PLCC-2 LED 67-11-IB0100L-AM Datenblatt - Eisblau - 120° Betrachtungswinkel - 3,1V - 10mA - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt die Spezifikationen einer hochhellen Eisblau-LED im PLCC-2 (Plastic Leaded Chip Carrier) Oberflächenmontagegehäuse. Das Bauteil ist für Zuverlässigkeit und Leistung in anspruchsvollen Umgebungen ausgelegt, verfügt über einen weiten Betrachtungswinkel von 120 Grad und ist nach dem strengen AEC-Q101-Standard für Automobilkomponenten qualifiziert. Sein primärer Einsatzzweck ist die Bereitstellung einer gleichmäßigen, lebendigen Beleuchtung für Anwendungen im Automobilinnenraum bei gleichzeitiger Gewährleistung von Langlebigkeit und Stabilität unter variierenden elektrischen und thermischen Bedingungen.

1.1 Kernvorteile

• Hohe Leuchtdichteeffizienz:Liefert eine typische Lichtstärke von 300 Millicandela (mcd) bei einem Standard-Durchlassstrom von 10mA und gewährleistet so eine helle und gut sichtbare Lichtabgabe.
• Weitwinkelbeleuchtung:Der 120° Betrachtungswinkel sorgt für eine breite, gleichmäßige Lichtverteilung, ideal für Hintergrundbeleuchtungen von Anzeigen und Statusleuchten.
• Automobiltaugliche Zuverlässigkeit:Die AEC-Q101-Qualifizierung bestätigt die Eignung für die rauen Umgebungsbedingungen in der Automobilelektronik, einschließlich großer Temperaturschwankungen und Vibrationen.
• Robuster ESD-Schutz:Widersteht elektrostatischen Entladungen (ESD) bis zu 8kV (Human Body Model), was die Handhabungs- und Montagerobustheit erhöht.
• Umweltkonformität:Das Produkt entspricht den RoHS- (Beschränkung gefährlicher Stoffe) und REACH-Verordnungen und unterstützt damit globale Umweltstandards.

1.2 Zielmarkt & Anwendungen

Die LED ist speziell für den Markt der Automobilelektronik konzipiert. Ihre Hauptanwendungsgebiete umfassen:

• Automobil-Innenraumbeleuchtung:Beleuchtung für Fußraum, Türgriffe, Getränkehalter und allgemeine Ambientebeleuchtung im Fahrzeuginnenraum.
• Schalter-Hintergrundbeleuchtung:Bietet klare Sichtbarkeit für Tasten und Bedienelemente auf dem Armaturenbrett, der Mittelkonsole und dem Lenkrad.
• Instrumententafel-Anzeigen:Verwendung für Warnleuchten, Statusanzeigen und Skalen-Hintergrundbeleuchtung innerhalb der Fahrerinstrumententafel.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Lichttechnische & Elektrische Kenngrößen

Die Betriebsparameter definieren die Leistung der LED unter Standard-Testbedingungen (Ts=25°C).

• Durchlassstrom (I_F):Der empfohlene Betriebsstrom beträgt 10mA, mit einem absoluten Maximalwert von 20mA. Ein Mindeststrom von 2mA ist für den Betrieb erforderlich.
• Lichtstärke (I_V):Bei 10mA erreicht die Stärke typischerweise 355 mcd, mit einer garantierten Mindeststärke von 140 mcd und einem Maximum von 560 mcd für Standard-Bins. Die Messtoleranz beträgt ±8%.
• Durchlassspannung (V_F):Typischerweise 3,1V bei 10mA, im Bereich von minimal 2,75V bis maximal 3,75V. Die Durchlassspannung hat einen negativen Temperaturkoeffizienten und sinkt mit steigender Sperrschichttemperatur.
• Betrachtungswinkel (φ):Definiert als der volle Winkel, bei dem die Intensität auf die Hälfte ihres Spitzenwertes abfällt. Diese LED bietet einen weiten Betrachtungswinkel von 120° ± 5°.
• Farbortkoordinaten (CIE x, y):Der typische Farbort ist (0,18; 0,23) und definiert den Eisblau-Farbton. Die Toleranz für diese Koordinaten beträgt ±0,005.

