PLCC-2 Kaltweiß-LED Datenblatt - 120° Abstrahlwinkel - 3,1V typ. - 20mA - Automotive-Qualität

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt die Spezifikationen einer hochhellen, oberflächenmontierbaren LED-Komponente im PLCC-2-Gehäuse (Plastic Leaded Chip Carrier). Das Bauteil ist primär für anspruchsvolle Automotive-Innenraumumgebungen entwickelt und bietet zuverlässige Leistung über einen weiten Temperaturbereich. Seine Kernvorteile umfassen eine ausgewogene Kombination aus Lichtausbeute, großem Abstrahlwinkel und robuster Bauweise, die Automotive-Zuverlässigkeitsstandards erfüllt.

Die LED emittiert ein kaltweißes Licht, charakterisiert durch typische CIE-1931-Farbkoordinaten von (0,3; 0,3). Sie ist für Anwendungen konzipiert, die gleichmäßige, helle Beleuchtung in beengten Räumen erfordern, wie z.B. Armaturenbrett-Hintergrundbeleuchtung, Schalterbeleuchtung und Anzeigeinstrumente. Die Konformität mit AEC-Q102, RoHS und REACH unterstreicht die Eignung für moderne Elektronikbaugruppen mit strengen Qualitäts- und Umweltanforderungen.

2. Technische Parameter im Detail

2.1 Lichttechnische & Elektrische Kenngrößen

Die wesentlichen Betriebsparameter sind bei einem Standard-Prüfstrom von 20mA definiert. Die typische Lichtstärke beträgt 1800 Millicandela (mcd), mit einem garantierten Mindestwert von 1400 mcd und einem Maximum von bis zu 3550 mcd, abhängig vom Produktions-Bin. Die Durchlassspannung (V_F) beträgt typischerweise 3,1V und liegt im Bereich von minimal 2,5V bis maximal 3,75V. Dieser Parameter ist entscheidend für die Berechnung der Vorwiderstandswerte im Schaltungsdesign.

Das Bauteil verfügt über einen sehr großen Abstrahlwinkel von 120 Grad, definiert als der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte ihres axialen Spitzenwerts abfällt. Dies gewährleistet eine gleichmäßige Lichtverteilung, die für Panel- und Schalterbeleuchtung wesentlich ist.

2.2 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden auftreten können. Der absolute maximale Dauer-Durchlassstrom beträgt 30 mA. Das Bauteil kann kurze Stromspitzen bis zu 250 mA für Impulse ≤ 10 µs mit einem sehr niedrigen Tastverhältnis (0,005) verkraften. Die Sperrschichttemperatur darf 125°C nicht überschreiten. Der Betriebs- und Lagertemperaturbereich ist von -40°C bis +110°C spezifiziert, was seine Automotive-Robustheit bestätigt. Der Schutz vor elektrostatischer Entladung (ESD) ist mit 8 kV (Human Body Model) bewertet.

2.3 Thermische Eigenschaften

Das Wärmemanagement ist entscheidend für die Lebensdauer und Leistungsstabilität der LED. Der Wärmewiderstand von der Sperrschicht zum Lötpunkt wird auf zwei Arten angegeben: ein realer Wärmewiderstand (R_{th JS real}) von 130 K/W und ein elektrischer Wärmewiderstand (R_{th JS el}) von 100 K/W. Dieser Parameter zeigt an, wie effektiv Wärme von der Halbleitersperrschicht abgeführt wird. Ein ordnungsgemäßes PCB-Layout mit ausreichender Wärmeableitung ist notwendig, um die Lötpunkttemperatur innerhalb sicherer Grenzen zu halten, wie in der Derating-Kurve dargestellt.

3. Analyse der Kennlinien

3.1 Durchlassstrom vs. Spannung (I-V-Kennlinie)

Das bereitgestellte Diagramm zeigt die Beziehung zwischen Durchlassstrom und Durchlassspannung bei 25°C. Die Kurve ist nichtlinear, typisch für eine Diode. Beim Nennstrom von 20mA liegt die Spannung bei etwa 3,1V. Entwickler müssen diese Kurve nutzen, um sicherzustellen, dass die Treiberschaltung einen stabilen Strom (nicht Spannung) liefert, um eine gleichmäßige Lichtleistung zu erzielen.

