PLCC-2 Rote LED Datenblatt - 120° Abstrahlwinkel - 2,0V typ. - 40mW - Automotive-Qualität - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt detailliert die Spezifikationen einer hochleistungsfähigen, oberflächenmontierbaren roten LED in einem PLCC-2-Gehäuse (Plastic Leaded Chip Carrier). Die Komponente wurde primär für die anspruchsvollen Umgebungsbedingungen der Automotive-Elektronik entwickelt und bietet eine Kombination aus hoher Lichtausbeute, großem Abstrahlwinkel und robusten Zuverlässigkeitszertifizierungen.

Die Kernvorteile dieser Komponente umfassen ihre Qualifizierung nach dem AEC-Q102-Standard für diskrete optoelektronische Bauelemente, was ihre Eignung für Automotive-Anwendungen sicherstellt. Sie verfügt über eine Schwefelrobustheit der Klasse A1, die sie widerstandsfähig gegen korrosive Atmosphären macht. Darüber hinaus erfüllt das Produkt die RoHS-, REACH- und halogenfreien Richtlinien und entspricht damit globalen Umwelt- und Sicherheitsvorschriften. Die primären Zielmärkte sind Automotive-Innen- und -Außenbeleuchtungssysteme, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Kombiinstrumente, Kontrollleuchten und verschiedene Beleuchtungsfunktionen im Fahrzeug.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Fotometrische und optische Kenngrößen

Die fotometrische Leistung der LED ist unter einem typischen Durchlassstrom (I_F) von 20mA definiert. Die typische Lichtstärke (I_V) beträgt 1400 Millicandela (mcd), mit einem spezifizierten Bereich von mindestens 900 mcd bis maximal 2240 mcd, abhängig von der Binning-Auswahl. Diese hohe Helligkeit wird bei einem sehr großen Abstrahlwinkel (φ) von 120 Grad erreicht, definiert als der Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte ihres Spitzenwerts abfällt. Die dominante Wellenlänge (λ_d) liegt im roten Spektrum zwischen 612 nm und 627 nm, was die wahrgenommene Farbe des emittierten Lichts bestimmt.

2.2 Elektrische und thermische Parameter

Die elektrischen Kenngrößen konzentrieren sich auf eine typische Flussspannung (V_F) von 2,00 Volt bei 20mA, mit zulässigen Grenzen zwischen 1,75V und 2,75V. Die absoluten Maximalwerte definieren die Betriebsgrenzen: ein maximaler Dauer-Durchlassstrom (I_F) von 50 mA, eine maximale Verlustleistung (P_d) von 137 mW und eine Stoßstromfähigkeit (I_FM) von 100 mA für Impulse ≤ 10 µs. Die Komponente ist nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt.

Das thermische Management ist entscheidend für die LED-Leistung und -Lebensdauer. Der Wärmewiderstand von der Sperrschicht zum Lötpunkt wird über zwei Methoden spezifiziert: eine reale Messung (R_{th JS real}) mit einem typischen Wert von 120 K/W (max. 160 K/W) und eine elektrische Messung (R_{th JS el}) mit einem typischen Wert von 100 K/W (max. 120 K/W). Die maximal zulässige Sperrschichttemperatur (T_J) beträgt 125°C, mit einem Betriebstemperaturbereich (T_opr) von -40°C bis +110°C.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um Konsistenz im Anwendungsdesign zu gewährleisten, werden die LEDs anhand von Schlüsselparametern in Bins sortiert. Dies ermöglicht es Entwicklern, Bauteile auszuwählen, die die spezifischen Toleranzanforderungen ihrer Schaltungen erfüllen.

3.1 Binning der Lichtstärke

Die Lichtstärke ist in vier Haupt-Bins gruppiert: V2 (900-1120 mcd), AA (1120-1400 mcd), AB (1400-1800 mcd) und BA (1800-2240 mcd). Die entsprechenden Lichtstrombereiche werden ebenfalls als Referenz angegeben, gemessen mit einer Toleranz von ±8%.

3.2 Binning der dominanten Wellenlänge

Die dominante Wellenlänge, die den Farbort definiert, wird in 3-Nanometer-Schritten gebinnt. Die Bins sind mit 1215 (612-615 nm), 1518 (615-618 nm), 1821 (618-621 nm), 2124 (621-624 nm) und 2427 (624-627 nm) gekennzeichnet, mit einer Messtoleranz von ±1 nm.

