PLCC-2 Rote LED 2214 Datenblatt - 2.2x1.4mm - 2.05V typ. - 30mA - 1120mcd - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument enthält die vollständigen technischen Spezifikationen für eine hochhelle rote LED im PLCC-2-Oberflächenmontagegehäuse (Plastic Leaded Chip Carrier), bezeichnet als 2214. Diese Komponente ist für Zuverlässigkeit und Leistung in anspruchsvollen Anwendungen ausgelegt und zeichnet sich durch einen kompakten Bauraum und einen weiten Betrachtungswinkel von 120 Grad aus. Ihr primäres Einsatzgebiet sind Automotive-Innenraumbeleuchtungssysteme, bei denen eine konstante Farbwiedergabe, Langzeitstabilität und die Einhaltung von Industriestandards entscheidend sind.

Die Kernvorteile der LED umfassen ihre Qualifizierung nach dem AEC-Q102-Standard für automotivtaugliche diskrete optoelektronische Bauelemente, wodurch sie die strengen Qualitäts- und Zuverlässigkeitsanforderungen für den Fahrzeugeinsatz erfüllt. Sie erfüllt zudem die RoHS-, REACH- und halogenfreien Richtlinien, was sie für globale Märkte mit strengen Umweltvorschriften geeignet macht. Die Kombination aus hoher Lichtstärke, robuster Bauweise (Korrosionsbeständigkeitsklasse A1) und einer bewährten Gehäusetechnologie macht sie zu einer vielseitigen Wahl für Entwickler.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Photometrische & Optische Eigenschaften

Die zentrale Leistungskennzahl ist die Lichtstärke mit einem typischen Wert von 1120 Millicandela (mcd) bei einem Standardtreiberstrom von 30 mA. Die Minimal- und Maximalwerte unter denselben Bedingungen liegen bei 900 mcd bzw. 1800 mcd, was die Produktionsstreuung anzeigt. Die dominante Wellenlänge, die die wahrgenommene Farbe definiert, beträgt typischerweise 622 Nanometer (nm) innerhalb eines Bereichs von 615 nm bis 627 nm. Dies platziert sie klar im Standard-Rot-Spektrum. Der Betrachtungswinkel, definiert als der volle Winkel, bei dem die Intensität die Hälfte des Spitzenwerts beträgt, liegt bei 120 Grad. Dies ermöglicht ein breites, gleichmäßiges Beleuchtungsmuster, das sich für Hintergrundbeleuchtung und Anzeigeanwendungen eignet.

2.2 Elektrische Eigenschaften

Die Durchlassspannung (Vf) ist ein kritischer Parameter für den Schaltungsentwurf. Bei 30 mA beträgt die typische Vf 2,05 Volt, mit einem Bereich von 1,75V (Min.) bis 2,75V (Max.). Der absolute maximale Dauer-Durchlassstrom beträgt 50 mA, während ein Stoßstrom von 100 mA für Impulse ≤10 μs zulässig ist. Das Bauteil ist nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt. Die Empfindlichkeit gegenüber elektrostatischer Entladung (ESD), getestet nach dem Human Body Model (HBM), ist mit 2 kV spezifiziert, was ein Standardwert für die Handhabung mit grundlegenden Vorsichtsmaßnahmen ist.

3. Thermische Eigenschaften & Zuverlässigkeit

Das thermische Management ist entscheidend für die Lebensdauer und Leistungsstabilität der LED. Der Wärmewiderstand vom Halbleiterübergang zum Lötpunkt wird auf zwei Arten angegeben: eine \"reale\" Messung (Rth JS real) mit maximal 160 K/W und eine \"elektrische\" Methode (Rth JS el) mit maximal 125 K/W. Je niedriger der Wärmewiderstand, desto effizienter wird die Wärme vom LED-Chip abgeführt. Die maximal zulässige Sperrschichttemperatur (Tj) beträgt 125°C. Der Betriebs- und Lagertemperaturbereich reicht von -40°C bis +110°C, was die Eignung für anspruchsvolle Automotive-Umgebungen bestätigt. Das Bauteil hält bleifreien Reflow-Lötprofilen mit einer Spitzentemperatur von 260°C für 30 Sekunden stand.

