PLCC-2 Weiß-LED Spezifikation - 3,5x2,75x1,1mm - 3,12V - 0,238W - Technisches Datenblatt

1. Produktübersicht

Dieses Dokument enthält die vollständige technische Spezifikation für eine Serie von weißen Leuchtdioden (LEDs) im PLCC-2 (Plastic Leaded Chip Carrier) Oberflächenmontagegehäuse. Diese LEDs werden mittels eines blauen LED-Chips in Kombination mit einer Phosphorbeschichtung zur Erzeugung von weißem Licht gefertigt. Sie sind für allgemeine Beleuchtungs- und Anzeigeanwendungen konzipiert, die zuverlässige Leistung und Kompatibilität mit standardisierten automatisierten Bestückungsprozessen erfordern.

1.1 Kernmerkmale und Vorteile

Die primären Vorteile dieser LED-Serie ergeben sich aus ihrem Gehäusedesign und ihren Leistungsmerkmalen:

• Gehäuse:Das standardisierte PLCC-2-Gehäuse gewährleistet Kompatibilität mit einer Vielzahl von SMT-Bestückungslinien und Lötprozessen.
• Abstrahlwinkel:Bietet einen extrem weiten Abstrahlwinkel von 120 Grad (typisch) für eine gleichmäßige Lichtverteilung.
• Automatisierungsfreundlich:Geliefert auf Gurt und Rolle für die Hochgeschwindigkeits-Pick-and-Place-Bestückung.
• Umweltkonformität:Das Produkt ist RoHS-konform und erfüllt internationale Umweltstandards.
• Feuchtigkeitshandhabung:Eingestuft mit einer Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe (MSL) von Level 3, was spezifische Handhabungsprozeduren erfordert, die im Verpackungsabschnitt erläutert werden.

1.2 Zielanwendungen und Markt

Diese LEDs eignen sich für verschiedene Innenbeleuchtungs- und Anzeigezwecke. Wichtige Anwendungsbereiche sind:

• Optische Statusanzeigen auf elektronischen Geräten und Bedienfeldern.
• Hintergrundbeleuchtung für Innenraum-Informationsanzeigen und Beschilderung.
• Allgemeine Beleuchtung in Röhrenleuchten.
• Allgemeine dekorative oder funktionale Beleuchtung, bei der weißes Licht benötigt wird.

Wichtiger Hinweis:Das Datenblatt stellt ausdrücklich klar, dass dieses Produktnicht für flexible Streifenanwendungen geeignet ist. Konstrukteure müssen die mechanische Steifigkeit des PLCC-2-Gehäuses berücksichtigen.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Analyse der wichtigsten Leistungsparameter der LED, gemessen unter Standardtestbedingungen von Ts=25°C.

2.1 Elektro-optische Eigenschaften

Die folgende Tabelle fasst die kritischen Leistungskennzahlen für verschiedene Varianten mit korrelierter Farbtemperatur (CCT) des Produkts zusammen. Alle Werte werden bei einem Durchlassstrom (IF) von 60mA gemessen.

Tabelle: Elektrische & Optische Eigenschaften (Ts=25°C)

• Durchlassspannung (VF):Liegt im Bereich von 3,0V (Min) bis 3,4V (Max), mit einem typischen Wert von 3,12V. Dieser Parameter ist entscheidend für das Design der Treiberschaltung, um eine ordnungsgemäße Stromregelung sicherzustellen.
• Lichtstrom (Φ):Variiert leicht je nach CCT-Bin. Für die meisten Weiß-Bins (E40, E50, A57, E65) beträgt der Lichtstrom 26,5 lm (typ.) mit einer Bandbreite von 26-28 lm. Das Warmweiß-Bin (E30) hat einen etwas geringeren typischen Ausgang von 25,5 lm (24-28 lm Bandbreite).
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):120 Grad (Typisch). Dies definiert den Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte ihres Spitzenwerts abfällt.
• Farbwiedergabeindex (CRI):Mindestens 80, mit einem typischen Wert von 81,5. Dies weist auf eine gute Farbwiedergabequalität für die Allgemeinbeleuchtung hin.
• Wärmeleitwiderstand (RθJ-S):55 °C/W (Typisch). Dies ist der Widerstand gegen den Wärmefluss vom Halbleiterübergang zum Lötpunkt. Es ist ein Schlüsselparameter für das Wärmemanagement-Design.
• Sperrstrom (IR):Maximal 10 µA bei einer Sperrspannung (VR) von 5V.

