SMD Mittelstarke Blaue LED 67-21S/B3C Datenblatt - PLCC-2 Gehäuse - 3.2V Typ - 0.27W Max - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die 67-21S/B3C ist eine oberflächenmontierbare (SMD) mittelstarke LED für allgemeine Beleuchtungsanwendungen. Sie nutzt ein PLCC-2-Gehäuse (Plastic Leaded Chip Carrier), das eine kompakte Bauform für automatisierte Bestückungsprozesse bietet. Die primäre Lichtfarbe ist Blau, erzeugt durch InGaN-Chip-Technologie, mit einer wasserklaren Harzlinse für einen weiten Abstrahlwinkel von 120 Grad. Diese Kombination macht sie zu einer effizienten und vielseitigen Lichtquelle.

Zu den Hauptvorteilen dieser LED zählen ihre hohe Lichtausbeute, die ein gutes Lichtstromniveau bei ihrem Leistungsverbrauch bedeutet. Das Gehäuse ist bleifrei und entspricht den wichtigsten Umweltvorschriften, einschließlich RoHS, EU REACH und halogenfreien Anforderungen (Br<900ppm, Cl<900ppm, Br+Cl<1500ppm), was die Einhaltung moderner Fertigungs- und Nachhaltigkeitsstandards sicherstellt.

2. Vertiefung der technischen Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Die Betriebsgrenzen des Bauteils sind unter spezifischen Bedingungen (Lötstellen-Temperatur bei 25°C) definiert. Der maximale Dauer-Durchlassstrom (I_F) beträgt 75 mA. Für Pulsbetrieb ist ein Spitzen-Durchlassstrom (I_FP) von 150 mA bei einem Tastverhältnis von 1/10 und einer Pulsbreite von 10 ms zulässig. Die maximale Verlustleistung (P_d) beträgt 270 mW. Der Betriebstemperaturbereich (T_opr) liegt zwischen -40°C und +85°C, während die Lagerung zwischen -40°C und +100°C erfolgen kann. Der thermische Widerstand vom Übergang zur Lötstelle (R_{th J-S}) beträgt 50 °C/W, und die maximal zulässige Sperrschichttemperatur (T_j) liegt bei 115°C. Das Löten muss strengen Profilen folgen: Reflow-Löten bei 260°C maximal 10 Sekunden oder Handlöten bei 350°C maximal 3 Sekunden. Das Bauteil ist empfindlich gegenüber elektrostatischer Entladung (ESD), was entsprechende Handhabungsvorkehrungen erfordert.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Gemessen bei einer Lötstellentemperatur von 25°C und einem Durchlassstrom von 60 mA werden die wichtigsten Leistungsparameter definiert. Der Lichtstrom (I_v) hat einen typischen Bereich, wobei Minimal- und Maximalwerte im Binning-Abschnitt spezifiziert sind. Die Durchlassspannung (V_F) liegt typischerweise zwischen 2,9V und 3,6V bei 60mA. Der Abstrahlwinkel (2θ_1/2) beträgt 120 Grad und bietet ein breites Abstrahlmuster. Der Sperrstrom (I_R) ist auf maximal 50 µA bei einer Sperrspannung (V_R) von 5V begrenzt. Die Toleranzen für Lichtstrom und Durchlassspannung betragen ±11% bzw. ±0,1V.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um Konsistenz im Anwendungsdesign zu gewährleisten, werden die LEDs basierend auf Schlüsselparametern in Bins sortiert.

3.1 Lichtstrom-Binning

Der Lichtstrom wird in die Bins D5, D6 und D7 kategorisiert. Bin D5 umfasst 2,5 bis 3,0 Lumen, D6 umfasst 3,0 bis 3,5 Lumen und D7 umfasst 3,5 bis 4,0 Lumen, alle gemessen bei I_F=60mA.

3.2 Durchlassspannungs-Binning

Die Durchlassspannung wird fein in Bins von Code 36 bis 42 unterteilt. Jeder Bin repräsentiert einen 0,1V-Schritt, beginnend bei 2,9-3,0V (Bin 36) bis zu 3,5-3,6V (Bin 42), gemessen bei I_F=60mA.

3.3 Dominante Wellenlängen-Binning

Die blaue Farbe wird durch dominante Wellenlängen-Bins definiert. Bin B50 umfasst 445nm bis 450nm, und Bin B51 umfasst 450nm bis 455nm, gemessen bei I_F=60mA mit einer Messtoleranz von ±1nm.

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt enthält mehrere Diagramme, die das Bauteilverhalten unter verschiedenen Bedingungen veranschaulichen.

4.1 Spektrale Verteilung

Ein Diagramm zeigt die relative Lichtstärke gegenüber der Wellenlänge, typisch für eine blaue InGaN-LED, mit einem Peak im Bereich von 455-460nm.

