LED-Bauteildatenblatt - Revision 3 - Lebenszyklusphase - Endgültige Freigabe - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses technische Datenblatt bietet umfassende Spezifikationen für eine Leuchtdiode (LED)-Komponente. Das Dokument liegt in seiner dritten Revision vor, was auf ein ausgereiftes und stabiles Produktdesign mit finalisierten Parametern hindeutet. Die Lebenszyklusphase ist als "Revision" bezeichnet, und das Produkt hat ein Freigabedatum vom 5. Dezember 2014. Die Gültigkeitsdauer ist als "Endgültig" markiert, was bedeutet, dass diese Version des Datenblatts für Referenz- und Designzwecke unbegrenzt gültig bleibt. Dennoch wird Nutzern stets empfohlen, für neue Designs die neueste verfügbare Dokumentation zu prüfen.

Der Kernvorteil dieser Komponente liegt in ihren klar definierten und stabilen technischen Eigenschaften, die durch mehrere Revisionen zur Optimierung von Leistung und Zuverlässigkeit entwickelt wurden. Sie eignet sich für eine Vielzahl von Anwendungen in der Allgemeinbeleuchtung, als Anzeige- oder Hintergrundbeleuchtung, bei denen konsistente Leistung erforderlich ist.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Während der bereitgestellte PDF-Auszug sich auf Dokumenten-Metadaten konzentriert, würde ein typisches LED-Datenblatt dieser Art detaillierte technische Parameter enthalten. Die folgenden Abschnitte skizzieren die erwarteten und kritischen Parameter, die die Leistung der Komponente definieren.

2.1 Lichttechnische und Farbkennwerte

Die lichttechnischen Eigenschaften sind grundlegend für das Lichtdesign. Zu den wichtigsten Parametern gehören:

• Lichtstrom:Das gesamte von der LED emittierte sichtbare Licht, gemessen in Lumen (lm). Dieser Wert wird typischerweise bei einem Standard-Teststrom (z.B. 20mA, 65mA, 150mA) und einer Sperrschichttemperatur (z.B. 25°C) angegeben.
• Dominante Wellenlänge / Farbtemperatur (CCT):Bei farbigen LEDs definiert die dominante Wellenlänge (in Nanometern) die wahrgenommene Farbe (z.B. 630nm für Rot, 525nm für Grün, 470nm für Blau). Bei weißen LEDs gibt die Farbtemperatur (in Kelvin, K) an, ob das Licht warmweiß (z.B. 2700K-3500K), neutralweiß (z.B. 4000K-5000K) oder kaltweiß (z.B. 5700K-6500K) ist.
• Farbwiedergabeindex (CRI):Bei weißen LEDs misst der CRI (Ra) die Fähigkeit, die Farben von Objekten im Vergleich zu einer idealen Lichtquelle naturgetreu wiederzugeben. Ein höherer CRI (nahe 100) ist für Anwendungen wünschenswert, die eine genaue Farbwahrnehmung erfordern.
• Abstrahlwinkel:Der Winkel, bei dem die Lichtstärke die Hälfte der maximalen Lichtstärke beträgt (typischerweise als 2θ½ bezeichnet). Gängige Abstrahlwinkel sind 120°, 140° oder spezifische schmale Strahlen.

2.2 Elektrische Parameter

Elektrische Spezifikationen sind entscheidend für Schaltungsdesign und Treiberauswahl.

• Flussspannung (V_F):Der Spannungsabfall über der LED beim Betrieb mit einem spezifizierten Flussstrom. Dies ist ein kritischer Parameter für das Netzteil-Design und das thermische Management. V_Fhat typischerweise einen Bereich (z.B. 2,8V bis 3,4V bei 20mA) und ist temperaturabhängig.
• Flussstrom (I_F):Der empfohlene Dauerbetriebsstrom. Das Überschreiten des maximal zulässigen Flussstroms kann die Lebensdauer drastisch verkürzen oder sofortigen Ausfall verursachen.
• Sperrspannung (V_R):Die maximale Spannung, die in Sperrrichtung angelegt werden kann, ohne die LED zu beschädigen. LEDs haben sehr niedrige Sperrspannungsratings (typischerweise 5V).
• Verlustleistung:Die in Wärme umgewandelte elektrische Leistung (V_F* I_F), die durch eine geeignete Kühlung abgeführt werden muss.

