LTPL-C035BH470 LED Datenblatt - 3,5x3,5mm Gehäuse - 3,1V typ. - 2,8W max. - 460-480nm Blau/Weiß - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTPL-C035BH470 ist eine Hochleistungs-Weißlicht-LED, die als energieeffiziente und ultra-kompakte Lichtquelle konzipiert ist. Sie vereint die von Leuchtdioden bekannte lange Lebensdauer und Zuverlässigkeit mit hohen Helligkeitswerten und stellt somit eine praktikable Alternative zu konventionellen Beleuchtungstechnologien dar. Dieses Bauteil bietet Gestaltungsflexibilität und ist für Festkörperbeleuchtungsanwendungen (Solid-State Lighting) vorgesehen, die herkömmliche Lichtquellen ersetzen sollen.

1.1 Hauptmerkmale

• Integrierte Schaltung (I.C.) kompatible Ansteuerung.
• Konform mit der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe) und bleifrei (Pb-frei).
• Konzipiert für niedrigere Betriebskosten im Vergleich zu herkömmlicher Beleuchtung.
• Trägt aufgrund ihrer langen Betriebsdauer zu reduzierten Wartungskosten bei.

2. Technische Parameter: Detaillierte objektive Interpretation

2.1 Absolute Grenzwerte

Diese Grenzwerte definieren die Limits, bei deren Überschreitung dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb unter diesen Bedingungen ist nicht garantiert.

• DC-Durchlassstrom (If): 700 mA maximal.
• Leistungsaufnahme (Po): 2,8 Watt maximal.
• Betriebstemperaturbereich (Topr): -40°C bis +85°C.
• Lagertemperaturbereich (Tstg): -55°C bis +100°C.
• Sperrschichttemperatur (Tj): 125°C maximal.

Kritischer Hinweis: Längerer Betrieb unter Sperrspannungsbedingungen kann zu Bauteilschäden oder Ausfall führen.

2.2 Elektro-optische Kennwerte

Gemessen bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C und einem Durchlassstrom (If) von 350mA, sofern nicht anders angegeben. Dies sind die typischen Leistungsparameter für Entwurfsberechnungen.

• Durchlassspannung (Vf):
  
  Minimum: 2,6 V
  
  Typisch: 3,1 V
  
  Maximum: 3,6 V
• Strahlungsfluss (Φe):
  
  Minimum: 420 mW
  
  Typisch: 510 mW
  
  Maximum: 600 mW
  
  Hinweis: Der Strahlungsfluss ist die gesamte optische Ausgangsleistung, gemessen mit einer Ulbricht-Kugel.
• Dominante Wellenlänge (Wd):
  
  Minimum: 460 nm
  
  Maximum: 480 nm
  
  Dies zeigt an, dass die LED im blauen Spektrum emittiert, welches typischerweise durch eine Phosphorbeschichtung in weißes Licht umgewandelt wird.
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):
  
  Typisch: 130 Grad. Dies definiert den Winkelbereich, in dem die Lichtstärke mindestens die Hälfte der Spitzenlichtstärke beträgt.
• Thermischer Widerstand, Sperrschicht zu Gehäuse (Rth jc):
  
  Typisch: 9,5 °C/W (Messtoleranz ±10%).
  
  Dieser Parameter ist entscheidend für das Wärmemanagement und zeigt an, wie effektiv Wärme von der Halbleitersperrschicht zum Gehäuse abfließt. Ein niedrigerer Wert bedeutet eine bessere Wärmeableitung.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um Konsistenz in der Produktion zu gewährleisten, werden LEDs nach Leistungsklassen sortiert. Der Binning-Code ist auf jedem Verpackungsbeutel aufgedruckt.

3.1 Binning der Durchlassspannung (Vf)

LEDs werden basierend auf ihrem Durchlassspannungsabfall bei 350mA kategorisiert.

• V0: 2,6V - 2,8V
• V1: 2,8V - 3,0V
• V2: 3,0V - 3,2V
• V3: 3,2V - 3,4V
• V4: 3,4V - 3,6V

Toleranz: ±0,1V.

3.2 Binning des Strahlungsflusses (Φe)

LEDs werden nach ihrer optischen Ausgangsleistung bei 350mA sortiert.

