XI3030-PA3501H-AM LED Datenblatt - 3.0x3.0x?mm - 3.1V - 1.085W - Bernstein - Deutsche Technische Dokumentation

1. Produktübersicht

Die XI3030-PA3501H-AM ist eine leistungsstarke SMD-LED (Surface-Mount Device), die primär für anspruchsvolle Automotive-Außenbeleuchtungsanwendungen konzipiert ist. Sie nutzt Phosphor-Konvertierungstechnologie, um eine stabile Bernsteinfarb-Ausgabe zu erzeugen. Das Bauteil basiert auf einem EMC-Gehäuse (Epoxidharz-Formmasse), das im Vergleich zu Standard-Kunststoffgehäusen eine verbesserte Zuverlässigkeit und thermische Leistung bietet. Ihre Kernvorteile umfassen einen hohen typischen Lichtstrom von 83 Lumen bei einem Standardtreiberstrom von 350mA, einen weiten Abstrahlwinkel von 120 Grad für eine ausgezeichnete Lichtverteilung und einen robusten Aufbau, der nach dem strengen AEC-Q102-Standard für diskrete optoelektronische Bauelemente in der Automobilindustrie qualifiziert ist. Der Zielmarkt konzentriert sich klar auf Automotive-Beleuchtungsdesigner und -hersteller, insbesondere für Anwendungen wie Blinker und andere Außensignalfunktionen, bei denen Zuverlässigkeit, Farbkonstanz und Helligkeit kritisch sind.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Photometrische und elektrische Kenngrößen

Die wesentlichen Betriebsparameter sind unter einer Standardtestbedingung mit einem Durchlassstrom (I_F) von 350mA definiert. Der typische Lichtstrom (I_V) beträgt 83 Lumen, mit einem spezifizierten Minimum von 70 lm und einem Maximum von 100 lm, unter Berücksichtigung einer Messtoleranz von 8%. Die Durchlassspannung (V_F) misst typischerweise 3,1V und liegt bei diesem Strom zwischen einem Minimum von 2,5V und einem Maximum von 3,5V. Dieser Parameter ist entscheidend für das Wärmemanagement und das Treiberdesign. Die dominierenden Farbkoordinaten sind CIE x = 0,575 und CIE y = 0,415, was sie eindeutig im Bernsteinbereich des Farbspektrums mit einer Toleranz von ±0,005 verortet. Der Abstrahlwinkel, definiert als der Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte ihres Spitzenwerts abfällt, beträgt volle 120 Grad.

2.2 Absolute Maximalwerte und Wärmemanagement

Um langfristige Zuverlässigkeit zu gewährleisten, darf das Bauteil nicht über seine absoluten Maximalwerte betrieben werden. Der maximale Dauer-Durchlassstrom beträgt 500 mA. Die maximale Verlustleistung (P_d) ist mit 1750 mW angegeben. Die Sperrschichttemperatur (T_j) darf 150°C niemals überschreiten. Der Betriebsumgebungstemperaturbereich ist von -40°C bis +125°C spezifiziert. Das Wärmemanagement ist eine kritische Designüberlegung. Das Datenblatt liefert zwei Wärmewiderstandswerte: einen realen Wärmewiderstand (R_{th JS real}) von 12,9 K/W und einen elektrischen Wärmewiderstand (R_{th JS el}) von 10,8 K/W, beide gemessen von der Sperrschicht zum Lötpunkt. Der niedrigere elektrische Wert wird typischerweise für Designberechnungen verwendet, da er aus der temperatur-sensitiven elektrischen Parameter (TSEP)-Methode abgeleitet wird. Eine ordnungsgemäße Kühlung ist essenziell, um die Sperrschichttemperatur innerhalb sicherer Grenzen zu halten, insbesondere bei höheren Treiberströmen.

2.3 Zuverlässigkeits- und Robustheitsspezifikationen

Die LED ist für raue Umgebungen ausgelegt. Sie bietet einen Schutz vor elektrostatischer Entladung (ESD) bis zu 8 kV (Human Body Model), was für die Handhabung während der Montage wesentlich ist. Sie entspricht den Umweltrichtlinien RoHS und REACH. Darüber hinaus verfügt sie über Schwefelrobustheit, eine kritische Eigenschaft für Automotive-Anwendungen, wo schwefelhaltige Gase aus Abgasen und anderen Quellen versilberte Komponenten korrodieren können. Die Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe (MSL) ist mit Stufe 2 bewertet, was bedeutet, dass sie bis zu einem Jahr bei ≤30°C/60% relativer Luftfeuchtigkeit gelagert werden kann, bevor vor dem Reflow-Löten ein Trocknungsprozess (Baking) erforderlich ist.

