3030 Mid-Power LED Datenblatt - Größe 3,0x3,0mm - Spannung 5,0-5,4V - Leistung 1,2W - Kalt-/Neutral-/Warmweiß - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument spezifiziert eine Serie von Mid-Power LEDs im 3030-Format (3,0 mm x 3,0 mm) mit einem fortschrittlichen EMC-Gehäuse (Epoxidharz-Formmasse). Die Serie ist darauf ausgelegt, ein optimales Gleichgewicht zwischen Lichtausbeute, Zuverlässigkeit und Kosteneffizienz zu bieten und stellt damit eine führende Wahl im Mid-Power-Segment dar. Das zentrale Designkonzept konzentriert sich auf das Wärmemanagement und die optische Leistung, was einen Betrieb mit Leistungen von bis zu 1,5 W ermöglicht.

Die primären Zielmärkte für diese LED-Serie umfassen Retrofit-Beleuchtungslösungen zum Ersatz herkömmlicher Glüh- oder Leuchtstofflampen, Allgemeinbeleuchtung für Wohn- und Gewerberäume, Hintergrundbeleuchtung für Innen- und Außenschilder sowie architektonische oder dekorative Beleuchtungsanwendungen, bei denen sowohl Leistung als auch ästhetische Qualität von größter Bedeutung sind.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Elektro-optische Kennwerte

All measurements are standardized at a forward current (I_F) of 25mA and an ambient temperature (T_a) of 25°C with 60% relative humidity. The product line offers a range of Correlated Color Temperatures (CCT) from warm white (2725K) to cool white (6530K), catering to diverse lighting needs. A minimum Color Rendering Index (CRI or R_a) of 80 ensures good color fidelity for general lighting applications.

The luminous flux output is categorized by both color bin and flux rank. Typical luminous flux values range from approximately 122 lumens to 156 lumens at the test condition of 25mA, depending on the specific CCT and flux bin. It is critical to note the stated measurement tolerances: ±7% for luminous flux and ±2 for CRI. The forward voltage (V_F) typically falls between 5.0V and 5.4V at 25mA, with a specified measurement tolerance of ±0.5V.

2.2 Elektrische und thermische Parameter

The absolute maximum ratings define the operational boundaries for reliable performance. The maximum continuous forward current (I_F) is 30mA, with a pulsed forward current (I_FP) of 40mA allowed under specific conditions (pulse width ≤ 100µs, duty cycle ≤ 1/10). The maximum power dissipation (P_D) is 1.5W. Exceeding these ratings may cause permanent degradation or failure.

Thermal management is a key strength of the EMC package. The thermal resistance from the junction to the solder point (R_{th j-sp}) is specified at a typical value of 11 °C/W. This low thermal resistance facilitates efficient heat transfer from the LED chip to the printed circuit board (PCB), helping to maintain a lower junction temperature (T_j), which is critical for long-term lumen maintenance and reliability. The maximum allowable junction temperature is 115°C.

3. Erläuterung des Binning-Systems

3.1 Farbton-Binning (CCT)

Die LEDs werden anhand ihrer Farbortkoordinaten im CIE-1931-Diagramm präzise in Farbklassen sortiert. Die Binning-Struktur für Farbtemperaturen zwischen 2600 K und 7000 K folgt dem Energy-Star-Standard und gewährleistet Farbkonstanz innerhalb eines definierten Bereichs. Jeder Farbcode (z.B. 27M5, 30M5) entspricht einem spezifischen Mittelpunkt (x-, y-Koordinaten) und einem durch Haupt-/Nebenachsen (a, b) und einen Winkel (φ) definierten elliptischen Toleranzbereich. Die Messunsicherheit für die Farbkoordinaten beträgt ±0,007.

3.2 Lichtstrom-Binning

Zusätzlich zur Farbe werden die LEDs nach ihrem Lichtstromausgang beim Standard-Prüfstrom sortiert. Die Lichtstromklassen werden durch Codes (z.B. 2E, 2F, 2G, 2H) bezeichnet, die jeweils einen spezifischen Lumenbereich (z.B. 122-130 lm, 130-139 lm) repräsentieren. Dieses zweidimensionale Binning (Farbe und Lichtstrom) ermöglicht es Entwicklern, Bauteile auszuwählen, die sowohl den Farbton- als auch den Helligkeitsanforderungen ihrer Anwendung entsprechen, und gewährleistet so eine gleichmäßige Qualität des Endbeleuchtungsprodukts.

3.3 Durchlassspannungs-Binning

Forward voltage is also categorized to aid in circuit design, particularly for applications involving multiple LEDs in series. Voltage bins are defined by codes (e.g., 1, 2) with specified minimum and maximum voltage ranges (e.g., 4.6-4.8V, 4.8-5.0V). Matching V_F bins can help achieve more uniform current distribution and simplified driver design.

