SMD5050 Weiß-LED Datenblatt - Abmessungen 5,0x5,0x1,6mm - Spannung 3,2V - Leistung 0,306W - Technische Dokumentation

1. Produktübersicht

Die SMD5050 Serie ist eine hochhellweiße, oberflächenmontierbare LED für allgemeine Beleuchtungsanwendungen. Diese Serie bietet eine Reihe von Farbtemperaturen von Warmweiß bis Kaltweiß mit Optionen für verschiedene Farbwiedergabeindizes (CRI). Das Gehäuse hat einen kompakten Bauraum von 5,0mm x 5,0mm und eignet sich somit für platzbeschränkte Designs, die gleichmäßige und effiziente Beleuchtung erfordern.

1.1 Kernmerkmale und Zielanwendungen

Die Hauptvorteile der SMD5050 LED umfassen ihren hohen Lichtstrom, den weiten Betrachtungswinkel von 120 Grad und die robuste Leistung über einen spezifizierten Temperaturbereich. Sie ist für zuverlässigen Einsatz in verschiedenen Leuchten konstruiert, einschließlich Architekturbeleuchtung, dekorativer Beleuchtung, Display-Hintergrundbeleuchtung und Beschilderung. Das Produktdesign erleichtert ein effizientes Wärmemanagement und die einfache Montage in automatisierten Oberflächenmontageprozessen (SMT).

2. Analyse der technischen Parameter

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Interpretation der wichtigsten elektrischen, optischen und thermischen Parameter, die für die SMD5050 LED spezifiziert sind.

2.1 Absolute Maximalwerte

Die folgenden Parameter definieren die Grenzen, jenseits derer ein dauerhafter Schaden an der LED auftreten kann. Ein Betrieb unter diesen Bedingungen ist nicht garantiert.

• Durchlassstrom (IF): 90 mA (Dauerbetrieb)
• Durchlass-Pulsstrom (IFP): 120 mA (Pulsbreite ≤10ms, Tastverhältnis ≤1/10)
• Verlustleistung (PD): 306 mW
• Betriebstemperatur (Topr): -40°C bis +80°C
• Lagertemperatur (Tstg): -40°C bis +80°C
• Sperrschichttemperatur (Tj): 125°C
• Löttemperatur (Tsld): 200°C oder 230°C für 10 Sekunden (Reflow-Löten)

2.2 Typische elektrische und optische Kenngrößen

Gemessen unter Standardtestbedingungen von T_s= 25°C und I_F= 60mA.

• Durchlassspannung (V_F): Typisch 3,2V, Maximal 3,4V (Toleranz: ±0,08V)
• Sperrspannung (V_R): 5V
• Sperrstrom (I_R): Maximal 10 µA
• Betrachtungswinkel (2θ_1/2): 120°

3. Erläuterung des Binning-Systems

Die SMD5050 Serie verwendet ein umfassendes Binning-System, um Farb- und Helligkeitskonsistenz zu gewährleisten, was für Beleuchtungsanwendungen entscheidend ist.

3.1 Farbtemperatur (CCT) Binning

Die LEDs werden in standardisierte Farbtemperatur-Bins (CCT) klassifiziert, die jeweils spezifischen Farbortbereichen im CIE-Diagramm zugeordnet sind. Die Standard-Bestell-Bins sind:

• 2700K (Bereiche: 8A, 8B, 8C, 8D)
• 3000K (Bereiche: 7A, 7B, 7C, 7D)
• 3500K (Bereiche: 6A, 6B, 6C, 6D)
• 4000K (Bereiche: 5A, 5B, 5C, 5D)
• 4500K (Bereiche: 4A, 4B, 4C, 4D, 4R, 4S, 4T, 4U)
• 5000K (Bereiche: 3A, 3B, 3C, 3D, 3R, 3S, 3T, 3U)
• 5700K (Bereiche: 2A, 2B, 2C, 2D, 2R, 2S, 2T, 2U)
• 6500K (Bereiche: 1A, 1B, 1C, 1D, 1R, 1S, 1T, 1U)
• 8000K (Bereiche: 0A, 0B, 0C, 0D, 0R, 0S, 0T, 0U)

Hinweis: Die Produktbestellung spezifiziert den minimalen Lichtstrom und den genauen Farbortbereich, nicht einen maximalen Lichtstromwert.

