Separate Diagramme zeigen das empfohlene PCB-Land Pattern (Pad-Layout) und das Lotpastenschablonendesign. Das Land Pattern gewährleistet eine ordnungsgemäße Lötstellenbildung und mechanische Stabilität. Das Schablonendesign kontrolliert das aufgetragene Lotpastenvolumen, was entscheidend für zuverlässige Lötstellen ohne Brückenbildung oder unzureichende Lötmenge ist. Die Einhaltung dieser Richtlinien ist für eine hohe Ausbeute bei der Montage unerlässlich.

5.3 Polaritätskennzeichnung

Die Kathode ist typischerweise auf dem LED-Gehäuse markiert. Das Pad-Layout-Diagramm zeigt ebenfalls die Anoden- und Kathodenanschlüsse. Während der Montage muss die korrekte Polarität beachtet werden, um eine Sperrspannung zu verhindern, die die LED bei Spannungen über der Sperrspannungsfestigkeit (5V) beschädigen kann.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Feuchtigkeitsempfindlichkeit und Trocknung

Das 3020-LED-Gehäuse ist feuchtigkeitsempfindlich (MSL-Klassifizierung nach IPC/JEDEC J-STD-020C). Die Exposition gegenüber Umgebungsfeuchtigkeit nach dem Öffnen der Feuchtigkeitsschutzbeutel kann aufgrund der schnellen Dampfausdehnung während des Reflow-Lötens zu Popcorn-Rissen oder Delamination führen.

• Lagerung:Ungeöffnete Beutel sollten unter 30°C/85% r.F. gelagert werden. Nach dem Öffnen bei 5-30°C mit möglichst niedriger Luftfeuchtigkeit lagern (<20% r.F. empfohlen).
• Floor Life:Die Zeit zwischen Beutelöffnung und Reflow muss kontrolliert werden. Überprüfen Sie die Feuchtigkeitsindikatorkarte im Beutel unmittelbar nach dem Öffnen.
• Trocknungsbedingungen:Wenn LEDs einer Feuchtigkeit außerhalb der Spezifikation ausgesetzt waren, müssen sie vor dem Reflow getrocknet werden. Empfohlene Trocknung: 60°C für 24 Stunden auf der Originalrolle. 60°C nicht überschreiten. Innerhalb von 1 Stunde nach der Trocknung verwenden oder in einem Trockenschrank (<20% r.F.) lagern.

6.2 Reflow-Lötprofil

Die LED hält eine maximale Reflow-Temperatur von 230°C oder 260°C für maximal 10 Sekunden aus. Ein Standard-Blei-freies (SAC305) Reflow-Profil ist anwendbar. Stellen Sie sicher, dass die Temperaturrampenrate kontrolliert wird, um thermischen Schock zu minimieren. Der angegebene maximale Löttemperaturwert darf nicht überschritten werden, um Schäden an der Epoxidlinse, dem Phosphor oder den Bonddrähten zu vermeiden.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

Die LEDs werden typischerweise auf Tape and Reel für die automatisierte Pick-and-Place-Montage geliefert. Die spezifische Reel-Größe und Packungsmenge sollte mit dem Lieferanten bestätigt werden. Die Bestellung erfolgt unter Verwendung der vollständigen Modellnummer, die alle gebinnten Parameter spezifiziert: Form, Chipanzahl, Linse, CCT und Lichtstrom. Benutzerdefinierte Bin-Kombinationen außerhalb des Standardangebots können auf Anfrage verfügbar sein.

8. Anwendungsvorschläge und Designüberlegungen

8.1 Typische Anwendungsszenarien

• Hintergrundbeleuchtung:Kanten- oder Direktbeleuchtung für LCDs, Beschilderung und Displays.
• Dekorative Beleuchtung:Akzentbeleuchtung, Konturbeleuchtung und Stimmungsbeleuchtung.
• Allgemeine Beleuchtung:Integration in Lampen, Röhren und Panels als Array.
• Signalleuchten:Statusanzeigen an Geräten und Elektronik.