4. Analyse der Leistungskurven

4.1 IV- und Lichtstrom-Kennlinien

Abbildung 3 zeigt die Beziehung zwischen Durchlassstrom und relativem Lichtstrom. Der Ausgang ist sublinear; eine Erhöhung des Stroms über den empfohlenen Bereich von 25-30 mA hinaus bringt abnehmende Lichtausbeute bei gleichzeitig signifikant erhöhter Wärmeentwicklung und Belastung des Bauteils. Abbildung 4 zeigt die Kennlinie von Durchlassspannung zu Strom, die für die Auslegung der passenden strombegrenzenden Schaltung essenziell ist.

4.2 Temperaturabhängigkeit

The performance of LEDs is highly temperature-sensitive. Figure 6 demonstrates that relative luminous flux decreases as ambient temperature (T_a) increases. Figure 7 shows that forward voltage typically decreases with rising temperature. Figure 5 details the shift in chromaticity coordinates (CIE x, y) with temperature, which is crucial for applications requiring stable color points across operating conditions. Figure 8 is critical for thermal design, showing the derating curve for maximum allowable forward current as a function of ambient temperature for two different junction-to-ambient thermal resistance scenarios (35°C/W and 55°C/W).

4.3 Spektrale und Abstrahlcharakteristik

Figure 1 provides the relative spectral power distribution, which defines the light's color quality. Figure 2 depicts the spatial radiation pattern (viewing angle distribution). The typical viewing angle (2θ_1/2), where intensity is half the peak value, is 110 degrees, indicating a wide, Lambertian-like emission pattern suitable for general diffuse lighting.

5. Montage- und Handhabungsrichtlinien

5.1 Reflow-Löten

Diese LEDs sind mit bleifreien Reflow-Lötprozessen kompatibel. Das maximale Löttemperaturprofil darf, wie in den absoluten Maximalwerten spezifiziert, 230 °C bzw. 260 °C für eine Dauer von 10 Sekunden nicht überschreiten. Es ist zwingend erforderlich, das vom Hersteller empfohlene Reflow-Profil einzuhalten, um thermischen Schock oder Schäden am EMC-Gehäuse und der internen Die-Bond-Verbindung zu vermeiden.

5.2 Lagerung und Handhabung

Der empfohlene Lagertemperaturbereich liegt zwischen -40 °C und +85 °C. Um Feuchtigkeitsaufnahme zu verhindern, die während des Reflow-Lötens zu "Popcorning" führen kann, sollten LEDs in einer trockenen Umgebung gelagert werden, typischerweise in versiegelten Feuchtigkeitsschutzbeuteln mit Trockenmittel. Bei der Handhabung sind Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen (Elektrostatische Entladung) zu beachten, da die Bauteile eine ESD-Festigkeit von 1000 V (Human Body Model) aufweisen.

6. Anwendungshinweise und Design-Überlegungen

6.1 Thermomanagement

Eine effektive Wärmesenke ist der wichtigste Faktor für das Erreichen der spezifizierten Leistung und Lebensdauer. Der niedrige thermische Widerstand von 11 °C/W zwischen Sperrschicht und Lötpunkt ist nur dann wirksam, wenn das Leiterplatten- und Systemdesign eine gute Wärmeableitung ermöglichen. Für Anwendungen, die bei oder nahe dem maximalen Strom/der maximalen Leistung betrieben werden, wird der Einsatz von Metallkern-Leiterplatten (MCPCBs) oder Platinen mit ausreichenden Wärmeleitdurchkontaktierungen dringend empfohlen. Die Entlastungskurve (Abb. 8) muss verwendet werden, um den sicheren Betriebsstrom für die tatsächliche thermische Umgebung der Anwendung zu bestimmen.

6.2 Elektrische Ansteuerung

A constant current driver is mandatory for reliable operation. The driver should be designed to supply a stable current up to the maximum of 30mA, accounting for the forward voltage bin and its negative temperature coefficient. For designs using multiple LEDs in series, consider the voltage binning to ensure the total string voltage is within the driver's output range. Parallel connections are generally not recommended without additional balancing circuitry due to V_F variations.

6.3 Optische Integration

Der breite Abstrahlwinkel von 110 Grad macht diese LEDs geeignet für Anwendungen, die eine breite, gleichmäßige Ausleuchtung ohne Sekundäroptik erfordern. Für gerichtete Beleuchtung können geeignete Primäroptiken (Linsen) oder Reflektoren verwendet werden. Der hohe Farbwiedergabeindex (CRI ≥80) macht sie hervorragend geeignet für Ladenbeleuchtung, Arbeitsplatzbeleuchtung und andere Umgebungen, in denen eine genaue Farbwahrnehmung wichtig ist.