4.2 Durchlassspannung vs. Temperatur

Abbildung 1 zeigt die Verschiebung der Durchlassspannung in Abhängigkeit von der Sperrschichttemperatur. Die Spannung nimmt typischerweise mit steigender Temperatur ab, was ein charakteristisches Merkmal von Halbleiterdioden ist.

4.3 Relative radiometrische Leistung vs. Strom

Abbildung 2 zeigt, dass die Lichtleistung mit dem Durchlassstrom zunimmt, bei höheren Strömen jedoch aufgrund von Effizienzabfall und thermischen Effekten ein sublineares Verhalten aufweisen kann.

4.4 Relativer Lichtstrom vs. Temperatur

Abbildung 3 veranschaulicht die Degradation des Lichtstroms mit steigender Sperrschichttemperatur. Die Lichtleistung nimmt mit steigender Temperatur ab, was die Bedeutung des thermischen Managements unterstreicht.

4.5 IV-Kennlinie

Abbildung 4 zeigt die Beziehung zwischen Durchlassstrom und Durchlassspannung bei einer festen Temperatur und stellt die typische exponentielle Diodenkennlinie dar.

4.6 Strom-Derating vs. Temperatur

Abbildung 5 zeigt den maximal zulässigen treibenden Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Lötstellentemperatur unter Berücksichtigung des thermischen Widerstands. Dieses Diagramm ist entscheidend für die Bestimmung sicherer Betriebsbedingungen in verschiedenen thermischen Umgebungen.

4.7 Abstrahlcharakteristik

Abbildung 6 ist ein Polardiagramm, das die räumliche Verteilung der Lichtintensität zeigt und den weiten 120-Grad-Abstrahlwinkel mit einem nahezu lambertischen Muster bestätigt.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Das PLCC-2-Gehäuse hat einen definierten Footprint und ein definiertes Profil. Detaillierte Maßzeichnungen werden bereitgestellt, mit Standardtoleranzen von ±0,15mm, sofern nicht anders angegeben. Das Design umfasst Anoden- und Kathodenmarkierungen für die korrekte Leiterplattenausrichtung.

5.2 Pad-Design und Polarität

Das Lötpad-Layout ist für eine stabile Montage und gute Lötstellenbildung ausgelegt. Klare Polaritätsindikatoren (typischerweise eine Kerbe oder eine markierte Kathode) auf dem Gehäuse und die empfohlene Leiterplattenbestückungssilhouette stellen eine korrekte Installation sicher.

6. Richtlinien zum Löten und Bestücken

Es müssen strenge Lötprofile eingehalten werden, um Schäden zu vermeiden. Für Reflow-Löten darf die Spitzentemperatur 260°C nicht länger als 10 Sekunden überschreiten. Für Handlöten sollte die Lötspitzentemperatur 350°C nicht überschreiten, und die Kontaktzeit sollte auf 3 Sekunden pro Pad begrenzt sein. Die Bauteile sind feuchtigkeitsempfindlich und sollten in ihrer original feuchtigkeitsbeständigen Verpackung gelagert werden. Wenn die Expositionszeit die Grenzwerte überschreitet, kann vor dem Lösten ein Trocknungsprozess (Baking) erforderlich sein.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

Die LEDs werden auf feuchtigkeitsbeständiger Trägerfolie und Rolle für die automatisierte Pick-and-Place-Bestückung geliefert. Standardmengen pro Rolle sind 250, 500, 1000, 2000, 3000 und 4000 Stück. Die Abmessungen von Rolle und Trägerfolie sind mit Toleranzen von ±0,1mm spezifiziert. Der Verpackungsprozess umfasst das Versiegeln der Rolle in einer aluminiumbeschichteten Feuchtigkeitsschutzbeutel mit Trockenmittel. Etiketten auf Beutel und Rolle liefern wichtige Informationen: Kundenteilenummer (CPN), Produktnummer (P/N), Menge (QTY) und die spezifischen Bin-Codes für Lichtstärke (CAT), dominante Wellenlänge (HUE) und Durchlassspannung (REF) sowie die Losnummer (LOT No).

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

Diese LED eignet sich für dekorative und Unterhaltungsbeleuchtung, Pflanzenbeleuchtung (z.B. ergänzendes blaues Licht für das Pflanzenwachstum) und allgemeine Beleuchtungsanwendungen, bei denen eine kompakte, effiziente blaue Lichtquelle benötigt wird.

8.2 Designüberlegungen

Konstrukteure müssen aufgrund des thermischen Widerstands von 50 °C/W das thermische Management berücksichtigen. Eine ausreichende Kupferfläche auf der Leiterplatte oder eine Kühlkörpermontage ist notwendig, um eine niedrige Sperrschichttemperatur für optimale Leistung und Langlebigkeit aufrechtzuerhalten. Strombegrenzung ist essenziell; ein Konstantstromtreiber wird gegenüber einer Konstantspannungsquelle empfohlen, um eine stabile Lichtleistung zu gewährleisten und thermisches Durchgehen zu verhindern. Die Binning-Codes müssen für Farb- und Helligkeitskonsistenz in der finalen Anwendung überprüft werden.

