LED-Emitter 3030 Datenblatt - Baugröße 3.0x3.0x2.53mm - Spannung 1.8-2.6V - Leistung 1.3W - 730nm Infrarot - Technisches Dokument auf Deutsch

1. Produktübersicht

Dieser Abschnitt bietet einen umfassenden Überblick über den Infrarot-LED-Emitter, beschreibt dessen Konstruktion, Hauptmerkmale und primäre Anwendungen in modernen Pflanzenbeleuchtungssystemen.

1.1 Allgemeine Beschreibung

Bei diesem Produkt handelt es sich um eine oberflächenmontierbare (SMD) LED in einem Epoxid-Harzgehäuse (EMC). Diese Gehäusetechnologie bietet eine verbesserte Zuverlässigkeit, überlegene Wärmeableitung und robuste Leistung in anspruchsvollen Umgebungen. Die kompakten Abmessungen betragen 3.00mm Länge, 3.00mm Breite und 2.53mm Höhe, was eine hohe Bestückungsdichte auf der Leiterplatte ermöglicht. Die Hauptfunktion ist die Lichterzeugung mit einer Peak-Wellenlänge von 730 Nanometern (nm) im dunkelroten Spektralbereich, der für photomorphogenetische Reaktionen in Pflanzen entscheidend ist.

1.2 Hauptmerkmale

• Kompakte Bauform:Abmessungen von 3.00mm x 3.00mm x 2.53mm.
• Spezifische Wellenlänge:Peak-Emissionswellenlänge (λp) von 730nm, abgestimmt auf den Photorezeptor Phytochrom.
• RoHS-Konformität:Gefertigt ohne Blei oder andere eingeschränkte Gefahrstoffe.
• Lötbarkeit:Ausgelegt für bleifreie Reflow-Lötverfahren.
• Feuchteempfindlichkeit:Eingestuft mit Feuchteempfindlichkeitsstufe (MSL) 3; erfordert bei Exposition entsprechende Handhabung und Trocknung.
• Verpackung:Geliefert auf Wickelspulen mit einer Standardmenge von 3000 Stück pro Spule.
• Hohe Zuverlässigkeit:Das EMC-Gehäuse gewährleistet eine stabile Leistung unter verschiedenen Betriebsbedingungen.

1.3 Anwendungsszenarien

Diese LED ist speziell für den Einsatz in der Pflanzenbeleuchtung entwickelt, wo dunkelrotes Licht essentiell ist. Wichtige Anwendungsfälle sind:

• Kommerzielle Blumenproduktion:Steuerung von Blühzyklen und Pflanzenmorphologie.
• Gewebekulturlabore:Förderung spezifischer Wachstumsphasen in steriler Umgebung.
• Vertical Farming und Pflanzenfabriken:Integration in multispektrale Lichtrezepte für optimierte Ganzjahresproduktion.
• Gewächshaus-Zusatzbeleuchtung:Verlängerung der Photoperiode oder Bereitstellung spezifischer spektraler Eigenschaften zur Verbesserung von Wachstum und Entwicklung.
• Nacherntekonservierung:Anwendungen in der Kühlkette zur potenziellen Beeinflussung von Frische und Haltbarkeit, obwohl dies ein neues Forschungsfeld ist.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Eine eingehende Betrachtung der elektrischen, optischen und thermischen Kenngrößen unter Standardtestbedingungen (Ts=25°C).

2.1 Elektrische und optische Eigenschaften

Die folgende Tabelle beschreibt die kritischen Leistungsparameter. Der Teststrom für die meisten optischen Spezifikationen beträgt 350mA.

