CH2525-RGBY0401H-AM LED Datenblatt - SMD-Keramikgehäuse - Rot 623nm Grün 527nm Blau 460nm Gelb 590nm - 40mA - Automotive-Grade

1. Produktübersicht

Dieses Dokument bietet eine umfassende technische Analyse der CH2525-RGBY0401H-AM, einer leistungsstarken, mehrfarbigen SMD-LED (Surface-Mount Device). Das Bauteil ist für Zuverlässigkeit und Performance in anspruchsvollen Umgebungen ausgelegt und zeichnet sich durch ein robustes Keramikgehäuse und vier separate Farbemitter in einer Einheit aus. Das primäre Designziel sind Anwendungen, die präzise Farbmischung, hohe Helligkeit und Langzeitstabilität erfordern.

Der Kernvorteil dieser LED liegt in ihrer Integration. Durch die Kombination von Rot-, Grün-, Blau- und Gelb- (RGBY) Dioden in einem kompakten SMD-Gehäuse vereinfacht sie das Leiterplattendesign, reduziert die Bauteilanzahl und ermöglicht anspruchsvolle Farbgenerierung über den Standard-RGB-Farbraum hinaus, insbesondere bei der Wiedergabe von warmweißen und bernsteinfarbenen Tönen. Das Bauteil ist speziell nach dem strengen AEC-Q101-Standard für diskrete Halbleiter qualifiziert, was es zu einer geeigneten Wahl für Automotive-Elektronik macht, wo Betriebszuverlässigkeit unter rauen Bedingungen entscheidend ist.

Der Zielmarkt ist primär die Automobilindustrie, insbesondere für Innenraumbeleuchtungssysteme wie Instrumententafel-Hintergrundbeleuchtung, Schalterbeleuchtung und Ambientebeleuchtung. Sekundäre Anwendungen umfassen allgemeine dekorative Beleuchtung, Beschilderung und Unterhaltungselektronik, wo Mehrfarbenfunktionalität und hohe Zuverlässigkeit gefragt sind.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Die elektrischen und optischen Eigenschaften definieren die Betriebsgrenzen und Leistungserwartungen für die LED.

2.1 Lichttechnische und Farbkennwerte

Die LED emittiert vier verschiedene Farben, jede mit definierten optischen Eigenschaften, gemessen bei einem Standard-Prüfstrom von 40mA und einer Lötstellen-Temperatur von 25°C. Die Lichtstärke, ein Maß für die wahrgenommene Helligkeit in einer bestimmten Richtung, variiert je nach Farbe: Rot liefert typisch 1200 Millicandela (mcd), Grün 2300 mcd, Blau 360 mcd und Gelb 1300 mcd. Es ist entscheidend, die Messtoleranz für die Lichtstärke von ±8% zu beachten.

Der Abstrahlwinkel, definiert als der Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte ihres Spitzenwertes abfällt, beträgt 150 Grad für die Grün- und Blau-Emitter und 140 Grad für die Rot- und Gelb-Emitter, mit einer Toleranz von ±5 Grad. Dies deutet auf ein sehr breites Abstrahlverhalten hin, das für Flächenbeleuchtung geeignet ist.

Die Farbe wird sowohl durch die Spitzenwellenlänge (λp) als auch die dominante Wellenlänge (λd) spezifiziert. Die typischen dominanten Wellenlängen sind Rot: 623 nm, Grün: 527 nm, Blau: 460 nm und Gelb: 590 nm, mit einer engen Toleranz von ±1 nm für die dominante Wellenlänge. Das Spektralverteilungsdiagramm zeigt deutliche, gut getrennte Peaks für jede Farbe, was für eine präzise Farbmischung essentiell ist.

2.2 Elektrische Parameter

Der Betriebsbereich des Durchlassstroms (I_F) liegt zwischen 10 mA und 80 mA, wobei 40 mA die typische Prüfbedingung ist. Ein Betrieb unter 10 mA wird nicht empfohlen. Die Durchlassspannung (V_F) bei 40 mA unterscheidet sich je nach Farbe aufgrund der Halbleitermaterialeigenschaften: Rot typisch 2,00V, Grün 2,80V, Blau 3,00V und Gelb 2,40V, mit einer Messtoleranz von ±0,05V. Das Bauteil ist nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt.

2.3 Thermische und Zuverlässigkeitsparameter

Das thermische Management ist entscheidend für die LED-Leistung und Lebensdauer. Der thermische Widerstand vom Übergang zum Lötpunkt (Rth_JS) wird sowohl als realer als auch als elektrisch äquivalenter Wert angegeben. Zum Beispiel hat der Rot-Emitter einen Rth_JS_real von 33 K/W und einen Rth_JS_el von 25 K/W. Diese Werte werden zur Berechnung des Übergangstemperaturanstiegs basierend auf der Verlustleistung verwendet.

