Blaue LED 2,8x3,5x0,65mm 3,4V 0,3W Pflanzenwachstum PLCC-2 – Technisches Datenblatt

1. Produktübersicht

Dieses Produkt verwendet ein PLCC-2-Gehäuse mit kompakten Abmessungen von 2,8 x 3,5 x 0,65 mm. Es handelt sich um eine blaue LED für Pflanzenwachstumsanwendungen mit einer Spitzenwellenlänge von 450 nm und einem weiten Abstrahlwinkel von 120°. Die LED ist für einen hohen Strahlungsfluss bei einem Vorwärtsstrom von 100 mA optimiert und eignet sich daher für Gartenbaubeleuchtung, Gewebekultur und Pflanzenfabriksysteme. Zu den Hauptmerkmalen gehören die Kompatibilität mit allen SMT-Bestückungs- und Lötprozessen, die Verfügbarkeit in Gurt- und Rollenverpackung, Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe 3 und RoHS-Konformität. Das Design des Bauteils balanciert Effizienz und Zuverlässigkeit aus und ermöglicht einen verlängerten Betrieb in anspruchsvollen landwirtschaftlichen Umgebungen.

1.1 Merkmale

• PLCC-2-Gehäuse für kompaktes Design.
• Weiter 120° Abstrahlwinkel für gleichmäßige Lichtverteilung.
• Kompatibel mit standardmäßigen SMT-Bestückungsprozessen.
• Verfügbar in Gurt- und Rollenverpackung (4000 Stück/Rolle).
• Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe 3 (MSL 3).
• RoHS-konform für Umweltsicherheit.

1.2 Anwendungen

• Blütenproduktionsbeleuchtung.
• Gewebekultur und Mikrovermehrung.
• Vertikale Landwirtschaft und Pflanzenfabriken.
• Ergänzungsbeleuchtung für Gewächshäuser.
• Allgemeine Gartenbaubeleuchtung.

2. Technische Parameter und eingehende Analyse

2.1 Elektrische und optische Eigenschaften (bei Ts=25°C, IF=100mA)

Die folgende Tabelle fasst die wichtigsten elektrischen und optischen Parameter zusammen, gemessen bei einer Löttemperatur von 25°C und einem Vorwärtsstrom von 100 mA (sofern nicht anders angegeben).

• Durchlassspannung (VF):Typisch 3,4 V, minimal 2,8 V, maximal 3,6 V. Messtoleranz ±0,1 V.
• Sperrstrom (IR):Bei VR=5 V ist der Sperrstrom sehr gering (typischerweise vernachlässigbar), maximal 10 μA.
• Gesamtstrahlungsfluss (Φe):Minimal 140 mW, typisch 180 mW, maximal 224 mW. Toleranz ±10%.
• Spitzenwellenlänge (λp):Minimal 440 nm, typisch 450 nm, maximal 455 nm. Toleranz ±2 nm.
• Abstrahlwinkel (2θ½):Typisch 120°, breite Lichtverteilung.
• Wärmewiderstand (RthJ-S):Typisch 15 °C/W, gute Wärmeübertragung von der Sperrschicht zur Lötstelle.

2.2 Absolute Maximalwerte

Diese Werte dürfen nicht überschritten werden, um dauerhafte Schäden zu vermeiden:

• Verlustleistung (PD):0,3 W
• Vorwärtsstrom (IF):100 mA (DC); Spitzenvorwärtsstrom (IFP) 150 mA bei 1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Pulsbreite.
• Sperrspannung (VR):5 V
• Elektrostatische Entladung (ESD, HBM):2000 V (Ausbeute >90%)
• Betriebstemperatur (TOPR):-40°C bis +85°C
• Lagertemperatur (TSTG):-40°C bis +100°C
• Sperrschichttemperatur (TJ):115°C maximal

Es ist darauf zu achten, dass die Sperrschichttemperatur den Nennwert nicht überschreitet. Der maximale Strom sollte nach Messung der Gehäusetemperatur unter tatsächlichen Betriebsbedingungen bestimmt werden.

