EL 2020 Cube Light LED Datenblatt - SMD-Gehäuse - Kaltweiß - 50lm @ 140mA - 3,0V - 120° Abstrahlwinkel - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die EL 2020 Cube Light ist eine leistungsstarke, oberflächenmontierbare (SMD) LED, die für anspruchsvolle Automotive-Beleuchtungsanwendungen entwickelt wurde. Diese Komponente stellt eine kompakte und zuverlässige Festkörperlichtquelle dar, die eine ausgewogene Kombination aus Lichtausbeute, Effizienz und Robustheit bietet, wie sie für moderne Fahrzeugsysteme erforderlich ist. Ihr zentrales Designkonzept zielt darauf ab, unter den weiten Temperaturbereichen und rauen Umgebungsbedingungen, die typisch für Automotive-Anwendungen sind, konsistente Leistung zu gewährleisten.

Die LED wird in der Farbtemperatur Kaltweiß angeboten und zielt auf Anwendungen ab, in denen ein helles, neutrales bis leicht bläuliches Weißlicht gewünscht ist. Das Gehäuse ist für automatisierte Bestückungsprozesse ausgelegt und erleichtert die Serienfertigung. Ein wesentlicher Vorteil dieser Komponente ist ihre Konformität mit der AEC-Q102-Stresstestqualifizierung für diskrete optoelektronische Halbleiter, dem Industriestandard für Automotive-Komponenten. Dies gewährleistet ein Maß an Zuverlässigkeit und Lebensdauer, das den Anforderungen der Automobilhersteller (OEM) entspricht oder diese übertrifft.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Photometrische und elektrische Kenngrößen

Die primäre photometrische Kenngröße ist der typische Lichtstrom von 50 Lumen (lm) bei einem Durchlassstrom (I_F) von 140 mA. Es ist entscheidend, die spezifizierte Messtoleranz für den Lichtstrom von ±8% zu beachten, die normale Produktionsschwankungen berücksichtigt. Die Minimal- und Maximalwerte unter denselben Bedingungen betragen 45 lm bzw. 70 lm und definieren das Leistungsfenster.

Elektrisch weist die Komponente eine typische Durchlassspannung (V_F) von 3,0 Volt bei 140 mA auf, mit einem Bereich von 2,75 V bis 3,5 V. Die Messtoleranz für die Durchlassspannung ist mit ±0,05V spezifiziert. Die Komponente hat einen weiten Betriebsstrombereich von mindestens 10 mA bis zu einem absoluten Maximalwert von 250 mA. Die optische Leistung ist durch einen weiten Abstrahlwinkel von 120 Grad (mit einer Toleranz von ±5°) gekennzeichnet, was ein breites, gleichmäßiges Abstrahlverhalten für verschiedene Beleuchtungsoptiken bietet.

2.2 Thermische Kenngrößen und absolute Maximalwerte

Das thermische Management ist entscheidend für die LED-Leistung und Lebensdauer. Das Datenblatt spezifiziert zwei Wärmewiderstandswerte: Der reale Wärmewiderstand (R_{th JS real}) von der Sperrschicht zum Lötpunkt beträgt typischerweise 24 K/W (max. 32 K/W), während der elektrisch abgeleitete Wert (R_{th JS el}) typischerweise 17 K/W (max. 23 K/W) beträgt. Der niedrigere elektrische Wert dient oft als konservative Designrichtlinie.

Die absoluten Maximalwerte definieren die Betriebsgrenzen, die nicht überschritten werden dürfen, um dauerhafte Schäden zu vermeiden. Wichtige Grenzwerte sind:

• Verlustleistung (P_d): 875 mW
• Durchlassstrom (I_F): 250 mA (kontinuierlich)
• Stoßstrom (I_FM): 750 mA für Pulse ≤10 μs bei niedrigem Tastverhältnis (D=0,005)
• Junction Temperature (T_JSperrschichttemperatur (T
• ): 150 °C
• Betriebs- & Lagertemperatur: -40 °C bis +125 °C
• ESD-Empfindlichkeit (HBM): 8 kV

Die Einhaltung dieser Grenzwerte ist für einen zuverlässigen Betrieb unerlässlich.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um Produktionsschwankungen zu handhaben und ein präzises Systemdesign zu ermöglichen, werden die LEDs anhand wichtiger Parameter in Bins sortiert.