8.2 Designüberlegungen

• Stromversorgung:Verwenden Sie einen Konstantstromtreiber, keine Konstantspannungsquelle, für eine stabile und gleichmäßige Lichtleistung. Der empfohlene Betriebsstrom beträgt 60mA.
• Wärmemanagement:Trotz der geringen Leistung ist eine effektive Wärmeableitung entscheidend für die Aufrechterhaltung des Lichtstroms, der Farbstabilität und der langen Lebensdauer. Stellen Sie sicher, dass die Leiterplatte ausreichend Wärmedurchkontaktierungen und Kupferfläche aufweist, die mit dem thermischen Pad der LED (falls vorhanden) oder den Kathoden-Pads verbunden ist.
• Optisches Design:Der 110-Grad-Betrachtungswinkel bietet eine breite, diffuse Beleuchtung. Für fokussierte Lichtstrahlen sind Sekundäroptiken (Linsen, Reflektoren) erforderlich.
• Elektrisches Layout:Halten Sie die Treiberleitungen kurz und breit, um den Spannungsabfall zu minimieren. In Arrays sollten Sie, wo möglich, LEDs in Reihe schalten, um identischen Strom zu gewährleisten, oder parallele Stränge mit einzelnen strombegrenzenden Widerständen verwenden, wobei LEDs aus demselben V_F-Bin für eine bessere Strombalance ausgewählt werden sollten.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu älteren Gehäusen wie 3528 bietet die 3020 einen kompakteren Bauraum und potenziell höhere Design-Dichte. Ihr Einzelchip-0,2W-Design bietet eine gute Balance für Anwendungen, die mehr Licht als eine typische 0,1W-LED benötigen, aber bei denen die thermische Herausforderung einer 0,5W- oder 1W-LED zu groß ist. Der breite 110-Grad-Strahlwinkel ist ein wichtiges Unterscheidungsmerkmal gegenüber LEDs mit engerem Winkel, wodurch in vielen Anwendungen Diffusoren überflüssig werden und eine gleichmäßigere Ausleuchtung erreicht wird.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

10.1 Was ist der Unterschied zwischen der typischen und der maximalen Durchlassspannung?

Die typische V_F(3,2V) ist der erwartete Wert für die meisten Einheiten unter Testbedingungen. Die maximale V_F(3,5V) ist die durch die Spezifikation garantierte Obergrenze. Ihre Treiberschaltung muss so ausgelegt sein, dass sie den erforderlichen Strom liefert, selbst wenn die V_Fder LED am Maximalwert liegt, insbesondere wenn LEDs in Reihe geschaltet sind.

10.2 Kann ich diese LED mit 80mA im Dauerbetrieb betreiben?

Obwohl 80mA der absolute Maximalwert für den Dauerstrom ist, führt der Betrieb an dieser Grenze zu mehr Wärmeentwicklung, reduzierter Lichtausbeute (lm/W), beschleunigtem Lichtstromrückgang und potenziell verkürzter LED-Lebensdauer. Für optimale Leistung und Zuverlässigkeit sollte der empfohlene Betriebsstrom von 60mA verwendet werden.

10.3 Warum ist Trocknung notwendig und wie erkenne ich, ob meine LEDs sie benötigen?

Die Trocknung entfernt absorbierte Feuchtigkeit aus dem Kunststoffgehäuse, um Schäden während des Hochtemperatur-Reflow-Lötprozesses zu verhindern. Überprüfen Sie die Feuchtigkeitsindikatorkarte im versiegelten Feuchtigkeitsschutzbeutel unmittelbar nach dem Öffnen. Wenn die Karte anzeigt, dass der Feuchtigkeitsexpositionsgrenzwert überschritten wurde (z.B. der rosa Punkt dunkler als die Referenz ist) oder wenn der Beutel in einer feuchten Umgebung länger als die erlaubte Floor Life geöffnet war, ist eine Trocknung erforderlich.

