SMD Mid-Power LED 67-21ST Datenblatt - PLCC-2 Gehäuse - Spannung 9,6V max - Strom 60mA - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die 67-21ST ist eine oberflächenmontierbare (SMD) Mid-Power-LED in einem PLCC-2-Gehäuse (Plastic Leaded Chip Carrier). Es handelt sich um eine weiße Top-View-LED, die für moderne Beleuchtungslösungen eine ausgewogene Balance aus Leistung, Effizienz und Zuverlässigkeit bietet. Ihre kompakte Bauform und robuste Konstruktion machen sie für automatisierte Bestückungsprozesse geeignet.

1.1 Kernvorteile und Positionierung

Diese LED-Serie positioniert sich als vielseitige Lösung für Allgemein- und dekorative Beleuchtung. Ihre Hauptvorteile ergeben sich aus einer Kombination optischer und elektrischer Eigenschaften. Sie bietet eine hohe Lichtausbeute und trägt so zu energieeffizienten Designs bei. Das Gehäuse bietet einen breiten Abstrahlwinkel von 120 Grad für eine gleichmäßige Lichtverteilung. Darüber hinaus ist sie mit Optionen für einen hohen Farbwiedergabeindex (CRI) erhältlich, mit einem Mindest-CRI von 80 für Standardmodelle und Optionen bis zu CRI 90, was sie für Anwendungen geeignet macht, bei denen eine genaue Farbwahrnehmung wichtig ist. Das Produkt entspricht den wichtigsten Umwelt- und Sicherheitsstandards, ist bleifrei, REACH-konform und erfüllt halogenfreie Anforderungen (Br<900ppm, Cl<900ppm, Br+Cl<1500ppm).

1.2 Zielanwendungen

Die Kombination der Merkmale macht diese LED ideal für ein breites Anwendungsspektrum. Hauptanwendungen sind die allgemeine Umgebungs- und Arbeitsplatzbeleuchtung. Aufgrund ihrer konsistenten Farbwiedergabe eignet sie sich auch gut für dekorative Beleuchtung, architektonische Akzentbeleuchtung sowie Unterhaltungs- oder Bühnenbeleuchtung. Darüber hinaus kann sie in Signallampen, Schalterbeleuchtung und verschiedenen anderen Beleuchtungsaufgaben eingesetzt werden, die eine zuverlässige, kompakte weiße Lichtquelle erfordern.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Dieser Abschnitt bietet einen detaillierten, objektiven Überblick über die wichtigsten Leistungsparameter der LED unter Standardtestbedingungen (Lötstellen-Temperatur bei 25°C).

2.1 Absolute Maximalwerte

Die absoluten Maximalwerte definieren die Grenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Dies sind keine Bedingungen für den Normalbetrieb.

• Durchlassstrom (I_F): 80 mA (Dauerbetrieb)
• Spitzen-Durchlassstrom (I_FP): 160 mA (gepulst, Tastverhältnis 1/10, Pulsbreite 10ms)
• Verlustleistung (P_d): 800 mW
• Betriebstemperatur (T_opr): -30°C bis +85°C
• Lagertemperatur (T_stg): -40°C bis +100°C
• Thermischer Widerstand, Sperrschicht zu Lötstelle (R_{th J-S}): 17 °C/W
• Maximale Sperrschichttemperatur (T_j): 115 °C
• Löttemperatur: Reflow: 260°C max. 10 Sekunden; Handlötung: 350°C max. 3 Sekunden.

Wichtiger Hinweis: Das Bauteil ist empfindlich gegenüber elektrostatischer Entladung (ESD). Während aller Produktions- und Handhabungsphasen müssen geeignete ESD-Schutzmaßnahmen beachtet werden.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Diese Parameter sind für den typischen Betriebsdurchlassstrom von 60mA spezifiziert.

• Lichtstrom (Φ): Die Mindestwerte reichen von 70 lm bis 76 lm, abhängig von der spezifischen Produktvariante und der korrelierten Farbtemperatur (CCT). Eine typische Toleranz von ±11% gilt.
• Durchlassspannung (V_F): Der maximale Wert beträgt 9,6V. Der typische Bereich im Betrieb liegt zwischen 8,7V und 9,6V, mit einer Toleranz von ±0,1V.
• Farbwiedergabeindex (C_RIoder R_a): Standardvarianten haben einen Mindest-CRI von 80. Der R9-Wert (gesättigtes Rot) ist für diese Standard-Bins mit einem Minimum von 0 spezifiziert. Die Toleranz beträgt ±2.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2): 120 Grad (typisch). Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke die Hälfte des Spitzenwertes beträgt.
• Sperrstrom (I_R): Maximal 50 µA bei einer Sperrspannung (V_R) von 15V.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Das Produkt verwendet ein ANSI-kompatibles Binning-System, um Farb- und Lichtstromkonstanz zu gewährleisten. Die Produktnummer enthält Codes, die ihren Leistungs-Bin definieren.

