XI3030PF SMD Mid-Power LED Datenblatt - 3.0x3.0x1.1mm - 2.8V Max - 65mA - Kalt-/Neutral-/Warmweiß - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die XI3030PF ist eine oberflächenmontierbare (SMD) Mid-Power LED in einem PLCC-2-Gehäuse. Sie ist als Aufsicht-Weißlicht-LED konzipiert und bietet eine überzeugende Kombination aus hoher Lichtstärke und einem breiten Abstrahlwinkel. Ihre kompakte Bauform und hohe Effizienz machen sie zu einer vielseitigen Komponente für ein breites Spektrum an Beleuchtungsanwendungen. Das Produkt entspricht strengen Umweltstandards, ist bleifrei (Pb-frei), erfüllt die EU-REACH-Verordnung und wird als halogenfreie Komponente hergestellt (Brom <900ppm, Chlor <900ppm, Br+Cl <1500ppm). Das Produkt selbst bleibt innerhalb der RoHS-konformen Spezifikationen.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die Hauptvorteile der XI3030PF-Serie umfassen ihre hohe Lichtausbeute, die zu besserer Energieeffizienz führt, und ihren breiten 120-Grad-Abstrahlwinkel, der eine gleichmäßige Lichtverteilung gewährleistet. Die Verwendung des ANSI-Standard-Binnings für Farbmerkmale garantiert Konsistenz und Zuverlässigkeit der Farbwiedergabe über alle Produktionschargen hinweg. Diese Eigenschaften positionieren diese LED gemeinsam als ideale Lösung für Allgemeinbeleuchtung, dekorative und Entertainment-Beleuchtung, Signal- und Anzeigeanwendungen sowie Schalterbeleuchtung. Ihr ausgewogenes Leistungsprofil spricht sowohl den Verbraucher- als auch den professionellen Beleuchtungsmarkt an, die zuverlässige, effiziente und konsistente Weißlichtquellen benötigen.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

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

2.1 Absolute Maximalwerte

Die Betriebsgrenzen des Bauteils sind unter der Bedingung definiert, dass die Lötstellen-Temperatur (T_Lötstelle) 25°C beträgt. Das Überschreiten dieser Werte kann zu dauerhaften Schäden führen.

• Durchlassstrom (I_F):350 mA (Dauerbetrieb).
• Spitzen-Durchlassstrom (I_FP):420 mA (gepulst, Tastverhältnis 1/10, Pulsbreite 10ms).
• Verlustleistung (P_d):980 mW.
• Betriebstemperatur (T_opr):-40°C bis +100°C.
• Lagertemperatur (T_stg):-40°C bis +100°C.
• Wärmewiderstand (R_{th J-S}):7,5 °C/W (Sperrschicht zur Lötstelle).
• Sperrschichttemperatur (T_j):115 °C (Maximal).
• Löttemperatur:Reflow-Löten ist für 260°C über 10 Sekunden ausgelegt. Handlöten ist bei maximal 350°C für höchstens 3 Sekunden zulässig. Die Komponente ist empfindlich gegenüber elektrostatischer Entladung (ESD) und erfordert eine sorgfältige Handhabung.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Gemessen bei T_Lötstelle= 25°C und einem Standard-Prüfstrom von I_F=65mA.

• Lichtstrom (Φ):Die Mindestwerte variieren je nach Farbtemperatur (CCT) und reichen von 38 lm (3000K, 6500K) bis 40 lm (4000K, 5000K). Die typische Toleranz beträgt ±11%.
• Durchlassspannung (V_F):Der Maximalwert beträgt 2,8V, mit einer typischen Toleranz von ±0,1V. Der typische Wert liegt bei etwa 2,6-2,7V.
• Farbwiedergabeindex (CRI/Ra):Für die aufgeführten Modelle ist ein Mindestwert von 80 garantiert, mit einer Toleranz von ±2.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):120 Grad, typisch.
• Sperrstrom (I_R):Maximal 50 µA bei einer Sperrspannung (V_R) von 5V.

