PLCC-2 Super Rot LED 0201H Datenblatt - Gehäuse 3,2x2,8x1,9mm - Spannung 2,0V - Leistung 40mW - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt die Spezifikationen einer hochhellen Super Rot Leuchtdiode (LED) in einem PLCC-2 (Plastic Leaded Chip Carrier) Oberflächenmontagegehäuse. Der Hauptentwicklungsfokus liegt auf Zuverlässigkeit und Leistung für anspruchsvolle Automotive-Umgebungen, sowohl im Innen- als auch Außenbereich. Das Bauteil bietet eine typische Lichtstärke von 800 Millicandela (mcd) bei einem Standardtreiberstrom von 20mA und einem weiten Abstrahlwinkel von 120 Grad.

1.1 Kernvorteile & Zielmarkt

Die Kernvorteile der LED ergeben sich aus ihrer Automotive-Tauglichkeit und robusten Bauweise. Sie ist nach dem AEC-Q102-Standard qualifiziert, was die Zuverlässigkeit für Automotive-Elektronikkomponenten sicherstellt. Sie verfügt zudem über eine Schwefelrobustheit der Klasse A1, die vor Korrosion in Umgebungen mit schwefelhaltigen Gasen schützt. Die Einhaltung der RoHS-, REACH- und halogenfreien Richtlinien macht sie für globale Märkte mit strengen Umweltvorschriften geeignet. Der primäre Zielmarkt ist die Automotive-Beleuchtung, insbesondere:

• Automotive-Innenraumbeleuchtung:Armaturenbrett-Hintergrundbeleuchtung, Schalterbeleuchtung, Ambientebeleuchtung und Infotainment-System-Anzeigen.
• Automotive-Außenbeleuchtung:Zentrale Hochmontierte Bremsleuchten (CHMSL), Seitenmarkierungsleuchten und andere Signalleuchten-Anwendungen, die hohe Sichtbarkeit und Zuverlässigkeit erfordern.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Lichttechnische & Optische Eigenschaften

Die wichtigsten optischen Parameter definieren die Lichtausgabe und Farbe der LED. Unter typischen Bedingungen (IF=20mA, Ts=25°C) beträgt der Nennwert der Lichtstärke (Iv) 800 mcd, mit einem Minimum von 560 mcd und einem Maximum von 1400 mcd, abhängig vom Produktions-Bin. Die dominante Wellenlänge (λd), die die wahrgenommene Farbe definiert, liegt im Bereich von 627 nm bis 639 nm und verortet sie damit fest im Super Rot-Spektrum. Der weite Abstrahlwinkel von 120 Grad (Halbwertswinkel) gewährleistet eine gute Sichtbarkeit über einen großen Bereich, was für Signal-Anwendungen entscheidend ist.

2.2 Elektrische Eigenschaften

Die Durchlassspannung (VF) ist ein kritischer Parameter für den Schaltungsentwurf. Bei 20mA beträgt die typische VF 2,00V, mit einem Bereich von 1,75V bis 2,75V. Entwickler müssen diese Schwankung beim Entwurf der strombegrenzenden Schaltung berücksichtigen, um eine gleichmäßige Lichtausgabe sicherzustellen. Der absolute maximale Durchlassstrom (IF) beträgt 50 mA im Dauerbetrieb, mit einer Stoßstromfähigkeit (IFM) von 100 mA für Impulse ≤10μs. Das Bauteil ist nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt.

2.3 Thermische Eigenschaften

Das thermische Management ist für die Lebensdauer und Leistungsstabilität der LED entscheidend. Der Wärmewiderstand vom Übergang zum Lötpunkt (Rth JS) wird mit zwei Werten angegeben: einer 'realen' Messung von 120 K/W (max. 160 K/W) und einer 'elektrischen' Messung von 100 K/W (max. 120 K/W). Dieser Parameter zeigt, wie effektiv Wärme vom Halbleiterübergang zur Leiterplatte abgeführt wird. Ein niedrigerer Wert ist besser. Die maximal zulässige Sperrschichttemperatur (Tj) beträgt 125°C. Der Betriebstemperaturbereich reicht von -40°C bis +110°C und ist damit für die raue Umgebung im Motorraum oder außen am Fahrzeug geeignet.