3.1 Dekodierung der Produktnummer

Die Struktur67-21ST/KK6C-HXX XX XX Z6 / 2 Tenthält wichtige Informationen:

• HXX: Steht für den Farb- und Lichtstrom-Bin. Die ersten beiden Ziffern beziehen sich oft auf die CCT (z.B. 27 für 2700K, 30 für 3000K).
• XX: Steht für den Lichtstrom-Bin-Code (z.B. 70, 73, 76 lm min).
• 96: Durchlassspannungs-Index, der V_Fmax = 9,6V angibt.
• Z6: Durchlassstrom-Index, der I_F= 60mA angibt.

3.2 Farb-Binning (Chromaticität)

Die LED wird gemäß ihrer korrelierten Farbtemperatur (CCT) und ihrer präzisen Farbkoordinaten im CIE-1931-Diagramm gebinnt. Das Datenblatt enthält detaillierte Koordinatenfelder für jede CCT (2700K, 3000K, 4000K, 5000K, 5700K, 6500K). Jede CCT ist weiter in Sub-Bins unterteilt (z.B. A, B, C, D, F, G für 2700K), die durch spezifische x,y-Koordinatenbereiche definiert sind. Dieses enge Binning gewährleistet minimale Farbverschiebungen zwischen LEDs in einem Array. Die Referenzbereiche stellen sicher, dass die CCT innerhalb der standardmäßigen ANSI-Toleranzen liegt (z.B. 2580K-2700K für einen 2700K-Bin).

3.3 Lichtstrom-Binning

Der Lichtstrom wird in Bins kategorisiert, die durch einen Code und einen minimalen/maximalen Lichtausstoß bei 60mA definiert sind.

• R5: 70 – 76 lm
• R5B: 73 – 76 lm
• R6: 76 – 83 lm
• R7: 83 – 90 lm

Die Standardtoleranz für den Lichtstrom beträgt ±11%.

3.4 Durchlassspannungs-Binning

Die Durchlassspannung wird gruppiert, um das Treiberdesign und die Stromanpassung zu erleichtern.

• Gruppe 8796:
  • 87C: 8,7V – 9,0V
  • 90C: 9,0V – 9,3V
  • 93C: 9,3V – 9,6V

Die Toleranz für die Durchlassspannung beträgt ±0,1V.

4. Thermische Aspekte und Zuverlässigkeit

4.1 Wärmemanagement

Der thermische Widerstand von der Sperrschicht zur Lötstelle beträgt 17 °C/W. Dieser Parameter ist entscheidend für die Berechnung der Sperrschichttemperatur (T_j) während des Betriebs. Das Überschreiten der maximalen T_jvon 115°C verringert die Lebensdauer erheblich und kann zu einem Ausfall führen. Ein ordnungsgemäßes thermisches PCB-Design, einschließlich ausreichender Kupferfläche und gegebenenfalls Wärmeleitdurchkontaktierungen, ist unerlässlich, um eine niedrige Lötstellentemperatur aufrechtzuerhalten, insbesondere beim Betrieb bei oder nahe dem maximalen Durchlassstrom.

4.2 Lötrichtlinien

Die LED ist mit Standard-Reflow-Lötprozessen kompatibel. Das maximale Profil beträgt 260°C Spitzentemperatur für maximal 10 Sekunden. Für die Handlötung sollte die Lötspitzentemperatur 350°C nicht überschreiten, und die Kontaktzeit sollte auf 3 Sekunden pro Pad begrenzt werden. Es wird empfohlen, das für ähnliche PLCC-Gehäuse vorgeschlagene Reflow-Profil einzuhalten, um thermischen Schock oder Gehäuseschäden zu vermeiden.

5. Hinweise zur Anwendungsentwicklung

5.1 Treiberauswahl

Angesichts des Durchlassspannungsbereichs (bis zu 9,6V max. bei 60mA) ist ein Konstantstromtreiber für einen stabilen Betrieb und zur Vermeidung von thermischem Durchgehen zwingend erforderlich. Der Treiber sollte für einen Ausgangsstrom von 60mA (± entsprechende Toleranz) ausgelegt sein. Bei Designs, die mehrere LEDs in Reihe schalten, muss die kumulative Durchlassspannung berücksichtigt werden. Die Parallelschaltung von LEDs wird ohne individuelle Stromausgleichsmaßnahmen im Allgemeinen nicht empfohlen.

