PLCC-4 Bernstein-LED Datenblatt - Gehäuse 3,2x2,8x1,9mm - Spannung 3,1V - Lichtstärke 3400mcd - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt die Spezifikationen einer leistungsstarken, oberflächenmontierbaren, phosphorkonvertierten Bernstein-LED (PCA) im PLCC-4-Gehäuse. Primär für anspruchsvolle Automotive-Innenraumbeleuchtung entwickelt, vereint dieses Bauteil hohe Lichtausbeute mit robuster Umwelt- und Zuverlässigkeitsqualifikation. Seine Kernpositionierung liegt in der Bereitstellung einer zuverlässigen, bernsteinfarbenen Lichtquelle, bei der konstante Farbe, Langzeitstabilität und Einhaltung von Automotive-Standards entscheidend sind.

Die Kernvorteile dieser LED umfassen ihre hohe typische Lichtstärke von 3400 Millicandela (mcd) bei einem Standardtreiberstrom von 60mA, einen weiten Abstrahlwinkel von 120° für gleichmäßige Ausleuchtung und einen integrierten Schutz gegen elektrostatische Entladung (ESD) bis zu 8kV (Human Body Model). Darüber hinaus ist sie nach dem AEC-Q102-Standard für diskrete optoelektronische Halbleiter in Automotive-Anwendungen qualifiziert, was die Einhaltung strenger Qualitäts- und Zuverlässigkeitsanforderungen für den Einsatz in Fahrzeugen sicherstellt.

Der Zielmarkt ist ausschließlich die Automotive-Innenraumbeleuchtung. Dies umfasst Anwendungen wie Armaturenbrett-Hintergrundbeleuchtung, Schalterbeleuchtung, Ambientebeleuchtung und Kontrollleuchten im Fahrzeuginnenraum. Die RoHS-, REACH- und halogenfreie Konformität des Produkts macht es auch für globale Märkte mit strengen Umweltvorschriften geeignet.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Lichttechnische und Farbkennwerte

Der primäre lichttechnische Parameter ist die Lichtstärke (Iv) mit einem typischen Wert von 3400 mcd bei einem Betriebsstrom von 60mA. Die Spezifikation erlaubt ein Minimum von 2800 mcd und ein Maximum von 5600 mcd, was auf mögliche Binning-Variationen hinweist. Die Messtoleranz für den Lichtstrom beträgt ±8%. Die LED emittiert phosphorkonvertiertes Bernstein- (Gelb-) Licht. Die typischen Farbwertkoordinaten im CIE-1931-Farbraum sind x=0,57 und y=0,42 mit einer spezifizierten Toleranz von ±0,005. Dies definiert einen spezifischen Bernstein-/Gelbton. Der Abstrahlwinkel, definiert als der volle Winkel, bei dem die Intensität auf die Hälfte ihres Spitzenwerts abfällt, beträgt 120 Grad mit einer Toleranz von ±5 Grad.

2.2 Elektrische Parameter

Die Flussspannung (Vf) ist ein zentraler elektrischer Parameter. Beim typischen Betriebsstrom von 60mA beträgt Vf 3,1V, mit einem Bereich von 2,75V (Min.) bis 3,75V (Max.). Dieser Parameter unterliegt dem Binning. Der absolute maximale Durchlassstrom (IF) beträgt 80mA, während das Bauteil Stoßströme (t<=10µs) bis zu 250mA verkraften kann. Die LED ist nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt. Die maximale Verlustleistung (Pd) ist mit 300mW angegeben.

2.3 Thermische und Zuverlässigkeitskennwerte

Das thermische Management ist entscheidend für LED-Leistung und Lebensdauer. Der Wärmewiderstand von der Sperrschicht zum Lötpunkt wird mit zwei Werten angegeben: einer elektrischen Messung (Rth JS el) von max. 100 K/W und einer realen Messung (Rth JS real) von max. 150 K/W. Die maximal zulässige Sperrschichttemperatur (Tj) beträgt 125°C. Der Betriebstemperaturbereich (Topr) reicht von -40°C bis +110°C, was für Automotive-Komponenten Standard ist. Das Bauteil hält einer Reflow-Löttemperatur von 260°C für 30 Sekunden stand. Es verfügt außerdem über eine Schwefelrobustheit der Stufe A1, die vor Korrosion in Umgebungen mit schwefelhaltigen Gasen schützt.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um Konsistenz in der Produktion zu gewährleisten, werden LEDs basierend auf Schlüsselparametern in Bins sortiert. Dieses Datenblatt beschreibt die Bins für Lichtstärke, Farbwert und Flussspannung.

