XI3030P Farb-LED-Serie Datenblatt - 3,0x3,0x0,7mm - 1,4-3,7V - 150mA - Grün/Bernstein/Orange/Rot/Königsblau/Tiefrot/Fernrot - Technisches Dokument DE

1. Produktübersicht

Die XI3030P ist eine Serie von Mid-Power-Oberflächenmontage-LEDs, die für ein breites Spektrum an Beleuchtungsanwendungen konzipiert ist. Charakterisiert durch ein kompaktes Gehäuse von 3,0 mm x 3,0 mm, bietet diese Serie eine Kombination aus hoher Effizienz und zuverlässiger Leistung. Das primäre Designkonzept zielt darauf ab, eine vielseitige Lichtquelle bereitzustellen, die sich für die Integration in verschiedene Leuchten und Systeme eignet, bei denen konstante Farbwiedergabe und Energieeffizienz von größter Bedeutung sind.

Die zentralen Vorteile der XI3030P-Serie umfassen ihren großen Abstrahlwinkel, der eine gleichmäßige Lichtverteilung gewährleistet, sowie ihre Konformität mit wichtigen Umwelt- und Sicherheitsstandards wie RoHS, REACH und halogenfreien Anforderungen (Br<900ppm, Cl<900ppm, Br+Cl<1500ppm). Das Gehäuse ist bleifrei (Pb-free) und entspricht damit modernen, auf Nachhaltigkeit ausgerichteten Fertigungspraktiken. Die Zielmärkte für dieses Produkt sind vielfältig und umfassen dekorative und Entertainment-Beleuchtung, wo lebendige und konstante Farben benötigt werden, landwirtschaftliche Beleuchtungssysteme, die spezifische spektrale Ausgänge (wie Tiefrot oder Fernrot) nutzen können, sowie allgemeine Beleuchtungsanwendungen, die zuverlässige Mid-Power-LED-Lösungen erfordern.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Die absoluten Maximalwerte definieren die Betriebsgrenzen, jenseits derer ein dauerhafter Schaden an der LED auftreten kann. Der maximale Dauer-Vorwärtsstrom (I_F) ist mit 200 mA spezifiziert. Der thermische Widerstand von der Sperrschicht zum Lötpunkt (R_th) beträgt 15 °C/W, ein kritischer Parameter für das Wärmemanagement-Design. Die maximal zulässige Sperrschichttemperatur (T_J) beträgt 125°C für die Königsblau-Variante und 115°C für alle anderen Farben (Fernrot, Tiefrot, Grün, Bernstein, Orange, Rot). Diese Unterscheidung ist wichtig für das thermische Design, insbesondere in Hochleistungs- oder Hochtemperaturumgebungen. Der Betriebstemperaturbereich reicht von -40°C bis +85°C, die Lagertemperatur von -40°C bis +100°C. Das Bauteil kann während des Reflow-Lötens für eine begrenzte Zeit eine maximale Löttemperatur von 260°C aushalten, wobei maximal zwei Reflow-Zyklen zulässig sind, was für SMD-Komponenten Standard ist.

2.2 Lichttechnische und elektrische Kenngrößen

Die Serie bietet sieben verschiedene Farboptionen, jede mit spezifischen lichttechnischen und elektrischen Eigenschaften, gemessen bei einem Standard-Prüfstrom von 150 mA und einer Temperatur des thermischen Pads von 25°C.

• Grün (515-530 nm):Bietet einen Lichtstrombereich von 33-55 Lumen bei einer Flussspannung von 2,8-3,7V.
• Bernstein (580-595 nm):Liefert 17-27 Lumen bei einer Flussspannung von 1,7-2,8V.
• Orange (605-620 nm):Erreicht 24-45 Lumen bei einer Flussspannung von 1,5-2,8V.
• Rot (615-630 nm):Erzeugt 16-27 Lumen bei einer Flussspannung von 1,5-2,8V.
• Königsblau (450-460 nm):Spezifiziert als Strahlungsfluss (optische Leistung), Bereich 190-280 mW, mit einer Flussspannung von 2,5-3,1V.
• Tiefrot (645-675 nm):Strahlungsfluss von 100-160 mW, Flussspannung 2,1-2,7V.
• Fernrot (715-745 nm):Strahlungsfluss von 70-110 mW, Flussspannung 1,4-2,5V.

Es ist entscheidend zu beachten, dass die Messtoleranz für Licht-/Strahlungsfluss ±10 % beträgt und die Toleranz für dominante/Spitzenwellenlänge ±1 nm ist. Die Flussspannung hängt stark vom Halbleitermaterial und der Bandlücke ab, daher die Variation zwischen den Farben.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um Farbkonstanz und elektrische Leistungsanpassung in der Produktion sicherzustellen, verwendet die XI3030P-Serie ein umfassendes Binning-System für drei Schlüsselparameter.

3.1 Lichtstrom- und Strahlungsfluss-Binning

Lichtstrom-Bins (für sichtbare Lichtfarben) verwenden alphanumerische Codes wie L5, M3, N4 usw., wobei jeder Bin einen spezifischen Lumenbereich abdeckt (z.B. L5: 14-15 lm, R1: 50-55 lm). Strahlungsfluss-Bins (für Königsblau, Tiefrot, Fernrot) verwenden Codes wie R4, S1, T6 usw., die spezifische Milliwatt-Bereiche abdecken (z.B. R4: 65-70 mW, T6: 260-280 mW). Dies ermöglicht es Konstrukteuren, LEDs mit eng gruppierter optischer Leistung für gleichmäßige Beleuchtung auszuwählen.

3.2 Wellenlängen-Binning

Dominante Wellenlänge (für vom menschlichen Auge wahrgenommene Farben) und Spitzenwellenlänge (für monochromatische Quellen) werden in 5-nm- oder 10-nm-Schritten gebinnt. Zum Beispiel wird Grün in G51 (515-520 nm), G52 (520-525 nm), G53 (525-530 nm) gebinnt. Tiefrot hat feinere Bins von D51 (640-645 nm) bis D57 (670-675 nm). Dieses präzise Binning ist für Anwendungen, die spezifische Farborte oder spektrale Eigenschaften erfordern, wie Pflanzenbeleuchtung oder Farbmischsysteme, unerlässlich.

3.3 Flussspannungs-Binning

Die Flussspannung (V_F) wird in 0,1-V-Schritten gebinnt, codiert mit vierstelligen Zahlen, die die minimale und maximale Spannung darstellen (z.B. Bin 1415 = 1,4 V bis 1,5 V, Bin 3637 = 3,6 V bis 3,7 V). Die Abstimmung der V_F-Bins in einer in Reihe geschalteten Kette ist entscheidend, um eine gleichmäßige Stromverteilung sicherzustellen und zu verhindern, dass einzelne LEDs überlastet werden.

4. Analyse der Leistungskurven

4.1 Relative spektrale Verteilung

Das bereitgestellte Diagramm zeigt die normierte spektrale Leistungsverteilung für alle sieben Farben bei 25°C. Wichtige Beobachtungen umfassen die schmalen, klar definierten Peaks der monochromatischen LEDs (Königsblau, Tiefrot, Fernrot). Die sichtbaren Farb-LEDs (Grün, Bernstein, Orange, Rot) zeigen breitere spektrale Kurven, die typisch für phosphorkonvertierte oder direkte Halbleiteremission in diesen Bändern sind. Die Fernrot-Kurve erstreckt sich deutlich in den nahen Infrarotbereich, der für Pflanzen biologisch aktiv ist.

4.2 Flussspannung vs. Vorwärtsstrom (I-V-Kurve)

Die I-V-Kurve veranschaulicht die Beziehung zwischen Vorwärtsstrom und -spannung für jede Farbe bei 25°C. Alle Kurven zeigen das klassische exponentielle Diodenverhalten. Die Einschaltspannung variiert je nach Farbe erheblich, wobei Fernrot die niedrigste hat (beginnt bei ~1,4 V) und Grün/Königsblau die höchste (beginnt bei ~2,5 V). Beim Nennbetriebsstrom von 150 mA entspricht die Spannungsstreuung den Binning-Tabellen. Diese Kurve ist für das Treiberdesign von entscheidender Bedeutung, da sie die erforderliche Versorgungsspannung für eine gegebene Reihenschaltung und den Betriebsstrom bestimmt.

5. Mechanische und Verpackungsinformationen

Das XI3030P-Gehäuse hat eine Grundfläche von etwa 3,0 mm x 3,0 mm mit einer typischen Höhe von 0,7 mm. Das Datenblatt enthält separate Maßzeichnungen für drei Gruppen, die auf leichte interne Designunterschiede hinweisen: eine für Königsblau, eine für Grün und eine für Fernrot/Tiefrot/Bernstein/Orange/Rot. Kritische mechanische Hinweise umfassen: Alle Maße sind in Millimetern mit einer Standardtoleranz von ±0,2 mm, sofern nicht anders angegeben. Das zentrale thermische Pad ist für eine effiziente Wärmeableitung ausgelegt. Ein wichtiger Warnhinweis wird gegeben: Das Bauteil darf nicht an der Linse gehandhabt werden, da mechanische Belastung zu einem Ausfall führen kann. Die Polarität des thermischen Pad-Anschlusses unterscheidet sich zwischen den Gruppen; für Königsblau und Grün ist es elektrisch mit der Kathode verbunden, während es für die Fernrot/Tiefrot/Bernstein/Orange/Rot-Gruppe mit der Anode verbunden ist. Dies muss beim PCB-Layout sorgfältig berücksichtigt werden, um Kurzschlüsse zu vermeiden.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Die LED ist für Reflow-Lötverfahren geeignet. Die maximale Spitzenlöttemperatur sollte 260°C nicht überschreiten, wie in den absoluten Maximalwerten definiert. Das Bauteil kann maximal zwei Reflow-Zyklen aushalten, was für die meisten SMD-LEDs typisch ist. Es ist zwingend erforderlich, das empfohlene Reflow-Profil für bleifreies Löten einzuhalten. Vorsichtsmaßnahmen umfassen die Sicherstellung, dass das PCB-Pad-Design der empfohlenen Grundfläche entspricht, um ein ordnungsgemäßes Löten und Wärmeableitung zu ermöglichen. Die Warnung vor der Handhabung der Linse gilt sowohl während der Montage als auch bei der späteren Handhabung. Die Lagerung sollte innerhalb des spezifizierten Temperaturbereichs von -40°C bis +100°C erfolgen, vorzugsweise in einer trockenen, kontrollierten Umgebung, um Feuchtigkeitsaufnahme zu verhindern, die während des Reflow-Lötens zu \"Popcorning\" führen könnte.

7. Anwendungsempfehlungen

7.1 Typische Anwendungsszenarien

• Dekorative und Entertainment-Beleuchtung:Das breite Farbspektrum und das konsistente Binning machen diese Serie ideal für architektonische Akzentbeleuchtung, Bühnenbeleuchtung und Ambientebeleuchtung, bei denen Farbqualität und Zuverlässigkeit entscheidend sind.
• Landwirtschaftliche Beleuchtung:Die Verfügbarkeit von Tiefrot- (645-675 nm) und Fernrot-Wellenlängen (715-745 nm) ist speziell für den Gartenbau von Bedeutung. Diese Wellenlängen werden stark von Pflanzen-Photorezeptoren (Phytochromen) absorbiert und sind entscheidend für die Beeinflussung von Photomorphogenese, Blüte und Fruchtentwicklung. Die Grün-, Königsblau- und Rot-LEDs können verwendet werden, um maßgeschneiderte spektrale Rezepte für verschiedene Pflanzenwachstumsstadien zu erstellen.
• Allgemeine Beleuchtung:Die Grün-, Bernstein-, Orange- und Rot-LEDs können in Kombination mit einer blauen Pumpe und Phosphor oder in RGB/RGBW-Systemen verwendet werden, um einstellbares Weißlicht oder gesättigte Farbbeleuchtung für Wohn-, Gewerbe- oder Industrieräume zu erzeugen.

7.2 Designüberlegungen

Wärmemanagement:Mit einem thermischen Widerstand (R_th) von 15 °C/W ist eine effektive Wärmeableitung unerlässlich, insbesondere beim Betrieb bei oder nahe dem Maximalstrom von 200 mA. Die Sperrschichttemperatur muss unter dem spezifizierten Maximum (115°C oder 125°C) gehalten werden, um langfristige Zuverlässigkeit und Lichtausbeute zu gewährleisten. Das zentrale thermische Pad muss ordnungsgemäß an ein wärmeleitendes PCB-Pad gelötet werden, das mit einem Wärmeableitungspfad verbunden ist.

Elektrisches Design:Treiber sollten vom Konstantstrom-Typ sein, entsprechend für die gewünschte Helligkeit und innerhalb des Bereichs von 0-200 mA eingestellt. Beim Reihenschalten mehrerer LEDs wird dringend empfohlen, Bauteile aus denselben oder benachbarten Flussspannungs- (V_F) Bins auszuwählen, um eine gleichmäßige Stromverteilung sicherzustellen. Die unterschiedliche Polarität des thermischen Pads zwischen den LED-Gruppen muss im PCB-Design berücksichtigt werden, um versehentliche Kurzschlüsse mit der Kühlkörperebene zu vermeiden.

Optisches Design:Der große Abstrahlwinkel sorgt für diffuse Abstrahlung. Für Anwendungen, die gerichtete Strahlen erfordern, sind Sekundäroptiken (Linsen oder Reflektoren) erforderlich. Die Variation der Lichtstärke über die Bins hinweg sollte für Anwendungen, die gleichmäßige Leuchtdichte erfordern, berücksichtigt werden.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die XI3030P positioniert sich als vielseitige Mid-Power-LED. Im Vergleich zu Hochleistungs-LEDs (>1 W) bietet sie typischerweise eine bessere Effizienz bei niedrigeren Treiberströmen und vereinfacht das Wärmemanagement aufgrund der geringeren Gesamtwärmeabgabe pro Bauteil. Im Vergleich zu Niedrigleistungs- oder Miniatur-LEDs bietet sie eine deutlich höhere Lichtleistung, was sie für die Primärbeleuchtung geeignet macht und nicht nur für Anzeigefunktionen. Ihre wichtigsten Unterscheidungsmerkmale im Mid-Power-Segment sind ihr umfassendes Farbportfolio (insbesondere einschließlich landwirtschaftlich relevanter Fernrot- und Tiefrot-Töne), explizite Halogenfrei-Konformität und das detaillierte, mehrparametrige Binning-System, das Lichtdesignern eine fein abgestufte Kontrolle über Farbkonstanz und elektrische Anpassung gibt. Die separaten mechanischen Zeichnungen für verschiedene Farbgruppen deuten auch auf ein optimiertes internes Packaging für spezifische Halbleitermaterialien hin, was potenziell zu besserer Leistung und Zuverlässigkeit für jede Farbe führt.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Was ist der Unterschied zwischen Lichtstrom und Strahlungsfluss im Datenblatt?

A: Lichtstrom (gemessen in Lumen) quantifiziert die wahrgenommene Lichtleistung, angepasst an die Empfindlichkeit des menschlichen Auges. Er wird für Grün, Bernstein, Orange und Rot verwendet. Strahlungsfluss (gemessen in Milliwatt) quantifiziert die gesamte emittierte optische Leistung, unabhängig von der Sichtbarkeit. Er wird für Königsblau, Tiefrot und Fernrot verwendet, da das menschliche Auge für diese Wellenlängen eine sehr geringe Empfindlichkeit hat.

F: Warum gibt es unterschiedliche maximale Sperrschichttemperaturen für verschiedene Farben?

A: Die maximale Sperrschichttemperatur wird durch die Materialien und Prozesse bestimmt, die zur Herstellung des LED-Chips verwendet werden. Unterschiedliche Halbleiterverbindungen (z.B. InGaN für Blau/Grün, AlInGaP für Rot/Bernstein) haben unterschiedliche thermische Stabilitätsgrenzen, daher die spezifizierte T_Jvon 125°C für Königsblau (InGaN) und 115°C für die anderen (wahrscheinlich auf AlInGaP basierend).

F: Wie interpretiere ich den Bestellcode für eine bestimmte LED?

A: Der Bestellcode (z.B. XI3030P/G3C-D1530P3R128371Z15/2N) enthält die Produktserie (XI3030P), Farbe (G für Grün), Lichtstrom-Bin, Wellenlängen-Bin und Spannungs-Bin-Informationen. Konstrukteure geben typischerweise die erforderlichen Bins an, und der vollständige Bestellcode wird entsprechend für die Beschaffung generiert.

F: Kann ich diese LED mit einer Konstantspannungsquelle betreiben?

A: Es wird nicht empfohlen. LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Ihre Flussspannung hat einen negativen Temperaturkoeffizienten und variiert von Einheit zu Einheit. Eine Konstantspannungsquelle könnte zu thermischem Durchgehen und katastrophalem Ausfall führen. Verwenden Sie immer einen Konstantstrom-Treiber oder eine Schaltung, die den Strom aktiv regelt.

10. Praktische Anwendungsfallstudien

Fallstudie 1: Modulares Pflanzenbeleuchtungs-Leuchtmittel

Ein Hersteller entwirft eine lineare Wachstumslampe für Vertical Farming. Er verwendet ein Verhältnis von 2:1:1 von Tiefrot- (XI3030P/D3C), Königsblau- (XI3030P/B3C) und Fernrot-LEDs (XI3030P/F3C) auf einer Aluminiumkern-Leiterplatte. Durch die Auswahl von LEDs aus engen Wellenlängen-Bins (z.B. D54 für 655-660 nm Tiefrot) stellen sie einen präzisen spektralen Ausgang sicher, der für die Blühphase von Blattgemüse optimiert ist. Der Treiberstrom von 150 mA ermöglicht einen effizienten Betrieb mit Standard-Mid-Power-LED-Treibern, und der niedrige thermische Widerstand ermöglicht eine passive Kühlung über das Leuchtmittelgehäuse, was der IP65-Anforderung für feuchte Umgebungen entspricht.

Fallstudie 2: RGBW-Architektur-Linearlight

Für ein Einbauleuchtensystem, das einstellbares Weißlicht von 2700K bis 6500K erfordert, verwendet ein Designer Rot- (XI3030P/R3C), Grün- (XI3030P/G3C) und Königsblau-LEDs (XI3030P/B3C) zusammen mit einer Standard-Weiß-LED auf einer einzigen Leiterplatte. Durch sorgfältige Auswahl der V_F-Bins (z.B. 2728 für Rot, 3031 für Grün, 3031 für Blau) erstellen sie vier parallele Stränge (R, G, B, W), die von einem einzigen, mehrkanaligen Konstantstrom-Treiber mit ähnlichen Flussspannungsanforderungen pro Kanal angetrieben werden können, was die Stromversorgungsgestaltung vereinfacht und den Gesamtsystemwirkungsgrad verbessert.

11. Einführung in das Funktionsprinzip

Leuchtdioden (LEDs) sind Halbleiterbauelemente, die Licht durch Elektrolumineszenz emittieren. Wenn eine Flussspannung an den p-n-Übergang angelegt wird, rekombinieren Elektronen aus dem n-dotierten Bereich mit Löchern aus dem p-dotierten Bereich in der aktiven Schicht. Dieser Rekombinationsprozess setzt Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts wird durch die Bandlückenenergie des in der aktiven Zone verwendeten Halbleitermaterials bestimmt. Für die XI3030P-Serie: Königsblau- und Grün-LEDs basieren typischerweise auf Indiumgalliumnitrid (InGaN)-Materialien. Bernstein-, Orange-, Rot-, Tiefrot- und Fernrot-LEDs basieren typischerweise auf Aluminiumindiumgalliumphosphid (AlInGaP)-Materialien. Die Merkmale \"Top-View\" und \"großer Abstrahlwinkel\" werden durch das Gehäusedesign erreicht, das eine geformte Linse umfasst, die den Lichtaustritt vom winzigen Halbleiterchip formt.

12. Technologietrends und Kontext

Die XI3030P repräsentiert ein ausgereiftes und optimiertes Segment des LED-Marktes: das Mid-Power-Package. Aktuelle Trends in diesem Segment konzentrieren sich auf mehrere Schlüsselbereiche:Erhöhte Effizienz (lm/W):Fortlaufende Verbesserungen der internen Quanteneffizienz, der Lichtextraktion und der Phosphortechnologie treiben die Lichtausbeute bei gleichem elektrischem Input weiter nach oben.Verbesserte Farbqualität und Konstanz:Engeres Binning, wie in diesem Datenblatt zu sehen, und die Entwicklung neuer Phosphorsysteme ermöglichen eine bessere Farbwiedergabe und einheitlichere Beleuchtung von Leuchte zu Leuchte.Spezialisierte Spektren:Die Nachfrage nach LEDs mit auf nicht-visuelle Anwendungen zugeschnittenen Spektren wächst, wie die gartenbaulichen (Tiefrot, Fernrot) Angebote in dieser Serie, sowie für humanzentrierte Beleuchtung, die natürliche Tageslichtzyklen nachahmt.Integration und Miniaturisierung:Während das 3030-Format Standard ist, gibt es einen parallelen Trend zur Integration mehrerer Chips (z.B. RGB oder Weiß + Farbe) in ein einziges Gehäuse für eine einfachere Montage.Zuverlässigkeit und Lebensdauer:Verbesserungen bei Verpackungsmaterialien und Wärmemanagement verlängern weiterhin die Betriebslebensdauer und Zuverlässigkeit von LEDs und festigen ihre Position als dominierende Beleuchtungstechnologie. Die XI3030P, mit ihrer Umweltkonformität und robusten Spezifikationen, ist gut auf diese branchenweiten Trends zu höherer Leistung, Spezialisierung und Zuverlässigkeit abgestimmt.