2.2 Thermische Kenngrößen

Das thermische Management ist entscheidend für die Lebensdauer und Leistungsstabilität der LED.

• Wärmewiderstand (R_{th JS}):Der Wärmewiderstand von der Sperrschicht zum Lötpunkt wird mit zwei Werten angegeben: 130 K/W (real, gemessen) und 100 K/W (elektrisch, berechnet). Dieser Parameter zeigt an, wie effektiv Wärme vom LED-Chip zur Leiterplatte abgeführt wird.
• Sperrschichttemperatur (T_J):Die maximal zulässige Sperrschichttemperatur beträgt 125°C. Das Überschreiten dieses Grenzwertes kann zu dauerhafter Degradation führen.
• Betriebs- & Lagertemperatur:Das Bauteil ist für Dauerbetrieb von -40°C bis +110°C ausgelegt, was es für globale Automobilanwendungen geeignet macht.

2.3 Absolute Maximalwerte

Dies sind Belastungsgrenzen, die unter keinen Umständen überschritten werden dürfen, um dauerhafte Schäden zu vermeiden.

• Verlustleistung (P_d):Maximal 75 mW.
• Stoßstrom (I_FM):Kann 300mA-Impulse für Dauer ≤ 10μs mit einem niedrigen Tastverhältnis (D=0,005) widerstehen.
• Sperrspannung (V_R):Diese LED ist nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt. Das Anlegen einer Sperrspannung kann zu sofortigem Ausfall führen.
• Löttemperatur:Kann Reflow-Löten mit einer Spitzentemperatur von 260°C für bis zu 30 Sekunden standhalten, kompatibel mit Standard-Lötzinn-freien Lötprozessen.

3. Analyse der Leistungskurven

3.1 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kurve)

Die Grafik zeigt einen nichtlinearen Zusammenhang. Die Durchlassspannung steigt mit dem Strom, zeigt aber einen negativen Temperaturkoeffizienten. Entwickler müssen dies beim Entwurf von strombegrenzenden Schaltungen berücksichtigen, da V_Fsinkt, wenn sich die LED während des Betriebs erwärmt.

3.2 Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Die Lichtausbeute ist im unteren Bereich annähernd linear zum Strom, kann aber bei Strömen nahe dem Maximalwert (20mA) Anzeichen von Effizienzeinbruch (verringerte Effizienz) zeigen. Der Betrieb bei oder unterhalb des typischen Wertes von 10mA wird für optimale Effizienz und Lebensdauer empfohlen.

3.3 Relative Lichtstärke vs. Sperrschichttemperatur

Die Lichtstärke nimmt mit steigender Sperrschichttemperatur ab. Die Grafik zeigt, dass die Ausgabe auf etwa 40% ihres Raumtemperaturwertes sinken kann, wenn T_J140°C erreicht. Dies unterstreicht die Bedeutung eines effektiven thermischen Leiterplattendesigns (Verwendung von Wärmeleitungen, ausreichender Kupferfläche) zur Aufrechterhaltung der Helligkeit.

3.4 Farbortverschiebung

Sowohl der Durchlassstrom als auch die Sperrschichttemperatur beeinflussen die Farbortkoordinaten der LED. Die Grafiken für ΔCIE-x und ΔCIE-y zeigen geringfügige Verschiebungen. Obwohl die Verschiebungen in einem kleinen Bereich liegen, sollten sie für Anwendungen berücksichtigt werden, die eine strenge Farbkonstanz über verschiedene Betriebsbedingungen oder in Arrays mit mehreren LEDs erfordern.

3.5 Durchlassstrom-Derating-Kurve

Diese entscheidende Grafik definiert den maximal zulässigen kontinuierlichen Durchlassstrom basierend auf der Lötstellentemperatur (T_S). Mit steigendem T_Smuss der maximal zulässige I_Freduziert werden, um die Sperrschichttemperatur unter 125°C zu halten. Beispielsweise beträgt bei einem T_Svon 110°C der maximale I_F20mA. Diese Kurve ist wesentlich für die Bestimmung sicherer Betriebsbedingungen in der finalen Anwendung.

