HPND3535CZ0112 (EU) Serie LED Datenblatt - 3,5x3,5x1,6mm - 1,75-2,35V - 1070mW Strahlungsfluss - 660nm Tiefrot - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die HPND3535CZ0112 (EU) Serie repräsentiert die neueste Generation von Hochleistungs-Oberflächenmontage-LEDs in einem kompakten 3535-Keramikgehäuse. Diese Serie ist mit einem fortschrittlichen Linsendesign konstruiert, das für außergewöhnlich hohe Helligkeit und überlegene Photonenemissionseffizienz optimiert ist. Primär für den Markt der Pflanzenbeleuchtung konzipiert, positioniert sich diese LED als eine der effizientesten und wettbewerbsfähigsten Lösungen für Anwendungen, die spezifische Lichtspektren zur Beeinflussung von Pflanzenwachstum und -entwicklung erfordern. Ihre Kernvorteile umfassen ein robustes Keramiksubstrat für exzellentes Wärmemanagement, integrierten ESD-Schutz zur Erhöhung der Zuverlässigkeit sowie die Einhaltung strenger Umwelt- und Sicherheitsstandards wie RoHS, REACH und halogenfreie Anforderungen.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Das Bauteil ist für einen maximalen Dauerstrom (IF) von 700 mA ausgelegt, sofern die Temperatur des thermischen Pads bei 25°C gehalten wird. Für Pulsbetrieb ist ein Spitzenpulsstrom (IPulse) von 1250 mA bei einem Tastverhältnis von 1/10 bei 1 kHz zulässig. Die maximale Sperrschichttemperatur (TJ) beträgt 125°C, der Betriebstemperaturbereich (TOpr) liegt zwischen -40°C und +100°C. Der Wärmewiderstand (Rth) von der Sperrschicht zum Lötpunkt ist mit 8 °C/W spezifiziert, was für das thermische Design entscheidend ist. Die Komponente hält während des Reflow-Lötens für begrenzte Zeit eine maximale Löttemperatur (TSol) von 260°C aus, wobei maximal zwei Reflow-Zyklen zulässig sind, um eine Degradation des Gehäuses zu verhindern.

2.2 Photometrische und radiometrische Eigenschaften

Die primäre Farbvariante ist Tiefrot mit einer typischen Spitzenwellenlänge (λP) von 660 nm, die je nach spezifischem Bin im Bereich von 655 nm bis 665 nm liegt. Der typische Strahlungsfluss (optische Leistung) beträgt 1070 mW bei einem Nennstrom von 700 mA, gemessen bei einer thermischen Padtemperatur von 25°C. Eine zentrale Leistungskennzahl für die Pflanzenbeleuchtung ist der Photosynthetische Photonenfluss (PPF), der mit 5,83 μmol/s angegeben wird. Die Strahlungseffizienz, die die Umwandlungseffizienz von elektrischer in optische Leistung angibt, liegt bei 71%. Der Abstrahlwinkel (2θ1/2) beträgt 120 Grad und bietet ein breites, lambertstrahlendes Abstrahlverhalten, das für eine großflächige, gleichmäßige Ausleuchtung geeignet ist.

2.3 Elektrische Eigenschaften

Die Durchlassspannung (Vf) bei 700 mA liegt typischerweise bei etwa 2,15V, mit einer Binning-Spanne von 1,75V (U1-Bin) bis 2,35V (U2-Bin). Das Bauteil bietet einen robusten Schutz vor elektrostatischer Entladung (ESD) und hält bis zu 8000 V (Human Body Model) stand, was für die Handhabung und Montage in industriellen Umgebungen wesentlich ist.

3. Erläuterung des Binning-Systems

3.1 Binning nach Strahlungsleistung

Die LEDs werden nach Strahlungsleistung sortiert, um eine konsistente Lichtleistung zu gewährleisten. Die primäre Gruppierung für diese Serie umfasst Bins, bei denen die minimale Strahlungsleistung 1000 mW und die maximale 1200 mW beträgt. Dies ermöglicht es Konstrukteuren, Bauteile auszuwählen, die die spezifischen Flussanforderungen ihrer Anwendung erfüllen.

3.2 Binning nach Durchlassspannung

Die Durchlassspannung wird in zwei Gruppen eingeteilt: U1 (1,75V - 2,05V) und U2 (2,05V - 2,35V). Dieses Binning ist beim Betriebsstrom von 700 mA definiert. Die Kenntnis des Vf-Bins ist entscheidend für den Entwurf der Treiberschaltung, um eine stabile Stromregelung und einen vorhersehbaren Leistungsverbrauch über mehrere LEDs in einem System hinweg sicherzustellen.