3.3 Binning der Flussspannung

Die Flussspannung ist in vier Bins kategorisiert, um das Treiberdesign und die Stromanpassung in Multi-LED-Arrays zu unterstützen: 1720 (1,75-2,00V), 2022 (2,00-2,25V), 2225 (2,25-2,50V) und 2527 (2,50-2,75V). Die Messtoleranz beträgt ±0,05V.

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere Diagramme, die für das Verständnis des LED-Verhaltens unter verschiedenen Betriebsbedingungen wesentlich sind.

4.1 I-V-Kennlinie und relative Intensität

Das Diagramm "Durchlassstrom vs. Flussspannung" zeigt die für Dioden typische exponentielle Beziehung. Die Kurve "Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom" zeigt, dass die Lichtleistung mit dem Strom zunächst überlinear ansteigt, bevor sie möglicherweise sättigt, was die Bedeutung einer Konstantstrom-Ansteuerung unterstreicht.

4.2 Temperaturabhängigkeit

Wichtige Diagramme veranschaulichen die Temperaturabhängigkeit der LED. Die Kurve "Relative Lichtstärke vs. Sperrschichttemperatur" zeigt eine Abnahme der Lichtleistung mit steigender Temperatur. Umgekehrt zeigt das Diagramm "Relative Flussspannung vs. Sperrschichttemperatur" einen negativen Temperaturkoeffizienten, bei dem V_Flinear mit steigender Temperatur abnimmt. Diese Eigenschaft kann manchmal zur Temperaturmessung genutzt werden. Das Diagramm "Verschiebung der dominanten Wellenlänge vs. Sperrschichttemperatur" zeigt eine Verschiebung zu längeren Wellenlängen (Rotverschiebung) mit steigender Temperatur.

4.3 Spektrale Verteilung und Derating

Das Diagramm "Relative spektrale Verteilung" bestätigt die monochromatische rote Ausgabe mit einem Peak im Bereich von ~625 nm. Die "Derating-Kurve für den Durchlassstrom" ist entscheidend für das thermische Design und zeigt den maximal zulässigen Dauerstrom in Abhängigkeit von der Lötpad-Temperatur. Beispielsweise muss bei der maximalen Lötpad-Temperatur von 110°C der Durchlassstrom auf 34 mA reduziert werden. Das Diagramm "Zulässige Pulsbelastbarkeit" definiert den sicheren Arbeitsbereich für Pulsströme bei verschiedenen Tastverhältnissen.

5. Mechanische, Verpackungs- und Bestückungsinformationen

5.1 Mechanische Abmessungen und Polarität

Die Komponente verwendet ein standardmäßiges PLCC-2-Oberflächenmontagegehäuse. Die spezifische mechanische Zeichnung (durch Abschnittsreferenz impliziert) würde Länge, Breite, Höhe und Anschlussabstand detaillieren. Die Artikelnummer enthält ein "R", das eine umgekehrte Polungskonfiguration anzeigt; die Kathode ist typischerweise durch eine Kerbe oder eine markierte Ecke am Gehäuse gekennzeichnet. Entwickler müssen die detaillierte Maßzeichnung für genaue Maße und das Footprint konsultieren.

5.2 Lötpad-Design und Reflow-Profil

Ein empfohlenes Lötpad-Layout wird bereitgestellt, um eine ordnungsgemäße Lötstellenbildung, thermische Entlastung und mechanische Stabilität zu gewährleisten. Das Reflow-Lötprofil ist mit einer Spitzentemperatur von 260°C für 30 Sekunden spezifiziert, was mit standardmäßigen bleifreien Lötprozessen übereinstimmt. Die Einhaltung dieses Profils ist notwendig, um thermische Schäden am LED-Gehäuse oder der Die-Bond-Verbindung zu verhindern.

5.3 Verpackung und Handhabungshinweise

Die Komponente hat einen Feuchtigkeitsempfindlichkeitsgrad (MSL) von 2. Das bedeutet, das Bauteil kann bis zu einem Jahr bei ≤ 30°C / 60% relativer Luftfeuchtigkeit gelagert werden, bevor vor dem Reflow-Löten ein Trocknen erforderlich ist. Standard-ESD-Schutzmaßnahmen (Elektrostatische Entladung) müssen beachtet werden, da die Komponente für 2 kV Human Body Model (HBM) ausgelegt ist. Verpackungsinformationen detaillieren die Spulen- und Band-Spezifikationen für die automatisierte Bestückung.