2.2 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb bei oder jenseits dieser Grenzen ist nicht garantiert.

• Verlustleistung (PD):238 mW. Die gesamte in Wärme und Licht umgewandelte elektrische Leistung darf diesen Wert nicht überschreiten.
• Durchlassstrom (IF):70 mA (Dauerbetrieb).
• Spitzendurchlassstrom (IFP):140 mA. Dies ist nur unter gepulsten Bedingungen zulässig (1/10 Tastverhältnis, 0,1ms Pulsbreite).
• Sperrspannung (VR):5 V. Eine Überschreitung kann zum Durchbruch führen.
• Elektrostatische Entladung (ESD):2000 V (Human Body Model). Obwohl die Ausbeute bei diesem Pegel über 90% liegt, ist ESD-Schutz während der Handhabung dennoch erforderlich.
• Temperaturbereiche:
  • Betrieb (TOPR): -40°C bis +85°C.
  • Lagerung (TSTG): -40°C bis +100°C.
  • Sperrschicht (TJ): 110°C (Maximum). Die tatsächliche Sperrschichttemperatur während des Betriebs muss berechnet und unter dieser Grenze gehalten werden.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Die LEDs werden basierend auf Schlüsselparametern sortiert (gebinnt), um Konsistenz innerhalb einer Produktionscharge sicherzustellen. Dies ermöglicht es Konstrukteuren, Bauteile auszuwählen, die spezifische Anwendungsanforderungen erfüllen.

3.1 Binning für Durchlassspannung und Lichtstrom

Bei IF=60mA werden die LEDs in Bins für Durchlassspannung (VF) und Lichtstrom (Φ) kategorisiert.

• Durchlassspannungs-Bins (H1, H2, I1, I2):Diese repräsentieren Spannungsbereiche: jeweils 3,0-3,1V, 3,1-3,2V, 3,2-3,3V und 3,3-3,4V.
• Lichtstrom-Bin (QIA):Dieses Bin entspricht einem Lichtstrombereich von 26-28 Lumen.

3.2 Binning der korrelierten Farbtemperatur (CCT)

Das weiße Licht wird durch seine Farbortkoordinaten im CIE-1931-Diagramm definiert. Das Datenblatt bietet spezifische Bins mit ihren jeweiligen Koordinatengrenzen (x1,y1 bis x4,y4), die ein Viereck im Diagramm bilden.

• E30:Warmweiß (2780-3110K)
• E40:Neutralweiß (3770-4330K)
• E50:Kaltweiß (4660-5360K)
• A57:ANSI-Kaltweiß (5350-6050K)
• E65:Tageslichtweiß (6050-6950K)

Die typische Messabweichung für Farbkoordinaten beträgt ±0,005.

4. Analyse der Leistungskurven

Grafische Daten geben Aufschluss über das Verhalten des Bauteils unter variierenden Bedingungen.

4.1 Durchlassspannung vs. Durchlassstrom (IV-Kurve)

Die bereitgestellte Kurve zeigt die Beziehung zwischen Durchlassspannung (VF) und Durchlassstrom (IF). Es handelt sich um eine nichtlineare Kurve, die für eine Diode typisch ist. Die Spannung steigt mit dem Strom, und die Steigung repräsentiert den dynamischen Widerstand der LED. Konstrukteure nutzen diese Kurve, um eine geeignete Treiberspannung/-strom auszuwählen, um die gewünschte Helligkeit zu erreichen und gleichzeitig innerhalb der Leistungsgrenzen zu bleiben.