• Flussspannung (VF):Liegt im Bereich von minimal 1.8V bis maximal 2.6V bei 350mA. Ein typischer Wert wird nicht spezifiziert; der Bereich gibt die zu erwartende Spannungsabfall über dem Bauteil an.
• Peak-Wellenlänge (λp):Definiert zwischen 730nm und 740nm. Diese enge Binning gewährleistet eine konsistente spektrale Ausgabe für präzise landwirtschaftliche Anwendungen.
• Gesamter Strahlungsfluss (Φe):Misst die gesamte abgegebene optische Leistung im Bereich von 180mW bis 480mW. Dieser weite Bereich erfordert sorgfältiges Binning für das Anwendungsdesign.
• Abstrahlwinkel (2θ1/4):Etwa 60 Grad; definiert die Winkelverteilung des emittierten Lichts.
• Wärmewiderstand (R_THJ-S):Der Wärmewiderstand vom Chip zum Lötpunkt beträgt 14°C/W. Dieser Wert ist entscheidend für das thermische Management, um Überhitzung zu verhindern.
• Sperrstrom (I_R):Maximal 10µA bei einer Sperrspannung von 5V, was die Leckstromeigenschaften der Diode angibt.

2.2 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, deren Überschreitung zu bleibenden Schäden führen kann. Betrieb an oder nahe diesen Grenzen wird nicht empfohlen.

• Verlustleistung (P_D):Maximal 1.3 Watt. Dies ist die Gesamtleistung, die das Gehäuse abführen kann.
• Flussstrom (I_F):Maximaler kontinuierlicher Gleichstrom von 500mA. Ein Pulsstromwert kann höher liegen, ist hier aber nicht spezifiziert.
• Sperrspannung (V_R):Maximal 5V. Ein Überschreiten kann zum Durchbruch führen.
• Elektrostatische Entladung (ESD):Hält 2000V (Human Body Model) stand, was eine moderate Handhabungsrobustheit anzeigt.
• Temperaturbereiche:Betriebstemperatur von -40°C bis +85°C; Lagertemperatur von -40°C bis +100°C.
• Maximale Sperrschichttemperatur (T_J):Absolutes Maximum von 115°C. Das System muss so ausgelegt sein, dass die Sperrschichttemperatur im Betrieb deutlich unter diesem Limit bleibt.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Obwohl im Dokument kein formeller Binning-Code explizit angegeben ist, stellen die spezifizierten Parameterbereiche effektiv eine Binning-Struktur dar. Entwickler müssen diese Variationen beim Entwurf von Schaltungen und Lichtmodulen berücksichtigen.

• Wellenlängen-Binning:Der Bereich von 730-740nm ist für eine Dunkelrot-LED relativ eng und gewährleistet die für die Phytochrom-Aktivierung in Pflanzen kritische spektrale Konsistenz.
• Strahlungsfluss-Binning:Der weite Ausgangsbereich (180-480mW) deutet darauf hin, dass für Anwendungen, die eine gleichmäßige Lichtintensität erfordern, LEDs vom Hersteller oder Assembler ausgewählt oder in Untergruppen gebinnt werden müssen.
• Flussspannungs-Binning:Der Bereich von 1.8-2.6V muss in der Treiberauslegung berücksichtigt werden, insbesondere für in Reihe geschaltete Arrays, um eine gleichmäßige Stromverteilung sicherzustellen.

4. Analyse der Leistungskurven

Die typischen Kennlinien geben Aufschluss über das Verhalten des Bauteils unter variierenden Bedingungen.

4.1 Flussspannung vs. Flussstrom (IV-Kurve)

Die Kurve zeigt eine für Dioden typische nichtlineare Beziehung. Bei dem empfohlenen Betriebsstrom von 350mA liegt die Flussspannung voraussichtlich in der Mitte des Bereichs von 1.8-2.6V. Die Kurve hilft bei der Auswahl einer geeigneten Treiber-Compliance-Spannung.

4.2 Relative Intensität vs. Flussstrom

Diese Kurve zeigt das Sättigungsverhalten der optischen Ausgangsleistung. Die Intensität steigt mit dem Strom, möglicherweise jedoch nicht linear, insbesondere wenn thermische Effekte bei höheren Strömen bedeutsam werden. Der Betrieb bei etwa 350mA scheint in einem effizienten Bereich zu liegen.

4.3 Relative Intensität vs. Gehäusetemperatur

Die Ausgangsleistung nimmt mit steigender Gehäusetemperatur (T_s) ab. Dieser thermische Droop-Effekt ist für Pflanzenbeleuchtungsanwendungen kritisch, wo über lange Zeiträume eine konstante Lichtausbeute erforderlich ist. Eine ausreichende Wärmeableitung ist wesentlich, um Leistungsverluste zu mindern.