2.3 Binning-System

Die Produkte werden basierend auf Durchlassspannung (VF), Gesamtstrahlungsfluss (Φe) und Spitzenwellenlänge (WLP) in Bins sortiert. Das Etikett auf jeder Rolle gibt den Bincode an, sodass Kunden LEDs mit übereinstimmenden Eigenschaften für eine gleichbleibende Leistung in Arrays auswählen können. Typische Bin-Bereiche für VF sind 2,8–3,6 V; für Strahlungsfluss 140–224 mW; und für Wellenlänge 440–455 nm. Dieses Binning gewährleistet Einheitlichkeit in Farbe und Leistung für hochwertige Beleuchtungssysteme.

3. Analyse der Leistungskurven

3.1 Durchlassspannung vs. Vorwärtsstrom

Abbildung 1 zeigt die Beziehung zwischen Durchlassspannung und Vorwärtsstrom bei Raumtemperatur. Wenn der Strom von 0 auf 150 mA ansteigt, steigt die Durchlassspannung von etwa 2,9 V auf 3,4 V. Diese Kurve ist für die Auslegung stromgeregelter Treiber zur Aufrechterhaltung einer stabilen Lichtleistung unerlässlich.

3.2 Relative Intensität vs. Vorwärtsstrom

Abbildung 2 zeigt die relative Strahlungsleistung als Funktion des Vorwärtsstroms. Der Ausgang steigt bis etwa 80 mA linear an und sättigt dann aufgrund thermischer Effekte bei höheren Strömen allmählich. Der Betrieb nahe 100 mA bietet ein gutes Gleichgewicht zwischen Effizienz und Strahlungsfluss.

3.3 Temperaturabhängigkeit

Abbildung 3 zeigt die relative Leistungsabgabe in Abhängigkeit von der Löttemperatur (Ts). Bei höheren Temperaturen nimmt die relative Intensität ab; beispielsweise fällt die Leistung bei 85°C auf etwa 80% des Wertes bei 25°C. Dieser thermische Abfall muss im Wärmemanagement des Systems berücksichtigt werden.

Abbildung 4 zeigt den maximal zulässigen Vorwärtsstrom als Funktion von Ts. Um eine Überhitzung zu vermeiden, muss der Strom mit steigender Umgebungstemperatur herabgesetzt werden. Bei Ts=85°C wird der maximale Strom auf etwa 80 mA reduziert.

3.4 Spektrale Verteilung

Abbildung 5 zeigt die spektrale Emissionskurve. Die Spitzenwellenlänge liegt bei 450 nm mit einer Halbwertsbreite (FWHM) von etwa 20 nm. Dieses schmale blaue Band eignet sich ideal zur Aktivierung spezifischer Photorezeptoren in Pflanzen wie Cryptochromen und Phototropinen, wodurch Photosynthese und Photomorphogenese gefördert werden.

3.5 Abstrahlcharakteristik

Abbildung 6 zeigt das Fernfeld-Abstrahlmuster. Bei ±60° relativ zur optischen Achse fällt die Intensität auf 50% des Spitzenwerts, was den 120° Abstrahlwinkel bestätigt. Diese breite Verteilung ist vorteilhaft für eine gleichmäßige Ausleuchtung von Pflanzendächern.

4. Mechanische und Verpackungsinformationen

4.1 Gehäuseabmessungen

Die LED ist in einem PLCC-2-Gehäuse mit den Abmessungen 2,8 mm (Länge) x 3,5 mm (Breite) x 0,65 mm (Höhe) untergebracht. Alle Toleranzen betragen ±0,2 mm, sofern nicht anders angegeben. Die Draufsicht zeigt einen Linsendurchmesser von 2,48 mm. Die Unterseite zeigt eine rechteckige Pad-Anordnung mit zwei Elektroden: Anode (längeres Pad) und Kathode (kürzeres Pad). Die Polarität ist auf dem Gehäuse mit einem «+»-Symbol gekennzeichnet.

4.2 Lötpads

Die empfohlenen Lötpad-Abmessungen sind in der technischen Zeichnung (Abb.1-5) angegeben. Die gesamte Padfläche beträgt etwa 2,1 mm x 2,1 mm pro Elektrode, mit einem Abstand von 3,5 mm. Ein korrekter Lötfußabdruck gewährleistet eine zuverlässige mechanische und thermische Verbindung.

5. Löt- und Montagerichtlinien

5.1 Reflow-Lötprofil

Ein standardmäßiges bleifreies Reflow-Profil wird empfohlen. Wichtige Parameter: Vorwärmen von 150°C auf 200°C für 60–120 Sekunden; Zeit über Liquidus (217°C) bis zu 60 Sekunden; Spitzentemperatur 260°C für bis zu 10 Sekunden; Abkühlrate weniger als 6°C/s. Die Gesamtzeit von 25°C bis zur Spitze sollte 8 Minuten nicht überschreiten. Nicht mehr als zweimal reflowen. Wenn zwischen den Reflow-Vorgängen mehr als 24 Stunden vergehen, können die LEDs beschädigt werden.

5.2 Handlöten

Wenn manuelles Löten erforderlich ist, halten Sie die Lötkolbentemperatur unter 300°C und die Kontaktzeit unter 3 Sekunden. Nur ein Lötversuch ist erlaubt. Nach dem Löten mechanische Belastung oder schnelles Abkühlen vermeiden.

5.3 Reparatur

Eine Reparatur wird generell nicht empfohlen. Falls unvermeidbar, verwenden Sie einen Doppelspitzen-Lötkolben, um beide Pads gleichzeitig zu erhitzen, und überprüfen Sie danach die LED-Funktionalität.

5.4 Vorsichtsmaßnahmen

Das Verkapselungsmaterial ist Silikon, das weich ist. Vermeiden Sie Druck auf die Linsenoberfläche. Verwenden Sie geeignete Bestückungsdüsen mit kontrollierter Kraft. Montieren Sie LEDs nicht auf verzogenen Leiterplatten und vermeiden Sie das Biegen der Platine nach dem Löten.

6. Verpackungs- und Bestellinformationen

6.1 Verpackungsspezifikation

Jede Rolle enthält 4000 Stück. Das Trägerband hat einen Teilungsabstand von 4 mm und eine Breite von 12 mm, mit Polmarkierungen zur Orientierung. Der Rollendurchmesser beträgt 178 mm, der Nabeninnendurchmesser 60 mm und die Bandbreite 12 mm. Ein Etikett auf der Rolle enthält die Teilenummer, Spezifikationsnummer, Chargennummer, Bin-Code für Strahlungsfluss, Durchlassspannungsbereich, Wellenlängen-Bin, Menge und Datum.

6.2 Feuchtigkeitsbarrierebeutel

Die Rollen sind in einem Feuchtigkeitsbarrierebeutel mit Trockenmittel und einer Feuchtigkeitsanzeigekarte versiegelt. Lagerbedingungen vor dem Öffnen: Temperatur ≤30°C, Luftfeuchtigkeit ≤75% rF, Haltbarkeit bis zu einem Jahr. Nach dem Öffnen müssen die LEDs innerhalb von 24 Stunden bei ≤30°C/≤60% rF verwendet werden. Falls überschritten, vor Gebrauch 24 Stunden bei 60°C backen.

7. Anwendungsempfehlungen

Diese blaue LED ist speziell für Pflanzenwachstumsbeleuchtung ausgelegt. Ihre Spitzenwellenlänge von 450 nm stimmt mit den Absorptionsspitzen von Chlorophyll a, Chlorophyll b und Carotinoiden überein und verbessert die photosynthetische Effizienz. Verwenden Sie für eine optimale Leistung einen Konstantstromtreiber mit einer Restwelligkeit von weniger als 5%. Der maximale Betriebsstrom sollte basierend auf Umgebungstemperatur und Wärmewiderstand herabgesetzt werden. Sorgen Sie für eine gute Wärmeableitung, indem Sie die LED auf einer Metallkern-Leiterplatte montieren oder thermische Durchkontaktierungen in der Nähe verwenden. Vermeiden Sie die Exposition gegenüber schwefelhaltigen Verbindungen und flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs), die Verfärbungen oder Lumenverlust verursachen können. Halten Sie während der Montage eine saubere Umgebung ein, um Staubanziehung auf der Silikonlinse zu vermeiden.

8. Technischer Vergleich

Im Vergleich zu standardmäßigen 2835 SMD-LEDs bietet das PLCC-2-Gehäuse eine kleinere Grundfläche (2,8x3,5 mm gegenüber 2,8x3,5 mm bei 2835, jedoch ist PLCC-2 ähnlich groß), aber einen höheren Strahlungsfluss pro Gehäuse (typisch 180 mW bei 100 mA) im Vergleich zu typischen blauen 2835-LEDs (~100 mW). Der weite Abstrahlwinkel von 120° bietet zudem eine bessere räumliche Gleichmäßigkeit. Der niedrige Wärmewiderstand (15°C/W) erleichtert die Wärmeableitung und macht diese LED für hochdichte Arrays in Pflanzenfabriken geeignet. Die ESD-Beständigkeit von 2000V (HBM) ist mit Industriestandards vergleichbar.

9. Häufig gestellte Fragen

F1: Wie hoch ist der maximale Vorwärtsstrom, den ich anlegen kann?A: Der absolute Maximalwert beträgt 100 mA DC, aber bei hohen Umgebungstemperaturen ist eine Herabsetzung zu berücksichtigen. Für einen zuverlässigen Betrieb werden 80-90 mA empfohlen, um Lebensdauer und Leistung auszugleichen.

F2: Wie sollte ich die LED handhaben, um ESD-Schäden zu vermeiden?A: Verwenden Sie bei der Handhabung geeignete ESD-Schutzausrüstung (geerdetes Handgelenkband, leitfähige Tische, Ionisatoren). Die LED hält bis zu 2000V HBM stand, dennoch ist Vorsicht geboten.

F3: Kann ich diese LED für Allgemeinbeleuchtung verwenden?A: Ja, aber sie emittiert nur blaues Licht. Für Weißlicht kombinieren Sie sie mit Leuchtstoff oder anderen Farb-LEDs.

F4: Wie sind die empfohlenen Lagerbedingungen für ungeöffnete Rollen?A: Temperatur ≤30°C, Luftfeuchtigkeit ≤75% rF. Haltbarkeit beträgt ein Jahr ab Verpackungsdatum.

10. Praktische Fallstudien

In einer vertikalen Landwirtschaftsanlage wurde ein Panel mit 200 solcher blauen LEDs verwendet, um zusätzliche Beleuchtung für den Salatanbau bereitzustellen. Bei einem Treiberstrom von 80 mA erreichte der Gesamtstrahlungsfluss 36 W (200*0,18 W). Das LED-Panel wurde 20 cm über dem Blätterdach platziert und erreichte eine PPFD (photosynthetische Photonenflussdichte) von etwa 150 μmol/m²/s auf Blätterdachebene. Die resultierende Salatbiomasse stieg im Vergleich zu Umgebungslicht allein um 30%. Die LEDs arbeiteten bei einer Sperrschichttemperatur von 45°C, weit unterhalb des sicheren Grenzwerts.

Ein weiterer Fall: In einem Gewebekulturlabor wurden Arrays dieser LEDs für die Mikrovermehrung von Orchideen eingesetzt. Das reine blaue Spektrum minimierte die Etiolation und förderte die Wurzelentwicklung. Der 120° Abstrahlwinkel ermöglichte eine gleichmäßige Ausleuchtung der Kulturregale ohne Hotspots.

11. Funktionsprinzip

Diese LED ist eine auf Galliumnitrid (GaN) basierende blaue Leuchtdiode. Wenn eine Durchlassspannung an den pn-Übergang angelegt wird, rekombinieren Elektronen aus der n-Schicht mit Löchern in der p-Schicht im aktiven Bereich. Diese Rekombination setzt Energie in Form von Photonen frei. Die Bandlückenenergie der InGaN-Quantentopfstruktur ist so ausgelegt, dass Licht bei etwa 450 nm (blau) erzeugt wird. Das PLCC-2-Gehäuse kapselt den Chip ein und bietet elektrische Kontakte und thermische Pfade. Die Silikonlinse schützt den Chip und extrahiert Licht effizient.

12. Entwicklungstrends

Der Markt für Gartenbau-LEDs entwickelt sich rasant. Zukünftige Trends umfassen höhere Effizienz (>3 μmol/J), abstimmbare Spektren, die mehrere Wellenlängen kombinieren, und Integration mit intelligenten Steuerungen. PLCC-2-Gehäuse werden voraussichtlich weiter schrumpfen und gleichzeitig die Leistungsdichte erhöhen. Die aktuelle Generation blauer LEDs erreicht bereits Strahlungsflüsse über 200 mW pro Gehäuse bei 100 mA. Forschung an InGaN-Materialien und Chip-Designs verspricht noch bessere Leistung. Darüber hinaus werden Bemühungen zur Senkung der Kosten und Verbesserung der Zuverlässigkeit die Einführung in großflächige Pflanzenfabriken vorantreiben.