Technisches Datenblatt für Seitenansichts-Blaue LED 57-11-UB0200H-AM - PLCC-2-Gehäuse - 3,1V - 20mA - 355mcd

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt die technischen Spezifikationen einer hochzuverlässigen, blauen Seitenansichts-LED, die primär für Anwendungen in der Kfz-Innenraumbeleuchtung entwickelt wurde. Das Bauteil ist in einem kompakten PLCC-2 (Plastic Leaded Chip Carrier) SMD-Gehäuse untergebracht und bietet einen weiten Abstrahlwinkel von 120 Grad, ideal für Hintergrundbeleuchtungen und Anzeigefunktionen, bei denen Sichtbarkeit aus mehreren Blickwinkeln erforderlich ist. Zu den Hauptvorteilen zählen die Konformität mit dem strengen AEC-Q101-Automotive-Qualifizierungsstandard, der Leistung und Langlebigkeit unter den typisch rauen Umgebungsbedingungen in Fahrzeuginnenräumen sicherstellt. Die LED ist zudem konform mit den Umweltschutzrichtlinien RoHS und REACH. Zielmarkt sind Hersteller von Automotive-Elektronik, die robuste, zuverlässige und kompakte Beleuchtungslösungen für Armaturenbrettschalter, Bedienfelder und andere Innenraumbeleuchtungsanforderungen benötigen.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Lichttechnische und elektrische Kenngrößen

Die Kernleistung ist unter einer Standardtestbedingung mit einem Durchlassstrom (I_F) von 20mA definiert. Die typische Lichtstärke beträgt 355 Millicandela (mcd), mit einer garantierten Mindestlichtstärke von 224 mcd und einer maximalen von 560 mcd. Die Durchlassspannung (V_F) beträgt typischerweise 3,10V und liegt im Bereich von minimal 2,75V bis maximal 3,75V. Dieser V_F-Bereich stellt das 99%-Ausgangstoleranzband dar. Die dominante Wellenlänge (λ_d) liegt bei 468 nm (Blaues Spektrum) mit einer engen Toleranz von ±1 nm, was eine konsistente Farbausgabe gewährleistet. Der Abstrahlwinkel (φ), definiert als der Winkel außerhalb der Achse, bei dem die Intensität auf die Hälfte ihres Spitzenwertes abfällt, beträgt 120 Grad mit einer Toleranz von ±5 Grad.

2.2 Absolute Maximalwerte und thermisches Management

Um die Bauteilintegrität zu gewährleisten, dürfen die absoluten Maximalwerte nicht überschritten werden. Der maximale Dauer-Durchlassstrom beträgt 30 mA, mit einer Fähigkeit für Stoßstromspitzen (t ≤ 10 μs) von 300 mA. Die maximale Verlustleistung beträgt 112 mW. Die Sperrschichttemperatur (T_J) darf 125°C nicht überschreiten, der Betriebsumgebungstemperaturbereich liegt bei -40°C bis +110°C. Zwei Wärmewiderstandswerte werden angegeben: Der reale Wärmewiderstand (R_{thJS real}) von der Sperrschicht zum Lötpunkt beträgt ≤ 180 K/W, während der elektrisch abgeleitete Wert (R_{thJS el}) ≤ 140 K/W beträgt. Diese Werte sind entscheidend für die Berechnung des Sperrschichttemperaturanstiegs während des Betriebs, um thermisches Durchgehen zu verhindern und die Stabilität der Lichtausgabe sicherzustellen.

2.3 Zuverlässigkeits- und Umweltspezifikationen

Das Bauteil ist nach dem AEC-Q101-Standard qualifiziert, was seine Eignung für Automotive-Anwendungen bestätigt. Es verfügt über eine ESD-Empfindlichkeitsklassifizierung (Elektrostatische Entladung) von 8 kV (Human Body Model), was eine gute Handhabungsrobustheit bietet. Die Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe (MSL) ist mit Stufe 2 bewertet, was eine Bodenlebensdauer von einem Jahr bei Lagerung bei ≤ 30°C/60% relativer Luftfeuchtigkeit anzeigt. Die maximale Reflow-Löttemperatur beträgt 260°C für 30 Sekunden.

