LED-Lampe 3294-15UBGC/S400-A6 Datenblatt - Superblau 505nm - 3,5V - 20mA - 90° Abstrahlwinkel - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die 3294-15UBGC/S400-A6 ist eine hochhelle LED-Lampe für Anwendungen, die eine überragende Lichtleistung erfordern. Dieses Bauteil nutzt einen InGaN/SiC-Chip, um eine superblaue Lichtfarbe mit einer wasserklaren Linse zu erzeugen. Es zeichnet sich durch seine Zuverlässigkeit, Robustheit und Verfügbarkeit in verschiedenen Verpackungsoptionen wie Tape & Reel aus.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Der primäre Vorteil dieser LED-Serie ist ihre gesteigerte Helligkeit, was sie für Hintergrundbeleuchtungen und Anzeigeanwendungen geeignet macht, bei denen hohe Sichtbarkeit entscheidend ist. Zu den wichtigsten Zielmärkten und Anwendungen gehören Fernsehgeräte, Computermonitore, Telefone und allgemeine Computerausrüstung, bei denen eine gleichmäßige und helle blaue Beleuchtung erforderlich ist.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Analyse der wichtigsten elektrischen, optischen und thermischen Parameter des Bauteils, wie im Datenblatt definiert.

2.1 Absolute Maximalwerte

Die absoluten Maximalwerte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Der Betrieb der LED unter diesen Bedingungen wird nicht empfohlen. Die Werte gelten bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C.

• Dauer-Durchlassstrom (IF):25 mA. Dies ist der maximale Gleichstrom, der kontinuierlich an die LED angelegt werden kann.
• Spitzen-Durchlassstrom (IF(Peak)):100 mA. Dieser Wert gilt typischerweise für kurze Impulsbedingungen und darf nicht überschritten werden.
• Sperrspannung (VR):5 V. Das Anlegen einer Sperrspannung über diesem Grenzwert kann zum Sperrschichtdurchbruch führen.
• Verlustleistung (Pd):120 mW. Dies ist die maximale Leistung, die das Gehäuse abführen kann, berechnet als Durchlassspannung (VF) * Durchlassstrom (IF).
• Betriebstemperatur (Topr):-40°C bis +85°C. Der Umgebungstemperaturbereich für einen zuverlässigen Betrieb.
• Lagertemperatur (Tstg):-40°C bis +100°C.
• Elektrostatische Entladung (ESD):1000 V (Human Body Model). Dies weist auf eine moderate ESD-Empfindlichkeit hin; geeignete Handhabungsverfahren sind erforderlich.
• Löttemperatur (Tsol):260°C für 5 Sekunden. Dies definiert die Toleranz des Reflow-Lötprofils.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Die elektro-optischen Eigenschaften werden bei einem Standard-Prüfstrom von IF=20mA und Ta=25°C gemessen, was typischen Betriebsbedingungen entspricht.

• Lichtstärke (Iv):400 (Min.) bis 800 (Typ.) mcd. Dieser weite Binning-Bereich zeigt Produktionsschwankungen an; Konstrukteure sollten den Minimalwert für die Helligkeit im ungünstigsten Fall berücksichtigen.
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):90° (Typisch). Dies definiert den vollen Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte ihres Spitzenwertes abfällt, was ein breites Abstrahlmuster bietet.
• Spitzenwellenlänge (λp):502 nm (Typisch). Die Wellenlänge, bei der die spektrale Emission am stärksten ist.
• Dominante Wellenlänge (λd):505 nm (Typisch). Die vom menschlichen Auge wahrgenommene Einzelwellenlänge, die die Farbe als \"superblau\" definiert.
• Spektrale Strahlungsbandbreite (Δλ):30 nm (Typisch). Die spektrale Breite bei halber Maximalintensität.
• Durchlassspannung (VF):3,5 V (Typisch), 4,3 V (Maximal) bei 20mA. Dieser Parameter ist entscheidend für die Treiberauslegung und die Wahl der Stromversorgung.
• Sperrstrom (IR):50 μA (Maximal) bei VR=5V.