4.4 Spektrale Verteilung

Das Spektrum bestätigt den dominierenden Peak bei 730nm mit einer für AlGaAs-basierte LEDs typischen Halbwertsbreite (FWHM). Die Emission im sichtbaren Spektrum ist minimal, sodass es sich um eine reine Dunkelrot-Quelle handelt.

4.5 Abstrahlcharakteristik

Das Polardiagramm zeigt ein lambertstrahlerähnliches Abstrahlmuster mit einem Öffnungswinkel von 60 Grad, was nützlich für die Berechnung der räumlichen Bestrahlungsstärkeverteilung auf Pflanzenbeständen ist.

4.6 Flussstrom vs. Gehäusetemperatur

Diese Derating-Kurve zeigt, dass der maximal zulässige Flussstrom mit steigender Umgebungs- oder Gehäusetemperatur abnimmt. Dies ist ein entscheidendes Diagramm zur Bestimmung sicherer Betriebsbedingungen in geschlossenen Leuchten.

5. Mechanische und Verpackungsinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen und Layout

Detaillierte mechanische Zeichnungen spezifizieren den exakten Bestückungsbereich.

• Drauf-/Draufsicht (Top/Bottom View):Zeigt den 3.00mm x 3.00mm Umriss. Die Kathodenkennzeichnung ist markiert.
• Seitenansicht (Side View):Bestätigt die 2.53mm Höhe, inklusive Linse und Anschlüsse.
• Polaritätskennzeichnung:Die Kathode ist typischerweise durch eine Kerbe, eine Fase oder eine andere visuelle Markierung auf dem Gehäuse gekennzeichnet. Die korrekte Ausrichtung ist für die Leiterplattenbestückung entscheidend.
• Lötflächenmuster (Soldering Pad Pattern):Empfohlene Abmessungen für die Leiterplatten-Lötflächen werden angegeben, um zuverlässige Lötstellen und eine korrekte mechanische Ausrichtung während des Reflow-Prozesses sicherzustellen.
• Toleranzen:Alle nicht spezifizierten Maßtoleranzen sind ±0.2mm.

5.2 Verpackung für automatisierte Bestückung

Das Bauteil wird in einer Band- und Wickelverpackung geliefert, die mit standardmäßigen SMD-Bestückungsautomaten kompatibel ist.

• Trägerband (Carrier Tape):Abmessungen für Taschengröße, Teilung und Bandbreite sind spezifiziert, um die Kompatibilität mit Zuführeinrichtungen sicherzustellen.
• Spulenabmessungen (Reel Dimensions):Details zu Standard-Spulendurchmesser, -breite und Nabenmaße werden für Logistik und Maschineneinrichtung bereitgestellt.
• Verpackungsmenge:3000 Stück pro Spule ist die Standardverpackungseinheit.

6. Löt- und Bestückungsrichtlinien

6.1 Anleitung für SMD-Reflow-Löten

Die LED ist für bleifreie Reflow-Lötprozesse ausgelegt. Ein typisches Reflow-Profil muss eingehalten werden:

• Vorwärmphase:Langsames Aufheizen, um Flussmittel zu aktivieren und thermischen Schock zu minimieren.
• Einweichzone (Soak Zone):Ermöglicht die Temperaturstabilisierung auf der gesamten Leiterplatte.
• Reflow-Zone:Die Spitzentemperatur darf die maximale Gehäusetoleranz nicht überschreiten (typischerweise 260°C für wenige Sekunden, der genaue Wert sollte den vollständigen Profildaten entnommen werden). Die Feuchteempfindlichkeitsstufe (MSL 3) schreibt vor, dass Bauteile nach Öffnen der Verpackung innerhalb von 168 Stunden verwendet oder vor dem Reflow getrocknet werden müssen.
• Abkühlung:Kontrollierte Abkühlung zur Bildung zuverlässiger Lötstellen.