5.2 Optisches Design

Der breite 120-Grad-Abstrahlwinkel ist vorteilhaft für Anwendungen, die eine breite, gleichmäßige Ausleuchtung ohne Sekundäroptik erfordern. Für Anwendungen, die einen fokussierten Strahl benötigen, sind Primäroptiken (Linsen) erforderlich. Das wasserklare Harz des Gehäuses gewährleistet eine hohe Lichtauskoppeleffizienz.

5.3 Leiterplatten-Layout-Empfehlungen

Das PCB-Pad-Design sollte der empfohlenen Bestückungsfläche für das PLCC-2-Gehäuse entsprechen, um eine ordnungsgemäße Lötung und mechanische Stabilität zu gewährleisten. Um die thermische Leistung zu verbessern, sollte die thermische Lötfläche (falls im Footprint vorhanden) mit einer großen Kupferebene verbunden werden. Die Verwendung von Wärmeleitdurchkontaktierungen (Thermal Vias) unter dem Bauteil zur Verbindung mit inneren oder rückseitigen Kupferschichten kann die Wärmeableitung erheblich verbessern.

6. Serienproduktionsliste & Typische Spezifikationen

Das Datenblatt listet mehrere Standardproduktkonfigurationen auf, die in Serienproduktion verfügbar sind. Ein Beispiel ist die67-21ST/KK6C-H307396Z6/2T:

• CCT: 3000K
• CRI (Min.): 80
• R9 (Min.): 0
• Lichtstrom (Min.): 73 lm
• Durchlassspannung (Max.): 9,6V
• Durchlassstrom: 60mA

Ähnliche Varianten existieren für 2700K (70 lm min), 4000K (76 lm min), 5000K (76 lm min), 5700K (76 lm min) und 6500K (76 lm min), alle mit einem CRI von mindestens 80.

7. Technischer Vergleich und Positionierung

Im Vergleich zu herkömmlichen Low-Power-LEDs bietet die 67-21ST eine deutlich höhere Lichtleistung pro Bauteil, wodurch die Anzahl der benötigten Komponenten für eine bestimmte Lichtausbeute reduziert wird. Im Vergleich zu High-Power-LEDs bietet sie typischerweise eine bessere Effizienz bei niedrigeren Betriebsströmen und vereinfacht das Wärmemanagement aufgrund der geringeren Verlustleistung pro Bauteil. Ihr PLCC-2-Gehäuse ist ein industrieübliches, kostengünstiges Format mit bewährter Zuverlässigkeit und bietet eine gute Balance zwischen Leistung, einfacher Handhabung und Kosten für Mid-Power-Anwendungen in der Allgemeinbeleuchtung.

8. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

8.1 Wie hoch ist die typische Betriebsspannung?

Während das Maximum 9,6V beträgt, liegt die typische Durchlassspannung bei 60mA niedriger, oft im Bereich von 8,7V bis 9,3V, abhängig vom spezifischen Spannungs-Bin. Der Treiber sollte immer für die maximale Spannung ausgelegt sein.

8.2 Kann ich diese LED mit 80mA betreiben?

Der absolute Maximalwert für den Dauer-Durchlassstrom beträgt 80mA. Ein Betrieb bei diesem Strom ist möglich, erzeugt jedoch mehr Wärme, verringert die Effizienz und kann die Lebensdauer verkürzen. Es ist entscheidend, durch ein ausgezeichnetes Wärmemanagement sicherzustellen, dass die Sperrschichttemperatur unter 115°C bleibt. Die empfohlene Betriebsbedingung ist 60mA.

8.3 Wie wird die Farbkonstanz sichergestellt?

Die Farbkonstanz wird durch enges Binning im CIE-Farbdiagramm erreicht. Durch die Auswahl von LEDs aus demselben CCT- und Farb-Sub-Bin (z.B. 30K-F) kann innerhalb einer einzelnen Produktionscharge oder über Chargen hinweg eine sehr enge Farbabstimmung erreicht werden.

8.4 Ist ein Kühlkörper erforderlich?

Für eine einzelne LED, die mit 60mA (~0,55W elektrische Leistung) betrieben wird, ist in der Regel kein separater Kühlkörper erforderlich, wenn sie auf einer Standard-Leiterplatte mit etwas Kupferfläche zur Wärmeverteilung montiert ist. Für LED-Arrays oder den Betrieb bei hohen Umgebungstemperaturen ist jedoch ein sorgfältiges thermisches PCB-Design (Verwendung von Thermal Vias, dickeres Kupfer) erforderlich, und ein externer Kühlkörper kann notwendig sein, um einen zuverlässigen Betrieb aufrechtzuerhalten.