3.2 Lichtstrom Binning

Der Lichtstrom wird gemäß Farbtemperatur und Farbwiedergabeindex (CRI) gebinnt. Die folgende Tabelle zeigt die Standard-Lichtstrom-Bins bei I_F=60mA. Die Toleranzen betragen ±7% für den Lichtstrom und ±2 für den CRI.

• 70 CRI, Warmweiß (2700-3700K): Code 1E (18-20 lm), 1F (20-22 lm)
• 70 CRI, Neutralweiß (3700-5000K): Code 1E (18-20 lm), 1F (20-22 lm), 1G (22-24 lm)
• 70 CRI, Kaltweiß (5000-10000K): Code 1E (18-20 lm), 1F (20-22 lm), 1G (22-24 lm), 1H (24-26 lm)
• 80-85 CRI, Warmweiß (2700-3700K): Code 1D (16-18 lm), 1E (18-20 lm)
• 80-85 CRI, Neutralweiß (3700-5300K): Code 1D (16-18 lm), 1E (18-20 lm), 1F (20-22 lm)
• 80-85 CRI, Kaltweiß (5300-10000K): Code 1E (18-20 lm), 1F (20-22 lm)
• 90-93 CRI, Warmweiß (2700-3700K): Code 1C (14-16 lm), 1D (16-18 lm)

4. Analyse der Leistungskurven

Das Verständnis der Beziehung zwischen elektrischer Ansteuerung, optischer Ausgangsleistung und Temperatur ist für optimales Schaltungsdesign und Wärmemanagement unerlässlich.

4.1 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kurve)

Die I-V-Kurve ist charakteristisch für eine Halbleiterdiode. Für die SMD5050 beträgt die typische Durchlassspannung 3,2V bei 60mA. Entwickler müssen sicherstellen, dass die strombegrenzende Schaltung (z.B. Konstantstromtreiber oder Widerstand) so ausgelegt ist, dass sie innerhalb des spezifizierten Spannungsbereichs arbeitet, um eine stabile Lichtausgabe zu gewährleisten und eine übermäßige Verlustleistung zu verhindern.

4.2 Durchlassstrom vs. relativer Lichtstrom

Diese Kurve zeigt, dass die Lichtausgabe mit dem Durchlassstrom zunimmt, jedoch nicht linear. Ein Betrieb deutlich über dem Teststrom (60mA) kann zu reduzierter Effizienz (Lumen pro Watt) und beschleunigtem Degradationsprozess aufgrund erhöhter Sperrschichttemperatur führen. Der maximale Dauerstrom von 90mA sollte als obere Designgrenze betrachtet werden.

4.3 Sperrschichttemperatur vs. relative spektrale Leistungsverteilung

Wenn die Sperrschichttemperatur der LED steigt, kann sich die spektrale Ausgabe verschieben. Bei weißen LEDs äußert sich dies oft in einer Veränderung der Farbtemperatur und einem potenziellen Rückgang des Lichtstroms. Eine effektive Wärmeableitung ist entscheidend, um stabile Farbe und Helligkeit über die Lebensdauer des Produkts hinweg aufrechtzuerhalten.

4.4 Relative spektrale Leistungsverteilung

Das Spektraldiagramm veranschaulicht die Emissionscharakteristiken für verschiedene CCT-Bereiche (z.B. 2600-3700K, 3700-5000K, 5000-10000K). Warmweiße LEDs haben mehr Energie in den längeren (rot/gelb) Wellenlängen, während kaltweiße LEDs einen Peak im blauen Bereich aufweisen, ergänzt durch phosphorkonvertiertes gelbes Licht. Diese Information ist für Anwendungen mit spezifischen Farbanforderungen von entscheidender Bedeutung.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen und Umrisszeichnung

Das SMD5050-Gehäuse hat Nennabmessungen von 5,0mm (L) x 5,0mm (B) x 1,6mm (H). Detaillierte mechanische Zeichnungen spezifizieren kritische Maße, einschließlich Linsengröße, Platzierung des Leadframes und Gesamttoleranzen (z.B. ±0,10mm für .X-Maße, ±0,05mm für .XX-Maße).

5.2 Pad-Layout und Schablonendesign

Das Datenblatt bietet empfohlene Pad-Layouts (Footprint) und Lotpastenschablonendesigns, um zuverlässige Lötstellenbildung während des Reflow-Prozesses zu gewährleisten. Die Einhaltung dieser Empfehlungen ist für korrekte Ausrichtung, Wärmeübertragung und mechanische Festigkeit unerlässlich. Das Pad-Design umfasst typischerweise sechs Pads (für eine 3-Chip-Konfiguration) mit spezifischen Abmessungen, um das Löten und die Wärmeableitung zu erleichtern.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Feuchtigkeitsempfindlichkeit und Trocknung

Die SMD5050 LED ist feuchtigkeitsempfindlich (MSL klassifiziert nach IPC/JEDEC J-STD-020C).

• Lagerung: Ungeöffnete Beutel sollten unter 30°C und 85% r.F. gelagert werden. Nach dem Öffnen unter 30°C und 60% r.F. lagern, vorzugsweise in einem Trockenschrank oder verschlossenen Behälter mit Trockenmittel.
• Bodenlebensdauer: Innerhalb von 12 Stunden nach Öffnen der Feuchtigkeitssperrbeutel verwenden.
• Trocknungsanforderung: Wenn das Bauteil länger als die Bodenlebensdauer exponiert war oder die Feuchtigkeitsanzeigekarte übermäßige Feuchtigkeit anzeigt, ist vor dem Reflow eine Trocknung erforderlich.
• Trocknungsmethode: Bei 60°C für 24 Stunden trocknen. 60°C nicht überschreiten. Der Reflow sollte innerhalb von 1 Stunde nach der Trocknung erfolgen, oder die Teile müssen in eine Trockenlagerumgebung (<20% r.F.) zurückgeführt werden.

6.2 Reflow-Lötprofil

Die LED kann eine maximale Reflow-Temperatur von 200°C oder 230°C für maximal 10 Sekunden aushalten. Es ist entscheidend, einem standardisierten, kontrollierten Reflow-Profil für bleifreie Lote zu folgen, um sicherzustellen, dass Aufheiz-, Halte-, Reflow- und Abkühlraten innerhalb akzeptabler Grenzen liegen, um thermischen Schock oder Schäden an der Epoxidlinse und dem internen Chip zu verhindern.

7. Schutz vor elektrostatischer Entladung (ESD)

LEDs sind Halbleiterbauelemente, die anfällig für ESD-Schäden sind, insbesondere weiße, grüne, blaue und violette Typen.

• ESD-Erzeugung: Kann durch Reibung, Induktion oder Leitung auftreten.
• Potenzielle Schäden: ESD kann latente Defekte (erhöhter Leckstrom, reduzierte Helligkeit/Farbverschiebung) oder katastrophale Ausfälle (vollständiger Funktionsausfall) verursachen.
• Vorsichtsmaßnahmen: Implementieren Sie Standard-ESD-Schutzmaßnahmen: Verwenden Sie geerdete Arbeitsplätze, Handgelenkbänder, leitfähige Bodenmatten und antistatische Verpackungen. Handhaben Sie LEDs nur in ESD-geschützten Bereichen.

8. Modellnummernregel

Der Produktcode folgt einer spezifischen Struktur, um Schlüsselattribute zu kennzeichnen. Das allgemeine Format lautet:T□□ □□ □ □ □ – □□□ □□. Die Aufschlüsselung umfasst Codes für:

• Gehäuseform: z.B. '5A' für 5050N.
• Chip-Anzahl: z.B. '3' für ein 3-Chip-Design.
• Optik-Code: z.B. '00' für keine Linse, '01' für mit Linse.
• Farbcode: z.B. 'L' für Warmweiß (<3700K), 'C' für Neutralweiß (3700-5000K), 'W' für Kaltweiß (>5000K).
• Interner Code: Interne Referenz des Herstellers.
• CCT-Code: Spezifiziert den Farbtemperatur-Bin.
• Lichtstrom-Code: Spezifiziert den Lichtstrom-Bin (z.B. 1E, 1F).