3. Erklärung des Binning-Systems

Aufgrund von Fertigungstoleranzen werden LEDs nach Leistungsklassen sortiert. Dies ermöglicht es Entwicklern, Bauteile mit konsistenten Eigenschaften auszuwählen.

3.1 Lichtstärke-Binning

LEDs werden nach ihrer Lichtausgabe beim typischen Prüfstrom gruppiert. Die Bins reichen von U2 (560-710 mcd) bis AA (1120-1400 mcd). Das Suffix 'H' in der Artikelnummer zeigt an, dass dieses Bauteil zu einem 'High'-Helligkeits-Bin gehört, was typischerweise den Gruppen V1, V2 oder AA entspricht.

3.2 Dominante Wellenlänge-Binning

Die Farbe (Wellenlänge) wird in 3-Nanometer-Schritten sortiert, von 2730 (627-630 nm) bis 3639 (636-639 nm). Dies gewährleistet Farbkonsistenz innerhalb einer Produktionscharge für Anwendungen, bei denen ein einheitliches Erscheinungsbild kritisch ist.

3.3 Durchlassspannung-Binning

Die Durchlassspannung wird in Schritten von etwa 0,25V sortiert, von Code 1720 (1,75-2,00V) bis 2527 (2,50-2,75V). Die Auswahl von LEDs aus demselben VF-Bin kann das Netzteil-Design vereinfachen und eine gleichmäßige Stromverteilung in parallel geschalteten Arrays sicherstellen.

4. Analyse der Leistungskurven

4.1 IV-Kurve & Relative Intensität

Die Kennlinie Durchlassstrom vs. Durchlassspannung zeigt eine klassische exponentielle Diodenbeziehung. Die Kurve der relativen Lichtstärke vs. Durchlassstrom ist sublinear; eine Erhöhung des Stroms über 20mA hinaus bringt abnehmende Lichtausbeute bei gleichzeitig höherer Wärmeentwicklung.

4.2 Temperaturabhängigkeit

Die Leistungsdiagramme zeigen deutlich die Temperatureffekte. Die Kurve der relativen Lichtstärke vs. Sperrschichttemperatur zeigt, dass die Lichtausgabe mit steigender Temperatur abnimmt, ein typisches Verhalten für LEDs. Die relative Durchlassspannung vs. Sperrschichttemperatur hat einen negativen Koeffizienten, d.h. VF sinkt mit steigender Temperatur, was für die Temperaturerfassung genutzt werden kann. Die dominante Wellenlänge verschiebt sich ebenfalls mit der Temperatur, typischerweise zu längeren Wellenlängen (Rotverschiebung), wie im Diagramm gezeigt.

4.3 Spektrale Verteilung & Derating

Das Diagramm der relativen spektralen Verteilung zeigt einen schmalen Peak im roten Bereich (~630nm). Die Derating-Kurve für den Durchlassstrom ist entscheidend für den Entwurf: Mit steigender Sperrschichttemperatur sinkt der maximal zulässige Dauerstrom. Zum Beispiel muss bei der maximalen Betriebssperrschichttemperatur von 110°C der Durchlassstrom auf etwa 34 mA reduziert werden.

5. Mechanische & Gehäuseinformationen

5.1 Physikalische Abmessungen

Die LED verwendet ein standardmäßiges PLCC-2-Gehäuse. Die mechanische Zeichnung (implizit in Abschnitt 7) würde wichtige Abmessungen zeigen, einschließlich Gesamtlänge, -breite, -höhe, Anschlussabstand und der Größe des Hohlraums, der den LED-Chip enthält. Das Gehäuse ist für die automatisierte Bestückung ausgelegt.

5.2 Polaritätskennzeichnung & Lötflächen-Design

Die Artikelnummer enthält ein 'R' für umgekehrte Polarität. Das empfohlene Lötflächenlayout (Abschnitt 8) wird bereitgestellt, um eine zuverlässige Lötstelle und eine gute thermische Verbindung zur Leiterplatte sicherzustellen. Die korrekte Polarisierungsausrichtung ist entscheidend und wird üblicherweise durch eine Markierung auf dem Gehäuse oder ein asymmetrisches Merkmal angezeigt.

