3011-SR0201H-AM LED Datenblatt - PLCC-2 Gehäuse - Super Rot - 580mcd @20mA - 120° Abstrahlwinkel - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die 3011-SR0201H-AM ist eine hochleistungsfähige Mikro-Seitenansichts-LED, die primär für platzbeschränkte Innenraumbeleuchtungsanwendungen in der Automobilindustrie konzipiert ist. Sie nutzt ein PLCC-2 (Plastic Leaded Chip Carrier) Oberflächenmontagegehäuse, das einen kompakten Bauraum für moderne Elektronikbaugruppen bietet. Das Bauteil emittiert ein Super Rotes Licht mit einer typischen Lichtstärke von 580 Millicandela (mcd) bei einem Standard-Durchlassstrom von 20 Milliampere (mA). Ein Hauptmerkmal ist ihr weiter Abstrahlwinkel von 120 Grad, der eine gleichmäßige Lichtverteilung gewährleistet. Die Komponente ist nach dem strengen AEC-Q101-Standard für automobiltaugliche diskrete Halbleiter qualifiziert, was Zuverlässigkeit unter rauen automobilen Umgebungsbedingungen garantiert. Sie ist zudem konform mit der RoHS- (Beschränkung gefährlicher Stoffe) und REACH-Verordnung und verfügt über Schwefelrobustheit, was sie widerstandsfähig gegen korrosive Atmosphären macht, wie sie häufig in Fahrzeugumgebungen vorkommen.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die primären Vorteile dieser LED umfassen ihren kompakten PLCC-2-Formfaktor, die hohe Helligkeit bei ihrer Größe, hervorragende thermische Eigenschaften dank ihres Gehäusedesigns und bewährte Zuverlässigkeit für den Automotive-Einsatz. Ihr Kernzielmarkt ist die Automobilindustrie, insbesondere für Innenraum-Ambientebeleuchtung und Hintergrundbeleuchtung von Schaltern, Tasten und Instrumentenclustern. Der weite Abstrahlwinkel ist besonders vorteilhaft für Anwendungen, bei denen das Licht aus verschiedenen Blickwinkeln im Fahrzeuginnenraum sichtbar sein muss.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Lichttechnische und elektrische Kenngrößen

Die elektrische und optische Leistung ist unter spezifischen Testbedingungen definiert, typischerweise bei einer Sperrschichttemperatur (Tj) von 25°C. Der Durchlassstrom (IF) hat einen Betriebsbereich von 7 mA bis 70 mA, wobei 20 mA der Standard-Test- und empfohlene Betriebspunkt ist. Bei diesem Strom beträgt die typische Durchlassspannung (VF) 1,9 Volt, mit einem Minimum von 1,75V und einem Maximum von 2,75V. Die Lichtstärke (IV) ist mit einem typischen Wert von 580 mcd spezifiziert, im Bereich von mindestens 450 mcd bis maximal 900 mcd. Die dominante Wellenlänge (λd) beträgt typischerweise 629 Nanometer (nm), innerhalb eines Bereichs von 627 nm bis 636 nm, was ihren Super Rot-Farbpunkt definiert. Der Abstrahlwinkel (2θ½) beträgt 120 Grad, gemessen als der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte ihres Spitzenwerts abfällt.

2.2 Absolute Maximalwerte und thermisches Management

Absolute Maximalwerte definieren die Grenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden auftreten können. Der maximale Dauer-Durchlassstrom beträgt 70 mA. Das Bauteil hält einen Stoßstrom (IFM) von 300 mA für sehr kurze Impulse (≤10 μs) bei einem niedrigen Tastverhältnis aus. Die maximale Sperrschichttemperatur (Tj) beträgt 125°C. Der Betriebstemperaturbereich (Topr) reicht von -40°C bis +110°C, was für Automotive-Komponenten Standard ist. Thermischem Management kommt für die Lebensdauer und Leistung der LED entscheidende Bedeutung zu. Der Wärmewiderstand von der Sperrschicht zum Lötpunkt (Rth JS) ist spezifiziert. Die elektrische Methode schätzt ihn auf 220 K/W, während die reale Messmethode einen Wert von 250 K/W ergibt. Dieser Parameter zeigt, wie effektiv Wärme vom LED-Chip abgeführt wird; ein niedrigerer Wert ist besser. Ein ordnungsgemäßes Leiterplatten-thermisches Design ist essenziell, um eine niedrige Lötpad-Temperatur aufrechtzuerhalten, insbesondere bei Betrieb mit höheren Strömen.

