Keramik 3535 Serie 1W Blaue LED Datenblatt - Abmessungen 3.5x3.5x?mm - Spannung 3.2V - Leistung 1W - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument erläutert die Spezifikationen einer Hochleistungs-1W-Blaue-LED in einem robusten Keramik-3535-Gehäuse. Keramikgehäuse bieten im Vergleich zu herkömmlichen Kunststoffgehäusen ein überlegenes Wärmemanagement, was diese LED für Anwendungen geeignet macht, die hohe Zuverlässigkeit und stabile Leistung unter anspruchsvollen thermischen Bedingungen erfordern. Die primären Zielmärkte umfassen professionelle Beleuchtung, Automobilbeleuchtungsmodule und spezielle Industrieanwendungen, bei denen eine konsistente Farbwiedergabe und langfristige Haltbarkeit entscheidend sind.

1.1 Kernvorteile

Das Keramiksubstrat bietet eine ausgezeichnete Wärmeableitung, was direkt zu niedrigeren Sperrschichttemperaturen, verbesserter Aufrechterhaltung der Lichtausbeute und verlängerter Betriebslebensdauer beiträgt. Das Gehäusedesign gewährleistet gute mechanische Stabilität und Widerstandsfähigkeit gegen thermische Belastung. Die LED zeichnet sich durch einen weiten Betrachtungswinkel von 120 Grad aus, was sie vielseitig für verschiedene optische Designs einsetzbar macht, die eine breite Ausleuchtung erfordern.

2. Technische Parameter und objektive Interpretation

2.1 Absolute Maximalwerte (T_s=25°C)

• Durchlassstrom (I_F):500 mA (Dauerbetrieb)
• Durchlass-Impulsstrom (I_FP):700 mA (Impulsbreite ≤10ms, Tastverhältnis ≤1/10)
• Verlustleistung (P_D):1700 mW
• Betriebstemperatur (T_opr):-40°C bis +100°C
• Lagertemperatur (T_stg):-40°C bis +100°C
• Sperrschichttemperatur (T_j):125°C
• Löttemperatur (T_sld):Reflow-Löten bei 230°C oder 260°C für maximal 10 Sekunden.

Diese Werte definieren die Betriebsgrenzen. Eine Überschreitung kann dauerhafte Schäden verursachen. Der Impulsstromwert ermöglicht eine kurze Übersteuerung in Anwendungen wie Blitzlichtern oder gepulster Sensorik.

2.2 Typische elektro-optische Kenngrößen (T_s=25°C)

• Durchlassspannung (V_F):Typisch 3,2V, Maximal 3,4V bei I_F=350mA.
• Sperrspannung (V_R):5V (Maximal).
• Spitzenwellenlänge (λ_d):460 nm (Typisch).
• Sperrstrom (I_R):Maximal 50 µA.
• Betrachtungswinkel (2θ_1/2):120 Grad (Typisch).

Die Durchlassspannung ist ein Schlüsselparameter für das Treiberdesign. Der typische Wert von 3,2V bei 350mA zeigt den Nennarbeitspunkt an. Entwickler müssen den maximalen V_F-Wert berücksichtigen, um sicherzustellen, dass die Stromquelle ausreichend Spannung liefern kann.

3. Erklärung des Binning-Systems

Die LED wird nach wichtigen Leistungsparametern sortiert (gebinned), um die Konsistenz innerhalb einer Produktionscharge sicherzustellen. Dies ermöglicht es Entwicklern, LEDs auszuwählen, die spezifische Anwendungsanforderungen erfüllen.

3.1 Lichtstrom-Binning (bei 350mA)

Blaue LEDs werden nach ihrer Lichtleistung sortiert. Der Bincode, der minimale (Min) und der typische (Typ) Lichtstromwert sind wie folgt:

• Code 1C:Min 14 lm, Typ 16 lm
• Code 1D:Min 16 lm, Typ 18 lm
• Code 1E:Min 18 lm, Typ 20 lm
• Code 1F:Min 20 lm, Typ 22 lm
• Code 1G:Min 22 lm, Typ 24 lm

Die Lichtstromtoleranz beträgt ±7%. Die Auswahl eines höheren Bincodes garantiert eine höhere minimale Lichtleistung, was entscheidend ist, um Zielhelligkeitswerte in einem Design zu erreichen.

