PLCC-4 Super-Rot-LED Datenblatt - 3,5x3,0x1,9mm - 2,35V - 0,1175W - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument erläutert die Spezifikationen einer hochleistungsfähigen Super-Rot-LED im PLCC-4-Oberflächenmontagegehäuse (Plastic Leaded Chip Carrier). Die Komponente wurde primär für anspruchsvolle Automobilbeleuchtungsanwendungen entwickelt, sowohl für den Innen- als auch Außenbereich. Ihre Kernvorteile umfassen eine hohe Lichtstärke, einen weiten Abstrahlwinkel sowie einen robusten Aufbau, der strengen automobilspezifischen Zuverlässigkeitsstandards entspricht, wie AEC-Q102, Schwefelbeständigkeit (Klasse A1) und Konformität mit RoHS, REACH sowie halogenfreien Anforderungen. Der Zielmarkt umfasst Automobil-OEMs und Tier-1-Zulieferer, die fortschrittliche Beleuchtungssysteme entwickeln.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Lichttechnische und elektrische Kenngrößen

Die Leistung der LED wird bei einem typischen Durchlassstrom (IF) von 50mA charakterisiert. Die typische Lichtstärke (IV) beträgt 1800 Millicandela (mcd), mit einem Minimum von 1400 mcd und einem Maximum von 2800 mcd, was auf eine mögliche Binning-Klassifizierung für die Helligkeit hindeutet. Die Durchlassspannung (VF) liegt typischerweise bei 2,35V, im Bereich von 2,0V bis 2,75V, was für die Treiberschaltungsauslegung und die Berechnung der Verlustleistung entscheidend ist. Die dominante Wellenlänge (λd) liegt bei 630 nm (Super-Rot-Spektrum), mit einer Bandbreite von 627 nm bis 639 nm. Ein wesentliches Merkmal ist der sehr weite Abstrahlwinkel (φ) von 120 Grad, der eine breite und gleichmäßige Ausleuchtung für Signal- und Umgebungsbeleuchtung ermöglicht.

2.2 Absolute Maximalwerte und Wärmemanagement

Kritische Grenzwerte dürfen nicht überschritten werden, um die Lebensdauer der Komponente sicherzustellen. Der absolute maximale Dauer-Durchlassstrom beträgt 70 mA, mit einem Stoßstrom (IFM) von 100 mA für Pulse ≤10 μs. Die maximale Sperrschichttemperatur (TJ) liegt bei 125°C, und der Betriebstemperaturbereich (Topr) reicht von -40°C bis +110°C, was für raue Automobilumgebungen geeignet ist. Das Wärmemanagement ist von entscheidender Bedeutung; der Wärmewiderstand von der Sperrschicht zum Lötpunkt (Rth JS) wird mit zwei Werten angegeben: einer \"realen\" Messung (Typ. 70 K/W, Max. 95 K/W) und einer \"elektrischen\" Messung (Typ. 50 K/W, Max. 67 K/W). Dieser Parameter verknüpft die Verlustleistung (Pd = VF * IF) direkt mit dem Temperaturanstieg an der Sperrschicht. Die Derating-Kurve zeigt, dass der Durchlassstrom reduziert werden muss, wenn die Lötpastentemperatur steigt, z.B. auf 57 mA bei 110°C Lötpastentemperatur.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um die Konsistenz in der Produktion sicherzustellen, werden die LEDs anhand wichtiger Parameter in Bins sortiert.

3.1 Binning der Lichtstärke

Es werden drei Intensitätsgruppen definiert: AB (1400-1800 mcd), BA (1800-2240 mcd) und BB (2240-2800 mcd). Entsprechende Lichtstrombereiche (als Referenz) werden ebenfalls angegeben.

3.2 Binning der dominanten Wellenlänge

Die Wellenlänge wird in 3-Nanometer-Schritten sortiert, von 2730 (627-630 nm) bis 3639 (636-639 nm). Dies ermöglicht die Auswahl von LEDs mit sehr spezifischen Farbpunkten.

3.3 Binning der Durchlassspannung

Spannungs-Bins werden in 0,25V-Schritten definiert, von 1720 (1,75-2,00V) bis 2527 (2,50-2,75V). Die Abstimmung der VF-Bins kann für den Stromausgleich in Multi-LED-Arrays wichtig sein.

4. Analyse der Leistungskurven

4.1 IV-Kennlinie und relative Intensität

Die Kennlinie Durchlassstrom vs. Durchlassspannung zeigt einen charakteristischen exponentiellen Zusammenhang. Die Kurve der relativen Lichtstärke vs. Durchlassstrom ist bis zum typischen 50mA nahezu linear, was auf einen guten Wirkungsgrad im normalen Betriebsbereich hindeutet.

4.2 Temperaturabhängigkeit

Mehrere Diagramme veranschaulichen das thermische Verhalten. Die relative Durchlassspannung vs. Sperrschichttemperatur hat einen negativen Temperaturkoeffizienten und sinkt über einen Bereich von 150°C um etwa 0,2V, was für die Temperaturerfassung genutzt werden kann. Die relative Lichtstärke vs. Sperrschichttemperatur zeigt, dass die Ausgangsleistung mit steigender Temperatur abnimmt – ein kritischer Faktor für das thermische Design. Die Verschiebung der dominanten Wellenlänge vs. Sperrschichttemperatur zeigt eine Rotverschiebung (Zunahme der Wellenlänge) bei Erwärmung, was für AlInGaP-LEDs typisch ist.

4.3 Spektrale Verteilung und Abstrahlcharakteristik

Das Diagramm der Wellenlängencharakteristik zeigt einen schmalen spektralen Peak um 630 nm und bestätigt die reine Rotfarbe. Das typische Diagramm der Abstrahlcharakteristik stellt das 120-Grad-Abstrahlmuster visuell dar.

4.4 Pulsbelastbarkeit

Ein Diagramm zeigt den zulässigen Pulsstrom in Abhängigkeit von der Pulsbreite für verschiedene Tastverhältnisse. Dies ist wesentlich für den Entwurf von Schaltungen mit Pulsbetrieb, wie z.B. bei PWM-Dimmung oder Kommunikationssystemen.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

Die LED verwendet ein standardmäßiges PLCC-4-Gehäuse. Die mechanische Zeichnung (implizit durch Abschnittsreferenz) würde die genauen Abmessungen (typischerweise etwa 3,5mm x 3,0mm x 1,9mm), den Anschlussabstand und die Linsengeometrie spezifizieren. Die Polarität wird durch die Gehäuseform und/oder eine Markierung auf der Ober- oder Unterseite angezeigt. Ein empfohlenes Lötpastenlayout wird bereitgestellt, um zuverlässige Lötstellen und eine ordnungsgemäße Wärmeableitung während des Reflow-Lötens sicherzustellen.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Die Komponente ist für Reflow-Löten mit einer Spitzentemperatur von 260°C für 30 Sekunden ausgelegt, entsprechend einem Standardprofil mit kontrollierten Aufheiz-, Halte- und Abkühlraten. Vorsichtsmaßnahmen umfassen die Vermeidung mechanischer Belastung der Linse, die Verhinderung von Kontamination und die Sicherstellung, dass die thermische Anschlussfläche ordnungsgemäß gelötet ist, um eine optimale Wärmeübertragung zu gewährleisten. Die Lagerbedingungen sollten im spezifizierten Bereich von -40°C bis +110°C in einer trockenen Umgebung liegen.

7. Verpackung und Bestellinformationen

Die Verpackung erfolgt typischerweise auf Tape & Reel für die automatisierte Montage. Die Bauteilenummernstruktur wird wie folgt decodiert: 67-41 (Familie), SR (Super-Rot-Farbe), 050 (50mA Prüfstrom), 1 (Gold-Bondrahmen), H (Hohe Helligkeitsstufe), AM (Automobilanwendung). Diese Kodierung ermöglicht eine präzise Identifikation der Leistungsmerkmale des Bauteils.

8. Anwendungsempfehlungen

8.1 Typische Anwendungsszenarien

Primäre Anwendungen sind die Automobil-Außenbeleuchtung (z.B. dritte Bremsleuchte, Rückleuchten, Seitenmarkierungsleuchten) und die Innenbeleuchtung (z.B. Instrumententafel-Hintergrundbeleuchtung, Schalterbeleuchtung, Ambientebeleuchtung). Die hohe Helligkeit und der weite Winkel machen sie sowohl für Direktsicht- als auch für Lichtleiter-Anwendungen geeignet.

8.2 Design-Überlegungen

Konstrukteure müssen die Strombegrenzung berücksichtigen, typischerweise durch einen Konstantstromtreiber oder einen Vorwiderstand in Reihe mit einer stabilen Spannungsquelle. Das Wärmemanagement ist von größter Bedeutung; das PCB-Layout muss eine ausreichend dimensionierte thermische Anschlussfläche und gegebenenfalls Wärmeableitungen (Thermal Vias) zur Wärmeableitung bereitstellen. Die ESD-Empfindlichkeit von 2kV (HBM) erfordert standardmäßige ESD-Schutzmaßnahmen während der Montage. Für schwefelreiche Umgebungen sollte die Schwefelbeständigkeitsklasse A1 gegen die spezifische Anwendungsumgebung geprüft werden.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu Standard-Rot-LEDs bietet die \"Super-Rot\"-Technologie dieses Bauteils eine höhere Lichtstärke und eine gesättigtere Farbe. Das PLCC-4-Gehäuse bietet eine robustere mechanische und thermische Schnittstelle als kleinere Gehäuse wie 0603 oder 0805. Die Kombination aus AEC-Q102-Qualifikation, weitem Temperaturbereich und Schwefelbeständigkeit zielt speziell auf den Automobileinsatz ab und unterscheidet es von kommerziellen Bauteilen, die den rauen Automobil-Lebenszyklus möglicherweise nicht überstehen.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Welchen Treiberstrom sollte ich verwenden?

A: Der typische Betriebsstrom beträgt 50mA, bei dem die spezifizierten 1800mcd erreicht werden. Für eine höhere Ausgangsleistung kann sie kontinuierlich bis zu 70mA betrieben werden, jedoch muss das thermische Derating gemäß Diagramm angewendet werden. Ein Betrieb unter 5mA ist zu vermeiden.

F: Wie sind die beiden verschiedenen Wärmewiderstandswerte zu interpretieren?

A: Der \"reale\" Rth JS wird physikalisch gemessen und ist konservativer. Der \"elektrische\" Rth JS wird aus elektrischen Parametern abgeleitet und kann niedriger sein. Für ein zuverlässiges thermisches Design wird empfohlen, den höheren \"realen\" Wert (Max. 95 K/W) zu verwenden.

F: Kann ich PWM zur Dimmung verwenden?

A: Ja, das Diagramm zur Pulsbelastbarkeit liefert Richtwerte. Beispielsweise sind bei einem Tastverhältnis von 1% (D=0,01) kurze Pulse deutlich über 70mA zulässig, was eine effektive PWM-Dimmung ermöglicht.

F: Ist ein Kühlkörper erforderlich?

A: Für den Dauerbetrieb bei 50mA oder mehr, insbesondere bei hohen Umgebungstemperaturen, ist eine effektive Wärmeableitung über die thermische Anschlussfläche der Leiterplatte wesentlich, um die Sperrschichttemperatur unter 125°C zu halten und Lichtausbeute sowie Lebensdauer zu gewährleisten.

11. Praktisches Design- und Anwendungsbeispiel

Beispiel: Entwurf einer dritten Bremsleuchte (CHMSL)

Ein Konstrukteur benötigt 15 LEDs für ein CHMSL-Array. Er wählt LEDs aus dem BA-Helligkeits-Bin (1800-2240 mcd) und dem 3033-Wellenlängen-Bin (630-633 nm) für Farbkonstanz. Unter Verwendung des 13,8V-Bordnetzes und einem Zielstrom von 50mA pro LED entwirft er eine Schaltung mit drei parallel geschalteten Strings à 5 LEDs. Ein Vorwiderstand wird für jeden String basierend auf der typischen VF von 2,35V (5 * 2,35V = 11,75V) berechnet. Der Widerstandswert beträgt (13,8V - 11,75V) / 0,05A = 41 Ohm. Es wird eine Leiterplatte mit einer durchgehenden Kupferfläche unter der thermischen Anschlussfläche der LED als Kühlkörper entworfen, um die Lötpastentemperatur gemäß Derating-Kurve unter 80°C zu halten und den vollen 50mA-Betrieb zu ermöglichen.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Hierbei handelt es sich um eine lichtemittierende Diode auf Basis eines Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP) Halbleiters. Wird eine Durchlassspannung angelegt, die die Bandlückenenergie übersteigt, rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich und setzen Energie in Form von Photonen frei. Die spezifische Zusammensetzung der AlInGaP-Schichten bestimmt die Bandlückenenergie, die der emittierten roten Lichtwellenlänge (ca. 630 nm) entspricht. Die Epoxidlinse des PLCC-Gehäuses formt den Lichtaustritt, um den 120-Grad-Abstrahlwinkel zu erreichen.

13. Technologietrends und Entwicklungen

Der Trend bei Automotive-LEDs geht hin zu höherer Effizienz (mehr Lumen pro Watt), erhöhter Leistungsdichte und stärkerer Integration (z.B. Multi-Chip-Gehäuse, integrierte Treiber). Ebenso wird eine verbesserte Farbstabilität über Temperatur und Lebensdauer angestrebt. Darüber hinaus entstehen neue Gehäuseformen mit verbesserter thermischer Leistung, wie Keramiksubstrate oder fortschrittliche Spritzgusspackages, um die höheren Leistungsanforderungen für Anwendungen wie Adaptive Driving Beam (ADB) und Mikroprojektion zu bewältigen. Die Einhaltung von Standards wie AEC-Q102 und spezifischen chemischen Beständigkeiten (Schwefel, Feuchtigkeit) bleibt ein entscheidendes Differenzierungsmerkmal für Automotive-Komponenten.