LED Orange PLCC2 2,2x1,4x1,3mm - Durchlassspannung 1,8V - Leistung 69mW - Dominante Wellenlänge 605nm - Deutsches Technisches Datenblatt

1. Produktübersicht

Die RF-AURB14TS-AA-B ist eine leistungsstarke oberflächenmontierte LED im PLCC2-Gehäuse, die für anspruchsvolle Automobil- und Industrieanwendungen konzipiert wurde. Das Bauteil verwendet eine fortschrittliche AlGaInP (Aluminium-Gallium-Indium-Phosphid) Epitaxietechnologie auf einem Substrat, um gesättigtes orangefarbenes Licht mit einer dominanten Wellenlänge von 605 nm zu erzeugen. Das kompakte Gehäuse misst 2,2 mm × 1,4 mm × 1,3 mm und eignet sich daher für platzsparende Designs, während es durch das bodenseitige Wärmeleitpad eine hervorragende Wärmeableitung bietet.

Zu den Hauptmerkmalen gehören ein extrem weiter Abstrahlwinkel von 120°, Kompatibilität mit allen SMT-Bestückungsprozessen sowie die Einhaltung der RoHS- und REACH-Richtlinien. Der Produktqualifizierungsplan basiert auf dem AEC-Q101-Stresstest für Automotive-Diskrethalbleiter und gewährleistet eine robuste Zuverlässigkeit unter rauen Bedingungen. Die Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe ist mit Level 2 eingestuft, was eine sorgfältige Handhabung nach dem Öffnen der versiegelten Verpackung erfordert.

1.1 Eigenschaften

• PLCC2-Standardgehäuse für einfache Bestückung
• Extrem weiter 120° Abstrahlwinkel für gleichmäßige Lichtverteilung
• Geeignet für alle SMT-Bestückungs- und Lötprozesse (Reflow, Welle, Handlöten)
• Lieferung auf Gurt und Rolle für automatisierte Fertigung
• Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe: Level 2 (gemäß J-STD-033)
• Konform mit RoHS- und REACH-Umweltstandards
• Qualifiziert nach AEC-Q101 für Automobilanwendungen

1.2 Anwendungen

Hauptanwendung: Innenraumbeleuchtung von Kraftfahrzeugen, einschließlich Armaturenbrettanzeigen, Hintergrundbeleuchtung von Infotainmentsystemen, Ambientebeleuchtungsstreifen und Tastenbeleuchtung. Der weite Abstrahlwinkel und die hohe Lichtstärke (bis zu 120 mcd bei 5 mA) gewährleisten eine hervorragende Sichtbarkeit und ästhetische Wirkung in Fahrzeugkabinen.

2. Technische Parameter

Alle elektrischen und optischen Kennwerte werden, sofern nicht anders angegeben, bei einer Löttemperatur von 25 °C gemessen. Die LED ist für den Betrieb mit einem Durchlassstrom von 5 mA für typische Anwendungen ausgelegt, mit einem absoluten Grenzwert von 30 mA DC.

Die Durchlassspannung dieser LED ist im Vergleich zu konkurrierenden Technologien relativ niedrig, mit einem typischen Wert von 1,8 V bei 5 mA. Diese niedrige Spannung ermöglicht einen direkten Betrieb aus Niederspannungs-Stromversorgungen und reduziert die Verlustleistung in der LED selbst. Der Sperrstrom ist auf 10 µA bei 5 V Sperrspannung begrenzt, was eine vernachlässigbare Leckage bei Verpolung gewährleistet.

Die Lichtstärke ist bei 5 mA in den Bereichen 65 bis 120 mcd eingeteilt, mit drei Intensitätsklassen (F1, F2, G1). Die dominante Wellenlänge wird innerhalb eines engen Bereichs von 7,5 nm (602,5–610 nm) kontrolliert, mit einem Mittelpunkt bei 605 nm, was einem gesättigten Orangeton entspricht. Der weite Abstrahlwinkel von 120° macht die LED ideal für Anwendungen, die eine großflächige Beleuchtung ohne Hotspots erfordern.

2.1 Absolute Grenzwerte

Die absoluten Grenzwerte dürfen während des Betriebs niemals überschritten werden. Die LED kann einen Spitzen-Durchlassstrom von 100 mA mit einem Tastgrad von 1/10 und einer Pulsbreite von 10 ms verarbeiten, was für Multiplex-Ansteuerungen nützlich ist. Die Sperrschichttemperaturgrenze von 120 °C erfordert ein ordnungsgemäßes Wärmemanagement; der Wärmewiderstand (Sperrschicht zu Lötpad) ist mit maximal 300 °C/W angegeben, sodass bei einer Verlustleistung von 69 mW der Temperaturanstieg über dem Lötpunkt etwa 20,7 °C beträgt. Dies ermöglicht einen sicheren Betrieb der LED selbst bei erhöhten Umgebungstemperaturen bis zu 100 °C.

3. Bin-System für Durchlassspannung, Lichtstärke und dominante Wellenlänge

Um eine gleichbleibende optische und elektrische Leistung zu gewährleisten, wird diese LED nach Durchlassspannung, Lichtstärke und dominanter Wellenlänge in Bins sortiert. Das Bin-System ermöglicht es Kunden, Bauteile mit eng abgestimmten Eigenschaften für eine gleichmäßige Beleuchtung in Multi-LED-Anwendungen auszuwählen.

3.1 Durchlassspannungs-Bins (bei IF=5mA)

Die Durchlassspannung ist in sechs Bins unterteilt: A2 (1,7–1,8 V), B1 (1,8–1,9 V), B2 (1,9–2,0 V), C1 (2,0–2,1 V), C2 (2,1–2,2 V) und D1 (2,2–2,3 V). Die typische Spannung von 1,8 V fällt in Bin B1. Die Wahl eines engen Spannungs-Bins reduziert die Abweichung der Stromverteilung, wenn LEDs parallel geschaltet werden.

3.2 Lichtstärke-Bins (bei IF=5mA)

Es sind drei Intensitäts-Bins definiert: F1 (65–80 mcd), F2 (80–100 mcd) und G1 (100–120 mcd). Der typische Wert von 100 mcd liegt an der Grenze von F2 und G1. Wählen Sie für maximale Helligkeit G1; für kostenempfindliche Anwendungen kann F1 ausreichend sein.

3.3 Dominante Wellenlängen-Bins (bei IF=5mA)

Drei Wellenlängen-Bins decken das orangefarbene Spektrum ab: A2 (602,5–605 nm), B1 (605–607,5 nm) und B2 (607,5–610 nm). Der typische Wert von 605 nm ist die untere Grenze von Bin B1. Eine enge Wellenlängenkontrolle gewährleistet Farbkonsistenz über Produktionschargen hinweg.

4. Analyse der Leistungskurven

Die typischen Kennlinien für optische Eigenschaften im Datenblatt geben Aufschluss über das Verhalten der LED unter verschiedenen Betriebsbedingungen. Das Verständnis dieser Kurven ist entscheidend für das richtige Schaltungsdesign und Wärmemanagement.

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

Abbildung 1-6 zeigt die für LEDs typische exponentielle Beziehung. Bei 1,5 V ist der Strom vernachlässigbar; bei 1,7 V steigt der Strom steil auf etwa 2 mA an; bei 1,9 V erreicht der Strom etwa 10 mA. Diese steile Flanke unterstreicht die Notwendigkeit einer Stromregelung anstelle einer Spannungsansteuerung. Eine kleine Spannungsänderung (0,2 V) kann eine fünffache Stromänderung verursachen, was den absoluten Grenzwert überschreiten könnte.

4.2 Durchlassstrom vs. relative Intensität

Abbildung 1-7 zeigt den nahezu linearen Zusammenhang zwischen Durchlassstrom und relativer Lichtausbeute bis zu 8 mA. Eine Verdopplung des Stroms von 2 mA auf 4 mA verdoppelt die Lichtausbeute ungefähr. Oberhalb von 5 mA beginnt die Kurve leicht zu sättigen, was darauf hindeutet, dass der maximale Wirkungsgrad bei moderaten Strömen liegt.

4.3 Temperatureffekte auf Lichtausbeute und Durchlassspannung

Abbildung 1-8 zeigt, dass der relative Lichtstrom bei steigender Löttemperatur von Raumtemperatur auf 120 °C um etwa 40 % abfällt. Dieser thermische Abfall ist typisch für AlGaInP-LEDs und muss in Umgebungen mit hohen Temperaturen, wie z. B. in Fahrzeuginnenräumen, berücksichtigt werden. Abbildung 1-10 zeigt, dass die Durchlassspannung linear mit der Temperatur abnimmt (etwa -2 mV/°C). Dieser negative Temperaturkoeffizient hilft, die Verlustleistung bei hohen Temperaturen zu reduzieren, erfordert jedoch eine sorgfältige Strombegrenzung.

4.4 Maximaler Durchlassstrom vs. Löttemperatur

Abbildung 1-9 zeigt eine Derating-Kurve: Bei einer Löttemperatur von 25 °C beträgt der maximale Durchlassstrom 30 mA; bei 100 °C sinkt er auf etwa 12 mA. Diese Derating stellt sicher, dass die Sperrschichttemperatur 120 °C niemals überschreitet. Entwickler sollten diese Kurve verwenden, um den sicheren Betriebsstrom bei der erwarteten Umgebungstemperatur zu ermitteln.

4.5 Abstrahlcharakteristik und Spektrum

Das Abstrahldiagramm (Abbildung 1-11) bestätigt ein breites lambertisches Emissionsmuster mit einem Halbwertsbreitenwinkel von ±60°. Das Spektrum (Abbildung 1-13) zeigt eine schmale Emissionsspitze bei etwa 605 nm mit einer Halbwertsbreite (FWHM) von etwa 20 nm, was eine reine orangefarbene Farbe ergibt.

5. Mechanische Abmessungen und Verpackung

5.1 Gehäuseabmessungen

Das LED-Gehäuse ist ein Standard-PLCC2-Format: 2,2 mm × 1,4 mm × 1,3 mm (L×B×H). Die Draufsicht zeigt ein rechteckiges optisches Fenster; die Seitenansicht zeigt die Gehäusedicke. Die Ansicht von unten zeigt zwei Anoden-/Kathodenpads und ein zentrales Wärmeleitpad. Die Polarität ist durch eine Kerbe am Gehäuse gekennzeichnet (siehe Abbildung 1-4). Das empfohlene Lötmuster (Abbildung 1-5) enthält großzügige Kupferpads zur Wärmeableitung und zur korrekten Ausrichtung.

5.2 Gurt- und Rollenverpackung

Die Komponenten werden in einem 8 mm breiten Trägergurt auf Rollen mit einem Durchmesser von 178 mm und einer Stückzahl von 3000 pro Rolle geliefert. Die Abmessungen des Trägergurts (A0 = 1,50 mm, B0 = 2,35 mm, K0 = 1,48 mm) gewährleisten einen sicheren Halt in der Tasche. Die Rolle hat einen Nabendurchmesser von 60 mm und eine Gesamtdicke von 13 mm. Jede Rolle ist in einem feuchtigkeitsdichten Beutel mit Trockenmittel und einer Feuchtigkeitsanzeigekarte versiegelt. Die Lagerbedingungen erfordern eine Temperatur ≤30 °C und eine Luftfeuchtigkeit ≤60 % RH. Nach dem Öffnen sollten die LEDs innerhalb von 24 Stunden verarbeitet werden; andernfalls wird ein Backen bei 60±5 °C für mindestens 24 Stunden empfohlen.

6. Leitfaden für SMT-Reflow-Löten

Ein ordnungsgemäßes Löten ist entscheidend für die Zuverlässigkeit der LED. Das empfohlene Reflow-Profil folgt JEDEC J-STD-020 mit einer Spitzentemperatur von 260 °C (max). Die Vorwärmzone (150–200 °C) sollte 60–120 Sekunden dauern. Die Zeit über 217 °C darf 60 Sekunden nicht überschreiten, wobei die Spitzentemperatur maximal 10 Sekunden gehalten werden darf. Die Abkühlrate sollte 6 °C/s nicht überschreiten. Es sind zwei Reflow-Zyklen zulässig, sofern das Intervall zwischen ihnen weniger als 24 Stunden beträgt; andernfalls kann sich die Feuchtigkeitsempfindlichkeit verschlechtern.

Handlöten ist mit einer Lötspitzentemperatur unter 300 °C für maximal 3 Sekunden pro Lötstelle zulässig, und es ist nur eine Nacharbeit erlaubt. Reparaturarbeiten mit einem Doppellötkolben sollten überprüft werden, um die LED nicht zu beschädigen. Die Silikonverkapselung ist weich; vermeiden Sie mechanischen Druck auf die Linse während des Lötens oder der Handhabung. Verziehen Sie die Leiterplatte nicht nach dem Löten und wenden Sie keine schnelle Abkühlung an.

7. Zuverlässigkeitstests und Qualifikation

Die LED wurde umfangreichen Qualifikationstests gemäß den AEC-Q101-Standards unterzogen. Tabelle 2-3 listet fünf Schlüsseltests auf: Reflow (260 °C, 10 s, 2 Zyklen), MSL2-Vorkonditionierung (85 °C/60 % RH, 168 h), Thermoschock (-40 °C bis 125 °C, 15 min Haltezeit, 1000 Zyklen), Lebenstest (Ta=105 °C, IF=5 mA, 1000 h) und Hochtemperatur-Hochfeuchte-Leben (85 °C/85 % RH, IF=5 mA, 1000 h). Alle Tests erlauben null Ausfälle bei 20 Proben. Die Bestehens-/Ausfallkriterien sind: Durchlassspannungsänderung ≤1,1× USL, Sperrstrom ≤2,0× USL und Lichtstärke ≥0,7× LSL.

8. Handhabungshinweise und Anwendungsdesign-Überlegungen

Um eine langfristige Zuverlässigkeit zu gewährleisten, müssen mehrere Design- und Handhabungsvorsichtsmaßnahmen beachtet werden:

• Schwefel- und Halogenkontrolle:Der Schwefelelementgehalt in der Umgebung und in den Kontaktmaterialien darf 100 ppm nicht überschreiten. Der Brom- und Chlorgehalt muss jeweils unter 900 ppm liegen, und deren Gesamtgehalt unter 1500 ppm. Flüchtige organische Verbindungen (VOCs) können in die Silikonverkapselung eindringen und Verfärbungen verursachen; daher sollten Klebstoffe und Vergussmassen auf Ausgasungskompatibilität getestet werden.
• ESD-Schutz:Die LED ist mit 2000 V HBM mit >90 % Ausbeute bewertet, aber die Handhabung in ESD-geschützten Bereichen ist zwingend erforderlich. Verwenden Sie geerdete Arbeitsplätze, Ionisatoren und leitfähige Werkzeuge.
• Stromregelung:Verwenden Sie immer einen strombegrenzenden Widerstand oder einen Konstantstromtreiber. Überschreiten Sie nicht 30 mA DC. Beachten Sie unter gepulsten Bedingungen die Tastgrad-Grenzen.
• Wärmemanagement:Stellen Sie eine ausreichende Kupferfläche und thermische Durchkontaktierungen unter dem LED-Pad bereit. Die Sperrschichttemperatur muss unter 120 °C bleiben. Berücksichtigen Sie die Derating für die Umgebungstemperatur gemäß Abbildung 1-9.
• Reinigung:Wenn eine Reinigung erforderlich ist, verwenden Sie Isopropylalkohol. Verwenden Sie keine Ultraschallreinigung, da dies die Bonddrähte der LED beschädigen kann.
• Lagerung:Beachten Sie die Lagerbedingungen für feuchtigkeitsempfindliche Bauteile. Ein Backen ist erforderlich, wenn die Feuchtigkeitsanzeigekarte >30 % RH anzeigt oder die Einwirkzeit 24 Stunden überschreitet.

9. Technologievergleich: AlGaInP vs. andere LED-Technologien

Die RF-AURB14TS-AA-B verwendet AlGaInP-Material auf einem Substrat (wahrscheinlich GaAs), das im rot-orange-gelben Spektrum einen hohen Wirkungsgrad bietet. Im Vergleich zu InGaN-basierten LEDs für Blau/Grün bietet AlGaInP eine sehr niedrige Durchlassspannung (1,8 V typisch gegenüber 2,8–3,2 V bei InGaN), was einen direkten Batteriebetrieb ermöglicht. AlGaInP hat jedoch einen höheren thermischen Abfall, sodass ein Derating unbedingt erforderlich ist. Das PLCC2-Gehäuse ist aufgrund seiner geringen Größe und Kompatibilität mit automatisierter Bestückung in Automobilanwendungen weit verbreitet.

10. Design-Studie: Ambientebeleuchtung im Fahrzeuginnenraum

Betrachten Sie einen Armaturenbrett-Ambientbeleuchtungsstreifen mit 10 orangefarbenen LEDs und gleichmäßiger Helligkeit. Die Verwendung des G1-Intensitäts-Bins (100–120 mcd) und des B1-Wellenlängen-Bins (605–607,5 nm) gewährleistet eine enge Farb- und Helligkeitsabstimmung. Die LEDs werden mit 5 mA über einen Konstantstrom-IC angesteuert. Ein Widerstand in Reihe zu jeder LED kompensiert Durchlassspannungsunterschiede. Die thermische Analyse zeigt, dass der Temperaturanstieg der Sperrschicht bei 5 mA und 25 °C Umgebungstemperatur nur etwa 4,5 °C beträgt (0,009 W × 300 °C/W = 2,7 °C zuzüglich Umgebungsmarge), was weit im sicheren Bereich liegt. Der weite Abstrahlwinkel von 120° sorgt für eine gleichmäßige Ausleuchtung ohne sichtbare Hotspots.

11. Häufig gestellte Fragen

F1: Kann ich diese LED mit 20 mA direkt von einer 3,3-V-Versorgung ohne Widerstand betreiben?
A: Nein. Die Durchlassspannung bei 20 mA beträgt etwa 2,0 V (siehe I-V-Kurve). Eine 3,3-V-Versorgung würde einen übermäßigen Strom (über 30 mA) verursachen und die LED beschädigen. Verwenden Sie immer einen strombegrenzenden Widerstand (z. B. (3,3–2,0)/0,02 = 65 Ω) oder einen Konstantstromtreiber.

F2: Wie hoch ist die typische Lebensdauer dieser LED?
A: Basierend auf dem AEC-Q101-Lebenstest bei 105 °C und 5 mA über 1000 Stunden ohne Ausfälle wird eine extrapolierte Lebensdauer von typischerweise >50.000 Stunden bei niedrigeren Temperaturen erwartet. Die tatsächliche Lebensdauer hängt von den Betriebsbedingungen ab.

F3: Kann ich mehrere LEDs ohne einzelne Widerstände parallel schalten?
A: Es wird nicht empfohlen, da Unterschiede in der Durchlassspannung zu einer Stromungleichverteilung führen. Wenn ein Parallelbetrieb erforderlich ist, wählen Sie LEDs aus demselben Spannungs-Bin und fügen Sie in jedem Zweig kleine Abgleichwiderstände (z. B. 10 Ω) hinzu.

F4: Was ist der Mindeststrom für die sichtbare Lichtabgabe?
A: Selbst bei 0,5 mA gibt die LED aufgrund des hohen Wirkungsgrads ein erkennbares orangefarbenes Licht ab. Der empfohlene Mindestbetriebsstrom beträgt 1 mA, um eine stabile Farbe zu gewährleisten.

12. Funktionsprinzip von AlGaInP-LEDs

AlGaInP ist eine direkte Halbleiterverbindung mit Bandlücke aus der III-V-Gruppe. Die aktive Schicht besteht aus einer Quantentopfstruktur, die auf einem gitterangepassten GaAs-Substrat (oder mit einem transparenten Substrat zur Verbesserung der Lichtauskopplung) aufgewachsen ist. Bei Durchlassspannung rekombinieren Elektronen und Löcher strahlend und emittieren Photonen mit einer Energie, die der Bandlücke entspricht. Durch Anpassung der Aluminium- und Galliumanteile kann die Emissionswellenlänge von etwa 560 nm (gelb-grün) bis 650 nm (tiefrot) eingestellt werden. Für diese orangefarbene LED ergibt die Zusammensetzung eine Spitzenwellenlänge von etwa 605 nm. Das AlGaInP-Materialsystem weist eine hohe interne Quanteneffizienz und einen niedrigen spezifischen Widerstand auf, was zu einer niedrigen Durchlassspannung führt.

13. Entwicklungstrends bei Automobil-LED-Gehäusen

Der Branchentrend geht zu kleineren Gehäusen mit höherer Zuverlässigkeit und strengerer Farbkontrolle. PLCC2 bleibt für mittlere Leistungen beliebt, während Chip-Scale-Gehäuse (CSP) und EMC-Gehäuse für höhere Leistungsdichten entstehen. Bei der Innenraumbeleuchtung von Kraftfahrzeugen, bei der Kosten und Robustheit Priorität haben, wird PLCC2 jedoch weiterhin häufig eingesetzt. Zukünftige Entwicklungen umfassen eine verbesserte thermische Leistung durch fortschrittliche Substratmaterialien (z. B. AlN) und eine engere Wellenlängenselektion, um die Anforderungen von Multi-LED-Systemen mit minimaler Farbabweichung zu erfüllen.