PLCC-2 Kaltweiß-LED Datenblatt - 3,1mm x 2,8mm x 1,9mm - Spannung 3,1V - Leistung 0,062W - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt die Spezifikationen einer hochwertigen, oberflächenmontierbaren LED in PLCC-2-Gehäuse (Plastic Leaded Chip Carrier). Die Bauteile sind für den Einsatz in anspruchsvollen Umgebungen ausgelegt und zeichnen sich durch eine Kaltweiß-Lichtfarbe aus. Das primäre Einsatzgebiet ist die Automobil-Innenraumbeleuchtung, wo konstante Lichtleistung, großer Abstrahlwinkel und robuste Bauweise entscheidend sind. Die LED ist nach dem AEC-Q102-Standard für diskrete optoelektronische Halbleiter in Automobilanwendungen qualifiziert. Dies gewährleistet die Einhaltung strenger Qualitäts- und Zuverlässigkeitsanforderungen hinsichtlich Temperaturwechsel, Feuchtigkeitsbeständigkeit und Langzeitbetrieb.

Die Kernvorteile dieser Komponente sind ihre kompakte Bauform, die exzellente Lichtausbeute für ihre Gehäusegröße und der sehr große Abstrahlwinkel von 120 Grad. Dies macht sie ideal für Hintergrundbeleuchtungen und Anzeigeanwendungen, bei denen eine gute Lichtstreuung wichtig ist. Sie erfüllt zudem wichtige Umweltvorschriften wie RoHS, REACH und halogenfrei und ist somit eine geeignete Wahl für moderne Elektronikdesigns mit strengen Materialbeschränkungen.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Photometrische und elektrische Kenngrößen

Die wesentlichen Betriebsparameter sind unter Standardtestbedingungen bei einem Durchlassstrom (I_F) von 20mA definiert. Die typische Lichtstärke beträgt 1800 Millicandela (mcd), mit einem spezifizierten Mindestwert von 900 mcd und einem Maximum von bis zu 3550 mcd, abhängig vom Produktions-Bin. Die Durchlassspannung (V_F) beträgt typischerweise 3,1V, mit einem Bereich von 2,5V bis 3,75V. Dieser Parameter ist entscheidend für das Design der strombegrenzenden Schaltung. Die dominante Wellenlänge wird durch ihre CIE-1931-Farbortkoordinaten charakterisiert, mit typischen x- und y-Werten um 0,3, was ihren Kaltweiß-Punkt definiert. Auf diese Koordinaten wird eine Toleranz von ±0,005 angewendet.

Das Bauteil verfügt über einen großen Abstrahlwinkel (2φ) von 120 Grad, definiert als der Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte ihres Spitzenwertes abfällt. Diese Eigenschaft ist entscheidend für Anwendungen, die eine gleichmäßige Ausleuchtung über einen großen Bereich erfordern.

2.2 Absolute Grenzwerte und thermisches Management

Um langfristige Zuverlässigkeit zu gewährleisten, darf das Bauteil nicht über seine absoluten Grenzwerte betrieben werden. Der maximale Dauer-Durchlassstrom beträgt 30 mA, bei einer maximalen Verlustleistung von 112 mW. Für kurze Pulse (≤10 μs, Tastverhältnis 0,005) ist ein Stoßstrom (I_FM) von 250 mA zulässig. Die Sperrschichttemperatur (T_J) darf 125°C niemals überschreiten. Der Betriebs- und Lagertemperaturbereich ist von -40°C bis +110°C spezifiziert, was die Eignung für Automobilumgebungen bestätigt.

Das thermische Management ist entscheidend für die LED-Leistung und Lebensdauer. Das Datenblatt spezifiziert zwei Wärmewiderstandswerte: Der reale Wärmewiderstand (R_{th JS real}) von der Sperrschicht zum Lötpunkt beträgt maximal 130 K/W, während der elektrisch abgeleitete Wert (R_{th JS el}) 100 K/W beträgt. Ein korrekter PCB-Layout mit ausreichender Wärmeableitung und Kupferfläche ist notwendig, um eine niedrige Lötpunkttemperatur zu halten, wie in der Derating-Kurve für den Durchlassstrom dargestellt.