3.2 Lichtleistung vs. Strom und Temperatur

Die relative Lichtstärke steigt mit dem Durchlassstrom, zeigt jedoch eine unterlineare Beziehung, was die Notwendigkeit der Stromregelung unterstreicht. Noch wichtiger ist das Diagramm, das die relative Lichtstärke in Abhängigkeit von der Sperrschichttemperatur zeigt und einen negativen Temperaturkoeffizienten demonstriert. Mit steigender Sperrschichttemperatur nimmt die Lichtleistung ab. Bei der maximalen Sperrschichttemperatur von 125°C kann die Ausgangsleistung nur noch etwa 40-50 % ihres Wertes bei 25°C betragen. Dieser thermische Quenching-Effekt muss im thermischen Design berücksichtigt werden.

3.3 Farbortstabilität

Diagramme zeigen die Verschiebung der CIE-x- und -y-Koordinaten mit dem Durchlassstrom und der Sperrschichttemperatur. Obwohl Verschiebungen vorhanden sind, sind sie relativ klein (±~0,01 für Temperatur, weniger für Strom), was auf eine gute Farbstabilität unter variierenden Betriebsbedingungen hinweist. Dies ist für Anwendungen, bei denen Farbkonstanz wichtig ist, von entscheidender Bedeutung.

3.4 Spektrale Verteilung und Abstrahlcharakteristik

Die Kurve der relativen spektralen Verteilung zeigt einen Peak im blauen Wellenlängenbereich, charakteristisch für eine phosphorkonvertierte weiße LED, mit einem breiten sekundären Peak im gelben/grünen Bereich vom Phosphor. Das Abstrahldiagramm bestätigt das lambertähnliche Emissionsprofil, das zu dem großen 120°-Abstrahlwinkel führt.

4. Erläuterung des Binning-Systems

Das Produkt ist in sortierten Leistungsgruppen oder "Bins" erhältlich, um die Konsistenz innerhalb einer Produktionscharge sicherzustellen.

4.1 Leuchtstärke-Binning

Eine umfassende Binning-Struktur ist definiert, die von Bins mit niedriger Ausgangsleistung (z.B. L1: 11,2-14 mcd) bis zu sehr hochleistungsfähigen Bins (z.B. GA: 18000-22400 mcd) reicht. Für diese spezifische Artikelnummer (67-11-C70200H-AM) ist der hervorgehobene Standardleistungs-Bin "AB", der einem Lichtstärkebereich von 1400 bis 1800 mcd entspricht. Dies ermöglicht es Entwicklern, den geeigneten Helligkeitsgrad für ihre Anwendung auszuwählen.

4.2 Farb-Binning

Das Datenblatt verweist auf ein Diagramm der "Standardweiß-Farb-Binning-Struktur" (im bereitgestellten Auszug nicht vollständig detailliert). Typischerweise zeichnen solche Diagramme die CIE-x- und -y-Koordinaten innerhalb eines definierten Vierecks oder Bereichs im Farbtafeld auf. LEDs werden basierend darauf, wo ihre Farbkoordinaten in diesem Bereich liegen, in Bins sortiert, um eine enge Farbtoleranz zu gewährleisten, typischerweise innerhalb von ±0,005, wie im Kenngrößenabschnitt vermerkt.

5. Mechanische & Verpackungsinformationen

5.1 Abmessungen

Die Komponente verwendet ein Standard-PLCC-2-Oberflächenmontagegehäuse. Die mechanische Zeichnung (im Inhaltsverzeichnis referenziert) würde die genauen Längen-, Breiten-, Höhenmaße, Anschlussabstände und Toleranzen spezifizieren. Diese Informationen sind entscheidend für das PCB-Footprint-Design und die Gewährleistung eines korrekten Sitzes in der Baugruppe.

5.2 Empfohlenes Lötpad-Layout

Ein eigener Abschnitt enthält das empfohlene Land Pattern (Lötpad-Geometrie) für die Leiterplatte. Die Einhaltung dieser Richtlinie ist entscheidend für das Erreichen zuverlässiger Lötstellen, die korrekte Selbstausrichtung während des Reflow-Prozesses und den effektiven Wärmetransfer vom Bauteil zur Leiterplatte.

