PLCC-2 Rote LED Datenblatt - 65-21-UR0200H-AM - Automotive-Qualität - 1120mcd @ 20mA - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die 65-21-UR0200H-AM ist eine hochhelle, rot emittierende LED in einem kompakten PLCC-2 (Plastic Leaded Chip Carrier) Oberflächenmontagegehäuse. Diese Komponente ist speziell für anspruchsvolle Automotive-Innenraumbeleuchtungsanwendungen entwickelt und bietet eine Kombination aus hoher Lichtausbeute, großem Betrachtungswinkel und robuster Zuverlässigkeit. Ihr primärer Fokus liegt auf der Beleuchtung von Armaturenbrettern, Instrumentenclustern und allgemeiner Innenraum-Ambientebeleuchtung, wo konsistente Farbe und Helligkeit unter variierenden Umgebungsbedingungen entscheidend sind.

Die Kernvorteile dieser LED umfassen ihre Qualifizierung nach dem strengen AEC-Q102-Standard für diskrete optoelektronische Bauelemente in Automotive-Anwendungen, was Leistung und Lebensdauer unter den typisch harschen Bedingungen in Fahrzeuginnenräumen sicherstellt. Sie weist eine typische Lichtstärke von 1120 Millicandela (mcd) bei einem Standardtreiberstrom von 20mA auf, gepaart mit einem weiten Betrachtungswinkel von 120 Grad für exzellente Sichtbarkeit. Darüber hinaus erfüllt das Produkt die RoHS-, REACH- und halogenfreien Umweltrichtlinien, was es für globale Märkte mit strengen Materialvorschriften geeignet macht.

Der Zielmarkt ist ausschließlich der Automotive-Sektor, mit explizit aufgeführten Anwendungen für Automotive-Innenraumbeleuchtung und Kombiinstrumente. Dieser Fokus diktiert ihre verbesserten Spezifikationen für Temperaturbereich, elektrostatische Entladung (ESD)-Schutz und Langzeitzuverlässigkeit im Vergleich zu Standard-LEDs in kommerzieller Qualität.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Fotometrische und elektrische Kenngrößen

Die elektrische und optische Leistung ist unter Standardtestbedingungen (Ts=25°C) definiert. Der Durchlassstrom (I_F) hat einen absoluten Maximalwert von 50mA, einen typischen Arbeitspunkt von 20mA und einen minimalen empfohlenen Betriebsstrom von 5mA. Bei 20mA liegt die Lichtstärke (I_V) zwischen einem Minimum von 710mcd und einem typischen Wert von 1120mcd, mit einem spezifizierten Maximum von bis zu 1800mcd, was auf potenzielle Leistungsvariationen über die Produktions-Bins hinweist. Die Flussspannung (V_F) bei diesem Strom liegt zwischen 1,75V und 2,75V, mit einem typischen Wert von 2,0V. Die dominante Wellenlänge (λ_d) liegt im roten Spektrum, spezifiziert von 612nm bis 627nm, mit einem typischen Wert von 622nm. Der Betrachtungswinkel (2θ_½) beträgt konstant 120 Grad, mit einer angegebenen Toleranz von ±5°.

2.2 Thermische und Zuverlässigkeitsparameter

Das thermische Management ist entscheidend für die LED-Leistung und Lebensdauer. Das Bauteil hat zwei spezifizierte Wärmewiderstandswerte: einen "Real"-Wärmewiderstand (R_{th JS real}) von max. 160 K/W und einen "Elektrischen" Wärmewiderstand (R_{th JS el}) von max. 125 K/W. Der Unterschied rührt wahrscheinlich von der Messmethodik her, wobei die elektrische Methode eine gängige Industrie-Praxis zur Abschätzung ist. Die absolute maximale Sperrschichttemperatur (T_J) beträgt 125°C. Der Betriebs- und Lagertemperaturbereich ist von -40°C bis +110°C spezifiziert, was für Automotive-Anwendungen, die in extremen Klimaten funktionieren müssen, wesentlich ist. Das Bauteil kann einen ESD-Impuls (Human Body Model) von bis zu 2kV standhalten, was einen grundlegenden Handhabungsschutz bietet.