2.3 Thermische Eigenschaften

Der Wärmewiderstand von der Sperrschicht zur Lötstelle ist ein kritischer Parameter mit 7,5 °C/W. Dieser Wert beeinflusst direkt den Temperaturanstieg der Sperrschicht bei einer gegebenen Verlustleistung. Ein effektives Wärmemanagement durch Leiterplattendesign (z.B. Wärmevias, Kupferfläche) ist essenziell, um die Sperrschichttemperatur unter ihrem Maximum von 115°C zu halten und so langfristige Zuverlässigkeit und stabile Lichtleistung zu gewährleisten.

3. Erklärung des Binning-Systems

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

3.1 Artikelnummern- und Binning-Codes

Die Artikelnummer XI3030PF/KK8C-5MXXXX28U6/2N enthält eingebettete Binning-Codes. Der Abschnitt \"XXXX\" wird durch spezifische Ziffern ersetzt, die Schlüsselparameter definieren: CRI, CCT und Lichtstrom. Beispielsweise bedeutet in \"5M404028U6\" \"5M\" einen CRI ≥80, \"40\" eine CCT von 4000K, die zweite \"40\" einen Mindestlichtstrom von 40 lm, \"28\" eine maximale Durchlassspannung von 2,8V und \"U6\" einen Durchlassstrom von 65mA.

3.2 Farbwiedergabeindex (CRI) Binning

Der CRI wird mit spezifischen Mindestwerten gebinnt: M=60, N=65, L=70, Q=75, K=80, P=85, H=90, R=90 (mit R9≥50). Die Modelle in diesem Datenblatt verwenden das \"K\"-Bin, das Ra ≥80 garantiert.

3.3 Lichtstrom-Binning

Der Lichtstrom wird pro CCT-Gruppe gebinnt. Beispielsweise sind bei 4000K/5000K die Bins 40L2 (40-42 lm) und 42L2 (42-44 lm). Bei 3000K sind es 38L2 (38-40 lm) und 40L2 (40-42 lm). Bei 6500K sind es 39L2 (39-41 lm) und 41L2 (41-43 lm). Alle haben eine Toleranz von ±11%.

3.4 Durchlassspannungs-Binning

Die Spannung ist unter dem Code \"2628\" in zwei Bins gruppiert: 26A (2,6-2,7V) und 27A (2,7-2,8V), mit einer Toleranz von ±0,1V.

3.5 Farbort-Binning (MacAdam-Ellipsen)

Die Farbortkoordinaten der LED werden innerhalb definierter MacAdam-Ellipsenschritte kontrolliert, um Farbgleichheit zu gewährleisten. Das Datenblatt liefert Daten für sowohl 3-Schritt- als auch 5-Schritt-Ellipsen über die verfügbaren CCTs (3000K, 4000K, 5000K, 6500K). Eine 3-Schritt-Ellipse ist eine engere Toleranz, was bedeutet, dass LEDs innerhalb dieser Ellipse visuell sehr ähnlich in der Farbe sind. Das bereitgestellte CIE-1931-Diagramm veranschaulicht die Ziel-Farbortpunkte für jede CCT.

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt enthält mehrere Diagramme, die das Verhalten der LED unter variierenden Bedingungen darstellen.

4.1 Durchlassspannung vs. Sperrschichttemperatur (Abb.1)

Diese Kurve zeigt, dass die Durchlassspannung (V_F) einen negativen Temperaturkoeffizienten hat. Wenn die Sperrschichttemperatur (T_j) von 25°C auf 115°C ansteigt, nimmt V_Flinear um etwa 0,2V ab. Diese Eigenschaft ist wichtig für das Design von Konstantstrom-Treibern und Überlegungen zur thermischen Kompensation.

4.2 Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom (Abb.2) & Sperrschichttemperatur (Abb.3)

Abbildung 2 zeigt die sublineare Beziehung zwischen Lichtleistung und Strom; eine Erhöhung des Stroms bringt abnehmende Zuwächse beim Lichtstrom. Abbildung 3 demonstriert den negativen Einfluss der Temperatur auf die Lichtleistung. Der relative Lichtstrom nimmt ab, wenn T_jansteigt, was die kritische Notwendigkeit einer effektiven Wärmeableitung zur Aufrechterhaltung von Helligkeit und Lebensdauer unterstreicht.