3.1 Lichtstärke-Binning

Die Lichtstärke wird mittels eines alphanumerischen Codesystems (z.B. L1, L2, M1... bis GA) gebinnt. Jeder Bin deckt einen spezifischen Bereich von minimaler und maximaler Lichtstärke in Millicandela (mcd) ab. Für dieses spezifische Produkt sind die möglichen Ausgangs-Bins hervorgehoben, was anzeigt, welche Intensitätsbereiche bestellbar sind. Der typische Wert von 3400 mcd fällt in den "CA"-Bin (2800 bis 3550 mcd).

3.2 Farbwert- (Farb-) Binning

Für die phosphorkonvertierte Bernsteinfarbe ist eine spezifische Bin-Struktur definiert. Die Bin-Codes sind YA und YB. Jeder Code ist mit einem Satz von drei CIE-(x, y)-Koordinatenpaaren verknüpft, die ein Dreieck im Farbdiagramm bilden. LEDs, deren Farbkoordinaten innerhalb dieser Dreiecke liegen, erhalten den entsprechenden Bin-Code. Die typischen Koordinaten (0,57; 0,42) liegen zentral in dieser Struktur, und die Messtoleranz beträgt ±0,005.

3.3 Flussspannungs-Binning

Das Datenblatt enthält einen Abschnitt für Flussspannungs-Bins, der Bin-Codes mit ihren entsprechenden minimalen und maximalen Flussspannungsbereichen auflistet. Dies ermöglicht es Entwicklern, LEDs mit engeren Vf-Toleranzen auszuwählen, falls dies für ihren Schaltungsentwurf erforderlich ist, und hilft, die Stromverteilung in Multi-LED-Arrays zu steuern.

4. Analyse der Kennlinien

Die bereitgestellten Diagramme bieten tiefe Einblicke in das Verhalten der LED unter verschiedenen Betriebsbedingungen.

4.1 Durchlassstrom vs. Flussspannung (IV-Kennlinie)

Dieses Diagramm zeigt die exponentielle Beziehung zwischen Durchlassstrom (IF) und Flussspannung (VF) bei 25°C. Es ist essenziell für den Entwurf der strombegrenzenden Schaltung. Die Kurve ermöglicht es Entwicklern, den Spannungsabfall über der LED bei jedem gegebenen Strom innerhalb ihres Betriebsbereichs abzuschätzen.

4.2 Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Dieses Diagramm zeigt, wie die Lichtleistung mit dem Treiberstrom zunimmt. Es zeigt typischerweise eine sublineare Beziehung, bei der der Wirkungsgrad bei sehr hohen Strömen abnehmen kann. Es hilft bei der Auswahl des optimalen Treiberstroms für die gewünschte Helligkeit unter Berücksichtigung von Effizienz und thermischer Belastung.

4.3 Relative Lichtstärke vs. Sperrschichttemperatur

Dieses kritische Diagramm zeigt die Abnahme der Lichtleistung mit steigender Sperrschichttemperatur der LED. Die Intensität ist auf ihren Wert bei 25°C normiert. Es unterstreicht die Bedeutung des thermischen Managements; mit steigendem Tj fällt die Lichtleistung. Dies ist ein Schlüsselfaktor für den Lichtstromerhalt und die Langzeitzuverlässigkeit.

4.4 Farbverschiebung vs. Sperrschichttemperatur und Strom

Diese Diagramme stellen die Änderung der CIE-x- und -y-Koordinaten (ΔCIE-x, ΔCIE-y) als Funktion der Sperrschichttemperatur (bei konstantem Strom) und des Durchlassstroms (bei konstanter Temperatur) dar. Sie quantifizieren die Farbstabilität der LED. Minimale Verschiebung ist für Anwendungen wünschenswert, die konstante Farbe unter variierenden Betriebsbedingungen erfordern.

4.5 Durchlassstrom-Derating-Kurve

Dies ist eine entscheidende Kennlinie für den zuverlässigen Betrieb. Sie zeigt den maximal zulässigen kontinuierlichen Durchlassstrom als Funktion der Lötpastentemperatur (Ts). Mit steigendem Ts muss der maximal zulässige Strom reduziert werden, um ein Überschreiten der Sperrschichttemperaturgrenze von 125°C zu verhindern. Beispielsweise beträgt bei Ts=110°C der maximale Strom nur 31mA. Es wird auch ein minimaler Betriebsstrom von 8mA spezifiziert.