2.3 Thermische Eigenschaften

Die LED-Leistung und -Langlebigkeit sind stark temperaturabhängig.

• Sperrschichttemperatur (T_j):Die Temperatur am p-n-Übergang des Halbleiterchips. Die maximal zulässige T_j(z.B. 125°C) ist eine wichtige Zuverlässigkeitsgrenze.
• Thermischer Widerstand (R_θJAoder R_θJC):Der Widerstand gegen den Wärmefluss vom Übergang zur Umgebung (JA) oder zum Gehäuse (JC). Niedrigere Werte für den thermischen Widerstand weisen auf eine bessere Wärmeableitfähigkeit hin, was für die Aufrechterhaltung von Leistung und Lebensdauer entscheidend ist.
• Temperaturabwertungskurven:Diagramme, die zeigen, wie der maximale Flussstrom reduziert werden muss, wenn die Umgebungs- oder Gehäusetemperatur steigt, um die Sperrschichttemperatur innerhalb sicherer Grenzen zu halten.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Aufgrund von Fertigungstoleranzen werden LEDs nach Leistungsklassen sortiert. Dieses System stellt sicher, dass Designer Komponenten innerhalb spezifizierter Toleranzen erhalten.

• Wellenlängen- / CCT-Binning:LEDs werden in enge Wellenlängen- oder CCT-Bereiche gruppiert (z.B. 3-Stufen-, 5-Stufen-MacAdam-Ellipsen für weiße LEDs), um die Farbkonsistenz innerhalb einer Charge sicherzustellen.
• Lichtstrom-Binning:LEDs werden basierend auf ihrer gemessenen Lichtleistung unter Standardtestbedingungen sortiert, was die Auswahl von Komponenten für spezifische Helligkeitsanforderungen ermöglicht.
• Flussspannungs-Binning:Die Sortierung nach V_F-Bereich hilft beim Entwurf effizienter Treiberschaltungen und beim Management der Stromverteilung in Arrays.

4. Analyse der Leistungskurven

Grafische Daten bieten tiefere Einblicke in das Verhalten der Komponente unter variierenden Bedingungen.

• I-V (Strom-Spannungs-) Kennlinie:Zeigt die Beziehung zwischen Flussstrom und Flussspannung. Sie ist nichtlinear, und der Arbeitspunkt wird durch die Treiberschaltung eingestellt.
• Relativer Lichtstrom vs. Flussstrom:Zeigt, wie die Lichtleistung mit dem Strom ansteigt, typischerweise bei höheren Strömen aufgrund von Effizienzabfall und Erwärmung sublinear.
• Relativer Lichtstrom vs. Sperrschichttemperatur:Zeigt die Abnahme der Lichtleistung bei steigender Sperrschichttemperatur. Dieser thermische Quencheffekt ist eine kritische Designüberlegung.
• Spektrale Leistungsverteilung (SPD):Ein Diagramm, das die Intensität des emittierten Lichts bei jeder Wellenlänge darstellt. Bei weißen LEDs zeigt dies den blauen Pump-Peak und das breitere, durch Phosphor konvertierte Spektrum.

5. Mechanische und Verpackungsinformationen

Physikalische Abmessungen und Montagedetails sind für das PCB-Layout und die mechanische Integration unerlässlich.

• Gehäuseabmessungen:Detaillierte mechanische Zeichnung mit Länge, Breite, Höhe und Toleranzen (z.B. 2,8mm x 3,5mm x 1,2mm für ein 2835-Gehäuse).
• Pad-Layout (Footprint):Empfohlenes PCB-Landmuster (Pad-Größe, -Form und -Abstand), um zuverlässiges Löten und thermische Verbindung zu gewährleisten.
• Polaritätskennzeichnung:Klare Markierung (z.B. eine Kerbe, abgeschnittene Ecke oder Kathodenmarkierung), um die Anoden- und Kathodenanschlüsse für die korrekte elektrische Verbindung anzuzeigen.
• Linse und Gehäusematerial:Beschreibung des Vergussmaterials (z.B. Silikon, Epoxidharz) und der Linsenform (kuppelförmig, flach), die die Lichtverteilung beeinflussen.