7. Technischer Vergleich und Vorteile

Das entscheidende Unterscheidungsmerkmal dieser 3030-EMC-Serie liegt in ihrer Gehäusetechnologie. Im Vergleich zu herkömmlichen PPA- (Polyphthalamid) oder PCT-Kunststoffen bietet das EMC-Material eine überlegene Wärmeleitfähigkeit, höhere Temperaturbeständigkeit und eine bessere Resistenz gegen Vergilbung und Degradation durch UV-Strahlung und Hitze. Dies führt zu einer stabileren optischen Leistung über die Lebensdauer der LED hinweg, wobei sowohl der Lichtstrom als auch der Farbort besser erhalten bleiben als bei kunststoffgehäusten Alternativen.

Die Kombination aus robustem EMC-Gehäuse, hoher Lichtausbeute und präzisem mehrdimensionalem Binning bietet einen erheblichen Vorteil in Anwendungen, die hohe Zuverlässigkeit, lange Lebensdauer und gleichbleibende Qualität erfordern, wie z.B. gewerbliche Leuchten und Außenschilder.

8. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

Q: What is the actual power consumption at the typical operating point?
A: At the test condition of I_F=25mA and V_F=5.4V (typical max), the power is 25mA * 5.4V = 135mW. The "1.2W Series" designation refers to its capability and thermal package rating, not the standard operating point.

Q: How does the luminous flux change if I drive the LED at 30mA instead of 25mA?
A: Refer to Figure 3. The relative luminous flux increases with current but not linearly. Driving at 30mA will yield more light but also generate significantly more heat. You must ensure the junction temperature remains below 115°C by implementing excellent thermal management, as per the derating curve in Figure 8.

Q: Can I use these LEDs for outdoor applications?
A: Yes, the EMC package offers good environmental resistance. However, for outdoor use, the entire luminaire must be properly sealed and designed to manage condensation and environmental stresses. The operating temperature range of -40°C to +85°C supports most outdoor conditions.

Q: Why is the forward voltage tolerance ±0.5V important?
A: This tolerance impacts the design of the power supply, especially when connecting multiple LEDs in series. The driver must accommodate the total possible voltage range of the string. Selecting LEDs from the same voltage bin (Table 7) can simplify driver design and improve system efficiency.

9. Design- und Anwendungsfallstudie

Scenario: Designing a 1200lm LED Panel Light for Office Use.
A designer aims to create a 600mm x 600mm LED panel light with a neutral white color (4000K, CRI>80) and an output of 1200 lumens.

Component Selection: The designer selects the T3C40821C-**AA model (Neutral White, 3985K typical). From Table 6, for the 40M5 color bin, a flux rank of 2H offers 148-156 lumens at 25mA. Choosing the typical value of 152 lm for calculation.

Quantity Calculation: To achieve 1200 lm, approximately 1200 lm / 152 lm per LED ≈ 8 LEDs are needed at 25mA each.

Thermal & Electrical Design: The 8 LEDs will be arranged on an aluminum MCPCB. Total power at 25mA and typical V_F (5.2V): 8 * (0.025A * 5.2V) = 1.04W. The thermal design must ensure the LED solder point temperature remains low enough to keep the junction below 115°C, utilizing the R_{th j-sp} of 11°C/W. A constant current driver outputting 25mA with a voltage compliance covering 8 * V_F (considering bin 2: 4.8-5.0V) is selected.

Outcome: This design leverages the LED's high efficacy and EMC thermal performance to create a reliable, efficient, and uniform office lighting fixture.

10. Technische Grundlagen und Trends

10.1 Funktionsprinzip

Diese LEDs basieren auf Halbleitertechnologie. Wird eine Durchlassspannung an den p-n-Übergang angelegt, rekombinieren Elektronen und Löcher und setzen Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifischen Materialien und die Struktur der Halbleiterschichten bestimmen die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts. Eine Phosphorschicht auf dem blau emittierenden Chip wandelt einen Teil des blauen Lichts in längere Wellenlängen um und erzeugt so das breite Spektrum von weißem Licht mit der gewünschten Farbtemperatur (CCT) und Farbwiedergabe (CRI).

10.2 Branchentrends

Das Mid-Power-LED-Segment entwickelt sich weiterhin hin zu höherer Effizienz (Lumen pro Watt) und verbesserter Zuverlässigkeit bei wettbewerbsfähigen Kosten. Zu den wichtigsten Trends zählen die breite Einführung von EMC und anderen keramikähnlichen Gehäusematerialien für bessere thermische Leistung und Langlebigkeit. Ebenso liegt ein starker Fokus auf der Verbesserung der Farbqualität und -konstanz, wobei engere Binning-Standards und höhere CRI-Optionen zur Regel werden. Darüber hinaus gewinnen Treiberintegration und intelligente Steuerbarkeit für Beleuchtungssysteme der nächsten Generation zunehmend an Bedeutung. Die 3030-EMC-Plattform stellt eine ausgereifte und optimierte Lösung innerhalb dieser laufenden Branchenentwicklungen dar.