Technisches Datenblatt für die SMD PLCC-2 Rote LED G67-21S/R3C - 3.0x2.8x1.9mm - 1.8-2.9V - 150mA - 435mW

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt detailliert die technischen Spezifikationen einer SMD-Mittelleistungs-LED (Surface-Mount Device) in einem PLCC-2-Gehäuse (Plastic Leaded Chip Carrier). Das Bauteil ist mit einem AlGaInP-Halbleiterchip zur Emission von rotem Licht konstruiert und in klarem Harz vergossen. Es zeichnet sich durch eine kompakte Bauform, eine für seine Leistungsklasse hohe Effizienz und einen weiten Abstrahlwinkel aus, was es zu einer vielseitigen Komponente für verschiedene Beleuchtungsanwendungen macht. Das Produkt entspricht strengen Umweltstandards, ist bleifrei (Pb-frei), erfüllt die EU REACH-Verordnung und wird als halogenfrei eingestuft, wobei der Brom- und Chlorgehalt unter festgelegten Grenzwerten gehalten wird.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Absolute Grenzwerte

Die Betriebsgrenzen des Bauteils sind bei einer Basislöttemperatur von 25°C definiert. Der maximale Dauer-Durchlassstrom (I_F) ist mit 150 mA spezifiziert, wobei ein Spitzen-Durchlassstrom (I_FP) von 300 mA unter gepulsten Bedingungen zulässig ist (Tastverhältnis 1/10, Pulsbreite 10ms). Die maximale Verlustleistung (P_d) beträgt 435 mW. Der thermische Widerstand zwischen Sperrschicht und Lötstelle (R_{th J-S}) beträgt 50 °C/W, was für das Wärmemanagement-Design entscheidend ist. Die maximal zulässige Sperrschichttemperatur (T_j) liegt bei 115°C. Der Betriebstemperaturbereich erstreckt sich von -40°C bis +85°C, der Lagertemperaturbereich von -40°C bis +100°C. Das Bauteil verfügt über eine elektrostatische Entladungsfestigkeit (ESD) von 2000V (Human Body Model), dennoch ist der Umgang mit entsprechenden ESD-Vorkehrungen zwingend erforderlich. Lötparameter sind sowohl für Reflow- (260°C für 10 Sekunden) als auch für Handlötprozesse (350°C für 3 Sekunden) spezifiziert.

2.2 Elektro-optische Kenngrößen

Gemessen bei T_Lötstelle= 25°C und I_F= 150 mA werden die wichtigsten Leistungsparameter definiert. Der Lichtstrom (Φ_v) hat einen typischen Bereich von 15,0 bis 24,0 Lumen, mit einer angegebenen Toleranz von ±11%. Die Flussspannung (V_F) liegt zwischen 1,8V und 2,9V, mit einer engeren Fertigungstoleranz von ±0,1V. Das Bauteil bietet einen weiten Abstrahlwinkel (2θ_1/2) von 120 Grad. Der maximale Sperrstrom (I_R) beträgt 50 µA bei einer angelegten Sperrspannung (V_R) von 5V.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Das Produkt wird in Bins eingeteilt, um die Konsistenz wichtiger Parameter sicherzustellen und präzises Design sowie Farbabgleich zu ermöglichen.

3.1 Binning des Strahlungsflusses (Lichtstrom)

Die Lichtstromausgabe wird in Bins kategorisiert, die mit Codes wie L6, L7, L8, L9, M3 und M4 bezeichnet sind. Jeder Bin definiert einen minimalen und maximalen Lichtstromwert bei I_F=150mA, zum Beispiel deckt Bin L6 15-16 lm ab, während Bin M4 21-24 lm abdeckt. Die Toleranz von ±11% gilt innerhalb jedes Bins.

3.2 Binning der Flussspannung

Die Flussspannung wird mit zweistelligen Codes von 25 bis 35 gebinnt. Jeder Code repräsentiert einen Schritt von 0,1V, zum Beispiel deckt Bin 25 1,8-1,9V ab, Bin 26 deckt 1,9-2,0V ab und so weiter bis zu Bin 35, der 2,8-2,9V abdeckt. Die Fertigungstoleranz beträgt ±0,1V pro Bin.