4.3 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (Abb.4)

Dies ist die Standard-I-V-Kennlinie, die die für eine Diode typische exponentielle Beziehung zeigt. Sie ist wesentlich für die Bestimmung des Arbeitspunkts und der Verlustleistung (V_F* I_F).

4.4 Maximaler Treiberstrom vs. Umgebungs-/Lötstellentemperatur (Abb.5)

Dieses Derating-Diagramm definiert den maximal zulässigen Durchlassstrom basierend auf der Temperatur an der Lötstelle. Mit steigender Umgebungs-/Lötstellentemperatur muss der maximal sichere Treiberstrom reduziert werden, um zu verhindern, dass die Sperrschichttemperatur ihr Limit überschreitet. Dieses Diagramm ist entscheidend für den Entwurf zuverlässiger Systeme, die in erhöhten Temperaturumgebungen arbeiten.

4.5 Abstrahlcharakteristik (Abb.6) und Spektralverteilung

Abbildung 6 ist ein Polardiagramm, das das breite, lambertstrahlende Abstrahlverhalten mit einem 120°-Abstrahlwinkel bestätigt. Das Spektralverteilungsdiagramm zeigt die relative spektrale Leistungsverteilung (SPD) für die weiße LED, die aus einem blauen Chip in Kombination mit einem Leuchtstoff besteht, was zu einem breiten Emissionspeak im gelben Bereich und einem kleineren blauen Peak führt.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die XI3030PF hat eine nominelle Grundfläche von 3,0mm x 3,0mm. Die Gesamtgehäusehöhe beträgt etwa 1,1mm. Die Maßzeichnung spezifiziert wichtige Maße einschließlich Pad-Größe (typisch 2,8mm x 2,8mm), Linsendimensionen und Ausschnittdetails. Die Toleranzen betragen generell ±0,2mm, sofern nicht anders angegeben.

5.2 Polaritätskennzeichnung

Das PLCC-2-Gehäuse weist eine eingegossene Kerbe oder eine abgeschrägte Ecke am Gehäuse auf. Diese physikalische Markierung kennzeichnet die Kathodenseite. Die korrekte Polarisierungsausrichtung ist während der Montage entscheidend für den ordnungsgemäßen Betrieb.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil

Die Komponente eignet sich für Infrarot- oder Konvektions-Reflow-Löten. Die maximale Spitzentemperatur sollte 260°C nicht überschreiten, und die Zeit über 260°C sollte auf 10 Sekunden begrenzt sein. Ein Standard-bleifreies Reflow-Profil wird empfohlen.

6.2 Handlöten

Falls Handlöten notwendig ist, sollte die Lötspitzentemperatur auf maximal 350°C begrenzt und die Kontaktzeit pro Anschluss auf 3 Sekunden beschränkt werden. Verwenden Sie einen Lötkolben mit geringer Leistung (ca. 30W) und einer feinen Spitze.

6.3 Handhabungs- und Lagerungsvorkehrungen

Die LED ist empfindlich gegenüber elektrostatischer Entladung (ESD). Handhaben Sie sie in einer ESD-geschützten Umgebung mit geerdeten Handgelenkbändern und leitfähigen Matten. Lagern Sie sie in der original, feuchtigkeitsdichten Verpackung in einer kontrollierten Umgebung (entsprechend des Lagertemperaturbereichs). Vermeiden Sie vor dem Löten die Exposition gegenüber hoher Luftfeuchtigkeit.

7. Anwendungsvorschläge und Designüberlegungen

7.1 Typische Anwendungsszenarien

• Allgemeinbeleuchtung:LED-Lampen, -Röhren, Panel-Leuchten, Einbauleuchten.
• Dekorationsbeleuchtung:Lichterketten, Architektur-Akzentbeleuchtung, Leuchtreklame.
• Entertainment-Beleuchtung:Bühnenbeleuchtungseffekte, bei denen konsistentes Weißlicht benötigt wird.
• Anzeigen & Schalterbeleuchtung:Hintergrundbeleuchtung für Panels, Schalter und Statusanzeigen, die eine höhere Helligkeit als Standard-LEDs erfordern.