Es ist kritisch, während der Platzierung übermäßige mechanische Belastung zu vermeiden und sicherzustellen, dass das Lötprofil die thermischen Grenzen der LED nicht überschreitet, um Risse in der Linse oder interne Delamination zu verhindern.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

Spezifische Artikelnummern werden gemäß den Richtlinien ausgelassen, die Verpackungsspezifikation ist jedoch klar.

• Standardverpackung:Band und Spule.
• Menge pro Spule:3000 Einheiten.
• Etikettierung:Spulenetiketten enthalten typischerweise Artikelnummer, Menge, Losnummer und Datumscode zur Rückverfolgbarkeit.
• Kartonverpackung:Mehrere Spulen werden zum Versand und zur Lagerung in Kartons verpackt, mit Angaben zu Kartonabmessungen und Packmenge.

8. Anwendungsempfehlungen und Designüberlegungen

Schaltungsentwurf:Verwenden Sie einen Konstantstromtreiber, der für den Flussspannungsbereich geeignet ist. Bei Reihenschaltung muss die Treiber-Compliance-Spannung die Summe der maximalen V_F-Werte aller LEDs plus Reserve abdecken. Parallelschaltung wird ohne zusätzliche Stromausgleichsmaßnahmen nicht empfohlen.

Thermisches Management:Der Wärmewiderstand von 14°C/W erfordert einen effektiven Wärmeabfuhrpfad. Verwenden Sie eine Leiterplatte mit ausreichenden Wärmedurchkontaktierungen und ggf. einen externen Kühlkörper. Überwachen Sie die Temperatur am Lötpunkt, um sicherzustellen, dass T_Junter 115°C bleibt, vorzugsweise niedriger für eine lange Lebensdauer.

Optische Integration:Der 60-Grad-Abstrahlwinkel bietet einen guten Kompromiss zwischen Streuung und Intensität. Für fokussierte Anwendungen können Sekundäroptiken erforderlich sein. Berücksichtigen Sie die spektralen Bedürfnisse der Zielpflanzen; 730nm wird oft in Kombination mit roten (660nm) und blauen LEDs für vollständige Spektralrezepte eingesetzt.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu sichtbaren Standard-LEDs oder älteren Gehäusetypen bietet dieses Bauteil spezifische Vorteile:

• Verglichen mit Kunststoffgehäuse-LEDs:Das EMC-Gehäuse bietet eine überlegene Beständigkeit gegen Feuchtigkeit und thermische Belastung, was zu einer längeren Lebensdauer und stabiler Leistung in Gewächshausumgebungen führt.
• Verglichen mit breitbandigeren LEDs:Der schmale 730nm Peak ermöglicht eine gezielte photobiologische Wirkung ohne Energieverschwendung auf ungenutzte Wellenlängen und verbessert so die Systemeffizienz (µmol/J).
• Verglichen mit größeren Gehäusen:Das 3030-Bestückungsbild ermöglicht Arrays mit höherer Dichte, was eine gleichmäßigere Lichtverteilung über eine Pflanzenfläche erlaubt.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Was ist der typische Betriebsstrom?

A: Während der absolute Maximalwert 500mA beträgt, werden die elektrischen/optischen Eigenschaften bei 350mA getestet, was wahrscheinlich der empfohlene Betriebspunkt für optimale Leistung und Langlebigkeit ist.

F: Wie ist der weite Strahlungsflussbereich (180-480mW) zu interpretieren?

A: Dies deutet auf natürliche Fertigungsschwankungen hin. Für eine konsistente Lichtausbeute in einem Leuchtensystem sollten Sie den Lieferanten nach Binning-Optionen für den Strahlungsfluss fragen oder eine optische Regelung in Ihrem System implementieren.

F: Kann diese LED im gepulsten Betrieb verwendet werden?

A: Das Datenblatt spezifiziert keine Pulsstromwerte. Für gepulsten Betrieb (z.B. für die Photosyntheseforschung) kann der Momentanstrom höher sein, aber die Durchschnittsleistung und die Sperrschichttemperatur dürfen die Maximalwerte nicht überschreiten. Spezifische Tests werden empfohlen.

F: Wie kritisch ist die 730nm Wellenlänge für Pflanzen?