3.3 Binning der dominanten Wellenlänge

Der Farbpunkt wird über Bins der dominanten Wellenlänge gesteuert. Die verfügbaren Bins sind O54 (615-620 nm), R51 (620-625 nm) und R52 (625-630 nm), die den spezifischen Rotton definieren. Die Messtoleranz für die dominante/Spitzenwellenlänge beträgt ±1 nm.

4. Analyse der Leistungskennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere charakteristische Kurven, die das Verhalten des Bauteils unter variierenden Bedingungen veranschaulichen.

4.1 Spektrale Verteilung

Ein Diagramm zeigt die relative Lichtstärke in Abhängigkeit von der Wellenlänge, typisch für eine rote AlGaInP-LED, mit einem Peak im Bereich von 620-660 nm und einer definierten spektralen Breite.

4.2 Flussspannung in Abhängigkeit von der Sperrschichttemperatur

Abbildung 1 zeigt die Verschiebung der Flussspannung in Abhängigkeit von der Sperrschichttemperatur. Die Kurve zeigt typischerweise einen negativen Koeffizienten, was bedeutet, dass V_Fsinkt, wenn T_jsteigt – ein kritischer Faktor für das Design von Konstantstromtreibern.

4.3 Relative Strahlungsleistung in Abhängigkeit vom Durchlassstrom

Abbildung 2 zeigt die sublineare Beziehung zwischen Lichtausbeute (relative Strahlungsleistung) und Durchlassstrom. Die Ausgabe steigt mit dem Strom, jedoch mit abnehmendem Zuwachs bei höheren Strömen aufgrund von Effizienzeinbußen und thermischen Effekten.

4.4 Relativer Lichtstrom in Abhängigkeit von der Sperrschichttemperatur

Abbildung 3 zeigt, wie die Lichtausbeute mit steigender Sperrschichttemperatur abnimmt. Diese thermische Entlastung ist entscheidend für die Vorhersage der Leistung in realen Anwendungen, wo die Kühlung begrenzt sein kann.

4.5 Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Flussspannung & thermische Entlastung

Abbildung 4 zeigt die Standard-I-V-Kennlinie. Abbildung 5 ist entscheidend für die Zuverlässigkeit und zeigt den maximal zulässigen Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Löttemperatur, um sicherzustellen, dass das Bauteil nach der Montage im Betrieb nicht überlastet wird.

4.6 Abstrahlcharakteristik

Abbildung 6 zeigt ein polares Abstrahldiagramm, das den 120° Abstrahlwinkel (bei dem die Intensität auf 50% des axialen Werts abfällt) und das symmetrische, lambertförmige Abstrahlmuster bestätigt, das für Top-View-PLCC-Gehäuse typisch ist.

5. Mechanische & Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Das PLCC-2-Gehäuse hat die Nennabmessungen 3,0 mm Länge, 2,8 mm Breite und eine Höhe von 1,9 mm. Eine detaillierte Maßzeichnung spezifiziert die Pad-Positionen, Gesamttoleranzen (±0,1 mm, sofern nicht anders angegeben) und die Linsenstruktur. Das Top-View-Design zeigt an, dass das Licht senkrecht zur Montageebene abgestrahlt wird.

5.2 Polaritätskennzeichnung

Die Kathode wird typischerweise durch eine visuelle Markierung auf dem Gehäuse identifiziert, wie z.B. eine Kerbe, einen Punkt oder eine abgeschrägte Ecke an der Linse oder am Gehäuse, wie in der Maßzeichnung angegeben. Die korrekte Polarisierungsausrichtung ist während der Montage entscheidend.

