Weiß-LED 3,5x2,8x1,84mm, 3,1V, 30mA, 91mW - PLCC2-Gehäusespezifikation

1. Produktübersicht

Diese weiße LED wird unter Verwendung eines blauen Chips in Kombination mit einem Leuchtstoff zur Erzeugung von weißem Licht hergestellt. Sie ist in einem kompakten PLCC2-Gehäuse mit den Maßen 3,50 mm x 2,80 mm x 1,84 mm (Länge x Breite x Höhe) untergebracht. Das Bauteil ist für allgemeine Beleuchtungsanwendungen konzipiert, insbesondere für die Innenbeleuchtung und Schalter in Kraftfahrzeugen, und erfüllt die Richtlinien für AEC-Q101-Stresstests für diskrete Halbleiter in Automobilqualität. Zu den Hauptmerkmalen gehören ein extrem weiter Abstrahlwinkel, die Eignung für alle SMT-Bestückungs- und Lötverfahren sowie die Verfügbarkeit in Gurt- und Rollenverpackung. Die Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe beträgt Stufe 2 gemäß JEDEC-Standard, und das Bauteil erfüllt die RoHS- und REACH-Anforderungen.

2. Analyse der technischen Parameter

2.1 Optische und elektrische Eigenschaften (Ts=25°C)

Bei einem Prüfstrom von 3 mA liegt die Durchlassspannung (VF) zwischen 2,5 V und 3,1 V, mit typischen Werten um 2,7 V bis 3,1 V. Der Sperrstrom (IR) bei VR=5 V beträgt maximal 10 µA, was eine geringe Leckage gewährleistet. Die Lichtstärke (IV) bei 3 mA liegt je nach Gruppe zwischen 23 mcd und 53 mcd. Der Abstrahlwinkel (2θ1/2) beträgt typischerweise 120 Grad, was eine breite Lichtverteilung ermöglicht. Der Wärmewiderstand von der Sperrschicht zum Lötpunkt (RTHJ-S) ist mit maximal 300 °C/W angegeben.

2.2 Absolute Grenzwerte

Das Bauteil kann eine Verlustleistung (PD) von bis zu 91 mW aufnehmen. Der maximale Durchlass-Dauerstrom beträgt 30 mA, während der Spitzenstrom (1/10 Tastverhältnis, 10 ms Puls) 100 mA erreichen kann. Die Sperrspannung ist auf 5 V begrenzt. Die elektrostatische Entladefestigkeit (HBM) beträgt 2000 V. Der Betriebs- und Lagertemperaturbereich liegt zwischen -40°C und +100°C, die maximale Sperrschichttemperatur beträgt 120°C. Entwickler müssen sicherstellen, dass die Verlustleistung den absoluten Grenzwert nicht überschreitet, und der Strom sollte durch geeignete Widerstände begrenzt werden, um ein thermisches Durchgehen zu verhindern.

3. Binning-System

3.1 Durchlassspannungs- und Lichtstärkegruppen (IF=3mA)

Die LED wird nach Durchlassspannung und Lichtstärke in Gruppen sortiert. Die Spannungsgruppen umfassen E2 (2,5-2,6V), F1 (2,6-2,7V), F2 (2,7-2,8V), G1 (2,8-2,9V), G2 (2,9-3,0V), H1 (3,0-3,1V). Die Lichtstärkegruppen sind C20 (23-28 mcd), D10 (28-35 mcd), D20 (35-43 mcd), E10 (43-53 mcd). Dieses Binning ermöglicht es Kunden, LEDs mit konsistenter elektrischer und optischer Leistung für ihre spezifischen Anwendungen auszuwählen.

3.2 Farbort-Binning

Die LED wird auch nach Farbkoordinaten basierend auf der CIE 1931 (x,y) Farbart eingeteilt. Es werden vier Hauptgruppen definiert: M02, M03, P02, P03. Jede Gruppe hat einen rechteckigen Bereich im Farbartdiagramm, was Farbkonsistenz gewährleistet. Beispielsweise deckt M02 x=0,2766-0,2866, y=0,2397-0,2477 ab; M03 deckt x=0,2857-0,2957, y=0,2557-0,2637 ab; P02 deckt x=0,2674-0,2820, y=0,2317-0,2397 ab; P03 deckt x=0,2766-0,2911, y=0,2477-0,2557 ab. Diese Gruppen entsprechen weißem Licht mit korrelierten Farbtemperaturen im Bereich von Warmweiß bis Neutralweiß.