4.2 Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Diese Kurve veranschaulicht, wie sich die Lichtausbeute (relative Intensität) mit dem angelegten Durchlassstrom ändert. Typischerweise steigt die Ausbeute mit dem Strom, kann aber bei sehr hohen Strömen aufgrund thermischer Effekte und des Droop-Effekts sättigen oder weniger effizient werden. Diese Grafik ist entscheidend, um den optimalen Betriebsstrom für Effizienz und Langlebigkeit zu bestimmen.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen und Zeichnungen

Die LED ist in einem PLCC-2-Gehäuse untergebracht. Wichtige Abmessungen (alle in Millimetern, Toleranz ±0,05mm sofern nicht anders angegeben) umfassen:

• Gesamtlänge: 3,50 mm
• Gesamtbreite: 2,75 mm
• Gesamthöhe: 1,10 mm
• Anschlussabmessungen: Spezifische Pad-Breiten und Abstände sind im Lötmusterdiagramm (Abb. 1-5) detailliert dargestellt.

5.2 Polaritätskennzeichnung und Lötmuster

Eine klare Polaritätskennzeichnung ist für die korrekte Installation entscheidend. Die Kathode (C, negativ) ist auf dem Gehäuse gekennzeichnet. Das Datenblatt enthält ein empfohlenes Lötpad-Landmuster (Abb. 1-5) für das Leiterplattendesign, um eine ordnungsgemäße Lötstellenbildung und mechanische Stabilität während des Reflow-Lötens sicherzustellen.

6. Löt- und Bestückungsrichtlinien

6.1 Anweisungen für SMT-Reflow-Löten

Die LED ist für alle standardmäßigen SMT-Bestückungsprozesse geeignet. Aufgrund ihrer MSL-Level-3-Einstufung sind jedoch spezifische Vorsichtsmaßnahmen erforderlich:

• Feuchtigkeitsempfindlichkeit:Nach dem Öffnen der versiegelten Feuchtigkeitssperrbeutel müssen die Bauteile innerhalb von 168 Stunden (7 Tagen) bestückt werden, wenn sie unter Bedingungen ≤30°C/60% r.F. gelagert werden.
• Trocknen (Baking):Wenn die Expositionszeit überschritten wird, müssen die Bauteile vor der Verwendung getrocknet werden, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und "Popcorn"-Risse während des Reflow-Lötens zu verhindern. Standard-Trocknungsprofile sind anzuwenden (z.B. 125°C für eine bestimmte Zeit).
• Reflow-Profil:Es sollte ein Standard-Reflow-Profil für bleifreies (oder bleihaltiges) Löten verwendet werden, dessen Spitzentemperatur die Maximalwerte für das Bauteil nicht überschreitet (siehe Gehäuse- und Sperrschichttemperaturgrenzen). Die thermische Masse der Leiterplatte und der Bauteile muss berücksichtigt werden.

6.2 Allgemeine Handhabungsvorsichtsmaßnahmen

• Vermeiden Sie mechanische Belastung der LED-Linse und der Anschlüsse.
• Verwenden Sie ESD-sichere Verfahren während der Handhabung und Bestückung.
• Berühren Sie die Linse nicht mit bloßen Händen, um Kontamination zu vermeiden.
• Lagern Sie die LEDs bis zur Verwendung in der original feuchtigkeitsresistenten Verpackung.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Verpackungsspezifikation

Die LEDs werden in industrieüblicher Verpackung für die automatisierte Bestückung geliefert.

• Trägerband:Die Abmessungen des geprägten Trägerbands, das die einzelnen LEDs aufnimmt, sind spezifiziert, einschließlich Taschengröße, Teilung und Bandbreite.
• Rollenabmessung:Spezifikationen für die Rolle, auf die das Trägerband aufgewickelt wird, einschließlich Rolldurchmesser und Nabenmaß.
• Etikettenspezifikation:Das Format für das Rollenetikett, das typischerweise Artikelnummer, Menge, Los-Code und Datumscode enthält.

7.2 Feuchtigkeitsresistente Verpackung und Karton

Die Rollen werden in einem versiegelten Feuchtigkeitssperrbeutel mit Trockenmittel und Feuchtigkeitsindikatorkarte verpackt, um die MSL-Einstufung aufrechtzuerhalten. Diese Beutel werden dann in Kartons für den Versand verpackt.

