Technisches Datenblatt für Himmelblau PLCC-2 LED - 3,1x2,8x1,9mm - 3,1V - 0,031W

1. Produktübersicht

Dieses Dokument enthält die vollständigen technischen Spezifikationen für eine hochhelle himmelblaue LED im PLCC-2 (Plastic Leaded Chip Carrier) Oberflächenmontagegehäuse. Diese Komponente ist für Zuverlässigkeit und Leistung in anspruchsvollen Anwendungen ausgelegt und weist eine typische Lichtstärke von 300 Millicandela (mcd) bei einem Durchlassstrom von 10mA auf. Die primären Einsatzziele umfassen Automobilinnenräume und andere Anwendungen, die eine konstante Farbe und stabile Ausgangsleistung erfordern.

Die Kernvorteile der LED ergeben sich aus der Kombination eines weiten Abstrahlwinkels von 120 Grad, der sie für Flächenbeleuchtung geeignet macht, und ihrer Qualifizierung nach dem AEC-Q101-Standard, der für automobiltaugliche Bauteile entscheidend ist. Sie ist außerdem konform mit den Umweltrichtlinien RoHS und REACH. Das Bauteil wird mit detaillierten Binning-Informationen sowohl für die Lichtstärke als auch für die Farbwertkoordinaten angeboten, was eine präzise Auswahl in farbkritischen Designs ermöglicht.

1.1 Zielmarkt & Anwendungen

Der primäre Zielmarkt für diese LED ist der Bereich der Automobilelektronik, insbesondere für Innenraumbeleuchtungsanwendungen. Ihre Zuverlässigkeitsspezifikationen machen sie für die Integration in Fahrzeugsysteme geeignet, die über einen weiten Temperaturbereich arbeiten und einem Langzeitbetrieb standhalten müssen.

• Automobil-Innenraumbeleuchtung:Ideal für Cockpit-Hintergrundbeleuchtung, Ambientebeleuchtung und Anzeigelampen im Fahrzeuginnenraum.
• Schalter:Kann zur Beleuchtung mechanischer oder kapazitiver Touch-Schalter verwendet werden.
• Instrumententafeln:Geeignet für die Hintergrundbeleuchtung von Anzeigen und Displays, bei denen eine gleichmäßige blaue Beleuchtung erforderlich ist.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Der folgende Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Interpretation der im Datenblatt angegebenen elektrischen, optischen und thermischen Kenngrößen. Das Verständnis dieser Werte ist für einen korrekten Schaltungsentwurf und das thermische Management entscheidend.

2.1 Lichttechnische & Optische Eigenschaften

Die optische Leistung ist unter einer Standardtestbedingung von 10mA Durchlassstrom (I_F) und einer Lötpad-Temperatur von 25°C definiert.

• Typische Lichtstärke (I_V):300 mcd. Dies ist der Mittelwert, mit einem garantierten Minimum von 112 mcd und einem Maximum von 450 mcd für das Standard-Produkt-Binning.
• Abstrahlwinkel (2θ_½):120 Grad. Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte ihres Spitzenwertes abfällt. Eine Toleranz von ±5 Grad ist anwendbar.
• Typische Farbwertkoordinaten (CIE x, y):(0,16; 0,08). Diese Koordinaten definieren den spezifischen Farbton Himmelblau im CIE-1931-Farbraum. Die Toleranz für diese Koordinaten beträgt ±0,005.

2.2 Elektrische Eigenschaften

• Durchlassspannung (V_F):3,1V typisch bei I_F=10mA, mit einem Bereich von 2,75V (min) bis 3,75V (max). Dieser Parameter hat eine Messtoleranz von ±0,05V. Der V_F-Bereich repräsentiert eine 99%ige Ausbeute.
• Durchlassstrom (I_F):Der empfohlene Dauerbetriebsstrom beträgt 10mA (typisch). Der absolute Maximalwert beträgt 20mA. Ein Mindeststrom von 2mA ist für den Betrieb erforderlich.
• Elektrostatische Entladungsempfindlichkeit (ESD):Bewertet mit 8 kV (Human Body Model, HBM). Dies zeigt eine moderate ESD-Robustheit an, dennoch sind während der Montage Standard-ESD-Handhabungsvorkehrungen erforderlich.

