LED 3030 Amber Datenblatt - 3,0x3,0mm - Spannung 3,1V - Leistung 1W - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt detailliert die Spezifikationen einer 3030 Mid-Power LED in der Farbe Amber. Das Bauteil nutzt ein thermisch optimiertes Epoxidharz-Formmassen-Gehäuse (EMC), das für eine ausgewogene Balance zwischen Leistung und Kosteneffizienz ausgelegt ist. Es positioniert sich als Lösung mit exzellenten Lumen pro Watt (lm/W) und Lumen pro Dollar (lm/$) im Mid-Power-Segment. Die Serie kann Leistungspegel von Mid-Power bis zu 1,3W verarbeiten, was sie für Anwendungen geeignet macht, die robuste Leistung erfordern.

1.1 Hauptmerkmale und Vorteile

• Thermisch optimiertes EMC-Gehäusedesign:Das EMC-Material bietet im Vergleich zu herkömmlichen Kunststoffen ein verbessertes Thermomanagement, was zu einer besseren Zuverlässigkeit und Lumenstabilität führt.
• Hohe Leistungsfähigkeit:Kann mit bis zu 1,3W betrieben werden und schließt damit die Lücke zwischen Standard-Mid-Power- und High-Power-LEDs.
• Hoher Treiberstrom:Unterstützt einen maximalen Durchlassstrom von 400mA, was bei Bedarf eine höhere Lichtausbeute ermöglicht.
• Blei-freies Reflow-Löten:Kompatibel mit standardmäßigen bleifreien Reflow-Lötprozessen und erleichtert so die moderne Fertigung.

1.2 Zielanwendungen

Die primären Anwendungen für diese LED umfassen Automotive- und Signalbeleuchtung, wie beispielsweise Blinker und verschiedene Signallampen, bei denen Amberlicht vorgeschrieben ist.

2. Analyse der technischen Parameter

2.1 Produktauswahl und optische Kennwerte

Das spezifisch behandelte Modell ist die T3CYE012C-**AA, eine phosphorkonvertierte (PC) Amber-LED. Ihre dominante Wellenlänge (WD) reicht von mindestens 585nm, typisch 590nm, bis maximal 596nm. Unter Standardtestbedingungen (Durchlassstrom IF=350mA, Umgebungstemperatur Ta=25°C) beträgt der typische Lichtstrom 118 Lumen, mit einem spezifizierten Mindestwert von 107 Lumen. Die Toleranz für die Lichtstrommessung beträgt ±7%.

2.2 Elektro-optische und elektrische Parameter

Detaillierte elektrische und optische Parameter sind unter denselben Standardtestbedingungen definiert (IF=350mA, Ta=25°C, RH60%).

• Durchlassspannung (VF):Der typische Wert beträgt 3,1V, mit einem Bereich von 3,0V (Min.) bis 3,3V (Max.).
• Sperrstrom (IR):Maximal 10 µA bei einer Sperrspannung (VR) von 5V.
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):Der Halbwertswinkel beträgt typischerweise 120 Grad.
• Thermischer Widerstand (Rth j-sp):Der thermische Widerstand von der Sperrschicht zum Lötpunkt beträgt typischerweise 14 °C/W.
• Elektrostatische Entladung (ESD):Hält bis zu 8000V (Human Body Model) stand, was auf eine gute Handhabungsrobustheit hinweist.

2.3 Absolute Grenzwerte

Diese Grenzwerte definieren die Limits, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden führen kann. Der Betrieb sollte innerhalb dieser Grenzen gehalten werden.

• Durchlassstrom (IF):400 mA (Dauerbetrieb)
• Puls-Durchlassstrom (IFP):500 mA (Pulsbreite ≤100µs, Tastverhältnis ≤1/10)
• Verlustleistung (PD):1360 mW
• Sperrspannung (VR):5 V
• Betriebstemperatur (Topr):-40°C bis +105°C
• Lagertemperatur (Tstg):-40°C bis +85°C
• Sperrschichttemperatur (Tj):125°C
• Löttemperatur (Tsld):260°C für 10 Sekunden (oder 230°C).

Wichtiger Hinweis:Das Überschreiten dieser absoluten Grenzwerte, auch nur kurzzeitig, kann die Bauteilleistung und -zuverlässigkeit beeinträchtigen. Besondere Sorgfalt ist erforderlich, um sicherzustellen, dass die tatsächliche Verlustleistung unter Betriebsbedingungen den Nennwert nicht überschreitet.

3. Leistungsmerkmale und Kennlinien

3.1 Spektrale und Winkelverteilung

Die LED emittiert im Amberspektrum, zentriert um 590nm. Das Diagramm zur Winkelverteilung zeigt ein typisches Lambert'sches oder nahezu Lambert'sches Abstrahlverhalten mit einem 120-Grad-Halbwertswinkel, was eine breite Ausleuchtung ermöglicht.