8. Anwendungsdesign-Überlegungen

8.1 Treiberschaltungs-Design

Angesichts der Durchlassspannungseigenschaften (VF typ. 3,12V, max. 3,4V bei 60mA) wird ein Konstantstromtreiber gegenüber einer Konstantspannungsquelle dringend empfohlen. Dies gewährleistet eine stabile Lichtausgabe und schützt die LED vor thermischem Durchgehen. Der Treiber sollte so ausgelegt sein, dass er den maximalen Strom auf 70mA Dauerbetrieb begrenzt.

8.2 Wärmemanagement

Bei einem Wärmeleitwiderstand von 55 °C/W ist eine effektive Wärmeableitung wichtig, insbesondere bei Betrieb mit höheren Strömen oder in erhöhter Umgebungstemperatur. Das Leiterplattenlayout sollte eine ausreichende Kupferfläche (Thermal Pads) bereitstellen, die mit den Lötpunkten der LED verbunden ist, um Wärme abzuleiten. Die maximale Sperrschichttemperatur (110°C) darf nicht überschritten werden. Die tatsächliche Sperrschichttemperatur kann mit der Formel geschätzt werden: Tj = Ts + (RθJ-S * PD), wobei Ts die Lötpunkttemperatur und PD die Verlustleistung (VF * IF) ist.

8.3 Optisches Design

Der 120-Grad-Abstrahlwinkel macht diese LEDs für Anwendungen geeignet, die eine breite, diffuse Beleuchtung anstelle eines fokussierten Strahls erfordern. Für Anwendungen, die gerichteteres Licht benötigen, wären Sekundäroptiken (Linsen) erforderlich.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Während es viele PLCC-2 Weiß-LEDs auf dem Markt gibt, unterscheidet sich diese Serie durch eine Kombination von Parametern:

• Ausgewogene Leistung:Sie bietet eine gute Balance aus Lichtstrom (26-28 lm), CRI (>80) und weitem Abstrahlwinkel bei einem Standardtreiberstrom von 60mA.
• Umfassendes Binning:Das detaillierte Spannungs-, Lichtstrom- und Multi-CCT-Binning bietet Konstrukteuren die Flexibilität, Bauteile für farb- und helligkeitskritische Anwendungen auszuwählen.
• Klare Anwendungsrichtlinien:Die explizite Warnung vor der Verwendung in flexiblen Streifen ist ein entscheidender Differenzierungsfaktor, der Feldausfälle aufgrund mechanischer Belastung verhindert.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

10.1 Was ist der empfohlene Betriebsstrom?

Das Datenblatt charakterisiert die LED bei IF=60mA, und dies ist ein typischer Betriebspunkt. Der absolute maximale Dauerstrom beträgt 70mA. Für optimale Langlebigkeit und Effizienz ist ein Betrieb bei oder unter 60mA ratsam. Für spezifische Helligkeitsanforderungen sollte die Leistungs-Strom-Kurve konsultiert werden.

10.2 Wie wähle ich das richtige CCT-Bin?

Wählen Sie das CCT-Bin (E30, E40, E50, A57, E65) basierend auf der gewünschten "Farbe" des weißen Lichts für Ihre Anwendung – von wärmer (gelblich) bis kälter (bläulich). Die Farbortkoordinaten-Bins gewährleisten Farbkonsistenz innerhalb einer ausgewählten Gruppe.

10.3 Kann ich diese LED mit einer 3,3V-Stromversorgung betreiben?

Ein direkter Anschluss an eine 3,3V-Quelle ist riskant. Die typische Durchlassspannung beträgt 3,12V, kann aber bis zu 3,4V betragen. Eine 3,3V-Quelle kann möglicherweise nicht alle Einheiten zuverlässig einschalten, insbesondere solche in höheren VF-Bins, was zu inkonsistenter Helligkeit führt. Eine Konstantstrom-Treiberschaltung ist die korrekte Lösung.

10.4 Was sind die Folgen einer Überschreitung der Feuchtigkeitsexpositionszeit?

Wenn das MSL-Level-3-Expositionslimit (168 Stunden) ohne ordnungsgemäßes Trocknen überschritten wird, kann aufgenommene Feuchtigkeit während des Hochtemperatur-Reflow-Lötprozesses schnell verdampfen. Dies kann zu innerer Delamination oder "Popcorn"-Rissen des Kunststoffgehäuses führen, was zu sofortigen oder latenten Ausfällen führt.