3. Analyse der Leistungskurven

3.1 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (IV-Kurve)

Die IV-Kurve zeigt die für LEDs typische exponentielle Beziehung. Bei 25°C steigt die Durchlassspannung mit dem Strom an. Dieses Diagramm ist wesentlich für den Entwurf der strombegrenzenden Schaltung, um sicherzustellen, dass die LED innerhalb ihrer spezifizierten Spannungs- und Strombereiche arbeitet.

3.2 Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Diese Kurve zeigt, dass die Lichtausgabe im unteren bis mittleren Bereich annähernd linear mit dem Strom ansteigt. Sie hilft Entwicklern, den Kompromiss zwischen Treiberstrom und Lichtausgabe zu verstehen, insbesondere bei der Betrachtung von Leistungsaufnahme und thermischem Management.

3.3 Temperaturabhängigkeitseigenschaften

Mehrere Diagramme veranschaulichen Leistungsänderungen in Abhängigkeit von der Sperrschichttemperatur (T_J). Die Durchlassspannung hat einen negativen Temperaturkoeffizienten und sinkt um etwa 2 mV/°C. Die Lichtstärke nimmt ebenfalls mit steigender Temperatur ab, ein kritischer Faktor für die Aufrechterhaltung einer gleichmäßigen Helligkeit in hochtemperierten Automotive-Umgebungen. Die dominante Wellenlänge verschiebt sich leicht mit der Temperatur, was für farbkritische Anwendungen wichtig ist.

3.4 Derating-Kurve für den Durchlassstrom

Dies ist ein wesentliches Diagramm für das thermische Design. Es zeigt den maximal zulässigen Dauer-Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Lötpastentemperatur (T_S). Zum Beispiel ist bei einer T_S von 110°C der maximale I_F auf 22 mA reduziert. Ein Betrieb unter 5mA wird nicht empfohlen. Diese Kurve muss verwendet werden, um ein Überschreiten der maximalen Sperrschichttemperatur zu verhindern.

3.5 Spektrale Verteilung und Abstrahlcharakteristik

Das Diagramm der relativen spektralen Verteilung zeigt einen Peak im blauen Wellenlängenbereich (~468 nm). Das Diagramm der Abstrahlcharakteristik bestätigt visuell den weiten, lambert'schen 120-Grad-Abstrahlwinkel.

4. Erklärung des Binning-Systems

Die LED ist in spezifischen Leistungsbins erhältlich, um Entwicklern die Auswahl von Bauteilen entsprechend ihren Anwendungsanforderungen an Helligkeit und Farbe zu ermöglichen.

4.1 Binning der Lichtstärke

Eine umfassende Binning-Tabelle listet Gruppen von L1 (11,2-14 mcd) bis GA (18000-22400 mcd) auf. Das hervorgehobene Bin für diese spezifische Artikelnummer (57-11-UB0200H-AM) ist T1, was einem Lichtstärkebereich von 280 bis 355 mcd entspricht. Dies stimmt mit dem typischen Wert von 355 mcd aus der Kenngrößentabelle überein.

4.2 Binning der dominanten Wellenlänge

Die Wellenlängen-Binning-Tabelle enthält Codes für verschiedene Farbbereiche. Das relevante Bin für diese blaue LED ist 7175, das eine dominante Wellenlänge von 471 nm bis 475 nm abdeckt. Dies umfasst den typischen Wert von 468 nm und bestätigt die Einordnung des Bauteils in das blaue Spektrumbin.

5. Mechanische und Verpackungsinformationen

5.1 Mechanische Abmessungen

Die LED verwendet ein standardmäßiges PLCC-2-SMD-Gehäuse. Das Datenblatt enthält eine detaillierte Maßzeichnung, die Gehäuselänge, -breite, -höhe, Anschlussabstand und andere kritische mechanische Toleranzen spezifiziert. Diese Informationen sind für das Leiterplatten-Footprint-Design und die Gewährleistung eines korrekten Sitzes in der Baugruppe erforderlich.