Messtoleranzen:Das Datenblatt vermerkt spezifische Unsicherheiten: ±0,1V für VF, ±10% für Iv und ±1,0nm für λd. Diese müssen in Präzisionsanwendungen berücksichtigt werden.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Produkt nutzt ein Binning-System, um Einheiten basierend auf wichtigen optischen und elektrischen Parametern zu kategorisieren, um die Konsistenz innerhalb einer Charge sicherzustellen. Die Etikettenerklärung definiert diese Bins:

• CAT:Ränge der Lichtstärke (Iv). Entspricht dem Bereich von 400-800 mcd.
• HUE:Ränge der dominanten Wellenlänge (λd). Gruppiert LEDs nach ihrem spezifischen Blauton um 505nm.
• REF:Ränge der Durchlassspannung (VF). Gruppiert LEDs nach ihrem Spannungsabfall, wichtig für die Stromanpassung in Reihenschaltungen.

Konstrukteure sollten die für ihre Anwendung erforderlichen Bins angeben oder kennen, um Farb- und Helligkeitsgleichmäßigkeit zu gewährleisten.

4. Analyse der Kennlinien

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

4.1 Relative Intensität vs. Wellenlänge

Diese Kurve zeigt die spektrale Leistungsverteilung, die bei etwa 502nm mit einer Bandbreite (Δλ) von 30nm ihren Höhepunkt erreicht und die monochromatische blaue Emission bestätigt.

4.2 Richtcharakteristik

Das Polardiagramm veranschaulicht den 90° Abstrahlwinkel und zeigt ein nahezu lambertisches Abstrahlmuster, bei dem die Intensität mit dem Kosinus des Betrachtungswinkels abnimmt.

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

Die I-V-Kennlinie ist exponentiell, typisch für eine Diode. Beim Prüfstrom von 20mA beträgt die Spannung typischerweise 3,5V. Die Kurve ist für das thermische Design wesentlich, da VF einen negativen Temperaturkoeffizienten hat.

4.4 Relative Intensität vs. Durchlassstrom (L-I-Kennlinie)

Die Lichtstärke steigt überlinear mit dem Strom an, bevor sie bei höheren Strömen möglicherweise sättigt. Ein Betrieb über den empfohlenen 20mA kann die Ausgangsleistung erhöhen, verringert jedoch aufgrund erhöhter Wärme den Wirkungsgrad und die Lebensdauer.

4.5 Thermische Eigenschaften

Relative Intensität vs. Umgebungstemperatur:Die Lichtleistung nimmt mit steigender Umgebungstemperatur ab. Diese Entlastung ist für Anwendungen in Hochtemperaturumgebungen kritisch.
Durchlassstrom vs. Umgebungstemperatur:Bei einer Konstantspannungsansteuerung würde der Strom aufgrund der abnehmenden VF mit der Temperatur ansteigen. Dies unterstreicht die Bedeutung von Konstantstromtreibern für einen stabilen Betrieb.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Zeichnung der Gehäuseabmessungen

Die mechanische Zeichnung liefert kritische Abmessungen für das Leiterplatten-Layout und den Bauraum. Wichtige Hinweise sind:
1. Alle Abmessungen sind in Millimetern.
2. Die Flanschhöhe muss kleiner als 1,5mm (0,059\") sein.
3. Standardtoleranz ist ±0,25mm, sofern nicht anders angegeben.

5.2 Polungskennzeichnung

Die LED hat eine Kathoden- und eine Anodenanschlussleitung. Typischerweise ist die längere Leitung die Anode (+), und die flache Seite an der Linse oder eine Markierung am Flansch kennzeichnet die Kathode (-). Das Leiterplatten-Layout muss dieser Ausrichtung entsprechen.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Eine ordnungsgemäße Handhabung ist für die Aufrechterhaltung der LED-Leistung und Zuverlässigkeit unerlässlich.

6.1 Anschlussbiegung

• Biegen Sie die Anschlüsse an einer Stelle mindestens 3mm von der Epoxidharz-Linse entfernt.
• Führen Sie das Biegen vor dem Löten durch.
• Vermeiden Sie mechanische Belastung des Gehäuses. Falsch ausgerichtete Leiterplattenlöcher, die zu Anschlussbelastung führen, können das Epoxidharz schädigen.
• Schneiden Sie die Anschlüsse bei Raumtemperatur.