3. Analyse der Leistungskurven

3.1 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (IV-Kurve)

Die IV-Kurve zeigt eine nichtlineare Beziehung. Wenn der Durchlassstrom von 0 auf 70 mA ansteigt, erhöht sich die Durchlassspannung von etwa 1,7V auf 2,3V. Diese Kurve ist wesentlich für die Auslegung der strombegrenzenden Schaltung (üblicherweise ein Widerstand oder Konstantstromtreiber), um sicherzustellen, dass die LED mit der gewünschten Helligkeit arbeitet, ohne ihre Maximalwerte zu überschreiten.

3.2 Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Dieses Diagramm zeigt, dass die Lichtausbeute nicht perfekt linear mit dem Strom ist. Während die Intensität mit dem Strom ansteigt, kann der Wirkungsgrad (Lumen pro Watt) bei höheren Strömen aufgrund erhöhter Wärmeentwicklung abnehmen. Die Kurve hilft Entwicklern, einen optimalen Betriebspunkt zu wählen, der Helligkeit, Wirkungsgrad und Bauteillebensdauer in Einklang bringt.

3.3 Temperaturabhängigkeit

Mehrere Diagramme veranschaulichen den Temperatureinfluss. Die relative Lichtstärke nimmt mit steigender Sperrschichttemperatur ab. Bei 100°C beträgt die Intensität beispielsweise etwa 70-80 % ihres Wertes bei 25°C. Die Durchlassspannung hat einen negativen Temperaturkoeffizienten und nimmt linear mit steigender Temperatur ab (ca. -1,5 mV/°C). Die dominante Wellenlänge verschiebt sich ebenfalls mit der Temperatur, typischerweise steigt sie (Rotverschiebung) um etwa 0,07 nm/°C. Diese Eigenschaften sind für Anwendungen mit großen Temperaturschwankungen, wie im Fahrzeuginnenraum, von entscheidender Bedeutung.

3.4 Durchlassstrom-Derating und Impulsbelastbarkeit

Die Derating-Kurve ist entscheidend für die Zuverlässigkeit. Sie zeigt den maximal zulässigen Dauer-Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Lötpad-Temperatur (Ts). Beispielsweise beträgt bei einer Ts von 78°C der maximale Strom 70 mA. Bei 110°C sinkt der maximale Strom auf 22 mA. Ein Betrieb oberhalb dieser Kurve birgt das Risiko von Überhitzung und reduzierter Lebensdauer. Das Diagramm zur Impulsbelastbarkeit zeigt den zulässigen Spitzenimpulsstrom für verschiedene Impulsbreiten (tp) und Tastverhältnisse (D), was für Multiplexing- oder Blinkanwendungen nützlich ist.

4. Erklärung des Binning-Systems

Um Farb- und Helligkeitskonsistenz in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs in Bins sortiert.

4.1 Lichtstärke-Binning

Die Lichtstärke wird mit einem alphanumerischen Code (z.B. L1, L2, M1... GA) gebinnt. Jeder Bin deckt einen spezifischen Bereich von minimaler und maximaler Lichtstärke in Millicandela (mcd) ab. Die Bins folgen einer logarithmischen Progression, wobei jeder Schritt einer Erhöhung um etwa den Faktor der Quadratwurzel aus 2 entspricht. Für die 3011-SR0201H-AM fällt die typische Ausgangsleistung von 580 mcd in den U1-Bin (450-560 mcd) oder den U2-Bin (560-710 mcd). Entwickler können einen engeren Bin für Anwendungen anfordern, die eine sehr gleichmäßige Helligkeit erfordern.

4.2 Binning der dominanten Wellenlänge

Die dominante Wellenlänge, die die wahrgenommene Farbe definiert, wird ebenfalls gebinnt. Die Bins werden durch vierstellige Codes (z.B. 2730, 3033) identifiziert. Die ersten beiden Ziffern stellen die minimale Wellenlänge in Zehnern von Nanometern dar, die letzten beiden die maximale. Für eine typische Wellenlänge von 629 nm sind die relevanten Bins 2730 (627-630 nm) und 3033 (630-633 nm). Die Spezifikation eines Wellenlängen-Bins ist entscheidend für Anwendungen, bei denen Farbabgleich zwischen mehreren LEDs wichtig ist.

5. Mechanische, Verpackungs- und Montageinformationen

5.1 Mechanische Abmessungen und Polarität

Die LED ist in einem standardmäßigen PLCC-2-Gehäuse erhältlich. Das Datenblatt enthält eine detaillierte Maßzeichnung, die Gehäuselänge, -breite, -höhe, Anschlussabstand und Pad-Größen zeigt. Die Komponente hat einen eingebauten Polarisationsindikator, typischerweise eine Kerbe oder eine abgeschrägte Ecke am Gehäuse, die mit der entsprechenden Markierung auf dem Leiterplatten-Lackierbild ausgerichtet werden muss, um die korrekte Ausrichtung (Anode vs. Kathode) sicherzustellen.

