HPL3535CZ12 Serie SMD Hochleistungs-LED Datenblatt - 3,5x3,5mm Keramikgehäuse - 2,5-3,3V Durchlassspannung - 350mA-1200mA Betriebsstrom - Weiße LED

1. Produktübersicht

Die HPL3535CZ12 Serie ist eine oberflächenmontierbare Hochleistungs-LED für anspruchsvolle Beleuchtungsanwendungen. Sie vereint hohe Lichtausbeute mit einem kompakten Keramikgehäuse und ist somit eine vielseitige Komponente für moderne Festkörperbeleuchtungsdesigns. Ein Hauptmerkmal ist ihre elektrisch isolierte thermische Anschlussfläche, die das Wärmemanagement und das elektrische Layout vereinfacht, indem sie größere Flexibilität im Leiterplattendesign ermöglicht. Diese Serie positioniert sich als robuste Lösung, die den strengen Anforderungen von allgemeiner, kommerzieller und spezialisierter Beleuchtung gerecht wird.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die primären Vorteile dieser LED umfassen ihre kompakte keramische SMD-Bauform, die Zuverlässigkeit und thermische Leistung verbessert, sowie einen hohen typischen Lichtstrom von 204 Lumen bei 350mA. Sie entspricht den RoHS-, EU REACH- und halogenfreien Standards und gewährleistet so Umwelt- und Regulierungskompatibilität. Die Zielmärkte sind vielfältig und umfassenDekorative und Entertainment-Beleuchtung, Signal- und SymbolbeleuchtungsowieAgrarbeleuchtung. Ihre Leistungsmerkmale machen sie geeignet für Anwendungen, die konstante, helle und effiziente Lichtausgabe in einem zuverlässigen Gehäuse erfordern.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Interpretation der im Datenblatt spezifizierten elektrischen, optischen und thermischen Schlüsselparameter.

2.1 Absolute Maximalwerte

Das Bauteil ist für einen maximalen Dauer-Durchlassstrom (I_F) von 2000 mA ausgelegt, vorausgesetzt die thermische Anschlussfläche wird auf 25°C gehalten. Dies unterstreicht die kritische Bedeutung einer effektiven Wärmeableitung in realen Anwendungen, um Leistungsabfall oder Ausfall zu verhindern. Der Spitzenimpulsstrom beträgt 2400 mA bei einem Tastverhältnis von 1/10 und 1 kHz. Die maximale Sperrschichttemperatur (T_J) beträgt 150°C, was die ultimative Grenze für den Halbleiterchip darstellt. Der Betriebstemperaturbereich ist mit -40°C bis +105°C spezifiziert, was auf Eignung für raue Umgebungen hinweist. Ein niedriger Wärmewiderstand (R_th) von 3°C/W ist für die LED selbst spezifiziert, was für die Wärmeableitung exzellent ist; beachten Sie jedoch, dass dies der Widerstand von der Sperrschicht zur Anschlussfläche ist; der systemische Wärmewiderstand wird höher sein. Das Bauteil hält einer maximalen Löttemperatur von 260°C stand und ist für maximal 2 Reflow-Zyklen ausgelegt, was ein Standardwert für solche Komponenten ist.

2.2 Lichttechnische Eigenschaften

Das Datenblatt enthält detaillierte Lichtstromdaten für verschiedene Farbtemperaturen (CCTs): 3000K, 4000K, 5000K, 5700K und 6500K, alle mit einem Farbwiedergabeindex (CRI) von 70. Der typische Lichtstrom bei 350mA und 25°C Sperrschichttemperatur reicht von 194 lm (3000K) bis 204 lm (5000K, 5700K, 6500K). Entscheidend ist, dass die Daten die Leistung bei einer erhöhten Sperrschichttemperatur von 85°C und bei höheren Betriebsströmen (700mA, 1000mA, 1200mA) enthalten. Beispielsweise sinkt der typische Lichtstrom der 5000K-Variante von 204 lm (350mA, 25°C) auf 184 lm (350mA, 85°C), was den negativen Einfluss der Temperatur auf die Lichtausbeute demonstriert. Bei 1200mA und 85°C beträgt die typische Ausgabe 536 lm, aber die Effizienz (Lumen pro Watt) nimmt im Vergleich zu niedrigeren Strömen ab. Alle radiometrischen Leistungsmessungen haben eine angegebene Toleranz von ±10%.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Produkt wird nach mehreren Parametern klassifiziert, um Konsistenz in Beleuchtungsdesigns sicherzustellen.

