PLCC-4 Rote LED Datenblatt - Gehäuse 3,5x2,8x1,9mm - Spannung 2,25V - Leistung 112,5mW - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument erläutert die Spezifikationen einer leistungsstarken, oberflächenmontierbaren roten LED im PLCC-4-Gehäuse (Plastic Leaded Chip Carrier). Die Komponente wurde primär für anspruchsvolle Kfz-Beleuchtungsumgebungen, sowohl im Innen- als auch Außenbereich, entwickelt. Ihre Kernvorteile umfassen eine hohe typische Lichtstärke von 3550 Millicandela (mcd) bei einem Standardtreiberstrom von 50mA, einen weiten Abstrahlwinkel von 120 Grad für exzellente Sichtbarkeit sowie eine robuste Bauweise, die wichtige Automobil- und Umweltstandards erfüllt.

Die LED ist nach dem AEC-Q102-Standard qualifiziert, was Zuverlässigkeit für Automobilelektronik-Komponenten gewährleistet. Sie verfügt zudem über Schwefelrobustheit (Klasse A1), was sie widerstandsfähig gegen korrosive Atmosphären macht, und entspricht den RoHS-, REACH- und halogenfreien Richtlinien. Diese Kombination aus hoher Leistung, Zuverlässigkeit und Konformität macht sie zu einer geeigneten Wahl für moderne Fahrzeugbeleuchtungssysteme.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Fotometrische und elektrische Kenngrößen

Die wesentlichen Betriebsparameter, gemessen unter typischen Bedingungen (T_s=25°C, I_F=50mA), definieren den Leistungsbereich der LED:

• Durchlassstrom (I_F):Der empfohlene Betriebsstrom beträgt 50mA, mit einem absoluten Maximalwert von 70mA. Ein Mindeststrom von 5mA ist für den ordnungsgemäßen Betrieb spezifiziert.
• Lichtstärke (I_V):Der typische Wert beträgt 3550 mcd, mit einem Minimum von 2240 mcd und einem Maximum von 5600 mcd bei 50mA. Die Lichtstrommessung weist eine Toleranz von ±8% auf.
• Durchlassspannung (V_F):Typischerweise 2,25V, im Bereich von minimal 1,75V bis maximal 2,75V bei 50mA, mit einer Messtoleranz von ±0,05V.
• Abstrahlwinkel (2φ_½):120 Grad, mit einer Toleranz von ±5 Grad. Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte ihres axialen Spitzenwerts abfällt.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):Für diese rote LED liegt die dominante Wellenlänge im Bereich von 612nm bis 627nm, mit einer Messtoleranz von ±1nm.

2.2 Thermische Kenngrößen

Das Wärmemanagement ist entscheidend für die LED-Leistung und Lebensdauer. Zwei Wärmewiderstandswerte werden angegeben:

• Realer Wärmewiderstand (R_{th JS real}):Typisch 70 K/W, max. 95 K/W. Dieser wird direkt vom Übergang zum Lötpunkt gemessen.
• Elektrischer Wärmewiderstand (R_{th JS el}):Typisch 50 K/W, max. 67 K/W. Dies ist ein elektrisch abgeleiteter Wert, der für bestimmte Berechnungsmodelle verwendet wird.
• Sperrschichttemperatur (T_J):Die maximal zulässige Sperrschichttemperatur beträgt 125°C.
• Betriebstemperatur (T_opr):Der Umgebungstemperaturbereich für den Betrieb liegt bei -40°C bis +110°C.

2.3 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden auftreten können. Sie dürfen unter keinen Umständen überschritten werden.

• Verlustleistung (P_d):192 mW.
• Stoßstrom (I_FM):100 mA für Impulse ≤10μs mit einem Tastverhältnis (D) von 0,005.
• Sperrspannung (V_R):Dieses Bauteil ist nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt.
• ESD-Empfindlichkeit (HBM):2 kV, getestet nach dem Human Body Model (R=1,5kΩ, C=100pF).
• Löttemperatur:Hält Reflow-Lötprozesse bei 260°C für 30 Sekunden stand.

3. Analyse der Kennlinien

3.1 Spektrale und Strahlungscharakteristiken

DasDiagramm der relativen spektralen Verteilungzeigt, dass die LED Licht hauptsächlich im roten Bereich des Spektrums emittiert, zentriert um ihre dominante Wellenlänge. DasTypische Diagramm der Strahlungscharakteristikveranschaulicht die räumliche Intensitätsverteilung und bestätigt den 120-Grad-Abstrahlwinkel, bei dem die Intensität auf 50% des axialen Spitzenwerts fällt.