• U1: 420 mW - 450 mW
• U2: 450 mW - 480 mW
• U3: 480 mW - 510 mW
• W1: 510 mW - 540 mW
• W2: 540 mW - 570 mW
• W3: 570 mW - 600 mW

Toleranz: ±10%.

3.3 Binning der dominanten Wellenlänge (Wd)

LEDs werden nach der Spitzenwellenlänge ihrer blauen Emission bei 350mA gruppiert.

• D4M: 460 nm - 465 nm
• D4N: 465 nm - 470 nm
• D4P: 470 nm - 475 nm
• D4Q: 475 nm - 480 nm

Toleranz: ±3nm.

4. Analyse der Leistungskurven

Die folgenden typischen Kurven (im Datenblatt als Abb. 1-5 referenziert) geben Einblick in das Verhalten des Bauteils unter verschiedenen Bedingungen. Alle Kurven werden typischerweise bei 25°C gemessen, sofern nicht anders vermerkt.

4.1 Relativer Strahlungsfluss vs. Durchlassstrom

Diese Kurve zeigt, wie sich die Lichtausbeute (Strahlungsfluss) mit steigendem Treiberstrom ändert. Sie ist typischerweise nichtlinear, wobei der Wirkungsgrad bei sehr hohen Strömen aufgrund erhöhter Wärmeentwicklung oft abnimmt (Droop-Effekt). Entwickler nutzen dies, um einen optimalen Arbeitspunkt zu wählen, der Helligkeit und Effizienz in Einklang bringt.

4.2 Relative spektrale Verteilung

Dieses Diagramm stellt die Intensität des emittierten Lichts über verschiedene Wellenlängen dar. Für eine Weißlicht-LED basierend auf einem blauen Chip und Phosphor zeigt es typischerweise einen scharfen Peak im blauen Bereich (vom Chip) und ein breiteres Plateau im gelben/grünen/roten Bereich (vom Phosphor). Die Kombination erzeugt das wahrgenommene weiße Licht.

4.3 Strahlungscharakteristik

Dies ist ein Polardiagramm, das die räumliche Lichtverteilung (Abstrahlcharakteristik) illustriert. Der spezifizierte Abstrahlwinkel von 130 Grad wird aus dieser Kurve abgeleitet. Es hilft beim optischen Design für Anwendungen, die bestimmte Strahlwinkel erfordern.

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

Diese grundlegende Kurve zeigt die Beziehung zwischen der Spannung über der LED und dem durch sie fließenden Strom. LEDs sind Dioden und zeigen eine exponentielle I-V-Charakteristik. Die Kurve ist essenziell für den Entwurf der strombegrenzenden Schaltung, da eine kleine Änderung der Spannung eine große Änderung des Stroms verursachen kann.

4.5 Relativer Strahlungsfluss vs. Sperrschichttemperatur

Diese kritische Kurve demonstriert die thermische Abhängigkeit der Lichtausbeute. Mit steigender Sperrschichttemperatur (Tj) nimmt der Strahlungsfluss typischerweise ab. Die Steigung dieser Kurve quantifiziert den thermischen Derating-Faktor. Eine effektive Wärmesenke ist entscheidend, um eine stabile Lichtausbeute aufrechtzuerhalten und die Langzeitzuverlässigkeit sicherzustellen.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Abmessungen

Das Bauteil hat ein kompaktes Oberflächenmontagegehäuse. Wichtige dimensionale Hinweise umfassen:

• Alle Maße sind in Millimetern (mm).
• Die allgemeine Maßtoleranz beträgt ±0,2mm.
• Die Linsenhöhe und die Länge/Breite des Keramiksubstrats haben eine engere Toleranz von ±0,1mm.
• Die thermische Kontaktfläche auf der Unterseite des Gehäuses ist elektrisch isoliert (neutral) von den Anoden- und Kathoden-Anschlussflächen. Dies ermöglicht es, sie direkt mit einer thermischen Kupferfläche auf der Leiterplatte zur Wärmeableitung zu verbinden, ohne einen elektrischen Kurzschluss zu verursachen.