3.1 Lichtstrom-Binning

Weiße LEDs werden in Lichtstrom-Bins mit 20-Lumen-Schritten gruppiert. Die verfügbaren Bins sind: 170L20 (170-190 lm), 190L20 (190-210 lm), 210L20 (210-230 lm) und 230L20 (230-250 lm). Diese Bins sind unter den Standardtestbedingungen von 350mA definiert.

3.2 Durchlassspannungs-Binning

Die Durchlassspannung (V_F) wird in Schritten von etwa 0,2V, gemessen bei 350mA, gebinnt. Die Bins sind U1 (2,5-2,7V), U2 (2,7-2,9V), U3 (2,9-3,1V), U4 (3,1-3,2V) und U5 (3,2-3,3V). Ein niedrigeresV_F-Bin kann bei gleichem Strom zu einem etwas geringeren Stromverbrauch und weniger Wärmeentwicklung führen.

3.3 Weißlicht-Farbtemperatur-Bin-Struktur

Die Weißlichtausgabe wird sorgfältig in Warmweiß (2580K-3710K), Neutralweiß (3710K-4745K) und Kaltweiß (4745K-7050K) Gruppen kategorisiert. Innerhalb der Kaltweiß-Gruppe sind spezifische Bins für 5000K, 5700K und 6500K CCTs definiert, jeweils mit vier Sub-Bins (z.B. 50K-1, 50K-2, 50K-3, 50K-4). Jedes Sub-Bin ist durch einen viereckigen Bereich im CIE-1931-Farbtafeld definiert, spezifiziert durch vier (x, y) Koordinatenpaare. Dieses präzise Binning ermöglicht es Designern, LEDs mit sehr enger Farbkonsistenz auszuwählen, was für Anwendungen, bei denen ein einheitliches Erscheinungsbild entscheidend ist, von großer Bedeutung ist. Die Toleranz für die Farbortkoordinatenmessung beträgt ±0,01.

4. Analyse der Leistungskurven

Während der bereitgestellte PDF-Auszug keine grafischen Leistungskurven enthält, ermöglichen die tabellarischen Daten eine kritische Analyse der Schlüsselbeziehungen.

4.1 Strom vs. Lichtstrom (L-I-Beziehung)

Die Datentabellen zeigen deutlich eine nichtlineare Beziehung zwischen Betriebsstrom und Lichtausbeute. Eine Erhöhung des Stroms von 350mA auf 1200mA (eine 3,43-fache Steigerung) führt für die 5000K-LED bei 85°C zu einem Lichtstromanstieg von ~204 lm auf ~536 lm (eine ~2,63-fache Steigerung). Diese sublineare Skalierung deutet auf einen Effizienzabfall bei höheren Strömen hin, hauptsächlich aufgrund der erhöhten Sperrschichttemperatur und des inhärenten Efficiency Droop in LED-Halbleitern.

4.2 Temperatur vs. Lichtstrom (T-I-Beziehung)

Der negative Einfluss der Temperatur ist deutlich erkennbar. Für dieselbe 5000K-LED bei 350mA führt eine Erhöhung der Sperrschichttemperatur von 25°C auf 85°C dazu, dass der typische Lichtstrom von 204 lm auf 184 lm sinkt, eine Reduktion von etwa 10%. Diese thermische Derating muss im thermischen Design des Endprodukts berücksichtigt werden, um eine konstante Lichtausgabe über die Lebensdauer und Betriebsbedingungen des Produkts sicherzustellen.

5. Mechanische und Verpackungsinformationen

Das Bauteil verwendet ein keramisches SMD-Gehäuse. Der Serienname \"HPL3535CZ12\" deutet auf eine Gehäusegröße von etwa 3,5mm x 3,5mm hin. Keramikgehäuse bieten im Vergleich zu Kunststoffgehäusen eine überlegene Wärmeleitfähigkeit und Langzeitzuverlässigkeit, insbesondere unter Hochleistungsbetrieb und thermischer Zyklisierung. Das Vorhandensein einer elektrisch isolierten thermischen Anschlussfläche ist, wie in der Übersicht erwähnt, ein bedeutendes Merkmal.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Das Bauteil hat gemäß JEDEC-Standard eine Feuchtesensitivitätsstufe (MSL) von 3. Das bedeutet, dass die verpackten LEDs vor dem Löten getrocknet werden müssen, wenn sie mehr als 168 Stunden (7 Tage) bei ≤30°C/85% relativer Luftfeuchtigkeit Umgebungsbedingungen ausgesetzt waren. Die Trocknungsanforderung beträgt 168 Stunden bei 85°C/85% relativer Luftfeuchtigkeit. Die Einhaltung dieser Bedingungen ist entscheidend, um \"Popcorning\" oder interne Schäden während des Reflow-Lötprozesses zu verhindern. Die maximal zulässige Löttemperatur beträgt 260°C, und die Komponente ist für maximal 2 Reflow-Zyklen ausgelegt, was für bleifreie Lötprozesse typisch ist.