6. Löt- & Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil

Ein empfohlenes Reflow-Lötprofil wird bereitgestellt (Abschnitt 9). Die LED hält einer maximalen Löttemperatur von 260°C für bis zu 30 Sekunden stand, was mit Standard-Lötzinnprozessen (SnAgCu) kompatibel ist. Die Einhaltung dieses Profils verhindert thermische Schäden am Kunststoffgehäuse und den internen Bonddrähten.

6.2 Anwendungshinweise

Allgemeine Vorsichtsmaßnahmen umfassen: Vermeidung eines Betriebs außerhalb der absoluten Maximalwerte, Verwendung geeigneter ESD-Handhabungsverfahren (HBM-Rating 2kV) und Sicherstellung, dass das Bauteil innerhalb seines spezifizierten Temperatur- und Feuchtigkeitsbereichs (MSL 2) gelagert wird.

7. Verpackungs- & Bestellinformationen

7.1 Verpackungsspezifikationen

Verpackungsinformationen (Abschnitt 10) beschreiben, wie die Bauteile geliefert werden, typischerweise auf geprägten Tapes und Rollen für die Hochvolumenbestückung. Die Rollenabmessungen, Tapebreite und Bauteilausrichtung sind spezifiziert, um mit Standard-Automatisierungsequipment kompatibel zu sein.

7.2 Artikelnummernsystem

Die Artikelnummer 67-21R-SR0201H-AM wird wie folgt decodiert:67-21= Produktfamilie;R= Umgekehrte Polarität;SR= Super Rot Farbe;020= 20mA Prüfstrom;1= Leadframe-Typ;H= Hohe Helligkeitsstufe;AM= Automotive-Anwendung.

8. Anwendungsdesign-Vorschläge

8.1 Typische Schaltungsauslegung

Für einen stabilen Betrieb wird ein Konstantstromtreiber gegenüber einem einfachen Vorwiderstand empfohlen, insbesondere in Automotive-Umgebungen, in denen die Versorgungsspannung (z.B. 12V) stark schwanken kann. Der Treiber sollte so ausgelegt sein, dass er den Strom auf den gewünschten Wert (z.B. 20mA) begrenzt, basierend auf der maximalen VF des ausgewählten Bins, um sicherzustellen, dass keine LED übersteuert wird.

8.2 Überlegungen zum thermischen Management

Um Leistung und Lebensdauer zu erhalten, sollte ausreichend Kupferfläche (thermische Lötfläche) auf der Leiterplatte mit der thermischen Lötfläche der LED verbunden sein, um Wärme abzuführen. Verwenden Sie den Wärmewiderstand (Rth JS) und die Verlustleistung (Pd = VF * IF), um den erwarteten Temperaturanstieg zu berechnen. Halten Sie die Sperrschichttemperatur deutlich unter dem Maximum von 125°C, idealerweise unter 85°C für eine lange Lebensdauer.

8.3 Optische Integration

Der 120-Grad-Abstrahlwinkel kann für Anwendungen, die einen fokussierten Strahl oder ein spezifisches Lichtmuster benötigen, Sekundäroptik (Linsen, Lichtleiter) erfordern. Die Super Rot-Farbe ist aufgrund ihrer hohen visuellen Wirkung und regulatorischen Konformität ideal für Brems- und Warnsignale.

9. Technischer Vergleich & Differenzierung

Im Vergleich zu Standard-LEDs für den kommerziellen Bereich sind die wichtigsten Unterscheidungsmerkmale dieses Bauteils seineAEC-Q102-QualifikationundSchwefelrobustheit. Diese werden bei Consumer-Bauteilen typischerweise nicht getestet oder garantiert. Der weite Betriebstemperaturbereich (-40°C bis +110°C) übertrifft ebenfalls den von gängigen LEDs. Das PLCC-2-Gehäuse bietet im Vergleich zu kleineren Chip-Scale-Packages oder größeren Durchsteckmontage-Designs eine gute Balance aus Größe, Lötbarkeit und thermischer Leistung.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F: Was ist der Unterschied zwischen 'realem' und 'elektrischem' Wärmewiderstand?

