LTW-Q35ZRGB RGB LED Datenblatt - SMD-Gehäuse - Rot 2,1V / Grün 2,9V / Blau 3,0V - 0,18W Gesamtleistung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTW-Q35ZRGB ist eine kompakte, oberflächenmontierbare RGB (Rot, Grün, Blau) LED für Anwendungen in der Festkörperbeleuchtung. Sie vereint drei einzelne LED-Chips (rot, grün, blau) in einem einzigen Gehäuse, wodurch durch additive Farbmischung ein breites Farbspektrum erzeugt werden kann. Dieses Bauteil stellt eine energieeffiziente Alternative zur konventionellen Beleuchtung dar und bietet eine lange Betriebsdauer sowie hohe Zuverlässigkeit.

1.1 Kernvorteile

Die primären Vorteile dieser LED umfassen ihre ultra-kompakte Bauform, die Kompatibilität mit automatischen Bestückungsgeräten und die Eignung für Standard-Infrarot (IR)- und Dampfphasen-Reflow-Lötprozesse. Sie ist als EIA-Standardgehäuse ausgelegt und mit den Ansteuerpegeln integrierter Schaltkreise (I.C.) kompatibel. Das Produkt entspricht Umweltinitiativen, ist bleifrei und hält die RoHS-Richtlinien ein.

1.2 Zielanwendungen

Diese vielseitige LED ist für ein breites Spektrum an Beleuchtungsanwendungen vorgesehen. Zu den Hauptmärkten zählen Ambientebeleuchtung für Haushaltsgeräte, tragbare Beleuchtungslösungen wie Taschenlampen und Fahrradlichter, Architekturbeleuchtung für Innen- und Außenbereiche in Wohn- und Gewerberäumen (Downlights, indirekte Beleuchtung, Regalunterbeleuchtung), dekorative und Unterhaltungsbeleuchtung, Sicherheits- und Gartenbeleuchtung (Pollerlampen) sowie spezielle Signalanwendungen wie Verkehrsleuchten, Bahnübergangsbeleuchtung und kantengeleuchtete Schilder (z.B. Notausgangsschilder, POS-Displays).

2. Vertiefung der technischen Parameter

2.1 Elektro-optische Eigenschaften

Alle Messungen sind bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C spezifiziert. Die Schlüsselparameter definieren die Leistung jedes Farbkanals (Rot, Grün, Blau) einzeln und die kombinierte Weißlichtausgabe.

• Lichtstrom (Φv):Der typische Lichtstrom für einzelne Farben bei einem Durchlassstrom (IF) von 20mA beträgt 2,55 lm (Rot), 7,35 lm (Grün) und 0,95 lm (Blau). Bei Ansteuerung mit spezifischen Strömen zur Erzeugung von Weißlicht (R=25mA, G=13mA, B=15mA) beträgt der typische kombinierte Lichtstrom 10,50 lm.
• Lichtstärke (Iv):Die typische Lichtstärke bei IF=20mA beträgt 920 mcd (Rot), 2500 mcd (Grün) und 340 mcd (Blau). Die kombinierte Weißlichtstärke unter den spezifizierten Ansteuerbedingungen beträgt 3500 mcd.
• Abstrahlwinkel (θ1/2):Der typische Halbwertswinkel für die kombinierte Weißlichtausgabe beträgt 130 Grad, was auf ein breites Strahlprofil hinweist.
• Dominante Wellenlänge (λd):Definiert die wahrgenommene Farbe jedes Chips. Die spezifizierten Bereiche sind 618-628 nm für Rot, 520-530 nm für Grün und 465-475 nm für Blau.
• Durchlassspannung (VF):Der Spannungsabfall über der LED beim Prüfstrom. Typische Werte sind 2,1V (Rot bei 20mA), 2,9V (Grün bei 20mA) und 3,0V (Blau bei 20mA). Maximale Werte sind 2,4V, 3,5V bzw. 3,5V.
• ESD-Festigkeit:Das Bauteil kann eine elektrostatische Entladung (ESD) von 8KV gemäß Human Body Model (HBM) standhalten, obwohl dringend empfohlen wird, geeignete ESD-Handhabungsvorkehrungen zu treffen.

2.2 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Grenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb unter diesen Bedingungen ist nicht garantiert.

