LED 3030 Mid-Power LED Datenblatt - 3.0x3.0mm - 2.0-2.4V - 0.35W - Rot/Gelb - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die 3030-Serie stellt eine Mid-Power-LED-Lösung dar, die für hocheffiziente und kostengünstige Beleuchtungsanwendungen konzipiert ist. Diese Produktfamilie nutzt eine EMC-Verpackungstechnologie (Epoxid-Formmasse), die zu ihrer ausgezeichneten thermischen Leistung und Zuverlässigkeit beiträgt. Die primären Designziele sind eine hohe Lichtstromausbeute und Effizienz (lm/W) bei wettbewerbsfähigen Kosten pro Lumen (lm/$), was sie für eine Vielzahl von Automobil- und Allgemeinbeleuchtungsanwendungen geeignet macht.

1.1 Merkmale und Vorteile

• Hohe Lichtstromausbeute und Effizienz:Konstruiert für überlegenen Lichtstrom, ermöglicht hellere und energieeffizientere Beleuchtungslösungen.
• Für hohe Betriebsströme ausgelegt:Fähig zu stabiler Leistung bei erhöhten Treiberströmen, bietet Designflexibilität.
• Niedriger Wärmewiderstand:Das EMC-Gehäuse und der effiziente Wärmeleitpfad (Rth j-sp bis zu 14 °C/W) gewährleisten eine effektive Wärmeableitung, die für die Langlebigkeit und Farbstabilität der LED entscheidend ist.
• Bleifreie Reflow-Löt-Anwendung:Kompatibel mit standardmäßigen bleifreien Reflow-Lötprozessen, erleichtert die Integration in automatisierte Fertigungslinien.

1.2 Hauptanwendungen

Diese LED-Serie eignet sich aufgrund ihrer Farboptionen und Leistungsprofile besonders für Automobil-Signalleuchten und verschiedene Anzeigeanwendungen.

• Blinker
• Zentrale Hochmontierte Bremsleuchte (CHMSL)
• Bremsleuchte
• Signalleuchte
• Rückleuchte

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Alle Parameter sind unter den Testbedingungen Durchlassstrom (IF) = 150 mA, Umgebungstemperatur (Ta) = 25°C und relative Luftfeuchtigkeit (RH) = 60% spezifiziert, sofern nicht anders angegeben. Messtoleranzen müssen für Designmargen berücksichtigt werden.

2.1 Elektro-optische Eigenschaften

Die Kernleistungskennzahlen definieren die Lichtausgabe und das grundlegende elektrische Verhalten unter Standardbetriebsbedingungen.

• Typischer Lichtstrom:19 lm für beide Varianten (Rot und Gelb) bei 150 mA. Der minimal garantierte Wert beträgt 17 lm. Hinweis: Die Lichtstromtabelle dient als Referenz, und tatsächliche Messungen haben eine Toleranz von ±7%.
• Dominante Wellenlänge (WD):Rot: 620-630 nm; Gelb: 585-595 nm. Dies definiert die wahrgenommene Farbe der LED.
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):Ein typischer Wert von 120°, was auf ein breites Strahlprofil hinweist, das für Flächenbeleuchtung und Signalisierung geeignet ist.

2.2 Elektrische und thermische Parameter

Diese Parameter sind entscheidend für Treiberdesign und Wärmemanagement.

• Durchlassspannung (VF):Rot: Typ. 2,0V, Max. 2,4V; Gelb: Typ. 2,2V, Max. 2,4V bei 150 mA. Toleranz ist ±0,08V.
• Sperrstrom (IR):Maximal 10 µA bei einer Sperrspannung (VR) von 5V.
• Wärmewiderstand, Sperrschicht zu Lötpunkt (Rth j-sp):Rot: 14 °C/W; Gelb: 16 °C/W. Dieser niedrige Wert ist entscheidend für die Steuerung der Sperrschichttemperatur.
• Elektrostatische Entladungsfestigkeit (ESD):Hält 8000V (Human Body Model) stand, was auf eine gute Handhabungsrobustheit hinweist.

2.3 Absolute Maximalwerte

Das Überschreiten dieser Grenzwerte kann zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen. Der Betrieb sollte stets innerhalb dieser Grenzen erfolgen.

• Durchlassstrom (IF):Rot: 350 mA (DC); Gelb: 240 mA (DC).
• Puls-Durchlassstrom (IFP):Rot: 400 mA; Gelb: 300 mA. Bedingung: Pulsbreite ≤ 100 µs, Tastverhältnis ≤ 1/10.
• Verlustleistung (PD):Rot: 840 mW; Gelb: 624 mW.
• Sperrspannung (VR):5 V.
• Betriebstemperatur (Topr):-40°C bis +105°C.
• Lagertemperatur (Tstg):-40°C bis +105°C.
• Sperrschichttemperatur (Tj):125°C (maximal).
• Löttemperatur (Tsld):260°C für 10 Sekunden (oder 230°C).

