PLCC-2 Gelbe LED Datenblatt - Gehäuse 3,2x2,8x1,9mm - Spannung 2,0V - Leistung 0,04W - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument erläutert die Spezifikationen einer hochhellen, gelben Oberflächenmontage-LED im PLCC-2-Gehäuse (Plastic Leaded Chip Carrier). Die Bauteile sind für Zuverlässigkeit und Leistung in anspruchsvollen Umgebungen ausgelegt und verfügen über eine kompakte Bauform, die sich für automatisierte Bestückungsprozesse eignet. Der primäre Anwendungsfokus liegt auf der Kfz-Innenraumbeleuchtung, einschließlich Instrumententafeln, wo eine konstante Farbwiedergabe und Langzeitstabilität entscheidend sind.

1.1 Kernmerkmale und Zielmarkt

Die definierenden Eigenschaften der LED positionieren sie für spezifische industrielle und Konsumanwendungen. Der Gehäusetyp gewährleistet Kompatibilität mit Standard-SMT-Produktionslinien (Surface Mount Technology). Die gelbe Farbe, definiert durch eine dominante Wellenlänge, wird durch spezifische Halbleitermaterialien erzielt. Eine typische Lichtstärke von 1120 Millicandela (mcd) bei einem Standard-Strom von 20mA bietet ausreichende Helligkeit für Anzeige- und Hintergrundbeleuchtungszwecke. Der breite Betrachtungswinkel von 120 Grad sorgt für gute Sichtbarkeit aus verschiedenen Perspektiven. Die Konformität mit dem Automobilstandard AEC-Q101 ist ein wesentliches Unterscheidungsmerkmal und zeigt eine strenge Prüfung hinsichtlich Temperaturwechsel, Feuchtigkeitsbeständigkeit und Langzeitstabilität, was sie für die raue Umgebung in Fahrzeugen geeignet macht. Die Einhaltung der RoHS- und REACH-Verordnungen gewährleistet die Umweltkonformität für globale Märkte.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Ein gründliches Verständnis der elektrischen, optischen und thermischen Parameter ist für einen korrekten Schaltungsentwurf und zuverlässigen Betrieb unerlässlich.

2.1 Elektrische und optische Kenngrößen

Die Durchlassspannung (VF) hat einen typischen Wert von 2,0V und einen Maximalwert von 2,75V beim Standard-Prüfstrom von 20mA. Dieser Parameter ist entscheidend für die Bestimmung des Vorwiderstandswerts in einer Reihenschaltung. Der absolute Maximalstrom für Gleichstrombetrieb beträgt 50mA, mit einer Stoßstrombelastbarkeit von 100mA für sehr kurze Impulse (≤10μs). Das Bauteil ist nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt. Die Lichtstärke (IV) wird mit einem Minimum von 710 mcd, typisch 1120 mcd und maximal 1400 mcd bei 20mA spezifiziert, was die erwartete Leistungsstreuung zeigt. Die dominante Wellenlänge (λd) definiert die gelbe Farbe und liegt im Bereich von 585nm bis 594nm, typischerweise bei etwa 590nm.

2.2 Thermische Kenngrößen und absolute Maximalwerte

Das thermische Management ist entscheidend für die Lebensdauer der LED. Der thermische Widerstand von der Sperrschicht zum Lötpunkt wird mit 160 K/W (real) und 125 K/W (elektrisch) angegeben, was angibt, wie effektiv Wärme vom Halbleiterchip abgeführt wird. Die maximal zulässige Sperrschichttemperatur (Tj) beträgt 125°C. Der Betriebstemperaturbereich reicht von -40°C bis +110°C und ist damit für Kfz-Umgebungen unter dem Armaturenbrett geeignet. Das Bauteil hält einer Reflow-Löttemperaturspitze von 260°C für 30 Sekunden stand, was gängigen bleifreien Lötprofilen entspricht. Es verfügt außerdem über eine ESD-Empfindlichkeitsklassifizierung (Elektrostatische Entladung) von 2kV (Human Body Model), was Standard-ESD-Handhabungsvorkehrungen während der Montage erfordert.

3. Analyse der Leistungskennlinien

Die bereitgestellten Diagramme geben Aufschluss über das Verhalten der LED unter verschiedenen Bedingungen, was für einen robusten Entwurf entscheidend ist.