4.6 Spektrale Verteilung

Das Diagramm der relativen spektralen Verteilung zeigt die Intensität des emittierten Lichts über verschiedene Wellenlängen. Für eine phosphorkonvertierte Bernstein-LED zeigt dies typischerweise einen breiten Peak im gelben/bernsteinfarbenen Bereich des Spektrums, der von der Phosphoremission herrührt, mit möglicherweise einem kleinen Restpeak des blauen oder UV-Pump-LED-Chips.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäusetyp und Abmessungen

Die LED verwendet ein PLCC-4-Gehäuse (Plastic Leaded Chip Carrier, 4 Anschlüsse) zur Oberflächenmontage. Die mechanische Zeichnung liefert genaue Abmessungen für das Gehäuse, die Anschlussabstände und die Gesamthöhe. Diese Information ist kritisch für das PCB-Footprint-Design, um korrekten Sitz und Lötung zu gewährleisten.

5.2 Empfohlene Lötpastenlayout

Ein Diagramm des empfohlenen PCB-Land Patterns (Lötpastenlayout) wird bereitgestellt. Dies umfasst die Abmessungen und Abstände für die vier elektrischen Pads und das zentrale thermische Pad (falls vorhanden). Die Einhaltung dieses Layouts gewährleistet gute Lötstellenbildung, ordnungsgemäße Wärmeleitung zur Leiterplatte und mechanische Stabilität.

5.3 Polaritätskennzeichnung

Das Datenblatt zeigt, wie die Anoden- und Kathodenanschlüsse identifiziert werden. Dies geschieht üblicherweise über eine Markierung auf dem Gehäuse (wie einen Punkt, eine Kerbe oder eine abgeschrägte Ecke) oder durch das Pinout-Diagramm. Korrekte Polarität ist für den Schaltungsbetrieb essenziell.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil

Ein detailliertes Reflow-Löttemperaturprofil ist spezifiziert. Dieses Diagramm stellt Temperatur über Zeit dar und definiert Schlüsselzonen: Vorwärmen, Halten, Reflow (mit einer Spitzentemperatur von max. 260°C für 30 Sekunden) und Abkühlung. Die Einhaltung dieses Profils verhindert thermische Schäden am LED-Gehäuse und am internen Chip.

6.2 Vorsichtsmaßnahmen für die Verwendung

Allgemeine Handhabungs- und Verwendungsvorsichtsmaßnahmen sind aufgelistet. Dazu gehören Warnungen vor mechanischer Belastung der Linse, dem Schutz des Bauteils vor übermäßiger elektrostatischer Entladung (ESD) während der Handhabung (obwohl es über 8kV HBM-Schutz verfügt) und der Sicherstellung, dass die Betriebsbedingungen (Strom, Temperatur) innerhalb der absoluten Maximalwerte bleiben.

6.3 Lagerbedingungen

Der Lagertemperaturbereich (Tstg) ist mit -40°C bis +110°C spezifiziert. Die Feuchtesensitivitätsstufe (MSL) ist mit Stufe 3 bewertet. Das bedeutet, die verpackten Bauteile können bis zu 168 Stunden Fabrikbedingungen (30°C/60% rF) ausgesetzt werden, bevor sie vor der Reflow-Lötung getrocknet werden müssen, um "Popcorning" oder Gehäuserisse durch Feuchtigkeitsverdampfung zu verhindern.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Verpackungsspezifikationen

Details zur Lieferung der LEDs werden bereitgestellt, typischerweise im Tape-and-Reel-Format, kompatibel mit automatischen Bestückungsmaschinen. Die Verpackungsinformationen umfassen Spulendimensionen, Bandbreite, Taschenabstand und Ausrichtung der Bauteile auf dem Band.

7.2 Artikelnummer und Bestellcode

Das Artikelnummernsystem wird erläutert. Die Basis-Artikelnummer ist 67-41-PA0601H-AM. Variationen in dieser Nummer entsprechen wahrscheinlich verschiedenen Bins für Lichtstärke (Iv), Flussspannung (Vf) und Farbwert (Color). Der Bestellinformationsabschnitt klärt, wie die gewünschten Bins bei einer Bestellung spezifiziert werden.