3.2 Durchlassspannungs-Binning

LEDs werden auch nach ihrem Durchlassspannungsabfall bei einem Prüfstrom gebinned, um eine gleichmäßige Stromverteilung sicherzustellen, wenn mehrere LEDs in Reihe geschaltet sind. Die Bins sind:

• Code 1:2,8V bis 3,0V
• Code 2:3,0V bis 3,2V
• Code 3:3,2V bis 3,4V
• Code 4:3,4V bis 3,6V

Die Spannungsmesstoleranz beträgt ±0,08V. Die Verwendung von LEDs aus demselben oder benachbarten Spannungsbins in einer Reihenschaltung minimiert Stromungleichgewichte und potenzielle Übersteuerung von LEDs mit niedrigerem V_F.

3.3 Dominante Wellenlängen-Binning

Für farbkritische Anwendungen wird die dominante Wellenlänge streng kontrolliert. Die verfügbaren Bins für Blau sind:

• Code B2:450 nm bis 455 nm
• Code B3:455 nm bis 460 nm
• Code B4:460 nm bis 465 nm

Dies ermöglicht eine präzise Farbabstimmung, die in Anwendungen wie Display-Hintergrundbeleuchtung oder Mehrfarben-Mischsystemen wesentlich ist.

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt enthält mehrere wichtige Graphen, die das Verhalten der LED unter verschiedenen Bedingungen veranschaulichen.

4.1 Durchlassspannung vs. Durchlassstrom (V_F-I_F) Kurve

Diese Kurve zeigt die nichtlineare Beziehung zwischen Spannung und Strom. Sie ist wesentlich, um den dynamischen Widerstand der LED zu verstehen und Konstantstromtreiber zu entwerfen. Die Kurve zeigt typischerweise einen steilen Anstieg des Stroms, sobald die Durchlassspannung die Schwellenspannung der Diode überschreitet.

4.2 Relativer Lichtstrom vs. Durchlassstrom Kurve

Dieser Graph veranschaulicht, wie die Lichtleistung mit dem Treiberstrom skaliert. Während die Ausgabe mit dem Strom zunimmt, nimmt die Effizienz (Lumen pro Watt) bei höheren Strömen oft aufgrund erhöhter Wärmeentwicklung ab. Diese Kurve hilft, den Kompromiss zwischen Helligkeit und Effizienz für eine gegebene Anwendung zu optimieren.

4.3 Relative spektrale Leistung vs. Sperrschichttemperatur Kurve

Diese Kurve zeigt den Effekt der Sperrschichttemperatur (T_j) auf die spektrale Ausgabe der LED. Bei blauen LEDs kann sich die Spitzenwellenlänge leicht mit der Temperatur verschieben (typisch 0,1-0,3 nm/°C). Eine niedrige T_jbeizubehalten ist für die Farbstabilität in sensiblen Anwendungen entscheidend.

4.4 Spektrale Leistungsverteilungskurve

Diese Darstellung zeigt die Intensität des emittierten Lichts über das sichtbare Spektrum. Eine blaue LED hat einen schmalen, ausgeprägten Peak um ihre dominante Wellenlänge (z.B. 460 nm). Die Halbwertsbreite (FWHM) dieses Peaks gibt die Farbreinheit der LED an.

5. Mechanische und Verpackungsinformationen

5.1 Umrisszeichnung und Abmessungen

Die LED verwendet einen standardmäßigen Keramik-3535-Fußabdruck mit Maßen von etwa 3,5mm x 3,5mm. Die genaue Höhe ist im bereitgestellten Auszug nicht angegeben. Die Zeichnung enthält kritische Abmessungen wie Pad-Abstände und Gesamtgehäusegröße mit zugehörigen Toleranzen (z.B. .X: ±0,10mm, .XX: ±0,05mm).