3.2 Kennlinie des Durchlassstroms

Die Beziehung zwischen Durchlassstrom (IF) und relativem Lichtstrom ist nichtlinear. Der Lichtstrom steigt mit dem Strom an, wird jedoch bei höheren Strömen aufgrund thermischer Effekte schließlich sättigen und abnehmen. Das Diagramm zeigt die Leistung bei Ta=25°C. Die Kennlinie der Durchlassspannung (VF) gegenüber dem Durchlassstrom (IF) zeigt die Diodencharakteristik, wobei VF logarithmisch mit dem Strom ansteigt.

3.3 Temperaturabhängigkeit

Die Leistung von LEDs wird maßgeblich von der Temperatur beeinflusst.

• Lichtstrom vs. Temperatur:Der relative Lichtstrom nimmt mit steigender Umgebungstemperatur (Ta) ab. Dies ist ein kritischer Faktor für das thermische Systemdesign.
• Durchlassspannung vs. Temperatur:Die Durchlassspannung nimmt typischerweise mit steigender Sperrschichttemperatur ab, was in einigen Anwendungen zur Temperaturüberwachung genutzt werden kann.
• Farbverschiebung vs. Temperatur:Die CIE-Farbortkoordinaten (x, y) verschieben sich mit Änderungen der Umgebungstemperatur. Diese Daten sind für Anwendungen wesentlich, die einen konsistenten Farbpunkt über einen Temperaturbereich hinweg erfordern.

3.4 Derating und maximaler Strom vs. Temperatur

Ein zentrales Diagramm zeigt den maximal zulässigen Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur für zwei verschiedene thermische Widerstandsszenarien (Rj-a=30°C/W und 40°C/W). Mit steigender Umgebungstemperatur muss der maximal sichere Strom reduziert werden, um zu verhindern, dass die Sperrschichttemperatur ihren Maximalwert von 125°C überschreitet. Beispielsweise sinkt bei 105°C Umgebungstemperatur der zulässige Strom für den Pfad mit höherem thermischen Widerstand deutlich auf etwa 147mA. Diese Kurve ist für das Design zuverlässiger Systeme, insbesondere in Hochtemperaturumgebungen, von entscheidender Bedeutung.

4. Farbort-Bin-Struktur und -Kontrolle

Die LEDs werden basierend auf ihren CIE-Farbortkoordinaten in Farbort-Bins sortiert, um Farbkonsistenz in der Produktion sicherzustellen. Das Datenblatt definiert spezifische Bin-Codes (z.B. AM1, AM2) mit ihren entsprechenden x- und y-Koordinatenbereichen im CIE-1931-Farbraum. Die Messunsicherheit für die Farbkoordinaten beträgt ±0,007. Dieses Binning ermöglicht es Entwicklern, LEDs auszuwählen, die farblich eng für ihre Anwendung zusammenpassen, was für Multi-LED-Arrays oder Produkte, bei denen ein einheitliches Erscheinungsbild wichtig ist, entscheidend ist.

5. Anwendungsrichtlinien und Designüberlegungen

5.1 Thermomanagement

Effektives Thermomanagement ist der kritischste Aspekt für den zuverlässigen Einsatz dieser LED. Der typische thermische Widerstand von 14 °C/W von der Sperrschicht zum Lötpunkt bedeutet, dass Wärme effizient vom LED-Gehäuse abgeführt werden muss. Dies erfordert eine gut durchdachte Leiterplatte mit ausreichenden Wärmedurchkontaktierungen und gegebenenfalls Anschluss an einen Kühlkörper. Die Derating-Kurve (Abb. 8) muss verwendet werden, um den maximalen Treiberstrom für eine gegebene Umgebungstemperatur und Systemthermik zu bestimmen.

5.2 Elektrische Ansteuerung

Obwohl die LED bis zu 400mA verkraften kann, sollte sie für optimale Lebensdauer und Effizienz typischerweise bei oder unter 350mA betrieben werden, wie die Standardtestdaten zeigen. Ein Konstantstromtreiber wird empfohlen, um eine stabile Lichtausbeute zu gewährleisten und die LED vor Stromspitzen zu schützen. Die Durchlassspannungsvariation (3,0V bis 3,3V) muss im Treiberdesign berücksichtigt werden.

5.3 Löten und Handhabung

Das Bauteil ist für bleifreies Reflow-Löten geeignet. Die Spitzenlöttemperatur sollte 260°C für 10 Sekunden nicht überschreiten. Während der Handhabung und Montage sind Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen zu beachten, da das Bauteil für 8000V ESD ausgelegt ist.