2.3 Zuverlässigkeits- und Konformitätsspezifikationen

Die LED weist eine robuste Bauweise mit einer elektrostatischen Entladungsfestigkeit (ESD) von 8 kV (Human Body Model, HBM) auf. Sie ist für die Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe (MSL) 3 eingestuft, was bedeutet, dass sie vor dem Reflow-Löten bis zu 168 Stunden den Bedingungen auf der Fertigungshalle ausgesetzt werden kann. Zudem erfüllt sie die Korrosionsrobustheitsklasse B1, was ihre Widerstandsfähigkeit gegen korrosive Atmosphären erhöht. Die volle Konformität mit RoHS, EU REACH und halogenfreien Standards (Br <900ppm, Cl <900ppm, Br+Cl <1500ppm) ist bestätigt.

3. Analyse der Leistungskurven

3.1 I-V-Kennlinie und Lichtausbeute

Die Kennlinie für Durchlassstrom gegenüber Durchlassspannung (I-V) zeigt den charakteristischen exponentiellen Zusammenhang. Am typischen 20mA-Arbeitspunkt beträgt die Spannung etwa 3,1V. Entwickler nutzen diese Kurve zur Auswahl geeigneter Treiberkomponenten. Die Kurve für relative Lichtstärke gegenüber Durchlassstrom zeigt, dass die Lichtleistung jenseits des typischen Arbeitspunkts unterlinear mit dem Strom ansteigt. Ein Betrieb über 30mA wird nicht empfohlen. Die Derating-Kurve für den Durchlassstrom ist für das thermische Design essenziell. Sie zeigt, wie der maximal zulässige Dauerstrom reduziert werden muss, wenn die Lötpastentemperatur über 25°C steigt.

3.2 Temperaturabhängigkeit und spektrale Eigenschaften

Die Kurve für relative Lichtstärke gegenüber Sperrschichttemperatur zeigt den erwarteten Abfall der Lichtleistung bei steigender Temperatur, eine typische Eigenschaft von LEDs. Die Kurve für relative Durchlassspannung gegenüber Sperrschichttemperatur hat eine negative Steigung, was in einigen Schaltungen zur Temperaturerfassung genutzt werden kann. Die Diagramme zur Verschiebung der Farbortkoordinaten gegenüber Strom und Temperatur zeigen minimale Variationen, was auf eine gute Farbstabilität unter verschiedenen Betriebsbedingungen hindeutet. Das Diagramm zu den Wellenlängeneigenschaften zeigt die relative spektrale Leistungsverteilung, typisch für eine phosphorkonvertierte Weißlicht-LED mit blauer Pump-LED und breitem gelbem Phosphor-Emissionsspektrum.

3.3 Pulsbetriebsfähigkeit

Das Diagramm zur zulässigen Pulsbelastbarkeit bietet eine Anleitung für den Betrieb der LED mit gepulsten Strömen, die höher sind als der DC-Maximalwert. Es stellt die Amplitude des Durchlassstroms (I_FA) gegen die Pulsbreite (t_p) für verschiedene Tastverhältnisse (D) dar. Dies ermöglicht es Entwicklern, für Stroboskop- oder Signal-Anwendungen eine höhere momentane Helligkeit zu erreichen, ohne die Grenzen der mittleren Leistung zu überschreiten.

4. Erläuterung des Binning-Systems

Das Produkt ist in sortierten Gruppen basierend auf Lichtstärke und Farbortkoordinaten erhältlich, um Konsistenz im Anwendungsdesign zu gewährleisten.

4.1 Binning der Lichtstärke

Die Lichtstärke wird in zahlreiche Bins sortiert, die durch alphanumerische Codes bezeichnet werden (z.B. L1, L2, M1... bis GA). Jedes Bin definiert einen spezifischen Bereich von minimaler und maximaler Lichtstärke, gemessen in Millicandela (mcd). Für diese spezifische Artikelnummer sind die möglichen Ausgangs-Bins hervorgehoben und umfassen Bereiche von 1120 mcd bis 3550 mcd (Bins AA bis CA), wobei der typische Wert von 1800 mcd in das BA-Bin (1800-2240 mcd) fällt. Es gilt eine Messtoleranz von ±8%.

4.2 Binning der Farbortkoordinaten

Die Kaltweiß-Farbe wird gemäß dem CIE-1931-(x, y)-Koordinatensystem sortiert. Das Datenblatt enthält eine Tabelle mit verschiedenen Bin-Codes (z.B. PK0, HK0, NK0) und ihren entsprechenden viereckigen Bereichen, definiert durch vier Sätze von (x, y)-Koordinaten. Dies ermöglicht es Entwicklern, LEDs mit eng tolerierten Farbpunkten für Anwendungen auszuwählen, bei denen Farbabgleich kritisch ist, wie z.B. in Kombiinstrumenten oder hinterleuchteten Schaltern.

