T3C Serie 3030 Monochromatische LED Datenblatt - Größe 3,0x3,0mm - Spannung 1,8-3,6V - Leistung 1,04-1,44W - Deutsche Technische Dokumentation

1. Produktübersicht

Die T3C Serie stellt eine Reihe von Hochleistungs-Monochrom-Licht emittierenden Dioden (LEDs) dar, die für allgemeine und spezialisierte Beleuchtungsanwendungen konzipiert sind. Das in diesem Dokument hauptsächlich besprochene Modell ist die 3030-Gehäusevariante, charakterisiert durch ihren kompakten Formfaktor und das robuste Wärmemanagement-Design. Diese LEDs sind darauf ausgelegt, einen hohen Lichtstromausgang zu liefern und gleichzeitig einen zuverlässigen Betrieb unter anspruchsvollen Bedingungen aufrechtzuerhalten.

Die Kernvorteile dieser Serie umfassen ein wärmetechnisch optimiertes Gehäusedesign, das die Wärmeableitung verbessert, eine hohe Stromtragfähigkeit für hellere Ausgangsleistung und einen weiten Abstrahlwinkel für eine gleichmäßige Lichtverteilung. Das Produkt ist mit bleifreien Reflow-Lötprozessen kompatibel und entspricht den RoHS-Umweltstandards, was es für die moderne Elektronikfertigung geeignet macht.

Der Zielmarkt für diese LEDs ist breit gefächert und umfasst Innenraumbeleuchtungslösungen, Retrofit-Projekte zum Ersetzen älterer Lichtquellen, allgemeine Beleuchtungszwecke sowie architektonische oder dekorative Beleuchtung, bei der spezifische monochrome Farben erforderlich sind.

2. Vertiefung der technischen Parameter

2.1 Elektro-optische Eigenschaften

Die elektro-optische Leistung wird bei einer Sperrschichttemperatur (Tj) von 25°C und einem Durchlassstrom (IF) von 350mA spezifiziert. Schlüsselparameter variieren je nach Farbe:

• Durchlassspannung (VF):Reicht von 1,8V (min, Rot/Gelb) bis 3,6V (max, Blau). Die typischen Werte sind 3,4V für Blau, 3,0V für Grün und 2,2V für Rot/Gelb. Eine Messtoleranz von ±0,1V gilt.
• Lichtstrom:Die Ausgangsleistung variiert je nach Farbe erheblich. Typische Werte sind 20 lm für Blau, 82 lm für Grün und 44 lm für Rot und Gelb, mit einer Messtoleranz von ±7%.
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):Der Halbwertswinkel beträgt 120 Grad, was ein breites Strahlungsmuster bietet.
• Wärmewiderstand (Rth j-sp):Dieser Parameter, gemessen vom LED-Chip bis zum Lötpunkt auf einer MCPCB, beträgt 17 °C/W für Blau, 15 °C/W für Grün und 10 °C/W für Rot/Gelb.
• Elektrostatische Entladung (ESD):Alle Farben haben eine Human Body Model (HBM)-Bewertung von 1000V, was einen Standard-ESD-Schutz anzeigt.

2.2 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Grenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden auftreten können. Alle Werte sind bei Tj=25°C spezifiziert.

• Durchlassstrom (IF):400 mA (kontinuierlich).
• Puls-Durchlassstrom (IFP):600 mA, unter den Bedingungen einer Pulsbreite ≤100µs und einem Tastverhältnis ≤1/10.
• Verlustleistung (PD):Variiert je nach Farbe: 1440 mW für Blau, 1360 mW für Grün und 1040 mW für Rot/Gelb.
• Sperrspannung (VR):5 V.
• Betriebstemperatur (Topr):-40°C bis +105°C.
• Lagertemperatur (Tstg):-40°C bis +85°C.
• Sperrschichttemperatur (Tj):110 °C (maximal).
• Löttemperatur (Tsld):Reflow-Löten bei 230°C oder 260°C für 10 Sekunden ist spezifiziert.

Es ist kritisch, dass der Betrieb diese Werte nicht überschreitet, da sich die LED-Eigenschaften außerhalb des spezifizierten Parameterbereichs verschlechtern können.

3. Binning- und Klassifizierungssystem

3.1 Wellenlänge / Farbklassifizierung

Die LEDs werden bei IF=350mA und Tj=25°C in spezifische Wellenlängen-Bins eingeteilt, mit einer Messtoleranz von ±1nm.

• Blau:455-460 nm, 460-465 nm, 465-470 nm.
• Grün:520-525 nm, 525-530 nm, 530-535 nm.
• Rot:615-620 nm, 620-625 nm, 625-630 nm.
• Gelb:585-590 nm, 590-595 nm, 595-600 nm.

