PLCC-6 RGB-LED Datenblatt - 120° Abstrahlwinkel - Rot 1,95V, Grün 2,75V, Blau 3,00V @20mA - Automotive-Qualität

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt die Spezifikationen einer hochwertigen, oberflächenmontierbaren RGB-LED (Rot, Grün, Blau) im PLCC-6-Gehäuse. Die Bauteile sind für lebendige Farbmischung mit einem breiten Abstrahlwinkel von 120 Grad ausgelegt, was sie für Anwendungen mit gleichmäßiger Ausleuchtung prädestiniert. Ein Schlüsselmerkmal ist die Qualifizierung nach dem AEC-Q102-Standard, was ihre Robustheit und Zuverlässigkeit für den anspruchsvollen Automotive-Einsatz unterstreicht. Das Produkt erfüllt wichtige Umwelt- und Sicherheitsvorschriften, darunter RoHS, EU REACH und halogenfreie Anforderungen.

1.1 Kernvorteile

• Automotive-Qualität:Qualifiziert nach AEC-Q102, gewährleistet Leistung unter rauen Automotive-Bedingungen.
• Hohe Lichtstärke:Bietet hohe Helligkeitswerte, insbesondere im grünen Kanal (typ. 2200 mcd).
• Breiter Abstrahlwinkel:120-Grad-Abstrahlwinkel für breite und gleichmäßige Lichtverteilung.
• Umweltkonformität:Konform mit RoHS, REACH und halogenfreien Standards (Br/Cl < 900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm).
• Robuste Konstruktion:Merkmale: Korrosionsrobustheitsklasse B1 und guter ESD-Schutz (2kV für Rot, 8kV für Grün/Blau).

1.2 Zielmarkt

Die primäre Anwendung für diese LED liegt im Bereich derAutomotive-Innenraumbeleuchtung, wie beispielsweise Instrumententafel-Hintergrundbeleuchtung, Schalterbeleuchtung und Ambientebeleuchtungssysteme. Ihre Eigenschaften machen sie auch für allgemeine dekorative und Anzeigebeleuchtung geeignet, wo eine zuverlässige Farbwiedergabe erforderlich ist.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Der folgende Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Interpretation der im Datenblatt angegebenen Schlüsselparameter für elektrische, optische und thermische Eigenschaften.

2.1 Photometrische und elektrische Kenngrößen

Die typischen Betriebsbedingungen für die angegebenen Parameter sind ein Durchlassstrom (I_F) von 20mA und eine Umgebungstemperatur von 25°C.

• Durchlassspannung (V_F):Der Spannungsabfall über jede Diode bei 20mA beträgt typisch 1,95V (Rot), 2,75V (Grün) und 3,00V (Blau). Entwickler müssen diese Unterschiede beim Entwurf der strombegrenzenden Schaltungen für jeden Farbkanal berücksichtigen, um eine ausgewogene Helligkeit und Farbgenauigkeit zu gewährleisten.
• Lichtstärke (I_V):Die typische Ausgangsleistung beträgt 900 mcd (Rot), 2200 mcd (Grün) und 280 mcd (Blau). Die erhebliche Variation der Ausgangsleistung zwischen den Farben erfordert einen sorgfältigen Treiberentwurf oder eine Pulsweitenmodulation (PWM) zur Erzielung des gewünschten Weißpunkts oder spezifischer Farbtöne.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):Definiert die wahrgenommene Farbe. Typische Werte sind 623nm (Rot), 527nm (Grün) und 455nm (Blau). Eine Toleranz von ±1nm ist spezifiziert, was eng ist und für die Farbkonsistenz in der Produktion vorteilhaft ist.
• Abstrahlwinkel (φ):Definiert als der Winkel außerhalb der Achse, bei dem die Intensität die Hälfte des Spitzenwerts beträgt. Die 120°-Spezifikation (±5° Toleranz) zeigt ein sehr breites, lambertisches Abstrahlverhalten, ideal für Flächenbeleuchtung.

2.2 Absolute Grenzwerte und Wärmemanagement

Ein Betrieb außerhalb dieser Grenzwerte kann dauerhafte Schäden verursachen.

• Durchlassstrom (I_F):Der absolute Maximalwert beträgt 50mA (Rot) und 30mA (Grün/Blau). Der empfohlene Betriebsstrom ist 20mA. Die angegebenen Derating-Kurven müssen befolgt werden, wenn die Lötpad-Temperatur (T_S) ansteigt.
• Verlustleistung (P_d):Die maximalen Grenzwerte sind 137mW (Rot) und 105mW (Grün/Blau). Dies wird als V_F* I_F berechnet. Das Überschreiten dieses Limits birgt die Gefahr der Überhitzung.
• Sperrschichttemperatur (T_J):Die maximal zulässige Temperatur an der Halbleitersperrschicht beträgt 125°C.
• Thermischer Widerstand (R_{th JS}):Dieser Parameter, sowohl real als auch elektrisch, gibt an, wie effektiv Wärme von der Sperrschicht zum Lötpunkt abgeführt wird. Niedrigere Werte sind besser. Die spezifizierten Maximalwerte (z.B. 160 K/W für Rot) geben Aufschluss über das notwendige PCB-Wärmedesign (Kupferfläche, Durchkontaktierungen), um eine niedrige T_J.

