SMD Mid-Power LED 67-24ST Datenblatt - Gehäuse 3,50x3,50x2,00mm - Spannung 72V max - Strom 15mA - Weißlicht - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die 67-24ST ist eine oberflächenmontierbare (SMD) Mid-Power-LED für die Allgemeinbeleuchtung. Sie nutzt ein PLCC-2-Gehäuse (Plastic Leaded Chip Carrier) mit kompakten Abmessungen von ca. 3,50mm x 3,50mm x 2,00mm. Die hauptsächlich emittierte Farbe ist Weiß, verfügbar in verschiedenen Farbtemperaturen (CCT) wie Kaltweiß, Neutralweiß und Warmweiß. Das Vergussmaterial ist wasserklar. Zu den Hauptvorteilen dieser LED zählen hohe Lichtausbeute, exzellenter Farbwiedergabeindex (CRI), niedriger Leistungsverbrauch und ein sehr großer Abstrahlwinkel von 120 Grad, was sie für Anwendungen mit gleichmäßiger Ausleuchtung prädestiniert.

2. Tiefgehende objektive Interpretation der technischen Parameter

2.1 Elektro-optische Eigenschaften

Die primären elektro-optischen Parameter werden bei einem Standard-Durchlassstrom (I_F) von 15mA und einer Lötstellentemperatur (T_soldering) von 25°C gemessen.

• Lichtstrom (Φ):Der minimale Lichtstrom variiert je nach Produktvariante und liegt zwischen 160 Lumen und 175 Lumen, mit einer typischen Toleranz von ±11%.
• Durchlassspannung (V_F):Die maximale Durchlassspannung ist mit 72,0V spezifiziert, mit einem typischen Betriebsbereich und einer Toleranz von ±0,1V.
• Farbwiedergabeindex (Ra/CRI):Diese Produktserie bietet einen minimalen CRI von 80, mit einer Toleranz von ±2. Höhere CRI-Werte bedeuten eine bessere Farbtreue der beleuchteten Objekte.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):Der Halbwertswinkel beträgt 120 Grad und sorgt für ein sehr breites Abstrahlmuster.

2.2 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Grenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Der Betrieb sollte innerhalb dieser Grenzen erfolgen.

• Durchlassstrom (I_F):15 mA (Dauerbetrieb).
• Spitzen-Durchlassstrom (I_FP):20 mA (gepulst, Tastverhältnis 1/10, Pulsbreite 10ms).
• Verlustleistung (P_d):1080 mW.
• Betriebstemperatur (T_opr):-40°C bis +85°C.
• Lagertemperatur (T_stg):-40°C bis +100°C.
• Sperrschichttemperatur (T_j):115°C (maximal).

2.3 Thermische Eigenschaften

Effektives Wärmemanagement ist entscheidend für die Leistung und Lebensdauer der LED.

• Wärmewiderstand (R_{th J-S}):Der Wärmewiderstand zwischen Sperrschicht und Lötstelle beträgt 17°C/W. Dieser Parameter ist entscheidend für die Berechnung des Sperrschichttemperaturanstiegs basierend auf der Verlustleistung und dem thermischen Design der Leiterplatte.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Das Produkt verwendet ein umfassendes Binning-System, um Farb- und Leistungskonsistenz sicherzustellen.

3.1 Farbtemperatur (CCT) und Farbort-Binning

Die LEDs werden gemäß Farbtemperatur (CCT) in einem 5-Stufen-MacAdam-Ellipsen-System gebinnt, was eine enge Farbkonsistenz gewährleistet. Verfügbare CCT-Bins umfassen 2700K, 3000K, 3500K, 4000K, 5000K, 5700K und 6500K. Die Farbortkoordinaten (Cx, Cy) für jeden Bin werden mit einer Toleranz von ±0,01 im CIE-1931-Diagramm angegeben.

