XI3030P SMD Mid-Power LED Datenblatt - 3.0x3.0mm - 2.9V Max - 65mA - Weiß - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die XI3030P ist eine oberflächenmontierbare (SMD) Mid-Power-LED in einem PLCC-2-Gehäuse (Plastic Leaded Chip Carrier). Sie ist als weiße Top-View-LED konzipiert und bietet eine Kombination aus hoher Lichtausbeute, exzellenter Farbwiedergabe und kompakter Bauform. Ihre primären Designziele sind Energieeffizienz und zuverlässige Leistung für ein breites Spektrum an Beleuchtungsanwendungen.

1.1 Kernvorteile

Die wesentlichen Vorteile dieses LED-Typs umfassen:

• Hohe Lichtausbeute:Typische Effizienz von 225 lm/W bei 65mA und 5000K CCT, was zu einem geringeren Energieverbrauch beiträgt.
• Hoher Farbwiedergabeindex (CRI):Verfügbar mit einem Mindest-CRI von 80 (Ra), mit Optionen bis zu 90, was eine präzise und ansprechende Farbwiedergabe gewährleistet.
• Breiter Abstrahlwinkel:Ein typischer Abstrahlwinkel (2θ1/2) von 120 Grad sorgt für eine gleichmäßige und breite Ausleuchtung.
• Kompakte Bauform:Die kleine Grundfläche von 3,0mm x 3,0mm ermöglicht flexible und dichte Leiterplattenlayouts.
• Umweltkonformität:Das Produkt ist bleifrei und entspricht den RoHS-, EU REACH- und halogenfreien Standards (Br<900ppm, Cl<900ppm, Br+Cl<1500ppm).

1.2 Zielmarkt & Anwendungen

Diese LED ist eine ideale Lösung für verschiedene Beleuchtungsanwendungen, die einen Ausgleich zwischen Leistung, Effizienz und Kosten erfordern. Primäre Anwendungsbereiche sind:

• Allgemeinbeleuchtung:Geeignet für Wohn-, Gewerbe- und Industrie-Ambienteleuchten.
• Dekorative- und Entertainment-Beleuchtung:Einsatz in Akzent-, Architektur- und Bühnenbeleuchtung aufgrund der guten Farbqualität.
• Anzeigen & Beleuchtung:Anwendbar für Hintergrundbeleuchtung, Beschilderung und Statusanzeigen.
• Schalterbeleuchtung:Kann in beleuchtete Schalter und Bedienfelder integriert werden.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Interpretation der im Datenblatt spezifizierten Schlüsselparameter.

2.1 Elektro-optische Eigenschaften

Die primären Leistungskennwerte sind unter Standardtestbedingungen (Lötstellen-Temperatur = 25°C, Durchlassstrom IF = 65mA) definiert.

• Lichtstrom (Φ):Der minimale Lichtstrom variiert je nach Produktvariante und liegt, abhängig von der Farbtemperatur (CCT), zwischen 37 lm und 39 lm. Es gilt eine Toleranz von ±11%.
• Durchlassspannung (VF):Die maximale Durchlassspannung ist mit 2,9V spezifiziert, mit einer typischen Toleranz von ±0,1V. Eine niedrigere VF trägt zu einer höheren Systemeffizienz bei.
• Farbwiedergabeindex (CRI/Ra):Der Mindestwert Ra beträgt für die Standardserie 80, mit einer engen Toleranz von ±2, was eine konsistente Farbqualität über alle Produktionschargen sicherstellt.
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):Der typische Wert beträgt 120 Grad, was als breiter Abstrahlwinkel gilt und für Anwendungen geeignet ist, die eine diffuse Lichtverteilung erfordern.
• Effizienz:Die typische Lichtausbeute beträgt 225 lm/W, gemessen bei 65mA und 5000K CCT. Dies ist eine zentrale Kenngröße für die Energieeffizienz.
• Sperrstrom (IR):Der maximale Sperrstrom beträgt 50 µA bei einer Sperrspannung (VR) von 5V und gibt Aufschluss über die Leckage-Eigenschaften der Diode.

2.2 Absolute Maximalwerte

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

• Durchlassstrom (IF):180 mA (Dauerbetrieb).
• Spitzen-Durchlassstrom (IFP):300 mA, nur unter gepulsten Bedingungen zulässig (Tastverhältnis 1/10, Pulsbreite 10ms).
• Verlustleistung (Pd):580 mW.
• Betriebs- & Lagertemperatur:-40°C bis +85°C (Betrieb), -40°C bis +100°C (Lagerung).
• Wärmewiderstand (RθJ-S):Der Wärmewiderstand zwischen Sperrschicht und Lötstelle beträgt 21 °C/W. Dieser Parameter ist für das Wärmemanagement-Design entscheidend.
• Sperrschichttemperatur (Tj):Die maximal zulässige Sperrschichttemperatur beträgt 115°C.
• Löttemperatur:Reflow-Löten: max. 260°C für 10 Sekunden. Handlöten: max. 350°C für 3 Sekunden.