3. Analyse der Leistungskurven

3.1 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (IV-Kennlinie)

Die IV-Kennlinie zeigt die Beziehung zwischen Durchlassstrom und Durchlassspannung. Sie ist nichtlinear, typisch für Dioden. Bei 350mA liegt die Spannung um 3,1V herum. Designer nutzen diese Kurve, um geeignete strombegrenzende Schaltungen auszuwählen und den Leistungsverbrauch (V_F* I_F) abzuschätzen.

3.2 Relativer Lichtstrom vs. Durchlassstrom

Dieses Diagramm veranschaulicht, wie die Lichtausgabe mit dem Treiberstrom skaliert. Während die Ausgabe mit dem Strom zunimmt, ist sie nicht perfekt linear, und der Wirkungsgrad nimmt typischerweise bei höheren Strömen aufgrund zunehmender thermischer Effekte und des Droop-Phänomens ab. Die Kurve hilft Designern, die gewünschte Helligkeit gegen Effizienz und thermische Belastung abzuwägen.

3.3 Relativer Lichtstrom vs. Sperrschichttemperatur

Dies ist eines der kritischsten Diagramme für das Anwendungsdesign. Es zeigt die Reduktion der Lichtausgabe bei steigender Sperrschichttemperatur. Die LED-Effizienz ist umgekehrt proportional zur Temperatur. Für die XI3030 nimmt die Lichtausgabe ab, wenn T_jüber 25°C ansteigt. Ein effektives thermisches Design ist von größter Bedeutung, um eine konstante Helligkeit über den Betriebstemperaturbereich aufrechtzuerhalten, insbesondere in heißen Automotive-Umgebungen.

3.4 Farbortverschiebung vs. Strom und Temperatur

Zwei Diagramme detaillieren die Verschiebung der Farbkoordinaten (ΔCIE x, ΔCIE y). Eines zeigt die Verschiebung gegenüber dem Durchlassstrom bei konstanter Temperatur, das andere die Verschiebung gegenüber der Sperrschichttemperatur bei konstantem Strom (350mA). Diese Verschiebungen sind generell klein, müssen aber in Anwendungen mit strengen Farbkonstanzanforderungen berücksichtigt werden. Der Bernstein-Farbpunkt ist relativ stabil, aber Designer sollten überprüfen, ob die Verschiebungen für ihre spezifische Anwendung innerhalb akzeptabler Grenzen bleiben.

3.5 Durchlassstrom-Derating-Kurve

Diese Kurve gibt den maximal zulässigen Dauer-Durchlassstrom in Abhängigkeit von der am Lötpad gemessenen Temperatur vor. Mit steigender Pad-Temperatur sinkt der maximal sichere Strom. Zum Beispiel beträgt bei der maximal spezifizierten Lötpad-Temperatur von 125°C der maximal erlaubte Dauerstrom 500mA. Ein Betrieb unter 50mA wird nicht empfohlen. Dieses Diagramm ist essenziell, um sichere Betriebsbedingungen in der finalen Anwendung zu bestimmen.

3.6 Zulässige Pulsbelastbarkeit

Dieses Diagramm definiert die Fähigkeit der LED, kurzzeitige Strompulse zu verarbeiten, die den maximalen DC-Nennwert überschreiten. Es trägt den Pulsstrom (I_F) gegen die Pulszeit (t_p) für verschiedene Tastverhältnisse (D) auf. Für sehr kurze Pulse (z.B. Mikrosekunden) bei niedrigen Tastverhältnissen kann die LED Ströme deutlich über 500mA verkraften. Dies ist relevant für gepulste Betriebsarten, wie sie manchmal in der Signalgebung verwendet werden.

3.7 Spektrale Verteilung

Das Diagramm der relativen spektralen Leistungsverteilung zeigt die emittierte Lichtintensität über die Wellenlängen. Als phosphor-konvertierte Bernstein-LED weist das Spektrum typischerweise einen primären Peak von der blauen oder nahe-UV-Pumpleuchtdiode und einen breiteren sekundären Peak im gelben/bernsteinfarbenen Bereich vom Phosphor auf. Die genaue Form definiert die wahrgenommene Farbe und den Farbwiedergabeindex (CRI), wobei CRI für Signalleuchten weniger kritisch ist.

