PLCC-2 Blaue LED Datenblatt - 65-11-UB0200L-AM - Automotive-Qualität - 120° Abstrahlwinkel - 3,1V - 20mA - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die 65-11-UB0200L-AM ist eine hochzuverlässige, oberflächenmontierbare LED, die primär für anspruchsvolle Automotive- und Industrieanwendungen konzipiert ist. Sie nutzt ein PLCC-2-Gehäuse (Plastic Leaded Chip Carrier), das eine robuste und kompakte Bauform für automatisierte Bestückungsprozesse bietet. Das Bauteil emittiert ein lebhaftes blaues Licht mit einer typischen dominanten Wellenlänge von 468 nm. Zu den Kernvorteilen zählen ein weiter Abstrahlwinkel von 120 Grad für eine ausgezeichnete Lichtstreuung, die Qualifizierung nach dem strengen Automotive-Standard AEC-Q101 sowie die Konformität mit Umweltrichtlinien wie RoHS und REACH. Der Zielmarkt umfasst Automotive-Innenraumbeleuchtungssysteme, Hintergrundbeleuchtung für Schalter und Bedienfelder sowie die Beleuchtung von Instrumententafeln, wo konstante Leistung und Langzeitzuverlässigkeit entscheidend sind.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Optoelektronische Eigenschaften

Die wichtigsten Leistungskennwerte sind unter Standardtestbedingungen bei einem Durchlassstrom (I_F) von 20 mA definiert. Die typische Lichtstärke beträgt 355 Millicandela (mcd), mit einem spezifizierten Minimum von 224 mcd und einem Maximum von 560 mcd, was die Produktionsstreuung angibt. Die Durchlassspannung (V_F) beträgt typischerweise 3,1 Volt, im Bereich von 2,75 V bis 3,75 V. Dieser Parameter ist für den Entwurf der Treiberschaltung entscheidend, um eine korrekte Stromregelung sicherzustellen. Der Abstrahlwinkel, definiert als der volle Winkel, bei dem die Intensität auf die Hälfte des Spitzenwerts abfällt, beträgt 120 Grad und sorgt für eine breite, gleichmäßige Ausleuchtung. Die dominante Wellenlänge liegt bei etwa 468 nm und definiert den spezifischen Blauton.

2.2 Absolute Maximalwerte und elektrische Parameter

Diese Werte definieren die Betriebsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden auftreten können. Der absolute maximale Dauerdurchlassstrom beträgt 30 mA, während das Bauteil Stoßströme bis zu 300 mA für sehr kurze Pulse (<10 μs) verkraftet. Die maximale Verlustleistung liegt bei 112 mW. Kritisch ist, dass das Bauteil nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt ist. Die Sperrschichttemperatur darf 125 °C nicht überschreiten, bei einem Betriebsumgebungstemperaturbereich von -40 °C bis +110 °C, was die Eignung für raue Automotive-Umgebungen bestätigt. Es verfügt zudem über eine robuste ESD-Schutzfestigkeit (Electrostatic Discharge) von 8 kV (Human Body Model), was die Handhabungssicherheit erhöht.

2.3 Thermische Eigenschaften

Das thermische Management ist für die Lebensdauer und Leistungsstabilität der LED von entscheidender Bedeutung. Das Datenblatt spezifiziert zwei Wärmewiderstandswerte: Der reale Wärmewiderstand (R_{th JS real}) von der Sperrschicht zum Lötpunkt beträgt maximal 120 K/W, während der elektrisch ermittelte Wert (R_{th JS el}) bei 95 K/W liegt. Dieser Unterschied unterstreicht die Bedeutung der Messtechnik. Ein niedrigerer Wärmewiderstand zeigt einen effizienteren Wärmeabtransport von der Halbleitersperrschicht zur Leiterplatte an, was hilft, niedrigere Betriebstemperaturen und somit eine höhere Lichtausbeute und längere Lebensdauer zu gewährleisten.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Der Produktionsprozess führt zu natürlichen Schwankungen bei Schlüsselparametern. Um für den Endanwender Konsistenz sicherzustellen, werden die LEDs in Bins sortiert.

3.1 Binning der Lichtstärke

Die Lichtstärke ist in eine detaillierte alphanumerische Binning-Struktur kategorisiert, die von L1 (11,2-14 mcd) bis GA (18000-22400 mcd) reicht. Das Bauteil 65-11-UB0200L-AM mit seiner typischen Lichtstärke von 355 mcd fällt in das T1-Bin (280-355 mcd). Designer müssen beim Bestellen das erforderliche Bin oder den akzeptablen Bereich angeben, um den gewünschten Helligkeitsgrad in ihrer Anwendung zu garantieren.