6. Löt- & Montagerichtlinien

6.1 Parameter für Reflow-Löten

Das empfohlene Reflow-Lötprofil erreicht einen Spitzenwert von 260°C für eine Dauer von 10 Sekunden. Dies ist eine Standardanforderung für bleifreie (SnAgCu) Prozesse. Handlöten sollte, falls erforderlich, auf 350°C für nicht mehr als 3 Sekunden pro Anschluss begrenzt werden, wobei ein geerdeter Lötkolben verwendet wird.

6.2 Lagerbedingungen

Die Bauteile sind in feuchtigkeitsempfindlichen Barrieretüten mit Trockenmittel verpackt. Bevor die Tüte geöffnet wird, müssen die LEDs bei 30°C oder weniger und 90% relativer Luftfeuchtigkeit oder weniger gelagert werden. Nach dem Öffnen sollten die Komponenten innerhalb einer bestimmten Zeitspanne verwendet oder gemäß MSL-Verfahren (Moisture Sensitivity Level) getrocknet werden, um ein "Popcorning" während des Reflow-Lötens zu verhindern.

6.3 Anwendungshinweise

Überstromschutz:LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Ein externer strombegrenzender Widerstand oder ein Konstantstromtreiber ist zwingend erforderlich. Eine kleine Erhöhung der Flussspannung kann aufgrund der exponentiellen I-V-Charakteristik der Diode zu einem großen, potenziell zerstörerischen Stromanstieg führen.
ESD-Vorsichtsmaßnahmen:Das Bauteil ist empfindlich gegenüber elektrostatischer Entladung. Verwenden Sie ESD-sichere Arbeitsplätze, Handgelenkbänder und Verpackungen während der Handhabung und Montage.

7. Verpackungs- & Bestellinformationen

7.1 Spezifikationen für Gurt und Rolle

Die LEDs werden auf einer geprägten Trägerfolie für die automatisierte Bestückung geliefert. Die Folienbreite, Taschenabmessungen und der Stachelradlochabstand sind spezifiziert. Jede Rolle enthält 4000 Stück. Die Rollenabmessungen (Durchmesser, Breite, Nabenmaß) werden für die Kompatibilität mit automatisierten Geräten angegeben.

7.2 Feuchtigkeitsresistente Verpackung

Der vollständige Verpackungsprozess umfasst das Einlegen der gerollten Komponenten in eine Aluminiumlaminate-Feuchtigkeitsschutztüte zusammen mit Trockenmittel und einer Feuchtigkeitsindikatorkarte. Die Tüte wird anschließend versiegelt.

7.3 Etikettenerklärung

Rollenetiketten enthalten mehrere Codes: P/N (Produktnummer), QTY (Packmenge), CAT (Lichtstärkeklasse/bin), HUE (Dominante Wellenlängenklasse/bin), REF (Flussspannungsklasse/bin) und LOT No (rückverfolgbare Losnummer).

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

Die Kombination aus mittlerer Leistung, guter Effizienz, weitem Winkel und kompakter Größe macht diese LED geeignet für:
• Dekorative- und Entertainment-Beleuchtung:Architektonische Akzentbeleuchtung, Beschilderung, Bühnenlichteffekte, bei denen Rotlicht erforderlich ist.
• Agrarlicht (Horticulture Lighting):Zusatzbeleuchtung im Gartenbau, die potenziell die Photomorphogenese von Pflanzen im roten Spektrum beeinflusst.
• Allgemeine Beleuchtung:Kontrollleuchten, Statusleuchten, Hintergrundbeleuchtung für Panels oder Schalter und andere Anwendungen, die eine zuverlässige rote Anzeige erfordern.

8.2 Designüberlegungen

• Wärmemanagement:Mit einem R_{th J-S}von 50 °C/W ist ein effektiver Wärmeleitpfad auf der Leiterplatte (unter Verwendung von Wärmevias, Kupferflächen) wichtig, um eine niedrige Sperrschichttemperatur aufrechtzuerhalten und so langfristige Zuverlässigkeit und stabile Lichtausbeute zu gewährleisten.
• Stromversorgung:Verwenden Sie stets eine Konstantstromquelle oder eine Spannungsquelle mit einem in Reihe geschalteten Widerstand, der auf Basis der maximalen V_Faus der Binning-Tabelle und dem Ziel-Betriebsstrom berechnet wird.
• Optisches Design:Der 120° Abstrahlwinkel und das Lambert'sche Muster vereinfachen das Design sekundärer Optiken zur Lichtformung, falls erforderlich.