2.3 Thermische Eigenschaften

• Wärmewiderstand (R_thJS):Es werden zwei Werte angegeben. Der reale Wärmewiderstand (Sperrschicht zu Lötstelle) beträgt max. 120 K/W, während der elektrisch abgeleitete Wert max. 95 K/W beträgt. Entwickler sollten für zuverlässige thermische Berechnungen den konservativeren Wert von 120 K/W verwenden.
• Sperrschichttemperatur (T_J):Die maximal zulässige Temperatur an der LED-Chip-Sperrschicht beträgt 125°C.
• Betriebstemperaturbereich (T_opr):-40°C bis +110°C. Dieser weite Bereich ist für Automobilanwendungen wesentlich.

3. Absolute Maximalwerte

Das Überschreiten dieser Grenzwerte kann zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen. Es handelt sich nicht um Betriebsbedingungen.

• Verlustleistung (P_d):75 mW
• Durchlassstrom (I_F):20 mA (DC)
• Stoßstrom (I_FM):300 mA für Impulse ≤ 10µs mit einem Tastverhältnis (D) von 0,005 bei 25°C.
• Sperrspannung (V_R):Das Bauteil ist nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt. Das Anlegen einer Sperrspannung kann zu sofortigem Ausfall führen.
• Lagertemperatur (T_stg):-40°C bis +110°C.
• Reflow-Löttemperatur:Hält 260°C für 30 Sekunden stand, was mit Standard-bleifreien (Pb-free) Reflow-Profilen kompatibel ist.

4. Erklärung des Binning-Systems

Um Farb- und Helligkeitskonsistenz in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs in Bins sortiert. Dieses Bauteil verwendet zwei primäre Binning-Strukturen.

4.1 Lichtstärke-Binning

Die Lichtausbeute wird in Gruppen eingeteilt, die durch einen alphanumerischen Code (z.B. L1, R2, T1) gekennzeichnet sind. Jedes Bin definiert eine minimale und maximale Lichtstärke in Millicandela (mcd). Die Bins folgen einer logarithmischen Progression, typischerweise wobei das Maximum eines Bins etwa das 1,26-fache (die fünfte Wurzel aus 10) seines Minimums beträgt. Für diese spezifische Artikelnummer liegen die hervorgehobenen möglichen Ausgangs-Bins im Bereich um T1/T2 (280-450 mcd), was mit dem typischen Wert von 300 mcd übereinstimmt. Die Lichtstrommessung hat eine Toleranz von ±8%.

4.2 Farbwertkoordinaten-Binning (Himmelblau)

Die Farbe wird innerhalb des CIE-1931-(x,y)-Farbtafeldiagramms definiert. Das Datenblatt zeigt eine detaillierte Bin-Struktur-Tabelle für Himmelblau. Die Bins sind beschriftet (z.B. JA1, JA2, JA11) und jedes ist durch vier Koordinatenpunkte definiert, die ein Viereck auf dem Farbdiagramm bilden. Die typischen Koordinaten (0,16; 0,08) fallen in diese Struktur. Die enge Toleranz von ±0,005 stellt minimale visuelle Farbunterschiede zwischen Bauteilen aus demselben Bin sicher.

5. Analyse der Leistungskennlinien

Die bereitgestellten Diagramme veranschaulichen, wie sich Schlüsselparameter mit den Betriebsbedingungen ändern, was für die dynamische Designanalyse entscheidend ist.

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

Dieses Diagramm zeigt die für Dioden typische exponentielle Beziehung. Bei 25°C steigt die Spannung von etwa 2,9V bei 5mA auf etwa 3,3V bei 25mA. Diese Kurve ist wesentlich für die Berechnung des Vorwiderstandswertes und der Verlustleistung in der LED.

5.2 Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Die Lichtausbeute steigt überlinear mit dem Strom. Bei 10mA ist die relative Intensität als 1,0 definiert. Sie steigt auf etwa 2,2 bei 25mA. Dies zeigt, dass das Betreiben der LED über dem typischen 10mA mehr Licht liefert, aber auch die Wärme erhöht und den Wirkungsgrad (Lumen pro Watt) verringert.

5.3 Temperaturabhängigkeit

• Relative Lichtstärke vs. Sperrschichttemperatur:Die Lichtausbeute nimmt mit steigender Temperatur ab. Bei der maximalen Sperrschichttemperatur von 125°C beträgt die Ausbeute etwa 40% ihres Wertes bei 25°C. Dieser signifikante Abfall muss in Designs berücksichtigt werden, in denen die LED bei hohen Umgebungstemperaturen betrieben werden kann.
• Relative Durchlassspannung vs. Sperrschichttemperatur:Die Durchlassspannung hat einen negativen Temperaturkoeffizienten und nimmt um etwa 2mV/°C ab. Dies kann in einigen Temperaturschaltkreisen genutzt werden, ist jedoch im Allgemeinen ein Nebeneffekt.
• Farbverschiebung vs. Temperatur/Strom:Die Diagramme zeigen, dass sich die Farbwertkoordinaten (sowohl x als auch y) leicht mit Änderungen der Sperrschichttemperatur und des Treiberstroms verschieben. Diese Verschiebungen liegen typischerweise innerhalb weniger Tausendstel einer CIE-Einheit und sind für das menschliche Auge normalerweise nicht wahrnehmbar, können jedoch in hochpräzisen Farbabgleichsanwendungen relevant sein.

5.4 Spektrale Verteilung & Abstrahlcharakteristik

Das Diagramm der relativen spektralen Verteilung zeigt eine für eine blaue LED mit Leuchtstoffbeschichtung zur Erzeugung der himmelblauen Farbe charakteristische Spitzenwellenlänge, was zu einem breiteren Emissionsspektrum als bei einem rein blauen Chip führt. Das Abstrahldiagramm bestätigt das lambertähnliche Abstrahlprofil mit einem Abstrahlwinkel von 120 Grad.

5.5 Durchlassstrom-Derating & Impulsbelastbarkeit

Die Derating-Kurve schreibt vor, dass der maximal zulässige Dauer-Durchlassstrom reduziert werden muss, wenn die Lötpad-Temperatur steigt. Bei der maximalen Betriebspadtemperatur von 110°C darf der Strom 20mA nicht überschreiten. Das Diagramm zur Impulsbelastbarkeit zeigt, dass die LED für sehr kurze Tastverhältnisse viel höhere Spitzenströme (I_FP) als ihren DC-Nennwert aushalten kann.

6. Mechanische & Gehäuseinformationen

6.1 Mechanische Abmessungen

Das PLCC-2-Gehäuse hat eine Baugröße von etwa 3,1mm (Länge) x 2,8mm (Breite) x 1,9mm (Höhe). Detaillierte Zeichnungen mit Toleranzen sind für die Gesamtabmessungen, Anschlussabstände und Kavitätendetails vorhanden.

6.2 Empfohlene Lötpad-Anordnung

Für das PCB-Layout wird ein Land Pattern Design vorgeschlagen, um zuverlässiges Löten und korrekte Ausrichtung zu gewährleisten. Die Pad-Abmessungen sind typischerweise etwas größer als die Anschlüsse des Bauteils, um gute Lötfillete zu ermöglichen.

6.3 Polaritätskennzeichnung

Das PLCC-2-Gehäuse hat einen eingebauten Pol-Indikator. Eine Ecke des Bauteils ist abgeschrägt oder gekerbt. Die Kathode (-) befindet sich typischerweise an dieser markierten Ecke. Die Datenblattzeichnung kennzeichnet Anode und Kathode eindeutig.