3.2 Binning der dominanten Wellenlänge

Ebenso wird der Blauton durch Wellenlängen-Binning gesteuert. Bins werden durch vierstellige Codes definiert, die die minimale Wellenlänge in Nanometern darstellen. Zum Beispiel deckt das Bin '6367' Wellenlängen von 463 nm bis 467 nm ab. Das typische 468-nm-Bauteil wäre im '6771'-Bin (467-471 nm) oder '7175'-Bin (471-475 nm). Dies gewährleistet Farbkonsistenz über mehrere LEDs in einer Baugruppe hinweg.

4. Analyse der Kennlinien

Die bereitgestellten Diagramme bieten tiefe Einblicke in das Verhalten des Bauteils unter verschiedenen Bedingungen.

4.1 IV-Kennlinie und Lichtausbeute

Das Diagramm "Durchlassstrom vs. Durchlassspannung" zeigt eine charakteristische exponentielle Beziehung. Die Kurve "Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom" zeigt, dass die Lichtleistung mit dem Strom ansteigt, aber bei höheren Strömen Anzeichen von Sättigung zeigt. Dies unterstreicht die Notwendigkeit einer korrekten Stromansteuerung anstelle einer Spannungsansteuerung. Der typische Arbeitspunkt von 20 mA ist gut gewählt für einen Kompromiss zwischen Effizienz und Ausgangsleistung.

4.2 Temperaturabhängigkeit

Die Temperaturkennlinien sind für die Leistung unter realen Bedingungen entscheidend. Das Diagramm "Relative Lichtstärke vs. Sperrschichttemperatur" zeigt, dass die Lichtleistung mit steigender Temperatur abnimmt – ein typisches Verhalten für LEDs. Die Kurve "Relative Durchlassspannung vs. Sperrschichttemperatur" zeigt einen negativen Temperaturkoeffizienten, bei dem V_Fmit steigender Temperatur sinkt. Dies kann in einigen Überwachungsschaltungen zur Schätzung der Sperrschichttemperatur genutzt werden. Das Diagramm zur Wellenlängenverschiebung zeigt einen leichten Anstieg der dominanten Wellenlänge (Rotverschiebung) mit steigender Temperatur.

4.3 Spektrale Verteilung und Abstrahlcharakteristik

Das Diagramm der relativen spektralen Verteilung bestätigt den monochromatischen blauen Emissionspeak bei etwa 468 nm mit minimaler Emission in anderen Wellenlängen. Das Abstrahldiagramm stellt den 120-Grad-Abstrahlwinkel visuell dar und zeigt eine lambertähnliche Verteilung, die für diesen Gehäusetyp üblich ist und eine breite, gleichmäßige Ausleuchtung bietet.

4.4 Derating und Pulsbetrieb

Die Derating-Kurve für den Durchlassstrom ist für das thermische Design essenziell. Sie gibt den maximal zulässigen Dauerstrom in Abhängigkeit von der Temperatur am Lötpad (T_S) vor. Zum Beispiel beträgt bei einer T_Svon 110 °C der maximale Strom 30 mA. Das Diagramm zur zulässigen Pulsbelastbarkeit ermöglicht es Designern, sichere Strompegel für den Pulsbetrieb bei verschiedenen Tastverhältnissen und Pulsbreiten zu verstehen, was für Multiplexing- oder Dimmverfahren nützlich ist.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

Das PLCC-2-Gehäuse ist ein industrieübliches Oberflächenmontage-Design. Die mechanische Zeichnung (implizit durch den Verweis auf den Abschnitt 'Mechanische Abmessungen') würde typischerweise Drauf- und Seitenansichten mit kritischen Abmessungen wie Gesamtlänge, -breite, -höhe, Anschlussabstand und Pad-Positionen zeigen. Eine klare Polaritätskennzeichnung (üblicherweise eine Kathodenmarkierung durch eine Kerbe, einen Punkt oder eine abgeschrägte Ecke) ist für die korrekte Ausrichtung auf der Leiterplatte unerlässlich. Das Gehäuse ist für die Kompatibilität mit Infrarot-Reflow-Lötprozessen ausgelegt.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil

Das Bauteil ist für eine maximale Reflow-Temperatur von 260 °C für maximal 30 Sekunden ausgelegt. Ein empfohlenes Reflow-Profil umfasst eine Aufwärmphase zur schrittweisen Temperaturerhöhung und Aktivierung des Flussmittels, eine Haltezone zur Sicherstellung einer gleichmäßigen Erwärmung, einen kurzen Spitzenwert über der Liquidustemperatur des Lotes und eine kontrollierte Abkühlphase. Die Einhaltung dieses Profils verhindert thermischen Schock und gewährleistet zuverlässige Lötstellen.