• Verlustleistung (Po):Die maximal zulässige Leistung für einzelne Kanäle beträgt 96 mW (Rot), 144 mW (Grün und Blau). Die Gesamtverlustleistung für das gesamte Gehäuse darf 180 mW nicht überschreiten.
• Durchlassstrom:Der kontinuierliche Durchlassstrom (IF) für jeden Kanal beträgt 40 mA. Der Spitzendurchlassstrom (IFP) für Pulsbetrieb (≤1/10 Tastverhältnis, ≤10ms Pulsbreite) beträgt 100 mA pro Kanal.
• Sperrspannung (VR):Maximal 5V. Betrieb unter Sperrvorspannung kann zu Ausfällen führen.
• Temperaturbereiche:Die Betriebstemperatur (Topr) liegt bei -40°C bis +80°C. Die Lagertemperatur (Tstg) liegt bei -40°C bis +100°C.
• Lötbedingung:Das Bauteil hält bleifreies Löten bei 260°C für 5 Sekunden stand.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Die LED wird anhand von Lichtstrom und Farbortkoordinaten in Bins sortiert, um Farb- und Helligkeitskonsistenz in Produktionsanwendungen sicherzustellen.

3.1 Lichtstrom-Binning

Die Weißlichtausgabe (bei Ansteuerung mit R=25mA, G=13mA, B=15mA) wird in Bins (V3 bis V6) kategorisiert. Beispielsweise umfasst Bin V3 einen Lichtstrom von 8,00 lm (Min) bis 10,50 lm (Max). Die Toleranz für jedes Bin beträgt +/-10%.

3.2 Farbort-Binning

Der kombinierte Weißlicht-Farbort wird im CIE 1931 (x, y)-Diagramm definiert. Das Datenblatt enthält eine detaillierte Tabelle der Farbklassen (A1 bis D4), die jeweils einen viereckigen Bereich im Farbortdiagramm spezifizieren, der durch vier (x, y)-Koordinatenpaare definiert ist. Dies ermöglicht es Designern, LEDs mit eng kontrollierten Weißpunktkoordinaten auszuwählen. Die Toleranz für jede Farbklasse beträgt +/- 0,01 in beiden x- und y-Koordinaten.

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält typische Kennlinien (im bereitgestellten Text nicht reproduziert, aber referenziert). Diese Kurven sind für die Designanalyse unerlässlich.

• I-V (Strom-Spannungs-) Kurven:Zeigen die Beziehung zwischen Durchlassstrom und Durchlassspannung für jeden Farbchip über einen Bereich von Strömen und Temperaturen. Dies ist entscheidend für die Auslegung der korrekten strombegrenzenden Schaltung.
• Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom:Veranschaulicht, wie die Lichtausgabe mit steigendem Ansteuerstrom skaliert, und hebt mögliche Nichtlinearitäten und Effizienzabfälle bei höheren Strömen hervor.
• Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Demonstriert die thermische Drosselung der Lichtausgabe. Mit steigender Sperrschichttemperatur nimmt die Lumenausbeute typischerweise ab.
• Spektrale Leistungsverteilung:Würde die relative Intensität des emittierten Lichts bei jeder Wellenlänge für die roten, grünen und blauen Chips zeigen und den mit diesem Bauteil möglichen Farbraum definieren.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Abmessungen

Das Bauteil hat eine spezifische Bauform. Alle Abmessungen sind in Millimetern mit einer typischen Toleranz von ±0,2 mm angegeben. Wichtige mechanische Hinweise umfassen die Position des Anguss-Punkts (der sich über den Anschlüssen befinden muss) und die Tatsache, dass der Wärmeslug elektrisch leitfähig ist, was beim Leiterplattenlayout berücksichtigt werden muss, um Kurzschlüsse zu vermeiden.

5.2 Polaritätskennzeichnung und Lötflächen-Design

Das Datenblatt enthält ein empfohlenes Leiterplatten (PCB)-Lötflächenlayout. Dies umfasst die Größe, Form und Abstände der Lötpads für die vier Anschlüsse (Anode und Kathode für jede Farbe, wahrscheinlich mit gemeinsamer Kathoden- oder Anodenkonfiguration) und das zentrale Wärmepad (Wärmeslug). Ein korrektes Pad-Design ist entscheidend für zuverlässiges Löten, Wärmemanagement und die Vermeidung von "Tombstoning".