3.1 Lichtstrom-Binning

• Der Lichtstrom wird in drei Bins kategorisiert:F4:
• 45 lm (Min.) bis 52 lm (Max.)F5:
• 52 lm (Min.) bis 60 lm (Max.)F6:

Der typische Wert von 50 lm fällt in das F4-Bin. Designer müssen das geeignete Bin basierend auf dem für ihre Anwendung erforderlichen Lichtausstoß auswählen.

3.2 Durchlassspannungs-Binning

• Die Durchlassspannung wird ebenfalls gebinnt, um das Treiberschaltungs-Design und das Leistungsmanagement zu unterstützen:2730:
• 2,75 V (Min.) bis 3,0 V (Max.)3032:
• 3,0 V (Min.) bis 3,25 V (Max.)3235:

3,25 V (Min.) bis 3,5 V (Max.)

3.3 Farb- (Chromaticity) Binning

• Die Kaltweiß-Emission ist im CIE-1931-Farbraum definiert. Das Datenblatt liefert die Eckkoordinaten für vier verschiedene Bins (63M, 61M, 58M, 56M), die Farbtemperaturbereichen (CCT) entsprechen:63M:
• ~6100K bis 6600K61M:
• ~5800K bis 6300K58M:
• ~5600K bis 6100K56M:

Eine grafische Darstellung im CIE-Farbdiagramm zeigt diese Bins als Vierecke. Die spezifizierte Messtoleranz für die Farbkoordinaten beträgt ±0,005. Dieses Binning gewährleistet Farbkonsistenz über mehrere LEDs in einer Baugruppe hinweg.

4. Analyse der Kennlinien

4.1 IV-Kennlinie und relativer Lichtstrom_FDas Diagramm "Durchlassstrom vs. Durchlassspannung" zeigt die charakteristische exponentielle Beziehung. Am typischen Arbeitspunkt von 140 mA beträgt V

ungefähr 3,0V. Diese Kennlinie ist für das Design der strombegrenzenden Schaltung wesentlich.

Das Diagramm "Relativer Lichtstrom vs. Durchlassstrom" zeigt, dass der Lichtausstoß unterlinear mit dem Strom ansteigt. Während der Ausstoß mit dem Strom zunimmt, nimmt die Effizienz (Lumen pro Watt) bei höheren Strömen typischerweise aufgrund der erhöhten Sperrschichttemperatur und anderer Faktoren ab. Die Kurve ist auf den Lichtstrom bei 140 mA normiert.

4.2 Temperaturabhängigkeit_jZwei kritische Diagramme veranschaulichen die Leistungsänderung mit der Sperrschichttemperatur (T

• ).Relativer Lichtstrom vs. Sperrschichttemperatur:_jZeigt, dass der Lichtausstoß mit steigendem T
• abnimmt. Eine effektive Wärmeableitung ist entscheidend, um die gewünschte Helligkeit aufrechtzuerhalten.Relative Durchlassspannung vs. Sperrschichttemperatur:_FZeigt, dass V_jeinen negativen Temperaturkoeffizienten hat und linear mit steigendem T
• abnimmt. Diese Eigenschaft kann manchmal zur Temperaturerfassung genutzt werden.Farbverschiebung vs. Sperrschichttemperatur:

Stellt die Änderung der CIE-x- und -y-Koordinaten dar und zeigt eine minimale Verschiebung über den Temperaturbereich, was für die Farbstabilität wichtig ist.

4.3 Spektrale Verteilung und Abstrahlcharakteristik

Das Diagramm "Relative spektrale Verteilung" trägt die Intensität gegen die Wellenlänge von 400nm bis 800nm auf. Es zeigt einen Peak im blauen Bereich (um 450-455nm) von der primären Emission des LED-Chips, mit einem breiteren sekundären Peak im gelben Bereich (um 550-600nm), der durch die Phosphorbeschichtung erzeugt wird und zusammen das Kaltweiß-Licht ergibt.

Das "Typische Diagramm der Abstrahlcharakteristik" stellt den 120°-Abstrahlwinkel visuell dar und zeigt die Winkelverteilung der Lichtstärke relativ zur Mittellinie (0°).

4.4 Derating und Pulsbetrieb_SDie Derating-Kurve für den Durchlassstrom ist ein wesentliches Designwerkzeug. Sie stellt den maximal zulässigen kontinuierlichen Durchlassstrom gegen die Lötpad-Temperatur (T_S) dar. Mit steigendem T_Jmuss der maximal erlaubte Strom reduziert werden, um ein Überschreiten der T_S(max) von 150°C zu verhindern. Zum Beispiel beträgt bei einem T_Fvon 125°C der maximale I

250 mA._FPDas Diagramm "Zulässige Pulsbelastbarkeit" definiert den zulässigen Spitzenpulsstrom (I_p) für eine gegebene Pulsbreite (t

) und ein gegebenes Tastverhältnis (D), wobei der Lötpunkt bei 25°C liegt. Dies ist entscheidend für Anwendungen, die gepulste Ansteuerungsschemata verwenden.

5. Mechanische, Gehäuse- und Montageinformationen

5.1 Mechanische Abmessungen

Das Datenblatt enthält eine detaillierte mechanische Zeichnung des LED-Gehäuses. Wichtige Abmessungen (in Millimetern) definieren den Bauraum, die Höhe und die Anschlusslagen. Die Toleranzen betragen typischerweise ±0,1mm, sofern nicht anders angegeben. Die Zeichnung ist für das PCB-Footprint-Design und die Gewährleistung eines korrekten Sitzes in der Endbaugruppe wesentlich.

5.2 Empfohlene Lötpad-Anordnung

Eine separate Zeichnung zeigt die empfohlene Kupferpad-Anordnung auf der Leiterplatte für optimales Löten. Dies umfasst die Padgrößen und Abstände für die elektrischen Anschlüsse und das thermische Pad. Die Befolgung dieser Empfehlung gewährleistet eine gute Lötstellenbildung, einen ordnungsgemäßen Wärmetransport zur Leiterplatte und mechanische Stabilität.

6. Richtlinien für Löten, Montage und Handhabung

6.1 Reflow-Lötprofil

Die Komponente ist für eine maximale Reflow-Spitzentemperatur von 260°C für 30 Sekunden ausgelegt. Es sollte ein typisches Reflow-Profil mit kontrollierten Vorwärm-, Halte-, Reflow- und Abkühlphasen verwendet werden, um thermischen Schock zu minimieren und zuverlässige Lötstellen zu gewährleisten, ohne das LED-Gehäuse oder interne Materialien zu beschädigen.

6.2 Anwendungshinweise

Allgemeine Handhabungshinweise umfassen die Vermeidung mechanischer Belastung des Gehäuses, die Verhinderung von Kontamination der Linse und die Anwendung geeigneter ESD-Schutzmaßnahmen während der Handhabung und Montage, da die Komponente für 8kV HBM ESD ausgelegt ist.

6.3 Feuchteempfindlichkeit und Lagerung

Die LED hat einen Feuchtesensitivitätslevel (MSL) von 2. Das bedeutet, das Gehäuse kann bis zu einem Jahr unter Werksbedingungen (≤30°C/60% r.F.) gelagert werden, bevor es vor dem Reflow-Löten getrocknet werden muss. Für längere Lagerung oder nach Öffnen der Verpackung sollten spezifische Trocknungsverfahren gemäß IPC/JEDEC-Standards befolgt werden, um "Popcorning" während des Reflow zu verhindern.

7. Umweltkonformität und Zuverlässigkeit

Die Komponente ist konform mit RoHS (Beschränkung gefährlicher Stoffe) und REACH-Verordnungen. Sie ist zudem als halogenfrei spezifiziert, mit Grenzwerten für Brom (Br) und Chlor (Cl) Gehalt (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl <1500 ppm).

Ein bedeutendes Zuverlässigkeitsmerkmal ist ihre Leistung in schwefelreichen Umgebungen. Die Komponente erfüllt die Schwefeltest-Kriterien der Klasse A1, was auf eine hohe Beständigkeit gegen Korrosion durch atmosphärischen Schwefel hinweist – eine häufige Herausforderung in Automotive- und Industrieumgebungen.

8. Anwendungshinweise und Design-Überlegungen

8.1 Hauptanwendung: Automotive-Beleuchtung

Die primär vorgesehene Anwendung ist die Automotive-Beleuchtung. Mögliche Anwendungsfälle umfassen Innenraumbeleuchtung (Dachleuchten, Leselampen, Fußraumbeleuchtung, Ambientebeleuchtung), externe Signalisierung (dritte Bremsleuchte) und möglicherweise Zusatzbeleuchtung. Die AEC-Q102-Qualifizierung, der weite Temperaturbereich und die Schwefelbeständigkeit machen sie für diese rauen Umgebungen geeignet.

8.2 Treiberschaltungs-Design

Designer müssen eine Konstantstrom-Treiberschaltung implementieren, keine Konstantspannungsversorgung, um eine stabile Lichtausgabe zu gewährleisten und thermisches Durchgehen zu verhindern. Der Treiber sollte so ausgelegt sein, dass er den Durchlassspannungs-Bin-Bereich abdeckt. Das thermische Management ist nicht verhandelbar; die Leiterplatte muss einen ausreichenden Wärmeleitpfad vom thermischen Pad der LED zu einem Kühlkörper oder den Kupferebenen der Platine bieten, um die Sperrschichttemperatur innerhalb sicherer Grenzen zu halten, insbesondere bei Betrieb mit hohen Strömen oder hohen Umgebungstemperaturen.

8.3 Optisches Design

Der 120°-Abstrahlwinkel bietet Flexibilität. Für Anwendungen, die einen fokussierten Lichtstrahl benötigen, sind Sekundäroptiken (Reflektoren, Linsen) erforderlich. Der weite Winkel ist vorteilhaft für Anwendungen, die eine gleichmäßige, diffuse Ausleuchtung einer Fläche erfordern.

9. Technischer Vergleich und Positionierung

Im Vergleich zu Standard-LEDs für den kommerziellen Bereich sind die wichtigsten Unterscheidungsmerkmale dieser Komponente ihre Automotive-Qualifizierung (AEC-Q102), der erweiterte Betriebstemperaturbereich (-40°C bis +125°C) und die spezifische Beständigkeit gegen Schwefelkorrosion. Diese Eigenschaften gehen auf Kosten höherer Kosten, sind aber für Automotive-Sicherheits- und Zuverlässigkeitsstandards zwingend erforderlich. Innerhalb des Automotive-LED-Marktes positioniert ihre Leistung von 50lm bei 140mA sie als eine Mittelleistungs-Komponente, die für eine Vielzahl von Anwendungen jenseits einfacher Anzeigefunktionen geeignet ist.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F: Was ist die typische Effizienz (Lumen pro Watt) dieser LED?

A: Am typischen Arbeitspunkt (140mA, 3,0V, 50lm) beträgt die Eingangsleistung 0,42W (140mA * 3,0V). Die Effizienz beträgt ungefähr 119 lm/W (50lm / 0,42W).

F: Kann ich diese LED direkt mit einer 12V-Autobatterie betreiben?

A: Nein. Die LED benötigt einen Konstantstromtreiber. Ein direkter Anschluss an eine 12V-Quelle würde einen übermäßigen Stromfluss verursachen und die Komponente sofort zerstören. Eine Treiberschaltung, die den Strom auf den gewünschten Wert (z.B. 140mA) regelt, ist erforderlich.

F: Wie sind die beiden unterschiedlichen Wärmewiderstandswerte zu interpretieren?_{A: Verwenden Sie für konservative thermische Designberechnungen den höheren, "realen" Wärmewiderstandswert (R}th JS real

typ. 24 K/W). Der elektrische Wert wird aus einer Messtechnik abgeleitet und ist oft niedriger.

F: Was bedeutet MSL 2 für meinen Fertigungsprozess?

A: MSL 2 bedeutet, dass die Komponenten in ihrer versiegelten, feuchtigkeitsdichten Verpackung bis zu 12 Monate unter kontrollierten Bedingungen (≤30°C/60% r.F.) gelagert werden können. Sobald die Verpackung geöffnet ist, haben Sie typischerweise 1 Woche Zeit, um das Reflow-Löten abzuschließen, bevor die Bauteile möglicherweise getrocknet werden müssen.

11. Design- und Anwendungsfallstudie

Szenario: Design einer Automotive-Innenraum-Dachleuchte. Ein Designer benötigt ein helles, weißes Licht für eine Dachleuchtenbaugruppe. Er wählt diese LED im F5-Lichtstrom-Bin (52-60 lm) und dem 61M-Farb-Bin (~5800-6300K) für ein neutralweißes Erscheinungsbild. Er entwirft eine Leiterplatte mit der exakt empfohlenen Lötpad-Anordnung. Ein Konstantstrom-Abwärtswandler-IC wird ausgewählt, um 140mA aus dem 12V-Bordsystem bereitzustellen. Eine thermische Analyse wird unter Verwendung der Derating-Kurve und des Wärmewiderstands durchgeführt: Wenn das thermische Management der Leiterplatte das Lötpad unter 85°C hält, kann die LED mit ihrem vollen Nennstrom von 140mA betrieben werden. Der weite 120°-Abstrahlwinkel ist perfekt, um den Innenraum gleichmäßig auszuleuchten, ohne komplexe Sekundäroptiken zu benötigen. Die AEC-Q102-Qualifizierung gibt Vertrauen in die Langzeitzuverlässigkeit der Komponente für diese Automotive-Anwendung.

12. Funktionsprinzip

Dies ist eine phosphorkonvertierte weiße LED. Der Kern ist ein Halbleiterchip, typischerweise aus Indiumgalliumnitrid (InGaN), der Licht im blauen Spektrum emittiert, wenn elektrischer Strom durch ihn fließt (Elektrolumineszenz). Dieses blaue Licht wird teilweise von einer Schicht aus Cer-dotiertem Yttrium-Aluminium-Granat (YAG:Ce)-Phosphor absorbiert, die auf oder nahe dem Chip aufgebracht ist. Der Phosphor absorbiert einige blaue Photonen und emittiert Licht über ein breiteres Spektrum, hauptsächlich im gelben Bereich. Die Mischung aus dem verbleibenden blauen Licht und dem konvertierten gelben Licht wird vom menschlichen Auge als weißes Licht wahrgenommen. Das genaue Verhältnis von blauer zu gelber Emission, gesteuert durch Phosphorzusammensetzung und -dicke, bestimmt die Farbtemperatur (CCT), was zu der spezifizierten "Kaltweiß"-Ausgabe führt.

13. Technologietrends

Der allgemeine Trend in der Automotive-LED-Beleuchtung geht hin zu höherer Effizienz (mehr Lumen pro Watt), höherer Leistungsdichte und verbesserter Zuverlässigkeit. Es gibt auch einen Trend zu präziserer Farbkontrolle und einem höheren Farbwiedergabeindex (CRI) für eine bessere visuelle Wahrnehmung. Integration ist ein weiterer Trend, wobei Multi-Chip-Gehäuse und Gehäuse mit integrierten Treibern oder Steuerschaltungen immer häufiger werden. Darüber hinaus liegt ein zunehmender Fokus auf intelligenten, adaptiven Beleuchtungssystemen, die LEDs mit sehr schnellem Schalten oder Dimmen erfordern können. Während dieses Datenblatt eine diskrete, einzelne Komponente beschreibt, entwickelt sich die zugrundeliegende Technologie weiter, um diesen Anforderungen für zukünftige Automotive-Beleuchtungssysteme, einschließlich fortschrittlicher Frontbeleuchtung und dynamischer Signalisierung, gerecht zu werden.