LED Rot 3,0x3,0x0,55 mm – Durchlassspannung 2,3 V – Leistung 1,09 W – Dominante Wellenlänge 612,5-625 nm – Technisches Datenblatt

1. Produktübersicht

Das RF-A4E31-R15H-S1 ist eine leistungsstarke rote Leuchtdiode (LED) für anspruchsvolle Automobil-Innen- und Außenbeleuchtungsanwendungen. Es nutzt eine hochmoderne AlGaInP (Aluminium-Gallium-Indium-Phosphid) Epitaxiestruktur, die auf einem Substrat gewachsen ist, und bietet hervorragende Helligkeit und Zuverlässigkeit. Das Bauteil ist in einem kompakten 3,0 mm × 3,0 mm × 0,55 mm EMC (Epoxid-Vergussmasse) Gehäuse untergebracht, das eine hervorragende Wärmemanagement und robuste mechanische Festigkeit bietet.

Diese LED ist gemäß der AEC-Q102 Belastungstest-Qualifikation für diskrete Halbleiter der Automobilklasse qualifiziert, wodurch sie für raue Umgebungen geeignet ist. Sie bietet einen extrem weiten Abstrahlwinkel von 120°, der eine gleichmäßige Lichtverteilung gewährleistet. Das Produkt ist RoHS-konform und hat eine Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe 2 (MSL-2). Es wird auf Gurt und Rolle (4000 Stück/Rolle) für die effiziente Oberflächenmontage geliefert.

2. Technische Parameter

2.1 Elektrische und optische Eigenschaften (bei Ts=25 °C, IF=350 mA)

Die folgende Tabelle fasst die wichtigsten elektrischen und optischen Parameter zusammen, die unter gepulsten Bedingungen bei 25 °C gemessen wurden:

• Durchlassspannung (V_F): Min 2,0 V, Typ 2,3 V, Max 2,6 V bei IF=350 mA (Messtoleranz ±0,1 V).
• Sperrstrom (I_R): ≤10 µA bei V_R=5 V.
• Lichtstrom (Φ): Min 55,3 lm, Max 93,2 lm bei IF=350 mA (Toleranz ±10 %).
• Dominante Wellenlänge (λ_D): Min 612,5 nm, Max 625 nm bei IF=350 mA.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2): Typ 120°.
• Wärmewiderstand (Sperrschicht zur Lötstelle): R_{th JS real}Typ 12 °C/W (Max 19 °C/W); R_{th JS el}Typ 6 °C/W (Max 10 °C/W) – gemessen bei 350 mA, 25 °C.

Bei 25 °C beträgt der photoelektrische Wirkungsgrad η_e47 % (Pulsbetrieb). Die maximale Verlustleistung beträgt 1092 mW und der maximale Durchlassstrom 420 mA (700 mA Spitze bei 1/10 Tastverhältnis, 10 ms Pulsbreite). Die Sperrschichttemperatur darf 150 °C nicht überschreiten.

2.2 Absolute Maximalwerte

Das Bauteil muss innerhalb folgender Grenzen betrieben werden:

• Verlustleistung (P_D): 1092 mW
• Durchlassstrom (I_F): 420 mA
• Spitzen-Durchlassstrom (I_FP): 700 mA
• Sperrspannung (V_R): 5 V
• ESD (HBM): 2000 V
• Betriebstemperatur (T_OPR): −40 bis +125 °C
• Lagertemperatur (T_STG): −40 bis +125 °C
• Sperrschichttemperatur (T_J): 150 °C

3. Binning-System

3.1 Durchlassspannungs- und Lichtstrom-Bins (IF=350 mA)

Die LED wird basierend auf der Durchlassspannung (V_F) und dem Lichtstrom (Φ) in Bins eingeteilt:

• V_FBins (V): C0 (2,0–2,2), D0 (2,2–2,4), E0 (2,4–2,6).
• Lichtstrom-Bins (lm): PA (55,3–61,2), PB (61,2–67,8), QA (67,8–75,3), QB (75,3–83,7), RA (83,7–93,2).
• Wellenlängen-Bins (nm): C2 (612,5–615), D1 (615–617,5), D2 (617,5–620), E1 (620–622,5), E2 (622,5–625).