Kritischer Hinweis:LED-Eigenschaften können sich verschlechtern, wenn der Betrieb den spezifizierten Parameterbereich überschreitet. Es muss darauf geachtet werden, dass die Verlustleistung den absoluten Maximalwert nicht überschreitet.

3. Analyse der Leistungskurven

Grafische Daten geben Einblick in das Verhalten der LED unter verschiedenen Bedingungen, was für ein robustes Systemdesign unerlässlich ist.

3.1 Relative spektrale Verteilung

Das Spektraldiagramm (Abb. 1) zeigt die schmalbandige Emissionscharakteristik dieser LEDs. Die rote LED hat ihr Maximum im Bereich von 620-630 nm, während die gelbe LED im Bereich von 585-595 nm ihren Peak hat. Diese Information ist für farbempfindliche Anwendungen von entscheidender Bedeutung.

3.2 Durchlassstrom-Charakteristiken

Lichtstrom vs. Strom (Abb. 2):Der relative Lichtstrom steigt mit dem Durchlassstrom, wird aber letztendlich sättigen. Der Betrieb bei oder unterhalb des empfohlenen Stroms gewährleistet optimale Effizienz und Lebensdauer.

Durchlassspannung vs. Strom (Abb. 3):Die V-I-Kurve zeigt das typische Diodenverhalten. Die Spannung steigt logarithmisch mit dem Strom. Diese Kurve ist für das Design von Konstantstrom-Treibern notwendig.

3.3 Temperaturabhängigkeits-Charakteristiken

Lichtstrom vs. Umgebungstemperatur (Abb. 4):Die Lichtausgabe nimmt mit steigender Umgebungstemperatur ab. Diese Entlastung muss im thermischen Design berücksichtigt werden, um eine konstante Lichtausgabe aufrechtzuerhalten.

Durchlassspannung vs. Umgebungstemperatur (Abb. 5):Die Durchlassspannung nimmt typischerweise mit steigender Temperatur ab (negativer Temperaturkoeffizient). Dies kann in einigen Temperaturerfassungsschaltungen genutzt werden.

Maximaler Durchlassstrom vs. Umgebungstemperatur (Abb. 6):Diese Entlastungskurve ist vielleicht die kritischste für die Zuverlässigkeit. Sie zeigt den maximal zulässigen Dauerstrom in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur (angenommen ein Wärmewiderstand Sperrschicht-Umgebung, Rθj-a, von 40°C/W). Zum Beispiel muss der Strom der roten LED von 350 mA bei ~81°C auf etwa 104 mA bei 105°C Umgebungstemperatur reduziert werden. Das Ignorieren dieser Kurve birgt das Risiko von Überhitzung und schnellem Lichtstromverlust.

4. Erklärung des Binning-Systems

Um Farb- und Helligkeitskonsistenz in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs in Bins sortiert. Designer sollten die erforderlichen Bin-Codes angeben.

4.1 Wellenlängen- (Farb-) Binning

Die dominante Wellenlänge wird in spezifische Bereiche (Bins) mit einer Messtoleranz von ±1 nm sortiert.

• Rot:Bin 1: 620-625 nm; Bin 2: 625-630 nm.
• Gelb:Bin 1: 585-590 nm; Bin 2: 590-595 nm.

4.2 Lichtstrom-Binning

LEDs werden basierend auf ihrer Lichtausgabe bei 150 mA gruppiert, mit einer Messtoleranz von ±7%.

• Code AG:14 lm bis 18 lm
• Code AH:18 lm bis 22 lm
• Code AJ:22 lm bis 26 lm

Der typische Wert von 19 lm fällt in das AH-Bin.

4.3 Durchlassspannungs-Binning

Die Durchlassspannung wird ebenfalls gebinnt, um das Treiberdesign für eine gleichmäßige Stromverteilung in Multi-LED-Arrays zu unterstützen. Die Messtoleranz beträgt ±0,08V. Die spezifischen Spannungs-Bin-Codes und Bereiche (z.B. V1, V2) sind in der vollständigen Datenblatttabelle (Tabelle 7) definiert, die den typischen Bereich von 2,0V-2,4V kategorisiert.

5. Anwendungs- und Designrichtlinien

5.1 Wärmemanagement

Effektive Wärmeableitung ist nicht verhandelbar. Verwenden Sie den Wärmewiderstandswert (Rth j-sp), um den Anstieg der Sperrschichttemperatur (Tj) über der Lötpunkttemperatur zu berechnen. Die Formel lautet: ΔTj = PD * Rth j-sp. Stellen Sie sicher, dass Tj stets unter 125°C bleibt, vorzugsweise niedriger für maximale Lebensdauer. Die Entlastungskurve (Abb. 6) bietet eine direkte Richtlinie für Stromgrenzen basierend auf der Umgebungstemperatur.