6. Anwendungsrichtlinien und Designüberlegungen

6.1 Typische Anwendungsszenarien

Diese LED ist explizit für Automotive-Anwendungen konzipiert:
Innenbeleuchtung:Kombiinstrument-Hintergrundbeleuchtung, Schalterbeleuchtung, Ambientebeleuchtung und Infotainment-System-Anzeigen.
Außenbeleuchtung:Zentrale Hochmontierte Bremsleuchten (CHMSL), Seitenmarkierungsleuchten und andere Signalfunktionen, bei denen hohe Helligkeit und großer Winkel vorteilhaft sind.
Kombiinstrumente:Warnleuchten, Kontrollleuchten und Skalenbeleuchtung.

6.2 Kritische Designaspekte

• Stromansteuerung:Immer einen Konstantstromtreiber oder einen strombegrenzenden Widerstand verwenden. Der typische Arbeitspunkt liegt bei 20mA, aber das Design muss sicherstellen, dass der Strom unter Berücksichtigung des Temperatur-Deratings unter keinen Umständen den absoluten Maximalwert von 50mA überschreitet.
• Thermisches Management:Der Wärmewiderstandspfad verläuft über die Lötpads. Stellen Sie sicher, dass die Leiterplatte über ausreichende Kupferflächen oder Wärmeleitungen verfügt, um Wärme abzuführen, insbesondere bei Betrieb bei hohen Umgebungstemperaturen oder Strömen.
• ESD-Schutz:Implementieren Sie während der Handhabung und Bestückung Standard-ESD-Schutzmaßnahmen. Obwohl für 2kV HBM ausgelegt, kann zusätzlicher Schutz auf der Leiterplatte erforderlich sein, wenn die LED benutzerzugänglichen Schnittstellen ausgesetzt ist.
• Optisches Design:Der 120-Grad-Abstrahlwinkel bietet einen sehr breiten Strahl. Für Anwendungen, die einen stärker fokussierten Strahl erfordern, sind Sekundäroptiken (Linsen) erforderlich.

7. Bestellinformationen und Artikelnummern-Dekodierung

Die Artikelnummer folgt einer spezifischen Struktur:67-21R-UR0201H-AM.
67-21:Produktfamilie.
R:Umgekehrte Polarität.
UR:Farbcode (Rot).
020:Prüfstrom (20 mA).
1:Leadframe-Typ.
H:Helligkeitsstufe (Hoch). Andere Stufen sind M (Mittel) und L (Niedrig).
AM:Kennzeichnet Automotive-Anwendungsqualität.

Bei der Bestellung müssen möglicherweise spezifische Bin-Codes für Lichtstärke, Wellenlänge und Flussspannung angegeben werden, um die gewünschten Leistungsmerkmale zu erhalten.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu standardmäßigen kommerziellen PLCC-2-LEDs sind die Hauptunterscheidungsmerkmale dieses Bauteils seine Automotive-Qualifikationen. Die AEC-Q102-Zertifizierung umfasst strenge Belastungstests für Temperaturwechsel, Feuchtigkeit, Hochtemperatur-Lebensdauer und andere für Automotive-Umgebungen spezifische Bedingungen. Die Schwefelrobustheit (Klasse A1) ist ein weiteres kritisches Merkmal für den Automotive-Einsatz, da die Exposition gegenüber schwefelhaltigen Gasen aus Reifen, Kraftstoffen oder Luftverschmutzung versilberte Komponenten korrodieren und zu Ausfällen führen kann. Der weite Betriebstemperaturbereich (-40°C bis +110°C) übertrifft ebenfalls typische kommerzielle Spezifikationen.

9. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F: Was ist der minimale Durchlassstrom für diese LED?
A: Das Datenblatt spezifiziert einen minimalen Durchlassstrom von 5 mA. Ein Betrieb unterhalb dieses Stroms wird im Derating-Diagramm nicht empfohlen.

F: Kann ich diese LED mit einer 3,3V-Versorgung ohne Widerstand betreiben?
A: Nein. Bei einer typischen V_Fvon 2,0V würde ein direkter Anschluss an 3,3V einen übermäßigen Stromfluss verursachen, der wahrscheinlich den Maximalwert überschreitet und die LED zerstört. Ein Reihenstrombegrenzungswiderstand oder ein Konstantstromtreiber ist immer erforderlich.