Die absoluten Maximalwerte legen harte Grenzen fest: Die Verlustleistung (P_d) beträgt 220 mW für Rot/Gelb und 280 mW für Grün/Blau. Die maximale Sperrschichttemperatur (T_J) beträgt 125°C. Der Betriebstemperaturbereich (T_opr) reicht von -40°C bis +110°C, was seine Eignung für Automotive-Anwendungen bestätigt. Das Bauteil kann elektrostatische Entladungen (ESD) bis zu 8 kV (Human Body Model) standhalten.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Das Datenblatt enthält eine Lichtstärke-Binning-Struktur, um LEDs basierend auf ihrer Ausgangsleistung zu kategorisieren. Die Bins sind mit alphanumerischen Codes (L1, L2, M1... R1) gekennzeichnet, die einen Bereich von minimaler und maximaler Lichtstärke darstellen. Zum Beispiel umfasst Bin L1 LEDs mit einer Stärke von 11,2 mcd bis 14 mcd, während Bin R1 bei 112 mcd beginnt. Dieses System ermöglicht es Designern, Bauteile mit konsistenten Helligkeitsstufen für ein einheitliches Erscheinungsbild in einer Anordnung oder einem System auszuwählen. Die bereitgestellte Tabelle scheint eine generische Vorlage zu sein; die spezifischen Bins für jede Farbe der CH2525-RGBY0401H-AM würden in detaillierten Produktspezifikationen oder Bestellführern definiert.

4. Analyse der Kennlinien

Die Kennliniendiagramme liefern wichtige Einblicke in das Verhalten der LED unter verschiedenen Bedingungen.

4.1 I-V-Kennlinie und Lichtausbeute

Das Diagramm "Durchlassstrom vs. Durchlassspannung" zeigt die für Dioden typische exponentielle Beziehung. Jede Farbspur hat eine andere Kniespannung. Das Diagramm "Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom" zeigt, dass die Ausgangsleistung mit dem Strom ansteigt, jedoch nicht perfekt linear, insbesondere bei höheren Strömen, wo die Effizienz aufgrund von Erwärmung abnimmt.

4.2 Temperaturabhängigkeit

Das Diagramm "Relative Lichtstärke vs. Sperrschichttemperatur" ist entscheidend für das thermische Design. Es zeigt, dass die Lichtleistung mit steigender Sperrschichttemperatur abnimmt. Die Abnahmerate (thermische Löschung) variiert je nach Halbleitermaterial; beispielsweise zeigen Rot- und Gelb-LEDs typischerweise eine geringere Temperaturabhängigkeit als Blau- und Grün-LEDs. Das Diagramm "Dominante Wellenlänge vs. Sperrschichttemperatur" zeigt eine Farbverschiebung (typischerweise zu längeren Wellenlängen) bei steigender Temperatur, was in farbkritischen Anwendungen berücksichtigt werden muss.

Die Durchlassstrom-Derating-Kurve gibt den maximal zulässigen Durchlassstrom basierend auf der Lötstellentemperatur vor. Um sicherzustellen, dass die Sperrschichttemperatur unter 125°C bleibt, muss der Strom reduziert werden, wenn die Umgebungs-/Lötstellentemperatur steigt. Das Diagramm zeigt spezifische Derating-Linien für die Farbgruppen (Rot/Gelb, Grün, Blau).

4.3 Räumliche und spektrale Verteilung

Die typischen Strahlungsdiagramme (Polardiagramme) für jede Farbe bestätigen visuell die großen Abstrahlwinkel. Das Diagramm der relativen spektralen Verteilung stellt die normierte Intensität über der Wellenlänge dar und zeigt deutlich den primären Emissionspeak für jede Farbdiode, was für das Verständnis des Farbmischpotenzials und von Filteranforderungen essentiell ist.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