9. Zuverlässigkeitstests

Das Produkt durchläuft eine umfassende Reihe von Zuverlässigkeitstests mit einem Konfidenzniveau von 90% und 10% LTPD (Lot Tolerance Percent Defective). Die Tests umfassen Reflow-Lötbeständigkeit, Temperaturschock (-10°C bis +100°C), Temperaturwechsel (-40°C bis +100°C), Hochtemperatur-/Feuchtigkeitslagerung (85°C/85%RH), Hochtemperatur-/Feuchtigkeitsbetrieb, Niedrig-/Hochtemperaturlagerung und verschiedene Lebensdauertests bei Niedrig-/Hochtemperaturbetrieb unter verschiedenen Strombelastungen. Diese Tests validieren die Robustheit der LED unter typischen Umwelt- und Betriebsbelastungen.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Was ist der typische Betriebsstrom?

A: Die elektro-optischen Eigenschaften sind bei 60mA spezifiziert, was als typischer Betriebspunkt angesehen werden kann. Der absolute maximale Dauerstrom beträgt 75mA.

F: Wie interpretiere ich die Lichtstrom-Bins?

A: Der Bin-Code (D5, D6, D7) auf dem Etikett gibt den garantierten minimalen und maximalen Lichtstrombereich für diese spezifische Rolle LEDs an und gewährleistet so Helligkeitskonsistenz in Ihrem Design.

F: Warum ist thermisches Management wichtig?

A: Wie in den Leistungskurven gezeigt, nimmt die Lichtleistung ab und die Durchlassspannung verschiebt sich mit steigender Sperrschichttemperatur. Das Überschreiten der maximalen Sperrschichttemperatur (115°C) kann zu beschleunigtem Leistungsabfall oder Ausfall führen. Der thermische Widerstand von 50 °C/W definiert, wie leicht Wärme abgeführt werden kann.

F: Kann ich diese LED mit einer 3,3V-Versorgung betreiben?

A: Möglicherweise, aber nicht direkt. Die Durchlassspannung liegt zwischen 2,9V und 3,6V. Eine konstante 3,3V-Versorgung könnte LEDs in niedrigeren Spannungsbins übersteuern oder LEDs in höheren Spannungsbins nicht korrekt einschalten. Ein Konstantstromtreiber ist die empfohlene Methode.

11. Design- und Anwendungsfallstudie

Betrachten Sie ein Design für eine dekorative blaue Akzentlichtleiste. Der Konstrukteur wählt die 67-21S/B3C LED aufgrund ihrer kompakten Größe und des weiten Abstrahlwinkels. Um einheitliche Farbe und Helligkeit zu gewährleisten, gibt er enge Binning-Anforderungen vor, z.B. B51 für die Wellenlänge und D6 für den Lichtstrom. Ein Konstantstrom-Treiber-IC wird gewählt, um 60mA pro LED bereitzustellen. Das Leiterplattenlayout sieht großzügige Kupferflächen unter den LED-Pads als Wärmeleiter vor, die mit größeren Masseflächen verbunden sind, um Wärme abzuleiten und die geschätzte Sperrschichttemperatur in der Umgebung der Anwendung unter 85°C zu halten. Die Tape-and-Reel-Verpackung ermöglicht eine effiziente automatisierte Bestückung der Lichtleiste.

12. Einführung in das technische Prinzip

Diese LED basiert auf einer Halbleiter-Heterostruktur aus Indiumgalliumnitrid (InGaN). Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, werden Elektronen und Löcher in den aktiven Bereich injiziert, wo sie rekombinieren und Energie in Form von Photonen (Licht) freisetzen. Die spezifische Zusammensetzung der InGaN-Legierung bestimmt die Bandlückenenergie, die wiederum die Wellenlänge des emittierten blauen Lichts definiert. Die wasserklare Epoxidharzlinse verkapselt den Chip, bietet mechanischen Schutz und formt den Lichtausgangsstrahl.

13. Technologietrends

Das Segment der mittelstarken LEDs entwickelt sich weiterhin in Richtung höherer Effizienz (mehr Lumen pro Watt), verbesserter Farbkonstanz und niedrigerer Kosten. Fortschritte im Chipdesign, der Leuchtstofftechnologie (für weiße LEDs) und den Gehäusematerialien tragen zu diesen Trends bei. Es gibt auch einen starken Trend zu weiterer Miniaturisierung und Integration sowie verbesserter Zuverlässigkeit unter höheren Treiberströmen und Betriebstemperaturen. Die Einhaltung halogenfreier und anderer Umweltstandards ist in der Branche mittlerweile eine Grundvoraussetzung.