Kunden können erforderliche Bin-Kombinationen angeben, um eine konsistente Leistung in ihren Anwendungen sicherzustellen.

4. Leistungskurven

Die folgenden typischen optischen Kennwerte dienen als Referenz für das Design. Alle Kurven wurden bei 25 °C gemessen, sofern nicht anders angegeben.

4.1 Durchlassspannung vs. Durchlassstrom (Abb. 1-6)

Bei niedrigem Strom steigt die Durchlassspannung steil von etwa 1,6 V bei 0 mA auf 2,0 V bei 50 mA an; oberhalb von 100 mA verläuft die Kurve nahezu linear. Die typische Durchlassspannung bei 350 mA beträgt 2,3 V.

4.2 Durchlassstrom vs. relativer Lichtstrom (Abb. 1-7)

Der relative Lichtstrom steigt bis 350 mA nahezu linear mit dem Durchlassstrom an und erreicht bei 350 mA 100 % relativen Lichtstrom. Oberhalb von 350 mA flacht die Steigung aufgrund thermischer Effekte allmählich ab.

4.3 Sperrschichttemperatur vs. relativer Lichtstrom (Abb. 1-8)

Wenn die Sperrschichttemperatur von −40 °C auf 150 °C ansteigt, sinkt der relative Lichtstrom um etwa 40 %. Bei 125 °C fällt der Lichtstrom auf ungefähr 70 % des Wertes bei 25 °C.

4.4 Löttemperatur vs. Durchlassstrom (Abb. 1-9)

Um eine Überschreitung der maximalen Sperrschichttemperatur zu vermeiden, muss der Durchlassstrom reduziert werden, wenn die Löttemperatur über 25 °C liegt. Bei einer Löttemperatur von 125 °C beträgt der maximal zulässige Strom etwa 150 mA.

4.5 Spannungsverschiebung vs. Sperrschichttemperatur (Abb. 1-10)

Die Durchlassspannungsverschiebung (ΔV_F) verhält sich annähernd linear zur Temperatur: etwa −0,3 V bei 150 °C und +0,3 V bei −40 °C relativ zu 25 °C.

4.6 Abstrahldiagramm (Abb. 1-11)

Die LED emittiert Licht mit einer breiten, lambertähnlichen Verteilung. Die relative Lichtstärke bei ±60° beträgt etwa 50 % der Achsenstärke, was einer Halbwertsbreite (FWHM) von 120° entspricht.

4.7 Verschiebung der dominanten Wellenlänge vs. Sperrschichttemperatur (Abb. 1-12)

Die dominante Wellenlänge verschiebt sich mit steigender Temperatur zu längeren Wellenlängen. Bei 150 °C beträgt die Verschiebung etwa +8 nm relativ zu 25 °C; bei −40 °C beträgt die Verschiebung etwa −7 nm.

4.8 Spektrumsverteilung (Abb. 1-13)

Die Spitzenemissionswellenlänge liegt bei etwa 620 nm mit einer schmalen Halbwertsbreite (FWHM) von etwa 20 nm. Das Spektrum zeigt vernachlässigbare Nebenpeaks, was eine reine rote Farbe gewährleistet.

5. Mechanische Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Das Bauteil ist ein 3,0 mm × 3,0 mm oberflächenmontierbares Gehäuse mit einer Gesamthöhe von 0,55 mm. Die Oberseite besteht aus optisch klarem Silikon, während die Unterseite eine Metallfläche für thermische und elektrische Verbindungen aufweist. Die Polarität wird durch eine Kerbe an einer Ecke (Kathode) angezeigt.