3.2 Strom vs. Spannung und Intensität

DieKennlinie Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V)zeigt die typische exponentielle Beziehung einer Diode. Bei 50mA beträgt die Spannung etwa 2,25V. DasDiagramm der relativen Lichtstärke vs. Durchlassstromzeigt, dass die Lichtleistung mit dem Strom ansteigt, bei höheren Strömen aufgrund thermischer Effekte jedoch sublinear werden kann.

3.3 Temperaturabhängigkeit

Mehrere Diagramme zeigen detailliert die Leistungsänderungen mit der Temperatur:

• Relative Durchlassspannung vs. Sperrschichttemperatur:Die Durchlassspannung nimmt linear mit steigender Sperrschichttemperatur ab, eine Eigenschaft, die zur Temperaturmessung genutzt werden kann.
• Relative Lichtstärke vs. Sperrschichttemperatur:Die Lichtleistung nimmt mit steigender Temperatur ab. Eine niedrige Sperrschichttemperatur aufrechtzuerhalten ist für konstante Helligkeit essenziell.
• Verschiebung der dominanten Wellenlänge vs. Sperrschichttemperatur:Die Spitzenemissionswellenlänge verschiebt sich mit der Temperatur, was für farbkritische Anwendungen wichtig ist.
• Entlastungskennlinie für den Durchlassstrom:Dieses entscheidende Diagramm zeigt, dass der maximal zulässige Durchlassstrom reduziert werden muss, wenn die Lötpastentemperatur ansteigt. Zum Beispiel muss bei der maximalen Lötpastentemperatur von 110°C der Strom auf 57mA entlastet werden.

3.4 Impulsbetrieb

DasDiagramm der zulässigen Impulsbelastbarkeitdefiniert den sicheren Arbeitsbereich für gepulsten Strom. Es zeigt, dass für sehr kurze Impulsbreiten (t_p), höhere Spitzenströme (I_F) zulässig sind, abhängig vom Tastverhältnis (D).

4. Erklärung des Binning-Systems

Um Konsistenz in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs basierend auf Schlüsselparametern in Bins sortiert.

4.1 Lichtstärke-Bins

LEDs werden nach ihrer gemessenen Lichtstärke beim typischen Strom gruppiert. Die Bins reichen von BB (2240-2800 mcd) bis CB (3550-4500 mcd). Das typische Bauteil (3550 mcd) fällt in das CA-Bin (2800-3550 mcd). Entsprechende Lichtstromwerte in Lumen werden als Referenz angegeben.

4.2 Bins für dominante Wellenlänge

Die dominante Wellenlänge wird in 3nm-Schritten gebinnt, von 1215 (612-615nm) bis 2427 (624-627nm). Dies ermöglicht die Auswahl von LEDs mit sehr spezifischen Farbpunkten.

4.3 Durchlassspannungs-Bins

Die Durchlassspannung wird in 0,25V-Schritten gebinnt, von Code 1720 (1,75-2,00V) bis 2527 (2,50-2,75V). Das Abgleichen von V_F-Bins kann beim Entwurf ausgeglichener paralleler LED-Stränge helfen.

5. Mechanische und Verpackungsinformationen

5.1 Mechanische Abmessungen

Die LED verwendet ein standardmäßiges PLCC-4-Oberflächenmontagegehäuse. Die typischen Abmessungen betragen etwa 3,5mm Länge, 2,8mm Breite und 1,9mm Höhe (inklusive der Linse). Detaillierte Maßzeichnungen mit Toleranzen finden sich im separaten mechanischen Zeichnungsteil des vollständigen Datenblatts.

5.2 Polarisationskennzeichnung

Das PLCC-4-Gehäuse hat eine abgeschrägte oder gekerbte Ecke, die die Kathode (Minuspol) kennzeichnet. Die korrekte Ausrichtung ist für den Schaltungsbetrieb wesentlich.

5.3 Empfohlenes Lötpastenlayout

Ein Lötpastenlayout wird empfohlen, um zuverlässiges Löten, ordnungsgemäße Wärmeableitung und Ausrichtung während des Reflow-Prozesses zu gewährleisten. Dieses Layout umfasst typischerweise Pads für die vier elektrischen Anschlüsse und ein zentrales thermisches Pad zur Wärmeableitung.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil

Die Komponente ist mit standardmäßigen Infrarot- oder Konvektions-Reflow-Lötprozessen kompatibel. Das spezifizierte Profil umfasst eine Aufwärmzone, eine Haltezone, eine Reflow-Zone mit einer Spitzentemperatur von maximal 260°C für 30 Sekunden und eine kontrollierte Abkühlzone. Die Einhaltung dieses Profils verhindert thermischen Schock und gewährleistet die Integrität der Lötstellen.

6.2 Vorsichtsmaßnahmen für die Verwendung

• ESD-Schutz:Obwohl für 2kV HBM ausgelegt, sollten während der Montage Standard-ESD-Handhabungsvorsichtsmaßnahmen beachtet werden.
• Strombegrenzung:Verwenden Sie stets einen Vorwiderstand oder Konstantstromtreiber, um den Durchlassstrom auf den gewünschten Wert zu begrenzen, und schließen Sie die LED niemals direkt an eine Spannungsquelle an.
• Thermisches Design:Implementieren Sie eine ausreichende Kupferfläche auf der Leiterplatte oder eine Wärmesenke, insbesondere bei Betrieb mit hohen Strömen oder in hohen Umgebungstemperaturen, um die Sperrschichttemperatur innerhalb der Grenzwerte zu halten.
• Reinigung:Verwenden Sie kompatible Reinigungsmittel, die das Kunststoffgehäuse oder die Linse nicht beschädigen.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Artikelnummern-Dekodierung

Die Artikelnummer67-41-UR050 1H-AMist wie folgt aufgebaut:
67-41: Produktfamilie.
UR: Farbe (Rot).
050: Prüfstrom (50mA).
1: Bondrahmentyp (1=Gold).
H: Helligkeitsstufe (Hoch).
AM: Kennzeichnet Automobilanwendung.

7.2 Standardverpackung

Die LEDs werden typischerweise auf embossiertem Band und Rolle geliefert, um Kompatibilität mit automatisierten Bestückungsgeräten zu gewährleisten. Standardmengen pro Rolle sind industrieüblich, z.B. 2000 oder 4000 Stück pro Rolle.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

• Kfz-Außenbeleuchtung:Tagfahrlichter (DRL), Seitenmarkierungsleuchten, dritte Bremsleuchte (CHMSL) und Innenbeleuchtung für Embleme oder Akzente.
• Kfz-Innenbeleuchtung:Armaturenbrett-Hintergrundbeleuchtung, Schalterbeleuchtung, Fußraumbeleuchtung und Ambientebeleuchtung.
• Allgemeine Anzeigeanwendungen:Statusanzeigen in Industrieanlagen, Unterhaltungselektronik oder Beschilderung, die hohe Helligkeit und Zuverlässigkeit erfordern.

8.2 Designüberlegungen

• Treiberauswahl:Für Automobilanwendungen sollten Treiber in Betracht gezogen werden, die Lastabwurf, Batterierückpolungsschutz und ggf. PWM-Dimmung handhaben können.
• Optisches Design:Der weite Abstrahlwinkel kann sekundäre Optiken (Linsen, Lichtleiter) erfordern, um den Lichtkegel für spezifische Anwendungen wie DRLs zu formen.
• Serien-/Parallelschaltung:Beim Verbinden mehrerer LEDs sollten Spannungs-Binning für parallele Stränge berücksichtigt und sichergestellt werden, dass der Treiber den gesamten benötigten Strom und die Spannung liefern kann.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu Standard-PLCC-4-LEDs ohne Automobilqualifikation bietet dieses Bauteil wesentliche Vorteile:

• Automobilqualifikation (AEC-Q102):Unterzieht sich strengen Belastungstests für Temperaturwechsel, Feuchtigkeit und Betriebslebensdauer, was Zuverlässigkeit in der rauen Automobilumgebung sicherstellt.
• Schwefelrobustheit (Klasse A1):Die Materialien und die Konstruktion widerstehen Korrosion durch schwefelhaltige Atmosphären, die in einigen geografischen Regionen verbreitet sind.
• Erweiterter Temperaturbereich:Ausgelegt für Betrieb von -40°C bis +110°C, übertrifft damit den Bereich typischer kommerzieller LEDs.
• Hohe Lichtstärke:Die typische Ausgangsleistung von 3550 mcd bei 50mA ist höher als bei vielen Standard-PLCC-4-LEDs und liefert mehr Licht bei gegebenem Strom.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQs)

10.1 Was ist der empfohlene Betriebsstrom?

Der typische Betriebsstrom beträgt 50mA. Sie kann von 5mA bis zum absoluten Maximum von 70mA betrieben werden, aber die Leistungsparameter (Intensität, Spannung) sind bei 50mA spezifiziert. Konsultieren Sie stets die Entlastungskennlinie bei Betrieb in hohen Umgebungstemperaturen.

10.2 Wie berechne ich den Vorwiderstandswert?

Verwenden Sie das Ohmsche Gesetz: R = (V_versorgung- V_F) / I_F. Für eine 12V-Kfz-Versorgung und unter Verwendung der typischen V_Fvon 2,25V bei 50mA: R = (12V - 2,25V) / 0,05A = 195 Ohm. Wählen Sie den nächstgelegenen Standardwert (z.B. 200 Ohm) und stellen Sie sicher, dass die Leistungsaufnahme des Widerstands ausreicht (P = I²R = 0,5W).

10.3 Kann diese LED für PWM-Dimmung verwendet werden?

Ja, LEDs sind ideal für PWM-Dimmung geeignet. Stellen Sie sicher, dass die PWM-Frequenz hoch genug ist, um sichtbares Flackern zu vermeiden (typischerweise >200Hz). Der Treiber muss in der Lage sein, den erforderlichen Strom bei der gewählten Frequenz zu schalten.

10.4 Warum ist thermisches Management wichtig?

Eine übermäßige Sperrschichttemperatur reduziert die Lichtleistung (Lichtstromrückgang), verkürzt die Betriebslebensdauer und kann zu einer Verschiebung der dominanten Wellenlänge führen. Eine ordnungsgemäße Wärmeableitung erhält Leistung und Zuverlässigkeit.

11. Praktische Design- und Anwendungsfälle

11.1 Designfall: Dritte Bremsleuchte (CHMSL) im Kfz

Für eine CHMSL, die hohe Helligkeit und schnelle Reaktion erfordert, können mehrere LEDs in einer Linie angeordnet werden. Die Verwendung eines Konstantstromtreibers, der für den Kfz-Spannungsbereich ausgelegt ist, gewährleistet konstante Helligkeit unabhängig von Batteriespannungsschwankungen. Der weite Abstrahlwinkel von 120 Grad bietet exzellente Sichtbarkeit aus verschiedenen Winkeln hinter dem Fahrzeug. Die AEC-Q102-Qualifikation stellt sicher, dass die Leuchten über die gesamte Fahrzeuglebensdauer unter allen klimatischen Bedingungen zuverlässig funktionieren.

11.2 Designfall: Industrielles Statusanzeigepanel

In einem Industrie-Steuerpanel können diese LEDs als hochhelle Status- oder Fehleranzeigen dienen. Ihre Schwefelrobustheit macht sie für Umgebungen mit potenziellem Chemikalienkontakt geeignet. Das PLCC-4-Gehäuse ermöglicht ein kompaktes, oberflächenmontierbares Design auf der Leiterplatte. Designer können spezifische Wellenlängen-Bins auswählen, um eine konsistente rote Farbe über alle Anzeigen auf dem Panel hinweg beizubehalten.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Dieses Bauteil ist eine Leuchtdiode (LED). Sie arbeitet nach dem Prinzip der Elektrolumineszenz in einem Halbleitermaterial. Wenn eine Durchlassspannung an den p-n-Übergang angelegt wird, rekombinieren Elektronen und Löcher und setzen Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die verwendeten spezifischen Halbleitermaterialien bestimmen die Farbe des emittierten Lichts; in diesem Fall Materialien, die rotes Licht mit einer dominanten Wellenlänge zwischen 612-627nm erzeugen. Das Kunststoffgehäuse enthält eine geformte Epoxidharzlinse, die den Lichtaustritt formt und Umweltschutz bietet.

13. Technologietrends

Der Trend bei Automobil- und Hochzuverlässigkeits-LEDs geht weiterhin in Richtung höherer Effizienz (mehr Lichtleistung pro Watt elektrischer Eingangsleistung), verbesserter thermischer Leistung, die höhere Treiberströme in kleineren Gehäusen ermöglicht, sowie verbesserter Farbkonstanz und -sättigung. Es gibt auch einen Fokus auf die Entwicklung von Gehäusen, die eine bessere optische Kontrolle und Integration mit sekundären Optiken erleichtern. Der Trend zur Miniaturisierung hält an, neben dem Bedarf an Gehäusen, die das thermische Management für den Enddesigner vereinfachen, wie solche mit freiliegenden thermischen Pads oder fortschrittlichen Substratmaterialien.