3.2 Lichtstrom-Binning

Der Lichtstrom wird in Bins kategorisiert, die mit Codes wie 160L5, 165L5 bis 185L5 bezeichnet sind. Jeder Bin spezifiziert einen minimalen und maximalen Lichtstrombereich (z.B. 160L5: 160-165 lm) unter der Standardtestbedingung I_F=15mA.

3.3 Durchlassspannungs-Binning

Die Durchlassspannung wird in drei Kategorien gebinnt: 660T (66-68V), 680T (68-70V) und 700T (70-72V). Dies hilft bei der Auslegung von Treiberschaltungen mit entsprechenden Spannungsanforderungen.

3.4 Farbwiedergabeindex (CRI) Index

Der CRI wird durch einen Einzelbuchstaben-Code in der Artikelnummer angezeigt (z.B. 'K' für CRI ≥80). Andere mögliche Codes sind M (60), N (65), L (70), Q (75), P (85) und H (90).

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere für das Design essentielle Kennlinien.

4.1 Durchlassspannung vs. Sperrschichttemperatur

Abbildung 1 zeigt die Verschiebung der Durchlassspannung in Abhängigkeit von der Sperrschichttemperatur. Die Durchlassspannung hat typischerweise einen negativen Temperaturkoeffizienten und nimmt mit steigender Sperrschichttemperatur ab. Dies muss bei der Auslegung von Konstantstrom-Treibern berücksichtigt werden.

4.2 Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Abbildung 2 veranschaulicht die Beziehung zwischen der relativen Lichtleistung und dem Durchlassstrom. Die Ausgangsleistung ist im empfohlenen Betriebsbereich im Allgemeinen linear, sättigt jedoch bei höheren Strömen.

4.3 Relativer Lichtstrom vs. Sperrschichttemperatur

Abbildung 3 zeigt, wie die Lichtleistung mit steigender Sperrschichttemperatur abnimmt. Eine niedrige Sperrschichttemperatur ist entscheidend für maximale Lichtausbeute und Lebensdauer.

4.4 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (IV-Kennlinie)

Abbildung 4 zeigt die typische IV-Kennlinie, die grundlegend für die Bestimmung des Arbeitspunkts und des Leistungsverbrauchs ist.

4.5 Maximaler Treiberstrom vs. Lötstellentemperatur

Abbildung 5 ist eine Derating-Kurve, die den maximal zulässigen Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Lötstellentemperatur zeigt, basierend auf dem Wärmewiderstand (R_{th j-s}=17°C/W). Diese Grafik ist entscheidend, um sicherzustellen, dass die Sperrschichttemperatur unter verschiedenen Betriebsbedingungen ihren Maximalwert nicht überschreitet.

4.6 Abstrahlcharakteristik

Abbildung 6 zeigt das räumliche Abstrahldiagramm (Intensität) und bestätigt den großen 120-Grad-Abstrahlwinkel mit einer nahezu lambertischen Verteilung.

4.7 Spektralverteilung

Ein typisches Spektralleistungsverteilungsdiagramm wird bereitgestellt, das das Emissionsprofil der weißen, phosphorkonvertierten LED zeigt, was für die Farbqualitätsanalyse wichtig ist.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die detaillierte mechanische Zeichnung spezifiziert die Abmessungen des PLCC-2-Gehäuses. Wichtige Maße sind eine Bauteilgröße von 3,50mm ± 0,05mm in Länge und Breite und eine Höhe von 2,00mm ± 0,05mm. Die Zeichnung zeigt auch das Linsenprofil und Details des Leadframes.

5.2 Pad-Layout und Polaritätskennzeichnung

Das empfohlene Lötpad-Layout (Land Pattern) wird bereitgestellt, um eine ordnungsgemäße Lötstellenbildung und mechanische Stabilität zu gewährleisten. Die Polarität ist auf dem Gehäuse selbst und in der Zeichnung klar markiert; Anode (+) und Kathode (-) müssen während der Montage korrekt identifiziert werden, um eine Sperrspannung zu vermeiden.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötparameter

Die LED ist für Reflow-Lötprozesse geeignet. Die maximal zulässige Löttemperatur beträgt 260°C für eine Dauer von 10 Sekunden. Das Temperaturprofil sollte den Standard-IPC/JEDEC-Richtlinien für feuchtigkeitsempfindliche Bauteile entsprechen.