6. Löt- und Bestückungsanleitung

6.1 Reflow-Lötprofil

Ein empfohlenes Infrarot (IR)-Reflow-Lötprofil wird bereitgestellt, das mit J-STD-020D für bleifreie Prozesse konform ist. Dieses Profil definiert die Vorwärm-, Halte-, Reflow- (Spitzentemperatur) und Abkühlphasen mit spezifischen Zeit- und Temperaturbeschränkungen, um zuverlässige Lötstellen zu gewährleisten, ohne das LED-Gehäuse zu beschädigen.

6.2 Reinigung und Handhabung

Die Reinigung sollte nur mit spezifizierten Chemikalien erfolgen. Die LED kann bei Bedarf bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute in Ethylalkohol oder Isopropylalkohol getaucht werden. Nicht spezifizierte Chemikalien können die Epoxidlinse beschädigen. Strikte ESD-Vorsichtsmaßnahmen sind vorgeschrieben: Die Verwendung von Handgelenksbändern, antistatischen Handschuhen und ordnungsgemäß geerdeten Geräten wird empfohlen, um Schäden durch elektrostatische Entladung zu verhindern.

7. Verpackung und Bestellinformationen

Die LEDs werden in 12 mm breitem Band auf 7-Zoll-Durchmesser-Spulen geliefert, die mit automatischen Bestückungsgeräten kompatibel sind. Die Abmessungen der Band- und Spulenverpackung sind spezifiziert, um die Kompatibilität mit Standard-Zuführern sicherzustellen. Die Artikelnummer ist LTW-Q35ZRGB.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Design-Überlegungen

• Stromansteuerung:Verwenden Sie Konstantstromtreiber für jeden Farbkanal, um eine stabile Farbausgabe zu gewährleisten und thermisches Durchgehen zu verhindern. Die Durchlassspannungsvariationen (siehe Binning) machen eine Konstantspannungsansteuerung für farbkritische Anwendungen unpraktikabel.
• Wärmemanagement:Obwohl kompakt, erzeugt die Verlustleistung (bis zu 180mW gesamt) Wärme. Ein ordnungsgemäßes PCB-Wärmedesign, einschließlich der Verwendung des mit einer Kupferfläche verbundenen Wärmepads, ist wesentlich, um die Sperrschichttemperatur innerhalb der Grenzen zu halten und langfristige Zuverlässigkeit sowie stabile Lichtausgabe sicherzustellen.
• Farbmischungssteuerung:Um spezifische Weißpunkte oder Farben zu erreichen, ist die Pulsweitenmodulation (PWM) jedes Kanals die bevorzugte Methode gegenüber analoger Dimmung, da sie den Farbort über einen weiten Dimmbereich beibehält.

9. Zuverlässigkeit und Prüfung

Das Datenblatt skizziert einen umfassenden Zuverlässigkeitstestplan, der die Robustheit des Produkts demonstriert. Die Tests umfassen Widerstand gegen Lötwärme (RTSH), Lebensdauertest im Dauerbetrieb (SSLT) bei erhöhter Temperatur und Strom für 3000 Stunden, Temperaturwechsel (TC), Temperaturschock (TS) und Hochtemperatur-/Feuchtigkeitslagerung (WHTS). Ausfallkriterien werden basierend auf Verschiebungen der Durchlassspannung (max. 110% des oberen Spezifikationslimits), des Lichtstroms (min. 50% des unteren Spezifikationslimits) und der Farbortkoordinaten (Verschiebung <0,02) definiert.

10. Technischer Vergleich und Positionierung

Im Vergleich zu diskreten Einzelfarben-LEDs spart dieses integrierte RGB-Gehäuse erheblichen Leiterplattenplatz und vereinfacht die Bestückung. Sein breiter Abstrahlwinkel von 130 Grad macht es für Flächenbeleuchtung anstelle von fokussierter Punktbeleuchtung geeignet. Die spezifizierte ESD-Festigkeit und Kompatibilität mit bleifreiem Reflow erfüllen moderne Fertigungs- und Zuverlässigkeitsstandards. Die detaillierte Binning-Struktur ermöglicht es, in Anwendungen zu konkurrieren, die Farbkonstanz erfordern, wie z.B. Architekturbeleuchtung und Beschilderung.

11. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Wie erzeuge ich reines Weißlicht mit dieser RGB-LED?

A: Reines Weiß ist kein einzelner Punkt, sondern ein Bereich im Farbortdiagramm. Sie müssen die Rot-, Grün- und Blau-Kanäle mit den spezifischen Strömen ansteuern, die in der Lichtstrom-Binning-Tabelle aufgeführt sind (R=25mA, G=13mA, B=15mA), um die in den Farbklassen-Bins (A1-D4) definierten Weißpunkte zu erreichen. Der genaue Weißpunkt hängt vom spezifischen Bin der LED ab.

F: Kann ich die LED kontinuierlich mit ihrem maximalen Dauerstrom (40mA pro Kanal) betreiben?

A: Obwohl möglich, wird es für optimale Lebensdauer und Effizienz nicht empfohlen. Der Betrieb mit niedrigeren Strömen (z.B. der 20mA-Prüfbedingung oder der gemischten Weißbedingung) führt zu einer niedrigeren Sperrschichttemperatur, höherer Effizienz (Lumen pro Watt) und einer deutlich längeren Betriebsdauer. Berücksichtigen Sie stets die Gesamtverlustleistungsgrenze von 180mW.

F: Warum ist der Wärmeslug elektrisch leitfähig und wie gehe ich damit um?

A: Der Slug ist leitfähig, um Wärme effizient vom LED-Chip zur Leiterplatte abzuführen. In Ihrem Leiterplattenlayout muss das Pad für den Slug elektrisch von allen anderen Leiterbahnen isoliert sein, es sei denn, es ist absichtlich mit einem bestimmten Potenzial (oft Masse) verbunden. Eine thermische Entlastungsverbindung mit einer großen Massefläche ist gängige Praxis.

12. Design- und Anwendungsfallstudie

Szenario: Entwurf eines kantengeleuchteten Notausgangsschilds.Mehrere LTW-Q35ZRGB LEDs würden entlang der Kante eines Acryl-Lichtleiters platziert. Ein Mikrocontroller würde die drei Kanäle jeder LED steuern. Für konstante Beleuchtung würden die LEDs mit den für Weißlicht spezifizierten Strömen betrieben. Der breite Abstrahlwinkel gewährleistet eine gleichmäßige Ausleuchtung der Schildfläche. Die Wahl eines spezifischen Lichtstrom-Bins (z.B. V3 oder V4) stellt eine konsistente Helligkeit über alle Einheiten sicher. Die Auswahl einer engen Farbklasse (z.B. alle aus Bin B2) garantiert, dass alle Schilder eine identische weiße Farbe haben, was für die Konsistenz von Marke und Sicherheitsstandards entscheidend ist. Das SMD-Gehäuse ermöglicht ein kompaktes, flaches Schilddesign und automatisierte Bestückung.

13. Funktionsprinzip

Die LED arbeitet nach dem Prinzip der Elektrolumineszenz in Halbleitermaterialien. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die die Schwellenspannung der Diode überschreitet, rekombinieren Elektronen mit Löchern im aktiven Bereich des Halbleiterchips (bestehend aus Materialien wie AlInGaP für rot und InGaN für grün/blau) und setzen Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Bandlücke des Halbleitermaterials bestimmt die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts. Das RGB-Gehäuse integriert drei solcher Chips, und ihr Licht mischt sich additiv innerhalb der Epoxidlinse, um die wahrgenommene Ausgabefarbe zu erzeugen.

14. Technologietrends

Das Bauteil spiegelt aktuelle Trends in der Festkörperbeleuchtung wider: erhöhte Integration (mehrere Chips in einem Gehäuse), verbesserte Effizienz (höhere Lumen pro Watt), Miniaturisierung und verbesserte Zuverlässigkeit für raue Umgebungen. Das detaillierte Binning-System adressiert die Marktnachfrage nach Farbkonstanz in professionellen Beleuchtungsanwendungen. Zukünftige Entwicklungen könnten höhere Leistungsdichte, integrierte Treiber oder Steuerschaltungen innerhalb des Gehäuses und sogar breitere Farbräume für Displayanwendungen umfassen.