7. Löt- & Montagerichtlinien

7.1 Reflow-Lötprofil

Ein empfohlenes Reflow-Profil wird bereitgestellt, das Standard-bleifreien (Pb-free) Prozessen entspricht. Der Schlüsselparameter ist eine Spitzentemperatur von 260°C, die das Bauteil bis zu 30 Sekunden aushalten kann. Die Aufheiz-, Halte-, Reflow- und Abkühlraten sind spezifiziert, um die thermische Belastung der Komponente zu minimieren.

7.2 Anwendungshinweise

• ESD-Schutz:Obwohl für 8kV HBM ausgelegt, sind während der Handhabung und Montage Standard-ESD-Schutzmaßnahmen zu verwenden.
• Strombegrenzung:Immer einen Vorwiderstand oder Konstantstromtreiber verwenden, um den Durchlassstrom auf den gewünschten Wert zu begrenzen. Nicht direkt an eine Spannungsquelle anschließen.
• Sperrspannungsschutz:Jede Sperrvorspannung vermeiden. In Schaltungen, in denen Sperrspannung möglich ist, eine Schutzdiode in Reihe oder parallel (mit Strombegrenzung) einbauen.
• Thermisches Management:Ausreichende PCB-Kupferfläche oder andere Kühlkörper sicherstellen, um die Lötpad-Temperatur innerhalb der Grenzwerte zu halten, insbesondere bei höheren Strömen oder hohen Umgebungstemperaturen.
• Reinigung:Wenn nach dem Löten eine Reinigung erforderlich ist, kompatible Lösungsmittel verwenden, die die Kunststofflinse nicht beschädigen.

7.3 Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe (MSL)

Das Bauteil ist mit MSL 2 bewertet. Das bedeutet, es kann bis zu einem Jahr Fabrikbedingungen (≤ 30°C / 60% rF) ausgesetzt werden. Wenn die versiegelte Trockenpackungsbeutel geöffnet wird, müssen die Komponenten innerhalb einer Woche gelötet werden, oder sie erfordern ein Backen vor dem Reflow, um "Popcorning"-Schäden zu verhindern.

8. Verpackungs- & Bestellinformationen

8.1 Verpackungsinformationen

Die LEDs werden auf geprägter Trägerbahn und Rolle für die automatisierte Pick-and-Place-Montage geliefert. Das Datenblatt spezifiziert die Bahnbreite, Taschenabmessungen, Rolldurchmesser und die Anzahl der Komponenten pro Rolle.

8.2 Artikelnummer & Bestellinformationen

Das Artikelnummernsystem wird im Auszug nicht vollständig detailliert, aber es kodiert typischerweise Schlüsselattribute wie Gehäusetyp, Farbe, Helligkeits-Bin und möglicherweise Farb-Bin. Die spezifische Bestellung würde die Auswahl der gewünschten Lichtstärke- und Farbwert-Bins aus den verfügbaren Optionen beinhalten.

9. Anwendungsdesign-Überlegungen

9.1 Schaltungsentwurf

Für den Grundbetrieb mit einer Konstantspannungsquelle (V_CC) den Vorwiderstand (R_S) berechnen mit: R_S= (V_CC- V_F) / I_F. Den maximalen V_F-Wert aus dem Datenblatt verwenden, um sicherzustellen, dass der Mindeststrom unter allen Bedingungen erreicht wird. Zum Beispiel, mit einer 5V-Versorgung und einem gewünschten I_Fvon 10mA: R_S= (5V - 3,75V) / 0,01A = 125Ω. Den nächsthöheren Normwert, 130Ω, verwenden. Die Nennleistung des Widerstands sollte mindestens I_F²* R_S= 0,013W betragen, daher ist ein 1/8W- oder 1/10W-Widerstand ausreichend.

9.2 Thermischer Entwurf in Automobilanwendungen

In einem Automobilinnenraum können Umgebungstemperaturen leicht 85°C erreichen. Wenn die LED auf einer kleinen Leiterplatte mit begrenzter Kupferfläche montiert ist, könnte die Lötpad-Temperatur (T_S) sich der Umgebungstemperatur annähern. Aus der Derating-Kurve geht hervor, dass bei T_S=85°C der maximal erlaubte I_Fimmer noch über 20mA liegt, daher ist der 10mA-Betrieb sicher. Wenn die LED jedoch in der Nähe anderer wärmeerzeugender Komponenten platziert ist, kann die lokale Temperatur höher sein, was eine thermische Analyse erforderlich macht.

9.3 Optische Integration

Der 120-Grad-Abstrahlwinkel bietet eine breite, gleichmäßige Ausleuchtung. Für Anwendungen, die einen stärker fokussierten Strahl erfordern, wäre eine externe Sekundäroptik (Linse) erforderlich. Das Kunststofflinsenmaterial kann empfindlich gegenüber längerer Einwirkung intensiver UV-Strahlung sein, was für Innenraumanwendungen im Allgemeinen kein Problem darstellt.

10. Technischer Vergleich & Differenzierung

Im Vergleich zu generischen, nicht automobiltauglichen PLCC-2-LEDs sind die wichtigsten Unterscheidungsmerkmale dieses Bauteils seine AEC-Q101-Qualifizierung und die detaillierte, garantierte Binning-Struktur. Viele Standard-LEDs haben größere Toleranzen bei Lichtstärke und Farbe, was zu sichtbaren Unregelmäßigkeiten in einem Endprodukt führen kann. Die 8kV-ESD-Bewertung ist ebenfalls höher als bei vielen einfachen kommerziellen LEDs. Der weite Betriebstemperaturbereich (-40 bis +110°C) zielt speziell auf Automobilanforderungen ab, während Consumer-LEDs oft einen engeren Bereich wie -20 bis +85°C haben.

11. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

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

A: Ja, aber nur, wenn die Lötpad-Temperatur (T_S) bei oder unter 25°C liegt. Mit steigender T_Snimmt der maximal zulässige Strom gemäß der Derating-Kurve ab. Bei typischerweise erhöhter Temperatur ist ein niedrigerer Strom wie 10-15mA für die Langzeitzuverlässigkeit sicherer.

F: Die typische V_Fbeträgt 3,1V, aber meine Schaltung misst 3,0V. Ist das ein Problem?

A: Nein. Die V_Fhat einen Bereich (2,75V bis 3,75V) und eine Produktionsverteilung. Eine Messung von 3,0V liegt gut innerhalb der spezifizierten Minimal- und Typwerte. Ihre tatsächliche Lichtstärke könnte leicht von der typischen Kurve abweichen, wird aber immer noch innerhalb der Binning-Grenzen liegen.

F: Warum ist die Lichtstärke bei 10mA statt bei maximal 20mA spezifiziert?

A: 10mA ist die Standardtestbedingung, die eine konsistente Messung und den Vergleich zwischen verschiedenen LEDs und Herstellern sicherstellt. Sie repräsentiert einen üblichen Arbeitspunkt, der Helligkeit, Effizienz und Bauteillebensdauer in Einklang bringt.

F: Wie wähle ich das richtige Bin für meine Anwendung aus?

A: Für Anwendungen, bei denen mehrere LEDs nebeneinander verwendet werden (z.B. eine Lichtleiste), ein enges Lichtstärke-Bin (z.B. nur T1) und einen einzelnen Farbwert-Bin-Code auswählen, um gleichmäßige Helligkeit und Farbe zu gewährleisten. Für Einzel-LED-Anwendungen kann ein breiteres Bin wie T1/T2 akzeptabel und potenziell kostengünstiger sein.

12. Design-in Fallstudie

Szenario:Entwurf der Hintergrundbeleuchtung für eine Automobil-Mittelkonsole-Schaltertafel. Vier identische himmelblaue LEDs werden benötigt, um vier Tasten gleichmäßig auszuleuchten.