5.2 Empfohlenes Pad-Layout und Schablonendesign

Das Datenblatt enthält empfohlene Land-Pattern- und Lötstencil-Designs für das PCB-Layout. Die Einhaltung dieser Empfehlungen gewährleistet eine korrekte Lötstellenbildung, zuverlässige elektrische Verbindung und optimalen Wärmetransfer vom thermischen Pad der LED zur Leiterplatte. Das Stencil-Design steuert das Volumen der aufgetragenen Lötpaste.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötparameter

Die LED ist mit standardmäßigen Reflow-Lötprozessen kompatibel. Die maximal zulässige Löttemperatur beträgt 230°C oder 260°C für eine Dauer von maximal 10 Sekunden. Es ist entscheidend, ein Temperaturprofil einzuhalten, das die Baugruppe ausreichend vorwärmt, um thermischen Schock zu minimieren, und sicherstellt, dass die Spitzentemperatur die spezifizierte Grenze nicht überschreitet.

6.2 Handhabungs- und Lagerungsvorsichtsmaßnahmen

LEDs sind empfindlich gegenüber elektrostatischer Entladung (ESD). Während der Handhabung sollten geeignete ESD-Vorsichtsmaßnahmen (z.B. geerdete Arbeitsplätze, Handgelenkbänder) beachtet werden. Die Bauteile sollten in ihrer original Feuchtigkeitssperrbeutel in einer kontrollierten Umgebung (spezifizierte Lagertemperatur: -40°C bis +100°C) gelagert werden, um Feuchtigkeitsaufnahme und Oxidation zu verhindern.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Trägerband-Spezifikationen

Die LEDs werden auf geprägtem Trägerband für die automatisierte Pick-and-Place-Montage geliefert. Das Datenblatt enthält detaillierte Zeichnungen der Trägerband-Taschenabmessungen, der Teilung und der Aufwickelrichtung, um die Kompatibilität mit Standard-SMT-Ausrüstung sicherzustellen.

7.2 Spulenverpackung

Das Trägerband wird auf Standardspulen aufgewickelt. Der Spulentyp, die Menge pro Spule und die Außenverpackung sollten gemäß den Herstellerstandards oder Kundenanforderungen spezifiziert werden, um eine effiziente Zuführung auf der Produktionslinie zu ermöglichen.

7.3 Artikelnummernsystem

Die Modellnummer folgt einem strukturierten Format, das Schlüsselattribute kodiert: Serie, Gehäusetyp, Chipkonfiguration, Farbe und Leistungsbins (z.B. Lichtstrom, Spannung). Das Verständnis dieser Nomenklatur ist wesentlich, um die gewünschte LED-Variante korrekt zu spezifizieren. Ein Code zeigt beispielsweise ein Keramik-3535-Gehäuse, einen einzelnen Hochleistungschip, blaue Farbe und spezifische Lichtstrom-/Spannungs-/Wellenlängen-Bins an.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

• Architektur- und Gewerbeleuchten:Verwendung als primäre blaue Quelle in RGB-Farbmischsystemen für einstellbares Weiß- oder Farblicht.
• Automobilbeleuchtung:Geeignet für Tagfahrlichter (DRL), Signalleuchten oder Innenraumbeleuchtung, wo hohe Zuverlässigkeit erforderlich ist.
• Spezialbeleuchtung:Anwendungen, die Hochleistungs-Blaulicht erfordern, wie medizinische Geräte, Aushärtungssysteme oder Entertainment-Beleuchtung.
• Hintergrundbeleuchtung:Kann in Hochhelligkeits-LCD-Hintergrundbeleuchtungseinheiten verwendet werden, oft kombiniert mit Phosphoren zur Erzeugung von weißem Licht.

8.2 Designüberlegungen

• Wärmemanagement:Trotz der Vorteile des Keramikgehäuses ist eine effektive Wärmesenke zwingend erforderlich. Die Leiterplatte sollte ein thermisches Pad haben, das mit internen Masseebenen oder einem externen Kühlkörper verbunden ist, um T_junter 125°C zu halten.
• Stromversorgung:Immer einen Konstantstromtreiber verwenden. Der empfohlene Betriebsstrom beträgt 350mA, er kann jedoch mit entsprechender Temperaturabsenkung bis zu 500mA betrieben werden.
• Optisches Design:Der 120-Grad-Betrachtungswinkel kann sekundäre Optiken (Linsen, Reflektoren) erfordern, um das gewünschte Strahlprofil zu erreichen. Die Keramikoberfläche kann andere Reflexionseigenschaften als Kunststoffgehäuse aufweisen.
• Binning-Auswahl:Für Multi-LED-Arrays enge Bins für Lichtstrom, Spannung und Wellenlänge spezifizieren, um ein einheitliches Erscheinungsbild und Leistung sicherzustellen.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu standardmäßigen Kunststoff-3535-Gehäusen bietet diese Keramik-LED deutliche Vorteile:

• Überlegene thermische Leistung:Keramikmaterial hat eine höhere Wärmeleitfähigkeit als Kunststoff, was zu einem niedrigeren thermischen Widerstand von der Sperrschicht zum Lötpunkt (R_th-Js) führt. Dies resultiert in einer niedrigeren Betriebssperrschichttemperatur bei gleicher Leistung, was direkt zu einer höheren Lichtausbeute-Aufrechterhaltung (L70, L90 Lebensdauer) und besserer Farbstabilität führt.
• Erhöhte Zuverlässigkeit:Keramik ist inert und degradiert oder vergilbt nicht unter Hochtemperatur- oder hoher UV-Belastung, im Gegensatz zu einigen Kunststoffen. Dies macht sie ideal für raue Umgebungen.
• Mechanische Robustheit:Das Keramiksubstrat ist steifer und weniger anfällig für Rissbildung unter thermischer Zyklusbelastung.
• Der Kompromiss ist typischerweise ein etwas höherer Stückpreis im Vergleich zu Kunststoffgehäusen.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

10.1 Was ist der Unterschied zwischen dem Dauerstrom (500mA) und dem typischen Betriebsstrom (350mA)?

Der absolute maximale Dauerstromwert (500mA) ist der höchste Strom, den die LED ohne sofortigen Ausfall aushalten kann. Der typische Betriebsstrom (350mA) ist der empfohlene Strom, um die spezifizierte Leistung (Lichtstrom, Effizienz) zu erreichen und dabei eine sichere Betriebsmarge für die Sperrschichttemperatur und langfristige Zuverlässigkeit beizubehalten. Der Betrieb bei 350mA bietet typischerweise eine bessere Balance aus Leistung und Lebensdauer.

10.2 Warum ist Spannungs-Binning wichtig?

Wenn LEDs in Reihe geschaltet sind, fließt derselbe Strom durch jede einzelne. Wenn die Durchlassspannungen stark variieren, erhöht sich die von der Kette benötigte Gesamtspannung. Noch wichtiger ist, dass LEDs mit niedrigerem V_Fbei gleichem Strom weniger Leistung als Wärme abgeben, aber der Treiber muss genug Spannung für die LED mit dem höchsten V_Fliefern. Die Verwendung eng abgestimmter V_F-Bins gewährleistet eine vorhersehbare Systemspannung und gleichmäßige Leistungsverteilung.

10.3 Kann ich diese LED mit einer Konstantspannungsquelle betreiben?

Nein. LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Ihre Durchlassspannung hat einen negativen Temperaturkoeffizienten und kann von Einheit zu Einheit variieren. Eine Konstantspannungsquelle würde zu unkontrolliertem Strom führen, der möglicherweise den Maximalwert überschreitet und einen schnellen Ausfall verursacht. Ein Konstantstromtreiber oder eine strombegrenzende Schaltung ist immer erforderlich.

10.4 Wie interpretiere ich das Lichtstrom-Binning?

Der Bincode (z.B. 1E) definiert einen garantierten minimalen Lichtausgang (18 lm) und einen typischen Wert (20 lm), gemessen bei 350mA und 25°C Gehäusetemperatur. Bei der Gestaltung eines Leuchtkörpers stellt die Verwendung des \"Min\"-Werts für Berechnungen sicher, dass das Endprodukt auch bei Einheit-zu-Einheit-Variationen das minimale Helligkeitsziel erreicht.

11. Praktische Design-Fallstudie

Szenario:Entwurf einer hochzuverlässigen Unterwasser-Tauchlampe, die einen rein blauen Strahl erfordert.

Umsetzung:

1. LED-Auswahl:Wählen Sie diese Keramik-3535-Blaue-LED für ihre Robustheit und thermische Leistung. Wählen Sie einen engen Wellenlängen-Bin (z.B. B3: 455-460nm) für konsistente blaue Farbe und einen hohen Lichtstrom-Bin (z.B. 1G) für maximale Ausgabe.
2. Thermisches Design:Das Lampengehäuse ist aus Aluminium gefertigt und dient als Kühlkörper. Die Leiterplatte ist eine Metallkern-Leiterplatte (MCPCB) mit einer hochwärmeleitfähigen Dielektrikumschicht. Das thermische Pad der LED wird direkt auf eine große Kupferfläche auf der MCPCB gelötet, die dann mit Wärmeleitpaste fest auf das Aluminiumgehäuse montiert wird.
3. Elektrisches Design:Ein wasserdichter, effizienter Konstantstrom-Abwärtswandler (Buck) wird entworfen, um einen stabilen Strom von 350mA aus einem Lithium-Ionen-Akkupack bereitzustellen. Der Treiber beinhaltet Schutz vor Überspannung, Verpolung und thermischer Abschaltung.
4. Optisches Design:Eine sekundäre TIR-Linse (Totalreflexion) wird über der LED verwendet, um den Strahl von 120 Grad auf einen 10-Grad-Spot zu verengen, für eine große Reichweite unter Wasser.
5. Ergebnis:Die fertige Lampe erreicht hohe Helligkeit, stabile Farbausgabe auch nach längerem Gebrauch und ausgezeichnete Zuverlässigkeit in einer anspruchsvollen Umgebung, wobei die inhärenten Vorteile der Keramik-LED genutzt werden.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Eine Leuchtdiode (LED) ist ein Halbleiterbauelement, das Licht emittiert, wenn ein elektrischer Strom durch es fließt. Dieses Phänomen wird Elektrolumineszenz genannt. In einer blauen LED ist das Halbleitermaterial (typischerweise basierend auf Indiumgalliumnitrid - InGaN) mit einer spezifischen Bandlücke konstruiert. Wenn sich Elektronen mit Elektronenlöchern innerhalb des Bauteils rekombinieren, wird Energie in Form von Photonen freigesetzt. Die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts wird durch die Energiebandlücke des Halbleitermaterials bestimmt. Das Keramikgehäuse dient als mechanische Stütze, stellt elektrische Verbindungen über Bonddrähte zur Anode und Kathode bereit und fungiert vor allem als effizienter Weg, um Wärme von der Halbleitersperrschicht abzuleiten, was für Leistung und Langlebigkeit entscheidend ist.

13. Technologietrends und Entwicklungen

Der Hochleistungs-LED-Markt entwickelt sich weiter mit mehreren klaren Trends:

• Erhöhte Effizienz (lm/W):Fortlaufende Verbesserungen in der epitaktischen Schichtabscheidung, Chipdesign und Lichtextraktionstechniken erhöhen stetig die Lichtausbeute und reduzieren den Energieverbrauch bei gleicher Lichtleistung.
• Verbesserte Farbqualität und Konsistenz:Engere Binning-Toleranzen und fortschrittliche Phosphortechnologien ermöglichen LEDs mit überlegenem Farbwiedergabeindex (CRI) und konsistenteren Farbpunkten über Produktionschargen hinweg.
• Fortschrittliche Verpackung:Keramikgehäuse, wie das hier verwendete, werden für High-End-Anwendungen immer verbreiteter. Weitere Trends umfassen Chip-Scale-Packages (CSP) und Package-Level-Integration (z.B. COB - Chip-on-Board), um Kosten zu senken und die optische Dichte zu verbessern.
• Höhere Leistungsdichte:Es werden LEDs entwickelt, die bei höheren Stromdichten betrieben werden können, was kleinere Lichtquellen mit gleichwertiger oder größerer Ausgangsleistung ermöglicht und kompaktere und innovativere Leuchtendesigns erlaubt.
• Intelligente und vernetzte Beleuchtung:Die Integration von Steuerelektronik und Kommunikationsschnittstellen direkt mit LED-Modulen ist ein wachsender Trend, der IoT-fähige Beleuchtungssysteme erleichtert.