3.3 Wellenlängen- (Farb-) Binning

Die tiefrote Emission wird durch Wellenlängen-Binning präzise kontrolliert. Die verfügbaren Bins sind D5 (655 nm - 660 nm) und D6 (660 nm - 665 nm). Diese präzise Kontrolle ist für pflanzenbauliche Anwendungen von entscheidender Bedeutung, bei denen spezifische Photonenwellenlängen unterschiedliche photomorphogene Reaktionen in Pflanzen auslösen, wie z.B. Blütenbildung oder Stängelverlängerung.

4. Analyse der Leistungskurven

4.1 Spektrale Leistungsverteilung

Das Diagramm der relativen spektralen Leistungsverteilung (SPD) zeigt einen schmalen, dominanten Peak um 660 nm mit minimaler Emission in anderen Teilen des Spektrums. Diese monochromatische Charakteristik ist ideal für Anwendungen, die reines tiefrotes Licht erfordern, ohne Energie für ungenutzte Wellenlängen zu verschwenden. Die schmale Bandbreite stellt sicher, dass die emittierten Photonen hocheffizient für den Antrieb der Photosynthese sind, die im roten Bereich eine maximale Absorption aufweist.

4.2 Strom-Spannungs- (I-V) Kennlinie

Die typische I-V-Kennlinie veranschaulicht die Beziehung zwischen Durchlassstrom und Durchlassspannung. Beim Nennstrom von 700 mA beträgt die Spannung etwa 2,15V. Die Kurve zeigt die erwartete exponentielle Beziehung, und die Steigung im Arbeitsbereich gibt Aufschluss über den dynamischen Widerstand der Diode, was für den Treiberentwurf, insbesondere in Konstantstrom-Konfigurationen, wichtig ist.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Mechanische Abmessungen

Das Gehäuse folgt einem standardmäßigen 3535-Fußabdruck mit Abmessungen von 3,5 mm x 3,5 mm in Länge und Breite. Die Gesamthöhe beträgt etwa 1,6 mm. Das Gehäuse verfügt über ein Keramiksubstrat, das eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit bietet und hilft, die Wärme von der LED-Sperrschicht effizient abzuführen. Die Linse ist ein integraler Bestandteil des Gehäuses, und das Datenblatt warnt ausdrücklich davor, während der Handhabung Kraft auf sie auszuüben, da dies zu einem Bauteilausfall führen kann.

5.2 Pad-Konfiguration und Polarität

Die Komponente verfügt über drei elektrische Pads: Pad 1 ist als Anode (+) bezeichnet, Pad 2 ist die Kathode (-), und ein zentrales 'P'-Pad ist ein thermisches Pad. Es ist äußerst wichtig zu beachten, dass das thermische Pad elektrisch von Anode und Kathode isoliert ist. Diese Isolierung ermöglicht eine direkte thermische Verbindung zu einem Kühlkörper oder einer Kupferfläche auf der Leiterplatte zur Kühlung, ohne einen elektrischen Kurzschluss zu verursachen. Während der Montage muss die korrekte Polarität beachtet werden, um Schäden zu vermeiden.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil

Die Komponente ist für Standard-Oberflächenmontageprozesse (SMT) mit bleifreiem Lot ausgelegt. Ein detailliertes Reflow-Profil wird bereitgestellt: Vorwärmen von 25°C auf 150°C mit einer Rate von 2-3°C/s, Halten zwischen 150°C und 200°C für 60-120 Sekunden, dann Anstieg auf eine Spitzentemperatur von maximal 260°C. Die Zeit oberhalb der Liquidustemperatur (217°C) sollte 60-90 Sekunden betragen, und die Zeit innerhalb von 5°C der Spitzentemperatur sollte 20-40 Sekunden betragen. Die maximale Abkühlrate beträgt 3-5°C/s.

6.2 Kritische Montagehinweise

Das Bauteil hat einen Feuchtigkeitsempfindlichkeitsgrad (MSL) von 1, was bedeutet, dass es unter Bedingungen ≤30°C / 85% relativer Luftfeuchtigkeit eine unbegrenzte Lagerdauer hat und bei ordnungsgemäßer Lagerung vor der Verwendung nicht getrocknet werden muss. Es wird jedoch dringend empfohlen, das Reflow-Löten nicht mehr als zweimal durchzuführen, um thermische Belastungen des Gehäuses und der internen Bondverbindungen zu vermeiden. Nach dem Löten sollte die Leiterplatte (PCB) nicht gebogen werden, da mechanische Spannungen die Lötstellen oder das Keramikgehäuse selbst brechen können.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

Das Produkt wird durch eine umfassende Artikelnummer identifiziert, die seine Schlüsseleigenschaften kodiert. Ein Beispiel für einen Bestellcode wird angegeben: HPND3535CZ0112-NDR55651K0X24700-4H(EU). Dieser Code spezifiziert die Serie, die tiefrote Farbe (NDR), das Strahlungsleistungs-Bin, das Wellenlängen-Bin (D5/D6), das Durchlassspannungs-Bin (U1/U2), den Betriebsstrom (700mA) und die Konformitätskennzeichnung (EU). Konstrukteure müssen den vollständigen Bestellcode verwenden, um sicherzustellen, dass sie die exakte Kombination der für ihre Anwendung erforderlichen Leistungs-Bins erhalten.

