PLCC-2 Rote LED Datenblatt - 120° Abstrahlwinkel - 3550mcd @ 50mA - 2,2V - Automotive-Qualität - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt die Spezifikationen einer leistungsstarken, oberflächenmontierbaren roten LED im PLCC-2-Gehäuse. Die Bauteile sind primär für anspruchsvolle Kfz-Innenraumanwendungen entwickelt und bieten eine Kombination aus hoher Lichtausbeute, breitem Abstrahlwinkel und robuster Zuverlässigkeit. Ihre Kernvorteile umfassen die Einhaltung strenger Automobilstandards wie AEC-Q102, ausgezeichnete Schwefelbeständigkeit (Klasse A1) sowie die Konformität mit Umweltrichtlinien wie RoHS, REACH und halogenfrei. Der Zielmarkt ist die Automobilelektronik, insbesondere für Innenraum-Ambientebeleuchtung, Schalter-Hintergrundbeleuchtung und andere Anzeigefunktionen, bei denen Zuverlässigkeit und konstante Leistung unter rauen Bedingungen entscheidend sind.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Fotometrische und elektrische Kenngrößen

Die wesentlichen Leistungskennwerte der LED sind unter Standardtestbedingungen definiert. Die typische Durchlassspannung (V_F) beträgt 2,20V bei einem Durchlassstrom (I_F) von 50mA, mit einem spezifizierten Bereich von 1,75V (Min.) bis 2,75V (Max.). Die Lichtstärke (I_V) ist unter denselben 50mA-Bedingungen typisch mit 3550 Millicandela (mcd) angegeben, mit einem Minimum von 2800 mcd und einem Maximum von 5600 mcd. Die dominante Wellenlänge (λ_d) liegt bei 615nm, was ihre rote Farbe definiert, mit einer Toleranz von ±1nm. Das Bauteil verfügt über einen sehr breiten Abstrahlwinkel (φ) von 120 Grad, der eine gute Sichtbarkeit auch aus schrägen Positionen gewährleistet. Der absolute maximale Durchlassstrom beträgt 70mA, und das Bauteil ist nicht für den Betrieb mit Sperrspannung ausgelegt.

2.2 Thermische Kenngrößen und Zuverlässigkeitswerte

Das thermische Management ist entscheidend für die Lebensdauer der LED. Der thermische Widerstand von Sperrschicht zu Lötstelle (R_{th JS}) hat zwei Werte: 85 K/W (typisch, real) und 60 K/W (typisch, elektrisch). Die maximal zulässige Sperrschichttemperatur (T_J) beträgt 125°C, während der Betriebstemperaturbereich (T_opr) von -40°C bis +110°C reicht. Das Bauteil hält einer Reflow-Löttemperatur von 260°C für bis zu 30 Sekunden stand. Für den Schutz vor elektrostatischer Entladung (ESD) ist es für 2kV (Human Body Model) ausgelegt. Die Verlustleistung (P_d) ist auf 192 mW begrenzt.

3. Erläuterung des Binning-Systems

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

3.1 Binning der Lichtstärke

Die Lichtstärke wird in eine detaillierte alphanumerische Binning-Struktur kategorisiert. Die Bins reichen von L1 (11,2-14 mcd) bis hin zu Hochleistungs-Bins wie GA (18000-22400 mcd). Das spezifische in diesem Datenblatt behandelte Bauteil, basierend auf seiner typischen Nennleistung von 3550 mcd, würde in das CA-Bin (2800-3550 mcd) fallen. Dieses System ermöglicht es Designern, Bauteile mit eng tolerierten Helligkeitsstufen für gleichmäßige Beleuchtungsanwendungen auszuwählen.

3.2 Binning der dominanten Wellenlänge

Die dominante Wellenlänge, die die wahrgenommene Farbe bestimmt, wird ebenfalls gebinnt. Die Bins werden durch vierstellige Codes definiert, die die minimale und maximale Wellenlänge in Nanometern darstellen. Zum Beispiel deckt das Bin '1215' Wellenlängen von 612nm bis 615nm ab. Die typische Wellenlänge des Bauteils von 615nm platziert es in das '1518'-Bin (615-618 nm) oder möglicherweise in das '1215'-Bin, abhängig von der spezifischen Produktionscharge. Dieses präzise Binning ist entscheidend für Anwendungen, die spezifische Farborte oder Farbmischung erfordern.