6. Richtlinien zum Löten und Bestücken

Sachgemäße Handhabung und Montage sind für die Zuverlässigkeit entscheidend.

• Reflow-Lötprofil:Empfohlenes Zeit-Temperatur-Profil für bleifreies (z.B. SnAgCu) oder Zinn-Blei-Löten, einschließlich Vorwärm-, Halte-, Reflow-Spitzentemperatur (typischerweise nicht über 260°C) und Abkühlraten.
• Handlötanleitung:Falls anwendbar, Richtlinien für Temperatur und Dauer beim manuellen Löten.
• ESD-Empfindlichkeit (Elektrostatische Entladung):Die meisten LEDs sind ESD-empfindlich und müssen in einem ESD-geschützten Bereich unter Verwendung entsprechender Erdung gehandhabt werden.
• Lagerbedingungen:Empfohlene Temperatur- und Feuchtigkeitsbereiche für die Langzeitlagerung (z.B.<40°C,<60% rel. Luftfeuchte), um Feuchtigkeitsaufnahme und Degradation zu verhindern.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

Informationen zu Logistik und Beschaffung.

• Rolle/Gurt-Spezifikationen:Details zur Trägerbandbreite, Taschenabmessungen, Rolldurchmesser und Stückzahl pro Rolle (z.B. 4000 Stück pro 13-Zoll-Rolle).
• Modellnummernregel:Erläuterung, wie die Artikelnummer Schlüsselattribute wie Farbe, Lichtstrom-Bin, Spannungs-Bin, CCT und Gehäusetyp kodiert.
• Kennzeichnung und Rückverfolgbarkeit:Beschreibung der auf dem Rollenetikett gedruckten Informationen, einschließlich Artikelnummer, Los-Code, Menge und Datumscode.

8. Anwendungsempfehlungen

Anleitung zur effektiven Implementierung der Komponente.

• Typische Anwendungsschaltungen:Schaltplanbeispiele, die die LED angetrieben von einer Konstantstromquelle oder mit einem einfachen strombegrenzenden Widerstand zeigen.
• Thermisches Management-Design:Kritische Ratschläge zum PCB-Layout für die Wärmeableitung, wie die Verwendung von Wärmeleitungen, ausreichender Kupferfläche und möglicherweise einer Metallkern-Leiterplatte (MCPCB) für Hochleistungsanwendungen.
• Optische Designüberlegungen:Hinweise zu Sekundäroptiken (Linsen, Reflektoren) und den Auswirkungen des Abstrahlwinkels der LED auf die endgültige Lichtverteilung.
• Zuverlässigkeit und Lebensdauer:Diskussion der Faktoren, die die LED-Lebensdauer (L70, L50) beeinflussen, hauptsächlich bestimmt durch Betriebsstrom und Sperrschichttemperatur. Abwertungsrichtlinien zur Erzielung der Ziellebensdauern.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Während spezifische Wettbewerbernamen weggelassen werden, impliziert das Datenblatt ein Produkt, das durch drei Revisionen verfeinert wurde. Potenzielle Differenzierungspunkte basierend auf gängigen Branchenbenchmarks sind:

• Hohe Lichtausbeute:Potentiell mehr Lumen pro Watt im Vergleich zu früheren Generationen oder Standardprodukten, was zu höherer Energieeffizienz führt.
• Hervorragende Farbkonsistenz:Enge Binning-Toleranzen für Wellenlänge und CCT, die Farbverschiebungen in Multi-LED-Anordnungen reduzieren.
• Robuste thermische Leistung:Gehäusedesign mit niedrigem thermischen Widerstand, das höhere Treiberströme oder bessere Langlebigkeit in kompakten Räumen ermöglicht.
• Hohe Zuverlässigkeit und Lebensdauer:Bewährte Leistung einer ausgereiften Revision, mit Daten, die die langfristige Lichtstromerhaltung unter spezifizierten Bedingungen belegen.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

Antworten auf häufige Designfragen basierend auf technischen Parametern.