Entwurfsschritte:

1. Elektrischer Entwurf:Die Fahrzeugversorgung beträgt nominell 12V. Verwendung eines Linearreglers zur Bereitstellung einer stabilen 5V-Schiene für die LEDs. Für jede LED: R_S= (5V - 3,75V) / 0,01A = 125Ω. 130Ω, 1/10W Widerstände verwenden. Gesamtstromaufnahme: 4 * 10mA = 40mA.

2. Optische & Binning-Auswahl:Um sicherzustellen, dass die vier Tasten identisch aussehen, alle LEDs aus demselben Lichtstärke-Bin (z.B. T1: 280-355 mcd) und demselben Farbwert-Bin (z.B. JA1) bestellen. Dies minimiert die Bauteil-zu-Bauteil-Variation.

3. Thermischer & Layout-Entwurf:Das Konsoleninnere kann 80°C erreichen. Die LEDs werden auf einer kleinen Leiterplatte montiert. Um T_Sniedrig zu halten, eine Leiterplatte mit mindestens 1oz Kupfer verwenden und die thermischen Pads der LED mit einer kleinen Kupferfläche verbinden. Die Derating-Kurve zeigt, dass der Betrieb bei 10mA bei dieser Temperatur noch sicher ist.

4. Validierung:Einen Prototyp bauen und die Lichtausbeute und Farbe bei Raumtemperatur und nach einem Temperaturtest bei 80°C messen. Überprüfen, ob der Intensitätsabfall bei hoher Temperatur für die Anwendung akzeptabel ist.

13. Technologieprinzip-Überblick

Diese LED basiert auf Halbleiter-Elektrolumineszenz. Eine in Durchlassrichtung angelegte Spannung über den p-n-Übergang verursacht die Rekombination von Elektronen und Löchern, wodurch Energie in Form von Photonen freigesetzt wird. Das Basishalbleitermaterial (typischerweise InGaN) emittiert Licht im blauen Spektrum. Um die himmelblaue Farbe zu erreichen, wird das blaue Licht vom Chip teilweise durch eine Leuchtstoffbeschichtung (oft basierend auf Cer-dotiertem Yttrium-Aluminium-Granat oder ähnlichen Materialien) konvertiert. Die Mischung aus direkter Blauemission und herunterkonvertiertem breiterem Spektrallicht ergibt den finalen himmelblauen Farbpunkt, definiert durch die CIE-Koordinaten. Das PLCC-2-Gehäuse bietet eine geformte Kunststofflinse, die das Licht in das gewünschte 120-Grad-Abstrahlmuster formt und den Halbleiterchip und die Bonddrähte schützt.

14. Branchentrends

Der Markt für SMD-LEDs in Automobilinnenräumen wächst weiter, angetrieben durch die zunehmende Verbreitung von Ambientebeleuchtung und vollständig digitalen Instrumententafeln. Trends umfassen:

Höhere Effizienz:Laufende Entwicklungen zielen darauf ab, höhere Lichtstärke (mcd) bei gleichem oder niedrigerem Treiberstrom zu bieten, um den Stromverbrauch und die thermische Belastung zu reduzieren.

Farbabstimmung & Konsistenz:Die Nachfrage nach präzisen und konsistenten Farben über mehrere LEDs und über die Lebensdauer des Produkts hinweg nimmt zu, was zu engeren Binning-Spezifikationen und mehrkanaligen programmierbaren LED-Treibern führt.

Integration:Es gibt einen Trend zur Integration mehrerer LED-Chips (z.B. RGB) in ein einziges Gehäuse oder zur Kombination der LED mit einem Treiber-IC für vereinfachtes Design.

Fokus auf Zuverlässigkeit:Da LEDs in sicherheitsnahen Anwendungen (z.B. Warnanzeigen) kritischer werden, werden Qualifizierungsstandards wie AEC-Q102 (der Nachfolger von AEC-Q101 für diskrete Optoelektronik) strenger und erfordern umfassendere Lebensdauer- und Belastungstestdaten von Lieferanten.