PLCC-4 Gelbe LED Datenblatt - Gehäuse 3,5x2,8x1,9mm - Durchlassspannung 2,2V - Lichtstärke 2300mcd - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument erläutert die Spezifikationen einer leistungsstarken, gelben SMD-LED im PLCC-4-Gehäuse (Plastic Leaded Chip Carrier). Die Bauteile sind primär für anspruchsvolle Kfz-Beleuchtungsanwendungen, sowohl im Innen- als auch Außenbereich, ausgelegt. Ihre Kernvorteile umfassen eine hohe typische Lichtstärke von 2300 Millicandela (mcd) bei einem Standard-Strom von 50mA, einen weiten Abstrahlwinkel von 120° für eine ausgezeichnete Lichtstreuung und einen robusten Aufbau, der den Zuverlässigkeitsstandards der Automobilindustrie entspricht.

Die LED ist nach dem AEC-Q102-Standard qualifiziert, was ihre Eignung für die rauen Umgebungsbedingungen typischer Kfz-Elektronik sicherstellt. Sie weist zudem eine Schwefelrobustheit (Klasse A1) auf, was sie gegenüber Korrosion in schwefelhaltiger Atmosphäre resistent macht. Das Produkt entspricht wichtigen Umweltvorschriften, einschließlich RoHS, EU REACH, und wird halogenfrei hergestellt.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Optoelektronische Eigenschaften

Die wichtigsten Leistungskennwerte sind unter einer Standardtestbedingung mit einem Durchlassstrom (I_F) von 50mA definiert. Die typische Lichtstärke (I_V) beträgt 2300 mcd, mit einem spezifizierten Minimum von 1800 mcd und einem Maximum von 4500 mcd. Die dominante Wellenlänge (λ_d) liegt bei 591 nm (gelb), mit einem Bereich von 585 nm bis 594 nm, was ihren präzisen Farbort definiert. Die Durchlassspannung (V_F) beträgt typischerweise 2,20V bei 50mA, mit Grenzwerten zwischen 2,00V und 2,75V. Der weite Abstrahlwinkel (φ) von 120 Grad (±5° Toleranz) ist ein kritischer Parameter für Anwendungen, die eine breite Ausleuchtung anstelle eines fokussierten Strahls erfordern.

2.2 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden führen kann. Der absolute maximale Dauer-Durchlassstrom beträgt 70 mA. Das Bauteil kann einen Stoßstrom (I_FM) von 100 mA für Impulse ≤10 μs bei einem sehr niedrigen Tastverhältnis (D=0,005) verkraften. Die maximale Verlustleistung (P_d) beträgt 192,5 mW. Die Sperrschichttemperatur (T_J) darf 125°C nicht überschreiten. Der Betriebstemperaturbereich (T_opr) reicht von -40°C bis +110°C, was seine automobiltaugliche Temperaturbeständigkeit bestätigt. Das Bauteil ist nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt.

2.3 Thermische Eigenschaften

Das Wärmemanagement ist entscheidend für die LED-Leistung und Lebensdauer. Das Datenblatt spezifiziert zwei Wärmewiderstandswerte von der Sperrschicht zum Lötpunkt: einen realen Wärmewiderstand (R_{th JS real}) von 70 K/W (typisch) und einen elektrischen Wärmewiderstand (R_{th JS el}) von 50 K/W (typisch). Der niedrigere elektrische Wert wird aus dem Temperaturkoeffizienten der Durchlassspannung abgeleitet und dient zur In-situ-Schätzung der Sperrschichttemperatur. Ein geeignetes Leiterplatten-Design ist notwendig, um die Sperrschichttemperatur innerhalb sicherer Grenzen zu halten, insbesondere bei höheren Betriebsströmen oder erhöhten Umgebungstemperaturen.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um die Konsistenz in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs nach Leistungsklassen sortiert. Dies ermöglicht es Entwicklern, Bauteile auszuwählen, die spezifische Mindestkriterien für ihre Anwendung erfüllen.