6.2 Lagerbedingungen

• Lagern Sie nach dem Versand bei ≤30°C und ≤70% relativer Luftfeuchtigkeit. Die Haltbarkeit beträgt 3 Monate.
• Für längere Lagerung (bis zu 1 Jahr) verwenden Sie einen versiegelten Behälter mit Stickstoff und Trockenmittel.
• Vermeiden Sie schnelle Temperaturwechsel in feuchter Umgebung, um Kondensation zu verhindern.

6.3 Lötprozess

Allgemeine Regel:Halten Sie einen Mindestabstand von 3mm von der Lötstelle zur Epoxidharz-Linse ein.
Handlöten:Lötspitzentemperatur max. 300°C (max. 30W), Lötzeit max. 3 Sekunden.
Wellen-/Tauchlöten:Vorwärmen max. 100°C (max. 60 Sekunden). Lötbad max. 260°C für 5 Sekunden.
Profil:Ein empfohlenes Löttemperaturprofil-Diagramm wird bereitgestellt, das eine kontrollierte Aufheiz-, Spitzen- und Abkühlphase betont.
Kritische Hinweise:
- Vermeiden Sie Belastung der Anschlüsse während der Hochtemperaturphasen.
- Löten Sie (tauchen/hand) nicht mehr als einmal.
- Schützen Sie die LED vor Stößen/Vibrationen, bis sie auf Raumtemperatur abgekühlt ist.
- Vermeiden Sie schnelles Abkühlen von der Spitzentemperatur.
- Verwenden Sie die niedrigstmögliche Temperatur, die eine zuverlässige Lötstelle gewährleistet.

6.4 Reinigung

• Reinigen Sie nur mit Isopropylalkohol bei Raumtemperatur für ≤1 Minute.
• Vermeiden Sie Ultraschallreinigung. Wenn unbedingt erforderlich, qualifizieren Sie den Prozess vorab, um sicherzustellen, dass keine Schäden auftreten.

6.5 Wärmemanagement

Ein ordnungsgemäßes thermisches Design ist zwingend erforderlich. Der Betriebsstrom muss basierend auf der Umgebungstemperatur der Anwendung und dem thermischen Widerstand der Montage entsprechend reduziert werden. Beziehen Sie sich zur Orientierung auf Entlastungskennlinien (implizit, obwohl nicht explizit im vorliegenden Auszug gezeigt). Unzureichende Wärmeableitung führt zu reduzierter Lichtleistung, Farbverschiebung und beschleunigtem Leistungsabfall.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Verpackungsspezifikation

Die LEDs sind verpackt, um Schäden während des Versands und der Lagerung zu verhindern:
- Primärverpackung:Antistatische Beutel.
- Sekundärverpackung:Innenschachtel mit 4 Beuteln.
- Tertiärverpackung:Außenschachtel mit 10 Innenschachteln.
Verpackungsmenge:Mindestens 200 bis 1000 Stück pro Beutel. Eine volle Außenschachtel enthält 40 Beutel (4 Beutel/Innenschachtel * 10 Innenschachteln).

7.2 Etikettenerklärung

Etiketten auf der Verpackung enthalten folgende Informationen für Rückverfolgbarkeit und Identifikation: CPN (Kunden-Teilenummer), P/N (Hersteller-Teilenummer: 3294-15UBGC/S400-A6), QTY (Menge), CAT/HUE/REF (Binning-Codes) und LOT No. (Losnummer für Rückverfolgbarkeit).

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

Diese LED ist ideal für:
- Hintergrundbeleuchtung:Für LCD-Panels in Fernsehern, Monitoren und Industriedisplays, die eine blaue Hintergrundbeleuchtung oder Teil eines RGB-Weißlichtsystems benötigen.
- Statusanzeigen:Hochhelle Strom-, Aktivitäts- oder Modusanzeigen in Telekommunikations- und Computerausrüstung.
- Dekorative Beleuchtung:Akzentbeleuchtung, bei der ein lebhaftes Blau gewünscht ist.