A: Sie ist sehr spezifisch. Phytochrom, ein wichtiger Pflanzen-Photorezeptor, existiert in zwei ineinander umwandelbaren Formen (Pr und Pfr). 730nm-Licht wandelt hauptsächlich Pfr in Pr um und beeinflusst Prozesse wie Schattenvermeidung, Blühinduktion und Samenkeimung.

11. Praktische Anwendungsbeispiele

Fallstudie 1: Salatproduktion im Vertical Farm

In einer mehrschichtigen Vertical Farm werden Arrays dieser 730nm LEDs mit 660nm roten und 450nm blauen LEDs kombiniert. Das Dunkelrotlicht wird in der finalen Wachstumsphase eingesetzt, um die Blattentfaltung zu fördern und das Streckungswachstum zu reduzieren, was zu einem kompakteren, marktfähigen Salatkopf führt. Die 3030 Gehäusegröße ermöglicht eine dichte Anordnung auf linearen Modulen für gleichmäßige Lichtabdeckung.

Fallstudie 2: Blühkontrolle bei Erdbeeren im Gewächshaus

In einem traditionellen Gewächshaus werden diese LEDs als Zusatzbeleuchtung installiert. Durch die Bereitstellung einer niedrigen Intensität an 730nm Licht am Ende des Tages (End-of-Day-Beleuchtung) können Anbauer das Phytochrom-Gleichgewicht manipulieren, um die Blüte bei Erdbeerpflanzen zu induzieren und zu synchronisieren, was zu vorhersehbareren und ertragreicheren Ernten führt.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Dies ist eine halbleitende Leuchtdiode. Wird eine Flussspannung zwischen Anode und Kathode angelegt, rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich des Halbleiterchips (typischerweise basierend auf Aluminium-Gallium-Arsenid - AlGaAs für diese Wellenlänge). Dieser Rekombinationsprozess setzt Energie in Form von Photonen frei. Die spezifische Bandlückenenergie des Halbleitermaterials bestimmt die Wellenlänge des emittierten Lichts. Für 730nm beträgt die Bandlückenenergie etwa 1.7 Elektronenvolt (eV). Das EMC-Gehäuse dient dem Schutz des empfindlichen Chips, stellt eine primäre Optik zur Strahlformung bereit und ermöglicht die Wärmeableitung vom Chip.

13. Entwicklungstrends bei LEDs für die Pflanzenbeleuchtung

Der Markt für Pflanzenbeleuchtungs-LEDs entwickelt sich rasch. Relevante Trends für dieses Produkt sind:

• Erhöhte Effizienz:Laufende Forschung und Entwicklung zielen darauf ab, die Gesamteffizienz (Strahlungsfluss pro elektrischer Watt) von Dunkelrot-LEDs zu verbessern und so die Betriebskosten von Wachstumslampen zu senken.
• Verbesserte Zuverlässigkeit:Weitere Verbesserungen bei EMC- und anderen Gehäusematerialien, um noch höheren Temperaturen und Luftfeuchtigkeit für längere Lebensdauern standzuhalten (oft mit einem Ziel von 50.000+ Stunden).
• Spektrale Anpassung:Obwohl es sich hier um einen monochromatischen Emitter handelt, wächst das Interesse an Multi-Chip-Packages oder neuartigen Phosphoren, die mehrere Wellenlängen (z.B. Tiefrot und Dunkelrot) in einem einzigen Gehäuse kombinieren, um das Systemdesign zu vereinfachen.
• Intelligente und dynamische Beleuchtung:Integration mit Sensoren und Steuerungssystemen, um variable Lichtspektren und Intensitäten basierend auf dem aktuellen Pflanzenbedarf, dem Wachstumsstadium oder Umweltbedingungen bereitzustellen. Die konsistente Leistung von Bauteilen wie dieser 730nm LED ist grundlegend für solche Präzisionslandwirtschaftssysteme.
• Standardisierung:Entwicklung von Industriestandards für die Messung und Berichterstattung pflanzenbaulich relevanter Kenngrößen, wie z.B. Photonenfluss im Bereich der photosynthetischen Photonenflussdichte (PPFD) und spezifischer Photonenfluss für Dunkelrotstrahlung.