PLCC-2 Himmelblau LED Datenblatt - Gehäuse 3.2x2.8x1.9mm - Spannung 3.1V - Leistung 0.075W - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument erläutert die Spezifikationen einer hochhelligen, himmelblauen LED im PLCC-2 (Plastic Leaded Chip Carrier) Oberflächenmontagegehäuse. Das Bauteil ist für Zuverlässigkeit und Leistung in anspruchsvollen Umgebungen ausgelegt und zeichnet sich durch einen weiten Betrachtungswinkel von 120 Grad und eine typische Lichtstärke von 200 Millicandela (mcd) bei einem Standardtreiberstrom von 10mA aus. Das primäre Einsatzgebiet ist die Kfz-Innenraumbeleuchtung, wo gleichmäßige Farbwiedergabe, Langlebigkeit und Konformität mit Industriestandards von größter Bedeutung sind. Die LED ist nach dem AEC-Q101-Standard für automotivtaugliche Bauteile qualifiziert und erfüllt die Umweltschutzrichtlinien RoHS und REACH.

1.1 Kernvorteile

• Hohe Zuverlässigkeit:Qualifiziert nach AEC-Q101 für Automotive-Anwendungen, gewährleistet Leistung unter rauen Temperatur- und Vibrationsbedingungen.
• Gleichmäßige Farbe:Eng tolerierte Farbkoordinaten (0.16, 0.08) für ein einheitliches himmelblaues Erscheinungsbild über alle Produktionschargen.
• Weiter Betrachtungswinkel:120-Grad-Abstrahlcharakteristik, ideal für Flächenbeleuchtung und Anzeigeanwendungen, bei denen Sichtbarkeit aus mehreren Winkeln erforderlich ist.
• Robuster ESD-Schutz:ESD-Festigkeit von 8kV nach Human Body Model (HBM) erhöht die Robustheit bei Handhabung und Montage.
• Umweltkonformität:Erfüllt RoHS- und REACH-Anforderungen, frei von gefährlichen Stoffen.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Der folgende Abschnitt bietet eine detaillierte Aufschlüsselung der wichtigsten elektrischen, optischen und thermischen Eigenschaften der LED.

2.1 Lichttechnische und elektrische Kenngrößen

Die folgende Tabelle listet die garantierten Mindest-, Typ- und Maximalwerte für kritische Parameter unter Standardtestbedingungen (T_s=25°C, I_F=10mA, sofern nicht anders angegeben).

• Durchlassstrom (I_F):Der empfohlene Betriebsstrom beträgt 10mA, mit einem absoluten Maximalwert von 20mA. Ein Mindeststrom von 2mA ist für den Betrieb erforderlich.
• Lichtstärke (I_V):Die typische Ausgangsleistung beträgt 200 mcd, mit einem spezifizierten Bereich von 112 mcd (Min) bis 450 mcd (Max). Die tatsächliche Ausgangsleistung wird gebinnt, wie in Abschnitt 4 detailliert beschrieben.
• Durchlassspannung (V_F):Typisch 3.1V, im Bereich von 2.75V bis 3.75V bei 10mA. Dieser Parameter hat eine Messtoleranz von ±0.05V.
• Betrachtungswinkel (2φ_1/2):Definiert als der volle Winkel, bei dem die Intensität auf die Hälfte ihres Spitzenwerts abfällt. Diese LED hat einen Nennbetrachtungswinkel von 120 Grad mit einer Toleranz von ±5 Grad.
• Farbkoordinaten (CIE x, y):Der typische Farbort ist x=0.16, y=0.08, mit einer engen Toleranz von ±0.005, um Farbkonstanz zu gewährleisten.

2.2 Thermische Kenngrößen

Ein effektives Wärmemanagement ist entscheidend für die Lebensdauer und Leistungsstabilität der LED.