5.2 Empfohlenes Lötpad-Muster

Um eine gute thermische und elektrische Leistung zu erzielen, beträgt das empfohlene PCB-Landmuster 2,4 mm × 2,3 mm für das Anodenpad und 1,5 mm × 0,65 mm für das Kathodenpad mit einem Abstand von 0,55 mm. Alle Maße sind ±0,2 mm.

6. Montage- und Lötrichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil

Die LED ist für das standardmäßige SMT-Reflow-Löten geeignet. Maximal zwei Reflow-Zyklen sind zulässig. Die empfohlenen Profilparameter sind:

• Vorwärmen: 150 °C → 200 °C, 60–120 s
• Zeit über 217 °C (T_L): max 60 s
• Spitzentemperatur (T_P): 260 °C, Haltezeit ≤10 s (innerhalb von 5 °C der Spitze, max 30 s)
• Aufheizrate: ≤3 °C/s (von T_Smaxbis T_P)
• Abkühlrate: ≤6 °C/s
• Gesamtzeit von 25 °C bis T_P: ≤8 min

Wenn zwischen zwei Reflow-Vorgängen mehr als 24 Stunden vergehen, müssen die LEDs erneut getrocknet werden, um Feuchtigkeitsschäden zu vermeiden.

6.2 Handhabung und Reinigung

Die Silikonverkapselung ist weich; vermeiden Sie mechanischen Druck auf die Linse. Verwenden Sie nur Isopropylalkohol zur Reinigung. Eine Ultraschallreinigung wird nicht empfohlen. Verwenden Sie keine Klebstoffe, die organische Dämpfe ausgasen, da diese das Silikon verfärben können.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

Die LEDs sind in antistatischen Feuchtigkeitsbarriere-Beuteln verpackt. Jede Rolle enthält 4000 Stück. Das Trägerband (8 mm breit) hat Abmessungen: A₀= 3,30 mm, B₀= 3,50 mm, K₀= 0,90 mm. Der Rollendurchmesser beträgt 180 mm. Die Etiketten enthalten Teilenummer, Chargennummer, Bin-Code, Menge und Datum. Lagerbedingungen vor dem Öffnen des Beutels: ≤30 °C und ≤75 % relative Luftfeuchtigkeit für bis zu 1 Jahr. Nach dem Öffnen innerhalb von 24 Stunden verwenden oder bei 60±5 °C für ≥24 Stunden backen.

8. Anwendungshinweise

8.1 Typische Anwendungen

Diese rote LED ist ideal für die Automobil-Innenbeleuchtung (Instrumententafel, Umgebungsbeleuchtung) und Außenbeleuchtung (Rückleuchten, Bremsleuchten, Blinker). Ihre hohe Helligkeit und der weite Abstrahlwinkel eignen sich auch für allgemeine Anzeige- und Signalzwecke, bei denen die Reinheit der roten Farbe entscheidend ist.

8.2 Thermomanagement

Da die Lichtausbeute und Wellenlänge der LED von der Sperrschichttemperatur abhängen, ist eine geeignete Kühlung unerlässlich. Der Wärmewiderstand der Leiterplatte und eines eventuellen Kühlkörpers muss so ausgelegt sein, dass T_Junter 150 °C im ungünstigsten Betriebsfall bleibt. Das Lötpad sollte mit einer großen Kupferfläche verbunden sein.

8.3 Stromreduzierung

Beim Betrieb bei erhöhten Umgebungstemperaturen muss der Durchlassstrom gemäß der Kurve Löttemperatur vs. Durchlassstrom reduziert werden. Beispielsweise beträgt der maximal zulässige Durchlassstrom bei T_s= 100 °C etwa 200 mA.

9. Technischer Vergleich

Im Vergleich zu herkömmlichen roten LEDs auf Basis von AlGaAs oder GaAsP bietet die in diesem Bauteil verwendete AlGaInP-Technologie eine höhere Lichtausbeute und eine bessere Temperaturstabilität. Der weite Abstrahlwinkel von 120° ist deutlich breiter als bei vielen konkurrierenden 3,0 mm × 3,0 mm roten LEDs, die typischerweise einen Halbwinkel von 90°–100° aufweisen. Die AEC-Q102 Qualifikation bietet eine höhere Zuverlässigkeit für den Automobileinsatz mit strengeren Belastungstests als handelsübliche Äquivalente.

10. Häufig gestellte Fragen

F1: Kann diese LED mit Strömen über 420 mA betrieben werden?
Nein. Die absolute maximale Nennstromstärke beträgt 420 mA (700 mA Spitze mit Tastverhältnis). Ein Betrieb oberhalb dieser Grenze führt zu dauerhaften Schäden.

F2: Wie hoch ist die typische Lebensdauer dieser LED?
Obwohl im Datenblatt nicht direkt angegeben, haben AEC-Q102 qualifizierte LEDs typischerweise sehr lange Lebensdauern (>50.000 h), wenn sie innerhalb der Nennwerte und mit geeignetem Thermomanagement betrieben werden.

F3: Wie sollte ich mit der ESD-Empfindlichkeit umgehen?
Das Bauteil ist für 2 kV HBM ausgelegt. Verwenden Sie die üblichen ESD-Schutzmaßnahmen: Erdungsbänder, leitfähige Arbeitsplätze und antistatische Verpackung.

F4: Kann ich verschiedene Lichtstrom-Bins in derselben Anwendung mischen?
Das Mischen von Bins kann zu sichtbaren Helligkeitsunterschieden führen. Es wird empfohlen, einen einzigen Bin zu verwenden, um ein gleichmäßiges Erscheinungsbild zu erzielen, sofern die Anwendung keine Abweichung toleriert.

11. Design-Studienfall

Automobil-Rückleuchten-Kombination (RCL)
Ein Kunde entwarf ein rotes LED-Modul für ein Bremslicht mit 6 Stück RF-A4E31-R15H-S1. Die LEDs wurden in 3 Serienzweigen mit 2 parallelen (3S2P) angeordnet, um 12-V-Kompatibilität zu erreichen. Jeder Zweig wurde mit insgesamt 350 mA (175 mA pro LED) mit einem eigenen Konstantstromtreiber betrieben. Eine Kupferkern-Leiterplatte (1,6 mm dick, 2 oz Kupfer) wurde verwendet, um die Löttemperatur unter 85 °C zu halten. Das Modul bestand Thermoschocktests (−40 °C bis 125 °C, 1000 Zyklen) und Feuchtigkeitstests (85 °C / 85 % relative Luftfeuchtigkeit, 1000 h) ohne Ausfälle.

12. Funktionsprinzip

Die LED basiert auf einer Doppelheterostruktur-AlGaInP-Aktivschicht, die auf einem transparenten Substrat (GaAs) gewachsen ist. Wenn eine Vorwärtsspannung angelegt wird, rekombinieren Elektronen und Löcher strahlend im aktiven Bereich und emittieren Photonen mit einer Energie, die der Bandlücke des Materials entspricht (~2,0 eV, was rotem Licht ~620 nm entspricht). Das EMC-Gehäuse umhüllt den Chip und bietet eine Linse zur effizienten Lichtauskopplung. Die Wärmeableitung erfolgt über das große Bodenpad und die Kupferbahnen der Leiterplatte.

13. Technologietrends und Ausblick

Die AlGaInP-Technologie verbessert sich weiterhin in Effizienz und thermischer Stabilität. Zukünftige Trends umfassen höhere Lichtstrom-Bins durch verbesserte Epitaxie und bessere Chip-Designs (z.B. strukturierte Substrate). Für Automobilanwendungen wird die AEC-Q102 Qualifikation zum Standard, und diese LED erfüllt bereits diese Norm. Die Miniaturisierung (z.B. 2,0 mm × 2,0 mm Gehäuse) ist ein anhaltender Trend, aber 3,0 mm × 3,0 mm bleibt aufgrund des Gleichgewichts zwischen Leistungsaufnahme und Lichtauskoppelfläche für leistungsstarke rote LEDs beliebt.