2.3 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden auftreten können. Die maximale Verlustleistung (P_d) beträgt 137 mW. Die Stoßstromfähigkeit (I_FM) beträgt 100mA für Impulse ≤10μs mit einem sehr niedrigen Tastverhältnis (D=0,005). Das Bauteil ist nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt. Die maximale Löttemperatur während des Reflow-Lötens beträgt 260°C für 30 Sekunden, was einem Standardprofil für bleifreie Lötprozesse entspricht.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um Konsistenz in der Massenproduktion sicherzustellen, werden LEDs nach Leistung in Bins sortiert. Das Datenblatt enthält detaillierte Binning-Tabellen für drei Schlüsselparameter.

3.1 Binning der Lichtstärke

Die Lichtstärke wird mit einem alphanumerischen Codesystem (z.B. L1, L2, M1... bis GA) gebinnt. Jeder Bin deckt einen spezifischen Bereich von minimaler und maximaler Lichtstärke in Millicandela (mcd) ab. Für die 65-21-UR0200H-AM sind die möglichen Ausgangs-Bins hervorgehoben und umfassen V1 (710-900 mcd), V2 (900-1120 mcd), AA (1120-1400 mcd) und AB (1400-1800 mcd). Dies ermöglicht es Designern, Bauteile basierend auf dem für ihre Anwendung erforderlichen Helligkeitsniveau auszuwählen, mit einer zugehörigen Messtoleranz von ±8%.

3.2 Binning der dominanten Wellenlänge

Die dominante Wellenlänge, die die wahrgenommene Farbe des roten Lichts bestimmt, wird ebenfalls gebinnt. Die Bins werden durch vierstellige Codes (z.B. 1215, 1518, 1821) identifiziert. Jeder Code entspricht einem 3-Nanometer-Wellenlängenbereich. Für dieses spezifische Bauteil sind die möglichen Bins 1215 (612-615 nm), 1518 (615-618 nm), 1821 (618-621 nm), 2124 (621-624 nm), 2427 (624-627 nm) und 2730 (627-630 nm). Die Toleranz für die Messung der dominanten Wellenlänge beträgt ±1nm. Dieses enge Binning stellt die Farbgleichmäßigkeit über mehrere LEDs in einer Anzeige oder einem Beleuchtungsarray sicher.

3.3 Binning der Flussspannung

Die Flussspannung wird mit Codes wie 1517, 1720, 2022 usw. gebinnt, die Spannungsbereiche in 0,25V-Schritten darstellen (z.B. 1,50-1,75V, 1,75-2,00V, 2,00-2,25V). Die Kenntnis des V_F-Bins ist wichtig für den Entwurf effizienter Stromtreiberschaltungen und das Management der Verlustleistung.

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt enthält mehrere Diagramme, die veranschaulichen, wie sich Schlüsselparameter mit den Betriebsbedingungen ändern.

4.1 IV-Kennlinie und relative Lichtstärke

Das Diagramm "Durchlassstrom vs. Flussspannung" zeigt die typische exponentielle Beziehung, die für die Auswahl eines geeigneten strombegrenzenden Widerstands oder Konstantstromtreibers wesentlich ist. Das Diagramm "Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom" zeigt, dass die Lichtausbeute bis zu einem gewissen Punkt überlinear mit dem Strom ansteigt, aber ein Betrieb über den empfohlenen 20mA hinaus den Wirkungsgrad verringern und die Wärmeentwicklung erhöhen kann.

4.2 Temperaturabhängigkeit

Mehrere Diagramme beschreiben thermische Effekte im Detail. Die Kurve "Relative Lichtstärke vs. Sperrschichttemperatur" zeigt, dass die Lichtausbeute mit steigender Temperatur abnimmt – eine kritische Überlegung für Automotive-Anwendungen, wo die Umgebungstemperaturen hoch sein können. Das Diagramm "Relative Flussspannung vs. Sperrschichttemperatur" zeigt, dass V_Feinen negativen Temperaturkoeffizienten hat und linear mit steigender Temperatur abnimmt. Diese Eigenschaft kann manchmal für die indirekte Temperaturerfassung genutzt werden. Das Diagramm "Dominante Wellenlänge vs. Sperrschichttemperatur" zeigt eine leichte Rotverschiebung (Zunahme der Wellenlänge) mit steigender Temperatur.