• Wärmewiderstand (R_thJS):Es werden zwei Werte angegeben: ein elektrisch gemessener Wert von 100 K/W und ein realer (gemessener) Wert von 130 K/W. Der höhere reale Wert sollte für ein genaues thermisches Design verwendet werden.
• Verlustleistung (P_d):Die maximal zulässige Verlustleistung beträgt 75 mW.
• Sperrschichttemperatur (T_J):Die maximal zulässige Sperrschichttemperatur beträgt 125°C.
• Betriebstemperaturbereich (T_opr):Die LED ist für den Betrieb von -40°C bis +110°C ausgelegt, geeignet für Automotive-Umgebungen.

3. Absolute Maximalwerte

Belastungen über diese Grenzen hinaus können dauerhafte Schäden verursachen. Das Bauteil ist nicht für den Betrieb mit Sperrspannung ausgelegt.

• Durchlassstrom (I_F): 20 mA (DC)
• Stoßstrom (I_FM): 300 mA (t_p≤ 10μs, Tastverhältnis 0.005)
• Sperrspannung (V_R): Nicht für Sperrbetrieb ausgelegt
• Sperrschichttemperatur (T_J): 125°C
• Lagertemperatur (T_stg): -40°C bis +110°C
• ESD-Empfindlichkeit (HBM): 8 kV
• Reflow-Löttemperatur: 260°C Spitze für maximal 30 Sekunden

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere Diagramme, die das Verhalten der LED unter verschiedenen Bedingungen veranschaulichen.

4.1 Spektrale und Strahlungsverteilung

DasDiagramm der relativen spektralen Verteilungzeigt, dass die LED im blauen Wellenlängenbereich emittiert, zentriert bei etwa 470-490nm, was ihre himmelblaue Farbe definiert. DasTypische Diagramm der Strahlungscharakteristikbestätigt visuell das lambertähnliche Abstrahlmuster, das zum 120-Grad-Betrachtungswinkel führt.

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

Dieses Diagramm zeigt die für Dioden typische exponentielle Beziehung. Die Durchlassspannung steigt mit dem Strom. Entwickler nutzen dies, um Vorwiderstandswerte oder Treiberanforderungen zu berechnen, um den gewünschten Arbeitspunkt zu erreichen (z.B. 10mA bei ~3.1V).

4.3 Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Die Lichtausbeute ist im Bereich von 0-20mA nahezu linear zum Strom. Ein Betrieb der LED über 10mA hinaus liefert proportional höhere Helligkeit, erhöht jedoch die Verlustleistung und die Sperrschichttemperatur, was berücksichtigt werden muss.

4.4 Temperaturabhängigkeit

Zwei wichtige Diagramme veranschaulichen Temperatureffekte:

• Relative Lichtstärke vs. Sperrschichttemperatur:Die Lichtausbeute nimmt mit steigender Temperatur ab. Bei der maximalen Sperrschichttemperatur von 125°C beträgt die Ausbeute etwa 40-50% des Wertes bei 25°C.
• Relative Durchlassspannung vs. Sperrschichttemperatur:Die Durchlassspannung hat einen negativen Temperaturkoeffizienten und sinkt um etwa 2mV/°C. Dies kann in einigen Anwendungen zur Überwachung der Sperrschichttemperatur genutzt werden.
• Farbverschiebung vs. Sperrschichttemperatur:Die Farbkoordinaten (x, y) verschieben sich leicht mit der Temperatur, aber die Änderung ist innerhalb des Betriebsbereichs minimal, wie die kleinen Δ-Werte im Diagramm zeigen.

4.5 Entlastung und Pulsbelastbarkeit

DieEntlastungskurve für den Durchlassstromschreibt vor, den maximal zulässigen kontinuierlichen Durchlassstrom zu reduzieren, wenn die Lötpastentemperatur steigt. Bei der maximalen Umgebungs-/Lötpunkt-Temperatur von 110°C muss der Strom auf 20mA begrenzt werden. DasDiagramm der zulässigen Pulsbelastbarkeitzeigt, dass viel höhere Spitzenströme (bis zu 300mA) für sehr kurze Pulsbreiten (≤10μs) bei niedrigem Tastverhältnis angewendet werden können, was für Multiplexing- oder Stroboskopanwendungen nützlich ist.

5. Erklärung des Binning-Systems

Um Produktionsschwankungen zu handhaben, werden LEDs basierend auf ihrer Lichtstärke sortiert (gebinned).

5.1 Lichtstärke-Binning

Das Bauteil verwendet einen alphanumerischen Binning-Code (z.B. R1, R2, S1). Jedes Bin deckt einen spezifischen Bereich von minimaler bis maximaler Lichtstärke, gemessen in Millicandela (mcd), ab. Für dieses Produkt sind die möglichen Ausgangs-Bins hervorgehoben und reichen von R1 (112-140 mcd) bis T2 (355-450 mcd). Der typische Wert von 200 mcd fällt in die Bins S1 (180-224 mcd) oder S2 (224-280 mcd). Entwickler sollten das erforderliche Bin spezifizieren oder auf Intensitätsschwankungen innerhalb des hervorgehobenen Bereichs vorbereitet sein.

5.2 Farb-Binning

Es wird eine standardmäßige himmelblaue Farb-Bin-Struktur referenziert, die sicherstellt, dass alle Einheiten innerhalb der spezifizierten CIE (0.16, 0.08) ±0.005 Toleranzbox auf dem Farbtafeldiagramm liegen. Diese enge Kontrolle ist für Anwendungen, die Farbabgleich über mehrere LEDs erfordern, unerlässlich.

6. Mechanische und Gehäuseinformationen

6.1 Gehäuseabmessungen

Die LED ist in einem standardmäßigen PLCC-2 Oberflächenmontagegehäuse untergebracht. Wichtige Abmessungen sind eine Gehäusegröße von etwa 3.2mm x 2.8mm und eine Höhe von 1.9mm. Für genaue Toleranzen und Lötflächen-Design sollten detaillierte mechanische Zeichnungen konsultiert werden.

6.2 Polaritätskennzeichnung

Das PLCC-2-Gehäuse hat einen eingebauten Polarisationsindikator, typischerweise eine Kerbe oder eine abgeschrägte Ecke auf der Kathodenseite (-). Die korrekte Ausrichtung ist während der Montage kritisch.

6.3 Empfohlene Lötflächengeometrie

Eine Empfehlung für die Lötflächengeometrie wird bereitgestellt, um zuverlässiges Löten und mechanische Stabilität zu gewährleisten. Die Einhaltung dieses Footprints ist entscheidend für eine gute Lötstellenbildung während des Reflow-Prozesses und zur Vermeidung von Tombstoning.

7. Löt- und Montagerichtlinien

7.1 Reflow-Lötprofil

Die LED ist mit Standard-Infrarot- oder Konvektions-Reflow-Prozessen kompatibel. Das spezifizierte Profil beinhaltet eine Spitzentemperatur von 260°C für maximal 30 Sekunden. Die Zeit über 220°C sollte kontrolliert werden. Die Einhaltung dieses Profils verhindert thermische Schäden am Kunststoffgehäuse und am Halbleiterchip.

7.2 Vorsichtsmaßnahmen für die Verwendung

• ESD-Handhabung:Aufgrund der 8kV HBM-Festigkeit sind während der Handhabung und Montage Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen zu treffen.
• Reinigung:Wenn nach dem Löten eine Reinigung erforderlich ist, verwenden Sie kompatible Lösungsmittel, die die Kunststofflinse nicht beschädigen.
• Strombegrenzung:Betreiben Sie die LED stets mit einem Vorwiderstand oder Konstantstromtreiber, um ein Überschreiten des maximalen Durchlassstroms zu verhindern, insbesondere unter Berücksichtigung des negativen Temperaturkoeffizienten von V_F.

8. Verpackung und Bestellinformationen

Die LEDs werden auf Tape and Reel für die automatisierte Montage geliefert. Standard-Reel-Mengen werden verwendet (z.B. 2000 oder 4000 Stück pro Reel). Die Artikelnummer67-11-SB0100L-AMcodiert wichtige Attribute: wahrscheinlich Gehäuse (67), Farbe (SB für Sky Blue) und spezifisches Leistungs-Bin. Entwickler müssen auf die detaillierten Bestellinformationen verweisen, um das korrekte Lichtstärke-Bin für ihre Anwendung auszuwählen.

9. Anwendungsvorschläge

9.1 Typische Anwendungsszenarien

• Kfz-Innenraumbeleuchtung:Armaturenbrett-Hintergrundbeleuchtung, Schalterbeleuchtung, Fußraumleuchten und Ambientebeleuchtung. Die AEC-Q101-Qualifikation und der weite Temperaturbereich machen sie ideal dafür.
• Unterhaltungselektronik:Statusanzeigen, Hintergrundbeleuchtung für Tasten oder Panels in Geräten, die eine blaue Anzeige erfordern.
• Industrielle Anzeigen:Pannelleuchten oder Statusanzeigen an Maschinen, wo ein klares, helles Signal benötigt wird.

9.2 Designüberlegungen

• Wärmemanagement:Verwenden Sie für Berechnungen den realen Wärmewiderstand (130 K/W). Stellen Sie sicher, dass die Leiterplatte eine ausreichende Wärmeableitung bietet, insbesondere bei Strömen über 10mA oder hohen Umgebungstemperaturen. Die Entlastungskurve muss eingehalten werden.
• Stromversorgung:Für eine stabile Lichtausbeute und lange Lebensdauer sollte, wenn möglich, ein Konstantstromtreiber anstelle eines einfachen Widerstands verwendet werden, insbesondere in Automotive-Umgebungen, wo die Versorgungsspannung variieren kann.
• Optisches Design:Der 120-Grad-Betrachtungswinkel ist sehr weit. Für fokussierte Beleuchtung kann eine externe Sekundäroptik (Linse) erforderlich sein.
• Bin-Auswahl:Für Anwendungen, die gleichmäßige Helligkeit über mehrere LEDs erfordern, spezifizieren Sie ein enges Lichtstärke-Bin oder implementieren Sie eine elektronische Helligkeitskalibrierung.

10. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu generischen blauen LEDs bietet dieses Bauteil deutliche Vorteile für professionelle Anwendungen:

• vs. Nicht-Automotive-LEDs:Die AEC-Q101-Qualifikation beinhaltet strenge Belastungstests für thermischen Schock, Feuchtigkeit und Langlebigkeit, die Standard-Kommerz-LEDs nicht durchlaufen.
• vs. LEDs mit weiterem Betrachtungswinkel:Ein 120-Grad-Winkel bietet eine hervorragende Sichtbarkeit außerhalb der Achse im Vergleich zu Geräten mit engerem Winkel und reduziert die Anzahl der für Flächenbeleuchtung benötigten LEDs.
• vs. LEDs mit loser Farbtoleranz:Die enge ±0.005 CIE-Toleranz gewährleistet Farbkonstanz, was bei Multi-LED-Arrays, bei denen Farbunterschiede visuell auffällig sind, entscheidend ist.

11. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Kann ich diese LED dauerhaft mit 20mA betreiben?

A: Ja, aber nur, wenn die Lötpastentemperatur bei oder unter 25°C gehalten wird (gemäß der Entlastungskurve). In einer realen Anwendung mit höherer Umgebungstemperatur müssen Sie den Strom reduzieren. Bei der maximalen Betriebstemperatur von 110°C darf der Strom 20mA, den absoluten Maximalwert, nicht überschreiten.

F: Welchen Widerstandswert sollte ich für eine 12V-Versorgung verwenden?

A: Für ein typisches V_Fvon 3.1V bei 10mA: R = (12V - 3.1V) / 0.01A = 890 Ohm. Verwenden Sie den nächstgelegenen Standardwert (z.B. 910 Ohm) und stellen Sie sicher, dass die Widerstandsbelastbarkeit ausreicht: P = (12V-3.1V)*0.01A ≈ 0.089W (ein 1/8W- oder 1/4W-Widerstand ist geeignet).

F: Wie beeinflusst die Temperatur die Helligkeit?

A: Die Helligkeit nimmt mit steigender Sperrschichttemperatur ab. Siehe das Diagramm \"Relative Lichtstärke vs. Sperrschichttemperatur\". Ein gutes thermisches Design ist entscheidend, um eine stabile Lichtausbeute aufrechtzuerhalten.