Die LED verwendet ein SMD-Keramikgehäuse. Keramikgehäuse bieten im Vergleich zu Kunststoffgehäusen eine überlegene Wärmeleitfähigkeit und mechanische Robustheit, was für Hochleistungs- oder Hochzuverlässigkeitsanwendungen vorteilhaft ist. Die spezifischen mechanischen Abmessungen, einschließlich Länge, Breite, Höhe und Anschluss-/Pad-Abstände, sind im Abschnitt "Mechanische Abmessungen" (referenziert als Seite 17) detailliert. Ein empfohlenes Lötpad-Layout (Seite 18) wird bereitgestellt, um eine korrekte Lötstellenbildung, Wärmeübertragung und mechanische Stabilität während des Reflow-Lötens und Betriebs sicherzustellen. Die Polarität oder Pinbelegung für die vier Farbkanäle und eventuelle gemeinsame Kathoden-/Anodenkonfigurationen würden in diesem Abschnitt definiert.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Das Bauteil ist für Reflow-Löten mit einer Spitzentemperatur von 260°C für bis zu 30 Sekunden ausgelegt, was mit Standard-Blei-freien (Pb-freien) Lötprozessen kompatibel ist. Ein detailliertes Reflow-Lötprofil-Diagramm (Seite 18) sollte konsultiert werden, das typischerweise die Temperaturrampe, Vorwärmphase, Liquidusphase, Spitzenphase und Abkühlphase zeigt. Die Einhaltung dieses Profils ist notwendig, um thermischen Schock, Lötfehler oder Schäden am LED-Chip oder Gehäuse zu verhindern. Die Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe (MSL) ist mit Stufe 2 bewertet, was bedeutet, dass das Gehäuse bis zu einem Jahr unter Werkstattbedingungen gelagert werden kann, bevor vor dem Reflow-Löten ein Backen erforderlich ist. Vorsichtsmaßnahmen für die Verwendung (Seite 21) beinhalten wahrscheinlich den Umgang zur Vermeidung von ESD, Lagerbedingungen und Reinigungsempfehlungen.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

Die Verpackungsinformationen (Seite 19) spezifizieren, wie die LEDs geliefert werden, typischerweise auf Tape-and-Reel für automatisierte Pick-and-Place-Montage. Details umfassen Reel-Abmessungen, Pocket-Abstände und Ausrichtung. Die Teilenummer "CH2525-RGBY0401H-AM" folgt einem wahrscheinlich internen Codierungssystem, wobei "CH2525" den Gehäusetyp/-größe angeben könnte, "RGBY" die Farben, "0401" sich auf ein Performance-Bin oder eine Version beziehen könnte und "AM" Automotive-Grade bezeichnen mag. Bestellinformationen (Seite 16) würden detaillieren, wie verschiedene Bins oder Varianten spezifiziert werden.

8. Anwendungsempfehlungen

Die primär genannten Anwendungen sind Automotive-Innenraumbeleuchtung und Ambientebeleuchtung. In Automotive-Innenräumen kann diese LED für mehrfarbige Hintergrundbeleuchtung von Instrumentenclustern, Infotainment-Bedienelementen und zur Erstellung anpassbarer Ambientebeleuchtungszonen im Fahrgastraum verwendet werden. Für Ambientebeleuchtung ermöglicht ihre RGBY-Fähigkeit im Vergleich zu Standard-RGB-LEDs die Erzeugung eines breiteren Farbspektrums, einschließlich gesättigterer und wärmerer Weißtöne.

Designüberlegungen:

• Treiberschaltung:Erfordert einen Konstantstromtreiber, der in der Lage ist, vier Kanäle unabhängig zu steuern. Die unterschiedlichen Durchlassspannungen müssen berücksichtigt werden, was möglicherweise separate Stromregler oder einen anspruchsvollen Mehrkanal-LED-Treiber-IC erfordert.
• Thermisches Management:Die Verlustleistung, insbesondere wenn mehrere Farben gleichzeitig angesteuert werden, erfordert eine ausreichende Kupferfläche auf der Leiterplatte (Thermal Pad) und möglicherweise eine Verbindung zu einem Kühlkörper, um eine niedrige Sperrschichttemperatur für optimale Lichtausbeute, Farbstabilität und Langlebigkeit aufrechtzuerhalten.
• Optik:Der große Abstrahlwinkel kann sekundäre Optiken (Linsen, Diffusoren) erfordern, um den Lichtstrahl für spezifische Anwendungen zu formen.
• Farbmischung & Steuerung:Um konsistente und gewünschte Farben zu erreichen, sind Kalibrierung und möglicherweise eine geschlossene Farbregelschleife mit Sensoren erforderlich, da die Ausgabe jedes Kanals mit Strom und Temperatur variiert.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu Standard-SMD-RGB-LEDs in Kunststoffgehäusen sind die Hauptunterschiede dieses Bauteils sein Keramikgehäuse (für bessere Wärmeableitung und Zuverlässigkeit) und der zusätzliche dedizierte Gelb-Emitter. Der Gelb-Chip verbessert den Farbwiedergabeindex (CRI) von erzeugtem Weißlicht erheblich und ermöglicht die direkte Erzeugung von Bernsteintönen ohne Mischung von Rot und Grün, was oft ineffizient ist und zu einem trüben Farbton führen kann. Die AEC-Q101-Qualifikation ist ein wesentlicher Unterscheidungsfaktor für Automotive-Anwendungen, da sie die Performance über Temperatur-, Feuchtigkeits- und Betriebslebensdauertests validiert, die Standard-Kommerzielle-LEDs nicht durchlaufen.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Warum ist die Lichtstärke des Blau-Emitters (360 mcd) bei gleichem 40mA-Strom viel niedriger als die des Grün-Emitters (2300 mcd)?