5.2 Elektrische Ansteuerung

Diese LEDs müssen von einer Konstantstromquelle, nicht einer Konstantspannungsquelle, angesteuert werden. Der Treiber sollte so ausgelegt sein, dass er den erforderlichen Strom (z.B. 150 mA) liefert und dabei den Durchlassspannungs-Bin-Bereich und seinen negativen Temperaturkoeffizienten berücksichtigt. Erwägen Sie die Implementierung eines Übertemperaturschutzes, um den Strom zu reduzieren, wenn das System überhitzt.

5.3 Löten und Handhabung

Befolgen Sie das empfohlene Reflow-Profil mit einer Spitzentemperatur von 260°C für 10 Sekunden. Vermeiden Sie mechanische Belastung des Gehäuses. Beachten Sie während der Handhabung und Montage die Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen, wie durch die 8000V HBM-Bewertung spezifiziert.

6. Technischer Vergleich und Überlegungen

Das 3030-EMC-Gehäuse bietet einen Kompromiss zwischen den kostengünstigeren, aber thermisch begrenzten PLCC-Gehäusen und den leistungsstärkeren, aber teureren keramikbasierten Gehäusen. Sein Hauptunterscheidungsmerkmal ist die verbesserte thermische Leistung des EMC-Materials gegenüber Standardkunststoffen, was im Vergleich zu traditionellen Mid-Power-LEDs höhere Treiberströme und eine bessere Lichtstromerhaltung ermöglicht. Bei der Auswahl eines Bins sollten Sie den Kompromiss zwischen engerer Farbkonsistenz (schmalere Bins) und potenziellen Kosten/Verfügbarkeit berücksichtigen.

7. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

7.1 Kann ich diese LED mit 300 mA betreiben?

Das Betreiben der roten LED mit 300 mA überschreitet ihren absoluten maximalen DC-Stromwert von 350 mA, liegt aber unter dem Pulsrating. Während sie anfangs möglicherweise mehr Licht erzeugt, erhöht dies die Sperrschichttemperatur erheblich, was zu schnellem Lichtstromverlust, Farbverschiebung und reduzierter Lebensdauer führt. Für Dauerbetrieb wird es nicht empfohlen. Konsultieren Sie stets die Entlastungskurve (Abb. 6) für den sicheren Betriebsstrom bei Ihrer spezifischen Umgebungstemperatur.

7.2 Warum ist die Wärmewiderstandsspezifikation wichtig?

Der Wärmewiderstand (Rth j-sp) quantifiziert, wie leicht Wärme von der LED-Sperrschicht (dem Hotspot) zum Lötpunkt auf Ihrer Platine fließt. Ein niedrigerer Wert (wie 14 °C/W) bedeutet, dass Wärme effizienter abgeführt wird. Dies steuert direkt die Sperrschichttemperatur, die der primäre Faktor ist, der die LED-Lebensdauer, Effizienz und Farbstabilität beeinflusst. Schlechtes Wärmemanagement ist die häufigste Ursache für vorzeitigen LED-Ausfall.

7.3 Was bedeutet die ±7% Toleranz beim Lichtstrom für mein Design?

Es bedeutet, dass eine LED aus dem AH-Bin (18-22 lm) in Ihrem System so niedrig wie 16,7 lm (18 lm * 0,93) oder so hoch wie 23,5 lm (22 lm * 1,07) messen könnte, selbst wenn sie korrekt gebinnt ist. Daher sollte Ihr optisches Design genügend Spielraum haben, um diese Variation aufzunehmen, um sicherzustellen, dass das Endprodukt seine Helligkeitsspezifikationen erfüllt.

8. Funktionsprinzip und Technologietrend

8.1 Grundlegendes Funktionsprinzip

Diese LED ist eine Halbleiterdiode. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die ihren charakteristischen Schwellenwert überschreitet, rekombinieren Elektronen und Löcher innerhalb des aktiven Bereichs des Halbleiterchips und setzen Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Materialzusammensetzung der Halbleiterschichten bestimmt die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts. Das EMC-Gehäuse dient zum Schutz des empfindlichen Chips, bietet eine Primärlinse zur Formung des Lichtstrahls und bietet einen robusten Wärmeleitpfad zur Wärmeableitung.

8.2 Branchentrends

Das Mid-Power-LED-Segment entwickelt sich weiterhin hin zu höherer Effizienz (lm/W) und verbesserter Zuverlässigkeit bei wettbewerbsfähigen Kosten. Trends umfassen die Einführung fortschrittlicher Phosphortechnologien für weiße LEDs, die weitere Verfeinerung von EMC- und anderen Gehäusematerialien für bessere thermische und Feuchtigkeitsbeständigkeit sowie die Integration von konsistenterer Chip-Leistung auf Chipebene. Das Streben nach Miniaturisierung und höherer Dichte in Beleuchtungsmodulen treibt auch Gehäuse an, die mehr Licht von einem kleineren Footprint mit ausgezeichneten thermischen Eigenschaften liefern können, ein Trend, der durch Gehäuse wie das 3030 veranschaulicht wird.