3.6 Zulässige Pulsbelastbarkeit

Die Grafik zeigt die Beziehung zwischen Pulsbreite (t_p), Tastverhältnis (D) und zulässigem Puls-Spitzenstrom (I_FA). Für sehr kurze Pulse (z.B. 10μs) bei niedrigem Tastverhältnis (0,005) kann die LED Ströme bis zu 300mA verarbeiten. Dies ist nützlich für den Entwurf von Stroboskop- oder gepulsten Signalfunktionen.

3.7 Spektrale Verteilung

Das Diagramm der relativen spektralen Verteilung zeigt eine für eine Eisblau-LED charakteristische Spitzenwellenlänge. Der schmale, dominante Peak gewährleistet Farbreinheit. Das Fehlen signifikanter Nebenpeaks im roten oder grünen Bereich bestätigt die beabsichtigte Farbausgabe.

4. Erklärung des Binning-Systems

Um Konsistenz in der Massenproduktion sicherzustellen, werden LEDs basierend auf Schlüsselparametern in Bins sortiert.

4.1 Lichtstärke-Binning

Die LED wird basierend auf der gemessenen Lichtstärke bei 10mA in zahlreiche Bins (L1 bis GA) klassifiziert. Jedes Bin deckt einen bestimmten Bereich auf einer logarithmischen Skala ab (z.B. T1: 280-355 mcd, T2: 355-450 mcd). Das Datenblatt hebt die "möglichen Ausgabebins" für diese spezifische Produktvariante hervor. Entwickler müssen beim Bestellen das erforderliche Bin angeben, um Helligkeitsgleichmäßigkeit in einer Baugruppe mit mehreren LEDs zu garantieren.

4.2 Farb-Binning

Die standardmäßige Eisblau-Farb-Bin-Struktur ist innerhalb des CIE-1931-Farbortdiagramms definiert. Die bereitgestellte Tabelle listet spezifische Bincodes (z.B. CM0, CL3) mit ihren entsprechenden CIE-x- und -y-Koordinatengrenzen auf. Dies ermöglicht die Auswahl von LEDs mit nahezu identischen Farborten, was für Anwendungen wie Hintergrundbeleuchtung entscheidend ist, bei denen Farbunterschiede zwischen benachbarten LEDs visuell inakzeptabel wären.

5. Mechanische & Gehäuseinformationen

5.1 Mechanische Abmessungen

Das PLCC-2-Gehäuse ist ein Standard-Oberflächenmontage-Design. Die Maßzeichnung (im PDF referenziert) liefert kritische Maße einschließlich Gehäuselänge, -breite, -höhe, Anschlussabstand und Pad-Positionen. Die Einhaltung dieser Abmessungen ist entscheidend für das Leiterplatten-Footprint-Design und die automatisierte Bestückung.

5.2 Empfohlenes Lötpad-Layout

Ein empfohlenes Leiterplatten-Landpattern (Lötpad)-Design wird bereitgestellt. Dieses Pattern ist für die zuverlässige Lötstellenbildung während des Reflow-Lötens optimiert und gewährleistet eine korrekte mechanische Befestigung und Wärmeleitung zur Leiterplatte. Die Befolgung dieser Empfehlung hilft, Tombstoning oder schlechte Lötverbindungen zu verhindern.

5.3 Polaritätskennzeichnung

Das PLCC-2-Gehäuse hat typischerweise eine eingegossene Kerbe oder eine markierte Kathode an einer Ecke des Gehäuses. Die korrekte Polarisierungsausrichtung ist während der Leiterplattenbestückung essentiell, um die Funktionsfähigkeit der LED sicherzustellen. Das Anlegen einer Sperrspannung ist verboten.

6. Löt- & Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil

Das Bauteil ist mit Standard-Lötzinn-freien (SnAgCu) Reflow-Lötprozessen kompatibel. Das Profil umfasst Aufheiz-, Temperaturhalte-, Reflow- und Abkühlphasen, mit einer Spitzentemperatur von maximal 260°C für höchstens 30 Sekunden. Die Zeit über 217°C (Liquidustemperatur) sollte kontrolliert werden, um eine korrekte Lötstellenbildung ohne Beschädigung des LED-Gehäuses zu gewährleisten.

6.2 Vorsichtsmaßnahmen für die Verwendung

• ESD-Vorsichtsmaßnahmen:Obwohl für 8kV HBM ausgelegt, sollten während der Montage Standard-ESD-Handhabungsverfahren (Verwendung geerdeter Handgelenkbänder, Arbeitsplätze und leitfähiger Behälter) befolgt werden.
• Strombegrenzung:Die LED sollte immer mit einer Konstantstromquelle oder einem strombegrenzenden Widerstand in Reihe mit einer Spannungsquelle betrieben werden. Ein direkter Anschluss an eine Spannungsquelle, die V_Fübersteigt, führt zu übermäßigem Strom und Ausfall.
• Thermisches Management:Implementieren Sie ein geeignetes thermisches Leiterplattendesign. Verwenden Sie die Derating-Kurve, um sichere Betriebsströme für die erwartete maximale Umgebungstemperatur und die thermische Leistung der Leiterplatte zu bestimmen.
• Reinigung:Wenn nach dem Löten eine Reinigung erforderlich ist, verwenden Sie kompatible Lösungsmittel, die die Kunststofflinse oder den Epoxidharz nicht beschädigen.
• Lagerbedingungen:Lagern Sie die Bauteile in einer trockenen, antistatischen Umgebung innerhalb des spezifizierten Temperaturbereichs von -40°C bis +110°C.

7. Verpackungs- & Bestellinformationen

7.1 Verpackungsinformationen

Die LEDs werden auf Gurt und Rolle geliefert, was die Standardverpackung für automatisierte Oberflächenmontagegeräte ist. Die Rollenspezifikationen (Gurtbreite, Taschenabstand, Rolldurchmesser) werden angegeben, um die Kompatibilität mit Bestückungsautomaten-Zuführungen sicherzustellen.

7.2 Teilenummer & Bestellinformationen

Die Basisteilenummer ist67-11-IB0100L-AM. Diese Nummer kodiert wichtige Attribute:

• 67-11:Bezeichnet wahrscheinlich den Gehäusetyp (PLCC-2) und/oder die Serie.
• IB:Steht für die Farbe Eisblau.
• 0100L:Kann sich auf das Helligkeits-Bin oder den Produktcode beziehen.
• AM:Zeigt möglicherweise die Automobilqualität oder eine spezifische Revision an.

Beim Bestellen sollten spezifische Bincodes für Lichtstärke und Farbe angegeben werden, um die gewünschten Leistungsmerkmale zu erhalten.

8. Anwendungsdesign-Überlegungen

8.1 Treiberschaltungs-Design

Für einen stabilen Betrieb ist ein Konstantstromtreiber einer einfachen widerstandsbegrenzten Spannungsquelle vorzuziehen, insbesondere in Automobilumgebungen, wo die Versorgungsspannung (z.B. 12V-Batterie) stark schwanken kann. Der Treiber sollte so ausgelegt sein, dass er den gewünschten Strom (z.B. 10mA) über den erwarteten Eingangsspannungsbereich und Temperaturbereich liefert.

8.2 Thermische Gestaltung der Leiterplatte

Zur Aufrechterhaltung von Leistung und Lebensdauer:

• Verwenden Sie eine Leiterplatte mit ausreichender Kupferdicke.
• Integrieren Sie thermische Entlastungspads, die über mehrere Wärmeleitungen mit einer größeren Kupferebene oder einer internen Masseebene verbunden sind.
• Befolgen Sie die Derating-Kurve. Wenn erwartet wird, dass die Leiterplattentemperatur am Lötpunkt 80°C erreicht, muss der maximale Dauerstrom entsprechend vom absoluten Maximum von 20mA reduziert werden.

8.3 Optische Integration

Der 120° Betrachtungswinkel eignet sich für Flächenbeleuchtung. Für Anwendungen, die fokussierteres Licht benötigen, können sekundäre Optiken (Linsen, Lichtleiter) erforderlich sein. Die Eisblau-Farbortkoordinaten sollten beim Entwurf von Lichtleitern oder Diffusoren berücksichtigt werden, um den gewünschten endgültigen Farbeffekt zu erzielen.

9. Technischer Vergleich & Differenzierung

Im Vergleich zu generischen PLCC-2 LEDs bietet dieses Bauteil deutliche Vorteile für den Automobileinsatz:

• Zuverlässigkeit:Die AEC-Q101-Qualifizierung beinhaltet strenge Belastungstests (Hochtemperaturlagerung, Temperaturwechsel, Feuchtigkeit etc.), die für kommerzielle Bauteile nicht erforderlich sind.
• Erweiterter Temperaturbereich:Der Betrieb bis zu +110°C Umgebungstemperatur übersteigt die typische Grenze von +85°C bei kommerziellen LEDs, was für Positionen in der Nähe von Wärmequellen im Fahrzeug notwendig ist.
• Kontrolliertes Binning:Detailliertes Helligkeits- und Farb-Binning gewährleistet Konsistenz, was bei kostengünstigeren Alternativen weniger streng oder nicht vorhanden ist.
• ESD-Robustheit:Die 8kV HBM ESD-Bewertung bietet einen höheren Sicherheitsspielraum gegen elektrostatische Beschädigung während der Fertigung und Handhabung.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQs)

10.1 Was ist der empfohlene Betriebsstrom?

Der typische Betriebsstrom beträgt 10mA. Es kann vom Minimum von 2mA bis zum absoluten Maximum von 20mA betrieben werden, aber der Betrieb bei 10mA bietet den besten Kompromiss aus Helligkeit, Effizienz und Langzeitzuverlässigkeit.

10.2 Wie wähle ich den richtigen strombegrenzenden Widerstand?

Verwenden Sie das Ohmsche Gesetz: R = (V_Versorgung- V_F) / I_F. Verwenden Sie für ein Worst-Case-Design den maximalen V_F-Wert aus dem Datenblatt (3,75V), um sicherzustellen, dass der Strom niemals den gewünschten Wert überschreitet. Für eine 12V-Versorgung und 10mA Zielstrom: R = (12V - 3,75V) / 0,01A = 825Ω. Verwenden Sie den nächsthöheren Standardwert (z.B. 820Ω oder 1kΩ) und berechnen Sie die resultierende Verlustleistung im Widerstand (P = I²² * R).

10.3 Warum ist thermisches Management so wichtig?

Hohe Sperrschichttemperatur verursacht direkt drei Probleme: 1)Leuchtkraftabfall:Die Lichtausbeute nimmt ab. 2)Farbverschiebung:Die emittierte Farbe kann sich ändern. 3)Beschleunigte Degradation:Die Lebensdauer der LED wird exponentiell reduziert. Eine ordnungsgemäße Wärmeableitung über die Leiterplatte ist nicht verhandelbar, um die spezifizierte Leistung aufrechtzuerhalten.

10.4 Können mehrere LEDs in Reihe oder parallel geschaltet werden?

Reihenschaltungwird generell bevorzugt, da alle LEDs den gleichen Strom führen, was gleichmäßige Helligkeit gewährleistet. Die Versorgungsspannung muss höher sein als die Summe aller V_F values. Parallelschaltungwird ohne individuelle strombegrenzende Widerstände für jede LED nicht empfohlen, da kleine Variationen in V_Fzu erheblichen Stromungleichgewichten führen können, was zu ungleichmäßiger Helligkeit und möglicher Überlastung einer LED führt.

11. Praktische Design-Fallstudie

11.1 Hintergrundbeleuchtung für Automobil-Armaturenbrettschalter

Szenario:Entwurf der Hintergrundbeleuchtung für eine Reihe von 5 identischen Drucktastenschaltern auf einem Armaturenbrett.