A: Dies liegt hauptsächlich an der photopischen Empfindlichkeitskurve (V(λ)) des menschlichen Auges. Das Auge ist für grünes Licht (~555 nm) am empfindlichsten und für blaues Licht (~460 nm) weniger empfindlich. Daher erscheint bei gleicher Strahlungsleistung (optische Watt) grünes Licht in photometrischen Einheiten (Lumen, Candela) viel heller. Der Unterschied in der internen Quanteneffizienz der Halbleitermaterialien spielt ebenfalls eine Rolle.

F: Kann ich diese LED mit einer Konstantspannungsquelle betreiben?

A: Dies wird dringend abgeraten. LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Ihre Durchlassspannung hat eine Toleranz und variiert mit der Temperatur. Eine Konstantspannungsquelle könnte zu übermäßigem Strom, Überhitzung und schnellem Ausfall führen. Immer einen Konstantstromtreiber oder eine strombegrenzende Schaltung verwenden.

F: Was ist der Unterschied zwischen Rth_JS_real und Rth_JS_el, die in den thermischen Widerstandsparametern erwähnt werden?

A: Rth_JS_real ist der tatsächlich gemessene thermische Widerstand vom Halbleiterübergang zum Lötpunkt. Rth_JS_el ist ein "elektrisch" äquivalenter Wert, der oft aus dem temperaturabhängigen Durchlassspannungsparameter abgeleitet wird. Designer verwenden typischerweise Rth_JS_real für die thermische Modellierung, während Rth_JS_el für In-Circuit-Sperrschichttemperaturschätzverfahren verwendet werden könnte.

11. Praktische Design- und Anwendungsbeispiele

Beispiel 1: Automotive-Ambientebeleuchtungs-Controller:Ein Modul verwendet vier dieser LEDs, jeweils eine in jeder Ecke des Fußraums eines Autos. Ein Mikrocontroller mit PWM-Ausgängen steuert einen Vierkanal-Konstantstromtreiber. Die Firmware ermöglicht es dem Benutzer, aus voreingestellten Farben (z.B. kaltweiß, warmweiß, blau, orange) zu wählen oder benutzerdefinierte Farben durch Anpassen des Tastverhältnisses jedes Kanals zu erstellen. Das Keramikgehäuse gewährleistet Zuverlässigkeit trotz möglicher hoher Umgebungstemperaturen in Bodennähe des Fahrzeugs.

Beispiel 2: Architektonische farbveränderbare Einbauleuchte:In einer Einbauleuchte ist eine Anordnung dieser LEDs auf einer Metallkern-Leiterplatte zur Wärmeableitung montiert. Ein fortschrittlicher Treiber mit Farbkalibrierung und Temperaturkompensation wird verwendet. Das System kann den Weißpunkt dynamisch von einem kühlen, anregenden Weiß (hoher Blau-/Grün-Anteil) am Morgen zu einem warmen, entspannenden Weiß (hoher Rot-/Gelb-Anteil) am Abend verschieben, wobei stets eine hohe Farbwiedergabe erhalten bleibt.

12. Funktionsprinzip

Das Bauteil arbeitet nach dem Prinzip der Elektrolumineszenz in Halbleitermaterialien. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die die Bandlückenenergie der Diode übersteigt, rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich des Halbleiters und setzen Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts wird durch die Bandlückenenergie des für jeden Chip verwendeten Halbleitermaterials bestimmt: verschiedene Verbindungshalbleiter (z.B. AlInGaP für Rot/Gelb, InGaN für Grün/Blau) werden eingesetzt, um die gewünschten Farben zu erreichen. Die vier Chips sind in einem einzigen Keramikgehäuse untergebracht, mit separaten elektrischen Anschlüssen für unabhängige Steuerung.

13. Technologietrends und Kontext

Die Integration mehrerer Farbemitter (über RGB hinaus) in ein einziges Gehäuse ist ein wachsender Trend, getrieben von der Nachfrage nach höherer Lichtqualität und flexiblerer Farbsteuerung in Automotive-, professionellen Beleuchtungs- und Display-Anwendungen. Die Einbeziehung eines dedizierten Weiß- oder Bernstein-Emitters, oder in diesem Fall Gelb, verbessert die Farbwiedergabe und Effizienz für bestimmte Farben. Es gibt auch einen kontinuierlichen Trend zu höherer Leistungsdichte und Effizienz (mehr Lumen pro Watt), was dem thermischen Management größere Bedeutung verleiht und Keramik und andere fortschrittliche Verpackungsmaterialien verbreiteter macht. Darüber hinaus ist die Integration von Steuerelektronik (z.B. Treiber-ICs) direkt mit dem LED-Gehäuse ein aufkommender Trend, um das Systemdesign zu vereinfachen.