4. Analyse der Kennlinien

4.1 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kennlinie)

Das bereitgestellte Diagramm zeigt die Beziehung zwischen Durchlassstrom und Durchlassspannung bei 25°C. Die Kurve ist charakteristisch für eine Diode und zeigt einen exponentiellen Anstieg des Stroms, sobald die Durchlassspannung einen Schwellenwert (bei dieser LED etwa 1,7V) überschreitet. Diese Kurve ist für die Auslegung der strombegrenzenden Schaltung essenziell, um einen stabilen Betrieb zu gewährleisten.

4.2 Thermische Eigenschaften

Mehrere Diagramme veranschaulichen die Leistungsänderung mit der Temperatur. DasRelative Lichtstärke vs. Sperrschichttemperatur-Diagramm zeigt, dass die Lichtausbeute mit steigender Temperatur abnimmt, ein typisches Verhalten für LEDs. DasRelative Durchlassspannung vs. Sperrschichttemperatur-Diagramm zeigt, dass V_Feinen negativen Temperaturkoeffizienten hat und linear mit steigender Temperatur abnimmt. Die DiagrammeDominante Wellenlänge vs. SperrschichttemperaturundRelative Wellenlänge vs. Sperrschichttemperaturzeigen eine leichte Verschiebung der Wellenlänge (typischerweise einige Nanometer) mit der Temperatur, was für farbkritische Anwendungen wichtig ist.

4.3 Spektrale Verteilung und Abstrahlcharakteristik

DasRelative spektrale Verteilung-Diagramm bestätigt die monochromatische rote Ausgabe mit einem Peak bei etwa 615nm und sehr geringer Emission in anderen Teilen des Spektrums. DasTypische Diagramm der Abstrahlcharakteristik(im Auszug nicht vollständig detailliert) würde typischerweise die räumliche Lichtverteilung zeigen und den 120°-Abstrahlwinkel veranschaulichen, bei dem die Intensität auf die Hälfte ihres Spitzenwertes abfällt.

4.4 Entlastungskennlinien und Pulsbetrieb

DieEntlastungskennlinie für den Durchlassstromist entscheidend für die Zuverlässigkeit. Sie zeigt den maximal zulässigen kontinuierlichen Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Lötpastentemperatur (T_S). Zum Beispiel ist bei einer T_Svon 110°C der maximale I_Fauf 55mA entlastet. DasDiagramm der zulässigen Pulsbelastbarkeitdefiniert den maximal zulässigen nicht-wiederholenden oder wiederholenden Pulsstrom für verschiedene Pulsbreiten (t_p) und Tastverhältnisse (D), was für PWM-Dimmung oder transiente Bedingungen nützlich ist.

5. Mechanische Daten und Gehäuseinformationen

Die LED verwendet ein standardmäßiges PLCC-2 (Plastic Leaded Chip Carrier) Oberflächenmontagegehäuse. Während die genauen mechanischen Abmessungen (Länge, Breite, Höhe) in Abschnitt 7 des Datenblatts referenziert, aber im Auszug nicht bereitgestellt werden, ist dieser Gehäusetyp weit verbreitet und ermöglicht eine automatisierte Pick-and-Place-Montage. Das Bauteil verfügt über klare Anoden- und Kathodenmarkierungen für die korrekte Ausrichtung auf der Leiterplatte. Ein empfohlenes Lötpastenlayout wird bereitgestellt, um eine ordnungsgemäße Lötstellenbildung und Wärmeableitung während des Reflow-Prozesses sicherzustellen.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Das Bauteil ist für Reflow-Lötprozesse geeignet. Das spezifizierte Profil erlaubt eine Spitzentemperatur von 260°C für maximal 30 Sekunden. Designer müssen sich an dieses Profil halten, um thermische Schäden am Kunststoffgehäuse oder dem Halbleiterchip zu verhindern. Vorsichtsmaßnahmen für die Verwendung umfassen wahrscheinlich Standardhandhabungsverfahren, um mechanische Belastung der Anschlüsse zu vermeiden, Schutz vor Feuchtigkeit (MSL Level 2) und die Vermeidung übermäßiger elektrostatischer Entladung. Richtige Lagerbedingungen entsprechen dem spezifizierten Lagertemperaturbereich von -40°C bis +110°C in einer trockenen Umgebung.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

