LED 3030 Mid-Power LED Datenblatt - Größe 3,0x3,0mm - Spannung 3,1V - Leistung 0,5W - Kaltweiß 6000K

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt die Spezifikationen einer Mid-Power LED im 3030-Format mit einem Gehäuse aus Epoxid-Formmasse (EMC). Das Produkt bietet eine optimale Balance zwischen Lichtausbeute (lm/W) und Kosteneffizienz (lm/$) im Mid-Power-Segment. Es ist für Anwendungen konzipiert, die zuverlässige Leistung und hochwertige Lichtqualität erfordern.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die Hauptvorteile dieser LED-Serie umfassen das thermisch optimierte EMC-Gehäusedesign, das die Wärmeableitung und Langzeitzuverlässigkeit verbessert. Sie schließt die Lücke zwischen Mid-Power- und High-Power-Anwendungen und kann bis zu 0,8W verarbeiten. Mit einem maximalen Betriebsstrom von 240mA und einem Farbwiedergabeindex (CRI) von mindestens 70 eignet sie sich für Anwendungen mit hohen Ansprüchen an die Farbqualität. Die Bauteile sind mit bleifreien Reflow-Lötprozessen kompatibel. Eine wichtige Zielanwendung sind Tagfahrleuchten (DRL).

2. Analyse der technischen Parameter

Alle Messungen gelten unter Standardtestbedingungen (Durchlassstrom IF = 150mA, Umgebungstemperatur Ta = 25°C, relative Luftfeuchtigkeit RH = 60%), sofern nicht anders angegeben.

2.1 Lichttechnische und Farbkennwerte

Die kaltweiße Variante hat eine korrelierte Farbtemperatur (CCT) im Bereich von 5300K bis 6488K, mit einem typischen Wert von 6018K. Der minimale Farbwiedergabeindex (CRI, Ra) beträgt 70, typisch sind 71,5. Die Toleranz des Lichtstroms beträgt ±7%, die des CRI ±2. Die CCT wird aus dem CIE-1931-Farbtafeld abgeleitet. Wichtig: Die Tabelle zur Lichtstromerhaltung dient nur als Referenz.

2.2 Elektrische und thermische Parameter

Die Durchlassspannung (VF) beträgt typisch 3,1V, im Bereich von 2,8V (Min.) bis 3,4V (Max.) bei 150mA. Der Sperrstrom (IR) beträgt maximal 10 µA bei einer Sperrspannung (VR) von 5V. Der Abstrahlwinkel (2θ½), definiert als der Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte des Spitzenwerts abfällt, beträgt typisch 120°. Der thermische Widerstand von Sperrschicht zu Lötstelle (Rth j-sp) beträgt typisch 11 °C/W. Die elektrostatische Entladungsfestigkeit (ESD) beträgt 2000V.

2.3 Absolute Grenzwerte

Ein Betrieb außerhalb dieser Grenzwerte kann zu dauerhaften Schäden führen. Die absoluten Grenzwerte sind: Dauer-Durchlassstrom (IF): 240 mA; Impuls-Durchlassstrom (IFP): 300 mA (Impulsbreite ≤ 100µs, Tastverhältnis ≤ 1/10); Verlustleistung (PD): 816 mW; Sperrspannung (VR): 5 V; Betriebstemperatur (Topr): -40°C bis +105°C; Lagertemperatur (Tstg): -40°C bis +105°C; Sperrschichttemperatur (Tj): 125 °C; Löttemperatur (Tsld): 230°C oder 260°C für 10 Sekunden. Es ist sicherzustellen, dass die Verlustleistung den absoluten Grenzwert nicht überschreitet.

3. Analyse der Leistungskurven

3.1 Spektrale und Winkelverteilung

Die relative spektrale Leistungsverteilung (Abb. 1) definiert die Farbeigenschaften der kaltweißen LED. Die Abstrahlcharakteristik (Abb. 2) zeigt das typische 120°-Abstrahlmuster und bestätigt das für diesen Gehäusetyp übliche Lambert'sche oder nahezu Lambert'sche Emissionsprofil.