• F: Kann ich diese LED mit einer Spannungsquelle betreiben?A: Nein. LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Ein Konstantstromtreiber oder eine Spannungsquelle mit einem in Reihe geschalteten strombegrenzenden Widerstand ist zwingend erforderlich, um thermisches Durchgehen und Zerstörung zu verhindern.
• F: Warum variiert die Lichtleistung meines LED-Arrays zwischen den Einheiten?A: Dies liegt wahrscheinlich daran, dass das Flussspannungs-Binning (V_F) nicht berücksichtigt wurde. Wenn LEDs parallel ohne individuelle Stromregelung geschaltet werden, führen Unterschiede in V_Fzu ungleichmäßiger Stromverteilung. Eine Reihenschaltung oder individuelle Treiber pro LED werden empfohlen.
• F: Die LED wird mit der Zeit dunkler. Ist das normal?A: Ja, alle LEDs unterliegen einer Lichtstromdegradation. Die Rate wird hauptsächlich durch die Betriebssperrschichttemperatur bestimmt. Der Betrieb bei oder unterhalb des empfohlenen Stroms und mit effektivem thermischem Management maximiert die Lebensdauer (z.B. L70 - Zeit bis auf 70% der Anfangslumen).
• F: Welche Auswirkung hat PWM-Dimmung auf die LED-Lebensdauer?A: Richtig implementierte PWM-Dimmung (Pulsweitenmodulation) bei ausreichend hoher Frequenz (>100Hz) beeinträchtigt die LED-Lebensdauer nicht negativ, da sie die LED zwischen vollständig ein- und ausgeschaltetem Zustand schaltet, ohne die Stromamplitude zu verändern.

11. Praktische Design- und Anwendungsbeispiele

Veranschaulichende Beispiele, wie die Parameter der Komponente in reale Designs umgesetzt werden.

• Fall 1: Lineares LED-Modul für Architektur-Deckenleuchten:Ein Design mit 50 in Reihe geschalteten LEDs, angetrieben von einem einzigen Konstantstromtreiber. Die gesamte Flussspannung wird durch Summierung des typischen V_F-Werts jeder LED berechnet. Das thermische Management wird durch Montage der LEDs auf einem Aluminium-PCB-Streifen erreicht, wobei Berechnungen durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass die Sperrschichttemperatur für eine Ziel-L90-Lebensdauer von 50.000 Stunden unter 85°C bleibt.
• Fall 2: Hintergrundbeleuchtungseinheit für ein Industriedisplay:Ein Array von 100 LEDs, angeordnet in einer 10x10-Matrix auf einer Standard-FR4-Leiterplatte. Um gleichmäßige Helligkeit zu gewährleisten, werden LEDs aus einem einzigen Lichtstrom-Bin verwendet. Eine Diffusorschicht wird über das Array gelegt, um das Licht zu homogenisieren. Das Design verwendet parallele Strings aus in Reihe geschalteten LEDs mit Ausgleichswiderständen, um V_F variations.

-Toleranzen zu managen.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Eine LED ist eine Halbleiterdiode. Wenn eine Flussspannung angelegt wird, rekombinieren Elektronen aus dem n-Typ-Material mit Löchern aus dem p-Typ-Material am Übergang und setzen Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts wird durch die Bandlücke des verwendeten Halbleitermaterials bestimmt (z.B. InGaN für Blau/Grün, AlInGaP für Rot/Bernstein). Weiße LEDs werden typischerweise durch Beschichtung eines blauen LED-Chips mit einem Phosphormaterial erzeugt, das einen Teil des blauen Lichts in längere Wellenlängen (Gelb, Rot) umwandelt, was zu weißem Licht führt.

13. Technologietrends und Entwicklungen

• Die LED-Industrie entwickelt sich ständig weiter. Während dieses Datenblatt ein stabiles Produkt darstellt, umfassen breitere Trends:Erhöhte Effizienz:
• Laufende Forschung zielt darauf ab, mehr Lumen pro Watt zu erzeugen und so den Energieverbrauch bei gleicher Lichtleistung zu reduzieren.Verbesserte Farbqualität:
• Entwicklung von Phosphoren und Multi-Chip-Lösungen, um höhere CRI-Werte und gesättigtere Farben für spezielle Anwendungen zu erreichen.Miniaturisierung und Integration:
• Trends zu kleineren Gehäusegrößen (z.B. Mikro-LEDs) und integrierten Modulen, die LEDs, Treiber und Steuerschaltungen kombinieren (z.B. COB - Chip-on-Board).Intelligente und vernetzte Beleuchtung: