PLCC-2 Rote LED 67-21-UR0200L-AM Datenblatt - 120° Abstrahlwinkel - 300mcd @ 20mA - Automotive-Qualität - Technisches Dokument

3. Absolute Grenzwerte

Dies sind Belastungsgrenzen, die unter keinen Umständen, auch nicht kurzzeitig, überschritten werden dürfen. Ein Betrieb außerhalb dieser Grenzwerte kann zu dauerhaften Schäden führen.

• Stoßstrom (I_FM):100 mA für Pulse ≤ 10 µs mit einem sehr niedrigen Tastverhältnis (D=0,005). Dieser Grenzwert ist relevant für das Überstehen kurzer Transienten.
• Sperrspannung (V_R):Das Bauteil istnicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt. Das Anlegen einer Sperrspannung kann die LED sofort zerstören. Ein Schutz (z.B. eine parallel geschaltete Diode) ist notwendig, wenn im Schaltkreis eine Sperrspannung auftreten kann.
• Elektrostatische Entladung (ESD):Bewertet mit 2 kV (Human Body Model, HBM). Dies ist ein moderates Maß an ESD-Schutz; während der Montage sollten dennoch die üblichen ESD-Handhabungsvorsichtsmaßnahmen befolgt werden.
• Reflow-Löttemperatur:Das Gehäuse kann während des Reflow-Lötprozesses eine Spitzentemperatur von 260°C für 30 Sekunden aushalten.

4. Analyse der Kennlinien

Die Diagramme im Datenblatt veranschaulichen, wie sich Schlüsselparameter mit den Betriebsbedingungen ändern, und liefern so wesentliche Daten für das reale Design.

4.1 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kennlinie)

Dieses grundlegende Diagramm zeigt die exponentielle Beziehung zwischen Strom und Spannung. Für diese LED beträgt die Spannung bei 20 mA typischerweise 2,0V. Die Kennlinie ist entscheidend für die Auswahl eines geeigneten strombegrenzenden Widerstands oder den Entwurf eines Konstantstromtreibers. Die Spannung steigt nichtlinear mit dem Strom an.

4.2 Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Dieses Diagramm zeigt, dass die Lichtausgabe mit dem Strom zunimmt, jedoch nicht perfekt linear, insbesondere bei höheren Strömen. Es hilft bei der Bestimmung des benötigten Treiberstroms, um einen gewünschten Helligkeitspegel zu erreichen, wobei die Effizienz zu berücksichtigen ist.

4.3 Temperaturabhängigkeitsdiagramme

Drei wichtige Diagramme zeigen den Einfluss der Sperrschichttemperatur (T_J):

• Relative Lichtstärke vs. T_J:Die Lichtausgabe nimmt mit steigender Temperatur ab. Dies ist eine kritische Überlegung für Anwendungen in heißen Umgebungen wie Fahrzeuginnenräumen.
• Relative Durchlassspannung vs. T_J:Die Durchlassspannung fällt linear mit steigender Temperatur (typischerweise -2 mV/°C für rote LEDs). Diese Eigenschaft kann manchmal für die Temperaturerfassung genutzt werden.
• Relative Wellenlängenverschiebung vs. T_J:Die dominante Wellenlänge verschiebt sich leicht (typischerweise einige Nanometer) mit der Temperatur, was die Farbwahrnehmung in kritischen Anwendungen beeinflussen kann.

4.4 Durchlassstrom-Derating-Kurve

Dies ist eines der wichtigsten Diagramme für die Zuverlässigkeit. Es zeigt den maximal zulässigen Dauer-Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Lötstellentemperatur (T_S). Mit steigender Umgebungs-/Lötstellentemperatur sinkt der maximal sichere Strom. Beispielsweise beträgt bei der maximalen Lötstellentemperatur von 110°C der maximal erlaubte Dauerstrom 30 mA. Entwickler müssen sicherstellen, dass der Betriebsstrom basierend auf der ungünstigsten Temperatur ihrer Anwendung unter dieser Derating-Linie liegt.

4.5 Zulässige Pulsbelastbarkeit

Dieses Diagramm definiert den zulässigen Puls-Spitzenstrom für verschiedene Pulsbreiten (t_p) und Tastverhältnisse (D). Es ermöglicht, die LED mit kurzen, hochstromstarken Pulsen zu betreiben, um eine sehr hohe momentane Helligkeit zu erreichen, solange die Grenzwerte für die mittlere Leistung und die Sperrschichttemperatur nicht überschritten werden.

5. Erläuterung des Binning-Systems

Aufgrund von Fertigungstoleranzen werden LEDs nach Leistungsklassen (Bins) sortiert. Dies ermöglicht es Kunden, Bauteile mit spezifischen Eigenschaften auszuwählen.

5.1 Lichtstärke-Binning

Die LED wird basierend auf ihrer minimalen Lichtstärke bei 20mA in Gruppen sortiert. Das Datenblatt listet Bins von L1 (11,2-14 mcd) bis GA (18000-22400 mcd) auf. Für die 67-21-UR0200L-AM liegt das typische Bin um 300 mcd herum, was wahrscheinlich in die Bins T1 (280-355 mcd) oder T2 (355-450 mcd) fällt. Die "möglichen Ausgangsbins" sind hervorgehoben, was den spezifischen für diese Artikelnummer verfügbaren Intensitätsbereich anzeigt.

5.2 Dominante Wellenlänge-Binning

Die LED wird auch nach ihrer dominanten Wellenlänge sortiert, um eine konsistente Farbe zu gewährleisten. Bins sind in 3nm- oder 4nm-Schritten definiert. Für eine typische Wellenlänge von 623 nm sind die relevanten Bins 2124 (621-624 nm), 2427 (624-627 nm) und 2730 (627-630 nm). Das spezifische Bin für eine bestimmte Bestellung bestimmt den genauen Rotton.

6. Mechanische und Gehäuseinformationen

Das Bauteil verwendet ein standardmäßiges PLCC-2 SMD-Gehäuse. Dieses Gehäuse hat zwei Anschlüsse und enthält oft eine geformte Kunststofflinse. Die genauen Abmessungen, einschließlich Länge, Breite, Höhe und Anschlussabstand, sind in der mechanischen Zeichnung (Abschnitt 7 der PDF) angegeben. Das empfohlene Lötpaddesign (Abschnitt 8) ist entscheidend für eine zuverlässige Lötstelle und eine gute thermische Verbindung zur Leiterplatte. Die Einhaltung dieser Abmessungen hilft, "Tombstoning" zu verhindern und eine gute Wärmeableitung sicherzustellen.

7. Löt- und Montagerichtlinien

7.1 Reflow-Lötprofil

Das Datenblatt spezifiziert ein Reflow-Profil mit einer Spitzentemperatur von 260°C für 30 Sekunden. Dies ist ein Standard-bleifreies (SnAgCu) Reflow-Profil. Die Aufheiz-, Halte-, Reflow- und Abkühlraten sollten gemäß den Standard-IPC/JEDEC-Richtlinien kontrolliert werden, um thermische Schocks zu vermeiden und eine ordnungsgemäße Lötstellenbildung sicherzustellen.

7.2 Anwendungshinweise

Allgemeine Handhabungs- und Designvorsichtsmaßnahmen umfassen:

• ESD-Schutz:Verwenden Sie während der Handhabung und Montage Standard-Antistatik-Maßnahmen.
• Stromregelung:Betreiben Sie die LED immer mit einer strombegrenzenden Einrichtung (Widerstand oder Treiber). Schließen Sie sie nicht direkt an eine Spannungsquelle an.
• Sperrspannungsschutz:Implementieren Sie einen Schaltungsschutz, wenn eine Sperrspannung möglich ist.
• Thermisches Management:Gestalten Sie die Leiterplatte mit ausreichender Kupferfläche oder Wärmeleitungen zur Wärmeableitung, insbesondere bei Betrieb mit hohen Strömen oder in hohen Umgebungstemperaturen.
• Reinigung:Verwenden Sie geeignete Reinigungsmittel, die mit dem Kunststoffgehäuse kompatibel sind.

8. Anwendungsdesign-Überlegungen

8.1 Treiberschaltungs-Design

Die einfachste Ansteuerungsmethode ist ein Vorwiderstand. Der Widerstandswert (R) wird berechnet als R = (V_Versorgung- V_F) / I_F. Verwenden Sie den maximalen V_F-Wert aus dem Datenblatt (2,75V), um sicherzustellen, dass der Strom auch bei einem Bauteil mit hohem V_F-Wert den gewünschten Pegel nicht überschreitet. Beispiel: Bei einer 5V-Versorgung und einem Zielstrom von 20 mA: R = (5V - 2,75V) / 0,020A = 112,5Ω (verwenden Sie 110Ω oder 120Ω als Normwert). Die Nennleistung des Widerstands sollte mindestens P = I²² * R betragen. Für stabilere Helligkeit und Effizienz, insbesondere über Temperatur, wird ein Konstantstromtreiber empfohlen.

8.2 Thermisches Design in Automotive-Umgebungen

Fahrzeuginnenräume können extreme Temperaturen erreichen. Die Derating-Kurve muss sorgfältig angewendet werden. Wenn die LED nahe einer Wärmequelle platziert wird (z.B. hinter einem sonnenbeschienenen Armaturenbrett), kann die lokale Leiterplattentemperatur deutlich höher sein als die Kabinenlufttemperatur. Eine thermische Simulation oder Messung wird empfohlen. Die Verwendung einer Leiterplatte mit einer internen Massefläche, die mit dem thermischen Pad der LED (falls vorhanden) verbunden ist, verbessert die Wärmeableitung erheblich.

8.3 Optische Integration

Der 120-Grad-Abstrahlwinkel eignet sich für die Flächenbeleuchtung. Für fokussierte Anzeigen kann eine Sekundäroptik (Linse oder Lichtleiter) erforderlich sein. Das Kunststoffgehäusematerial kann spezifische Brechungsindexeigenschaften aufweisen, die beim Design angrenzender Lichtleiter oder Diffusoren berücksichtigt werden sollten.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu generischen PLCC-2 roten LEDs sind die Hauptunterscheidungsmerkmale dieses Bauteils seineAEC-Q101-Qualifizierungund diedetaillierten Binning-Informationen. Die AEC-Q101-Qualifizierung umfasst eine Reihe von Belastungstests (Hochtemperatur-Lebensdauertest, Temperaturwechsel, Feuchtigkeitsbeständigkeit etc.), die generische Komponenten nicht durchlaufen. Dies bietet ein viel höheres Maß an Vertrauen in die Langzeitzuverlässigkeit für Automotive-Anwendungen. Das umfangreiche Binning ermöglicht eine engere Kontrolle über Helligkeit und Farbkonsistenz in Produktionsläufen, was für Armaturenbretter, bei denen alle Warnleuchten übereinstimmen müssen, entscheidend ist.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

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

A: Sie können sie nur dann dauerhaft mit 30 mA betreiben, wenn die Lötstellentemperatur (T_S) bei oder unter 30°C liegt, gemäß der Derating-Kurve. Bei einer realistischeren Automotive-Innenraumtemperatur von 85°C wird der maximale Dauerstrom auf etwa 22-24 mA reduziert. Konsultieren Sie immer das Derating-Diagramm für Ihre spezifische Anwendungstemperatur.

F: Was ist der Unterschied zwischen 'typischer' und 'gebinnter' Lichtstärke?

A: "Typisch" (300 mcd) ist ein statistischer Durchschnittswert aus dem Datenblatt. Wenn Sie bestellen, erhalten Sie Bauteile aus einem spezifischenBin(z.B. T1: 280-355 mcd). Alle LEDs in Ihrer Bestellung haben eine Mindestintensität innerhalb dieses Bin-Bereichs, was Konsistenz gewährleistet. Der typische Wert liegt innerhalb des Bin-Bereichs.

F: Warum wird der thermische Widerstand als zwei verschiedene Werte angegeben?

A: Der "reale" Wert (160 K/W) wird direkt gemessen. Der "elektrische" Wert (125 K/W) wird aus der Temperaturabhängigkeit der Durchlassspannung berechnet. Für ein konservatives thermisches Design verwenden Sie immer den höheren "realen" Wert.

F: Ist ein Kühlkörper erforderlich?

A: Für den Dauerbetrieb bei 20 mA in einer moderaten Umgebung (≈ 25°C Umgebungstemperatur) beträgt die Verlustleistung etwa 40 mW (20mA * 2,0V), was unter dem Maximum von 82 mW liegt. Ein einfaches Leiterplattenpad ist normalerweise ausreichend. In einer Hochtemperatur-Automotive-Umgebung (z.B. 85°C) oder bei höheren Strömen wird es jedoch notwendig, den Wärmeweg durch Verwendung eines größeren Kupferpads auf der Leiterplatte oder von Wärmeleitungen zu verbessern, um die Sperrschichttemperatur unter 125°C zu halten.

11. Praktische Design-Fallstudie

Szenario:Entwurf einer roten "Tür offen"-Anzeige für das Armaturenbrett eines Autos. Die LED wird vom 12V-Bordnetz des Fahrzeugs (nominell, Bereich 9V bis 16V) gespeist. Die maximal erwartete Leiterplattentemperatur am Einbauort im Kombiinstrument beträgt 85°C.

Designschritte:

1. Stromauswahl:Überprüfen Sie die Derating-Kurve bei T_S= 85°C. Der maximale Dauerstrom beträgt ~22 mA. Um Spielraum zu lassen und eine lange Lebensdauer zu gewährleisten, wählen Sie einen Treiberstrom von 15 mA.
2. Treiberschaltung:Verwenden Sie der Einfachheit halber einen Vorwiderstand. Verwenden Sie für die ungünstigste Stromberechnung den maximalen V_F-Wert (2,75V) und die minimale Versorgungsspannung (9V während des Anlassvorgangs). R = (9V - 2,75V) / 0,015A = 416,7Ω. Verwenden Sie einen Standard-430Ω-Widerstand. Überprüfen Sie den Strom bei maximaler Versorgungsspannung (16V): I = (16V - 1,75V_{min VF}) / 430Ω = 33,1 mA. Dies überschreitet den absoluten Maximalwert! Daher ist ein einfacher Widerstand bei diesem weiten Spannungsbereich unsicher.
3. Überarbeitetes Design:Ein linearer Konstantstromregler oder ein kleiner Schalt-LED-Treiber ist erforderlich, um einen stabilen Strom von 15 mA über den Eingangsspannungsbereich von 9V-16V aufrechtzuerhalten. Dies gewährleistet eine gleichmäßige Helligkeit und schützt die LED.
4. Thermisches Design:Die Verlustleistung in der LED bei 15 mA beträgt ~30 mW. Selbst bei 85°C liegt dies deutlich innerhalb der Grenzwerte. Der Fokus des thermischen Designs verlagert sich auf den Stromregler.
5. Bin-Auswahl:Spezifizieren Sie ein Lichtstärke-Bin (z.B. T1), um sicherzustellen, dass alle "Tür offen"-Anzeigen in verschiedenen Fahrzeugen eine ähnliche Helligkeit aufweisen.

12. Funktionsprinzip

Dies ist eine Halbleiter-Leuchtdiode (LED). Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die ihren charakteristischen Schwellenwert (für Rot etwa 1,8V) überschreitet, rekombinieren Elektronen und Löcher innerhalb des aktiven Bereichs des Halbleiters (typischerweise aus Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid, AlInGaP, für Rot). 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 umschließt den Halbleiterchip, bietet mechanischen Schutz und enthält eine geformte Linse, die den Lichtaustritt formt, um den 120-Grad-Abstrahlwinkel zu erreichen.

13. Technologietrends

Der Trend bei Automotive-LEDs geht hin zu höherer Effizienz (mehr Lumen pro Watt), was den Stromverbrauch und die thermische Belastung reduziert. Dies ermöglicht hellere Anzeigen oder einen geringeren Energieverbrauch. Es gibt auch eine Entwicklung zur Miniaturisierung von Gehäusen bei gleichbleibender oder steigender Lichtausbeute. Darüber hinaus steigt die Nachfrage nach engerer Farb- und Helligkeitskonsistenz (engeres Binning), da Automotive-Displays anspruchsvoller und hochwertiger werden. Die Integration von Treiberelektronik und mehreren LED-Chips in einzelne, intelligente Module ist ein weiterer anhaltender Trend, der das Design für Automobilhersteller vereinfacht.