5.2 Empfohlene Leiterplattenbestückungsfläche

Ein Lötflächenlayout wird bereitgestellt, um eine korrekte Lötung und thermische Leistung zu gewährleisten. Die Einhaltung dieses empfohlenen Footprints ist entscheidend für mechanische Stabilität, elektrische Verbindung und optimalen Wärmetransport von der thermischen Kontaktfläche der LED zur Leiterplatte.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil

Ein empfohlenes Reflow-Löttemperaturprofil wird bereitgestellt. Wichtige Überlegungen:

• Alle Temperaturangaben beziehen sich auf die Oberseite des Gehäuses.
• Das Profil muss möglicherweise basierend auf der verwendeten spezifischen Lotpaste angepasst werden.
• Eine schnelle Abkühlrate von der Spitzentemperatur wird nicht empfohlen.
• Ein Betrieb bei der niedrigstmöglichen Löttemperatur ist wünschenswert.
• Die LED sollte keinen Tauchlötverfahren ausgesetzt werden.

6.2 Handlötung

Falls Handlötung notwendig ist, sollte sie auf eine maximale Temperatur von 300°C für maximal 2 Sekunden begrenzt und nur einmal pro Kontaktfläche durchgeführt werden.

6.3 Reinigung

Falls nach dem Löten eine Reinigung erforderlich ist, sollten nur alkoholbasierte Lösungsmittel wie Isopropylalkohol verwendet werden. Nicht spezifizierte chemische Reiniger können das LED-Gehäuse beschädigen.

7. Verpackungs- und Handhabungsinformationen

7.1 Band- und Rollenspezifikationen

Die LEDs werden auf geprägter Trägerbandrolle für die automatisierte Montage geliefert.

• Die Bauteiltaschen sind mit einem Deckband versiegelt.
• Standard 7-Zoll-Rollen werden verwendet, mit einer maximalen Kapazität von 500 Stück pro Rolle.Die Spezifikation erlaubt maximal zwei aufeinanderfolgende fehlende Bauteile im Band.
• Die Verpackung entspricht den EIA-481-1-B Standards.

7.2 Manuelle Handhabung

Die LED sollte vorsichtig, vorzugsweise an den Kanten des Gehäuses, gehandhabt werden, um Kontamination oder mechanische Beschädigung der Linse und der Bonddrähte zu vermeiden.

8. Anwendungsvorschläge und Entwurfsüberlegungen

8.1 Ansteuerungsmethode

LEDs sind strombetriebene Bauteile. Für einen zuverlässigen Betrieb:

• Konstantstrom-Ansteuerung wird empfohlen: Um eine gleichmäßige Helligkeit zu gewährleisten, insbesondere beim Parallelschalten mehrerer LEDs, sollte ein strombegrenzender Widerstand in Reihe zu jeder LED geschaltet werden. Eine einfache, widerstandsbasierte Schaltung (Modell A im Datenblatt) wird als empfohlene Methode gezeigt. Das Parallelschalten mehrerer LEDs ohne individuelle Stromregelung (Modell B) kann aufgrund natürlicher Schwankungen der Durchlassspannung (Vf) jedes Bauteils zu Helligkeitsunterschieden führen.
• Sperrspannung vermeiden: Die LED muss unter Durchlassspannung betrieben werden. Kontinuierliche Anwendung von Sperrspannung kann Schäden verursachen.

8.2 Thermomanagement

Angesichts des typischen thermischen Widerstands von 9,5 °C/W und einer maximalen Leistung von 2,8W ist eine effektive Wärmesenke unabdingbar. Die Leiterplatte sollte eine ausreichend große Kupferfläche haben, die mit der thermischen Kontaktfläche der LED verbunden ist, idealerweise unter Verwendung von Wärmeleitdurchkontaktierungen, um Wärme zu inneren oder unteren Lagen zu transferieren. Ein Versagen beim Management der Sperrschichttemperatur führt zu reduzierter Lichtausbeute, beschleunigter Alterung und potenziellem vorzeitigem Ausfall.

8.3 Umgebungsbedingungen

Das Bauteil sollte ohne gründliche Validierung von Leistung und Zuverlässigkeit nicht unter folgenden Bedingungen verwendet werden:

• Umgebungen mit schwefelhaltigen Materialien (z.B. bestimmte Dichtungen, Klebstoffe).
• Bereiche mit hoher Luftfeuchtigkeit (über 85% RH), Kondensation, salzhaltiger Luft oder korrosiven Gasen (Chlor, Schwefelwasserstoff, Ammoniak, Schwefeldioxid, Stickoxide, etc.).