3. Analyse der Kennlinien

Die Diagramme im Datenblatt liefern wichtige Einblicke in das Verhalten des Bauteils unter verschiedenen Bedingungen.

3.1 I-V-Kennlinie und relative Intensität

Das DiagrammDurchlassstrom vs. Durchlassspannungzeigt die für Dioden typische exponentielle Beziehung. Die Kurven für Rot, Grün und Blau sind unterschiedlich und bestätigen die verschiedenen V_F-Werte. Das DiagrammRelative Lichtstärke vs. Durchlassstromist bis zum typischen 20mA-Punkt nahezu linear, danach kann der Wirkungsgrad abfallen (Efficiency Droop), insbesondere bei den grünen und blauen LEDs.

3.2 Temperaturabhängigkeit

Das DiagrammRelative Lichtstärke vs. Sperrschichttemperaturzeigt, dass die Lichtausbeute mit steigender Temperatur abnimmt. Die rote LED reagiert am empfindlichsten auf Temperaturänderungen. Das DiagrammRelative Durchlassspannung vs. Sperrschichttemperaturzeigt, dass V_F einen negativen Temperaturkoeffizienten hat und um etwa 2mV/°C abnimmt. Dies ist wichtig für Konstantstromtreiber. Das DiagrammRelative Wellenlängenverschiebung vs. Sperrschichttemperaturzeigt, dass sich die dominante Wellenlänge mit der Temperatur verschiebt (typ. 0,1-0,3 nm/°C), was die Farbpunktstabilität in Präzisionsanwendungen beeinflussen kann.

3.3 Spektrale Verteilung und Abstrahlcharakteristik

Das DiagrammRelative spektrale Verteilungzeigt die für moderne LEDs charakteristischen schmalen Emissionspeaks. DasTypische Diagramm der Abstrahlcharakteristik für jede Farbe bestätigt visuell den 120°-Abstrahlwinkel mit einem glatten, abgerundeten Intensitätsprofil.

4. Mechanische und Gehäuseinformationen

4.1 Gehäuseabmessungen

Das Bauteil verwendet ein standardmäßiges PLCC-6-Gehäuse (Plastic Leaded Chip Carrier) für die Oberflächenmontage. Die mechanische Zeichnung gibt die genauen Längen-, Breiten-, Höhen- und Anschlussabstände an. Diese Informationen sind entscheidend für das PCB-Footprint-Design, um eine korrekte Platzierung und Lötung sicherzustellen.

4.2 Empfohlenes Lötpad und Polarität

Eine Lötflächenempfehlung wird bereitgestellt, um zuverlässige Lötstellen und mechanische Stabilität zu gewährleisten. Das Pinout-Diagramm identifiziert die Anode und Kathode für jeden der drei LED-Chips (Rot, Grün, Blau) und die gemeinsame Kathodenkonfiguration, was für die korrekte Schaltungsverbindung wesentlich ist.

5. Löt- und Montagerichtlinien

5.1 Reflow-Lötprofil

Das Datenblatt spezifiziert ein Reflow-Profil mit einer Spitzentemperatur von 260°C für maximal 30 Sekunden. Dies ist ein Standard-Profil für bleifreies Löten. Die Einhaltung dieses Profils ist notwendig, um thermische Schäden am Kunststoffgehäuse oder dem LED-Chip zu verhindern.

5.2 Anwendungshinweise

• ESD-Handhabung:Obwohl das Bauteil einen integrierten ESD-Schutz (2kV/8kV HBM) aufweist, sollten während der Handhabung und Montage Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen befolgt werden.
• Stromregelung:LEDs müssen mit einer Konstantstromquelle und nicht mit einer Konstantspannung betrieben werden, um thermisches Durchgehen zu verhindern.
• Lagerung:Die Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe (MSL) ist 3. Das bedeutet, das Bauteil muss vor dem Löten getrocknet werden, wenn die Verpackung geöffnet und länger als die spezifizierte Zeit (typisch 168 Stunden) der Umgebungsfeuchtigkeit ausgesetzt war.

6. Anwendungsvorschläge und Designüberlegungen

6.1 Typische Anwendungsschaltungen

Für Automotive-12V-Systeme umfasst eine typische Schaltung einen Spannungsregler (z.B. auf 5V oder 3,3V), gefolgt von separaten Konstantstromtreibern oder strombegrenzenden Widerständen für jeden RGB-Kanal. Die Verwendung einer PWM-Steuerung von einem Mikrocontroller ist die Standardmethode für dynamische Farbmischung und Dimmung.