5.2 Empfohlenes Leiterplatten-Land Pattern

Für das Leiterplatten-Design wird ein empfohlenes Lötpad-Layout (Land Pattern) bereitgestellt. Dieses Muster ist für zuverlässiges Löten, gute mechanische Festigkeit und effektive Wärmeableitung vom thermischen Pad (falls vorhanden) auf der Unterseite des PLCC-Gehäuses optimiert. Die Befolgung dieser Empfehlung hilft, "Tombstoning" und Lötfehler während des Reflow-Lötens zu verhindern.

5.3 Reflow-Lötprofil und Vorsichtsmaßnahmen

Das Datenblatt spezifiziert ein Reflow-Lötprofil, das mit bleifreiem Lot kompatibel ist. Wichtige Parameter umfassen eine Aufwärmzone, einen Temperaturanstieg, eine Spitzentemperaturzone (nicht über 260°C für 30 Sekunden) und eine Abkühlzone. Die Einhaltung dieses Profils verhindert thermischen Schock und Schäden an der LED. Allgemeine Vorsichtsmaßnahmen umfassen die Vermeidung mechanischer Belastung der Linse, die Verhinderung von Kontamination und die Anwendung geeigneter ESD- (Elektrostatische Entladung) Handhabungsverfahren, da das Bauteil für 2 kV Human Body Model (HBM) ESD-Schutz ausgelegt ist.

6. Anwendungsrichtlinien und Designüberlegungen

6.1 Typische Anwendungsschaltungen

Die gebräuchlichste Ansteuerungsmethode ist ein Reihenstrombegrenzungswiderstand. Der Widerstandswert (R) wird mit dem Ohmschen Gesetz berechnet: R = (Versorgungsspannung - VF) / IF, wobei VF die Durchlassspannung der LED beim gewünschten Strom IF ist. Für eine 12V-Automobilversorgung und einen Zielstrom von 20 mA mit VF=1,9V ergibt sich R = (12 - 1,9) / 0,02 = 505 Ohm. Ein 510 Ohm Widerstand wäre eine Standardwahl. Für eine bessere Stromregelung über Temperatur- und Versorgungsspannungsschwankungen hinweg wird ein Konstantstromtreiber-IC empfohlen.

6.2 Thermische Designüberlegungen

Effektive Wärmeableitung ist von größter Bedeutung. Der primäre Wärmepfad verläuft von der LED-Sperrschicht durch das Gehäuse zu den Lötpads und dann in die Kupferbahnen der Leiterplatte. Die Verwendung einer Leiterplatte mit ausreichender Kupferdicke und -fläche, die mit dem thermischen Pad verbunden ist, hilft, die Lötpad-Temperatur (Ts) zu senken. Die Derating-Kurve muss konsultiert werden, um sicherzustellen, dass der Betriebsstrom für die erwartete maximale Ts in der Anwendungsumgebung sicher ist.

6.3 Optische Designüberlegungen

Der 120-Grad-Abstrahlwinkel entspricht einer natürlichen, lambertähnlichen Verteilung. Für Anwendungen, die einen stärker gebündelten Strahl erfordern, können Sekundäroptiken wie Linsen oder Lichtleiter verwendet werden. Die Super Rote Farbe ist aufgrund ihrer hohen Sichtbarkeit ideal für Statusanzeigen und Warnleuchten. Entwickler sollten mögliche Farbmischungseffekte berücksichtigen, wenn sie neben anderen farbigen LEDs verwendet wird.

7. Vergleich und Auswahlhilfe

Bei der Auswahl einer Seitenansichts-LED sind wichtige Vergleichspunkte: Gehäusegröße (3011 bezieht sich auf einen Bauraum von 3,0mm x 1,1mm), Helligkeit (mcd-Bewertung bei einem bestimmten Strom), Abstrahlwinkel, Farbe (Wellenlänge), Betriebstemperaturbereich und Qualifikationsstandards (z.B. AEC-Q101). Die 3011-SR0201H-AM zeichnet sich durch ihre automobiltaugliche Zuverlässigkeit, Schwefelrobustheit und ausgewogene Leistung in einem kompakten Gehäuse aus. Für nicht-automotive oder weniger anspruchsvolle Umgebungen könnten kommerzielle Äquivalente ohne AEC-Q101-Qualifikation eine kostengünstige Alternative sein.

8. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F: Welcher Mindeststrom ist erforderlich, damit diese LED leuchtet?

A: Das Bauteil ist bis hinunter zu 7 mA charakterisiert, aber es kann bei Strömen unterhalb dieses Wertes sichtbares Licht emittieren. Für stabilen und spezifizierten Betrieb wird jedoch ein Betrieb zwischen 7 mA und 70 mA empfohlen.