8. Anwendungshinweise und Designüberlegungen

8.1 Typische Anwendungsschaltungen

Für eine Konstantstromansteuerung, die für LEDs empfohlen wird, beinhaltet eine einfache Schaltung einen strombegrenzenden Widerstand in Reihe mit der LED. Der Widerstandswert wird berechnet als R = (Versorgungsspannung - Vf_LED) / I_gewünscht. Bei Vf typ = 3,1V bei 60mA und einer 12V-Automotive-Versorgung ergibt sich R = (12V - 3,1V) / 0,060A ≈ 148 Ohm. Ein Widerstand mit einer Belastbarkeit von mindestens (12V-3,1V)*0,06A = 0,53W sollte verwendet werden. Für Präzision und Stabilität wird oft ein dedizierter LED-Treiber-IC bevorzugt.

8.2 Thermomanagement-Design

Effektive Wärmeableitung ist von größter Bedeutung. Verwenden Sie die thermische Derating-Kurve als primäre Leitlinie. Gestalten Sie die Leiterplatte so, dass die Wärmeableitung vom Lötpad maximiert wird: Verwenden Sie eine großzügige Kupferfläche, die mit dem thermischen Pad über mehrere Wärmedurchkontaktierungen mit inneren oder unteren Lagen verbunden ist. Die maximale Lötpastentemperatur (Ts) sollte so niedrig wie möglich gehalten werden, deutlich unter 110°C, um einen Betrieb bei oder nahe dem vollen 60mA-Strom zu ermöglichen.

8.3 Optische Designüberlegungen

Der 120°-Abstrahlwinkel eignet sich für weite, diffuse Beleuchtung. Für fokussierteres Licht wären Sekundäroptiken (Linsen) erforderlich. Die Bernsteinfarbe wird oft für blendarme Innenraumbeleuchtung und Warnanzeigen gewählt. Entwickler sollten potenzielle Farbverschiebungen über Temperatur und Strom berücksichtigen, wenn mehrere LEDs oder andere Lichtquellen abgeglichen werden.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu Standard-PLCC-4-LEDs ohne Automotive-Qualifikation sind die Hauptunterscheidungsmerkmale dieses Produkts seine AEC-Q102-Qualifikation und Schwefelrobustheit (A1). Der AEC-Q102-Standard umfasst rigorose Belastungstests (Hochtemperatur-Betriebslebensdauer, Temperaturwechsel, Feuchtebeständigkeit etc.), die generische LEDs nicht durchlaufen. Schwefelrobustheit ist in Automotive- und Industrieumgebungen kritisch, wo Ausgasungen bestimmter Materialien versilberte LED-Komponenten korrodieren und zu Ausfällen führen können. Die Kombination aus hoher Lichtstärke (3400mcd) und weitem Abstrahlwinkel (120°) in einem automotive-qualifizierten Gehäuse bietet eine ausgewogene Lösung für Innenraumbeleuchtungsaufgaben.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F: Was ist der Unterschied zwischen "Typisch"- und "Maximal"-Werten?

A: "Typisch" ist der erwartete Wert unter Normalbedingungen. "Maximal" (oder "Min/Max") sind die absoluten Grenzwerte, die nicht überschritten werden dürfen, um dauerhafte Schäden zu verhindern oder sicherzustellen, dass das Bauteil seine Spezifikation erfüllt. Immer konservativ unter Berücksichtigung von Worst-Case-Bedingungen auslegen.

F: Wie interpretiere ich die Derating-Kurve?

A: Finden Sie Ihre geschätzte oder gemessene Lötpastentemperatur (Ts) auf der x-Achse. Ziehen Sie eine Linie nach oben zur Derating-Kurve. Von diesem Schnittpunkt ziehen Sie eine Linie nach links zur y-Achse, um den maximal sicheren kontinuierlichen Durchlassstrom für diese Ts zu finden. Niemals über diesem Strom betreiben.

F: Warum ist Binning wichtig?

A: Binning stellt Farb- und Helligkeitskonsistenz innerhalb einer einzelnen Produktionscharge und über Chargen hinweg sicher. Für Anwendungen mit mehreren LEDs (z.B. eine Lichtleiste) ist die Bestellung aus demselben Lichtstärke- und Farb-Bin entscheidend, um sichtbare Unterschiede zwischen einzelnen LEDs zu vermeiden.

F: Kann ich diese LED mit einer Konstantspannungsquelle ansteuern?