8. Anwendungsempfehlungen

8.1 Primäre Anwendungsszenarien

Pflanzenbeleuchtung:Dies ist die primäre Anwendung. Das 660nm tiefrote Licht ist entscheidend für den Photosyntheseprozess, insbesondere für den Antrieb der Photosystem-II-Reaktion. Es wird in Gewächshäusern als Zusatzbeleuchtung, in Vertical Farms und Pflanzenwachstumskammern eingesetzt, um das Wachstum zu beschleunigen, die Blüte zu steuern und den Ertrag zu steigern.

Dekorative- und Unterhaltungsbeleuchtung:Die reine, gesättigte rote Farbe eignet sich für architektonische Akzentbeleuchtung, Bühnenbeleuchtung und thematische Unterhaltungsstätten, an denen spezifische Farbpunkte erforderlich sind.

Signal- und Symbolbeleuchtung:Kann in Statusanzeigen, Notausgangsschildern oder anderen Anwendungen eingesetzt werden, bei denen eine hochhelle, zuverlässige rote Lichtquelle benötigt wird.

8.2 Designüberlegungen

Wärmemanagement:Mit einem Wärmewiderstand von 8 °C/W und einer maximalen Sperrschichttemperatur von 125°C ist eine effektive Wärmeableitung von größter Bedeutung. Das thermisch isolierte Pad muss mit einer ausreichend großen Kupferfläche auf der Leiterplatte oder über thermisch leitfähige, aber elektrisch isolierende Materialien mit einem dedizierten Kühlkörper verbunden werden. Unzureichende Kühlung führt zu reduzierter Lichtleistung, beschleunigtem Lichtstromrückgang und potenziellem vorzeitigem Ausfall.

Betriebsstrom:Obwohl für 700 mA ausgelegt, kann der Betrieb bei niedrigeren Strömen die Effizienz (Lumen pro Watt oder μmol/J) und die Lebensdauer erheblich verbessern. Der Treiber sollte vom Konstantstrom-Typ sein und an das Durchlassspannungs-Bin der verwendeten LEDs angepasst werden, um eine stabile und gleichmäßige Leistung zu gewährleisten.

Optisches Design:Der 120-Grad-Abstrahlwinkel bietet eine breite Abdeckung. Für Anwendungen, die stärker fokussierte Strahlen erfordern, können Sekundäroptiken wie Reflektoren oder Linsen eingesetzt werden.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die HPND3535CZ0112 (EU) Serie differenziert sich auf dem Markt für Hochleistungs-LEDs durch mehrere Schlüsselmerkmale. Die Verwendung eines Keramikgehäuses anstelle von Kunststoff bietet eine überlegene thermische Leistung und langfristige Zuverlässigkeit, insbesondere unter den hohen Betriebsströmen, die in der Pflanzenbeleuchtung üblich sind. Die hohe Strahlungseffizienz von 71% bedeutet weniger verschwendete Energie in Form von Wärme und ermöglicht kompaktere Leuchtenkonstruktionen. Die Kombination aus hohem PPF (5,83 μmol/s) bei einem Standardbetriebsstrom von 700mA und präziser Wellenlängenzielung um 660nm macht sie besonders für die photosynthetische Effizienz optimiert, wobei sie in speziellen Wachstumslichtanwendungen oft breitbandigere oder weniger effiziente rote LEDs übertrifft.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F: Was ist der Unterschied zwischen Strahlungsfluss (mW) und Photosynthetischem Photonenfluss (PPF)?

A: Der Strahlungsfluss misst die gesamte emittierte optische Leistung in Watt. PPF misst die Anzahl der photosynthetisch aktiven Photonen (im Bereich von 400-700 nm), die pro Sekunde emittiert werden, in Mikromol pro Sekunde (μmol/s). PPF ist die relevante Kennzahl für das Pflanzenwachstum, während der Strahlungsfluss die gesamte Lichtleistung beschreibt.

F: Kann ich diese LED mit einer Konstantspannungsquelle betreiben?

A: Nein. LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Ihre Durchlassspannung hat einen negativen Temperaturkoeffizienten und variiert von Einheit zu Einheit (wie im Binning zu sehen). Eine Konstantspannungsquelle kann zu thermischem Durchgehen und zur Zerstörung der LED führen. Verwenden Sie stets einen Konstantstromtreiber.

F: Warum ist das thermische Pad elektrisch isoliert?