4. Erläuterung des Binning-Systems

Um Farb- und Helligkeitskonstanz in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs basierend auf Schlüsselparametern in Bins sortiert.

4.1 Lichtstärke-Binning

Die Lichtstärke wird mit einem alphanumerischen Codesystem sortiert, das von L1 (11,2-14 mcd) bis GA (18000-22400 mcd) reicht. Für diese spezifische Artikelnummer (2214-UR0301H-AM) sind die möglichen Ausgangsbins hervorgehoben und reichen von V2 (900-1120 mcd) bis AB (1400-1800 mcd), wobei der typische Wert von 1120 mcd in den AA-Bin (1120-1400 mcd) fällt. Entwickler müssen die Bestellinformationen der spezifischen Artikelnummer konsultieren, um den exakt gelieferten Bin zu kennen.

4.2 Binning der dominanten Wellenlänge

Die dominante Wellenlänge wird mit 4-stelligen Codes sortiert. Die für diese rote LED relevanten Bins liegen im Bereich von 600-640 nm. Die möglichen Ausgangsbins für dieses Bauteil decken den Bereich von 2124 (621-624 nm) bis 3033 (630-633 nm) ab, wobei der typische Wert von 622 nm zum 2124-Bin gehört. Beim Binning-Prozess wird eine Toleranz von ±1 nm angewendet.

4.3 Binning der Durchlassspannung

Die Durchlassspannung wird mit 4-stelligen Codes sortiert, die den Spannungsbereich in Zehntel Volt darstellen. Beispielsweise deckt der Bin 1720 den Bereich von 1,75V bis 2,00V ab. Die typische Vf von 2,05V würde in den 2022-Bin (2,00-2,25V) fallen. Die Auswahl von LEDs aus einem engen Vf-Bin kann den Entwurf der strombegrenzenden Schaltung in Parallel-Arrays vereinfachen.

5. Analyse der Leistungskennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere Diagramme, die das Verhalten unter variierenden Bedingungen charakterisieren.

5.1 IV-Kennlinie & relative Lichtstärke

Das Diagramm \"Durchlassstrom vs. Durchlassspannung\" zeigt die für eine Diode typische exponentielle Beziehung. Das Diagramm \"Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom\" zeigt, dass die Lichtleistung sublinear mit dem Strom ansteigt, was die Bedeutung des Betriebs mit dem empfohlenen Strom für optimale Effizienz unterstreicht.

5.2 Temperaturabhängigkeit

Wichtige Diagramme zeigen den Einfluss der Sperrschichttemperatur (Tj). Die Kurve \"Relative Lichtstärke vs. Sperrschichttemperatur\" zeigt, dass die Lichtleistung mit steigender Temperatur abnimmt, ein Phänomen, das als thermisches Absinken (Thermal Droop) bekannt ist. Das Diagramm \"Relative Durchlassspannung vs. Sperrschichttemperatur\" zeigt, dass Vf linear mit steigender Temperatur abnimmt, was für die indirekte Temperaturüberwachung genutzt werden kann. Das Diagramm \"Relative Wellenlängenverschiebung\" zeigt, dass die dominante Wellenlänge bei höherer Temperatur leicht ansteigt (Rotverschiebung).

5.3 Entlastung & Impulsbelastbarkeit

Die Entlastungskurve für den Durchlassstrom gibt den maximal zulässigen Dauerstrom in Abhängigkeit von der Lötstellentemperatur an. Beispielsweise beträgt bei einer Lötstellentemperatur (Ts) von 110°C der maximale Strom 35 mA. Das Diagramm \"Zulässige Impulsbelastbarkeit\" definiert die maximale Einzelimpuls-Stromamplitude für verschiedene Impulsbreiten und Tastverhältnisse, was für Multiplex- oder Stroboskopanwendungen nützlich ist.

