Rote LED PLCC4 3,5x2,8x1,85mm - Vorwärtsspannung 1,9-2,5V - Leistung 125mW - Lichtstärke 1500-2800mcd - AEC-Q102 qualifiziert

1. Produktübersicht

Diese hochhelle rote LED basiert auf der AlGaInP-Halbleitertechnologie und ist in einem kompakten PLCC4-Gehäuse mit den Abmessungen 3,50 mm x 2,80 mm x 1,85 mm untergebracht. Entwickelt für anspruchsvolle Innen- und Außenbeleuchtungsanwendungen im Automobilbereich, erfüllt das Bauteil die Qualifikationsnorm AEC-Q102 für Belastungstests, was eine robuste Zuverlässigkeit unter rauen Betriebsbedingungen gewährleistet. Die LED liefert einen dominanten Wellenlängenbereich von 627,5 nm bis 635 nm mit einem typischen Abstrahlwinkel von 120°, was eine gleichmäßige Ausleuchtung über eine große Fläche ermöglicht. Mit einer Vorwärtsspannung von 1,9 V bis 2,5 V bei 50 mA und einer Lichtstärke von 1500 mcd bis 2800 mcd bietet sie eine ausgewogene Kombination aus Effizienz und Helligkeit für verschiedene Signal- und Anzeigeleuchten.

2. Analyse der technischen Parameter

2.1 Elektrische und optische Eigenschaften

Bei einem Prüfstrom von 50 mA und einer Umgebungstemperatur von 25 °C sind die elektrischen und optischen Parameter wie folgt definiert:

• Vorwärtsspannung (VF): minimal 1,9 V, typischer Wert nicht angegeben, maximal 2,5 V. Messtoleranz ±0,1 V.
• Rückstrom (IR): bei Sperrspannung 5 V maximal 10 µA, geringer Leckstrom.
• Dominante Wellenlänge (λD): 627,5 nm bis 635 nm, abdeckt den tiefroten Bereich. Messtoleranz ±0,005 nm.
• Lichtstärke (IV): 1500 mcd bis 2800 mcd, Messtoleranz ±10 %.
• Abstrahlwinkel (2θ1/2): typisch 120°, breite Abstrahlung geeignet für Anzeige- und Hintergrundbeleuchtung.
• Wärmewiderstand (Rth JS real): typisch 160 °C/W, maximal 180 °C/W (Sperrschicht zu Lötstelle). Elektrische Messmethode liefert typisch 80 °C/W, maximal 90 °C/W.

2.2 Absolute Grenzwerte

Das Bauteil darf bei einer Lötstellentemperatur von 25 °C nicht über die folgenden Grenzen betrieben werden:

• Verlustleistung: 175 mW
• Vorwärtsstrom: 70 mA (Dauerbetrieb), 100 mA Spitze (1/10 Tastverhältnis, 10 ms Pulsbreite)
• Sperrspannung: 5 V
• ESD (HBM): 2000 V
• Betriebstemperatur: -40 °C bis +100 °C
• Lagertemperatur: -40 °C bis +100 °C
• Sperrschichttemperatur: 120 °C

Es ist darauf zu achten, dass die Verlustleistung den absoluten Grenzwert nicht überschreitet. Der maximale Betriebsstrom ist nach Messung der Gehäusetemperatur zu bestimmen, um sicherzustellen, dass die Sperrschichttemperatur unter dem maximalen Grenzwert bleibt.

3. Binning-System

3.1 Vorwärtsspannungs-Bins (IF=50 mA)

Die Vorwärtsspannung ist in sechs Bins eingeteilt: B2 (1,9-2,0 V), C1 (2,0-2,1 V), C2 (2,1-2,2 V), D1 (2,2-2,3 V), D2 (2,3-2,4 V), E1 (2,4-2,5 V).

3.2 Lichtstärke-Bins

Die Lichtstärke-Bins sind definiert als M2 (1500-1800 mcd), N1 (1800-2300 mcd), N2 (2300-2800 mcd).

3.3 Wellenlängen-Bins

Dominante Wellenlängen-Bins: F2 (627,5-630 nm), G1 (630-632,5 nm), G2 (632,5-635 nm).

Diese Bins ermöglichen es Kunden, Bauteile mit engen Toleranzen für konsistente Farbe und Helligkeit in der Massenproduktion auszuwählen. Der Bin-Code auf dem Produktetikett gibt die genaue Kombination aus VF-, IV- und Wellenlängen-Rängen an.