A: Die elektrische Isolierung ermöglicht es, das Pad direkt auf eine große Kupferfläche der Leiterplatte zu löten, um eine maximale Wärmeableitung zu erreichen, ohne einen elektrischen Kurzschluss zwischen Anode und Kathode zu verursachen. Dies vereinfacht das thermische Design und verbessert die Kühleffizienz.

F: Wie profitiert die 660nm Wellenlänge Pflanzen im Vergleich zu anderen Rottönen?

A: Die Chlorophyllabsorption weist Maxima im roten und blauen Bereich des Spektrums auf. Die 660nm Wellenlänge liegt nahe an einem Hauptmaximum für Chlorophyll a und b, was sie hocheffizient für den Antrieb der Lichtreaktionen der Photosynthese macht und Phytochrom-vermittelte Prozesse wie die Blütenbildung beeinflusst.

11. Praktische Anwendungsfallstudie

Szenario: Entwurf eines Zusatzbeleuchtungsmoduls für Blattgemüse in einer Vertical Farm.

Ein Beleuchtungsingenieur entwirft eine schmale LED-Leiste, die zwischen den Ebenen einer Vertical Farm für Salatanbau montiert werden soll. Das Ziel ist es, intensives, energieeffizientes Licht bereitzustellen, um die Wachstumsrate auf engem Raum zu maximieren.

Designentscheidungen:Der Ingenieur wählt die HPND3535CZ0112 (EU) Serie aufgrund ihrer hohen PPF-Leistung und der 660nm Wellenlänge, die ideal für die Förderung des Blattwachstums ist. Er wählt Bauteile aus dem höheren Strahlungsleistungs-Bin (S3, 1100-1200mW), um die Lichtintensität zu maximieren. Eine dichte Anordnung dieser LEDs wird auf einer Aluminiumkern-Leiterplatte (MCPCB) platziert, um die thermische Last des 700mA Betriebsstroms effektiv zu managen. Der breite 120-Grad-Strahlwinkel gewährleistet eine gleichmäßige Lichtverteilung über die Pflanzenkronen hinweg, ohne dass zusätzliche Optiken erforderlich sind, wodurch das Modul schlank bleibt. Der Treiber wird als Konstantstromtyp ausgewählt, der den erforderlichen Strom liefern kann und gleichzeitig den Eingangsspannungsbereich des Farm-Stromsystems akzeptiert. Das Ergebnis ist eine kompakte, leistungsstarke Lichtleiste, die Photonen effizient dort liefert, wo sie für die Photosynthese am dringendsten benötigt werden.

12. Einführung in das technische Prinzip

Leuchtdioden (LEDs) sind Halbleiterbauelemente, die Licht emittieren, wenn ein elektrischer Strom durch sie fließt. Dieses Phänomen, genannt Elektrolumineszenz, tritt auf, wenn sich Elektronen mit Elektronenlöchern innerhalb des Bauteils rekombinieren und dabei Energie in Form von Photonen freisetzen. Die Farbe des Lichts (seine Wellenlänge) wird durch die Bandlücke des verwendeten Halbleitermaterials bestimmt. Für tiefrote LEDs wie die HPND3535CZ0112 werden typischerweise Materialien wie Aluminium-Gallium-Indium-Phosphid (AlGaInP) verwendet, um die 660nm-Emission zu erreichen. Das Keramikgehäuse dient sowohl als schützendes Gehäuse als auch als kritischer Wärmeleitpfad, der Wärme vom winzigen Halbleiterchip (der Sperrschicht) in die Umgebung ableitet und so Leistung und Zuverlässigkeit aufrechterhält.

13. Technologietrends und Entwicklungen

Der Sektor der Pflanzenbeleuchtung treibt bedeutende Fortschritte in der LED-Technologie voran. Der Trend geht hin zu noch höheren Photonenwirkungsgraden (μmol/J), um die Stromkosten pro Einheit Pflanzenwachstum zu senken. Es liegt auch ein Fokus auf der Entwicklung von LEDs mit spezifischen spektralen Ausgaben jenseits von einfachem Tiefrot und Blau, einschließlich Fernrot (730nm) zur Beeinflussung der Pflanzenmorphologie und Blüte, sowie ultravioletten Wellenlängen zur Schädlings-/Krankheitsbekämpfung. Verbesserte Gehäusedesigns senken kontinuierlich den Wärmewiderstand, was höhere Betriebsströme und eine größere Lichtleistung von einem einzelnen Emitter ermöglicht. Darüber hinaus ist die Integration mehrerer monochromatischer Chips (z.B. rot, blau, fernrot) in ein einziges Gehäuse, um ein maßgeschneidertes Spektrum zu erzeugen, ein Bereich aktiver Entwicklung, der Beleuchtungsdesignern eine beispiellose Kontrolle über das Lichtrezept für verschiedene Kulturen und Wachstumsstadien bietet.