10.4 Wie interpretiere ich den Lichtstrom-Bin-Code (z.B. D5)?

Der Lichtstromcode (D5) entspricht einem Mindestlichtstromwert bei 60mA für ein gegebenes CCT- und CRI-Bin. Beispielsweise hat eine Kaltweiß-LED (5000-7000K), CRI≥70 mit Code D5 einen Mindestlichtstrom von 22 Lumen und typischerweise maximal 23 Lumen. Sie sollten Ihr System auf Basis des Mindestwerts auslegen, um sicherzustellen, dass die Leistungsziele auch mit Einheiten aus niedrigeren Bins erreicht werden.

11. Praktische Anwendungsfallstudie

Szenario: Design einer linearen LED-Lichtleiste.Ein Designer entwickelt eine 24V, 0,6 Meter lange Lichtleiste mit der 3020 LED. Um eine bestimmte Beleuchtungsstärke zu erreichen, berechnet er den Bedarf von 60 LEDs. Für den Betrieb mit 24V entscheidet er sich für 7 LEDs in Reihe (7 * 3,2V_typ= 22,4V), was Spielraum für den Stromregler lässt. Er würde 8 parallele Stränge mit jeweils 7 in Reihe geschalteten LEDs (insgesamt 56 LEDs) erstellen. Um eine gleichmäßige Helligkeit zu gewährleisten, spezifiziert er alle LEDs aus demselben CCT-Bin (z.B. 4000K Neutralweiß, Bin 40M5) und einem engen Lichtstrom-Bin (z.B. D5). Er spezifiziert auch dasselbe V_F-Bin (z.B. F-Bin: 3,2-3,3V), um die Strombalance zwischen den 8 parallelen Strängen zu verbessern. Die Leiterplatte ist mit einer 2-oz-Kupferschicht und Wärmedurchkontaktierungen unter den LED-Pads entworfen, die mit einem Aluminiumsubstrat zur Wärmeableitung verbunden sind. Die Montageanweisung schreibt vor, die Rollen zu trocknen, wenn die Luftfeuchtigkeit in der Fabrik hoch ist, gefolgt von einem kontrollierten Reflow-Prozess unter Verwendung des empfohlenen Profils.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Eine weiße LED ist im Grunde eine Halbleiterdiode. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die ihre Bandlückenenergie übersteigt, rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich (dem Chip) und setzen Energie in Form von Photonen frei. Diese Primäremission liegt typischerweise im blauen oder ultravioletten Spektrum für GaN-basierte Chips. Um weißes Licht zu erzeugen, wird ein Teil dieses Primärlichts von einer Phosphorbeschichtung (häufig Cer-dotiertes Yttrium-Aluminium-Granat - YAG:Ce) absorbiert, die auf oder um den Chip aufgebracht ist. Der Phosphor wandelt die hochenergetischen blauen/UV-Photonen in ein breites Spektrum niederenergetischen gelben Lichts um. Die Mischung aus dem verbleibenden Blaulicht vom Chip und dem konvertierten Gelblicht vom Phosphor erscheint dem menschlichen Auge als weiß. Durch Anpassung der Phosphorzusammensetzung und -dicke können verschiedene Farbtemperaturen (CCTs) von Warmweiß bis Kaltweiß erreicht werden.

13. Technologietrends und Entwicklungen

Der allgemeine Trend bei SMD-LEDs wie der 3020 geht hin zu höherer Lichtausbeute (mehr Lumen pro Watt), verbesserter Farbwiedergabe (höherer CRI und R9-Wert für Rotwiedergabe) und größerer Farbkonstanz (engeres Binning). Es gibt auch einen Fokus auf verbesserte Zuverlässigkeit und Langlebigkeit unter höheren Betriebstemperaturen, getrieben durch die Nachfrage nach kompakteren Leuchten. Darüber hinaus entwickelt die Industrie weiterhin robustere und feuchtigkeitsbeständigere Gehäusematerialien, um Handhabung und Montageprozesse zu vereinfachen. Der Trend zu "menschenzentrierter" Beleuchtung führt zu LEDs mit einstellbarer CCT und spektraler Optimierung zur Unterstützung des circadianen Rhythmus. Während dieses Datenblatt eine Standard-Weißlicht-LED beschreibt, ist die zugrundeliegende Gehäusetechnologie eine Plattform, die für diese fortschrittlichen Leistungsmerkmale angepasst werden kann.