4. Erklärung des Binning-Systems

Das Datenblatt skizziert eine Binning-Struktur, um LEDs basierend auf ihrer photometrischen und kolorimetrischen Leistung zu kategorisieren und so Konsistenz innerhalb einer Produktionscharge sicherzustellen.

4.1 Lichtstrom-Binning

Der Lichtstrom wird mittels alphanumerischer Codes (z.B. E1, F2, J5, K3) gebinnt. Jedes Bin definiert einen minimalen und maximalen Lichtstrombereich in Lumen. Zum Beispiel deckt Bin F6 60 bis 70 lm ab, während Bin K1 225 bis 250 lm abdeckt. Die XI3030-PA3501H-AM mit ihrem typischen Wert von 83 lm würde in ein spezifisches Lichtstrom-Bin fallen (wahrscheinlich im Bereich um F7 bis F8 oder J1, obwohl das genaue Bin für diese Artikelnummer im bereitgestellten Auszug nicht spezifiziert ist). Dies ermöglicht es Designern, Bauteile mit garantiert minimaler Helligkeit auszuwählen.

4.2 Farb-Binning

Die Farbe wird gemäß der ECE (Economic Commission for Europe) Phosphor-Gelb-Bin-Struktur gebinnt. Die bereitgestellte Tabelle zeigt zwei Haupt-Bins: YA und YB, definiert durch einen viereckigen Bereich im CIE-1931-Farbtafeldiagramm. Die Zielkoordinaten dieser LED (x=0,575, y=0,415) liegen innerhalb oder nahe dem YB-Bin. Das Binning stellt sicher, dass alle LEDs einer Charge Licht innerhalb eines eng kontrollierten Farbbereichs emittieren, was für Automotive-Anwendungen, bei denen mehrere LEDs zusammen verwendet werden und perfekt übereinstimmen müssen, von entscheidender Bedeutung ist.

5. Mechanische, Montage- und Verpackungsinformationen

5.1 Mechanische Abmessungen und Polarität

Die LED verwendet einen Standard-3030-Fußabdruck (ca. 3,0mm x 3,0mm). Die genaue Höhe und eine detaillierte Maßzeichnung mit Toleranzen wären im Abschnitt "Mechanische Abmessungen" zu finden. Das Bauteil hat eine Polarisierungsmarkierung, typischerweise eine Kathodenkennzeichnung (z.B. eine Kerbe, ein Punkt oder eine grüne Markierung) auf dem Gehäuse. Die korrekte Ausrichtung während des Bestückens ist für den Betrieb essenziell.

5.2 Empfohlene Lötpad-Geometrie

Eine empfohlene Landepattern (Fußabdruck) für das Leiterplattendesign wird bereitgestellt. Diese umfasst die Größe und Form des thermischen Pads und der elektrischen Kontaktpads. Die Befolgung dieser Empfehlung gewährleistet eine ordnungsgemäße Lötstellenbildung, einen guten Wärmetransport zur Leiterplatte und verhindert Tombstoning oder andere Montagefehler.

5.3 Reflow-Lötprofil

Das Bauteil ist für Reflow-Löten mit einer Spitzentemperatur von 260°C für bis zu 30 Sekunden ausgelegt. Ein spezifisches Reflow-Profil (Zeit vs. Temperatur) wird empfohlen, das typischerweise den IPC/JEDEC J-STD-020-Richtlinien für MSL2-Bauteile folgt. Dieses Profil umfasst Vorwärm-, Halte-, Reflow- (mit Zeit oberhalb der Liquidustemperatur, TAL, und Spitzentemperatur) und Abkühlphasen. Die Einhaltung dieses Profils verhindert thermische Schäden am LED-Gehäuse und am internen Chip.

5.4 Verpackungsinformationen

Die LEDs werden auf Tape & Reel für die automatisierte Pick-and-Place-Montage geliefert. Die Verpackungsdetails umfassen Reel-Abmessungen, Tape-Breite, Pocket-Abstände und die Ausrichtung der Bauteile auf dem Tape. Diese Informationen sind für die Konfiguration der Montageausrüstung notwendig.

6. Anwendungsrichtlinien und Design-Überlegungen

6.1 Hauptanwendung: Automotive-Außenbeleuchtung

Die primäre und explizit genannte Anwendung ist die Automotive-Außenbeleuchtung, wobei Blinker als konkretes Beispiel genannt werden. Ihre AEC-Q102-Qualifikation, ihr breiter Temperaturbereich, ihre Schwefelrobustheit und ihre hohe Helligkeit machen sie auch für andere Außenfunktionen wie Tagfahrlichter (DRL), Standlichter und Seitenmarkierungsleuchten geeignet, wo Bernsteinfarbe erforderlich ist.

6.2 Treiberschaltungs-Design

LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Ein Konstantstromtreiber ist zwingend erforderlich, um eine stabile Lichtausgabe zu gewährleisten und thermisches Durchgehen zu verhindern. Der Treiber sollte so ausgelegt sein, dass er den gewünschten Strom (z.B. 350mA für typische Spezifikationen) liefert, wobei die absoluten Maximalwerte und die Strom-Derating-Kurve basierend auf dem thermischen Umfeld der Anwendung zu beachten sind. Die Durchlassspannungsvariation (2,5V bis 3,5V) muss in der Aussteuerspannung des Treibers berücksichtigt werden.

6.3 Wärmemanagement-Design

Dies kann nicht genug betont werden. Die Leiterplatte muss so gestaltet sein, dass sie als Kühlkörper fungiert. Dies beinhaltet die Verwendung einer Platine mit ausreichenden Wärmedurchgangslöchern (Thermal Vias) unter dem thermischen Pad der LED, die mit internen Masseflächen oder speziellen Kupferflächen verbunden sind. In Hochleistungs- oder Hochtemperatur-Umgebungsanwendungen kann ein externer Kühlkörper erforderlich sein. Das Ziel ist es, den Temperaturanstieg vom Lötpad (T_s) zur Sperrschicht (T_j) mit der Formel zu minimieren: T_j= T_s+ (R_{th JS}* Leistung). Die Leistung wird als V_F* I_F.

berechnet.

6.4 Optisches Design

Der 120-Grad-Abstrahlwinkel entspricht einem Lambert'schen oder nahezu Lambert'schen Abstrahlmuster. Sekundäroptiken (Linsen, Reflektoren) werden in der Automotive-Beleuchtung fast immer verwendet, um den Lichtkegel gemäß gesetzlicher Standards (z.B. ECE, SAE) zu formen. Der Optikdesigner muss die räumliche Intensitätsverteilung, Größe und Farbgleichmäßigkeit der LED berücksichtigen.

6.5 Anwendungshinweise

Allgemeine Hinweise umfassen: Vermeidung mechanischer Belastung der Linse, Verhinderung von Kontamination der Linsenoberfläche, Verwendung ESD-sicherer Handhabungsverfahren und Sicherstellung, dass der Lötprozess das spezifizierte Profil nicht überschreitet. Die Lagerung sollte gemäß der MSL2-Bewertung in einer trockenen, kontrollierten Umgebung erfolgen.

7. Bestellinformationen und Artikelnummern-DekodierungXIDie Artikelnummer XI3030-PA3501H-AM folgt wahrscheinlich einem firmenspezifischen Kodierungssystem. Eine typische Aufschlüsselung könnte sein:3030(Serie/Plattform),PA(Gehäusegröße),3501(Phosphor-konvertiert Bernstein),H(könnte sich auf Lichtstrom-/Farb-Bin oder Treiberstrom beziehen),AM(könnte hohe Helligkeit oder Sonderfunktion anzeigen),

(wahrscheinlich Bernstein). Der Abschnitt "Bestellinformationen" würde alle verfügbaren Optionen (z.B. verschiedene Lichtstrom-Bins, Farb-Bins, Tape & Reel-Spezifikationen) detaillieren und wie diese im Bestellcode anzugeben sind.

8. Technischer Vergleich und DifferenzierungWährend ein direkter Vergleich Wettbewerbsdaten erfordert, können die Hauptunterscheidungsmerkmale dieser LED aus ihren Spezifikationen abgeleitet werden:EMC-Gehäuse:Bietet eine bessere thermische Leistung und langfristige Zuverlässigkeit (Beständigkeit gegen Vergilben, Feuchtigkeit) im Vergleich zu Standard-PPA (Polyphthalamid) oder PCT-Kunststoffen, insbesondere in Hochtemperatur-Automotive-Umgebungen.AEC-Q102-Qualifikation:Dies ist eine zwingende Voraussetzung für Automotive-LEDs und umfasst strenge Belastungstests für Temperaturwechsel, Feuchtigkeit, Hochtemperaturbetrieb und Lötbarkeit. Nicht alle 3030-LEDs verfügen über diese Qualifikation.Schwefelrobustheit:Ein entscheidendes Unterscheidungsmerkmal für Automotive- und Industrieanwendungen, die korrosiven Atmosphären ausgesetzt sind.Hohe Lichtstromdichte:

83 lm aus einem 3030-Gehäuse stellen eine hocheffiziente Lösung dar, die kleinere Optiken oder einen geringeren Leistungsverbrauch für eine gegebene Lichtausgabe ermöglicht.