3.1 Binning der Lichtstärke

LEDs werden anhand ihrer minimalen Lichtstärke beim typischen Strom in Klassen eingeteilt. Beispielsweise garantiert die Klasse 'BA' eine Mindestlichtstärke von 1800 mcd, 'BB' garantiert 2240 mcd und 'CA' garantiert 2800 mcd. Entsprechende Lichtstromwerte (in Lumen) werden als Referenz angegeben.

3.2 Binning der dominanten Wellenlänge

Die Farbkonsistenz wird durch Wellenlängenklassen gesteuert. Die Klasse '8588' umfasst LEDs mit einer dominanten Wellenlänge zwischen 585 nm und 588 nm, '8891' umfasst 588-591 nm und '9194' umfasst 591-594 nm. Dies gewährleistet eine eng kontrollierte gelbe Lichtfarbe über alle Produktionschargen hinweg.

3.3 Binning der Durchlassspannung

Die Durchlassspannung wird klassifiziert, um die Schaltungsentwicklung zu unterstützen, insbesondere für die Berechnung des Vorwiderstands und das Netzteil-Design. Die Klassen umfassen '1720' (1,75-2,00V), '2022' (2,00-2,25V), '2225' (2,25-2,50V) und '2527' (2,50-2,75V).

4. Analyse der Kennlinien

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

4.1 IV-Kennlinie und relative Intensität

Das Diagramm "Durchlassstrom vs. Durchlassspannung" zeigt die für eine Diode typische exponentielle Beziehung. Das Diagramm "Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom" zeigt, dass die Lichtleistung unterlinear mit dem Strom ansteigt, was die Bedeutung einer stabilen Stromversorgung für eine gleichmäßige Helligkeit unterstreicht.

4.2 Temperaturabhängigkeit

Das Diagramm "Relative Lichtstärke vs. Sperrschichttemperatur" zeigt einen negativen Temperaturkoeffizienten; die Lichtleistung nimmt mit steigender Sperrschichttemperatur ab. Das Diagramm "Dominante Wellenlänge vs. Sperrschichttemperatur" zeigt eine Farbverschiebung (typischerweise zu längeren Wellenlängen) mit steigender Temperatur. Das Diagramm "Relative Durchlassspannung vs. Sperrschichttemperatur" zeigt einen negativen Koeffizienten, welcher dem Prinzip der elektrischen Methode zur Messung der Sperrschichttemperatur zugrunde liegt.

4.3 Spektrale Verteilung und Derating

Das Diagramm "Relative spektrale Verteilung" bestätigt die monochromatische gelbe Ausgabe mit einem Maximum bei etwa 591 nm und minimaler Emission in anderen Bändern. Die Derating-Kurve für den Durchlassstrom ist entscheidend für das Design: Sie gibt den maximal zulässigen Dauerstrom in Abhängigkeit von der Lötpastentemperatur (T_S) an. Beispielsweise beträgt bei einer T_Svon 110°C der maximale Dauer-I_F57 mA. Das Diagramm "Zulässige Pulsbelastbarkeit" definiert die Beziehung zwischen Pulsbreite, Tastverhältnis und zulässigem Puls-Spitzenstrom.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Mechanische Abmessungen

Die LED ist in einem standardmäßigen PLCC-4-SMD-Gehäuse untergebracht. Die typischen Gehäuseabmessungen betragen etwa 3,5mm Länge, 2,8mm Breite und 1,9mm Höhe (inklusive Linse). Das Datenblatt enthält eine detaillierte Maßzeichnung, die alle kritischen Längen, Breiten und Toleranzen für das Leiterplatten-Layout spezifiziert.