6. Mechanische & Gehäuseinformationen

Die LED verwendet das industrieübliche PLCC-2-Gehäuse. Die Bezeichnung \"2214\" bezieht sich typischerweise auf die ungefähren Gehäuseabmessungen von 2,2 mm Länge und 1,4 mm Breite. Die mechanische Zeichnung würde die exakte Länge, Breite, Höhe, Anschlussabstände und die Aussparungsmaße für die Linse detaillieren. Die Polarität ist durch eine Kathodenmarkierung angezeigt, typischerweise eine Kerbe oder eine grüne Markierung am Gehäuse. Das empfohlene Lötflächenlayout wird bereitgestellt, um eine zuverlässige Lötstelle und eine ordnungsgemäße thermische Verbindung zur Leiterplatte sicherzustellen.

7. Löt- & Montagerichtlinien

Die Komponente ist mit bleifreien Reflow-Lötprozessen kompatibel. Das empfohlene Reflow-Profil umfasst eine Spitzentemperatur von 260°C für 30 Sekunden, wie in den absoluten Maximalwerten definiert. Vorsichtsmaßnahmen für die Verwendung umfassen Standard-ESD-Handhabungsverfahren, die Vermeidung mechanischer Belastung der Linse und die Sicherstellung, dass der Lötprozess die spezifizierten thermischen Grenzwerte nicht überschreitet. Richtige Lagerbedingungen liegen im Temperaturbereich von -40°C bis +110°C in einer Umgebung mit niedriger Luftfeuchtigkeit.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

Die primäre Anwendung ist die Automotive-Innenraumbeleuchtung, wie z.B. die Hintergrundbeleuchtung für Schalter, Tasten und Armaturenbrett-Cluster. Ihre Zuverlässigkeit und AEC-Q102-Qualifizierung machen sie ideal für diese anspruchsvolle Umgebung. Sie eignet sich auch für allgemeine Anzeigelampen, Statusanzeigen und Hintergrundbeleuchtung in Unterhaltungselektronik und Industrieanlagen, wo eine helle, zuverlässige rote Anzeige benötigt wird.

8.2 Entwurfsüberlegungen

Schaltungsentwickler müssen basierend auf dem Durchlassspannungs-Bin und der Versorgungsspannung eine geeignete Strombegrenzung implementieren, typischerweise einen Vorwiderstand oder eine Konstantstromquelle. Das thermische Design ist essenziell; das Leiterplattenlayout sollte ausreichend Kupferfläche (thermische Fläche) zur Wärmeableitung vorsehen, insbesondere bei Betrieb in hoher Umgebungstemperatur oder nahe dem Maximalstrom. Für eine einheitliche Farbe und Helligkeit in einem Array kann die Spezifikation enger Wellenlängen- und Lichtstärke-Bins oder die Verwendung elektronischer Kalibrierung erforderlich sein.

9. Technischer Vergleich & Differenzierung

Im Vergleich zu nicht-automotivtauglichen LEDs sind die wichtigsten Unterscheidungsmerkmale dieser Komponente ihre AEC-Q102-Qualifizierung und der erweiterte Temperaturbereich (-40°C bis +110°C), die für Automotive-Anwendungen obligatorisch sind. Ihre Bewertung in der Korrosionsbeständigkeitsklasse A1 weist auf einen verbesserten Widerstand gegen Schwefel und andere korrosive Atmosphären hin, ein häufiges Problem in Automotive-Umgebungen. Das PLCC-2-Gehäuse bietet im Vergleich zu kleineren Chip-Scale-Packages oder größeren Durchsteck-LEDs eine gute Balance aus Größe, Lötbarkeit und Lichtleistung.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Was ist der empfohlene Betriebsstrom?