F: Kann ich diese LED mit einem PWM-Signal zur Helligkeitssteuerung ansteuern?

A: Ja, Pulsweitenmodulation (PWM) ist eine effektive Dimm-Methode. Die Frequenz sollte hoch genug sein, um sichtbares Flackern zu vermeiden (typischerweise >100 Hz). Konsultieren Sie das Diagramm zur Impulsbelastbarkeit, um sicherzustellen, dass der Spitzenstrom in jedem Impuls die Nennwerte nicht überschreitet.

F: Wie interpretiere ich die Artikelnummer 3011-SR0201H-AM?

A: Während die genaue firmeninterne Namenskonvention variieren kann, lässt sie sich typischerweise wie folgt aufschlüsseln: "3011" (Gehäusegröße/-stil), "SR" (Super Rot), "02" (wahrscheinlich bezogen auf Leistungs-Binning), "01H" (könnte spezifische Attribute wie Abstrahlwinkel anzeigen), "AM" (bezeichnet oft Automotive-Markt oder eine spezifische Revision).

F: Ist ein Kühlkörper erforderlich?

A: Für Dauerbetrieb bei Strömen nahe dem Maximum (70 mA) ist eine gut ausgelegte Leiterplatte mit ausreichend Kupfer, das als Kühlkörper wirkt, notwendig. Ein separater Metallkühlkörper ist für diesen Gehäusetyp im Allgemeinen nicht erforderlich, wenn das thermische Leiterplatten-Design gut ist.

9. Praktisches Anwendungsbeispiel

Szenario: Hintergrundbeleuchtung eines Automobil-Klimaregelungs-Schalterfelds.

Ein Design benötigt 10 rote Indikator-LEDs zur Tasten-Hintergrundbeleuchtung. Die Systemspannung beträgt 12V (Fahrzeugbatterie). Das Ziel ist eine gleichmäßige Helligkeit bei einer Umgebungstemperatur von bis zu 85°C.

Designschritte:

1. Stromauswahl:Um Langlebigkeit bei hoher Temperatur zu gewährleisten, wird der Strom gederated. Aus der Derating-Kurve ergibt sich bei einer geschätzten Ts von 90°C ein Maximalstrom von ~50 mA. Die Wahl von 15 mA bietet eine gute Sicherheitsmarge und ausreichende Helligkeit.

2. Schaltungsdesign:Verwenden Sie einen Reihenwiderstand für jede LED. R = (12V - 1,9V) / 0,015A ≈ 673 Ohm. Verwenden Sie einen Standard-680-Ohm-Widerstand.

3. Thermisches Design:Gestalten Sie die Leiterplatte mit großen Kupferflächen, die mit dem thermischen Pad der LED verbunden sind, um Wärme abzuleiten.

4. Binning:Fordern Sie vom Lieferanten einen engen Lichtstärke-Bin (z.B. U1 oder U2) und einen engen Wellenlängen-Bin (z.B. 2730) an, um sicherzustellen, dass alle 10 Schalter übereinstimmende Farbe und Helligkeit aufweisen.

5. Validierung:Testen Sie den Prototypen über den Betriebstemperaturbereich des Fahrzeugs (-40°C bis +85°C), um die Leistung zu verifizieren.

10. Technische Prinzipien und Trends

10.1 Funktionsprinzip

Diese LED ist eine Halbleiterdiode. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die ihre Bandlückenenergie übersteigt, rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich des Halbleiterchips (typischerweise basierend auf Aluminiumgalliumindiumphosphid - AlGaInP für rote/orange/gelbe Farben). Diese Rekombination setzt Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Materialzusammensetzung bestimmt die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts. Das Kunststoffgehäuse verkapselt den Chip, bietet mechanischen Schutz und enthält eine geformte Linse, die den Lichtaustritt formt, um den 120-Grad-Abstrahlwinkel zu erreichen.

10.2 Branchentrends

Der Trend bei Automotive-Innenraumbeleuchtungs-LEDs geht hin zu höherer Effizienz (mehr Lumen pro Watt), kleineren Gehäusegrößen für schlankere Designs, verbesserter Farbkonstanz und -sättigung sowie der Integration mehrerer Chips (RGB) in ein einziges Gehäuse für dynamische Farbbeleuchtung. Es gibt auch einen Trend zu "Chip-Scale"-Gehäusen und Flip-Chip-Designs, die bessere thermische Leistung und noch kleinere Bauraumabmessungen bieten. Die Nachfrage nach zuverlässigen, langlebigen Komponenten, die nach Automotive-Standards wie AEC-Q102 (für Optoelektronik) qualifiziert sind, wächst weiter, da Fahrzeuge mehr Ambient- und Funktionsbeleuchtung integrieren.