8.2 Konstruktionsüberlegungen

• Treiberauswahl:Verwenden Sie einen Konstantstromtreiber, der auf 20mA (oder niedriger für weniger Wärme/längere Lebensdauer) eingestellt ist, um eine stabile Lichtleistung und Farbe zu gewährleisten. Berücksichtigen Sie den typischen Durchlassspannungsabfall von 3,5V.
• Strombegrenzungswiderstand:Bei Verwendung einer Spannungsquelle berechnen Sie den Vorwiderstand präzise unter Verwendung der maximalen VF (4,3V), um sicherzustellen, dass der Strom unter ungünstigsten Bedingungen niemals den absoluten Maximalwert überschreitet.
• Thermisches Management:Gestalten Sie die Leiterplatte mit ausreichender Kupferfläche oder verwenden Sie eine Metallkern-Leiterplatte (MCPCB) zur Wärmeableitung, insbesondere in geschlossenen Räumen oder bei hohen Umgebungstemperaturen.
• Optisches Design:Der 90° Abstrahlwinkel eignet sich für die Flächenbeleuchtung. Für gebündeltes Licht können Sekundäroptiken (Linsen) erforderlich sein.
• ESD-Schutz:Implementieren Sie ESD-Schutz auf den Eingangsleitungen und stellen Sie sicher, dass das Montagepersonal ordnungsgemäße Erdungsbänder verwendet.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Während ein direkter Wettbewerbsvergleich nicht im Datenblatt enthalten ist, können die wichtigsten Unterscheidungsmerkmale dieser LED abgeleitet werden:
- Hochhelligkeits-Bin:Mit einer typischen Intensität von 800mcd bei 20mA bietet sie eine hohe Lichtausbeute für ein Standard-3mm- oder 5mm-LED-Lampengehäuse.
- Spezifischer Farbpunkt:Das 505nm \"Superblau\" ist ein besonderer Farbton, der sich möglicherweise von Royal-Blau (~450nm) oder Reinblau (~470nm) LEDs unterscheidet.
- Robuste Konstruktion:Der Fokus auf Zuverlässigkeit und bleifreie Konstruktion erfüllt moderne Umwelt- und Haltbarkeitsstandards.
- Umfassende Dokumentation:Detaillierte Handhabungs-, Löt- und Lagerrichtlinien reduzieren das Anwendungsrisiko.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F1: Kann ich diese LED dauerhaft mit 25mA betreiben?
A1: Obwohl der absolute Maximalwert 25mA beträgt, sind die elektro-optischen Eigenschaften bei 20mA spezifiziert. Für einen zuverlässigen Langzeitbetrieb und unter Berücksichtigung thermischer Effekte wird dringend empfohlen, bei oder unter 20mA zu arbeiten. Verwenden Sie den Maximalwert nur als Belastungsgrenze, nicht als Betriebspunkt.

F2: Warum gibt es einen so großen Bereich bei der Lichtstärke (400-800 mcd)?
A2: Dies liegt an Produktionsschwankungen im Halbleiterepitaxie- und Chipherstellungsprozess. Die Bauteile werden nach der Produktion gebinnt (CAT-Code). Für gleichmäßige Helligkeit in einer Anordnung geben Sie ein enges Bin an oder verwenden Sie LEDs aus derselben Produktionscharge.

F3: Wie interpretiere ich die \"typischen\" Werte im Datenblatt?
A3: \"Typisch\" repräsentiert den Mittelwert oder häufigsten Wert aus der Produktion. Das Design sollte auf \"Minimal\"-Werten für garantierte Leistung basieren (z.B. 400 mcd für Helligkeit im ungünstigsten Fall) und auf \"Maximal\"-Werten für Belastungsberechnungen (z.B. 4,3V für Widerstandsberechnung).