Wichtiger Hinweis:Das Bauteil ist empfindlich gegenüber elektrostatischer Entladung (ESD). Während der Montage und Handhabung müssen geeignete ESD-Schutzmaßnahmen beachtet werden.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Produkt verwendet ein umfassendes Binning-System, um elektrische und optische Konsistenz zu gewährleisten. Die Produktnummer erklärt die Bin-Codes.

3.1 Dekodierung der Produktnummer

Beispiel: XI3030P/KKX-5M403929U6/2T

• XI3030P:Gehäuseserie und Größe (3,0mm x 3,0mm).
• KKX-5M:Interne Serienkennung.
• Erstes 'XX' (40):Steht für die Farbtemperatur (CCT). '40' = 4000K.
• Zweites 'XX' (39):Steht für den Code des minimalen Lichtstrom-Bins. '39' = 39 lm (min).
• Drittes 'XX' (29):Steht für den Code des maximalen Durchlassspannungs-Bins. '29' entspricht einem VF max von 2,9V.
• U6:Durchlassstrom-Index, zeigt an, dass der Betriebsstrom 65mA beträgt.
• 2T:Zusätzlicher Produktvariantencode.

3.2 Farbwiedergabeindex (CRI) Binning

Das Datenblatt enthält eine Tabelle, die Einzelbuchstaben-Symbole Mindest-CRI-Werten zuordnet:

• M: CRI 60, N: 65, L: 70, Q: 75, K: 80, P: 85, H: 90.

Die Standard-Massenproduktionsliste enthält Varianten mit CRI 80 (Symbol K).

3.3 Lichtstrom-Binning

Der Lichtstrom wird gemäß der CCT gebinnt. Zum Beispiel:

• 3000K:Bin-Codes 37L2 (37-39 lm), 39L2 (39-41 lm), 41L2 (41-43 lm).
• 4000K/5000K/5700K:Bin-Codes 39L2 (39-41 lm), 41L2 (41-43 lm), 43L2 (43-45 lm).
• 6500K:Bin-Codes 38L2 (38-40 lm), 40L2 (40-42 lm), 42L2 (42-44 lm).

Alle Bins haben eine Toleranz von ±11% auf die Nenn-Lichtstromwerte.

3.4 Durchlassspannungs-Binning

Die Durchlassspannung ist unter dem Code '2629' mit drei Sub-Bins gruppiert:

• 26A: 2,6V - 2,7V
• 27A: 2,7V - 2,8V
• 28A: 2,8V - 2,9V (Max)

Auf die Bin-Grenzen gilt eine Toleranz von ±0,1V.

3.5 Farbort-Binning (MacAdam-Ellipsen)

Der Farbort der LED (Farbwertkoordinaten) wird innerhalb definierter Ellipsen im CIE-1931-Diagramm kontrolliert, um Farbkonsistenz zu gewährleisten.

• MacAdam 3-Schritt:Strengere Farbkontrolle, d.h. LEDs innerhalb einer 3-Schritt-Ellipse sind für das menschliche Auge unter Standardbedingungen farblich praktisch nicht unterscheidbar.
• MacAdam 5-Schritt:Standard-Farbkontrolle, geeignet für die meisten Allgemeinbeleuchtungsanwendungen, bei denen leichte Farbabweichungen akzeptabel sind.

Das Datenblatt liefert die Mittelpunktskoordinaten (Cx, Cy) und Ellipsenparameter (a, b, theta) für CCTs von 3000K, 4000K, 5000K, 5700K und 6500K für sowohl 3-Schritt- als auch 5-Schritt-Bins. Die Toleranz für die Farbwertkoordinaten beträgt ±0,01.

4. Analyse der Leistungskurven

Die typischen Kurven geben Aufschluss über das Verhalten der LED unter variierenden Betriebsbedingungen.

4.1 Durchlassspannung vs. Sperrschichttemperatur (Abb.1)

Die Durchlassspannung (VF) hat einen negativen Temperaturkoeffizienten. Wenn die Sperrschichttemperatur (Tj) von 25°C auf 115°C ansteigt, sinkt VF linear um etwa 0,2V. Diese Eigenschaft ist wichtig für das Design von Konstantstrom-Treibern und Überlegungen zur thermischen Kompensation.