4. Analyse der Leistungskurven

4.1 Durchlassspannung vs. Durchlassstrom (IV-Kennlinie)

Die typische Durchlassspannungs-Durchlassstrom-Kennlinie (Abb. 1-7) zeigt einen exponentiellen Anstieg: Bei 2,5V liegt der Strom nahe Null, steigt auf etwa 5mA bei 2,7V, 15mA bei 2,9V und 30mA bei 3,1V. Diese Kurve ist für die Auslegung der Ansteuerschaltungen unerlässlich, da kleine Spannungsänderungen zu großen Stromänderungen führen. Zur Stromregelung wird ein Vorwiderstand empfohlen.

4.2 Relative Intensität vs. Durchlassstrom

Die relative Lichtstärke steigt mit dem Durchlassstrom unterproportional an (Abb. 1-8). Bei 3mA beträgt die Intensität etwa 100%; bei 1mA sinkt sie auf etwa 40%; bei 5mA erreicht sie etwa 170%. Der Betrieb bei höheren Strömen erhöht die Helligkeit, erzeugt aber auch mehr Wärme, sodass das Wärmemanagement kritisch ist.

4.3 Temperaturabhängigkeit

Die Abbildungen 1-9 bis 1-11 zeigen die Auswirkung der Löttemperatur (Ts) auf die Leistung. Die relative Intensität nimmt mit steigender Temperatur leicht ab: Bei 100°C sinkt die Intensität auf etwa 90% des Wertes bei 25°C. Der maximale Durchlassstrom muss mit steigender Temperatur reduziert werden. Die Durchlassspannung sinkt ebenfalls mit der Temperatur (etwa -2mV/°C), was die Leistungsaufnahme beeinflusst. Die Farbverschiebung mit der Temperatur (Abb. 1-13) zeigt eine leichte Bewegung im Farbartdiagramm; die x-Koordinate nimmt um etwa 0,005 zu und die y-Koordinate um etwa 0,005 ab, wenn die Temperatur von 25°C auf 105°C steigt.

4.4 Abstrahlcharakteristik

Das Abstrahldiagramm (Abb. 1-12) zeigt ein nahezu lambert’sches Emissionsmuster mit einem Abfall der relativen Intensität auf 50% bei etwa ±60°, was den Abstrahlwinkel von 120° bestätigt. Diese breite Verteilung ist ideal für Anwendungen, die eine gleichmäßige Ausleuchtung einer großen Fläche erfordern.

4.5 Spektrum

Das Spektrum (Abb. 1-14) zeigt eine blaue Spitze bei etwa 450 nm vom InGaN-Chip und eine breite gelbe Leuchtstoffspitze bei etwa 550 nm, was zu einer Weißlichtemission führt. Die spektrale Verteilung erstreckt sich über 400-700 nm.

5. Mechanische und Verpackungsinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Das LED-Gehäuse ist 3,50 mm lang, 2,80 mm breit und 1,84 mm hoch (Draufsicht). Die Ansicht von unten zeigt eine zentrale Anodenfläche (2,50 mm x 2,18 mm) und eine Kathodenfläche (0,75 mm x 2,00 mm). Die Polmarkierung ist auf dem Gehäuse angebracht. Das empfohlene Lötpad (Land Pattern) hat die Maße: 2,40 mm x 1,25 mm für die Kathode, insgesamt 4,45 mm x 2,40 mm. Toleranzen betragen ±0,2 mm, sofern nicht anders angegeben.

5.2 Gurt- und Rollenverpackung

Die LEDs werden im Gurt mit einem Teilungsabstand von 8 mm verpackt, 2000 Stück pro Rolle. Rollenabmessungen: Durchmesser 178±1 mm, Breite 60±1 mm, Nabendurchmesser 13,0±0,5 mm. Der Gurt trägt eine Polmarkierung und eine Abdeckfolie. Die Kennzeichnung umfasst Teilenummer, Spezifikationsnummer, Chargennummer, Code der Gruppe, Lichtstrom (oder Lichtstärke), Farbortgruppe, Durchlassspannung, Wellenlängencode, Menge und Datumscode.

5.3 Feuchtigkeitssperrverpackung

Die Rollen werden in Feuchtigkeitssperrbeuteln mit einem Feuchtigkeitsindikator und Trockenmittel verpackt. Nach dem Öffnen sollten die LEDs innerhalb von 24 Stunden verarbeitet werden, wenn sie bei ≤30°C/≤60% rF gelagert werden. Überschreitet die Lagerung die empfohlene Zeit, ist ein Backen bei 60±5°C für >24 Stunden erforderlich.

6. Lötrichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil

Das empfohlene Reflow-Profil (Abb. 3-1, Tabelle 3-1) legt fest: durchschnittliche Aufheizrate ≤3°C/s; Vorwärmen von 150°C auf 200°C für 60-120s; Zeit über 217°C (TL) max. 60s; Spitzentemperatur (TP) 260°C für max. 10s; Abkühlrate ≤6°C/s. Gesamtzeit von 25°C bis Spitze max. 8 Minuten. Es sind nur zwei Reflow-Zyklen zulässig; liegt mehr als 24 Stunden zwischen den Zyklen, ist vor dem zweiten Reflow ein Backen erforderlich.

6.2 Handlöten und Reparatur

Handlöten: Lötkolbentemperatur<300°C, Zeit<3s, nur einmal. Eine Reparatur nach dem Reflow wird nicht empfohlen, ist aber bei Bedarf mit einem Doppelspitzenlötkolben möglich. Vermeiden Sie mechanische Belastung der Silikonvergussmasse während des Erhitzens.

6.3 Besondere Hinweise

Die LED-Vergussmasse besteht aus Silikon, das weich ist. Vermeiden Sie übermäßigen Druck auf die Oberseite beim Bestücken. Montieren Sie die LED nicht auf verzogene Leiterplatten und biegen Sie die Platine nach dem Löten nicht. Üben Sie während des Abkühlens keine Kraft oder Vibration aus. Schnelles Abkühlen nach dem Reflow ist nicht zulässig.

7. Bestell- und Lagerinformationen

7.1 Verpackungsmenge

Die Standardverpackungsmenge beträgt 2000 Stück pro Rolle. Für größere Mengen werden die Rollen in Kartons verpackt. Die Kennzeichnung erfolgt gemäß dem im Datenblatt dargestellten Format.

7.2 Lagerbedingungen

Ungeöffnete Feuchtigkeitssperrbeutel: Temperatur ≤30°C, Feuchtigkeit ≤75%, Haltbarkeit 1 Jahr ab Herstellungsdatum. Nach dem Öffnen: empfohlene Verarbeitung innerhalb von 24 Stunden bei ≤30°C/≤60% rF. Wenn nicht innerhalb von 24 Stunden verarbeitet, vor Gebrauch bei 60±5°C für >24 Stunden backen. Das Trockenmittel sollte blau bleiben; wenn es verblasst ist, ist ein Backen erforderlich.

8. Anwendungsempfehlungen

8.1 Typische Anwendungen

Diese weiße LED eignet sich ideal für die Fahrzeuginnenbeleuchtung wie Deckenleuchten, Kartenleseleuchten, Ambientebeleuchtung und Armaturenbrett-Hintergrundbeleuchtung. Sie ist auch für Schalter und Anzeigen in der Automobil- und Unterhaltungselektronik geeignet. Der weite Abstrahlwinkel und die kompakte Bauform machen sie vielseitig einsetzbar für platzbeschränkte Designs.

8.2 Designüberlegungen

Das Wärmemanagement ist entscheidend: Ein geeignetes PCB-Pad und ein Kühlkörper sollten verwendet werden, um die Sperrschichttemperatur ≤120°C zu halten. Verwenden Sie strombegrenzende Widerstände; überschreiten Sie nicht 30 mA Dauer-Durchlassstrom. Für Pulsanwendungen begrenzen Sie den Spitzenstrom auf 100 mA mit einem Tastverhältnis von 10%. Es sind ESD-Schutzmaßnahmen erforderlich, da das Bauteil durch Entladungen >2000V (HBM) beschädigt werden kann. Vermeiden Sie die Exposition der LED gegenüber Umgebungen mit Schwefel >100 ppm oder Halogenen (Br<900 ppm, Cl<900 ppm, gesamt<1500 ppm), um Korrosion oder Verfärbung zu verhindern. Die Reinigung wird mit Isopropylalkohol empfohlen; Ultraschallreinigung kann die LED beschädigen.

9. Technischer Vergleich

Im Vergleich zu ähnlichen weißen PLCC2-LEDs bietet dieses Bauteil eine AEC-Q101-Qualifikation, die eine hohe Zuverlässigkeit für Automobilanwendungen gewährleistet. Der weite Abstrahlwinkel (120°) sorgt für eine bessere Lichtverteilung als LEDs mit kleinerem Winkel. Die Binning-Optionen für Spannung, Intensität und Farbe ermöglichen eine enge Toleranzanpassung. Die maximale Betriebstemperatur von 100°C (Umgebung) und eine Sperrschichttemperatur von 120°C sind wettbewerbsfähig. Die relativ geringe Lichtstärke (max. 53 mcd bei 3 mA) kann jedoch für höhere Helligkeitsanforderungen den Einsatz mehrerer Bauteile erforderlich machen. Die Gehäusehöhe von 1,84 mm ist etwas höher als bei einigen ultradünnen LEDs, aber dennoch für die meisten Designs geeignet.