Die Artikelnummer für dieses Bauteil ist 57-21R-UR0501H-AM. Die Bestellinformationen und Verpackungsdetails (z.B. Tape-and-Reel-Spezifikationen, Menge pro Rolle) sind in den Abschnitten 6 und 10 des Datenblatts behandelt. Die Artikelnummernstruktur kann Informationen wie Farbe (R für Rot), Gehäusetyp und möglicherweise Binning-Codes kodieren, was eine präzise Bestellung der erforderlichen Leistungsklasse ermöglicht.

8. Anwendungsempfehlungen

8.1 Typische Anwendungsszenarien

Die primäre Anwendung ist dieKfz-Innenraumbeleuchtung. Dazu gehören Armaturenbrett-Hintergrundbeleuchtung, Ambientebeleuchtung im Fußraum, Hintergrundbeleuchtung für Bedientasten und -schalter sowie Statusanzeigen auf der Mittelkonsole. Ihre AEC-Q102-Qualifikation und Schwefelbeständigkeit machen sie speziell für die raue Umgebung im Fahrzeuginneren geeignet, die hohe Temperaturen, thermische Zyklen und Kontakt mit korrosiven Gasen beinhalten kann.

8.2 Designüberlegungen

Bei der Auslegung mit dieser LED müssen Ingenieure mehrere Faktoren berücksichtigen:
1. Stromversorgung:Ein Konstantstromtreiber wird empfohlen, um eine stabile Lichtausgabe aufrechtzuerhalten, da die LED-Helligkeit eine Funktion des Stroms und nicht der Spannung ist. Die Schaltung muss I_Ffür den typischen Betrieb auf 50mA begrenzen und darf 70mA niemals überschreiten.
2. Thermisches Management:Das Leiterplattenlayout muss die Wärmeableitung von den Lötstellen ermöglichen, um zu verhindern, dass die Sperrschichttemperatur 125°C überschreitet, insbesondere in Umgebungen mit hoher Umgebungstemperatur. Die Verwendung des empfohlenen Pad-Layouts und möglicher Wärmeleitungen wird empfohlen.
3. ESD-Schutz:Obwohl für 2kV HBM ausgelegt, ist die Implementierung eines grundlegenden ESD-Schutzes auf den Eingangsleitungen eine gute Praxis, insbesondere während der Handhabung und Montage.
4. Optisches Design:Der 120°-Abstrahlwinkel bietet eine breite Abstrahlung. Für fokussiertes Licht können sekundäre Optiken (Linsen) erforderlich sein.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu Standard-LEDs für den kommerziellen Bereich sind die Hauptunterscheidungsmerkmale dieses Bauteils seine Automotive-Zuverlässigkeitszertifizierungen. Die AEC-Q102-Qualifikation umfasst eine Reihe strenger Tests für Hochtemperaturbetrieb, Temperaturschock, Feuchtigkeitsbeständigkeit und Lebensdauer. Die Schwefelbeständigkeitsklasse A1 weist auf eine überlegene Widerstandsfähigkeit gegen schwefelhaltige Atmosphären hin, was ein häufiger Ausfallmechanismus in Kfz-Umgebungen aufgrund bestimmter Gummi- und Schmiermittelverbindungen ist. Der breite Betriebstemperaturbereich (-40°C bis +110°C) übertrifft den typischer Consumer-LEDs und gewährleistet die Funktionalität unter allen klimatischen Bedingungen, denen ein Fahrzeug begegnen kann.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Kann ich diese LED direkt mit einer 3,3V-Versorgung betreiben?
A: Nein. Die typische Durchlassspannung beträgt 2,2V, kann aber bis zu 1,75V betragen. Ein direkter Anschluss an eine 3,3V-Quelle ohne strombegrenzenden Widerstand oder Treiber würde einen übermäßigen Stromfluss verursachen, der möglicherweise den absoluten Maximalwert von 70mA überschreitet und die LED zerstört. Ein Vorwiderstand oder Konstantstromtreiber ist zwingend erforderlich.