3.2 Kennlinie des Durchlassstroms

Die Beziehung zwischen Durchlassstrom und relativem Lichtstrom (Abb. 3) zeigt, dass die Lichtleistung mit dem Strom ansteigt, bei höheren Strömen jedoch aufgrund thermischer Effekte sättigt und abfällt. Die Kennlinie der Durchlassspannung über dem Durchlassstrom (Abb. 4) zeigt das exponentielle Verhalten der Diode, wobei VF logarithmisch mit IF ansteigt.

3.3 Temperaturabhängigkeit

Die Verschiebung der CIE-Farbtafelkoordinaten (x, y) mit der Umgebungstemperatur (Abb. 5) ist für farbkritische Anwendungen entscheidend und zeigt die Drift des Weißpunkts. Der relative Lichtstrom nimmt mit steigender Umgebungstemperatur ab (Abb. 6) – eine wichtige Überlegung für das Wärmemanagement. Ebenso sinkt typischerweise die Durchlassspannung mit steigender Temperatur (Abb. 7).

3.4 Entlastung und maximaler Strom

Abbildung 8 zeigt den maximal zulässigen Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur für zwei verschiedene thermische Widerstände Sperrschicht-Umgebung (Rth j-a): 30°C/W und 35°C/W. Diese Grafik ist essenziell, um den sicheren Betriebsstrom in einer gegebenen thermischen Umgebung zu bestimmen. Beispielsweise ist bei 85°C Umgebungstemperatur und Rth j-a=35°C/W der maximale Strom deutlich unter dem absoluten Grenzwert von 240mA.

4. Farbklassenstruktur

Die LEDs werden basierend auf ihren Farbtafelkoordinaten in Klassen (Bins) sortiert, um Farbkonsistenz in einer Anwendung zu gewährleisten. Abbildung 9 zeigt das CIE-1931-Farbtafeld mit der definierten Bin-Struktur. Tabelle 5 beschreibt die Bincodes detailliert. Die Messunsicherheit für die Farbkoordinaten beträgt ± 0,007. Die Klassifizierung erfolgt unter Standardbedingungen (IF=150mA, Ta=25°C).

5. Anwendungsrichtlinien und Designüberlegungen

5.1 Typische Anwendungsszenarien

Diese LED eignet sich aufgrund ihrer Balance aus Effizienz, Kosten und Qualität für verschiedene Anwendungen der Allgemeinbeleuchtung. Das Datenblatt nennt speziell Tagfahrleuchten (DRL). Weitere mögliche Anwendungen sind Innenraumbeleuchtung (Lampen, Röhren, Panels), Architekturbeleuchtung, Schilder und Display-Hintergrundbeleuchtung, bei denen eine kaltweiße Farbtemperatur gewünscht ist.

5.2 Wärmemanagement

Effektives Wärmemanagement ist entscheidend für die Nennleistung und Lebensdauer. Der typische thermische Widerstand von 11 °C/W von Sperrschicht zu Lötstelle bedeutet, dass das Leiterplattendesign einen Pfad mit niedriger thermischer Impedanz zur Umgebung bieten muss. Für Betrieb mit hohem Strom oder hoher Umgebungstemperatur wird die Verwendung geeigneter Wärmevias, Kupferflächen und gegebenenfalls einer Metallkern-Leiterplatte (MCPCB) empfohlen. Zur Auswahl des geeigneten Betriebsstroms ist stets die Entlastungskurve (Abb. 8) heranzuziehen.

5.3 Überlegungen zur elektrischen Ansteuerung

Ein Konstantstromtreiber wird gegenüber einer Konstantspannungsquelle dringend empfohlen, um eine stabile Lichtleistung zu gewährleisten und thermisches Durchgehen zu verhindern. Der Treiber sollte für den spezifizierten Strombereich (bis zu 240mA Dauerbetrieb) ausgelegt sein. Die Durchlassspannungsvariation (2,8V bis 3,4V) muss in der Ausgangsspannungsreserve des Treibers berücksichtigt werden. Für Impulsbetrieb (IFP) sind die Grenzwerte für Impulsbreite (≤100µs) und Tastverhältnis (≤1/10) strikt einzuhalten.