4.3 Spektrale Verteilung und Derating

Das Diagramm "Relative spektrale Verteilung" bestätigt die monochromatische rote Ausgabe, die um 622nm zentriert ist. Die "Derating-Kurve für den Durchlassstrom" ist für das thermische Design entscheidend; sie zeigt, dass der maximal zulässige kontinuierliche Durchlassstrom reduziert werden muss, wenn die Lötpad-Temperatur steigt. Zum Beispiel beträgt bei einer Pad-Temperatur von 110°C der maximale Dauerstrom nur 35mA. Das Diagramm "Zulässige Pulsbelastbarkeit" bietet Richtlinien für das Treiben der LED mit gepulsten Strömen bei verschiedenen Tastverhältnissen, was höhere momentane Helligkeit in gemultiplexten Anwendungen ermöglicht.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

Die LED verwendet ein standardmäßiges PLCC-2-Oberflächenmontagegehäuse. Während die exakte mechanische Zeichnung von Seite 15 hier nicht reproduziert wird, sind die typischen PLCC-2-Abmessungen in der Branche gut bekannt. Das Gehäuse umfasst einen kunststoffummantelten Körper mit zwei Anschlüssen. Die Polarität wird durch die Form des Gehäuses oder eine Markierung auf der Oberseite angezeigt, wobei typischerweise die Kathode gekennzeichnet ist. Das Datenblatt enthält auf Seite 16 auch ein "Empfohlenes Lötpad"-Layout, das für das Leiterplattendesign entscheidend ist, um korrektes Löten, thermische Entlastung und mechanische Stabilität sicherzustellen.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Die Komponente ist für Reflow-Lötprozesse ausgelegt, die mit bleifreien Loten kompatibel sind. Das spezifizierte Profil auf Seite 16 (Reflow-Lötprofil) erlaubt eine Spitzentemperatur von 260°C für bis zu 30 Sekunden. Dies ist ein Standard-IPC/JEDEC-Profil. Designer müssen sicherstellen, dass ihr Montageprozess innerhalb dieser Grenzen bleibt, um Gehäuseschäden oder Verschlechterung des internen Chips und der Bonddrähte zu verhindern. Der Abschnitt "Vorsichtsmaßnahmen für die Verwendung" (Seite 19) enthält wahrscheinlich wichtige Handhabungs-, Lagerungs- und Reinigungsanweisungen zur Aufrechterhaltung der Zuverlässigkeit, wie z.B. die Vermeidung von schwefelhaltigen Umgebungen, die versilberte Anschlüsse korrodieren können (verwiesen durch die "Schwefeltestkriterien" auf Seite 20).

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

Die "Verpackungsinformationen" (Seite 17) beschreiben detailliert, wie die LEDs geliefert werden, typischerweise auf geprägten Trägerbändern, die zu Rollen aufgewickelt sind und für automatisierte Bestückungsgeräte geeignet sind. Die Artikelnummer 65-21-UR0200H-AM folgt einem wahrscheinlich internen Codierungssystem, das Informationen über Gehäusetyp, Farbe, Leistungs-Bin und andere Attribute enthalten kann. Der Abschnitt "Bestellinformationen" (Seite 14) würde die spezifischen Bestellcodes für verschiedene Bins von Lichtstärke, Wellenlänge und Flussspannung bereitstellen, was eine präzise Auswahl für die Produktion ermöglicht.

8. Anwendungsempfehlungen

8.1 Typische Anwendungsszenarien

Wie angegeben, sind die primären Anwendungen Automotive-Innenraumbeleuchtung und Kombiinstrumente. Dies umfasst die Hintergrundbeleuchtung für Tasten, Schalter und Symbole auf der Mittelkonsole, die Beleuchtung von Türgriffen und Fußräumen und, am wichtigsten, die Verwendung als Anzeige- und Warnleuchten innerhalb des Kombiinstruments. Der weite Betrachtungswinkel von 120 Grad macht sie für Anwendungen geeignet, bei denen die LED möglicherweise nicht frontal betrachtet wird.