6.2 Thermische Designüberlegungen

Angesichts des thermischen Widerstands und der Verlustleistung muss die Leiterplatte als Kühlkörper fungieren. Dies beinhaltet die Verwendung einer ausreichenden Kupferfläche, die mit dem thermischen Pad des LED-Footprints verbunden ist, und möglicherweise thermischer Durchkontaktierungen zu inneren oder unteren Lagen zur Wärmeverteilung. Ein Versagen im Wärmemanagement verringert die Lichtausbeute, verschiebt die Farbe und verkürzt die Lebensdauer.

6.3 Optische Designüberlegungen

Der 120°-Abstrahlwinkel macht oft sekundäre Optiken in der Ambientebeleuchtung überflüssig. Für fokussierteres Licht können externe Linsen oder Lichtleiter verwendet werden. Die unterschiedlichen Intensitäten der drei Farben müssen in der Software/Firmware kalibriert werden, um einen Ziel-Weißpunkt (z.B. D65) zu erreichen.

7. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

7.1 Wie erzeuge ich mit dieser RGB-LED weißes Licht?

Weißes Licht wird durch Mischen der drei Grundfarben in spezifischen Intensitätsverhältnissen erzeugt. Aufgrund der unterschiedlichen Lichtausbeuten (Grün ist bei 20mA am hellsten, Blau am dunkelsten) können Sie nicht einfach alle drei Kanäle mit demselben Strom betreiben. Sie müssen die Treiberströme oder PWM-Tastverhältnisse kalibrieren. Beispielsweise könnten Sie Rot mit 20mA, Grün mit einem niedrigeren Strom oder Tastverhältnis und Blau mit 20mA oder mehr betreiben und anpassen, bis der gewünschte weiße Farbort auf einem Ziel erreicht ist.

7.2 Kann ich diese LED mit mehr als 20mA für höhere Helligkeit betreiben?

Sie können, aber Sie müssen unbedingt dieDerating-Kurven für den Durchlassstrom konsultieren. Mit steigender Lötpad-Temperatur sinkt der maximal zulässige Strom. Beispielsweise beträgt das absolute Maximum für die rote LED 50mA, aber dies ist nur erlaubt, wenn das Lötpad bei oder unter 103°C liegt. Bei 110°C beträgt der maximale Strom nur noch 35mA. Das Überschreiten dieser Grenzwerte überhitzt die Sperrschicht und führt zu schnellem Leistungsabfall.

7.3 Ist ein Kühlkörper erforderlich?

Ein separater Metallkühlkörper ist für eine einzelne LED bei 20mA im PLCC-6-Gehäuse typischerweise nicht erforderlich. Eingut gestaltetes PCB-Wärmepad ist jedoch absolut notwendig und fungiert als primärer Kühlkörper. Für LED-Arrays oder Betrieb bei hohen Umgebungstemperaturen muss zusätzliches Wärmemanagement basierend auf der Gesamtverlustleistung und dem Wärmewiderstandspfad bewertet werden.

8. Funktionsprinzip und Technologietrends

8.1 Grundlegendes Funktionsprinzip

Eine LED ist eine Halbleiterdiode. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die ihre Bandlückenenergie übersteigt, rekombinieren Elektronen mit Löchern im aktiven Bereich und setzen Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die Farbe (Wellenlänge) des Lichts wird durch die Bandlückenenergie der verwendeten Halbleitermaterialien bestimmt (z.B. AlInGaP für Rot, InGaN für Grün und Blau). Das PLCC-Gehäuse beinhaltet den LED-Chip, einen reflektierenden Hohlraum und eine transparente Epoxidlinse, die den Lichtaustritt formt.

8.2 Branchentrends

Der Markt für Automotive-LEDs wächst weiter, angetrieben durch Innenraum-Ambientebeleuchtung, externe Signalisierung und fortschrittliche Anwendungen wie pixelierte Scheinwerfer. Trends umfassen:

• Höherer Wirkungsgrad:Laufende Entwicklung zielt auf mehr Lumen pro Watt (lm/W), um Energieverbrauch und Wärmelast zu reduzieren.
• Verbesserte Farbkonsistenz:Engere Binning von Wellenlänge und Lichtstrom, um ein einheitliches Erscheinungsbild in Multi-LED-Anwendungen zu gewährleisten.
• Fortschrittliche Gehäusetechnik:Entwicklung von Gehäusen mit niedrigerem thermischen Widerstand und höherer optischer Extraktionseffizienz.
• Integrierte Lösungen:Wachstum von LED-Modulen mit integrierten Treibern und Controllern, was das Design für Automotive-Tier-1-Zulieferer vereinfacht.

Diese PLCC-6 RGB-LED stellt eine ausgereifte, zuverlässige Lösung dar, die den Kernanforderungen aktueller Automotive-Beleuchtungsdesigns entspricht und Zuverlässigkeit, regulatorische Konformität und Leistung betont.