3.2 Lichtstrom-Binning

Die Lichtstromausgabe wird in Ränge kategorisiert, die durch Buchstabencodes identifiziert werden. Messungen erfolgen bei IF=350mA, Tj=25°C, mit einer Toleranz von ±7%.

• Blau:AH (18-22 lm), AJ (22-26 lm), AK (26-30 lm).
• Grün:AS (72-80 lm), AT (80-88 lm), AW (88-96 lm), AX (96-104 lm).
• Rot/Gelb:AM (37-44 lm), AN (44-51 lm), AP (51-58 lm).

3.3 Durchlassspannungs-Binning

Die Durchlassspannung wird ebenfalls gebinnt, um die Konsistenz der elektrischen Eigenschaften sicherzustellen, mit einer Toleranz von ±0,1V.

• Blau/Grün:H3 (2,8-3,0V), J3 (3,0-3,2V), K3 (3,2-3,4V), L3 (3,4-3,6V).
• Rot/Gelb:C3 (1,8-2,0V), D3 (2,0-2,2V), E3 (2,2-2,4V), F3 (2,4-2,6V).

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt enthält mehrere grafische Darstellungen der LED-Leistung. Diese Kurven sind wesentlich, um das Verhalten der Bauteile unter verschiedenen Betriebsbedingungen zu verstehen.

• Farbspektrum:Zeigt die spektrale Leistungsverteilung für jede LED-Farbe, die deren Reinheit und dominante Wellenlänge definiert.
• Durchlassstrom vs. Relative Intensität:Veranschaulicht, wie die Lichtausgabe mit steigendem Treiberstrom skaliert, typischerweise zeigt sich bei höheren Strömen aufgrund des Efficiency Droop ein sublinearer Zusammenhang.
• Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (IV-Kurve):Zeigt die exponentielle Beziehung zwischen Strom und Spannung, entscheidend für das Design der korrekten Treiberschaltung.
• Abstrahlwinkelverteilung:Ein Polardiagramm, das das räumliche Intensitätsmuster zeigt und den 120-Grad-Abstrahlwinkel bestätigt.
• Umgebungstemperatur vs. Relativer Lichtstrom:Demonstriert den thermischen Quenching-Effekt, bei dem die Lichtausgabe abnimmt, wenn die Umgebungs- (und somit die Sperrschicht-) Temperatur steigt.
• Umgebungstemperatur vs. Relative Durchlassspannung:Zeigt, wie die Durchlassspannung mit steigender Temperatur abfällt, eine Eigenschaft der Halbleitersperrschicht.
• Maximaler Durchlassstrom vs. Umgebungstemperatur:Eine Derating-Kurve, die den maximal zulässigen Dauerstrom bei einer gegebenen Umgebungstemperatur spezifiziert, um ein Überschreiten der maximalen Sperrschichttemperatur zu verhindern.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die LED verwendet ein 3030 Oberflächenmontage (SMD)-Gehäuse. Schlüsselabmessungen umfassen eine Bauteilgröße von 3,00 mm x 3,00 mm. Die Gehäusehöhe beträgt ca. 1,43 mm von der Leiterplattenoberfläche. Die Lötpads (Land Pattern) sind für eine zuverlässige Montage ausgelegt, mit spezifischen Abmessungen für Anoden- und Kathodenpads, um eine korrekte Lötnahtbildung sicherzustellen. Die Polarität ist klar markiert, typischerweise mit einem Kathodenindikator auf der Gehäuseunterseite. Sofern nicht anders angegeben, betragen die Maßtoleranzen ±0,1 mm.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil

Die LED ist mit standardmäßigen bleifreien Reflow-Lötprozessen kompatibel. Ein detailliertes Profil wird bereitgestellt:

• Vorwärmen:Anstieg von 150°C auf 200°C über 60-120 Sekunden.
• Aufheizrate:Maximal 3°C pro Sekunde von der Liquidustemperatur bis zum Peak.
• Liquidustemperatur (TL):217°C.
• Zeit über Liquidus (tL):60-150 Sekunden.
• Maximale Gehäusetemperatur (Tp):Maximal 260°C.
• Zeit innerhalb 5°C des Peaks (tp):Maximal 30 Sekunden.
• Abkühlrate:Maximal 6°C pro Sekunde vom Peak bis zur Liquidustemperatur.
• Gesamtzykluszeit:Maximal 8 Minuten von 25°C bis zur Peak-Temperatur.

Die Einhaltung dieses Profils ist kritisch, um thermischen Schock, Lötstellenprobleme oder Schäden am LED-Gehäuse und der internen Die-Attach-Verbindung zu verhindern.

7. Anwendungshinweise und Designüberlegungen

7.1 Typische Anwendungsszenarien

Diese monochromen LEDs eignen sich für Anwendungen, die spezifische Farbpunkte erfordern, ohne Phosphor-Konversion.

• Innenraumbeleuchtung:Kann in Akzentbeleuchtung, Beschilderung oder farbspezifischer Ambientebeleuchtung verwendet werden.
• Retrofits:Direkter Ersatz für ältere monochrome Lichtquellen in bestehenden Leuchten.
• Allgemeine Beleuchtung:Wenn mit anderen Farben kombiniert oder in Arrays für farbige Lichteffekte verwendet.
• Architektonische/Dekorative Beleuchtung:Fassadenbeleuchtung, Channel Letters und künstlerische Installationen, bei denen präzise Farbkontrolle benötigt wird.

7.2 Designüberlegungen

• Wärmemanagement:Trotz des wärmetechnisch optimierten Gehäuses ist eine ordnungsgemäße Wärmesenke essenziell, insbesondere bei Betrieb nahe der Maximalwerte. Die Wärmewiderstandswerte sollten verwendet werden, um die notwendige Wärmesenke zu berechnen, um die Sperrschichttemperatur unter 110°C zu halten.
• Stromtreibung:Verwenden Sie einen Konstantstromtreiber, der für das Durchlassspannungs-Bin und die gewünschte Helligkeit geeignet ist. Die Derating-Kurve für maximalen Strom vs. Umgebungstemperatur muss befolgt werden.
• Optisches Design:Der weite 120-Grad-Abstrahlwinkel kann sekundäre Optiken (Linsen, Reflektoren) erfordern, wenn ein stärker fokussierter Strahl gewünscht ist.
• ESD-Vorsichtsmaßnahmen:Während der Montage sollten Standard-ESD-Handhabungsverfahren befolgt werden, da die 1000V HBM-Bewertung ein grundlegender Schutzlevel ist.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Während ein direkter Vergleich mit anderen Produkten im Quelldokument nicht bereitgestellt wird, können die wichtigsten Differenzierungsmerkmale dieser T3C 3030 Serie aus ihren Spezifikationen abgeleitet werden:

• Hohe Stromtragfähigkeit:Eine 400mA Dauerbelastbarkeit für ein 3030-Gehäuse ist wettbewerbsfähig und ermöglicht eine höhere Lichtstromdichte.
• Wärmetechnisch optimiertes Design:Die explizite Erwähnung dieses Merkmals deutet auf eine Optimierung für eine bessere Wärmeableitung im Vergleich zu Standardgehäusen hin, was potenziell zu längerer Lebensdauer und beibehaltenen Leistungswerten führt.
• Umfassendes Binning:Detailliertes Binning für Wellenlänge, Lichtstrom und Spannung ermöglicht eine enge Farb- und Helligkeitsabstimmung in Multi-LED-Anwendungen und reduziert den Bedarf an komplexer Kalibrierung.
• Hochtemperaturbetrieb:Ein Betriebstemperaturbereich bis zu +105°C und eine Sperrschichttemperatur von 110°C weisen auf Robustheit für anspruchsvolle Umgebungen hin.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Was ist die Hauptursache für die Lichtstromdegradation über die Zeit?
A: Obwohl in diesem Datenblatt nicht explizit angegeben, sind die Hauptursachen typischerweise hohe Sperrschichttemperatur und Treiberstrom. Der Betrieb innerhalb der spezifizierten absoluten Maximalwerte (insbesondere Tj und IF) und die Implementierung eines effektiven Wärmemanagements sind entscheidend für die Maximierung der LED-Lebensdauer.

F: Kann ich diese LED mit einer Konstantspannungsquelle betreiben?
A: Es wird nicht empfohlen. LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Ihre Durchlassspannung hat einen negativen Temperaturkoeffizienten und variiert von Bin zu Bin. Eine Konstantspannungsquelle könnte zu thermischem Durchgehen oder inkonsistenter Helligkeit führen. Verwenden Sie immer einen Konstantstromtreiber.

F: Wie interpretiere ich die Lichtstrom-"Typ"- und "Min"-Werte?
A: Der "Typ"-Wert (Typical) ist der erwartete Durchschnittsausgang unter Testbedingungen. Der "Min"-Wert ist der garantierte Mindestwert für dieses Lichtstrom-Bin. Designer sollten den "Min"-Wert für Worst-Case-Szenario-Berechnungen verwenden, um eine ausreichende Lichtausgabe in ihrer Anwendung sicherzustellen.

F: Warum ist die Verlustleistung für jede Farbe unterschiedlich?
A: Die Verlustleistung (PD) wird als Durchlassstrom (IF) multipliziert mit der Durchlassspannung (VF) berechnet. Da die typische VF zwischen den Farben erheblich variiert (z.B. ~3,4V für Blau vs. ~2,2V für Rot bei 350mA), ist die resultierende Leistung (und somit die erzeugte Wärme) ebenfalls unterschiedlich.

10. Design- und Anwendungsfallstudie

Szenario: Design einer farbigen architektonischen Fassadenbeleuchtungsleiste.

1. Farbauswahl:Der Designer wählt die grüne LED aus der T3C Serie für einen spezifischen Farbton und selektiert das 525-530 nm Wellenlängen-Bin für Konsistenz.
2. Helligkeitsberechnung:Um eine spezifische Beleuchtungsstärke zu erreichen, verwendet der Designer den "Min"-Lichtstromwert aus dem AS-Bin (72 lm bei 350mA) für ein konservatives Design. Er berechnet die Anzahl der benötigten LEDs pro Meter.
3. Thermisches Design:Die Leiste wird eingeschlossen sein. Unter Verwendung des Wärmewiderstands (Rth j-sp) von 15 °C/W für Grün und der geschätzten Umgebungstemperatur berechnet der Designer die erforderliche Kühlfläche oder Wärmesenkenfläche auf der Leiterplatte, um Tj für eine lange Lebensdauer unter 100°C zu halten.
4. Elektrisches Design:Ein Konstantstromtreiber wird ausgewählt, um 350mA zu liefern. Das Durchlassspannungs-Bin (z.B. J3: 3,0-3,2V) bestimmt die minimale Treiberausgangsspannungsanforderung. Die LEDs werden in für den Treiber geeigneten Serien-/Parallelkombinationen angeordnet.
5. Fertigung:Die Montagelinie folgt dem spezifizierten Reflow-Lötprofil (260°C Peak), um zuverlässige Lötstellen ohne Beschädigung der LEDs sicherzustellen.

11. Funktionsprinzip

Die Lichtemission in diesen monochromen LEDs basiert auf Elektrolumineszenz in einem Halbleiterchip. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die die Bandlückenenergie des Chips übersteigt, werden Elektronen und Löcher in den aktiven Bereich injiziert, wo sie rekombinieren. Die während dieser Rekombination freigesetzte Energie wird als Photon (Licht) emittiert. Die spezifische Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts – blau, grün, rot oder gelb – wird durch die Bandlückenenergie der im Chip verwendeten Halbleitermaterialien bestimmt (z.B. InGaN für blau/grün, AlInGaP für rot/gelb). Das 3030-Gehäuse beherbergt diesen Halbleiterchip, stellt elektrische Verbindungen über Anode und Kathode bereit und beinhaltet eine Primäroptik (typischerweise eine Silikonlinse), die die Lichtausgabe formt und den weiten Abstrahlwinkel bereitstellt.

12. Technologietrends

Die Entwicklung monochromer LEDs wie jener der T3C Serie wird von mehreren laufenden Branchentrends beeinflusst:

• Erhöhte Effizienz (lm/W):Kontinuierliche Verbesserungen der internen Quanteneffizienz (IQE) und der Lichteinkopplungseffizienz treiben höhere Lichtausbeute bei gleichem elektrischem Input voran und reduzieren den Energieverbrauch.
• Verbesserte Farbreinheit und Konsistenz:Fortschritte in der epitaktischen Schichtabscheidung und Fertigungskontrolle führen zu engeren Wellenlängen-Bins und konsistenteren Farbpunkten von Charge zu Charge.
• Erhöhte Zuverlässigkeit und Lebensdauer:Forschung an Materialien (z.B. robusteren Vergussmassen) und Verpackungstechniken zielt darauf ab, den Lichtstromrückgang zu reduzieren und die Betriebslebensdauer zu erhöhen, insbesondere unter Hochtemperatur- und Hochstrombedingungen.
• Miniaturisierung bei hoher Leistung:Der Trend, mehr Lichtausgabe in kleinere Gehäuse zu packen, setzt sich fort und erfordert immer bessere Wärmemanagementlösungen wie das hier erwähnte "thermisch optimierte Gehäuse".
• Erweiterter Farbraum:Während dieses Datenblatt Standardfarben abdeckt, sieht der breitere Markt die Entwicklung von LEDs mit neuartigen Wellenlängen (z.B. tiefere Rottöne, Cyan) für Anwendungen in der Pflanzenbeleuchtung, Display-Hintergrundbeleuchtung und spezialisierten Sensoren.