5. Mechanische, Verpackungs- und Montageinformationen

5.1 Mechanische Abmessungen und Polarität

Die LED ist in einem standardmäßigen PLCC-2-Oberflächenmontagegehäuse untergebracht. Die mechanische Zeichnung (im PDF referenziert) gibt die genauen Abmessungen an, inklusive Gesamtlänge, -breite, -höhe, Anschlussabstand und Toleranzen. Das Gehäuse verfügt typischerweise über eine geformte Linse. Die Polarität ist durch eine Kathodenmarkierung angezeigt, oft eine Kerbe oder ein Punkt auf dem Gehäuse, die korrekt mit dem PCB-Footprint ausgerichtet werden muss.

5.2 Empfohlener PCB-Footprint und Lötung

Ein empfohlener Lötpad-Layout wird bereitgestellt, um zuverlässige Lötstellen und optimale thermische Leistung zu gewährleisten. Dies beinhaltet Abmessungen für die Metallpads und das thermische Pad (falls vorhanden). Das Reflow-Lötprofil ist spezifiziert, mit einer Spitzentemperatur von 260°C für maximal 30 Sekunden. Die Einhaltung dieses Profils ist notwendig, um Gehäuseschäden oder Degradation der internen Materialien zu verhindern.

5.3 Verpackung und Handhabungshinweise

Die Bauteile werden in Band-und-Rolle-Verpackung geliefert, die für automatisierte Bestückungsmaschinen geeignet ist. Vorsichtsmaßnahmen bei der Handhabung umfassen Standard-ESD-Prozeduren (Verwendung geerdeter Handgelenkbänder und Arbeitsplätze), Vermeidung mechanischer Belastung der Linse und Verhinderung von Kontamination. Spezifische Schwefelbeständigkeits-Testkriterien können auch für Anwendungen in Umgebungen mit hohem Schwefelgehalt umrissen sein.

6. Anwendungsrichtlinien und Designüberlegungen

6.1 Typische Anwendungsszenarien

Die primäre Anwendung ist die Automobil-Innenraumbeleuchtung. Dies umfasst die Hintergrundbeleuchtung für Kombiinstrumente, Infotainment-Systemtasten, Klimaregelungsbedienfelder und allgemeine Kabinen-Ambientebeleuchtung. Sie eignet sich auch für die Hintergrundbeleuchtung von Schaltern in verschiedenen elektronischen Geräten und für allgemeine Anzeigezwecke, bei denen ein großer Abstrahlwinkel und kaltweißes Licht gewünscht sind.

6.2 Schaltungsdesign und thermische Überlegungen

Entwickler müssen eine Konstantstrom-Treiberschaltung implementieren, um eine stabile Lichtleistung und lange LED-Lebensdauer zu gewährleisten, da die LED-Helligkeit eine Funktion des Stroms und nicht der Spannung ist. Ein Vorwiderstand kann für einfache Anwendungen verwendet werden, aber ein aktiver Treiber wird für Automobilspannungsumgebungen (z.B. 12V-System) empfohlen. Das thermische Design ist nicht verhandelbar. Die Leiterplatte muss einen ausreichenden Wärmepfad von den Lötpads der LED zu einer größeren Kupferfläche oder einem Kühlkörper bereitstellen, um die Sperrschichttemperatur deutlich unter dem Maximum von 125°C zu halten, insbesondere bei Betrieb in hoher Umgebungstemperatur oder nahe dem Maximalstrom.

6.3 Optische Designüberlegungen

Der 120-Grad-Abstrahlwinkel bedeutet, dass das Licht in einem breiten Lambert'schen Muster abgestrahlt wird. Für Anwendungen, die einen stärker gebündelten Strahl erfordern, müssen sekundäre Optiken wie Linsen oder Lichtleiter eingesetzt werden. Die Wechselwirkung des Emissionsmusters der LED mit diesen optischen Elementen muss simuliert oder prototypisch erprobt werden, um den gewünschten Beleuchtungseffekt zu erzielen.