5.3 Polaritätskennzeichnung

PLCC-2-Gehäuse haben typischerweise eine markierte Ecke oder eine Fase, um den Kathoden- (negativen) Anschluss zu kennzeichnen. Die korrekte Polarisierungsausrichtung ist während des Bestückens zwingend erforderlich, um die Funktionsfähigkeit des Bauteils sicherzustellen.

6. Löt- & Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil

Das Datenblatt spezifiziert eine maximale Löttemperatur von 260°C für 30 Sekunden. Dies bezieht sich auf die Spitzentemperatur, die an den Lötstellen während eines Standard-Reflow-Prozesses gemessen wird. Ein typisches Reflow-Profil mit Aufheiz-, Halte-, Reflow- und Abkühlphasen sollte eingehalten werden, wobei sichergestellt wird, dass die Temperatur an den Bauteilanschlüssen diesen Grenzwert nicht überschreitet, um Schäden am Kunststoffgehäuse oder der internen Die-Bond-Verbindung zu verhindern.

6.2 Anwendungshinweise

Allgemeine Handhabungshinweise umfassen die Anwendung von ESD-sicheren Verfahren während der Montage, die Vermeidung mechanischer Belastung der Linse und die Verhinderung von Kontamination der optischen Oberfläche. Das Bauteil ist nicht für den Betrieb mit Sperrspannung ausgelegt.

6.3 Lagerbedingungen

Der Lagertemperaturbereich liegt bei -40°C bis +110°C. Darüber hinaus ist die Feuchtesensitivitätsstufe (MSL) als Stufe 2 bewertet. Dies bedeutet, dass die Komponente in einer trockenen Umgebung (typischerweise<60 % relative Luftfeuchtigkeit) bis zu einem Jahr gelagert werden kann. Wenn die Feuchtigkeitsschutzverpackung geöffnet oder die Lagerdauer überschritten wird, müssen die Teile vor dem Reflow-Löten getrocknet (gebaked) werden, um "Popcorning" (Gehäuserisse durch Dampfdruck) zu verhindern.

7. Anwendungsempfehlungen

7.1 Typische Anwendungsschaltungen

Die gebräuchlichste Ansteuerungsmethode ist eine Konstantstromquelle oder ein einfacher Vorwiderstand in Reihe zu einer Spannungsversorgung. Der Widerstandswert wird berechnet als R = (V_Versorgung- V_F) / I_F. Unter Verwendung der typischen V_F von 3,1V und einem Zielstrom von 20mA bei einer 5V-Versorgung wäre der Widerstand (5V - 3,1V) / 0,02A = 95 Ohm. Ein Widerstand mit einer Belastbarkeit von mindestens (5V-3,1V)*0,02A = 0,038W sollte gewählt werden, mit einer höheren Wattzahl (z.B. 1/8W oder 1/4W) für einen Sicherheitsspielraum.

7.2 Design-Überlegungen

• Wärmemanagement:Verwenden Sie die Derating-Kurve für den Durchlassstrom. Für Dauerbetrieb bei hohen Umgebungstemperaturen muss der Strom reduziert werden, um die Lötpunkttemperatur unter 110°C zu halten (wo der Maximalstrom 30mA beträgt). Eine ausreichende Kupferfläche unter und um die Lötpads ist notwendig, um Wärme abzuführen.
• Stromregelung:LEDs sollten stets mit einem geregelten Strom (nicht einer festen Spannung) betrieben werden, um eine stabile Lichtleistung sicherzustellen und thermisches Durchgehen zu verhindern.
• Optisches Design:Der breite 120°-Strahl ist für diffuse Beleuchtung geeignet. Für fokussiertes Licht wären Sekundäroptiken (Linsen) erforderlich.
• ESD-Schutz:Obwohl das Bauteil über einen 8-kV-HBM-Schutz verfügt, ist der Einbau zusätzlicher transiente Spannungsunterdrückung auf empfindlichen Leitungen in Automotive-Umgebungen eine gute Praxis.