F: Wie ändert sich die Lichtstärke mit der Temperatur?
A: Wie in den Kennliniendiagrammen gezeigt, nimmt die Lichtstärke mit steigender Sperrschichttemperatur ab. Bei der maximalen Sperrschichttemperatur von 125°C ist die relative Lichtstärke deutlich niedriger als bei 25°C. Das thermische Design ist entscheidend, um die Helligkeit aufrechtzuerhalten.

F: Was bedeutet "MSL: 2" für meinen Fertigungsprozess?
A: MSL 2 bedeutet, dass die Komponenten in einer feuchtigkeitsdichten Beutel mit einer Feuchteindikatorkarte verpackt sind. Sobald der Beutel geöffnet ist, müssen die Komponenten innerhalb von 1 Jahr verlötet werden, wenn sie bei ≤ 30°C/60% r.F. gelagert werden. Wenn sie höherer Luftfeuchtigkeit ausgesetzt waren oder die Lagerzeit überschritten wurde, ist vor dem Reflow ein Trocknen erforderlich, um "Popcorning"-Schäden während des Lötens zu verhindern.

10. Design- und Anwendungsfallstudie

Szenario: Entwurf einer hochzuverlässigen Kontrollleuchte im Kombiinstrument.
Ein Entwickler benötigt eine rote "Motorprüfung"-Warnleuchte, die aus einem weiten Bereich von Fahrerpositionen klar sichtbar ist, über die 15-jährige Lebensdauer des Fahrzeugs zuverlässig arbeitet und in extremen Klimazonen funktioniert.

Bauteilauswahl:Diese AEC-Q102-qualifizierte LED wird aufgrund ihrer Zuverlässigkeit, des großen 120°-Abstrahlwinkels für gute Sichtbarkeit und der robusten Bauweise gewählt.
Schaltungsdesign:Die LED wird über einen auf 20mA eingestellten Konstantstromtreiber-IC vom 12V-Bordnetz des Fahrzeugs angesteuert. Der Treiber bietet Schutz vor Lastabwurf-Transienten und Verpolungsereignissen, die in Automotive-Stromversorgungssystemen üblich sind.
Thermisches Design:Die Leiterplatte ist mit einem thermischen Pad entworfen, das mit einer großen Kupferfläche verbunden ist, um Wärme abzuleiten und die Lötpad-Temperatur selbst in einer heißen Fahrgastzelle deutlich unter 110°C zu halten.
Optisches Design:Eine einfache Diffusorlinse wird über der LED platziert, um den Lichtpunkt zu streuen und ihn ästhetisch in die Instrumententafel zu integrieren.
Dieser Ansatz nutzt die Schlüsselspezifikationen der LED, um eine langlebige, leistungsstarke Lösung zu schaffen, die Automotive-Standards erfüllt.

11. Einführung in das Funktionsprinzip

Dieses Bauteil ist eine Leuchtdiode (LED), eine Halbleiter-pn-Übergangsdiode. Wenn eine Flussspannung angelegt wird, die die Schwellenspannung der Diode überschreitet, rekombinieren Elektronen aus dem n-dotierten Bereich mit Löchern aus dem p-dotierten Bereich innerhalb der aktiven Schicht. Dieser Rekombinationsprozess setzt Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Materialzusammensetzung des Halbleiters (typischerweise basierend auf Aluminium-Gallium-Indium-Phosphid - AlGaInP für rote LEDs) bestimmt die Wellenlänge und damit die Farbe des emittierten Lichts. Das PLCC-2-Gehäuse beherbergt den Halbleiterchip, stellt elektrische Verbindungen über Leadframes bereit und enthält eine geformte Epoxidharzlinse, die den Lichtaustritt formt und den Chip schützt.

12. Technologietrends und Entwicklungen

Der Trend in der Automotive-LED-Beleuchtung geht weiterhin in Richtung höherer Effizienz (mehr Lumen pro Watt), erhöhter Leistungsdichte und stärkerer Integration. Während diese Komponente ein diskretes Bauteil ist, nimmt die Verwendung von Multi-Die-Packages und LED-Modulen zu, die Treiberelektronik und Optik integrieren. Darüber hinaus erweitern Fortschritte in der Phosphor-Technologie und bei direkt emittierenden Halbleitern die Farbpalette und verbessern die Farbwiedergabe für Innenraum-Ambientebeleuchtung. Die Nachfrage nach verbesserter Zuverlässigkeit, längeren Lebensdauern und Leistungsfähigkeit unter höheren Motorraumtemperaturen (für Außenanwendungen) treibt weiterhin die Materialwissenschaft und Gehäuseinnovation bei Automotive-LEDs voran.