8.2 Designüberlegungen

Beim Entwurf mit dieser LED müssen Ingenieure mehrere Faktoren berücksichtigen:Stromversorgung:Verwenden Sie einen Konstantstromtreiber oder einen strombegrenzenden Widerstand, der für 20mA (typisch) ausgelegt ist, um konsistente Helligkeit und Langlebigkeit sicherzustellen.Thermisches Management:Die Derating-Kurve muss beachtet werden. Sorgen Sie für ausreichende Leiterplatten-Kupferfläche oder thermische Durchkontaktierungen, um Wärme von den Lötpads abzuleiten, insbesondere in Umgebungen mit hoher Umgebungstemperatur wie einem Armaturenbrett in direkter Sonneneinstrahlung.Optisches Design:Der weite Betrachtungswinkel kann Lichtleiter oder Diffusoren erfordern, um den Lichtstrahl für spezifische Anzeigezwecke zu formen.ESD-Schutz:Obwohl für 2kV HBM ausgelegt, ist der Einbau eines grundlegenden ESD-Schutzes auf der Leiterplatte eine gute Praxis für Automotive-Elektronik.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu Standard-PLCC-2-roten LEDs in kommerzieller Qualität differenziert sich die 65-21-UR0200H-AM durch ihre Automotive-Qualifizierungen. Wichtige Unterscheidungsmerkmale sind:AEC-Q102-Qualifizierung:Dies beinhaltet eine Reihe von Belastungstests (Hochtemperatur-Betriebslebensdauer, Temperaturwechsel, Feuchtigkeitsbeständigkeit usw.), die kommerzielle Bauteile nicht durchlaufen.Erweiterter Temperaturbereich:Der Betrieb von -40°C bis +110°C übersteigt den typischen Bereich von -40°C bis +85°C oder +100°C kommerzieller Bauteile.Korrosionsrobustheit:Die Spezifikation "Klasse B1" für Korrosionsrobustheit weist auf Tests gegen spezifische gasförmige Verunreinigungen hin, die in Automotive-Umgebungen üblich sind.Engeres Binning und Spezifikation:Parameter sind typischerweise mit engeren Toleranzen und umfassenderem Binning spezifiziert, um Konsistenz auf Systemebene sicherzustellen.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Kann ich diese LED dauerhaft mit 50mA betreiben?

A: Nein. Der absolute Maximalwert von 50mA ist eine Belastungsgrenze. Für einen zuverlässigen Langzeitbetrieb müssen Sie der Derating-Kurve basierend auf der Lötpad-Temperatur folgen. Unter typischen Umgebungsbedingungen ist 20mA der empfohlene Dauerstrom.

F: Was ist der Unterschied zwischen dem "Real"- und dem "Elektrischen" Wärmewiderstand?

A: Die "Elektrische" Methode verwendet die temperaturabhängige Flussspannung als Stellvertreter, um den Wärmewiderstand zu berechnen, und wird üblicherweise für die Spezifikation verwendet. Die "Real"-Methode kann eine direktere thermische Messung beinhalten. Für Designzwecke ist die Verwendung des höheren Werts (160 K/W) für thermische Berechnungen konservativer.

F: Wie interpretiere ich den Lichtstärke-Bin-Code (z.B. AA) in einer Bestellung?

A: Der Bin-Code garantiert, dass die Lichtstärke der LED innerhalb des spezifizierten Bereichs für diesen Bin liegt (z.B. AA = 1120-1400 mcd). Sie müssen den spezifischen Bin-Code bestellen, der für die Helligkeitskonsistenz Ihrer Anwendung erforderlich ist.

F: Ist eine Sperrdiode notwendig?

A: Ja. Das Datenblatt stellt ausdrücklich klar, dass das Bauteil "Nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt" ist. Eine Sperrdiode in Reihe oder eine parallel zur LED geschaltete Diode ist unerlässlich, wenn die Möglichkeit einer angelegten Sperrspannung besteht, was in Automotive-Stromversorgungssystemen üblich ist.

11. Praktische Design-Fallstudie

Szenario:Entwurf einer roten "Motorprüfung"-Warnanzeige für ein Automotive-Kombiinstrument.

Auswahl:Die 65-21-UR0200H-AM wird aufgrund ihrer AEC-Q102-Konformität, hohen Helligkeit und roten Farbe gewählt. Ein Wellenlängen-Bin im Bereich 612-621nm könnte für ein standardmäßiges rotes Erscheinungsbild ausgewählt werden.

Schaltungsentwurf:Die Bordnetzspannung des Kombiinstruments beträgt nominell 12V (kann von 9V bis 16V reichen). Ein einfacher Vorwiderstand wird aus Kostengründen gewählt. Unter Verwendung des typischen V_Fvon 2,0V bei 20mA: R = (12V - 2,0V) / 0,020A = 500Ω. Ein Standard-510Ω-Widerstand wird gewählt, was einem Strom von ~19,6mA resultiert, was akzeptabel ist. Die Widerstandsbelastbarkeit wird berechnet: P = I²R = (0,0196)²* 510 ≈ 0,2W, daher ist ein 1/4W-Widerstand ausreichend.

Thermische Überprüfung:Die LED wird auf der Leiterplatte des Kombiinstruments montiert. Unter der Annahme einer maximalen Innenraumtemperatur von 85°C und einem berechneten Leiterplattentemperaturanstieg von 15°C am Pad beträgt die Pad-Temperatur 100°C. Konsultiert man die Derating-Kurve, beträgt der maximal zulässige Dauerstrom bei 100°C etwa 40mA. Unser Entwurfsstrom von ~20mA liegt deutlich innerhalb dieser Grenze und bietet eine gute Sicherheitsmarge.

Optisches Design:Ein Lichtleiter oder eine kleine Diffusorkappe wird entworfen, um das Licht von der SMD-LED auf der Leiterplatte zur nach vorne gerichteten Anzeigesymbolik auf der Instrumententafel zu leiten, wobei der 120-Grad-Betrachtungswinkel genutzt wird.

12. Funktionsprinzip

Dieses Bauteil ist eine Leuchtdiode (LED), eine Halbleiter-pn-Übergangsdiode. Wenn eine Flussspannung angelegt wird, die das eingebaute Potenzial der Diode übersteigt (etwa 1,75-2,75V für diese rote LED), werden Elektronen und Löcher über den Übergang injiziert. Diese Ladungsträger rekombinieren, und für diese spezifische Materialzusammensetzung (wahrscheinlich basierend auf AlGaInP) wird ein Teil der Rekombinationsenergie als Photonen (Licht) mit einer Wellenlänge freigesetzt, die der Bandlückenenergie des Halbleitermaterials entspricht, was zu rotem Licht mit einer dominanten Wellenlänge um 622nm führt. Das Kunststoff-PLCC-2-Gehäuse umschließt den Halbleiterchip, bietet mechanischen Schutz und enthält eine geformte Linse, die das emittierte Licht in das spezifizierte 120-Grad-Betrachtungsmuster formt.

13. Technologietrends

Im Automotive-LED-Sektor sind mehrere Trends erkennbar. Es gibt einen kontinuierlichen Drang zuhöherer Lichtausbeute(mehr Lichtausbeute pro elektrischem Watt), was hellere Displays oder geringeren Stromverbrauch und Wärmeentwicklung ermöglicht.Verbesserte Farbkonsistenz und engeres Binningsind entscheidend, da Displays anspruchsvoller werden.Erhöhte Zuverlässigkeit und Robustheitbleiben von größter Bedeutung, mit laufenden Entwicklungen bei Gehäusematerialien, um höheren Temperaturen und härteren Umgebungsbelastungen standzuhalten, einschließlich Widerstandsfähigkeit gegen neuere Arten von Verunreinigungen. Darüber hinaus ist die Integration vonTreiberelektronik und Steuerungdirekt mit dem LED-Gehäuse (z.B. intelligente LEDs mit integrierten ICs für PWM-Dimmung oder Diagnose) ein wachsender Trend, obwohl dieses spezielle Bauteil ein diskretes, treiberloses Komponente bleibt.