• Designziel:Gleichmäßige, kühle blaue Beleuchtung über alle Tasten.
• Umsetzung:
  1. LED-Auswahl:Spezifizieren Sie die Teilenummer 67-11-IB0100L-AM mit einem engen Farb-Bin (z.B. CM2) und einem spezifischen Lichtstärke-Bin (z.B. T1: 280-355 mcd), um Konsistenz sicherzustellen.
  2. Schaltung:Schalten Sie alle 5 LEDs in Reihe mit einem einzigen Konstantstromtreiber, der auf 10mA eingestellt ist. Unter der Annahme eines typischen V_Fvon 3,1V benötigt der Treiber eine Ausgangs-Compliance-Spannung > 15,5V (5 * 3,1V). Eine 12V-Automobilversorgung ist unzureichend, daher wird ein Aufwärtswandler oder ein Treiber benötigt, der von einer geregelten höheren Spannung (z.B. 18V) arbeitet.
  3. Leiterplatten-Layout:Platzieren Sie jede LED direkt hinter ihrem jeweiligen Schalterdiffusor. Entwerfen Sie das Leiterplatten-Footprint genau gemäß dem empfohlenen Pad-Layout. Verbinden Sie das thermische Pad jeder LED mit einer dedizierten Kupferfläche auf der Platine mit mehreren Wärmeleitungen zu einer internen Masseebene zur Wärmeableitung.
  4. Validierung:Messen Sie nach der Montage die Lötstellentemperatur in der Nähe einer LED während des Betriebs in einer Hochtemperaturkammer (z.B. +85°C). Verwenden Sie die Derating-Kurve, um zu überprüfen, ob der 10mA-Strom bei der gemessenen T_S.

noch sicher ist. Dieser Ansatz garantiert zuverlässige, gleichmäßige und langlebige Beleuchtung.

12. Funktionsprinzip

Dies ist eine Halbleiter-Leuchtdiode (LED). Wenn eine Durchlassspannung, die ihre Bandlückenenergie übersteigt, zwischen Anode und Kathode angelegt wird, rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich des Halbleiterchips (typischerweise basierend auf InGaN-Materialien für blaue/weiße/eisblaue Farben). Dieser Rekombinationsprozess setzt Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Zusammensetzung der Halbleiterschichten bestimmt die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts. Das Kunststoff-PLCC-Gehäuse verkapselt den Chip, bietet mechanischen Schutz und enthält eine geformte Linse, die den Lichtaustritt formt, um den 120° Betrachtungswinkel zu erreichen.

13. Technologietrends

Die Entwicklung von LEDs wie dieser wird von mehreren Schlüsseltrends in der Automobil- und Allgemeinbeleuchtungsindustrie vorangetrieben:

• Erhöhte Effizienz (lm/W):Laufende Verbesserungen in der Materialwissenschaft zielen darauf ab, mehr Lichtausbeute (Lumen) pro Einheit elektrischer Eingangsleistung (Watt) zu erzeugen, wodurch Energieverbrauch und thermische Belastung reduziert werden.
• Höhere Zuverlässigkeit & Lebensdauer:Fortschritte bei Verpackungsmaterialien, Die-Attach-Techniken und Phosphortechnologie (für weiße LEDs) treiben die mittlere Betriebsdauer zwischen Ausfällen (MTBF) weiter in die Höhe, oft über 50.000 Stunden.
• Miniaturisierung:Das Streben nach kleineren, dichteren elektronischen Baugruppen führt zur Entwicklung von LEDs in noch kleineren Gehäuseformen (z.B. Chip-Scale-Packages) bei gleichbleibender oder verbesserter Lichtausbeute.
• Intelligente & adaptive Beleuchtung:Die Integration mit Steuerungssystemen für dynamische Lichteffekte, Dimmen und Farbtemperaturanpassung wird immer verbreiteter, obwohl dies oft komplexere LED-Treiber-ICs und nicht das LED-Element selbst betrifft.
• Strengere Qualitätsstandards:Die Einführung von Standards wie AEC-Q102 (ein spezifischerer Standard für diskrete optoelektronische Halbleiter in Automobilanwendungen) repräsentiert einen Trend hin zu noch spezialisierteren und rigoroser getesteten Komponenten für den Automobileinsatz.