6.2 Empfohlene Lötpad-Anordnung

Das Datenblatt enthält eine empfohlene Lötpad-Geometrie. Dieses Design optimiert die Ausbildung des Lötfilets, bietet ausreichende mechanische Festigkeit und unterstützt die Wärmeableitung vom thermischen Pad des Bauteils (falls vorhanden) zur Leiterplatte. Die Einhaltung dieser Anordnung ist entscheidend für eine gute Lötausbeute und Langzeitzuverlässigkeit.

6.3 Anwendungshinweise

Allgemeine Hinweise umfassen die Vermeidung mechanischer Belastung der LED-Linse, den Schutz vor Lösungsmitteln, die den Kunststoff beschädigen könnten, und die Implementierung geeigneter ESD-Handhabungsverfahren während der Montage. Das Bauteil sollte in einer trockenen, kontrollierten Umgebung gelagert und innerhalb seiner spezifizierten Grenzwerte verwendet werden.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

Der Abschnitt 'Verpackungsinformationen' erläutert, wie die LEDs geliefert werden, typischerweise im Tape-and-Reel-Format, das mit automatischen Bestückungsmaschinen kompatibel ist. Wichtige Details sind Spulendimensionen, Taschenabstand und Ausrichtung im Band. Die Abschnitte 'Teilenummer' und 'Bestellinformationen' erläutern die Struktur des Produktcodes. Der Code '65-11-UB0200L-AM' kodiert wahrscheinlich Informationen über den Gehäusetyp (PLCC-2), die Farbe (Blau), das Helligkeits-Bin und andere variantspezifische Details, was eine präzise Spezifikation ermöglicht.

8. Anwendungsempfehlungen

8.1 Typische Anwendungsszenarien

Wie aufgeführt, sind die Hauptanwendungen:
Automotive-Innenraumbeleuchtung:Für Leselampen, Türpaneelleuchten oder Ambientebeleuchtung. Die AEC-Q101-Qualifizierung ist hier zwingend erforderlich.
Schalter:Hintergrundbeleuchtung für Druck- oder Kippschalter, die eine konsistente Farbe und Helligkeit erfordert.
Instrumententafeln:Beleuchtung für Symbole oder Anzeigen auf dem Armaturenbrett, die vom weiten Abstrahlwinkel profitieren.

8.2 Design-Überlegungen

1. Stromansteuerung:Verwenden Sie stets einen Konstantstromtreiber oder einen strombegrenzenden Widerstand in Reihe mit einer Spannungsquelle, um I_Fauf den gewünschten Wert (z.B. 20 mA) einzustellen.
2. Thermisches Design:Stellen Sie sicher, dass die Leiterplatte über ausreichende Wärmeabfuhr verfügt, insbesondere bei hohen Umgebungstemperaturen oder Betrieb nahe dem Maximalstrom. Nutzen Sie die Derating-Kurve.
3. Optisches Design:Der 120°-Abstrahlwinkel kann in einigen Anwendungen den Einsatz von Diffusoren oder Lichtleitern erfordern, um bestimmte Lichtverteilungen zu erreichen oder einzelne LED-Punkte zu verbergen.
4. ESD-Schutz:Obwohl die LED über einen integrierten ESD-Schutz verfügt, ist der Einbau zusätzlicher Schutzmaßnahmen auf den Leiterplatten-Eingangsleitungen eine gute Praxis für Robustheit.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu generischen blauen PLCC-2-LEDs unterscheidet sich die 65-11-UB0200L-AM durch ihre Automotive-Qualifizierung (AEC-Q101). Diese umfasst strengere Tests hinsichtlich Temperaturwechsel, Feuchtigkeitsbeständigkeit und Langzeitbetriebslebensdauer unter Stressbedingungen. Die spezifizierte ESD-Festigkeit von 8 kV ist ebenfalls höher als bei vielen kommerziellen Bauteilen. Die detaillierte Binning-Struktur und das umfassende Datenblatt mit umfangreichen Kennliniendiagrammen bieten Designern die für Hochzuverlässigkeitsanwendungen benötigte Vorhersagbarkeit, im Gegensatz zu billigeren Teilen mit minimalen Spezifikationen.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Kann ich diese LED direkt mit 3,3 V betreiben?
A: Nicht zuverlässig. Die typische V_Fbeträgt 3,1 V, kann aber bis zu 3,75 V betragen. Eine 3,3-V-Versorgung kann die maximale V_Fmöglicherweise nicht überwinden, insbesondere bei niedrigen Temperaturen, wo V_Fansteigt. Verwenden Sie stets eine auf 20 mA eingestellte Strombegrenzungsschaltung.

F: Was ist der Unterschied zwischen realem und elektrischem Wärmewiderstand?
A: Der reale Wärmewiderstand (R_{th JS real}) wird mit einem physikalischen Temperatursensor gemessen. Der elektrische Wärmewiderstand (R_{th JS el}) wird unter Verwendung der Durchlassspannung der LED als temperaturabhängigen Parameter berechnet. Letzterer ist oft niedriger. Für ein konservatives thermisches Design verwenden Sie den höheren (realen) Wert von 120 K/W.