10. Häufig gestellte Fragen

F: Kann ich diese LED direkt mit einer 3,3V-Versorgung betreiben?
A: Nicht direkt; Sie müssen einen Vorwiderstand verwenden. Bei 3,3V könnte die Durchlassspannung nur 2,5V betragen, was zu einem übermäßigen Strom führt. Berechnen Sie den Widerstandswert: R = (Vversorgung – VF) / I. Für 30mA, unter Annahme von VF=2,7V, R = (3,3-2,7)/0,03 = 20Ω. Verwenden Sie den nächstgelegenen Standardwert und überprüfen Sie die Verlustleistung.

F: Was ist die typische Farbtemperatur?
A: Basierend auf den Farbortgruppen liegt die Farbtemperatur je nach Gruppe zwischen etwa 3000K und 5000K. Beispielsweise entsprechen die Gruppen M02 und M03 warmweißem Licht, während P02 und P03 etwas kühler sind. Die genaue CCT kann aus den xy-Koordinaten mit Näherungsformeln berechnet werden.

F: Wie handhabe ich mehrere LEDs in Reihe oder parallel?
A: Bei Reihenschaltung addieren sich die Durchlassspannungen; stellen Sie sicher, dass die Gesamtspannung ausreicht. Bei parallelen Zweigen sollte jede LED ihren eigenen Vorwiderstand haben, um den Strom auszugleichen. Die thermische Verteilung muss berücksichtigt werden.

F: Ist diese LED für den Außeneinsatz geeignet?
A: Der Betriebstemperaturbereich liegt zwischen -40 und +100°C, was die meisten Innen- und Automobilumgebungen abdeckt. Das Gehäuse ist jedoch nicht UV-stabilisiert und kann bei direkter Sonneneinstrahlung Schaden nehmen. Für Außenanwendungen kann ein zusätzlicher Schutz (z. B. Schutzlackierung) erforderlich sein.

11. Praktische Anwendungsbeispiele

Beispiel 1: Deckenleuchte im Auto
Eine Deckenleuchte erfordert eine gleichmäßige Ausleuchtung. Mit 6 dieser weißen LEDs, die in einer kreisförmigen Anordnung angeordnet sind und jeweils mit 20 mA betrieben werden, wird eine ausreichende Helligkeit für die Innenbeleuchtung erzielt. Der weite Abstrahlwinkel sorgt für keine dunklen Stellen. Eine Linse kann hinzugefügt werden, um das Licht weiter zu streuen. Die LEDs werden zur Wärmeableitung auf eine Aluminium-Leiterplatte gelötet.

Beispiel 2: Tastenhintergrundbeleuchtung
Für einen Schalter wird eine LED hinter dem Knopf platziert. Bei einem Betrieb mit 3mA liefert sie etwa 30 mcd, was für eine kleine Anzeige ausreicht. Die LED wird oberflächenmontiert auf der Platine, und ein Lichtleiter führt das Licht zum Knopf. Der geringe Strom minimiert die Wärmeentwicklung.

12. Funktionsprinzip

Die weiße LED arbeitet nach dem Prinzip der Leuchtstoffkonversion. Ein blauer InGaN/GaN-LED-Chip emittiert blaues Licht bei etwa 450 nm. Dieses blaue Licht regt einen gelb emittierenden Leuchtstoff (typischerweise YAG:Ce) an, der einen Teil des blauen Lichts in eine breite gelbe Emission umwandelt. Die Kombination aus verbleibendem blauen und gelben Licht erscheint für das menschliche Auge als weiß. Die genaue Farbtemperatur wird durch die Zusammensetzung und Konzentration des Leuchtstoffs bestimmt. Die LED wird mit einem Durchlassstrom betrieben, der Elektronen und Löcher in die aktive Zone injiziert, wo sie unter Erzeugung von Photonen rekombinieren.

13. Entwicklungstrends

Der Trend bei weißen LEDs für Automobil- und Allgemeinbeleuchtung geht zu höherer Effizienz (lm/W) und besserer Farbwiedergabe. Zukünftige Iterationen dieses PLCC2-Gehäuses könnten effizientere Leuchtstoffe mit schmaleren Emissionsbändern verwenden, um eine höhere Effizienz und verbesserte Farbqualität zu erzielen. Darüber hinaus wird eine Integration mit intelligenten Ansteuerungen und farbveränderbaren Systemen erwartet. Die AEC-Q101-Qualifikation deutet auf einen Trend zu höherer Zuverlässigkeit für raue Umgebungen hin. Die Miniaturisierung schreitet fort, mit dünneren Gehäusen und kleineren Grundflächen. Das Wärmemanagement bleibt jedoch eine wichtige Herausforderung, da die Leistungsdichten steigen.