5.4 Löten und Handhabung

Das Bauteil ist mit bleifreien Reflow-Lötprofilen kompatibel. Die maximale Löttemperatur beträgt 230°C oder 260°C für 10 Sekunden. Es sollten die Standardrichtlinien IPC/JEDEC J-STD-020 für Feuchtesensitivität und Reflow-Profile befolgt werden. Bei Handhabung und Montage sind Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen zu beachten, da das Bauteil für 2000V HBM ausgelegt ist.

6. Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu herkömmlichen Mid-Power-LEDs in Kunststoffgehäusen bietet das EMC-Gehäuse eine überlegene thermische Leistung und Beständigkeit gegen Vergilbung durch UV-Strahlung, was zu besserer Lichtstromerhaltung und längerer Lebensdauer führt. Das 3030-Format bietet eine größere thermische Anschlussfläche als kleinere Gehäuse (z.B. 2835), was eine höhere Verlustleistung (bis zu 0,8W) bei moderater Baugröße ermöglicht. Der spezifizierte CRI von 70+ bietet eine bessere Farbqualität als viele Standard-Mid-Power-LEDs und eignet sich für Anwendungen, bei denen die Farbwiedergabe eine Rolle spielt.

7. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

Q: What is the main advantage of the EMC package?
A: The EMC package provides enhanced thermal conductivity compared to standard PPA plastic, leading to lower junction temperature, higher maximum drive current capability, and improved long-term reliability and lumen maintenance.

Q: How do I interpret the derating curve (Fig. 8)?
A: The curve shows the maximum continuous current you can safely apply at a given ambient temperature for a specific thermal resistance (Rth j-a) of your system. You must know your system's effective Rth j-a to use the correct curve. Exceeding these limits risks overheating and premature failure.

Q: Can I drive this LED at 240mA continuously?
A: You can only drive it at 240mA if the junction temperature is kept at or below 125°C. In most practical applications, especially at higher ambient temperatures, the current will need to be derated according to Fig. 8 to stay within the Tj limit.

Q: What is the purpose of the color binning?
A: Manufacturing variations cause slight differences in chromaticity between individual LEDs. Binning groups LEDs with very similar color coordinates together. Using LEDs from the same or adjacent bins in a fixture ensures uniform white color appearance without visible color differences (color mismatch).

8. Funktionsprinzipien und Trends

8.1 Grundlegendes Funktionsprinzip

Dies ist eine Festkörperlichtquelle basierend auf einer Halbleiterdiode. Wird eine Durchlassspannung angelegt, die die Schwellenspannung der Diode überschreitet, rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich des Halbleiterchips (typischerweise auf InGaN-Basis für blaue/weiße LEDs) und setzen Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Das kaltweiße Licht wird durch die Kombination eines blauen LED-Chips und einer Phosphorbeschichtung erzeugt. Das blaue Licht des Chips regt den gelben (und manchmal roten/grünen) Leuchtstoff an, und die Mischung aus blauem und gelbem Licht wird als weiß wahrgenommen.

8.2 Branchentrends

Das Mid-Power-LED-Segment, insbesondere in Gehäusen wie 3030 und 2835, bleibt aufgrund seines hervorragenden Preis-Leistungs-Verhältnisses eine dominante Kraft in der Allgemeinbeleuchtung. Trends umfassen kontinuierliche Verbesserungen der Lichtausbeute (lm/W) durch Fortschritte in Chip- und Phosphortechnologie, das Streben nach höherem CRI und besserer Farbkonstanz (engere Binning) sowie die Entwicklung von Gehäusen mit noch niedrigerem thermischen Widerstand, um höhere Betriebsströme und Leistungsdichten im gleichen Bauraum zu ermöglichen. Der Wechsel von Standardkunststoffen zu EMC und anderen Hochleistungsgehäusematerialien ist ein klarer Trend für eine verbesserte Zuverlässigkeit in anspruchsvollen Anwendungen.