9. Anwendungsvorschläge und Designüberlegungen

9.1 Typische Anwendungsszenarien

• Architektur- und Dekorationsbeleuchtung: Einbauleuchten, Akzentbeleuchtung und Lichtleisten, wo hohe Helligkeit und gleichmäßige Lichtverteilung benötigt werden.
• Hintergrundbeleuchtung: Kanten- oder direkte Beleuchtung für Schilder, Displays und Bedienfelder.
• Allgemeine Beleuchtung: Integriert in Module für Einbauleuchten, Panel-Lights und andere Leuchten, oft in Arrays.

9.2 Kritische Designaspekte

• Wärmemanagement: Die maximale Sperrschichttemperatur beträgt 125°C. Ein ordnungsgemäßes Leiterplattendesign mit ausreichenden Wärmedurchkontaktierungen und gegebenenfalls einem externen Kühlkörper ist zwingend erforderlich, um T_jinnerhalb sicherer Grenzen zu halten, insbesondere bei Betrieb mit höheren Strömen oder in hohen Umgebungstemperaturen. Dies gewährleistet langfristige Zuverlässigkeit und stabile Lichtausgabe.
• Stromansteuerung:** Verwenden Sie immer einen Konstantstromtreiber oder einen strombegrenzenden Widerstand. Der Betrieb mit einer Konstantspannungsquelle wird nicht empfohlen, da dies zu thermischem Durchgehen führen kann. Der Treiber sollte so ausgelegt sein, dass er die Durchlassspannungsvariation (Toleranz) berücksichtigt.
• Optisches Design: Der 120-Grad-Betrachtungswinkel bietet eine breite Ausleuchtung. Für fokussierte Lichtstrahlen können sekundäre Optiken (Linsen oder Reflektoren) erforderlich sein, die für den 5050-Footprint ausgelegt sind.
• Binning für Konsistenz: Für Anwendungen, die einheitliche Farbe und Helligkeit erfordern (z.B. Multi-LED-Arrays), spezifizieren Sie beim Lieferanten enges Binning sowohl für CCT als auch für Lichtstrom.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

10.1 Was ist der Unterschied zwischen der typischen und der maximalen Durchlassspannung?

Die typische Durchlassspannung (3,2V) ist der erwartete Wert unter Standardtestbedingungen. Der Maximalwert (3,4V) ist die Obergrenze für das Produkt-Bin. Ihre Treiberschaltung muss in der Lage sein, ausreichend Spannung bereitzustellen, um LEDs mit dem maximalen V_Fzu versorgen, damit sie korrekt einschalten und arbeiten.

10.2 Kann ich diese LED dauerhaft mit 90mA betreiben?

Obwohl 90mA der absolute maximale Dauerstrom ist, erzeugt der Betrieb auf diesem Niveau erhebliche Wärme und reduziert wahrscheinlich die Lebensdauer der LED aufgrund erhöhter Sperrschichttemperatur. Für optimale Zuverlässigkeit und Effizienz ist es ratsam, für einen niedrigeren Betriebsstrom zu designen, wie z.B. die 60mA-Testbedingung oder einen Wert, der durch Ihre Wärmemanagementfähigkeiten bestimmt wird.

10.3 Warum ist eine Trocknung vor dem Löten notwendig?

Das Kunststoffgehäuse kann Feuchtigkeit aus der Atmosphäre aufnehmen. Während des Hochtemperatur-Reflow-Lötprozesses kann diese eingeschlossene Feuchtigkeit sich schnell ausdehnen und innere Delamination, Risse oder "Popcorning" verursachen, was zu sofortigen oder latenten Ausfällen führt. Die Trocknung entfernt diese aufgenommene Feuchtigkeit.

10.4 Wie interpretiere ich den Lichtstrom-Bin-Code (z.B. 1F)?

Der Lichtstrom-Bin-Code (wie 1F) entspricht einem spezifischen Bereich der Lichtausgabe, gemessen in Lumen bei 60mA. Zum Beispiel garantiert Code 1F für eine 70-CRI kaltweiße LED mindestens 20 Lumen und typischerweise maximal 22 Lumen, mit einer ±7% Toleranz auf die Messung. Sie wählen den Bin basierend auf dem Helligkeitsbedarf für Ihre Anwendung aus.