7.2 Wichtige Designüberlegungen

• Wärmemanagement:Dies ist von größter Bedeutung. Verwenden Sie eine Leiterplatte mit ausreichender Wärmeableitung, Wärmevias unter dem Pad und ausreichender Kupferfläche zur Wärmeableitung. Der Wärmewiderstand R_{th J-S}von 7,5 °C/W gilt von der Sperrschicht zur Lötstelle; der systemische Wärmewiderstand zur Umgebung muss durch das Leiterplattendesign gesteuert werden.
• Treiberstrom:Obwohl für bis zu 350mA ausgelegt, verbessert der Betrieb bei niedrigeren Strömen wie dem typischen 65mA die Effizienz und Lebensdauer. Verwenden Sie einen Konstantstrom-LED-Treiber für eine stabile Leistung.
• Optik:Der breite 120°-Strahl kann für Anwendungen, die fokussiertes oder gerichtetes Licht benötigen, sekundäre Optiken (Linsen, Reflektoren) erfordern.
• Farbkonsistenz:Für Anwendungen, bei denen Farbabgleich kritisch ist, geben Sie enge MacAdam-Ellipsenschritte an (z.B. 3-Schritt) und stellen Sie sicher, dass alle LEDs in einer Leuchte aus derselben Produktionscharge für Lichtstrom und Spannung stammen.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Während das Datenblatt keinen direkten Vergleich mit anderen Produkten zieht, zeigt eine objektive Analyse basierend auf seinen Parametern seine Position auf. Die XI3030PF mit ihrer 3,0x3,0mm Grundfläche gehört zur beliebten Mid-Power-Kategorie. Ihre Hauptunterscheidungsmerkmale umfassen eine relativ hohe Effizienz für ihre Klasse (z.B. ~230 lm/W typisch bei 65mA für 4000K), einen breiten 120°-Abstrahlwinkel und ein umfassendes ANSI-Standard-Binning für Farbe und Lichtstrom. Die maximale Durchlassspannung von 2,8V ist wettbewerbsfähig und kann im Vergleich zu LEDs mit höherer V_Fzu geringeren systemischen Widerstandsverlusten führen. Ihre Konformität mit den neuesten Umweltstandards (Halogenfrei, REACH) ist ebenfalls ein bedeutender Vorteil für moderne, umweltbewusste Designs.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

9.1 Wie hoch ist der tatsächliche Leistungsverbrauch am typischen Betriebspunkt?

Unter der Standard-Prüfbedingung von I_F=65mA und einer typischen V_Fvon 2,7V beträgt die elektrische Eingangsleistung etwa 175,5 mW (0,065A * 2,7V).

9.2 Wie interpretiere ich den Lichtstrom-Bin-Code \"40L2\"?

Die \"40\" repräsentiert den minimalen Lichtstrom in Lumen für dieses Bin. Das \"L2\" ist eine interne Bin-Kennung. Der tatsächliche Bereich für das 40L2-Bin bei 4000K ist 40-42 lm (Minimum bis Maximum), mit einer zusätzlichen Toleranz von ±11%.

9.3 Kann ich diese LED kontinuierlich mit 350mA betreiben?

Ja, aber nur, wenn das Wärmemanagement außergewöhnlich effektiv ist. Das Datenblatt listet Mindestlichtstromwerte bei 350mA auf, aber die Verlustleistung wäre fast 1W (350mA * ~2,8V), was an die Grenzen der 980mW P_d-Bewertung stößt. Die Sperrschichttemperatur muss unter 115°C gehalten werden, was einen sehr niedrigen systemischen Wärmewiderstand erfordert. Für die meisten Anwendungen wird der Betrieb bei einem niedrigeren Strom (z.B. 150mA oder 65mA) für bessere Effizienz und Zuverlässigkeit empfohlen.