8. Technischer Vergleich & Differenzierung

Im Vergleich zu generischen PLCC-2-LEDs sind die wesentlichen Unterscheidungsmerkmale dieses Bauteils seineAEC-Q102-Qualifikationund der erweiterteBetriebstemperaturbereich (-40°C bis +110°C). Diese sind für kommerzielle LEDs nicht typisch und für die Automotive-Zertifizierung wesentlich. Die spezifizierte ESD-Bewertung (8kV) ist ebenfalls höher als bei vielen Standardteilen. Die detaillierte Binning-Struktur bietet Herstellern eine vorhersehbare Leistung, was für die Serienfertigung, bei der Konsistenz oberste Priorität hat, entscheidend ist.

9. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F: Was ist der Unterschied zwischen "Typischen" und "Maximalen" Werten?

A: "Typisch" ist der erwartete Durchschnittswert unter Standardbedingungen. "Maximal" (oder "Min") sind die garantierten Grenzwerte; alle Bauteile werden sich gemäß der Datenblattspezifikation innerhalb dieser Grenzen verhalten.

F: Kann ich diese LED dauerhaft mit 30mA betreiben?

A: Nur dann, wenn die Lötpunkttemperatur (T_S) gemäß der Derating-Kurve auf oder unter 110°C gehalten werden kann. Bei höheren Temperaturen muss der Strom reduziert werden. Für einen zuverlässigen Langzeitbetrieb wird empfohlen, mit dem typischen 20mA oder darunter zu betreiben.

F: Die Farbkoordinaten sind (0,3; 0,3). Ist das ein reines Weiß?

A: Im CIE-1931-Farbtafeld wird der Punkt (0,33; 0,33) oft als "Equal-Energy"-Weißpunkt betrachtet. Koordinaten von (0,3; 0,3) weisen auf ein Kaltweiß mit einer leichten Verschiebung in Richtung Blau/Grün hin, was ein gebräuchlicher und erwünschter Farbton für Display-Hintergrundbeleuchtung ist.

F: Was bedeutet MSL 2 für meinen Produktionsprozess?

A: MSL-2-Komponenten haben eine Bodenlebensdauer von 1 Jahr, wenn sie bei ≤ 30°C/60 % r.F. gelagert werden. Nach dem Öffnen der Verpackung sollten sie innerhalb einer bestimmten Zeit (z.B. 168 Stunden) verwendet oder vor dem Reflow-Löten getrocknet (gebaked) werden, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen.

10. Funktionsprinzip

Dies ist eine phosphorkonvertierte weiße LED. Der Halbleiterchip emittiert blaues Licht, wenn Strom über seinen p-n-Übergang fließt (Elektrolumineszenz). Dieses blaue Licht trifft auf eine Schicht aus gelbem (oder gelbem und rotem) Phosphormaterial, das auf oder nahe dem Chip abgeschieden ist. Der Phosphor absorbiert einen Teil der blauen Photonen und emittiert Licht mit längeren, gelben/roten Wellenlängen neu. Die Kombination aus dem verbleibenden blauen Licht und dem konvertierten gelben/roten Licht wird vom menschlichen Auge als weißes Licht wahrgenommen. Der genaue Farbton (Kaltweiß, Neutralweiß, Warmweiß) wird durch die Mischung und Zusammensetzung der Phosphore bestimmt.

11. Branchentrends

Der Markt für Automotive-Beleuchtung fordert weiterhin höhere Effizienz (mehr Lumen pro Watt), einen verbesserten Farbwiedergabeindex (CRI) für bessere visuelle Klarheit und eine größere Zuverlässigkeit. Die Integration von LEDs mit Treiber-ICs und Sensoren in intelligente Beleuchtungsmodule ist ein wachsender Trend. Darüber hinaus gibt es Bestrebungen hin zu standardisierten, kleineren Gehäuseabmessungen mit höherer Leistungsdichte, obwohl PLCC-Gehäuse aufgrund ihrer Kosteneffektivität und bewährten Zuverlässigkeit in Mid-Power-Anwendungen wie Innenraumbeleuchtung beliebt bleiben.