F4: Ist ein Kühlkörper notwendig?
A4: Für den Betrieb bei 20mA in moderaten Umgebungstemperaturen (<50°C) kann die interne Verlustleistung (~70mW) durch die Anschlüsse und Standard-Leiterplattenkupfer abgeführt werden. Bei höheren Umgebungstemperaturen, höheren Strömen oder in geschlossenen Gehäusen ist zusätzliches thermisches Management (z.B. mehr Kupfer, MCPCB) unerlässlich, um Überhitzung und vorzeitigen Ausfall zu verhindern.

11. Praktisches Anwendungsbeispiel

Szenario: Entwurf einer Statusanzeigetafel für einen rahmenmontierten Netzwerkswitch.
1. Anforderung:Eine helle blaue \"Link Aktiv\"-Anzeige, die aus mehreren Metern Entfernung sichtbar ist.
2. Auswahl:Die 3294-15UBGC/S400-A6 wird aufgrund ihrer hohen Helligkeit (800mcd typ) und ihres geeigneten Abstrahlwinkels (90°) gewählt.
3. Schaltungsentwurf:Das System verwendet eine 5V-Schiene. Ein Vorwiderstand wird berechnet: R = (V_Versorgung - VF_max) / IF = (5V - 4,3V) / 0,020A = 35 Ohm. Ein Standard-36-Ohm-Widerstand wird gewählt, der den Strom bei VF_typ auf ~19,4mA begrenzt, was sicher ist und ausreichende Helligkeit bietet.
4. Leiterplatten-Layout:Das LED-Layout wird mit einer kleinen Kupferfläche platziert, die mit der Kathodenanschlussleitung verbunden ist, um eine geringe Wärmeableitung zu ermöglichen. Das Tafeldesign enthält einen Lichtleiter, um das Licht zu führen und zu streuen.
5. Montage:LEDs werden handgelötet mit einem temperaturgeregelten Lötkolben, eingestellt auf 280°C, wobei die Lötstelle >3mm vom Gehäuse entfernt ist und innerhalb von 2 Sekunden abgeschlossen wird.

12. Einführung in das Technologieprinzip

Diese LED basiert auf einer Halbleiter-Heterostruktur. Die aktive Zone verwendet Indiumgalliumnitrid (InGaN), das auf einem Siliziumkarbid (SiC)-Substrat gewachsen ist. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, werden Elektronen und Löcher in die aktive Zone injiziert, wo sie rekombinieren und Energie in Form von Photonen (Licht) freisetzen. Die spezifische Zusammensetzung der InGaN-Legierung bestimmt die Bandlückenenergie, die wiederum die Wellenlänge des emittierten Lichts definiert – in diesem Fall etwa 505nm (blau). Die wasserklare Epoxidharzlinse verkapselt den Chip, bietet mechanischen Schutz und formt den Lichtausgangsstrahl (90° Abstrahlwinkel).

13. Technologieentwicklungstrends

Die Entwicklung der LED-Technologie wie bei diesem Bauteil folgt mehreren wichtigen Trends:
1. Erhöhter Wirkungsgrad:Fortlaufende Verbesserungen in der Materialwissenschaft und im Chipdesign zielen darauf ab, mehr Lumen pro Watt (lm/W) zu erzeugen und so den Stromverbrauch bei gleicher Lichtleistung zu reduzieren.
2. Farbpräzision und -konsistenz:Fortschritte in der epitaktischen Schichtung und Binning-Prozesse führen zu engeren Wellenlängen- und Intensitätsverteilungen, was die Farbgleichmäßigkeit in Arrays verbessert.
3. Verbesserte Zuverlässigkeit und Lebensdauer:Bessere Verpackungsmaterialien, thermische Schnittstellen und Treiberintegration tragen zu längeren Betriebslebensdauern unter rauen Bedingungen bei.
4. Miniaturisierung und Integration:Während diskrete Lampen beliebt bleiben, geht der Trend zu oberflächenmontierbaren (SMD) Gehäusen und integrierten Modulen für höhere Dichte und automatisierte Montage.
5. Erweiterter Farbraum:Die Entwicklung von LEDs mit spezifischen, schmalen Wellenlängenmaxima (wie dieses 505nm Blau) ermöglicht in Kombination mit roten und grünen LEDs einen breiteren Farbraum in Displayanwendungen.