9.4 Was bedeutet \"MacAdam 3-Schritt\" für Farbkonsistenz?

Eine MacAdam-Ellipse definiert einen Bereich im CIE-Farbortdiagramm, in dem Farbunterschiede für das durchschnittliche menschliche Auge nicht wahrnehmbar sind. Eine \"3-Schritt\"-Ellipse bedeutet, dass die Farbortkoordinaten der LED garantiert innerhalb einer Ellipse liegen, die dreimal so groß ist wie der kleinste wahrnehmbare Unterschied (eine 1-Schritt-Ellipse). Dies stellt eine gute Farbkonsistenz dar, die für die meisten Allgemeinbeleuchtungsanwendungen geeignet ist, bei denen leichte Farbvariationen zwischen benachbarten LEDs akzeptabel sind.

10. Praktisches Design- und Anwendungsbeispiel

Beispiel: Entwurf einer hocheffizienten LED-Panel-Leuchte

Ein Designer entwickelt eine 600x600mm LED-Panel-Leuchte für den Büroeinsatz mit dem Ziel hoher Effizienz und guter Farbqualität (CRI >80). Er wählt die XI3030PF/KK8C-5M404028U6/2N für ihre 4000K neutralweiße Farbtemperatur, CRI 80+ und hohe typische Effizienz von 230 lm/W. Um Lebensdauer und Effizienz zu maximieren, entscheidet er sich, die LEDs mit 65mA statt mit der Maximalbewertung zu betreiben. Er entwirft eine Metallkern-Leiterplatte (MCPCB) mit einer hochwärmeleitfähigen Dielektrikumschicht, um Wärme effizient von den LED-Lötpads zum Aluminiumsubstrat, das als Kühlkörper dient, zu übertragen. Die LEDs sind in einer Serien-Parallel-Konfiguration angeordnet, die von einem Konstantstrom-Treiber versorgt wird. Durch den Betrieb deutlich innerhalb der thermischen und elektrischen Grenzen und die Nutzung der hohen Effizienz und konsistenten Binning der LED erreicht der Designer eine Panel-Leuchte mit hoher Lichtleistung, gleichmäßiger Farbe und langer Betriebsdauer.

11. Einführung in das Funktionsprinzip

Die XI3030PF ist eine phosphorkonvertierte weiße LED. Ihr Kern ist ein Halbleiterchip aus Indiumgalliumnitrid (InGaN), der bei Durchlassbetrieb (wenn elektrischer Strom durch ihn fließt) blaues Licht emittiert. Dieser blaue Licht emittierende Chip ist in einem Gehäuse eingekapselt, das eine Schicht aus Cer-dotiertem Yttrium-Aluminium-Granat (YAG:Ce)-Phosphor enthält. Ein Teil des blauen Lichts vom Chip wird vom Phosphor absorbiert, der es dann über ein breites Spektrum mit Schwerpunkt im gelben Bereich wieder emittiert. Die Kombination des verbleibenden blauen Lichts und der breiten gelben Emission des Phosphors führt zur Wahrnehmung von weißem Licht. Die genaue Farbtemperatur (CCT) wird durch Modifikation der Phosphorzusammensetzung und -konzentration gesteuert.

12. Technologietrends und Entwicklungen

Das Mid-Power-LED-Segment, repräsentiert durch Gehäuse wie die XI3030PF, entwickelt sich weiter. Wichtige Branchentrends konzentrieren sich auf die Steigerung der Lichtausbeute (Lumen pro Watt) durch Verbesserungen der internen Quanteneffizienz des blauen Chips und der Phosphor-Konversionseffizienz. Es gibt auch einen starken Trend zu höheren Farbwiedergabeindizes (CRI), insbesondere mit verbesserter Rot-Spektrum-Wiedergabe (R9-Wert), wie im \"R\"-Bin in diesem Datenblatt zu sehen. Ein weiterer Trend ist das Streben nach engerer Farbkonsistenz (kleinere MacAdam-Ellipsen), um den Anforderungen der hochwertigen kommerziellen Beleuchtung gerecht zu werden. Darüber hinaus ist die Integration dieser LEDs in Module mit integrierten Treibern und intelligenten Steuerungen ein wachsender Anwendungstrend. Die Betonung der Umweltkonformität (Halogenfrei, REACH) ist mittlerweile eine Standardanforderung, die durch globale Vorschriften und die Verbrauchernachfrage nach nachhaltigen Produkten vorangetrieben wird.