9. Häufig gestellte Fragen (FAQ) basierend auf technischen Parametern

F: Kann ich diese LED dauerhaft mit 500mA betreiben?

A: Sie können es, aber nur, wenn Sie garantieren können, dass die Lötpad-Temperatur bei oder unter 25°C bleibt (siehe Derating-Kurve). In einer realen Anwendung mit erhöhten Temperaturen müssen Sie den Strom reduzieren (deraten). Bei einer typischeren Pad-Temperatur von 85°C ist der maximal erlaubte Strom deutlich niedriger. Entwerfen Sie stets unter Verwendung der Derating-Kurve.

F: Was ist der Unterschied zwischen dem realen und dem elektrischen Wärmewiderstand?

A: Der reale Wärmewiderstand (12,9 K/W) wird mit einem physikalischen Temperatursensor gemessen. Der elektrische Wärmewiderstand (10,8 K/W) wird aus der Änderung der Durchlassspannung mit der Temperatur berechnet, eine Methode, die präziser sein kann, aber empfindlich auf Messbedingungen reagiert. Für ein konservatives Design verwenden Sie den höheren Wert (12,9 K/W).

F: Wie stabil ist die Bernsteinfarbe über Temperatur und Strom?

A: Die bereitgestellten Diagramme zeigen die Verschiebung. Die ΔCIE x- und y-Werte sind über den Betriebsbereich relativ klein. Für die meisten Automotive-Signalanwendungen ist diese Verschiebung akzeptabel und liegt innerhalb der gesetzlichen Farbgrenzen. Für extrem farbkritische Anwendungen sollte das System unter seinen extremen Betriebsbedingungen charakterisiert werden.

F: Ist eine Linse oder eine Silikonabdeckung über der LED erforderlich?

A: Während die LED eine Primärlinse hat, erfordern die meisten Automotive-Außenanwendungen Sekundäroptiken zur Lichtformung und zur Einhaltung photometrischer Vorschriften. Darüber hinaus wird oft eine sekundäre Silikonlinse oder ein Vergussmaterial für zusätzlichen Umweltschutz (gegen Wasser, Staub, Chemikalien) und zur Verbesserung des Lichtaustritts verwendet.

10. Funktionsprinzipien und Technologietrends

10.1 Grundlegendes Funktionsprinzip

Dies ist eine phosphor-konvertierte Bernstein-LED. Ihr Kern ist ein Halbleiterchip (typischerweise auf InGaN-Basis), der bei Vorwärtsspannung Licht im blauen oder nahe-ultravioletten Spektrum emittiert. Dieses Primärlicht wird nicht direkt emittiert. Stattdessen trifft es auf eine Schicht aus Phosphormaterial, die innerhalb des Gehäuses aufgebracht ist. Der Phosphor absorbiert die hochenergetischen blauen/UV-Photonen und emittiert Licht bei längeren, energieärmeren Wellenlängen, hauptsächlich im gelben/bernsteinfarbenen Bereich. Die Kombination aus nicht konvertiertem blauen Licht und der breiten gelben Phosphoremission ergibt die wahrgenommene Bernsteinfarbe. Die genaue Phosphorzusammensetzung bestimmt die präzisen Farbkoordinaten (x=0,575, y=0,415).

10.2 BranchentrendsDer Automotive-LED-Beleuchtungsmarkt tendiert zu:Höherer Effizienz (lm/W):Reduzierung der elektrischen Last des Fahrzeugs.Erhöhter Leistungsdichte:Mehr Licht aus kleineren Gehäusen, was schlankere Leuchtendesigns ermöglicht.Verbesserter Zuverlässigkeit:Längere Lebensdauer unter härteren Bedingungen, angetrieben durch Gehäuse wie EMC.Intelligenter Beleuchtung:Integration mit Sensoren und Steuerungen für Adaptive Driving Beam (ADB) und Kommunikation (Li-Fi, jedoch nicht für dieses Produkt).Farbabstimmung: