2020 Cube Light Rote LED Datenblatt - SMD-Gehäuse - 2,2V typ. - 140mA - 26 lm - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt detailliert die Spezifikationen des 2020 Cube Light, einer hochhellen roten SMD-LED, die primär für anspruchsvolle Kfz-Beleuchtungsumgebungen entwickelt wurde. Das Bauteil zeichnet sich durch seinen kompakten 2020-Fußabdruck, eine robuste Bauweise und auf Zuverlässigkeit unter rauen Betriebsbedingungen abgestimmte Leistungsparameter aus. Seine Kernvorteile umfassen die Konformität mit strengen Automotive-Qualifikationsstandards, einen weiten Abstrahlwinkel für gleichmäßige Ausleuchtung sowie Umweltzertifizierungen.

Der primäre Zielmarkt ist die Automobilindustrie, wo die LED für verschiedene Innen- und Außensignalleuchten geeignet ist. Das Design priorisiert Langzeitstabilität, thermische Leistung und Widerstandsfähigkeit gegen Umwelteinflüsse, wie sie typischerweise in Fahrzeugen auftreten.

2. Detaillierte technische Parameter

2.1 Fotometrische & optische Kenngrößen

Die fotometrische Leistung der LED ist bei einem Standard-Prüfstrom von 140mA definiert. Der typische Lichtstrom beträgt 26 Lumen (lm), mit einem spezifizierten Minimum von 23 lm und einem Maximum von 39 lm, was dem Produktions-Binning Rechnung trägt. Die dominante Wellenlänge beträgt typischerweise 614 nm, was sie klar im roten Spektrum verortet, mit einem Bereich von 612 nm bis 627 nm. Ein weiter Abstrahlwinkel von 120 Grad (mit einer Toleranz von ±5°) gewährleistet ein breites Abstrahlverhalten, was für Anwendungen vorteilhaft ist, die eine großflächige Ausleuchtung oder Sichtbarkeit aus mehreren Winkeln erfordern.

2.2 Elektrische Parameter

Die Durchlassspannung (Vf) bei der 140mA-Prüfbedingung hat einen typischen Wert von 2,2V, mit einem Bereich von minimal 1,75V bis maximal 2,75V. Der absolute maximale Dauer-Durchlassstrom ist mit 250 mA spezifiziert. Für Stoßbelastungen (Pulsbreite ≤10 μs, Tastverhältnis 0,005) kann das Bauteil einen Stoßstrom (IFM) von bis zu 1000 mA verkraften. Es ist entscheidend zu beachten, dass diese LED nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt ist.

2.3 Thermische & Zuverlässigkeitswerte

Das thermische Management ist entscheidend für die Lebensdauer der LED. Der thermische Widerstand von der Sperrschicht zum Lötpunkt wird mit zwei Werten angegeben: ein Ergebnis der elektrischen Methode von 16-18 K/W und ein Ergebnis der realen Methode von 23-26 K/W. Die maximal zulässige Sperrschichttemperatur (Tj) beträgt 150°C. Das Bauteil ist für einen Betriebstemperaturbereich von -40°C bis +125°C ausgelegt, was den für Automotive-Anwendungen erforderlichen Extremen entspricht. Es verfügt über einen ESD-Schutz (Elektrostatische Entladung) nach Human Body Model mit 2 kV. Die Komponente ist zudem für bleifreies Reflow-Löten mit einer Spitzentemperatur von 260°C für 30 Sekunden qualifiziert.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um Konsistenz in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs nach Leistungsklassen (Bins) sortiert. Das Verständnis dieser Bins ist für eine konsistente Designauslegung wesentlich.

LEDs werden basierend auf ihrer Lichtausbeute bei 140mA gruppiert. Die Haupt-Bins sind E9 (23-27 lm), F1 (27-33 lm) und F2 (33-39 lm). Der typische Wert von 26 lm fällt in das E9-Bin.

3.2 Durchlassspannungs-Binning

Bauteile werden auch nach ihrem Durchlassspannungsabfall gebinnt. Wichtige Bins umfassen 1720 (1,75-2,0V), 2022 (2,0-2,25V), 2225 (2,25-2,5V) und 2527 (2,5-2,75V). Der typische Wert von 2,2V entspricht dem 2022-Bin.

3.3 Dominantwellenlängen-Binning

Die Farbe (Wellenlänge) wird durch Bins wie 1215 (612-615 nm), 1518 (615-618 nm) bis hin zu 2427 (624-627 nm) streng kontrolliert. Die typischen 614 nm liegen im 1215-Bin.

4. Analyse der Kennlinien

4.1 IV-Kennlinie und relativer Lichtstrom

Die Kennlinie "Durchlassstrom vs. Durchlassspannung" zeigt einen charakteristischen exponentiellen Zusammenhang. Die Kurve "Relativer Lichtstrom vs. Durchlassstrom" zeigt, dass die Lichtausbeute mit dem Strom ansteigt, jedoch bei höheren Strömen jenseits der Empfehlung letztlich sättigt und Effizienz sowie Lebensdauer beeinträchtigen kann.

4.2 Temperaturabhängigkeit

Die Kurve "Relativer Lichtstrom vs. Sperrschichttemperatur" ist entscheidend für das thermische Design. Sie zeigt, dass die Lichtausbeute mit steigender Sperrschichttemperatur abnimmt. Die Kurve "Verschiebung der dominanten Wellenlänge vs. Sperrschichttemperatur" zeigt, dass sich die Farbe mit steigender Temperatur verschiebt (typischerweise zu längeren Wellenlängen), was in farbkritischen Anwendungen berücksichtigt werden muss.

4.3 Spektrale Verteilung und Derating

Das Diagramm der relativen spektralen Verteilung bestätigt eine schmalbandige rote Emissionsspitze. Die Derating-Kurve für den Durchlassstrom schreibt vor, den maximal zulässigen Dauerstrom zu reduzieren, wenn die Lötpastentemperatur ansteigt, um die maximale Sperrschichttemperatur nicht zu überschreiten. Beispielsweise muss bei einer Lötpastentemperatur von 125°C der Strom auf 250 mA reduziert werden.

5. Mechanische & Gehäuseinformationen

Die Komponente verwendet ein standardmäßiges 2020 SMD-Gehäuse (Fußabdruck 2,0mm x 2,0mm). Die mechanische Zeichnung spezifiziert die genauen Abmessungen, einschließlich Gesamthöhe, Details des Leadframes und der Linsengeometrie. Toleranzen betragen typischerweise ±0,1mm, sofern nicht anders angegeben. Ein empfohlenes Lötpastenlayout wird bereitgestellt, um eine korrekte Lötstellenbildung, Wärmeübertragung und mechanische Stabilität während des Reflow-Prozesses und des Betriebs sicherzustellen. Die Polarität ist durch eine spezifische Markierung oder Pin-Konfiguration auf dem Bauteilgehäuse angegeben, die bei der Platzierung beachtet werden muss.

6. Löt- & Bestückungsrichtlinien

Die LED ist mit standardmäßigen bleifreien Reflow-Lötprozessen kompatibel. Ein detailliertes Reflow-Lötprofil wird bereitgestellt, das die kritischen Parameter spezifiziert: Vorwärmrampe, Einweichzeit und -temperatur, Zeit oberhalb der Liquidustemperatur (TAL), Spitzentemperatur (max. 260°C für 30 Sekunden) und Abkühlrate. Die Einhaltung dieses Profils ist wesentlich, um thermischen Schock, Lötstellendefekte oder Beschädigungen des LED-Gehäuses zu verhindern. Allgemeine Vorsichtsmaßnahmen umfassen die Verwendung eines angemessenen ESD-Schutzes während der Handhabung, die Vermeidung mechanischer Belastung der Linse und die Sicherstellung einer kontaminationsfreien Lötumgebung (z.B. frei von Schwefel).

7. Verpackungs- & Bestellinformationen

Die Bauteile werden in einer standardmäßigen Tape-and-Reel-Verpackung geliefert, die für automatisierte Bestückungsmaschinen geeignet ist. Die Verpackungsinformationen geben Details zu Rollenabmessungen, Taschenabstand und Ausrichtung an. Die Artikelnummer folgt einer spezifischen Struktur:

2020 - UR - 140 - D - M - AM: Produktfamilie..
- 2020: Farbe (Rot).
- UR: Prüfstrom in mA.
- 140: Leadframe-Typ (Au + Weißkleber).
- D: Helligkeitsstufe (Mittel).
- M: Bezeichnung für Automotive-Anwendungen.
- AM8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

Die primäre Anwendung ist die Kfz-Beleuchtung. Dazu gehören unter anderem die dritte Bremsleuchte (CHMSL), Rückleuchten (Schluss-/Bremsleuchten), Seitenmarkierungsleuchten und Innenraum-Ambientebeleuchtung. Ihre AEC-Q102-Qualifikation und der weite Temperaturbereich machen sie für diese rauen Umgebungen geeignet.

8.2 Designüberlegungen

Treiberschaltung:

Ein Konstantstromtreiber wird dringend empfohlen, um eine stabile Lichtausbeute sicherzustellen und thermisches Durchgehen zu verhindern, da die LED-Durchlassspannung einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweist.Thermisches Management:
Das PCB-Layout muss die Wärmeableitung unterstützen. Verwenden Sie das empfohlene Lötpastenlayout, stellen Sie eine ausreichende Kupferfläche sicher, die mit dem thermischen Pad verbunden ist, und berücksichtigen Sie den gesamten thermischen Pfad des Systems, um die Lötpastentemperatur für den gewünschten Betriebsstrom innerhalb sicherer Grenzen zu halten.Optisches Design:
Der 120° Abstrahlwinkel kann für spezifische Anwendungen sekundäre Optiken (Linsen, Lichtleiter) zur Strahlformung erfordern. Das Potenzial der Wellenlängenverschiebung mit der Temperatur sollte für farbsensitive Anwendungen bewertet werden.9. Technischer Vergleich & Differenzierung

Im Vergleich zu generischen kommerziellen LEDs sind die Hauptunterscheidungsmerkmale dieser Komponente ihre Automotive-Qualifikationen (AEC-Q102), der erweiterte Betriebstemperaturbereich (-40°C bis +125°C) und spezifische Zuverlässigkeitstests (z.B. Schwefeltest Klasse A1). Sie erfüllt zudem halogenfreie Anforderungen, die aus Umwelt- und Zuverlässigkeitsgründen in der Automotive-Elektronik zunehmend wichtig sind. Die Kombination aus mittlerer Helligkeitsstufe (26 lm typ.) und robuster Bauweise bietet eine ausgewogene Lösung für Anwendungen, bei denen Zuverlässigkeit vor maximaler Helligkeit priorisiert wird.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Kann ich diese LED kontinuierlich mit ihrem absoluten Maximalstrom von 250mA betreiben?

A: Nicht unbedingt. Die 250mA-Spezifikation ist das absolute Maximum unter bestimmten Bedingungen. Der sichere Dauerbetriebsstrom hängt vom thermischen Design ab. Sie müssen die Derating-Kurve für den Durchlassstrom basierend auf Ihrer gemessenen oder geschätzten Lötpastentemperatur (Ts) verwenden. Wenn Ts beispielsweise 100°C beträgt, ist der maximal zulässige Dauerstrom deutlich niedriger als 250mA.
F: Was ist der Unterschied zwischen dem realen und dem elektrischen thermischen Widerstand (Rth JS)?