3.1 Abhängigkeiten von Strom, Spannung und Temperatur

Das Diagramm "Durchlassstrom vs. Durchlassspannung" zeigt die exponentielle I-V-Beziehung, die für eine Diode typisch ist. Die Kurve "Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom" zeigt, dass die Lichtleistung mit dem Strom zunimmt, bei höheren Strömen aufgrund von Erwärmungseffekten jedoch sublinear werden kann. Das Diagramm "Dominante Wellenlänge vs. Durchlassstrom" zeigt eine minimale Verschiebung mit dem Strom, was auf eine gute Farbstabilität hindeutet. Das Diagramm "Relative Durchlassspannung vs. Sperrschichttemperatur" hat einen negativen Koeffizienten, d.h. VF nimmt mit steigender Temperatur ab, was für eine indirekte Temperaturmessung genutzt werden kann. Das Diagramm "Relative Lichtstärke vs. Sperrschichttemperatur" zeigt den erwarteten Rückgang der Lichtleistung bei steigender Temperatur, eine wichtige Überlegung für das thermische Design. "Relative Wellenlängenverschiebung vs. Sperrschichttemperatur" zeigt, wie sich die gelbe Farbe mit der Temperatur leicht verschieben kann.

3.2 Derating und Impulsbetrieb

Die Derating-Kurve für den Durchlassstrom ist entscheidend, um den maximal sicheren Betriebsstrom bei erhöhten Umgebungs- oder Lötpastentemperaturen zu bestimmen. Beispielsweise sinkt bei einer Lötpastentemperatur (Ts) von 110°C der maximal zulässige Durchlassstrom auf 35mA. Das Diagramm "Zulässige Impulsbelastbarkeit" definiert den für eine gegebene Impulsbreite (tp) und Tastverhältnis (D) erlaubten Spitzenstrom (IF). Dies ist nützlich für Multiplexing- oder PWM-Dimm-Anwendungen (Pulsweitenmodulation), ohne die Sperrschicht zu überhitzen.

4. Erklärung des Binning-Systems

Um die Konsistenz in der Massenproduktion sicherzustellen, werden LEDs nach Leistungsklassen sortiert.

4.1 Binning der Lichtstärke

Die Lichtstärke wird in alphanumerische Klassen eingeteilt (z.B. L1, L2, M1... bis GA). Jede Klasse deckt einen spezifischen Bereich von minimaler und maximaler Lichtstärke in Millicandela (mcd) ab. Für diese spezifische Artikelnummer fällt die typische Ausgangsleistung von 1120 mcd in die Klasse "AA" (1120-1400 mcd). Entwickler können einen Bincode angeben, um einen Mindesthelligkeitsgrad für ihre Anwendung zu garantieren.

4.2 Binning der dominanten Wellenlänge

Die dominante Wellenlänge, die den genauen Gelbton definiert, wird ebenfalls mit numerischen Codes (z.B. 9194, 9497) klassifiziert. Die Klasse "9194" deckt einen Bereich von 591nm bis 594nm ab. Der typische Wert von 590nm für dieses Bauteil deutet darauf hin, dass es wahrscheinlich in die Klasse "8891" (588-591nm) oder "9194" fällt. Die Angabe einer engen Wellenlängenklasse gewährleistet Farbgleichheit über mehrere LEDs in einer Anzeige oder einem Beleuchtungsarray.

5. Mechanik, Montage und Verpackung

5.1 Abmessungen und Polarität

Das PLCC-2-Gehäuse hat einen Standard-Footprint. Die mechanische Zeichnung (implizit durch Abschnittsverweis) würde Länge, Breite und Höhe (typischerweise etwa 3,2mm x 2,8mm x 1,9mm) sowie den Anschlussabstand zeigen. Das Gehäuse enthält einen Polarisationsindikator, üblicherweise eine Kerbe oder eine abgeschrägte Ecke, um die Kathode zu identifizieren. Das empfohlene Lötpastenlayout wird bereitgestellt, um eine zuverlässige Lötstelle und eine ordnungsgemäße Wärmeableitung während des Reflow-Lötens sicherzustellen.

5.2 Löt- und Handhabungsrichtlinien

Das Reflow-Lötprofil spezifiziert die kritischen Parameter: Vorwärmen, Einweichen, Reflow-Spitze (max. 260°C) und Abkühlraten, um einen thermischen Schock für das Bauteil zu verhindern. Vorsichtsmaßnahmen bei der Verwendung umfassen Standard-ESD-Schutz, die Vermeidung mechanischer Belastung der Linse und das Nichtüberschreiten der absoluten Maximalwerte. Richtige Lagerbedingungen (innerhalb des spezifizierten Temperaturbereichs von -40°C bis +110°C und niedriger Luftfeuchtigkeit) werden empfohlen, um die Lötbarkeit und Leistung zu erhalten.