5.2 Empfohlenes Lötpad-Layout

Ein Lötflächen-Design wird bereitgestellt, um eine zuverlässige Lötung und optimale thermische Leistung zu gewährleisten. Dies umfasst die Größe, Form und Abstände der Kupferpads auf der Leiterplatte für die vier Anschlüsse und das zentrale thermische Pad (falls bei dieser Gehäusevariante vorhanden). Die Einhaltung dieser Empfehlung ist für die mechanische Stabilität und einen effektiven Wärmetransport von der LED-Sperrschicht zur Leiterplatte unerlässlich.

5.3 Polungskennzeichnung

Das PLCC-4-Gehäuse hat eine spezifische Ausrichtung. Das Diagramm im Datenblatt zeigt die Kathoden- und Anoden-Pins. Typischerweise hat das Gehäuse eine abgeschrägte Ecke oder eine Markierung (wie einen Punkt) auf der Oberseite, um Pin 1 (oft die Kathode) zu kennzeichnen. Die korrekte Ausrichtung während der Montage ist für die Funktion des Bauteils zwingend erforderlich.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil

Ein detailliertes Reflow-Löttemperaturprofil wird spezifiziert, um thermische Schäden zu vermeiden. Das Profil definiert die Aufheiz-, Halte-, Reflow- und Abkühlphase. Ein Schlüsselparameter ist die Spitzentemperatur, die 260°C nicht überschreiten darf, und die Zeit über 260°C sollte auf maximal 30 Sekunden begrenzt sein. Dieses Profil ist mit Standard bleifreien (SAC) Lötpasten kompatibel.

6.2 Vorsichtsmaßnahmen für die Verwendung

Allgemeine Handhabungsvorsichtsmaßnahmen umfassen die Vermeidung mechanischer Belastung der Epoxidlinse, den Schutz des Bauteils vor elektrostatischer Entladung (ESD-Empfindlichkeit 2kV HBM) und die Sicherstellung, dass die Betriebsbedingungen (Strom, Spannung, Temperatur) stets innerhalb der absoluten Maximalwerte bleiben. Das Bauteil sollte keiner Sperrspannung ausgesetzt werden.

6.3 Lagerbedingungen

Der empfohlene Lagertemperaturbereich (T_stg) liegt zwischen -40°C und +110°C. Die Bauteile sollten in einer trockenen, antistatischen Umgebung in ihren original Feuchtigkeitssperrbeuteln gelagert werden, insbesondere da sie einen Feuchtigkeitsempfindlichkeitsgrad (MSL) von 2 haben. Dies erfordert, dass der Beutel geöffnet und die Teile innerhalb eines Jahres nach dem Versiegelungsdatum verwendet werden müssen, oder sie müssen vor dem Reflow getrocknet werden, um ein "Popcorning" während des Lötens zu verhindern.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Verpackungsspezifikationen

Die LEDs werden auf Gurt und Rolle für die automatisierte Bestückung geliefert. Die Verpackungsinformationen geben die Rollenabmessungen, Gurtbreite, Taschenabstand und Ausrichtung der Bauteile auf dem Gurt an. Diese Daten sind für die Konfiguration der Bestückungsanlagen notwendig.

7.2 Artikelnummern-Dekodierung

Die Artikelnummer67-41-UY0501H-AMfolgt einer spezifischen Struktur:

• 67-41: Produktfamilienname.
• UY: Farbcode für Gelb.
• 050: Typischer Teststrom in mA (50mA).
• 1: Bonddraht-Typ (1=Gold).
• H: Helligkeitsstufe (H=Hoch).
• AM: Kennzeichnet Automobilanwendung.

Diese Namenskonvention ermöglicht eine präzise Identifizierung der Schlüsselattribute des Bauteils.

8. Anwendungsempfehlungen

8.1 Typische Anwendungsszenarien

Die Hauptanwendungen liegen in der Kfz-Beleuchtung:

• Außenbeleuchtung: Tagfahrlicht (DRL), Seitenmarkierungsleuchten, dritte Bremsleuchte (CHMSL) und Innenbeleuchtung des Kofferraums/Laderaums.
• Innenbeleuchtung: Armaturenbrett-Hintergrundbeleuchtung, Schalterbeleuchtung, Fußraumbeleuchtung, Türverkleidungsleuchten und Leselampen.