F: Ist diese LED für den Kfz-Außeneinsatz geeignet?

A: Dieses Datenblatt spezifiziert Anwendungen für \"Kfz-Innenraumbeleuchtung\". Für den Außeneinsatz sind typischerweise höhere Schutzarten (IP), andere Farbspezifikationen und oft andere Gehäusekonstruktionen erforderlich, um Witterung, UV-Bestrahlung und extremere Temperaturen zu widerstehen. Konsultieren Sie spezifische Außenanwendungs-LED-Produkte.

12. Praktische Design-Fallstudie

Szenario:Entwurf einer beleuchteten Kfz-Gangwahlschalttafel mit 5 identischen himmelblauen LEDs.

Designschritte:

1. Elektrisches Design:Annahme einer stabilen 5V-Schiene vom Fahrzeug-Body-Control-Modul. Ziel I_F= 10mA für ein Gleichgewicht aus Helligkeit und Langlebigkeit. Berechnung des Vorwiderstands: R = (5V - 3.1V) / 0.01A = 190Ω. Verwenden Sie 200Ω Standardwiderstände.

2. Thermische Analyse:Leistung pro LED: P_d= V_F* I_F= 3.1V * 0.01A = 31mW. Mit R_thJS=130 K/W, ΔT_J= 0.031W * 130 K/W ≈ 4°C Anstieg über dem Lötpunkt. Wenn die PCB-Temperatur der Tafel maximal 85°C erreicht, ist T_J≈ 89°C, deutlich unter dem 125°C-Limit.

3. Optisch/Mechanisch:Platzieren Sie die LEDs hinter einer mattierten Acrylplatte. Der 120-Grad-Betrachtungswinkel gewährleistet eine gleichmäßige Ausleuchtung der Tafeloberfläche ohne dunkle Stellen.

4. Beschaffung:Spezifizieren Sie das erforderliche Lichtstärke-Bin (z.B. S1 oder S2), um sicherzustellen, dass alle 5 LEDs eine abgeglichene Helligkeit haben. Bestellen Sie auf Tape and Reel für die automatisierte Montage.

13. Einführung in das Funktionsprinzip

Dies ist eine Halbleiter-Leuchtdiode (LED). Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die ihre Bandlückenspannung übersteigt (für diese blaue LED etwa 3.1V), rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich des Halbleiterchips (typischerweise basierend auf InGaN-Materialien für blaue Emission). Diese Rekombination setzt Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Zusammensetzung der Halbleiterschichten bestimmt die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts. Das Kunststoff-PLCC-Gehäuse verkapselt den Chip, bietet mechanischen Schutz, enthält eine geformte Linse, die das Licht in ein 120-Grad-Muster formt, und beherbergt den Anschlussrahmen für die elektrische Verbindung.

14. Technologietrends

Die Entwicklung von LEDs wie dieser ist Teil größerer Trends in der Optoelektronik:

• Erhöhte Effizienz:Laufende Forschung in der Materialwissenschaft zielt darauf ab, die Lichtausbeute (Lumen pro Watt) von blauen und anderen Farb-LEDs zu verbessern und so den Stromverbrauch bei gleicher Lichtleistung zu reduzieren.
• Miniaturisierung:Während PLCC-2 ein Standardgehäuse ist, gibt es einen Trend zu kleineren Chip-Scale-Packages (CSP) für Hochdichteanwendungen, oft jedoch auf Kosten der thermischen Leistung und Handhabbarkeit.
• Verbesserte Zuverlässigkeit:Standards wie AEC-Q101 entwickeln sich weiter und fordern längere Lebensdauern und Leistung unter noch extremeren Bedingungen für Automotive- und Industriemärkte.
• Integrierte Lösungen:Ein wachsender Trend ist die Integration von LED-Chip, Treiber-IC und Kontrolllogik in einzelne, intelligente Modulgehäuse, was das Design für Endanwender vereinfacht.

Diese spezielle LED stellt eine ausgereifte, hochzuverlässige Lösung dar, die für einen spezifischen Satz anspruchsvoller Anwendungen optimiert ist und Leistung, Kosten und Herstellbarkeit in Einklang bringt.