11. Praktisches Design- und Anwendungsbeispiel

Fallbeispiel: Design einer Statusanzeigetafel

Ein Ingenieur entwirft ein Bedienfeld, das mehrere helle, gleichmäßige weiße Statusanzeigen benötigt. Das Panel arbeitet in einer Innenumgebung bei Raumtemperatur.

• Bauteilauswahl:Diese PLCC-2-LED wird aufgrund ihres weiten Abstrahlwinkels (gewährleistet Sichtbarkeit aus verschiedenen Blickwinkeln), ihrer SMT-Kompatibilität (erleichtert die Bestückung) und ihrer guten Helligkeit ausgewählt.
• Schaltungsdesign:Es wird eine einfache Konstantstromschaltung mit einem strombegrenzenden Widerstand in Reihe mit einem Spannungsregler entworfen. Der Widerstandswert wird basierend auf der Versorgungsspannung (z.B. 5V), dem Zielstrom (60mA) und der maximal erwarteten VF (3,4V) berechnet: R = (Vsupply - VF_max) / IF = (5 - 3,4) / 0,06 ≈ 26,7Ω. Ein 27Ω-Widerstand wird gewählt.
• Wärmemanagement:Da das Panel mit niedrigem Tastverhältnis und Umgebungstemperatur arbeitet und die Leistung pro LED gering ist (~0,2W), ist die Standard-Kupferfläche auf der Leiterplatte für die Wärmeableitung ausreichend. Die Sperrschichttemperatur wird verifiziert und liegt deutlich innerhalb der Grenzwerte.
• Ergebnis:Das Endprodukt verfügt über zuverlässige, gleichmäßig helle Anzeigen, die sich einfach in großen Stückzahlen fertigen lassen.

12. Funktionsprinzip

Diese weiße LED arbeitet nach dem Prinzip der Phosphor-Konversion. Die Kernkomponente ist ein Halbleiterchip, der bei Stromdurchgang blaues Licht emittiert (Elektrolumineszenz). Dieses blaue Licht wird dann auf eine im Gehäuse abgeschiedene Schicht aus Phosphormaterial gelenkt. Der Phosphor absorbiert einen Teil des blauen Lichts und emittiert es als Licht mit längeren Wellenlängen (gelb, rot) wieder. Die Kombination aus dem verbleibenden blauen Licht und dem konvertierten gelben/roten Licht wird vom menschlichen Auge als weißes Licht wahrgenommen. Die spezifische Mischung der Phosphore bestimmt die korrelierte Farbtemperatur (CCT) und den Farbwiedergabeindex (CRI) des emittierten weißen Lichts.

13. Technologietrends

Der allgemeine Trend in der SMD-LED-Technologie, einschließlich Bauteilen wie diesem PLCC-2-Typ, konzentriert sich weiterhin auf mehrere Schlüsselbereiche:

• Erhöhte Effizienz (lm/W):Fortlaufende Verbesserungen im Chipdesign, der Phosphoreffizienz und der Gehäusearchitektur zielen darauf ab, mehr Lichtausbeute (Lumen) bei gleicher elektrischer Eingangsleistung (Watt) zu liefern.
• Verbesserte Farbqualität und Konsistenz:Fortschritte in der Phosphortechnologie und engere Binning-Prozesse führen zu höheren CRI-Werten und einer präziseren Farbpunktkontrolle, die den Anforderungen hochwertiger Beleuchtungsanwendungen gerecht werden.
• Erhöhte Zuverlässigkeit und Lebensdauer:Forschung zu besseren Verpackungsmaterialien, Die-Attach-Methoden und Wärmemanagement verlängert die Betriebslebensdauer und erhält die Lichtausbeute über die Zeit (Lichtstromerhalt).
• Miniaturisierung und Integration:Während PLCC-2 ein Standard bleibt, gibt es einen Trend zu kleineren Gehäusegrundflächen und Chip-Scale-Packages (CSP) für platzbeschränkte Anwendungen sowie zu integrierten Modulen, die mehrere LEDs und Treiber kombinieren.