5.4 Optisches Design

Der 120-Grad-Abstrahlwinkel macht diese LED für Anwendungen geeignet, die breite Strahlwinkel erfordern. Für Anwendungen, die fokussierteres Licht benötigen, wären Sekundäroptiken (Linsen) erforderlich. Entwickler sollten auch die mögliche Farbverschiebung über Temperatur und Lebensdauer bei farbkritischen Anwendungen berücksichtigen.

6. Vergleich und Positionierung

Diese 3030-EMC-LED nimmt eine Position zwischen traditionellen Low-Power-SMD-LEDs und keramikbasierten High-Power-LEDs ein. Ihre Hauptvorteile im Mid-Power-Segment umfassen: bessere thermische Leistung als Standard-Kunststoffgehäuse (wie 3528), höherer möglicher Treiberstrom und Lichtausbeute als kleinere Gehäuse sowie eine Kostenstruktur, die im Vergleich zu High-Power-LEDs für Anwendungen, die keine extreme Flussdichte erfordern, oft vorteilhaft ist. Die Amber-Farbversion ist speziell für Effizienz in ihrem Spektralband optimiert, was sie für Automotive-Signalanwendungen wettbewerbsfähig macht, bei denen regulatorische photometrische Anforderungen effizient erfüllt werden müssen.

7. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Wie hoch ist der tatsächliche Leistungsverbrauch am typischen Arbeitspunkt?

A: Unter den typischen Testbedingungen von 350mA und einer typischen Vf von 3,1V beträgt die elektrische Eingangsleistung etwa 1,085W (0,35A * 3,1V).

F: Wie stark sinkt die Lichtausbeute bei hoher Temperatur?

A: Das Diagramm in Abb. 6 zeigt den relativen Lichtstrom in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur. Der genaue Rückgang hängt vom thermischen Design ab, aber der Trend zeigt einen signifikanten Abfall, wenn die Temperatur in Richtung der maximalen Betriebsgrenze steigt.

F: Kann ich diese LED mit einer Konstantspannungsquelle betreiben?

A: Dies wird nicht empfohlen. LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Die Durchlassspannung hat eine Toleranz und variiert mit der Temperatur. Eine Konstantspannungsquelle könnte zu übermäßigem Strom und schnellem Ausfall führen. Immer einen Konstantstromtreiber oder eine Schaltung verwenden, die den Strom aktiv begrenzt.

F: Was bedeutet die Bezeichnung "PC Amber"?

A: PC steht für phosphorkonvertiert. Ein blauer LED-Chip ist mit einem Leuchtstoff beschichtet, der einen Teil des blauen Lichts in längere Wellenlängen umwandelt, was die finale Amberfarbe ergibt. Diese Methode kann eine höhere Effizienz und bessere Konsistenz bieten als die Verwendung eines direkt emittierenden Amber-Halbleitermaterials.

8. Praktisches Designbeispiel

Szenario:Entwurf eines hochzuverlässigen Automotive-Blitzermoduls, das in einer Umgebungstemperatur von bis zu 85°C betrieben werden muss.

Designschritte:

1. Thermische Analyse:Bestimmen Sie den thermischen Widerstand des Systems von der LED-Sperrschicht zur Umgebung (Rj-a). Gehen Sie von einer gut gestalteten Leiterplatte aus, die zu Rj-a = 35°C/W führt.
2. Strom-Derating:Siehe Abb. 8. Für eine Umgebungstemperatur (Ta) von 85°C und einen geschätzten Rj-a zwischen 30 und 40°C/W, interpolieren Sie, um den maximal zulässigen Durchlassstrom zu finden. Dieser liegt deutlich unter 400mA, wahrscheinlich im Bereich von 250-300mA.
3. Treiberauswahl:Wählen Sie einen Konstantstromtreiber, der den gedrosselten Strom (z.B. 280mA) stabil über den erwarteten Eingangsspannungsbereich und die Temperatur liefern kann.
4. Optische Konformität:Berechnen Sie den erwarteten Lichtstrom beim gedrosselten Strom (unter Verwendung von Abb. 3) und bei hoher Temperatur (unter Verwendung von Abb. 6), um sicherzustellen, dass die Endbaugruppe die erforderliche photometrische Intensität für die Blinkeranwendung erfüllt.
5. Farbkonsistenz:Spezifizieren Sie das erforderliche Farbort-Bin (AM1 oder AM2), um sicherzustellen, dass alle LEDs im Modul übereinstimmen, und berücksichtigen Sie die geringe Farbverschiebung über die Temperatur (Abb. 5), die für diese Anwendung normalerweise akzeptabel ist.

Dieser systematische Ansatz stellt sicher, dass die LED innerhalb ihres sicheren Betriebsbereichs arbeitet und maximiert Lebensdauer und Zuverlässigkeit in einer anspruchsvollen Anwendung.