7. Technischer Vergleich und Auswahlhilfe

Bei der Auswahl einer LED für Automobil-Innenraumanwendungen sind die wichtigsten Unterscheidungsmerkmale dieses Bauteils seine AEC-Q102-Qualifizierung, der große Abstrahlwinkel und die spezifischen Lichtstärke-Bins. Im Vergleich zu nicht-automobiltauglichen LEDs bietet diese Komponente nachgewiesene Zuverlässigkeit unter thermischem Schock, Feuchtigkeit und Langzeitbetriebsbelastung. Das PLCC-2-Gehäuse bietet im Vergleich zu kleineren Chip-Scale-Packages oder größeren Durchsteckbauteilen eine gute Balance zwischen Größe, Lichtleistung und einfacher Montage.

8. Häufig gestellte Fragen (FAQs)

F: Was ist der Zweck der Binning-Informationen?

A: Binning stellt Farb- und Helligkeitskonsistenz innerhalb einer Produktionscharge sicher. Für Anwendungen, die mehrere LEDs nebeneinander verwenden (wie eine Hintergrundbeleuchtungsfläche), verhindert die Spezifikation eines engen Bins für Lichtstärke und Farbortkoordinaten sichtbare Unterschiede in Helligkeit oder Farbe zwischen einzelnen LEDs.

F: Kann ich diese LED direkt an eine 5V- oder 12V-Versorgung anschließen?

A: Nein. LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Ein direkter Anschluss an eine Spannungsquelle, die höher ist als ihre Durchlassspannung, führt zu übermäßigem Stromfluss und kann sie sofort zerstören. Sie müssen immer einen Strombegrenzungsmechanismus verwenden, wie z.B. einen Widerstand oder einen speziellen LED-Treiber-IC.

F: Warum ist die Wärmewiderstandsspezifikation wichtig?

A: Der Wärmewiderstand quantifiziert, wie effektiv Wärme von der LED-Sperrschicht abgeführt werden kann. Ein niedrigerer Wert bedeutet eine bessere Wärmeableitung. Das Überschreiten der maximalen Sperrschichttemperatur reduziert die Lichtleistung erheblich und verkürzt die Betriebslebensdauer der LED drastisch. Eine ordnungsgemäße Kühlung, wie durch den Wärmewiderstand und die Derating-Kurve vorgegeben, ist für eine zuverlässige Leistung unerlässlich.

F: Was bedeutet MSL 3 für Lagerung und Handhabung?

A: MSL (Moisture Sensitivity Level) 3 bedeutet, dass das Gehäuse schädliche Feuchtigkeitsmengen aufnehmen kann, wenn es länger als 168 Stunden (7 Tage) Umgebungsbedingungen ausgesetzt ist. Nach dieser Zeit, oder wenn die originale versiegelte Verpackung geöffnet wurde, müssen die Bauteile gemäß einem spezifizierten Profil getrocknet werden, bevor sie sicher reflow-gelötet werden können, um "Popcorning" oder interne Delaminierung zu verhindern.

9. Funktionsprinzipien

Dies ist eine phosphorkonvertierte Weißlicht-LED. Der Halbleiterchip emittiert bei Durchlasspolung blaues Licht (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 des blauen Lichts und emittiert es als ein breiteres Spektrum längerer Wellenlängen (gelb, rot) wieder. Die Kombination aus dem verbleibenden blauen Licht und dem phosphorkonvertierten Licht führt zur Wahrnehmung von weißem Licht. Das genaue Verhältnis von blauer zu Phosphor-Emission bestimmt die korrelierte Farbtemperatur (CCT), in diesem Fall Kaltweiß.

10. Branchentrends und Kontext

Der Trend in der Automobil-Innenraumbeleuchtung geht zu höherer Integration, dynamischer Beleuchtung und personalisierten Ambiente-Erlebnissen. Während diskrete LEDs wie diese PLCC-2-Komponente für Schalter-Hintergrundbeleuchtung und einfache Anzeigen nach wie vor entscheidend sind, gewinnen flexible LED-Streifen, adressierbare RGB-LEDs und fortschrittliche Lichtleitertechnologien zur Erzeugung nahtloser Lichtflächen zunehmend an Bedeutung. Darüber hinaus hält die Nachfrage nach höherer Effizienz (mehr Lumen pro Watt) und verbessertem Farbwiedergabeindex (CRI) an, was Fortschritte in der Phosphortechnologie und Chip-Design vorantreibt. Die in diesem Datenblatt hervorgehobenen strengen Automobilqualifikationen (AEC-Q102) und Umweltkonformität (halogenfrei) spiegeln den übergeordneten Fokus der Branche auf Zuverlässigkeit, Langlebigkeit und Umweltverantwortung wider.