A: Die elektrische Methode nutzt die temperaturabhängigen elektrischen Parameter der LED, um die Sperrschichttemperatur abzuschätzen, während die reale Methode einen physikalischen Sensor verwenden kann. Der Wert der realen Methode (23-26 K/W) wird für thermische Designberechnungen allgemein als konservativer und zuverlässiger angesehen.
F: Im Datenblatt wird ein Schwefeltest erwähnt. Warum ist das wichtig?

A: Schwefelhaltige Atmosphären (z.B. von bestimmten Gummi, Dichtungen oder industriellen Umgebungen) können silberbasierte Leadframes korrodieren und zu Ausfällen führen. Eine Schwefeltest-Klassifizierung A1 zeigt an, dass das Bauteil spezifische Tests zur Schwefelkorrosionsbeständigkeit bestanden hat, was für die Langzeitzuverlässigkeit in geschlossenen Automotive-Baugruppen entscheidend ist.
11. Praktische Design-Fallstudie

Betrachten Sie den Entwurf eines Bremslichtmoduls mit dieser LED. Eine Reihe von 10 LEDs in Serie würde einen Treiber erfordern, der 140mA bei etwa 22V (10 * 2,2V typ.) plus Reserve liefern kann. Die Leiterplatte muss mit Wärmeleitungen unter dem thermischen Pad jeder LED entworfen werden, die mit einer großen internen Massefläche zur Wärmeverteilung verbunden sind. Die Derating-Kurve muss konsultiert werden: Wenn die PCB-Temperatur in der Nähe der LEDs im ungünstigsten Umgebungsfall 80°C erreicht, muss der maximal zulässige Strom pro LED überprüft und möglicherweise von 140mA reduziert werden, um sicherzustellen, dass die Sperrschichttemperatur unter 150°C bleibt. Eine optische Simulation würde verwendet, um die LEDs anzuordnen und einen Diffusor zu entwerfen, um die erforderliche Lichtstärkeverteilung und Gleichmäßigkeitsstandards für Kfz-Bremsleuchten zu erfüllen.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Dies ist eine halbleiterbasierte Leuchtdiode. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die ihre charakteristische Durchlassspannung (Vf) überschreitet, rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich des Halbleiterchips und setzen Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Materialzusammensetzung des Halbleiters (wahrscheinlich basierend auf AlInGaP für rotes Licht) bestimmt die dominante Wellenlänge des emittierten Lichts. Das SMD-Gehäuse umfasst einen Leadframe für elektrische Verbindung und Wärmeleitung, eine Silikonlinse zum Schutz des Chips und zur Formung des Lichts sowie einen weißen reflektierenden Hohlraum zur Verbesserung der Lichtauskoppeleffizienz.

13. Technologietrends

Der Trend in der Automotive-LED-Beleuchtung geht weiterhin in Richtung höherer Effizienz (mehr Lumen pro Watt), größerer Leistungsdichte und verbesserter Zuverlässigkeit. Dies ermöglicht kleinere, energieeffizientere Beleuchtungsmodule. Es gibt auch einen Fokus auf erweiterte Funktionen wie adaptive Fahrlichtsysteme (ADB) und Kommunikation über Licht (Li-Fi), obwohl diese typischerweise komplexere Komponenten erfordern. Für Standardsignalfunktionen bleibt der Schwerpunkt auf kostengünstigen, hochzuverlässigen und qualifizierten Komponenten wie der hier beschriebenen, mit kontinuierlichen Verbesserungen der thermischen Leistung und Lebensdauer unter Hochtemperaturbetrieb.

The trend in automotive LED lighting continues towards higher efficiency (more lumens per watt), greater power density, and improved reliability. This allows for smaller, more energy-efficient lighting modules. There is also a focus on advanced functionalities like adaptive driving beams (ADB) and communication via light (Li-Fi), though these typically require more complex components. For standard signaling functions, the emphasis remains on cost-optimized, highly reliable, and qualified components like the one described, with ongoing improvements in thermal performance and lifetime under high-temperature operation.