8.4 Typische Anwendungsszenarien

Basierend auf ihren Spezifikationen (hohe Leistung, weiter Abstrahlwinkel, blau/weiße Emission) ist diese LED geeignet für:

• Allgemeine Festkörperbeleuchtungsmodule.
• Architektur- und dekorative Beleuchtung.
• Hochhelle Anzeige- oder Statusleuchten.
• Hintergrundbeleuchtungseinheiten für mittelgroße Displays.
• Spezialbeleuchtungsanwendungen, die eine kompakte, robuste Quelle erfordern.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

9.1 Was ist der Unterschied zwischen Strahlungsfluss (mW) und Lichtstrom (lm)?

Der Strahlungsfluss (Φe) misst die gesamte optischeLeistungin Watt. Der Lichtstrom misst die vom menschlichen Auge wahrgenommeneHelligkeitin Lumen, gewichtet mit der Empfindlichkeitskurve des Auges (photopisches Sehen). Dieses Datenblatt spezifiziert den Strahlungsfluss. Um den Lichtstrom für eine Weißlicht-LED abzuschätzen, wird der Strahlungsfluss mit einem Lichtausbeutefaktor (lm/W) multipliziert, der von der Phosphor-Konversionseffizienz und der spektralen Ausgabe abhängt.

9.2 Warum wird ein Teststrom von 350mA angegeben, wenn der maximale Strom 700mA beträgt?

Der 350mA-Punkt ist eine Standardtestbedingung, die einen typischen Arbeitspunkt zur Charakterisierung der Leistung (Vf, Φe, Wd) darstellt. Er ermöglicht einen konsistenten Vergleich zwischen verschiedenen LED-Modellen. Der maximale Strom (700mA) ist ein absolutes Limit für kurzzeitigen oder Spitzenbetrieb, aber ein kontinuierlicher Betrieb auf diesem Niveau würde übermäßige Wärme erzeugen und wahrscheinlich die Lebensdauer reduzieren. Der optimale Treiberstrom für eine gegebene Anwendung wird durch Abwägung der gewünschten Helligkeit mit thermischen Einschränkungen und Effizienz bestimmt.

9.3 Wie wähle ich die richtige Binning-Klasse für meine Anwendung?

Die Auswahl hängt von den Anforderungen der Anwendung an Konsistenz ab:

• Spannungs-Bin (Vf): Wichtig für das Netzteil-Design. Die Verwendung von LEDs aus demselben Vf-Bin gewährleistet eine gleichmäßigere Stromverteilung in parallel geschalteten Strängen und eine stabile Treiberleistung.
• Fluss-Bin (Φe): Entscheidend für das Erreichen konsistenter Helligkeitsniveaus. Für Anwendungen, bei denen mehrere LEDs zusammen verwendet werden (z.B. ein Array), minimiert die Spezifikation eines engen Fluss-Bins (z.B. nur W1) sichtbare Helligkeitsschwankungen.
• Wellenlängen-Bin (Wd): Bei Weißlicht-LEDs kann die dominante Wellenlänge des blauen Chips die korrelierte Farbtemperatur (CCT) und den Farbwiedergabeindex (CRI) des finalen weißen Lichts beeinflussen. Engere Wellenlängen-Bins führen zu einem konsistenteren Farbeindruck.

10. Entwurfs- und Anwendungsfallstudie

10.1 Entwurf eines einfachen LED-Moduls

Betrachten Sie den Entwurf eines Moduls mit vier parallel geschalteten LTPL-C035BH470 LEDs, betrieben von einer 12V DC-Versorgung, mit einem Ziel-Betriebsstrom von 300mA pro LED.