F: Wie ändert sich die Lichtausbeute, wenn ich sie mit 30mA statt 50mA betreibe?
A: Unter Bezugnahme auf dasRelative Lichtstärke vs. Durchlassstrom-Diagramm ist die Ausgabe nicht linear proportional zum Strom. Bei 30mA beträgt die relative Intensität etwa 0,6 (oder 60%) ihres Wertes bei 50mA. Daher wäre die Lichtstärke ungefähr 2130 mcd (0,6 * 3550 mcd).

F: Ist diese LED für PWM-Dimmung geeignet?
A: Ja, LEDs sind ideal für PWM-Dimmung. DasDiagramm der zulässigen Pulsbelastbarkeitsollte konsultiert werden, um sicherzustellen, dass der gewählte Spitzenstrom, die Pulsbreite und das Tastverhältnis innerhalb sicherer Betriebsgrenzen liegen. Typischerweise erlaubt das Diagramm für Dimmfrequenzen über 100Hz Pulsströme, die höher sind als das DC-Maximum, aber die Durchschnittsleistung muss dennoch kontrolliert werden.

11. Praktischer Design- und Anwendungsfall

Fall: Design einer Kfz-Schalter-Hintergrundbeleuchtung.Ein Designer muss eine Reihe von 5 Drucktastenschaltern auf einer Mittelkonsole beleuchten. Jeder Schalter benötigt eine gleichmäßige, niedrige rote Beleuchtung. Der Designer wählt diese LED aufgrund ihrer Zuverlässigkeit. Unter Verwendung einer 12V-Kfz-Versorgung wird eine Schaltung entworfen, bei der jede LED von einem dedizierten Konstantstromregler angetrieben wird, der auf 50mA eingestellt ist. Die LEDs sind auf der Leiterplatte hinter einem Lichtleiter platziert, um den 120°-Strahl gleichmäßig über das Schaltersymbol zu verteilen. Eine thermische Analyse bestätigt, dass bei der schlimmsten Fall-Innentemperatur von 85°C die Lötpastentemperatur unter 100°C bleibt, wodurch der Durchlassstrom innerhalb des aus dem Diagramm entnommenen entlasteten Grenzwerts bleibt und somit die Langzeitzuverlässigkeit gewährleistet ist.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Leuchtdioden (LEDs) sind Halbleiterbauelemente, die Licht durch Elektrolumineszenz emittieren. Wenn eine Durchlassspannung an den p-n-Übergang angelegt wird, rekombinieren Elektronen aus dem n-Typ-Material mit Löchern aus dem p-Typ-Material im aktiven Bereich. Dieser Rekombinationsprozess setzt Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts wird durch die Bandlücke der Halbleitermaterialien bestimmt, die für den Aufbau des LED-Chips verwendet werden. Bei dieser roten LED werden typischerweise Materialien wie Aluminiumgalliumarsenid (AlGaAs) oder ähnliche Verbindungen verwendet, um Photonen mit einer Wellenlänge von etwa 615nm zu erzeugen, die das menschliche Auge als rot wahrnimmt.

13. Technologietrends und Entwicklungen

Der Trend in der Kfz-LED-Beleuchtung geht hin zu höherer Effizienz (mehr Lumen pro Watt), was den Stromverbrauch und die thermische Belastung reduziert. Es gibt auch eine Bewegung hin zu kleineren Gehäusegrößen mit höherer Leistungsdichte, die kompaktere und stilvollere Designs ermöglichen. Darüber hinaus wird die Integration von Steuerelektronik direkt mit dem LED-Gehäuse (z.B. LED-Treiber, Schutzschaltungen) immer häufiger, was die Systemauslegung für Ingenieure vereinfacht. Die Nachfrage nach noch breiteren Farbgamuts und höheren Farbwiedergabeindizes (CRI) für Innenraum-Ambientebeleuchtung treibt auch Fortschritte in der Phosphortechnologie und Multi-Chip-Designs voran, obwohl dieses spezielle Bauteil eine monochromatische rote LED ist. Zuverlässigkeitsstandards entwickeln sich weiter, mit längeren Lebensdaueranforderungen und Tests für neue Umweltbelastungen.