5.3 Verpackung und Bestellinformationen

Die LEDs werden in einer für automatisierte Bestückungsautomaten geeigneten Band- und Rollenverpackung geliefert. Der Abschnitt "Verpackungsinformationen" erläutert Rollenabmessungen, Bandbreite, Taschenabstand und Ausrichtung. Die Artikelnummernstruktur (z.B. 67-21-UY0200H-AM) kodiert Schlüsselattribute wie Farbe (Y für Gelb), Gehäuse und wahrscheinlich Leistungsklassen. Die Bestellinformationen klären, wie Menge, Verpackungstyp und spezielle Binning-Anforderungen anzugeben sind.

6. Anwendungshinweise und Entwurfsüberlegungen

6.1 Typische Anwendungsschaltungen

In einer typischen Gleichstromtreiberschaltung ist ein Vorwiderstand zwingend erforderlich. Der Widerstandswert (R) wird mit dem Ohmschen Gesetz berechnet: R = (Vversorgung - VF) / IF. Für eine 5V-Versorgung, IF=20mA und VF=2,0V ergibt sich R = (5V - 2,0V) / 0,02A = 150 Ohm. Die Widerstandsbelastbarkeit sollte mindestens PR = (Vversorgung - VF) * IF = 0,06W betragen; ein 1/8W- oder 1/4W-Widerstand ist geeignet. Für Anwendungen, die Helligkeitssteuerung oder Multiplexing erfordern, ist PWM (Pulsweitenmodulation) die bevorzugte Methode gegenüber analoger Stromdimming, da sie die Farbkonstanz beibehält.

6.2 Thermomanagement im Entwurf

Trotz des niedrigen Leistungsverbrauchs (~40mW bei 20mA) ist eine effektive Wärmeableitung wichtig, um Leistung und Lebensdauer aufrechtzuerhalten, insbesondere bei hohen Umgebungstemperaturen oder in geschlossenen Räumen. Der Wärmepfad verläuft von der Sperrschicht durch das Gehäuse zu den Lötpunkten und in die Leiterplatte (PCB). Die Verwendung einer Leiterplatte mit Wärmeleitvias unter dem thermischen Pad der LED, die mit einer Massefläche verbunden sind, verbessert die Wärmeableitung erheblich, senkt die Sperrschichttemperatur und hilft, eine höhere Lichtleistung aufrechtzuerhalten.

6.3 Entwurf für automotiven Zuverlässigkeit

Für Kfz-Instrumententafeln oder Innenraumbeleuchtung sind folgende Punkte zu beachten: Verwenden Sie reduzierte Betriebsströme (z.B. 15-18mA statt 20mA), um die Lebensdauer zu erhöhen und thermische Belastung zu reduzieren. Stellen Sie sicher, dass das Leiterplattenlayout parasitäre Induktivität und Kapazität in den Treiberleitungen minimiert. Implementieren Sie Schutzschaltungen gegen Lastabwurf und andere elektrische Transienten im Fahrzeug, wenn die LED direkt vom Fahrzeugstromnetz gespeist wird. Vergewissern Sie sich, dass die gewählten Bincodes für Intensität und Wellenlänge den ästhetischen und funktionalen Anforderungen des Endprodukts unter allen spezifizierten Betriebstemperaturen entsprechen.

7. Technischer Vergleich und Trends

7.1 Funktionsprinzip

Eine Leuchtdiode (LED) ist ein Halbleiter-p-n-Übergangsbauelement. Wird eine Durchlassspannung angelegt, rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich und setzen Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die Lichtfarbe wird durch die Bandlückenenergie der im aktiven Bereich verwendeten Halbleitermaterialien bestimmt. Gelbe LEDs basieren häufig auf Materialien wie Aluminium-Gallium-Indium-Phosphid (AlGaInP). Das PLCC-Gehäuse enthält einen reflektierenden Hohlraum und eine geformte Epoxidharzlinse, die den Lichtaustritt formt und Umweltschutz bietet.

7.2 Branchenkontext und Entwicklung

Das PLCC-2-Gehäuse repräsentiert eine ausgereifte und weit verbreitete Bauform in der LED-Industrie, die eine gute Balance aus Größe, Kosten und optischer Leistung bietet. Wichtige Trends in der LED-Technologie für solche Komponenten sind die kontinuierliche Verbesserung der Lichtausbeute (mehr Lichtleistung pro Watt elektrischer Eingangsleistung), eine verbesserte Farbstabilität über Temperatur und Lebensdauer sowie die Entwicklung immer kleinerer Gehäuse bei gleichbleibender oder verbesserter optischer Leistung. Das Streben nach höherer Zuverlässigkeit und Qualifizierung nach strengen Standards wie AEC-Q101 bleibt ein Hauptaugenmerk, insbesondere für Automobil- und Industriemärkte.