1. Thermisches Design: Zuerst entwerfen Sie die Leiterplatte mit einer großen, freiliegenden Kupferfläche für die thermische Kontaktfläche jeder LED. Verwenden Sie mehrere Wärmeleitdurchkontaktierungen unter jeder Fläche, um mit einer Kupferebene auf der Unterseite als Wärmeverteiler verbunden zu sein.
2. Elektrisches Design: Da die LEDs parallel geschaltet sind, benötigt jede ihren eigenen strombegrenzenden Widerstand, um Vf-Schwankungen auszugleichen. Für eine typische Vf von 3,1V bei 300mA (extrapoliert von 350mA-Daten) beträgt der Widerstandswert R = (Versorgungsspannung - Vf) / If = (12V - 3,1V) / 0,3A ≈ 29,7 Ω. Ein Standard-30-Ω-Widerstand würde gewählt. Die Widerstandsbelastbarkeit muss mindestens P = I²R = (0,3)² * 30 = 2,7W betragen, daher ist ein 3W- oder 5W-Widerstand notwendig.
3. Binning-Auswahl: Um eine gleichmäßige Helligkeit zu gewährleisten, spezifizieren Sie LEDs aus demselben Strahlungsfluss-Bin (z.B. W1: 510-540mW). Die Spezifikation desselben Spannungs-Bins (z.B. V2: 3,0-3,2V) würde die Strombalance weiter verbessern.
4. Montage: Befolgen Sie das empfohlene Reflow-Profil. Nach dem Löten auf korrekte Ausrichtung und eventuelle Lötbrücken prüfen.

Dieser Fall verdeutlicht das Zusammenspiel zwischen elektrischem Design (Widerstandsberechnung, Binning), thermischem Management (Leiterplattenlayout) und Montageprozess.

11. Funktionsprinzip

Die LTPL-C035BH470 basiert auf dem Prinzip einer Halbleiter-Leuchtdiode. Elektrolumineszenz tritt auf, wenn elektrischer Strom durch das Halbleitermaterial (typischerweise auf Galliumnitrid - GaN für blaues Licht basierend) fließt, wodurch Elektronen und Löcher rekombinieren und Energie in Form von Photonen (Licht) freisetzen. Die spezifische Materialzusammensetzung bestimmt die Energie des Photons und somit die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts. Bei dieser Weißlicht-LED wird die primäre Emission des blauen Halbleiterchips teilweise durch eine Schicht aus Phosphormaterial, die den Chip beschichtet, in längere Wellenlängen (gelb, grün, rot) umgewandelt. Die Mischung aus unkonvertiertem blauem Licht und dem vom Phosphor erzeugten Licht wird vom menschlichen Auge als weißes Licht wahrgenommen. Das Gehäuse dient zum Schutz des Halbleiterchips, stellt elektrische Anschlüsse bereit, beherbergt den Phosphor und formt die Linse für die gewünschte optische Ausgabe.

12. Entwicklungstrends

Die Festkörperbeleuchtungsindustrie, zu der diese LED gehört, entwickelt sich weiterhin entlang mehrerer Schlüsselrichtungen:

• Erhöhte Effizienz: Der primäre Trend ist das Erreichen höherer Lumen pro Watt (lm/W), was mehr Lichtausbeute bei gleichem elektrischem Input bedeutet und die Energieeinsparung verbessert.
• Verbesserte Farbqualität: Fortschritte in der Phosphortechnologie zielen darauf ab, höhere Farbwiedergabeindex (CRI)-Werte und konsistentere korrelierte Farbtemperaturen (CCT) zu bieten, sodass LEDs die Lichtqualität traditioneller Quellen erreichen oder übertreffen können.
• Höhere Leistungsdichte: Entwicklung von Gehäusen, die höhere Treiberströme verarbeiten und Wärme effektiver abführen können, was hellere und kompaktere Lichtquellen ermöglicht.
• Erhöhte Zuverlässigkeit und Lebensdauer: Laufende Verbesserungen bei Materialien, Gehäusen und thermischem Management verlängern die Betriebslebensdauer von LEDs weiter und senken die Gesamtbetriebskosten.
• Intelligente und vernetzte Beleuchtung: Die Integration von Steuerelektronik und Kommunikationsschnittstellen direkt in LED-Module wird immer üblicher, was einstellbares Weißlicht (CCT-Anpassung) und die Integration in IoT-Systeme (Internet der Dinge) ermöglicht.

Bauteile wie die LTPL-C035BH470 repräsentieren einen ausgereiften Punkt in dieser Entwicklung und bieten für eine breite Palette allgemeiner Beleuchtungsanwendungen eine Balance aus Leistung, Zuverlässigkeit und Kosten.