Ihre hohe Helligkeit und der weite Abstrahlwinkel machen sie sowohl für funktionale Beleuchtung als auch für dekorative Akzentbeleuchtung geeignet.

8.2 Design-Überlegungen

Beim Entwurf mit dieser LED:

• Stromversorgung: Immer einen Konstantstromtreiber oder einen Vorwiderstand in Reihe mit einer Spannungsquelle verwenden. Nicht direkt an eine Spannungsquelle anschließen.
• Thermisches Management:
Die Leiterplatte mit ausreichender Kupferfläche (Wärmeabfuhr) entwerfen, die mit dem thermischen Pad/den Pins der LED verbunden ist, um Wärme abzuleiten. Die Derating-Kurve verwenden, um sichere Betriebsströme bei erwarteten Umgebungstemperaturen zu bestimmen.
• Optik: Der 120°-Abstrahlwinkel kann sekundäre Optiken (Linsen, Lichtleiter) erfordern, wenn ein stärker fokussierter Strahl benötigt wird.
• ESD-Schutz: Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen während der Handhabung und Montage implementieren.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu Standard-PLCC-4-LEDs für den kommerziellen Bereich sind die Hauptunterscheidungsmerkmale dieses Bauteils seine Automobilqualifikationen. Die AEC-Q102-Zertifizierung umfasst strenge Tests für Hochtemperatur-Lebensdauer (HTOL), Temperaturwechsel, Feuchtigkeitsbeständigkeit und andere Belastungen, was die Langzeitzuverlässigkeit in Fahrzeugumgebungen sicherstellt. Die spezifizierte Schwefelrobustheit (Klasse A1) ist ein weiterer kritischer Vorteil für den Automobileinsatz, da die Exposition gegenüber schwefelhaltigen Gasen aus Reifen, Kraftstoffen oder Industrieatmosphären silberbasierte Komponenten in Standard-LEDs korrodieren kann. Der erweiterte Betriebstemperaturbereich (-40°C bis +110°C) übersteigt ebenfalls typische Industriebereiche.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F: Was ist der Unterschied zwischen Lichtstärke (mcd) und Lichtstrom (lm)?

A: Die Lichtstärke misst die Helligkeit einer Lichtquelle, wie sie vom menschlichen Auge in einer bestimmten Richtung wahrgenommen wird (Candela). Der Lichtstrom misst die Gesamtmenge des von einer Quelle in alle Richtungen abgegebenen sichtbaren Lichts (Lumen). Das Datenblatt dieser LED gibt die Lichtstärke (mcd) als primäre Kennzahl an, wobei der Lichtstrom (lm) als Referenz für die klassifizierten Bauteile angegeben wird, da PLCC-Gehäuse oft durch die Lichtstärke charakterisiert werden.

F: Warum wird ein Konstantstromtreiber anstelle einer Konstantspannung empfohlen?

A: Die Durchlassspannung einer LED hat eine Toleranz und variiert mit der Temperatur. Eine Konstantspannungsquelle mit nur einem Vorwiderstand kann zu großen Stromschwankungen führen, was zu inkonsistenter Helligkeit und potenzieller Überlastung führt. Eine Konstantstromquelle hält einen stabilen Strom aufrecht, gewährleistet eine gleichmäßige Lichtleistung und schützt die LED.

F: Wie schätze ich die Sperrschichttemperatur in meiner Anwendung?