A: Dies wird dringend abgeraten. Der Strom einer LED ist eine exponentielle Funktion der Spannung. Eine kleine Änderung von Vf (durch Temperatur oder Bin-Variation) kann eine große Stromänderung verursachen und möglicherweise die Maximalwerte überschreiten. Immer einen Konstantstromtreiber oder eine Spannungsquelle mit einem Reihen-Strombegrenzungswiderstand verwenden.

11. Praktischer Design- und Anwendungsfall

Fall: Entwurf eines Armaturenbrett-Beleuchtungsclusters.Ein Entwickler muss 10 Kontrollleuchten-Symbole auf einem Armaturenbrett beleuchten. Jedes Symbol erfordert gleichmäßige, bernsteinfarbene Hintergrundbeleuchtung. Er wählt diese LED aufgrund ihrer Automotive-Qualität und Farbe.

1. Elektrisches Design:Der Fahrzeugbus ist nominell 12V. Ziel: 50mA pro LED für Langlebigkeit und geringere Wärme, Vf ist ~3,0V (aus IV-Kennlinie). Reihenwiderstand R = (12V - 3,0V) / 0,050A = 180 Ohm. Leistung am Widerstand = 9V * 0,05A = 0,45W, daher wird ein 0,5W- oder 1W-Widerstand gewählt.

2. Thermisches Design:Die LEDs sind auf einer kleinen Leiterplatte platziert. Es wird eine 2oz-Kupferschicht mit einer großen Fläche unter dem thermischen Pad der LED verwendet, verbunden über 9 Wärmedurchkontaktierungen mit einer Kupferebene auf der Unterseite. Eine thermische Simulation schätzt Ts im Worst-Case-Umgebungstemperaturfall auf 65°C.

3. Optisches Design:Der 120°-Abstrahlwinkel bietet ausreichende Streuung hinter dem Symbol-Diffusor. Ein Lichtleiter kann verwendet werden, um das Licht gleichmäßig über den Symbolbereich zu verteilen.

4. Binning:Der Entwickler spezifiziert enge Farbwert-Bins (z.B. nur YA) und einen spezifischen Lichtstärke-Bin (z.B. CA), um sicherzustellen, dass alle 10 Symbole identische Farbe und Helligkeit aufweisen.

12. Einführung in das technische Prinzip

Dies ist eine phosphorkonvertierte Bernstein-LED (PCA). Das grundlegende Prinzip beinhaltet einen Halbleiterchip (typischerweise emittierend im blauen oder ultravioletten Spektrum), der mit einer Schicht Phosphormaterial beschichtet ist. Wenn der Chip aktiviert wird, emittiert er kurzwelliges Licht. Dieses Licht regt den Phosphor an, der dann Licht mit längeren Wellenlängen re-emittiert. Bei einer Bernstein-LED ist die Phosphorzusammensetzung so ausgelegt, dass sie einen Teil der Primäremission absorbiert und in ein breites Spektrum umwandelt, das im gelben/bernsteinfarbenen Bereich zentriert ist. Die Mischung aus nicht umgewandeltem blauen Licht und der gelben Emission des Phosphors ergibt die wahrgenommene Bernsteinfarbe. Das PLCC-4-Gehäuse beherbergt den Chip-on-Substrate-Aufbau, Bonddrähte und die Phosphorschicht in einem reflektierenden Hohlraum, der von einer geformten Epoxidharzlinse abgeschlossen wird, die den Lichtaustritt formt.

13. Branchentrends und Entwicklungen

Der Trend bei Automotive-Innenraumbeleuchtungs-LEDs geht zu höherer Effizienz (mehr Lumen pro Watt), was hellere Displays bei geringerem Stromverbrauch und thermischer Belastung ermöglicht. Es gibt auch einen Trend zu kleineren Gehäusegrößen bei beibehalten oder verbesserter optischer Leistung, was kompaktere und schlankere Designs erlaubt. Digital adressierbare LEDs (wie solche, die ein Protokoll wie I2C oder ein proprietäres Schema verwenden) werden häufiger und ermöglichen dynamische Farb- und Helligkeitssteuerung für personalisierte Ambientebeleuchtung. Darüber hinaus treibt die Nachfrage nach noch höherer Zuverlässigkeit und längerer Lebensdauer Fortschritte in Material- und Verpackungstechnologien voran. Die Betonung auf Schwefelrobustheit und AEC-Q102+-Level-Qualifikationen ist mittlerweile Standard für ernsthafte Automotive-Zulieferer.