7. Anwendungsempfehlungen

7.1 Typische Anwendungsszenarien

• Dekorative und Entertainment-Beleuchtung:Ideal für architektonische Akzentbeleuchtung, Bühnenbeleuchtung und Stimmungslicht aufgrund ihrer hohen Helligkeit und verfügbaren Farbtemperaturen.
• Signal- und Symbolbeleuchtung:Geeignet für Notausgangsschilder, Verkehrssignale und Anzeigelampen, wo Zuverlässigkeit und konstante Farbe von größter Bedeutung sind.
• Agrarbeleuchtung:Kann in gartenbaulichen Beleuchtungssystemen verwendet werden, insbesondere die höheren CCT-Varianten (5000K-6500K), die das blaue Spektrum für das vegetative Wachstum ergänzen können.

7.2 Designüberlegungen

• Wärmemanagement:Der niedrige Wärmewiderstand von 3°C/W ist nur wirksam, wenn die Wärme effizient von der thermischen Anschlussfläche zur Leiterplatte und dann in die Umgebung abgeführt wird. Die Verwendung einer Metallkern-Leiterplatte (MCPCB) oder eines dedizierten Kühlkörpers wird dringend empfohlen, insbesondere beim Betrieb über 700mA.
• Stromversorgung:Verwenden Sie einen Konstantstrom-LED-Treiber für einen stabilen Betrieb. Während die LED bis zu 2000mA verkraften kann, ist der Betrieb bei oder unter 1200mA gemäß den detaillierten Tabellen ratsam, um optimale Effizienz und Langlebigkeit zu erreichen.
• Optisches Design:Der typische Abstrahlwinkel beträgt 120°. Sekundäroptiken (Linsen, Reflektoren) können erforderlich sein, um gewünschte Lichtverteilungen für Spot- oder Richtlichtanwendungen zu erreichen.
• Binning-Auswahl:Für Anwendungen, die Farbkonsistenz erfordern (z.B. Panel-Beleuchtung), enge CCT- und Lichtstrom-Bins spezifizieren. Für Anwendungen, bei denen die Kosten eine höhere Priorität haben, können breitere Bins akzeptabel sein.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu Standard-Mid-Power-LEDs bietet die HPL3535CZ12 Serie einen deutlich höheren Lichtstrom pro Gehäuse, wodurch die Anzahl der benötigten Komponenten für eine bestimmte Lichtausbeute reduziert wird. Die Keramikkonstruktion bietet einen entscheidenden Unterschied zu kunststoffgehäusten Hochleistungs-LEDs, indem sie eine bessere Widerstandsfähigkeit gegen thermische Belastung und potenziell eine längere Lebensdauer bei hohen Betriebstemperaturen bietet. Die elektrisch isolierte thermische Anschlussfläche ist ein weiterer Wettbewerbsvorteil, der das Leiterplattendesign vereinfacht, indem die Notwendigkeit entfällt, den Kühlkörper elektrisch zu isolieren, was bei nicht-isolierten Gehäusen oft erforderlich ist.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Was ist der tatsächliche Stromverbrauch dieser LED?
A: Leistung (W) = Durchlassstrom (A) x Durchlassspannung (V). Zum Beispiel, bei 1000mA (1A) und einer typischenV_Fvon 3,0V (aus dem U3-Bin), beträgt die Leistung etwa 3,0W.

F: Warum nimmt der Lichtstrom ab, wenn die Sperrschichttemperatur steigt?
A: Dies ist eine grundlegende Eigenschaft von LED-Halbleitern. Höhere Temperaturen erhöhen die nichtstrahlenden Rekombinationsraten innerhalb des Chips, was die interne Quanteneffizienz und somit die Lichtausbeute bei einem gegebenen Strom verringert.

F: Wie viele dieser LEDs benötige ich für eine 1000-Lumen-Lichtquelle?
A: Bei 350mA und 85°C produziert eine 5000K-LED ~184 lm. Daher würden Sie etwa 6 LEDs (1000/184 ≈ 5,43) benötigen, um 1000 lm zu erreichen, ohne optische Verluste zu berücksichtigen. Der Betrieb mit einem höheren Strom (z.B. 700mA) würde weniger LEDs erfordern, jedoch mit strengerem Wärmemanagement.

F: Was bedeutet \"Feuchtesensitivitätsstufe 3\" für meinen Produktionsprozess?
A: Es bedeutet, dass die Komponenten empfindlich gegenüber Feuchtigkeitsaufnahme sind. Wenn die versiegelte Fabrikbeutel geöffnet wird, haben Sie 168 Stunden (7 Tage) Zeit, um das Löten abzuschließen, wenn sie bei ≤ 30°C/85% relativer Luftfeuchtigkeit gelagert werden. Wenn diese Zeit überschritten wird, müssen die Komponenten 168 Stunden bei 85°C/85% relativer Luftfeuchtigkeit getrocknet werden, um Feuchtigkeit zu entfernen, bevor sie sicher reflow-gelötet werden können.

10. Praktisches Design- und Anwendungsbeispiel

Fall: Entwurf einer Hochregal-Industrieleuchte
Ein Designer muss eine 10.000-Lumen-Hochregalleuchte für ein Lagerhaus entwickeln. Mit dem Ziel einer Systemeffizienz von 150 lm/W benötigen sie etwa 67 Watt LED-Leistung. Bei Wahl der 5000K-Variante, betrieben mit 700mA und 85°C (typischer Lichtstrom 341 lm), würden sie etwa 30 LEDs (10000/341) benötigen. Die gesamte LED-Durchlassspannung würde bei etwa 90V liegen (30 LEDs * ~3V pro LED), was auf eine Serien-Parallel- oder eine Hochspannungs-Konstantstrom-Treibertopologie hindeutet. Die kritische Aufgabe ist das Wärmemanagement: Bei 30 LEDs, die ~90W abführen (angenommen 3W pro LED), sind ein großer, lamellierter Aluminiumkühlkörper und eine Metallkern-Leiterplatte unerlässlich, um die Sperrschichttemperatur so nah wie möglich an 85°C zu halten, um die erwartete Lichtausbeute zu erreichen und Langzeitzuverlässigkeit sicherzustellen.

11. Einführung in das Funktionsprinzip

Leuchtdioden (LEDs) sind Halbleiterbauelemente, die Licht durch Elektrolumineszenz emittieren. Wenn eine Durchlassspannung an den p-n-Übergang angelegt wird, werden Elektronen und Löcher in den aktiven Bereich injiziert, wo sie rekombinieren. In einem direkten Bandabstandshalbleiter wie denen, die in weißen LEDs verwendet werden (typischerweise basierend auf Indiumgalliumnitrid, InGaN), wird ein Teil dieser Rekombinationsenergie als Photonen (Licht) freigesetzt. Weißes Licht wird üblicherweise durch Verwendung eines blau emittierenden LED-Chips erzeugt, der mit einer Phosphorschicht beschichtet ist. Der Phosphor absorbiert einen Teil des blauen Lichts und emittiert es als ein breiteres Spektrum von gelbem Licht neu. Die Kombination des verbleibenden blauen Lichts und des phosphorkonvertierten gelben Lichts erscheint dem menschlichen Auge weiß. Die Farbtemperatur (CCT) wird durch Modifikation der Phosphorzusammensetzung eingestellt.

12. Technologietrends

Die Festkörperbeleuchtungsindustrie entwickelt sich weiterhin hin zu höherer Effizienz (Lumen pro Watt), verbesserter Farbqualität (höherer CRI und bessere R9-Werte für die Rotwiedergabe) und größerer Zuverlässigkeit. Es gibt einen Trend bei Hochleistungs-LEDs hin zu Chip-Scale-Packages (CSP) und Flip-Chip-Designs, die den Wärmewiderstand und die Gehäusegröße weiter reduzieren. Für keramikgehäuste LEDs wie die HPL3535CZ12 konzentrieren sich laufende Entwicklungen auf die Optimierung des Phosphors für höhere Effizienz und bessere Farbkonsistenz über den Abstrahlwinkel sowie auf die Verbesserung der Lichteinkopplungseffizienz aus dem Chip und Gehäuse. Darüber hinaus gibt es eine zunehmende Integration von Treiberelektronik und Optik auf Modulebene, um das Endproduktdesign zu vereinfachen.