9. Zuverlässigkeit & Qualitätssicherung

Ein umfassender Satz von Zuverlässigkeitstests wird mit einem Konfidenzniveau von 90% und einem LTPD (Lot Tolerance Percent Defective) von 10% durchgeführt. Die Testmatrix umfasst:
• Reflow-Lötbeständigkeit
• Temperaturschock (-10°C bis +100°C)
• Temperaturwechsel (-40°C bis +100°C)
• Hochtemperatur-/Feuchtigkeitslagerung (85°C/85% RH)
• Hoch-/Niedertemperatur-Betriebs- und Lagerlebensdauertests unter verschiedenen Bedingungen und Strömen (z.B. 90mA, 180mA).
Jeder Test verwendet eine Stichprobengröße von 22 Stück mit einem Annahme-/Ablehnungskriterium von 0/1, was auf hohe Zuverlässigkeitsstandards hinweist.

10. Technischer Vergleich & Positionierung

Diese Mittelleistungs-PLCC-2-LED besetzt eine spezifische Nische. Im Vergleich zu Niedrigleistungs-SMD-LEDs (z.B. 0603, 0805) bietet sie einen deutlich höheren Lichtstrom, was sie für Beleuchtungszwecke und nicht nur für Anzeigen geeignet macht. Im Vergleich zu Hochleistungs-LEDs erfordert sie weniger komplexes Wärmemanagement und Treiberschaltungen, liefert aber dennoch für viele Anwendungen nutzbare Lichtausbeute. Die AlGaInP-Technologie bietet im roten/orangen/bernsteinfarbenen Spektrum eine hohe Effizienz im Vergleich zu phosphorkonvertierten weißen LEDs ähnlicher Größe. Der weite 120° Abstrahlwinkel ist ein wichtiges Unterscheidungsmerkmal gegenüber LEDs mit engeren, fokussierteren Strahlen.

11. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Welchen Treiberstrom sollte ich verwenden?
A: Der absolute maximale Dauerstrom beträgt 150 mA. Für eine optimale Balance aus Effizienz, Lebensdauer und Lichtausbeute ist ein Betrieb zwischen 60-120 mA typisch, aber beziehen Sie sich stets auf die Entlastungskurven (Abb. 5) basierend auf der thermischen Leistung Ihrer Leiterplatte.
F: Wie interpretiere ich die Binning-Codes in meiner Bestellung?
A: Die Etikettencodes CAT, HUE und REF entsprechen direkt den Binning-Tabellen für Lichtstrom, dominante Wellenlänge und Flussspannung in den Abschnitten 3.1, 3.2 und 3.3. So wissen Sie, in welchem genauen Leistungsbereich sich die erhaltenen LEDs befinden.
F: Kann ich diese LED direkt von einer 3,3V- oder 5V-Logikversorgung betreiben?
A: Nein. Sie müssen einen Vorwiderstand in Reihe schalten. Berechnen Sie den Widerstandswert als R = (V_Versorgung- V_F) / I_F. Verwenden Sie die maximale V_Faus Ihrem Spannungs-Bin, um sicherzustellen, dass stets genügend Spannungsabfall über dem Widerstand anliegt.
F: Welche Auswirkung hat die Sperrschichttemperatur auf die Leistung?
A: Wie in Abb. 3 gezeigt, nimmt die Lichtausbeute ab, wenn T_jsteigt. Darüber hinaus beschleunigen höhere Temperaturen den Lichtstromrückgang und können die Lebensdauer des Bauteils verringern. Die Aufrechterhaltung einer niedrigen T_jdurch gute Kühlung ist entscheidend für eine konsistente, langfristige Leistung.