4. Kennlinien

4.1 Vorwärtsspannung vs. Vorwärtsstrom (V-I-Kennlinie)

Die Vorwärtsspannung steigt nichtlinear mit dem Strom an. Bei 1,9 V liegt der Strom nahe Null; bei 2,5 V erreicht der Strom etwa 60 mA. Die Kurve zeigt eine typische Vorwärtsspannung von etwa 2,2 V bei 50 mA.

4.2 Relative Lichtstärke vs. Vorwärtsstrom

Die relative Lichtstärke steigt bis 60 mA nahezu linear mit dem Vorwärtsstrom an. Bei 50 mA beträgt die relative Lichtstärke etwa 100 % (Referenzpunkt). Eine Dimmung durch Stromreduzierung ist wirksam, jedoch ist die Farbverschiebung in diesem Bereich minimal.

4.3 Einfluss der Sperrschichttemperatur

Wenn die Sperrschichttemperatur von -40 °C auf 120 °C steigt, nimmt die relative Lichtstärke bei 120 °C im Vergleich zur Raumtemperatur um etwa 20 % ab. Die Vorwärtsspannungsverschiebung (ΔVF) ist mit der Temperatur negativ und sinkt über den gesamten Bereich um etwa 0,2 V. Die dominante Wellenlänge verschiebt sich mit steigender Temperatur geringfügig (etwa 4-5 nm) zu längeren Wellenlängen. Diese Eigenschaften sind für das Wärmemanagement in Hochtemperatur-Umgebungen im Automobil wichtig.

4.4 Derating der Löttemperatur

Der maximale Vorwärtsstrom muss mit steigender Lötstellentemperatur reduziert werden. Bei 100 °C Löttemperatur sinkt der zulässige Strom auf etwa 20 mA von 70 mA bei 25 °C.

4.5 Abstrahlcharakteristik

Das Abstrahldiagramm zeigt eine typische lambertsche Verteilung mit einem Halbwinkel von ±60°, was den breiten Abstrahlwinkel von 120° bestätigt. Die Intensität ist über den Abstrahlkegel gleichmäßig.

4.6 Spektrale Verteilung

Die spektrale Verteilung hat ihr Maximum bei etwa 630 nm mit einer Halbwertsbreite (FWHM) von etwa 20-25 nm. Es wird keine Nebenemission beobachtet, was die Farbreinheit gewährleistet.

5. Mechanische und Verpackungsinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die LED ist in einem PLCC4-Gehäuse verkapselt mit den Abmessungen: Länge 3,50 mm, Breite 2,80 mm, Höhe 1,85 mm. Das Gehäuse hat eine Polmarkierung (Punkt) in der Draufsicht, die die Kathode kennzeichnet. Die Unterseite zeigt vier Anschlüsse: Pad 1 (Kathode), Pad 2 (Anode), Pad 3 (Anode), Pad 4 (Kathode) gemäß dem Polaritätsdiagramm. Die Polarität wird auch durch eine Abschrägung an der Gehäuseecke angezeigt.

5.2 Empfohlenes Lötpad-Layout

Das empfohlene PCB-Landmuster umfasst vier Pads: zwei innere Anodenpads (jeweils 2,20 mm x 0,80 mm) und zwei äußere Kathodenpads (jeweils 2,60 mm x 0,80 mm). Die Gesamtgrundfläche beträgt 4,60 mm x 1,60 mm mit einem Abstand von 0,70 mm zwischen den Pads. Toleranzen betragen ±0,05 mm, sofern nicht anders angegeben.

5.3 Gurtband und Rolle

Die Bauteile werden in 8 mm breitem Gurtband mit 4 mm Teilung der Transportlöcher geliefert. Bandabmessungen: Breite 8,00 mm, Taschenabstand 4,00 mm, Kavitätsgröße 3,50 mm x 2,80 mm x 1,85 mm. Jede Rolle (330 mm Durchmesser) enthält 2000 Stück. Der Rollenkern hat einen Innendurchmesser von 60 mm mit 13,6 mm Kernloch.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil

Das empfohlene Reflow-Profil (bleifrei) ist wie folgt:

• Durchschnittliche Aufheizrate: maximal 3 °C/s von Tsmin (150 °C) bis Tp
• Vorwärmen: 150 °C bis 200 °C für 60-120 Sekunden
• Zeit über 217 °C (TL): maximal 60 Sekunden
• Spitzentemperatur (Tp): 260 °C für maximal 10 Sekunden
• Abkühlrate: maximal 6 °C/s
• Zeit von 25 °C bis zur Spitze: maximal 8 Minuten

Das Reflow-Löten sollte nicht mehr als zweimal durchgeführt werden. Wenn zwischen zwei Lötvorgängen mehr als 24 Stunden vergehen, können die LEDs Feuchtigkeit aufnehmen und beschädigt werden. Während des Erhitzens darf keine mechanische Belastung ausgeübt werden.