A: Der 'reale' Wärmewiderstand wird mit einem physikalischen Temperatursensor gemessen. Der 'elektrische' Wärmewiderstand wird durch Messung der Änderung der Durchlassspannung mit der Leistung berechnet, wobei der intrinsische temperaturabhängige Parameter der LED genutzt wird. Die elektrische Methode wird oft für die Spezifikation verwendet.

F: Kann ich diese LED dauerhaft mit 50mA betreiben?

A: Obwohl der absolute Maximalwert 50mA beträgt, erzeugt der Dauerbetrieb bei diesem Strom erhebliche Wärme (Pd ~ 100mW). Sie müssen die Derating-Kurve und thermische Berechnungen verwenden, um sicherzustellen, dass die Sperrschichttemperatur 125°C nicht überschreitet. Für einen zuverlässigen Langzeitbetrieb wird ein Betrieb bei oder unter dem typischen Wert von 20mA empfohlen.

F: Was bedeutet MSL 2?

A: Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe 2. Das Bauteil kann bis zu einem Jahr in einer Werksumgebung (≤30°C/60% r.F.) gelagert werden, bevor es vor dem Reflow-Löten getrocknet werden muss.

11. Design-in Fallstudienbeispiel

Szenario:Entwurf einer CHMSL (Zentrale Hochmontierte Bremsleuchte), die hohe Helligkeit und Zuverlässigkeit erfordert.

Auswahl:Diese Super Rot LED im 'H' (High)-Helligkeits-Bin wird aufgrund ihrer Lichtstärke und Automotive-Zuverlässigkeit gewählt.

Schaltung:Ein LED-Array wird mit einem Konstantstrom-Abwärtswandler-IC entworfen, der auf 20mA pro LED eingestellt ist. Der Treibereingang verarbeitet die Nennspannung des Fahrzeugs von 12V (unterdrückt Lastabwurf-Transienten).

Thermisch:Die Leiterplatte verwendet eine 2-oz-Kupferschicht mit einem Muster aus gefüllten Wärmedurchgangslöchern unter der Lötfläche jeder LED, um die Wärme auf eine größere Plattenfläche zu verteilen und die berechnete Tj unter den heißesten Umgebungsbedingungen unter 90°C zu halten.

Optisch:Über dem Array wird eine rot getönte Polycarbonatlinse mit einem spezifischen Prismenmuster angebracht, um die erforderliche lichttechnische Verteilung für eine Bremsleuchte zu erreichen.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Eine LED ist eine Halbleiter-pn-Übergangsdiode. Wird eine Durchlassspannung angelegt, rekombinieren Elektronen aus dem n-dotierten Bereich und Löcher aus dem p-dotierten Bereich im aktiven Bereich des Übergangs. Diese Rekombination setzt Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts wird durch die Bandlücke der verwendeten Halbleitermaterialien bestimmt (z.B. AlInGaP für Rot/Orange/Bernstein). Das PLCC-Gehäuse verkapselt den winzigen Halbleiterchip, bietet mechanischen Schutz, enthält einen Reflektor zur Lichtführung und eine geformte Epoxidharzlinse, die auch als primäres optisches Element dient.

13. Technologietrends & Kontext

Der Trend in der Automotive-Beleuchtung geht zu höherer Effizienz, stärkerer Integration und intelligenteren Funktionen. Obwohl es sich hier um eine diskrete LED handelt, ist die zugrunde liegende Technologie grundlegend. Es gibt einen kontinuierlichen Drang zu höherer Lichtausbeute (mehr Lichtausbeute pro Watt elektrischer Eingangsleistung), um Energieverbrauch und thermische Belastung zu reduzieren. Für rotes Licht ist die AlInGaP-Technologie ausgereift und effizient. Der Trend zur Miniaturisierung setzt sich fort, aber das PLCC-2-Gehäuse bleibt aufgrund seiner hervorragenden Balance aus Leistung, Kosten und Fertigbarkeit für viele Anwendungen beliebt. Die Integration von LEDs mit Treiber-ICs und Sensoren zu modularen 'Light Engine'-Einheiten ist ein wachsender Trend für fortschrittliche Beleuchtungssysteme.