A: Die Standardtestbedingung und die typische Leistung sind bei 30 mA angegeben. Sie kann von 5 mA bis zu ihrem absoluten Maximum von 50 mA betrieben werden, aber Effizienz und Lebensdauer sind bei oder nahe dem typischen Strom optimiert.

F: Wie beeinflusst die Temperatur die Helligkeit?

A: Wie in den Leistungskennlinien gezeigt, nimmt die Lichtstärke mit steigender Sperrschichttemperatur ab. Eine effektive Wärmeableitung ist entscheidend, um eine stabile Lichtleistung aufrechtzuerhalten.

F: Kann ich diese LED mit einer 5V-Versorgung betreiben?

A: Ja, aber ein Vorwiderstand ist erforderlich, um den Strom zu begrenzen. Der Widerstandswert R = (Versorgungsspannung - LED Vf) / Gewünschter Strom. Verwenden Sie für einen konservativen Entwurf die maximale Vf aus dem Bin oder Datenblatt.

F: Was bedeutet der Betrachtungswinkel von 120°?

A: Er bedeutet den Winkelbereich, in dem die Lichtstärke mindestens die Hälfte ihres Spitzenwerts beträgt (in der Mitte gemessen). Er bietet ein sehr weites Sichtfeld.

11. Praktische Entwurfsfallstudie

Betrachten Sie den Entwurf einer Hintergrundbeleuchtung für ein Automotive-Schalterpanel mit 10 identischen roten LEDs. Die Systemspannung beträgt 12V (Fahrzeugbatterie). Um eine lange Lebensdauer zu gewährleisten, wählen wir, jede LED mit 25 mA (unterhalb der typischen 30 mA) zu betreiben. Unter der Annahme, dass wir LEDs aus dem höchsten Vf-Bin verwenden (max. 2,75V), wäre der Vorwiderstand für jede LED: R = (12V - 2,75V) / 0,025A = 370 Ohm. Ein Standardwiderstand von 360 oder 390 Ohm wäre geeignet. Das Leiterplattenlayout würde die LEDs gruppieren und ihre thermischen Flächen mit einer gemeinsamen Kupferfläche verbinden, um Wärme abzuleiten. Um ein einheitliches Erscheinungsbild zu gewährleisten, wird empfohlen, LEDs aus demselben Bin für dominante Wellenlänge und Lichtstärke zu spezifizieren.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Dies ist eine Halbleiter-Leuchtdiode. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die ihre charakteristische Durchlassspannung (~2V für Rot) überschreitet, rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich des Halbleiterchips (typischerweise basierend auf Aluminium-Gallium-Indium-Phosphid - AlGaInP für Rot). Dieser Rekombinationsprozess setzt Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Materialzusammensetzung und Struktur bestimmen die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts. Das Kunststoffgehäuse verkapselt und schützt den Chip, enthält einen Anschlussrahmen für die elektrische Verbindung und eine geformte Linse, die den Lichtausgangsstrahl formt.

13. Technologietrends

Der allgemeine Trend bei SMD-LEDs wie dieser geht hin zu höherer Effizienz (mehr Lichtleistung pro Watt elektrischer Eingangsleistung), was den Stromverbrauch und die thermische Belastung reduziert. Es gibt auch ein Bestreben nach erhöhter Zuverlässigkeit und längeren Betriebslebensdauern, insbesondere für Automotive- und Industrieanwendungen. Die Miniaturisierung von Gehäusen schreitet fort, aber das PLCC-2-Gehäuse bleibt aufgrund seiner hervorragenden Balance aus Leistung, Kosten und einfacher Montage beliebt. Darüber hinaus ist die Integration von Funktionen wie eingebauter Stromregelung oder Schutzdioden innerhalb des Gehäuses ein wachsender Trend, um den Schaltungsentwurf zu vereinfachen.