6.2 Handlöten

Wenn manuelles Löten erforderlich ist, verwenden Sie einen Lötkolben mit weniger als 300 °C für weniger als 3 Sekunden und nur einmal.

6.3 Lagerung und Feuchtigkeitsempfindlichkeit

Die Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe ist Level 2. Vor dem Öffnen des Aluminiumbeutels bei ≤30 °C und ≤75 % relativer Luftfeuchtigkeit bis zu einem Jahr ab Herstellungsdatum lagern. Nach dem Öffnen innerhalb von 24 Stunden bei ≤30 °C und ≤60 % relativer Luftfeuchtigkeit verwenden. Wenn die Lagerbedingungen überschritten wurden, ist ein Backen bei 60±5 °C für mehr als 24 Stunden erforderlich.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

Das Produkt wird in Rollen zu 2000 Stück verpackt. Jede Rolle wird in einem feuchtigkeitsdichten Beutel mit Trockenmittel und Feuchtigkeitsindikatorkarte versiegelt. Der äußere Karton enthält mehrere Rollen. Jede Rolle und jeder Beutel ist mit Teilenummer, Spezifikationsnummer, Chargennummer, Bin-Code, Menge und Datumscode gekennzeichnet. Der Bin-Code codiert die spezifischen Ränge für Lichtstärke, Farbort (Wellenlänge) und Vorwärtsspannung.

8. Anwendungsempfehlungen

8.1 Typische Anwendungen

Automobil-Innenbeleuchtung (Armaturenbrettanzeigen, Ambientebeleuchtung), Außenbeleuchtung (Bremsleuchten, Blinker, Rückleuchten), Schalter und allgemeine Signalanzeigen. Der große Abstrahlwinkel und die hohe Helligkeit machen die LED geeignet für Kantenbeleuchtung und Hintergrundbeleuchtung.

8.2 Designüberlegungen

• Wärmemanagement:Angesichts des Wärmewiderstands von 160 °C/W ist bei Betrieb nahe dem maximalen Strom eine ausreichende Kühlung erforderlich. Halten Sie die Lötstellentemperatur unter 100 °C, um sicherzustellen, dass die Sperrschichttemperatur unter 120 °C bleibt.
• Strombegrenzung:Verwenden Sie stets einen Vorwiderstand oder eine Konstantstromquelle, um Überstrom zu vermeiden. Kleine Spannungsschwankungen verursachen aufgrund der steilen I-V-Kennlinie große Stromänderungen.
• ESD-Schutz:Das Bauteil ist mit 2 kV HBM bewertet. Treffen Sie geeignete ESD-Vorsichtsmaßnahmen bei Handhabung und Montage.
• Schwefel- und Halogenbeschränkungen:Halten Sie den Schwefelgehalt unter 100 ppm, Brom unter 900 ppm, Chlor unter 900 ppm und den Gesamtgehalt unter 1500 ppm, um Korrosion und Helligkeitsverlust zu vermeiden.
• Flüchtige organische Verbindungen (VOCs):Vermeiden Sie Klebstoffe oder Vergussmassen, die organische Dämpfe ausgasen, die in das Silikonvergussmittel eindringen und Verfärbungen verursachen können.
• Reinigung:Isopropylalkohol wird zur Reinigung nach dem Löten empfohlen. Verwenden Sie keine Ultraschallreinigung, da dies die LED beschädigen kann.

9. Technologievergleich

Im Vergleich zu herkömmlichen roten LEDs auf Basis von GaAsP oder GaP bietet dieses AlGaInP-Bauteil eine deutlich höhere Lichtausbeute (typisch 1500-2800 mcd bei 50 mA) und eine bessere Temperaturstabilität. Das PLCC4-Oberflächenmontagegehäuse mit einem großen Abstrahlwinkel von 120° bietet Designflexibilität für platzbeschränkte Automobilmodule. Die AEC-Q102-Qualifikation stellt sicher, dass die LED strenge Automobilzuverlässigkeitsanforderungen erfüllt, einschließlich Temperaturschock, Lebensdauertest und Betrieb bei hoher Luftfeuchtigkeit.

10. Häufig gestellte Fragen

F: Was ist der maximal empfohlene Betriebsstrom für diese LED?
A: Der absolute maximale Dauer-Vorwärtsstrom beträgt 70 mA, aber für einen zuverlässigen Langzeitbetrieb muss eine Derating basierend auf Umgebungstemperatur und Wärmemanagement angewendet werden. Typischerweise sind 50 mA ein sicherer Nennstrom bei ausreichender Kühlung.

F: Kann diese LED mit einem PWM-Signal angesteuert werden?
A: Ja, die LED kann zur Dimmung pulsweitenmoduliert werden. Achten Sie darauf, dass der Spitzenstrom 100 mA nicht überschreitet und das Tastverhältnis begrenzt ist, um die durchschnittliche Leistung unter 175 mW zu halten.

F: Wie ist die Farbkonsistenz über verschiedene Helligkeits-Bins?
A: Die Wellenlängen-Bins sind unabhängig von den Intensitäts-Bins. Kunden sollten sowohl Wellenlängen- als auch Intensitäts-Bins für eine konsistente Farbe und Helligkeit auswählen. Die typische Wellenlängenverschiebung mit Strom und Temperatur ist innerhalb des angegebenen Bereichs minimal.

11. Praktische Anwendungsbeispiele

Fallbeispiel 1: Autobegrenzungsleuchte (Rear Combination Lamp)
Konstrukteure verwendeten 18 dieser roten LEDs in einer 3er-Reihen-6er-Parallelschaltung für ein Rücklicht. Jeder Strang wurde mit 40 mA von einem Konstantstrom-IC angesteuert. Die thermische Simulation zeigte, dass die Sperrschichttemperatur bei einer Umgebungstemperatur von 50 °C unter 85 °C blieb. Der große Abstrahlwinkel machte eine sekundäre Optik überflüssig.

Fallbeispiel 2: Innenraum-Ambientebeleuchtung
Für ein Akzentlicht in der Mittelkonsole wurden zwei LEDs hinter einem Lichtleiter platziert. Der 120°-Abstrahlwinkel sorgte für eine gleichmäßige Ausleuchtung entlang des Lichtleiters. Die niedrige Vorwärtsspannung ermöglichte den direkten Betrieb an einer 3,3-V-Versorgung mit einem 22-Ω-Widerstand pro LED, wobei eine Lichtstärke von 1500 mcd pro LED bei 30 mA erreicht wurde.

12. Funktionsprinzip

Die rote LED verwendet AlGaInP (Aluminium-Gallium-Indium-Phosphid) als aktive Schicht, ein direkter Halbleiter mit Bandlücke. Bei Durchlassspannung rekombinieren Elektronen aus der n-Schicht mit Löchern in der p-Schicht und geben Energie in Form von Photonen ab. Die Bandlückenenergie von AlGaInP kann durch Anpassung des Indiumanteils so eingestellt werden, dass sie im roten Bereich (um 630 nm) emittiert. Die Multiquantentopf-Struktur erhöht die Rekombinationseffizienz, was zu einer hohen Lichtstärke selbst bei moderaten Strömen führt. Das transparente Substrat und das optimierte Chipdesign verbessern die Lichtauskopplung.

13. Entwicklungstrends

Der Trend bei roten LEDs für Automobilanwendungen geht zu höherer Effizienz (lm/W) und kleineren Gehäusegrößen, um kompaktere Beleuchtungsdesigns zu ermöglichen. Verbesserungen im AlGaInP-Epitaxiewachstum und in der Chipformung treiben die Lichtausbeute für Rot über 100 lm/W hinaus. Zudem wird die Integration von ESD-Schutz im Gehäuse immer üblicher. Die Übernahme von AEC-Q102 und ähnlichen Standards stellt sicher, dass diese LEDs rauen Automobilumgebungen standhalten. Zukünftige Entwicklungen könnten vollspektrum-abstimmbare rot-amber-grün Module umfassen, die mehrere Chips in einem einzigen PLCC-Gehäuse verwenden.