5.2 Empfohlenes Lötpastenlayout

Ein Diagramm zeigt das optimale Leiterplatten-Land Pattern (Lötpastengeometrie) für das PLCC-2-Gehäuse. Die Befolgung dieser Empfehlung gewährleistet eine zuverlässige Lötstellenbildung während des Reflow-Prozesses, ausreichende mechanische Festigkeit und einen effektiven Wärmetransport vom Bauteil zur Leiterplatte.

5.3 Polaritätskennzeichnung

Die Kathode ist typischerweise durch eine Markierung auf dem Gehäuse gekennzeichnet, wie z.B. eine Kerbe, einen Punkt oder eine abgeschrägte Ecke. Die korrekte Polarisierungsausrichtung während der Montage ist für die Funktionsfähigkeit des Bauteils entscheidend.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil

Das Datenblatt spezifiziert ein Reflow-Profil mit einer Spitzentemperatur von 260°C für maximal 30 Sekunden. Die Einhaltung dieses Profils ist zwingend erforderlich, um thermische Schäden am LED-Chip, den Bonddrähten und dem Kunststoffgehäuse zu verhindern. Das Profil umfasst Aufheiz-, Halte-, Reflow- und Abkühlphasen mit definierten Anstiegsraten und Zeiten oberhalb der Liquidustemperatur.

6.2 Vorsichtsmaßnahmen für die Verwendung

Allgemeine Handhabungsvorsichtsmaßnahmen umfassen die Vermeidung mechanischer Belastung der Linse, die Verhinderung elektrostatischer Entladung (ESD) durch geerdete Ausrüstung und das Nichtüberschreiten der absoluten Maximalwerte. Das Bauteil sollte nicht in Sperrrichtung betrieben werden. Es sollten die ordnungsgemäßen Lagerbedingungen gemäß der MSL-2-Bewertung eingehalten werden.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

Die LEDs werden auf Tape & Reel für die automatisierte Pick-and-Place-Montage geliefert. Das Datenblatt enthält Verpackungsspezifikationen wie Reel-Abmessungen, Tape-Breite, Pocket-Abstand und Ausrichtung. Die Artikelnummer 57-11-UB0200H-AM folgt einem spezifischen Codierungssystem, das wahrscheinlich den Gehäusetyp (57), Farbe/Ansicht (11-UB für Seitenansicht blau) und das Leistungsbin (0200H) bezeichnet.

8. Anwendungsempfehlungen

8.1 Typische Anwendungsszenarien

Die primäre Anwendung ist die Kfz-Innenraumbeleuchtung, einschließlich Hintergrundbeleuchtung für Schalter, Tasten, Instrumententafeln, Infotainment-Bedienelemente und Ambientebeleuchtung. Die Seitenansichts-Emission und der weite Winkel machen sie geeignet für Anwendungen, bei denen die LED senkrecht zur Betrachtungsoberfläche montiert ist und einen Lichtleiter oder eine kleine Öffnung beleuchtet.