6.2 Handlötung

Falls Handlötung erforderlich ist, darf die Lötspitzentemperatur 350°C nicht überschreiten, und die Kontaktzeit sollte auf 3 Sekunden pro Pad begrenzt werden, um thermische Schäden am Kunststoffgehäuse und am LED-Chip zu verhindern.

6.3 Empfindlichkeit gegenüber elektrostatischer Entladung (ESD)

Das Bauteil ist empfindlich gegenüber elektrostatischer Entladung. Während der Handhabung und Montage müssen geeignete ESD-Vorkehrungen getroffen werden, wie z.B. die Verwendung geerdeter Arbeitsplätze und Handgelenkbänder.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Erklärung der Artikelnummer

Die Artikelnummer folgt einer spezifischen Struktur:67-24ST/KKE-5MXXXXX720U1/2T.

• 67-24ST/: Basis-Gehäusecode.
• K: CRI-Index (z.B. K=80 Min).
• KE-5M: Interne Codeserie.
• XXX: Drei Ziffern, die die CCT darstellen (z.B. 650 für 6500K).
• XXX: Drei Ziffern, die den minimalen Lichtstrom in Lumen darstellen (z.B. 175).
• 720: Durchlassspannungsindex (72,0V max).
• U1: Durchlassstromindex (I_F=15mA).
• 2T: Packungsmenge pro Rolle (z.B. 2000 Stück).

Beispiel: 67-24ST/KKE-5M65175720U1/2T entschlüsselt zu CRI 80 Min, CCT 6500K, Lichtstrom 175 lm min, V_F72,0V max, I_F 15mA.

7.2 Serienproduktionsliste

Eine Tabelle listet verfügbare Standardprodukte mit ihren spezifischen CCT-, minimalen CRI- und minimalen Lichtstromwerten auf und bietet eine schnelle Auswahlhilfe für gängige Anforderungen.

7.3 Packungsmenge

Die Bauteile werden typischerweise auf Band und Rolle geliefert. Das Suffix "2T" in der Artikelnummer zeigt eine Standard-Rollenmenge an, die für diesen Gehäusetyp üblicherweise 2000 Stück pro Rolle beträgt, was die automatisierte Bestückung erleichtert.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

• Allgemeinbeleuchtung:Ideal für LED-Lampen, -Röhren und -Panels aufgrund hoher Effizienz und gutem CRI.
• Dekorative und Entertainment-Beleuchtung:Geeignet für Akzentbeleuchtung, Leuchtreklame und Bühnenbeleuchtung, die vom großen Abstrahlwinkel profitiert.
• Anzeigen und Beleuchtung:Kann für Hintergrundbeleuchtung, Statusanzeigen und Schalterbeleuchtung verwendet werden.

8.2 Designüberlegungen

• Wärmemanagement:Angesichts der Verlustleistung (bis zu ~1W) und des Wärmewiderstands wird eine ausreichend dimensionierte Leiterplatte mit genügend Kupferfläche oder eine Metallkernplatine empfohlen, um die Sperrschichttemperatur niedrig zu halten und so lange Lebensdauer und stabile Lichtleistung zu gewährleisten.
• Treiberauswahl:Ein Konstantstromtreiber ist zwingend erforderlich. Der Treiber muss für die hohe Durchlassspannung (bis zu 72V) ausgelegt sein und einen stabilen 15mA-Ausgang liefern. Der negative Temperaturkoeffizient von V_Fmuss im Treiberdesign berücksichtigt werden.
• Optisches Design:Der große 120-Grad-Strahlwinkel reduziert in vielen diffusen Beleuchtungsanwendungen den Bedarf an Sekundäroptik, sollte jedoch bei der Auslegung für spezifische Strahlprofile berücksichtigt werden.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Obwohl das Datenblatt keinen direkten Vergleich mit anderen Produkten bietet, lassen sich die wichtigsten Unterscheidungsmerkmale dieser LED ableiten:

• Hochspannungskonfiguration:Die ungewöhnlich hohe Durchlassspannung (72V max) deutet darauf hin, dass das Gehäuse wahrscheinlich mehrere intern in Reihe geschaltete LED-Chips enthält. Dies reduziert den Strombedarf für eine gegebene Leistung, was in einigen Szenarien das Treiberdesign durch Minimierung der ohmschen Verluste (I²R) vereinfachen kann.
• Ausgewogene Leistung:Sie bietet eine Kombination aus gutem Lichtstrom, hohem CRI (≥80) und einem sehr großen Abstrahlwinkel in einem standardmäßigen PLCC-2-Gehäuse und ist damit eine vielseitige Wahl für qualitätsorientierte Allgemeinbeleuchtung.
• Konformität:Volle Konformität mit RoHS, REACH und halogenfreien Standards macht sie für globale Märkte mit strengen Umweltvorschriften geeignet.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

10.1 Warum ist die Durchlassspannung so hoch (72V)?

Dies deutet darauf hin, dass das Gehäuse mehrere in Reihe geschaltete LED-Halbleiterübergänge integriert. Wenn jeder Übergang beispielsweise eine typische Durchlassspannung von ~3V hat, wären etwa 24 Übergänge in Reihe geschaltet, um ~72V zu erreichen. Diese Konfiguration ermöglicht den Betrieb bei einem niedrigeren Strom (15mA) für eine gegebene Leistung, was für die Treibereffizienz und das Wärmemanagement vorteilhaft sein kann.

10.2 Wie wähle ich den richtigen CCT- und Lichtstrom-Bin?

Verwenden Sie die Serienproduktionsliste und die Erklärung der Bincodes. Wählen Sie die CCT (z.B. 3000K für Warmweiß) basierend auf der gewünschten Atmosphäre der Anwendung. Wählen Sie den Lichtstrom-Bin basierend auf der erforderlichen Lichtleistung und beachten Sie dabei die ±11% Toleranz. Für eine konsistente Farbe sollten alle LEDs in einem Leuchtmittel aus demselben CCT- und CRI-Bin stammen.

10.3 Welchen Einfluss hat die Sperrschichttemperatur auf die Leistung?

Wie in den Kennlinien gezeigt, führen höhere Sperrschichttemperaturen zu reduzierter Lichtleistung (Lichtstromrückgang) und einer Verschiebung der Durchlassspannung. Das Überschreiten der maximalen Sperrschichttemperatur (115°C) wird die Lebensdauer der LED drastisch verkürzen. Eine ordnungsgemäße Kühlung ist unerlässlich.

10.4 Kann ich diese LED mit einer Konstantspannungsquelle betreiben?

No.LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Eine Konstantspannungsquelle würde zu einem unkontrollierten Stromfluss führen, der möglicherweise den absoluten Maximalwert überschreitet und sofortigen Ausfall verursacht. Verwenden Sie immer einen Konstantstromtreiber oder eine Schaltung, die den Strom aktiv begrenzt.

11. Praktisches Design- und Anwendungsbeispiel

Szenario: Entwurf eines linearen LED-Moduls für Bürobeleuchtung.

Ein Ingenieur entwirft einen 2-Fuß-LED-Röhrenersatz. Das Designziel sind 2000 Lumen mit einer CCT von 4000K und einem CRI >80. Unter Verwendung der Variante 67-24ST/KKE-5M40175720U1/2T (4000K, 175 lm min):

1. Mengenberechnung:Ziel-Lichtstrom / Min. Lichtstrom pro LED = 2000 / 175 ≈ 11,4 LEDs. Die Verwendung von 12 LEDs bietet einen Designpuffer.
2. Elektrisches Design:Alle 12 LEDs werden in Reihe geschaltet. Gesamtdurchlassspannung: 12 * ~70V (typisch) = ~840V. Dies erfordert einen Hochspannungs-Konstantstromtreiber, der 15mA bei >840V liefern kann. Alternativ könnten sie in Serien-Parallel-Kombinationen angeordnet werden, um die Spannungsanforderung zu senken, aber das Strommatching zwischen parallelen Strängen muss sorgfältig gesteuert werden.
3. Thermisches Design:Gesamtverlustleistung: 12 LEDs * (70V * 0,015A) ≈ 12,6W. Die Leiterplatte muss als Aluminiumsubstrat (MCPCB) ausgelegt sein, um die Wärme effektiv von der Lötstelle an die Umgebung abzuführen und T_jdeutlich unter 115°C zu halten.
4. Optisches Design:Der native 120-Grad-Strahlwinkel ist geeignet, um in einem Büroleuchtenträger ohne zusätzliche Linsen diffuse, blendfreie Beleuchtung zu bieten.

12. Funktionsprinzip

Diese LED ist eine phosphorkonvertierte weiße LED. Der Kern ist ein Halbleiterchip, typischerweise basierend auf Indiumgalliumnitrid (InGaN), der bei Vorwärtsspannung Licht im blauen oder ultravioletten Spektrum emittiert. Dieses Primärlicht wird dann teilweise von einer auf oder um den Chip aufgebrachten Phosphorschicht absorbiert. Der Phosphor emittiert Licht bei längeren Wellenlängen (gelb, rot) wieder. Die Kombination aus dem verbleibenden blauen Licht und der breitbandigen Phosphoremission führt zur Wahrnehmung von weißem Licht. Die spezifische Mischung der Phosphore bestimmt die Farbtemperatur (CCT) und den Farbwiedergabeindex (CRI) des finalen weißen Lichts. Das PLCC-2-Gehäuse bietet mechanischen Schutz, beherbergt den Leadframe für die elektrische Verbindung und enthält eine geformte Linse, die das Licht formt, um den spezifizierten Abstrahlwinkel zu erreichen.

13. Entwicklungstrends

Die Entwicklung von Mid-Power-LEDs wie der 67-24ST folgt mehreren wichtigen Branchentrends:

• Erhöhte Effizienz (lm/W):Fortlaufende Verbesserungen in der Chip-Technologie, Phosphor-Effizienz und Gehäusedesign streben kontinuierlich eine höhere Lichtausbeute pro elektrischer Watt an und reduzieren so den Energieverbrauch bei gleicher Lichtmenge.
• Verbesserte Farbqualität:Es gibt einen starken Markttrend zu höheren CRI-Werten (90+), insbesondere für Anwendungen, bei denen eine genaue Farbwiedergabe kritisch ist, wie z.B. im Einzelhandel, in Museen und im Gesundheitswesen. Eine verbesserte Farbkonsistenz (engeres Binning) ist ebenfalls ein Fokus.
• Verbesserte Zuverlässigkeit und Lebensdauer:Fortschritte bei Materialien (z.B. stabilere Phosphore, robustere Vergussmaterialien) und Wärmemanagement-Designs zielen darauf ab, die Betriebslebensdauer zu verlängern und den Lichtstromrückgang über die Zeit zu reduzieren.
• Miniaturisierung und höhere Dichte:Während PLCC-2 beliebt bleibt, gibt es einen Trend zu kleineren Gehäusen und Chip-Scale-Packages (CSP), die eine höhere Pixeldichte in Anwendungen wie Videowänden und feineren linearen Beleuchtungen ermöglichen.
• Intelligente und einstellbare Beleuchtung:Die Integration mit Steuerungssystemen für Dimmen und Farbabstimmung (CCT einstellbar von Warm- zu Kaltweiß) wird immer häufiger, obwohl dies typischerweise mehrkanalige LEDs oder mehrere Einzelfarben-LEDs erfordert.