A: Der elektrische Wärmewiderstand (R_{th JS el}= 50 K/W) kann verwendet werden. Messen Sie die Durchlassspannung bei einem niedrigen Messstrom bei Raumtemperatur (Kalibrierung). Schalten Sie dann während des Betriebs mit dem Betriebsstrom kurzzeitig auf den niedrigen Messstrom um und messen Sie die Durchlassspannung erneut. Die Spannungsänderung ermöglicht unter Verwendung des Koeffizienten aus dem Diagramm die Berechnung des Sperrschichttemperaturanstiegs: ΔT_J= ΔV_F/ k, wobei k der Temperaturkoeffizient von V_F.

11. Design- und Anwendungsfallstudie

Fall: Entwurf einer Kfz-Türfachbeleuchtung

Ein Entwickler benötigt eine kompakte, zuverlässige Beleuchtung für das Türfach eines Autos. Die Beleuchtung muss hell genug sein, um nützlich zu sein, einen breiten Strahl zur Abdeckung des Fachbereichs haben und den Temperaturschwankungen und Vibrationen in einer Autotür standhalten.

Lösung: Diese PLCC-4 gelbe LED wird ausgewählt. Ihr 120°-Abstrahlwinkel bietet eine ausgezeichnete Abdeckung des Fachs ohne zusätzlichen Diffusor. Die typische Lichtstärke von 2300 mcd ist für eine lokale Bereichsbeleuchtung ausreichend. Das Bauteil wird mit 30mA (unter dem typischen 50mA) über eine einfache Vorwiderstandsschaltung betrieben, die vom 12V-Bordnetz gespeist wird, was die Langlebigkeit sicherstellt und die thermische Belastung reduziert. Die AEC-Q102-Qualifikation und Schwefelrobustheit garantieren, dass es der Umgebung standhält. Das PLCC-4-Gehäuse wird direkt auf eine kleine flexible Leiterplatte gelötet, die in die Türverkleidungsbaugruppe passt.

12. Funktionsprinzip

Dies ist eine Halbleiter-Leuchtdiode. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die ihre Bandlückenenergie übersteigt, rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich des Halbleiterchips (typischerweise basierend auf Materialien wie AlInGaP für gelbes Licht). Dieser Rekombinationsprozess setzt Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Wellenlänge des gelben Lichts (um 591 nm) wird durch die Bandlückenenergie des im Chip verwendeten Halbleitermaterials bestimmt. Die Epoxidlinse um den Chip schützt ihn, formt den Lichtaustrittsstrahl (erreicht den 120°-Winkel) und verbessert die Lichtauskoppeleffizienz.

13. Technologietrends

Im Bereich der Kfz-LEDs sind wichtige Trends:

• Erhöhte Effizienz: Die laufende Entwicklung von Chip- und Gehäusetechnologie zielt darauf ab, eine höhere Lichtausbeute (mehr Lumen pro Watt) zu liefern, um den Stromverbrauch und die thermische Belastung zu reduzieren.
• Miniaturisierung: Gehäuse werden weiter verkleinert, während die Lichtleistung beibehalten oder erhöht wird, was kompaktere und stilvollere Beleuchtungsdesigns ermöglicht.
• Fortschrittliche Gehäusetechnik: Verwendung von Materialien mit höherer Wärmeleitfähigkeit und verbesserter optischer Struktur, um Wärme und Licht effektiver zu managen.
• Intelligente Integration: Zunahme von LEDs mit integrierten Treibern (IC-gesteuerte LEDs) oder einfachen Steuerschnittstellen für adaptive Beleuchtungsanwendungen.
• Farbkonsistenz und -stabilität: Engere Binning-Spezifikationen und verbesserte Leuchtstofftechnologie (für weißes und konvertiertes Licht) gewährleisten eine konsistente Farbwiedergabe über Temperatur und Lebensdauer, was für ästhetische und sicherheitsrelevante Kfz-Beleuchtung kritisch ist.

Dieses Bauteil, mit seiner automobiltauglichen Zuverlässigkeit und Leistung, entspricht der Nachfrage der Industrie nach robusten, hochwertigen Komponenten für die Innen- und Außenbeleuchtung von Fahrzeugen.