8.2 Designüberlegungen

Stromtreiber:Ein Konstantstromtreiber wird gegenüber einer Konstantspannungsquelle mit Vorwiderstand empfohlen, um eine stabilere Lichtausgabe, insbesondere über Temperatur, zu erreichen. Die Schaltung muss I_F auf ≤ 30 mA Dauerstrom begrenzen.
Thermisches Management:Das Leiterplattenlayout sollte die Kupferfläche um die Lötpads maximieren, um als Kühlkörper zu wirken und die Lötpunkttemperatur (T_S) so niedrig wie möglich zu halten, um den zulässigen Strom und die Lichtausgabe zu maximieren. Verwenden Sie die Derating-Kurve für das Design.
Optisches Design:Berücksichtigen Sie den 120-Grad-Abstrahlwinkel beim Entwurf von Lichtleitern oder Diffusoren, um eine gleichmäßige Ausleuchtung sicherzustellen.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu Standard-LEDs für den kommerziellen Bereich sind die wichtigsten Unterscheidungsmerkmale dieses Bauteils seine AEC-Q101-Qualifizierung für Automotive-Zuverlässigkeit, der weite 120-Grad-Abstrahlwinkel in einem Seitenansichtsgehäuse und sein spezifisches Binning für konsistente Farbe und Helligkeit. Die 8kV-ESD-Bewertung und die MSL-2-Klassifizierung erhöhen weiterhin seine Robustheit für industrielle und automotive Fertigungsprozesse.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F: Was ist der empfohlene Betriebsstrom?
A: Der typische Betriebszustand ist 20mA, was 355 mcd liefert. Sie kann bis maximal 30mA betrieben werden, jedoch muss thermisches Derating gemäß der Derating-Kurve angewendet werden.
F: Wie interpretiere ich das Lichtstärkebin T1?
A: Bin T1 garantiert, dass die Lichtstärke zwischen 280 mcd und 355 mcd liegt, gemessen bei I_F=20mA und T_J=25°C.
F: Kann diese LED in nicht-automobilen Anwendungen verwendet werden?
A: Ja, ihre hohe Zuverlässigkeit macht sie geeignet für Industrie-Steuerungen, Unterhaltungselektronik und Haushaltsgeräte, wo lange Lebensdauer und stabile Leistung benötigt werden, obwohl sie kostenoptimiert für Automotive-Stückzahlen sein kann.
F: Warum gibt es eine Mindeststromspezifikation (5mA)?
A: Ein Betrieb unterhalb dieses Mindeststroms kann zu instabiler oder ungleichmäßiger Lichtemission der Halbleitersperrschicht führen.

11. Design- und Anwendungsfallstudie

Szenario: Hintergrundbeleuchtung für ein Kfz-Klimabedienfeld.Ein Entwickler muss mehrere Membranschalter und einen kleinen Drehgeber beleuchten. Der Platz hinter dem Bedienfeld ist extrem begrenzt. Er wählt diese blaue Seitenansichts-LED aufgrund ihres kompakten PLCC-2-Gehäuses. Mehrere LEDs werden entlang der Kante eines dünnen Acryl-Lichtleiters platziert. Der 120-Grad-Abstrahlwinkel koppelt Licht effizient in den Leiter ein. Der Entwickler verwendet einen Konstantstrom-LED-Treiber-IC, der auf 18mA pro LED eingestellt ist, um Langlebigkeit zu gewährleisten und potenziell hohe Umgebungstemperaturen im Armaturenbrett zu berücksichtigen. Das Leiterplattenlayout umfasst großzügige thermische Entlastungspads, die mit einer Massefläche verbunden sind. Die AEC-Q101-Qualifizierung gibt Vertrauen in die Produktlebensdauer über die Fahrzeuglebensdauer hinweg unter verschiedenen klimatischen Bedingungen.

12. Funktionsprinzip

Dies ist eine Halbleiter-Leuchtdiode. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die ihre Bandlückenenergie übersteigt, rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich des Halbleiterchips (typischerweise basierend auf InGaN-Materialien für blaues Licht). Dieser Rekombinationsprozess setzt Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Zusammensetzung der Halbleiterschichten bestimmt die dominante Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts. Das Kunststoffgehäuse enthält eine geformte Linse, die die Abstrahlcharakteristik formt, um den spezifizierten 120-Grad-Abstrahlwinkel zu erreichen.

13. Technologietrends

Der Trend bei Automotive- und allgemeinen Beleuchtungs-LEDs geht zu höherer Effizienz (mehr Lumen pro Watt), was den Stromverbrauch und die thermische Belastung reduziert. Es gibt auch einen Trend zu höherer Zuverlässigkeit und längerer Lebensdauer. Im Bereich der Gehäusetechnik ist der Trend zur Miniaturisierung bei gleichzeitiger Beibehaltung oder Verbesserung der optischen Leistung und Wärmeableitung. Bei Seitenansichts-LEDs umfassen Fortschritte eine verbesserte Lichtextraktionseffizienz vom Chip und eine präzisere optische Kontrolle durch die Gehäuselinse, um spezifische Strahlprofile für Lichtleiteranwendungen zu erzeugen. Die Integration von Treiberschaltungen und mehreren LED-Chips in einzelne Module ist ebenfalls eine laufende Entwicklung.