12. Design-in Fallstudie

Szenario:Entwurf eines kostengünstigen, batteriebetriebenen roten Sicherheitswarnleuchte.
Anforderungen:Von allen Seiten sichtbar, geringer Stromverbrauch, einfache Treiberschaltung, kompakt.
Design-Entscheidungen:
1. LED-Auswahl:Diese PLCC-2-Rotlicht-LED wurde aufgrund ihres 120° Abstrahlwinkels (gute Allseitigkeit), ihrer mittleren Leistung (gute Helligkeit vs. Batterielebensdauer) und ihres SMD-Gehäuses (klein, einfache Montage) gewählt.
2. Treiberschaltung:Eine einfache Schaltung mit einer 3V-Knopfzellenbatterie, einem MOSFET zum Schalten und einem Vorwiderstand. Der Widerstandswert wird für I_F= 100 mA berechnet mit R = (3,0V - 2,5V_typ) / 0,1A = 5Ω. Ein 5,1Ω, 1/4W Widerstand wird ausgewählt.
3. Thermisches & Leiterplattendesign:Die Warnleuchte arbeitet in kurzen Pulsen (10% Tastverhältnis), was die Durchschnittsleistung und thermische Belastung reduziert. Die Leiterplatte verwendet ein einfaches Zweilagendesign, wobei das LED-Pad mit einer kleinen Kupferfläche auf der Unterseite für eine leichte Kühlung verbunden ist.
4. Ergebnis:Eine funktionale, zuverlässige Warnleuchte, die die Größen-, Kosten- und Leistungsziele erreicht und die spezifizierten Eigenschaften der LED nutzt.

13. Funktionsprinzip

Dies ist ein Halbleiter-Photonikbauteil, das auf einer AlGaInP-Heterostruktur (Aluminium-Gallium-Indium-Phosphid) basiert. Wenn eine Flussspannung angelegt wird, die die Durchlassspannung der Diode überschreitet, werden Elektronen und Löcher aus der n-dotierten bzw. p-dotierten Schicht in den aktiven Bereich injiziert. Diese Ladungsträger rekombinieren strahlend innerhalb der Quantentöpfe des aktiven Bereichs und setzen Energie in Form von Photonen frei. Die spezifische Zusammensetzung der AlGaInP-Legierung bestimmt die Bandlückenenergie, die direkt die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts definiert – in diesem Fall im roten Spektrum (615-630 nm). Das klare Epoxidharz-Vergussmaterial schützt den Halbleiterchip, bietet mechanische Stabilität und formt den Lichtstrahl.

14. Technologietrends

Mittelleistungs-SMD-LEDs wie dieser PLCC-2-Typ entwickeln sich weiter. Allgemeine Branchentrends umfassen:
• Erhöhte Effizienz:Fortlaufende Verbesserungen der internen Quanteneffizienz, der Lichteinkopplung und des Gehäusedesigns führen zu höheren Lumen pro Watt (lm/W), was den Energieverbrauch bei gleicher Lichtausbeute reduziert.
• Verbesserte Farbkonstanz:Engere Binning-Toleranzen für Wellenlänge und Lichtstrom, ermöglicht durch fortschrittliche Fertigungsprozesskontrolle, ermöglichen einen besseren Farbabgleich in Multi-LED-Arrays ohne manuelle Sortierung.
• Erhöhte Zuverlässigkeit:Die Entwicklung robusterer Gehäusematerialien (Vergussmassen, Leadframes) und verbesserte Chip-Zuverlässigkeit führen zu längeren Betriebslebensdauern (L70-, L90-Metriken) unter höheren Treiberströmen und Temperaturen.
• Miniaturisierung bei Leistung:Das Streben nach kleineren, dichteren LED-Arrays verringert die Gehäusegrößen bei gleichbleibender oder steigender Lichtausbeute, was jedoch die Herausforderungen des Wärmemanagements verschärft.
• Intelligente & integrierte Lösungen:Der breitere Markt verzeichnet ein Wachstum bei LEDs mit integrierten Treibern, Controllern oder Sensoren, was jedoch eher im Hochleistungs- oder Spezialsegment verbreitet ist.