Keramik 3535 Serie 3W Weißlicht LED Datenblatt - Abmessungen 3,5x3,5x?mm - Spannung 3,2V - Leistung 3W - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument erläutert die Spezifikationen einer Hochleistungs-Keramik 3535 Serie 3W Weißlicht LED. Diese Komponente ist für Anwendungen konzipiert, die einen hohen Lichtstrom und zuverlässige Leistung in anspruchsvollen thermischen Umgebungen erfordern. Das Keramiksubstrat bietet eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit, was den Betrieb mit hohen Strömen und einen langen Einsatzzeitraum ermöglicht.

1.1 Produktpositionierung und Kernvorteile

Der primäre Vorteil dieser LED-Serie liegt in ihrer Keramikgehäusetechnologie. Im Vergleich zu herkömmlichen Kunststoffgehäusen bietet Keramik eine überlegene Wärmeableitung. Dies führt direkt zu einer höheren Langzeitzuverlässigkeit, stabiler Farbwiedergabe und einer verlängerten Lebensdauer, insbesondere beim Betrieb mit hohen Strömen wie den typischen 700mA. Das 3535-Format ist ein gängiger Industriestandard, was den Design-in-Prozess und den Austausch erleichtert.

1.2 Zielmarkt und Anwendungen

Diese LED richtet sich an professionelle Beleuchtungsanwendungen, bei denen Leistung und Langlebigkeit entscheidend sind. Typische Anwendungsfälle sind:

• Industrie-Hallenbeleuchtung
• Kommerzielle Einbau- und Spotstrahler
• Außenbereichsbeleuchtung
• Spezielle Pflanzenbeleuchtung (Horticulture Lighting)
• Alle Anwendungen, die robuste, hellstrahlende Weißlichtquellen benötigen.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Alle Parameter gelten bei einer Lötstellen-Temperatur (Ts) von 25°C, sofern nicht anders angegeben.

2.1 Absolute Maximalwerte (Absolute Maximum Ratings)

Diese Werte stellen die Grenzen dar, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Ein Betrieb unter diesen Bedingungen ist nicht garantiert.

• Durchlassstrom (IF):1000 mA (DC)
• Durchlass-Impulsstrom (IFP):1400 mA (Impulsbreite ≤10ms, Tastverhältnis ≤1/10)
• Verlustleistung (PD):3400 mW
• Betriebstemperatur (Topr):-40°C bis +100°C
• Lagertemperatur (Tstg):-40°C bis +100°C
• Sperrschichttemperatur (Tj):125°C
• Löttemperatur (Tsld):Reflow-Löten bei 230°C oder 260°C für maximal 10 Sekunden.

2.2 Elektro-optische Kenngrößen (Typisch/Maximal)

• Durchlassspannung (VF):3,2V / 3,6V (bei IF=700mA)
• Sperrspannung (VR):5V
• Sperrstrom (IR):50 µA (max.)
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):120° (typisch)

3. Erläuterung des Binning-Systems

Die LED wird nach einem Multi-Parameter-Binning-System klassifiziert, um Farb- und Leistungskonsistenz zu gewährleisten.

3.1 Binning der Farbtemperatur (CCT)

Das Produkt ist in standardmäßigen CCTs von 2700K (Warmweiß) bis 8000K (Kaltweiß) erhältlich. Jede CCT ist durch eine spezifische Farbort-Region im CIE-Diagramm definiert (z.B. entspricht 2700K den Regionen 8A, 8B, 8C, 8D). Dies stellt sicher, dass das abgegebene Weißlicht innerhalb eines präzisen Farbraums liegt.

3.2 Binning des Lichtstroms

Der Lichtstrom wird nach der Mindestausbeute bei 700mA eingeteilt. Die Bins sind durch einen Code definiert (z.B. 2H, 2J, 2K) mit zugehörigen Mindest- und typischen Lichtstromwerten in Lumen. Beispiel: Eine neutralweiße LED (3700-5000K) mit 70 CRI im Bin 2L hat einen Mindestlichtstrom von 172 lm und einen typischen Lichtstrom von 182 lm. Hinweis: Auslieferungen garantieren den Mindestlichtstrom und die CCT-Farbortregion; der tatsächliche Lichtstrom kann höher sein.

3.3 Binning der Durchlassspannung

Die Durchlassspannung wird ebenfalls gebinnt, um die Schaltungsauslegung für die Stromregelung zu unterstützen.

• Code 2:VF = 2,8V bis 3,0V
• Code 3:VF = 3,0V bis 3,2V
• Code 4:VF = 3,2V bis 3,4V

3.4 Modellnummern-Regel

Die Produktmodellnummer folgt einem strukturierten Code: T □□ □□ □ □ □ – □□□ □□. Die Ziffern geben in dieser Reihenfolge an: Produktserie, Gehäusecode (z.B. '19' für Keramik 3535), Chip-Anzahl-Code (z.B. 'P' für einen einzelnen Hochleistungs-Chip), Linsen-/Optik-Code, Lichtfarbe-Code (z.B. 'L' für Warmweiß, 'C' für Neutralweiß, 'W' für Kaltweiß), interner Code, Lichtstrom-Bin-Code und Durchlassspannungs-Bin-Code.

4. Mechanische und Verpackungsinformationen

4.1 Umrisszeichnung und Abmessungen

Die LED verwendet ein standardmäßiges 3,5mm x 3,5mm Keramikgehäuse. Detaillierte Maßzeichnungen zeigen Draufsicht, Seitenansicht und kritische Maße. Toleranzen sind mit ±0,10mm für .X-Maße und ±0,05mm für .XX-Maße angegeben.

4.2 Empfohlenes Lötflächenmuster und Schablonendesign

Ein Lötflächen-Layout (Land Pattern) für das PCB-Design wird bereitgestellt, um eine korrekte Lötung und thermische Verbindung zu gewährleisten. Ein entsprechendes Schablonendesign (Stencil Design) wird ebenfalls empfohlen, um die Lotpastenmenge während des Reflow-Prozesses zu kontrollieren. Dies ist entscheidend für eine zuverlässige Lötstelle und einen optimalen Wärmeübergang zur Leiterplatte.

5. Analyse der Leistungskurven

5.1 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kennlinie)

Die I-V-Kennlinie ist für das Treiberdesign essenziell. Sie zeigt den nichtlinearen Zusammenhang zwischen Strom und Spannung, wobei die typische Durchlassspannung bei 700mA 3,2V beträgt. Entwickler müssen einen Konstantstrom-Treiber verwenden, um einen stabilen Betrieb zu gewährleisten und thermisches Durchgehen zu verhindern.

5.2 Durchlassstrom vs. Relativer Lichtstrom

Diese Kurve zeigt, wie die Lichtausbeute mit dem Strom ansteigt. Typischerweise zeigt sie bei höheren Strömen einen sublinearen Zusammenhang aufgrund des Efficiency Droop und der steigenden Sperrschichttemperatur. Der Betrieb bei den empfohlenen 700mA bietet einen guten Kompromiss zwischen Ausgangsleistung und Effizienz.

5.3 Spektrale Leistungsverteilung und Effekte der Sperrschichttemperatur

Die Kurve der relativen spektralen Leistungsverteilung zeigt die Lichtintensität über die Wellenlängen für eine Weißlicht-LED, die eine Kombination aus blauer Chip-Emission und Phosphor-Konversion ist. Eine separate Kurve zeigt, wie sich das Spektrum mit steigender Sperrschichttemperatur verschieben kann, was den Farbort (Chromaticity) beeinflusst und im finalen Design ein angemessenes thermisches Management erfordert.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötparameter

Die LED ist mit Standard-Lötzinn-freien (bleifreien) Reflow-Profilen kompatibel. Die maximale Bauteiltemperatur während des Lötens darf 230°C für 10 Sekunden oder 260°C für 10 Sekunden nicht überschreiten. Es ist entscheidend, das empfohlene Temperaturprofil einzuhalten, um Schäden am internen Chip, den Bonddrähten oder dem Phosphor zu vermeiden.

6.2 Handhabungs- und Lagerungsvorsichtsmaßnahmen

LEDs sind empfindlich gegenüber elektrostatischer Entladung (ESD). Handhaben Sie sie mit entsprechenden ESD-Vorsichtsmaßnahmen. Lagern Sie sie in einer trockenen, kontrollierten Umgebung innerhalb des spezifizierten Temperaturbereichs (-40°C bis +100°C), um Feuchtigkeitsaufnahme zu verhindern, die während des Reflow-Lötens zu \"Popcorning\" führen kann.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Tape-and-Reel-Verpackung

Das Produkt wird auf geprägter Trägerfolie (Carrier Tape) auf Spulen geliefert, geeignet für automatisierte Bestückungsmaschinen (Pick-and-Place). Detaillierte Abmessungen der Taschen in der Trägerfolie und Spulenspezifikationen werden bereitgestellt, um die Kompatibilität mit Fertigungsanlagen sicherzustellen.

7.2 Packvorschrift

Die Spezifikationen umfassen die Stückzahl pro Spule, Spulen pro Innenkarton und Kartons pro Versandkarton. Eine ordnungsgemäße Verpackung schützt die Bauteile während Transport und Lagerung.

8. Anwendungshinweise und Design-Überlegungen

8.1 Thermomanagement

Dies ist der kritischste Aspekt beim Design mit Hochleistungs-LEDs. Das Keramikgehäuse hat einen niedrigen thermischen Widerstand, aber dieser Vorteil geht verloren, ohne einen ordnungsgemäßen Wärmeübergang. Die Leiterplatte muss ein wärmeleitendes Design aufweisen, oft unter Verwendung von Metallkern-Leiterplatten (MCPCBs) oder isolierten Metallsubstraten (IMS), mit ausreichender Kühlkörperleistung, um die Sperrschichttemperatur deutlich unter dem Maximalwert von 125°C zu halten, für lange Lebensdauer und stabile Leistung.

8.2 Elektrische Ansteuerung

Verwenden Sie stets einen Konstantstrom-LED-Treiber. Das Spannungs-Bin (Code 2, 3 oder 4) sollte bei der Auslegung der Compliance-Spannung des Treibers berücksichtigt werden. Stellen Sie sicher, dass der Treiberstrom dem beabsichtigten Betriebspunkt (z.B. 700mA) entspricht und über geeignete Schutzfunktionen gegen Überstrom, Überspannung und Leerlauf/Kurzschluss verfügt.

8.3 Optisches Design

Die LED hat einen breiten Abstrahlwinkel von 120 Grad. Für gerichtete Beleuchtung sind Sekundäroptiken (Linsen oder Reflektoren) erforderlich. Die mechanischen Zeichnungen liefern die notwendigen Maße für die Konstruktion oder Auswahl kompatibler Optiken.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Der Hauptunterschied dieser Keramik-3535-LED im Vergleich zu Standard-Kunststoff-3535-Gehäusen ist ihre thermische Leistungsfähigkeit. Das Keramikmaterial bietet typischerweise einen niedrigeren thermischen Widerstand von der Sperrschicht zur Lötstelle, wodurch es höhere Treiberströme bewältigen oder bei gleichem Strom mit einer niedrigeren Sperrschichttemperatur betrieben werden kann. Dies verbessert direkt die Lebensdauer (L70-, L90-Metriken) und reduziert Farbverschiebungen über die Zeit. Daher ist sie für Hochzuverlässigkeits- oder Hochbelastungsanwendungen vorzuziehen.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

10.1 Kann ich diese LED dauerhaft mit 1000mA betreiben?

Obwohl der absolute Maximalwert 1000mA beträgt, ist der typische Betriebszustand 700mA. Dauerbetrieb bei 1000mA erzeugt deutlich mehr Wärme, treibt die Sperrschichttemperatur an ihre Grenze und reduziert die Lebensdauer drastisch, möglicherweise mit Farbverschiebung. Es wird ohne außergewöhnliches Thermomanagement und unter Kenntnis der reduzierten Zuverlässigkeit nicht empfohlen.

10.2 Was bedeutet der \"Mindest\"-Wert beim Lichtstrom-Bin?

Der Mindestwert ist garantiert; jede in diesem Bin ausgelieferte LED erreicht oder übertrifft diesen Lichtstrom unter Standard-Testbedingungen. Der typische Wert ist die durchschnittliche Ausbeute, die Sie erwarten können. Das Datenblatt stellt klar, dass ausgelieferte Produkte den Mindestwert des Bins überschreiten können, aber stets die spezifizierte CCT-Farbortregion einhalten.

10.3 Wie interpretiere ich das CCT-Binning mit Codes wie 5A, 5B, 5C, 5D?

Dies sind spezifische Vierecke (oder Regionen) im CIE-1931-Farbtafeld. Eine LED mit einer nominellen CCT von 4000K wird ihre Farbkoordinaten innerhalb einer dieser vier vordefinierten Regionen (5A, 5B, 5C oder 5D) haben. Dieses System gewährleistet eine enge Farbkonsistenz innerhalb einer Charge und zwischen Chargen, die nach derselben Spezifikation bestellt wurden.

11. Praktische Design-Fallstudie

Szenario:Entwurf einer 50W Hallenleuchte mit mehreren LEDs.
Designschritte:
1. Ziel-Lichtausbeute:Bestimmen Sie den benötigten Gesamtlichtstrom.
2. LED-Auswahl:Wählen Sie ein Lichtstrom-Bin (z.B. 2M für ~190 lm typisch bei 700mA). Berechnen Sie die Anzahl der LEDs: 50.000 lm Ziel / 190 lm pro LED ≈ 263 LEDs. In der Praxis müssen optische und thermische Verluste berücksichtigt werden.
3. Thermisches Design:Für 263 LEDs bei 3,2V, 0,7A jeweils beträgt die gesamte elektrische Leistung ~589W. Bei einer angenommenen Gesamteffizienz (Wall-Plug Efficiency) von 40% sind ~353W Wärme. Ein massiver, aktiv gekühlter Kühlkörper oder eine Verteilung auf mehrere Module ist notwendig.
4. Elektrisches Design:Verwenden Sie mehrere Konstantstrom-Treiber, von denen jeder eine Reihen-Parallel-Schaltung von LEDs versorgt. Stellen Sie sicher, dass die Gesamt-Durchlassspannung jeder Kette innerhalb des Compliance-Bereichs des Treibers liegt, unter Berücksichtigung des VF-Bins.
5. Optisches Design:Verwenden Sie individuelle Sekundärlinsen oder einen einzelnen großen Reflektor, um das gewünschte Lichtverteilungsmuster zu erreichen.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Eine Weißlicht-LED arbeitet nach dem Prinzip der Elektrolumineszenz in einem Halbleiter und der Phosphor-Konversion. Ein Halbleiterchip mit direkter Bandlücke (typischerweise Indiumgalliumnitrid - InGaN) emittiert blaues Licht, wenn Elektronen unter Durchlassvorspannung mit Löchern über die Bandlücke rekombinieren. Dieses blaue Licht trifft dann auf eine Schicht aus Phosphormaterial (typischerweise Yttrium-Aluminium-Granat - YAG:Ce), die auf oder nahe dem Chip aufgebracht ist. Der Phosphor absorbiert einen Teil der blauen Photonen und emittiert Licht über ein breiteres Spektrum im gelben Bereich. Die Kombination des verbleibenden blauen Lichts und der breiten gelben Emission wird vom menschlichen Auge als weißes Licht wahrgenommen. Das genaue Verhältnis von Blau zu Gelb und die spezifische Phosphorzusammensetzung bestimmen die Farbtemperatur (CCT) und den Farbwiedergabeindex (CRI) des weißen Lichts.

13. Technologietrends

Der Markt für Hochleistungs-LEDs entwickelt sich weiterhin hin zu höherer Effizienz (mehr Lumen pro Watt), verbesserter Zuverlässigkeit und besserer Farbqualität. Trends, die für dieses Keramik-3535-Gehäuse relevant sind, umfassen:
Erhöhte Effizienz:Fortlaufende Verbesserungen der internen Quanteneffizienz des blauen Chips und der Phosphor-Konversionseffizienz.
Farbqualität:Entwicklung von Phosphorsystemen mit höherem CRI (Ra >90) und verbesserten R9-Werten (gesättigtes Rot) für eine bessere Farbwiedergabe, insbesondere im Einzelhandel und in der Museumsbeleuchtung.
Thermomanagement:Weitere Verfeinerung von Keramik- und anderen hochwärmeleitfähigen Gehäusematerialien (z.B. siliziumbasiert, Verbundwerkstoffe), um den thermischen Widerstand weiter zu senken und höhere Leistungsdichten zu ermöglichen.
Miniaturisierung & Integration:Während das 3535-Format beliebt bleibt, gibt es einen Trend zu Chip-Scale-Packages (CSP) und integrierten Modulen, die mehrere LED-Chips, Treiber und manchmal Sensoren in einer einzigen, einfacher zu montierenden Einheit kombinieren, obwohl diese oft einen Teil der thermischen Leistungsfähigkeit eines dedizierten Keramikgehäuses wie diesem opfern.