4.2 Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom (Abb.2)

Die Lichtleistung verhält sich sublinear zum Strom. Während die Ausgabe mit dem Strom ansteigt, nimmt die Effizienz (Lumen pro Watt) bei höheren Strömen typischerweise aufgrund erhöhter thermischer Verluste und des Efficiency-Droop ab. Der Betrieb bei den empfohlenen 65mA gewährleistet optimale Effizienz und Langlebigkeit.

4.3 Relativer Lichtstrom vs. Sperrschichttemperatur (Abb.3)

Die Lichtleistung nimmt mit steigender Sperrschichttemperatur ab. Die Kurve zeigt, dass bei einem Tj von 100°C der relative Lichtstrom etwa 85% seines Wertes bei 25°C beträgt. Effektives Wärmemanagement (niedriger RθJ-A) ist entscheidend, um die Lichtleistung und Lebensdauer aufrechtzuerhalten.

4.4 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (IV-Kurve) (Abb.4)

Dieses Diagramm zeigt den typischen exponentiellen Zusammenhang zwischen Strom und Spannung für eine Diode. Es ist wesentlich für die Auswahl der geeigneten Ansteuerungsmethode (für LEDs ist Konstantstrom zwingend erforderlich).

4.5 Maximaler Betriebsstrom vs. Löttemperatur (Abb.5)

Diese Entlastungskurve zeigt, dass der maximal zulässige Durchlassstrom abnimmt, wenn die Temperatur an der Lötstelle steigt. Dies ist eine kritische Designregel, um sicherzustellen, dass die LED unter allen Umgebungsbedingungen innerhalb ihres sicheren Betriebsbereichs (SOA) arbeitet.

4.6 Abstrahlcharakteristik (Abb.6)

Das Polardiagramm bestätigt das breite, lambertstrahlerähnliche Abstrahlverhalten mit einem typischen Abstrahlwinkel von 120°. Die Intensität ist über einen breiten zentralen Bereich hinweg recht gleichmäßig.

4.7 Spektralverteilung

Das Diagramm der spektralen Leistungsverteilung (im Text nicht detailliert, aber referenziert) würde einen breiten Peak der blauen Pump-LED und einen breiteren Peak der phosphorkonvertierten gelben Emission zeigen, charakteristisch für weiße phosphorkonvertierte LEDs. Die genaue Form bestimmt CCT und CRI.

5. Richtlinien für Löten und Montage

5.1 Reflow-Lötparameter

Die LED ist mit Standard-Infrarot- oder Konvektions-Reflow-Prozessen kompatibel. Der kritische Parameter ist die maximale Löttemperatur, die 260°C für nicht mehr als 10 Sekunden nicht überschreiten darf. Ein Standard-bleifreies Reflow-Profil (z.B. JEDEC J-STD-020) wird empfohlen. Eine präzise Steuerung ist notwendig, um thermische Schäden am Kunststoffgehäuse und der internen Chip-Verbindung zu vermeiden.

5.2 Handlöten

Falls Handlöten erforderlich ist, sollte die Lötspitzentemperatur auf maximal 350°C begrenzt und die Kontaktzeit mit jedem Lötpad auf 3 Sekunden oder weniger beschränkt werden, um Überhitzung zu verhindern.

5.3 Lagerbedingungen

LEDs sollten in ihrer original Feuchtigkeitssperrbeutel (falls als feuchtigkeitsempfindlich eingestuft) in einer Umgebung mit Temperaturen zwischen -40°C und +100°C und geringer Luftfeuchtigkeit gelagert werden. Falls zutreffend, sind die Standard-IPC/JEDEC-Richtlinien für die Handhabung feuchtigkeitsempfindlicher Bauteile (MSD) zu beachten.

6. Anwendungsdesign-Überlegungen

6.1 Treiberauswahl

Ein Konstantstrom-Treiber ist unerlässlich. Der empfohlene Betriebsstrom beträgt 65mA. Der Treiber sollte basierend auf der erforderlichen String-Spannung (Summe der LED-VF) ausgewählt werden und muss geeignete Schutzfunktionen wie Überstrom-, Überspannungs- und Kurzschluss-/Leerlaufschutz enthalten. Der negative VF-Temperaturkoeffizient sollte für einige Präzisionsanwendungen im Design der Rückkopplungsschleife des Treibers berücksichtigt werden.