F: Wie interpretiere ich den Binning-Code für die Lichtstärke?
A: Der alphanumerische Code (z.B. T1) entspricht einem spezifischen Millicandela-Bereich. Sie müssen beim Bestellen das erforderliche Bin angeben, um Helligkeitsgleichmäßigkeit sicherzustellen. Das Datenblatt enthält die vollständige Umrechnungstabelle.

F: Ist diese LED für den Außeneinsatz geeignet?
A: Der Betriebstemperaturbereich (-40 °C bis +110 °C) deutet darauf hin, dass sie große Umgebungsschwankungen verkraften kann. Für den direkten Außeneinsatz sollten jedoch zusätzliche Schutzmaßnahmen gegen UV-Degradation der Linse und Feuchtigkeitseintritt in Betracht gezogen werden, die vom Standardgehäuse nicht abgedeckt sind.

11. Praktische Design-Fallstudie

Szenario:Entwurf einer Hintergrundbeleuchtung für eine Automotive-Armaturenbrett-Taste.
Anforderungen:Gleichmäßige blaue Beleuchtung über 4 Tasten hinweg, Betrieb am 12-V-Bordnetz des Fahrzeugs, stabile Helligkeit über einen Kabinentemperaturbereich von -30 °C bis 85 °C.
Umsetzung:
1. LED-Auswahl:Verwendung von vier 65-11-UB0200L-AM-LEDs, alle aus denselben Bins für Lichtstärke (z.B. T1) und Wellenlänge (z.B. 6771).
2. Schaltungsentwurf:Schalten Sie die LEDs in Reihe mit einem strombegrenzenden Widerstand. Berechnung des Widerstandswerts: R = (V_Versorgung- 4 * V_F) / I_F. Unter Verwendung der Nennspannung 12 V (Fahrzeug), typischer V_Fvon 3,1 V und I_Fvon 20 mA: R = (12 - 12,4) / 0,02 = Negativer Wert. Dies zeigt, dass eine Reihenschaltung von 4 LEDs mit 12 V nicht machbar ist. Verwenden Sie 3 LEDs in Reihe oder, häufiger, jede LED mit ihrem eigenen Widerstand, angesteuert von einer geregelten 5-V- oder 3,3-V-Schiene.
3. Thermische Betrachtung:Bei 85 °C Umgebungstemperatur, siehe Derating-Kurve. Stellen Sie sicher, dass die Lötpad-Temperatur über das Leiterplatten-Layout gesteuert wird.
4. Optisches Design:Verwenden Sie einen Lichtleiter oder eine Diffusorfolie über den LEDs, um das Licht der vier diskreten Quellen zu einem gleichmäßigen Bereich hinter jedem Tastensymbol zu vermischen.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Leuchtdioden (LEDs) sind Halbleiterbauelemente, die Licht durch Elektrolumineszenz emittieren. Wenn eine Durchlassspannung an den p-n-Übergang angelegt wird, rekombinieren Elektronen aus dem n-dotierten Material mit Löchern aus dem p-dotierten Material im aktiven Bereich. Dieser Rekombinationsprozess setzt Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts wird durch die Bandlücke der verwendeten Halbleitermaterialien bestimmt. Für blaue LEDs werden typischerweise Materialien wie Indiumgalliumnitrid (InGaN) eingesetzt. Das PLCC-2-Gehäuse beherbergt den winzigen Halbleiterchip, stellt elektrische Verbindungen über zwei Anschlüsse bereit und enthält eine geformte Kunststofflinse, die den Lichtaustritt formt und den Chip schützt.

13. Technologietrends

Der Trend bei LEDs für Automotive- und Industrieanwendungen geht weiterhin in Richtung höherer Effizienz (mehr Lumen pro Watt), verbesserter Zuverlässigkeit unter rauen Bedingungen und kleinerer Gehäuseabmessungen, die dichtere und flexiblere Designs ermöglichen. Ebenso wächst die Bedeutung einer präzisen Farbkontrolle und engerer Binning-Toleranzen, um den Anforderungen von Anwendungen wie Vollfarbdisplays und fortschrittlichen Mensch-Maschine-Schnittstellen gerecht zu werden. Darüber hinaus ist die Integration von Steuerelektronik (z.B. Treiber, Temperatursensoren) innerhalb des LED-Gehäuses ein aufkommender Trend, der die Systemgestaltung für den Endanwender vereinfacht. Die 65-11-UB0200L-AM stellt eine ausgereifte, zuverlässige Lösung in dieser sich entwickelnden Landschaft dar und bietet für ihre Zielmärkte eine ausgewogene Balance aus Leistung, Kosten und bewährter Zuverlässigkeit.