6.2 Wärmemanagement

Mit einem Wärmewiderstand zwischen Sperrschicht und Lötstelle (RθJ-S) von 21°C/W ist eine effektive Wärmeableitung notwendig, insbesondere beim Betrieb bei oder nahe den Maximalwerten. Die Leiterplatte sollte ausreichend Wärmedurchkontaktierungen und Kupferfläche haben, die mit dem thermischen Pad der LED (falls im Footprint vorhanden) verbunden ist, um Wärme abzuleiten. Die maximale Sperrschichttemperatur von 115°C darf nicht überschritten werden. Verwenden Sie die Formel: Tj = Ts + (RθJ-S * Pd), wobei Ts die Lötstellentemperatur und Pd die Verlustleistung (VF * IF) ist.

6.3 Optisches Design

Der breite 120° Abstrahlwinkel macht diese LED geeignet für Anwendungen, die diffuse, gleichmäßige Ausleuchtung ohne Sekundäroptik erfordern. Für fokussierte Strahlen müssen geeignete Primäroptiken (Linsen oder Reflektoren) unter Berücksichtigung des Abstrahlverhaltens und der physikalischen Größe der LED ausgelegt werden.

7. Technischer Vergleich & Differenzierung

Obwohl das Datenblatt keinen direkten Vergleich mit anderen Produkten bietet, sind die wesentlichen Differenzierungsmerkmale der XI3030P basierend auf ihren Spezifikationen:

• Ausgewogenheit von Effizienz und CRI:Eine typische Effizienz von 225 lm/W bei CRI 80 bietet eine gute Balance, während einige Wettbewerber möglicherweise höhere Effizienz bei niedrigerem CRI oder umgekehrt bieten.
• Umfassendes Binning:Das detaillierte Binning für Lichtstrom, Spannung und Farbort (3-Schritt/5-Schritt MacAdam-Ellipsen) ermöglicht im Vergleich zu Produkten mit weniger strengem Binning ein präziseres Systemdesign und eine bessere Farbkonsistenz in Multi-LED-Leuchten.
• Robuste Maximalwerte:Eine relativ hohe maximale Sperrschichttemperatur (115°C) und Verlustleistung (580mW) bieten einen größeren Sicherheitsspielraum und mehr Designflexibilität in thermisch anspruchsvollen Umgebungen.
• Umweltkonformität:Die vollständige Konformität mit modernen Umweltstandards (RoHS, REACH, halogenfrei) ist eine Grundvoraussetzung, wird aber klar als Merkmal angegeben.

8. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F1: Kann ich diese LED mit 150mA für eine höhere Ausgangsleistung betreiben?

A: Nein. Der absolute maximale Dauer-Durchlassstrom beträgt 180mA, aber die empfohlene Betriebsbedingung ist 65mA. Ein Betrieb mit 150mA würde die Sperrschichttemperatur deutlich erhöhen, die Effizienz verringern, den Lichtstromrückgang beschleunigen und wahrscheinlich die Garantie erlöschen lassen. Immer für den empfohlenen Strom auslegen.

F2: Was ist der Unterschied zwischen den 3-Schritt- und 5-Schritt-MacAdam-Ellipsen-Bins?

A: Eine 3-Schritt-Ellipse steht für eine strengere Farbkontrolle, bei der LEDs für die meisten Betrachter farblich nahezu ununterscheidbar sind. Eine 5-Schritt-Ellipse erlaubt etwas mehr Farbvariation, die im direkten Vergleich möglicherweise sichtbar ist, aber für viele Anwendungen akzeptabel ist. Die Wahl hängt von den Farbgleichmäßigkeitsanforderungen des Endprodukts ab.

F3: Wie berechne ich den benötigten Kühlkörper?

A: Sie müssen die Ziel-Lötstellentemperatur (Ts) bestimmen. Verwenden Sie die Formel Tj = Ts + (RθJ-S * Pd), setzen Sie Tj auf einen sicheren Wert unter 115°C (z.B. 105°C). Berechnen Sie Pd als VF * IF (z.B. 2,9V * 0,065A = 0,1885W). Dann ist Ts_max = Tj_max - (21°C/W * 0,1885W) ≈ 105°C - 4°C ≈ 101°C. Das thermische Design der Leiterplatte und des Systems muss sicherstellen, dass die Lötstelle unter diesem berechneten Ts_max bleibt.

F4: Ist eine Konstantspannungsversorgung geeignet?

A: Nein. LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Eine kleine Änderung der Durchlassspannung (aufgrund von Temperatur oder Bin-Variation) verursacht bei einer Konstantspannungsquelle eine große Stromänderung, was möglicherweise zu thermischem Durchgehen und Ausfall führt. Immer einen Konstantstrom-Treiber oder eine strombegrenzende Schaltung verwenden.

9. Design- und Anwendungs-Fallstudie

Szenario: Entwicklung einer linearen LED-Leuchte für Büro-Ambientebeleuchtung.

• Anforderungen:Neutralweißes Licht (4000K), gute Farbwiedergabe (CRI >80), hohe Effizienz und gleichmäßige Ausleuchtung über eine Länge von 2 Metern.
• Bauteilauswahl:XI3030P/KKX-5M403929U6/2T wird aufgrund seiner 4000K CCT, CRI 80 und hohen Effizienz gewählt.
• Thermisches Design:Die Leuchte verwendet eine Aluminium-Leiterplatte (MCPCB) mit einer Wärmeleitfähigkeit von 1-2 W/mK. Die berechnete Leistung pro LED beträgt ~0,19W. Mit 100 gleichmäßig auf einem 2m langen Aluminiumprofil als Kühlkörper verteilten LEDs bestätigt die thermische Simulation, dass die Sperrschichttemperatur in einer 25°C Umgebung unter 90°C bleibt.
• Elektrisches Design:Die LEDs sind in Serienstrings zu 20 Stück angeordnet (Gesamt-VF ~58V max). Ein Konstantstrom-Treiber mit einem Ausgang von 65mA und einem Spannungsbereich, der 58V abdeckt, wird ausgewählt. Überspannungsschutz ist enthalten.
• Optisches Design:Der breite 120° Abstrahlwinkel der LED, kombiniert mit einem milchig-weißen Polycarbonat-Diffusor in berechnetem Abstand, erreicht die gewünschte gleichmäßige Ausleuchtung ohne sichtbare Hotspots und erfüllt die Bürobeleuchtungsstandards.

10. Einführung in das Technologieprinzip

Die XI3030P ist eine phosphorkonvertierte weiße LED. Das grundlegende Prinzip beinhaltet einen Halbleiterchip, typischerweise aus Indiumgalliumnitrid (InGaN), der bei Vorwärtsspannung blaues Licht emittiert (Elektrolumineszenz). Dieses blaue Licht wird teilweise von einer Phosphorschicht (z.B. YAG:Ce) absorbiert, die auf oder um den Chip aufgebracht ist. Der Phosphor wandelt einen Teil der blauen Photonen in Photonen über ein breites Spektrum im gelben und roten Bereich um. Die Mischung aus dem verbleibenden blauen Licht und dem vom Phosphor emittierten gelben/roten Licht wird vom menschlichen Auge als weißes Licht wahrgenommen. Das genaue Verhältnis von Blau zu Gelb und die Phosphorzusammensetzung bestimmen die Farbtemperatur (CCT) und den Farbwiedergabeindex (CRI) des emittierten weißen Lichts.

11. Branchentrends

Das Mid-Power-LED-Segment, repräsentiert durch Gehäuse wie die XI3030P, entwickelt sich weiter. Objektive Branchentrends umfassen:

• Erhöhte Effizienz:Fortlaufende Verbesserungen der internen Quanteneffizienz (IQE) blauer Chips, der Phosphorkonversionseffizienz und der Lichteinkopplung aus dem Gehäuse treiben die Effizienz nach oben.
• Verbesserte Farbqualität:Die Nachfrage nach höherem CRI (90+) und verbesserter Farbkonsistenz (engere MacAdam-Ellipsen) wächst, insbesondere in der gewerblichen und Einzelhandelsbeleuchtung.
• Verbesserte Zuverlässigkeit & Lebensdauer:Fortschritte bei Verpackungsmaterialien (Vergussmassen, Substrate) und Fertigungsprozessen zielen darauf ab, den Lichtstromrückgang zu reduzieren und die Betriebslebensdauer (L90) zu erhöhen.
• Miniaturisierung & Integration:Während 3030 eine Standardgröße ist, gibt es einen Trend zu kleineren Gehäusen mit vergleichbarer oder besserer Leistung sowie zu integrierten Modulen, die mehrere LEDs und Treiber kombinieren.
• Intelligente & abgestimmte Beleuchtung:Es gibt eine zunehmende Integration von LEDs mit Steuerelektronik, um Funktionen wie Dimmen, Farbtemperaturregelung (CCT-tunable) und Konnektivität für IoT-basierte Beleuchtungssysteme zu ermöglichen.

Die XI3030P positioniert sich mit ihrer ausgewogenen Leistung und Konformität innerhalb dieses breiteren Trends hin zu effizienteren, zuverlässigeren und intelligenteren Festkörper-Beleuchtungslösungen.