Oberflächenmontierte LED-Lampe LTWMR4DZ3KA Datenblatt - Gehäuse 4,2x4,2x6,9mm - Spannung 2,6-3,3V - Weiß - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument erläutert die Spezifikationen einer hochhellen Oberflächenmontage-LED-Lampe. Für automatisierte Bestückungsprozesse konzipiert, bietet dieses Bauteil eine hervorragende optische Leistung in einem kompakten Gehäuse, das sich für anspruchsvolle Beschilderungsanwendungen eignet.

1.1 Kernvorteile und Produktpositionierung

Der Hauptvorteil dieser LED ist ihr integriertes optisches Design. Das Gehäuse verfügt über eine Linse, die ein definiertes, schmales Abstrahlverhalten bietet und so in vielen Anwendungen auf Sekundäroptik verzichten kann. Dies führt zu einem schlankeren Design und potenziell geringeren Systemkosten. Das Bauteil ist aus fortschrittlichen Epoxidharzen gefertigt, die ausgezeichnete Feuchtigkeitsbeständigkeit und UV-Schutz bieten und so die Zuverlässigkeit für den Innen- und Außeneinsatz erhöhen. Es entspricht vollständig den RoHS-, bleifreien und halogenfreien Richtlinien.

1.2 Zielmarkt und Anwendungen

Diese LED ist speziell für hochsichtbare Beschilderung entwickelt. Ihre Hauptanwendungsgebiete sind Videotexttafeln, verschiedene Verkehrsschilder und allgemeine Nachrichtenanzeigen. Die Kombination aus hoher Lichtstärke und einem definierten Abstrahlwinkel macht sie ideal für die Erstellung heller, gut lesbarer Displays mit effizienter Lichtausnutzung.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Eine umfassende Analyse der Betriebsgrenzen und der Leistung des Bauteils unter Standardbedingungen.

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Ein Betrieb bei oder über diesen Grenzen ist nicht garantiert.

• Verlustleistung (Pd):Maximal 100 mW. Dies ist die Gesamtleistung, die das Gehäuse als Wärme abführen kann.
• Durchlassstrom:Ein Gleichstrom-Durchlassstrom (IF) von 30 mA ist der maximale Dauerbetriebswert. Ein Spitzen-Durchlassstrom von 100 mA ist nur unter gepulsten Bedingungen zulässig (Tastverhältnis ≤ 1/10, Pulsbreite ≤ 10ms).
• Thermisches Derating:Der maximale Gleichstrom-Durchlassstrom muss ab einer Umgebungstemperatur (TA) über 55°C linear von seinem Nennwert von 30 mA bei 25°C mit einer Rate von 0,54 mA pro Grad Celsius reduziert werden.
• Temperaturbereiche:Das Bauteil ist für den Betrieb von -40°C bis +85°C ausgelegt und kann von -40°C bis +100°C gelagert werden.
• Reflow-Löten:Das Gehäuse kann während des Reflow-Lötprozesses eine Spitzentemperatur von 260°C für maximal 10 Sekunden aushalten.

2.2 Elektro-optische Kenngrößen

Diese Parameter werden bei einer Umgebungstemperatur (TA) von 25°C und einem Durchlassstrom (IF) von 20 mA gemessen, sofern nicht anders angegeben.

• Lichtstärke (Iv):Liegt im Bereich von mindestens 8500 mcd bis maximal 21000 mcd, mit einem typischen Wert von 15000 mcd. Der Iv-Wert wird gebinnt, und der Klassifizierungscode ist auf der Verpackung markiert.
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):Definiert als der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke die Hälfte der axialen (auf der Achse liegenden) Intensität beträgt. Der typische Wert beträgt 35°, mit einem spezifizierten Minimum von 30°.
• Durchlassspannung (VF):Liegt bei 20mA im Bereich von 2,6 V (min) bis 3,3 V (max).
• Sperrstrom (IR):Maximal 10 μA bei einer angelegten Sperrspannung (VR) von 5V. Es ist kritisch zu beachten, dass das Bauteil nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt ist; diese Testbedingung dient nur der Charakterisierung.

3. Spezifikation des Binning-Systems

Um Konsistenz in der Anwendung zu gewährleisten, werden die LEDs basierend auf wichtigen Leistungsparametern in Bins sortiert.

3.1 Lichtstärke-Binning

LEDs werden basierend auf ihrer gemessenen Lichtstärke bei 20mA in drei Haupt-Bins klassifiziert:
- Bin Y:8500 - 11500 mcd
- Bin Z:11500 - 16000 mcd
- Bin 1:16000 - 21000 mcd
Auf die Grenzen jedes Bins gilt eine Toleranz von ±15%.

3.2 Farbort- (Farbton-) Binning

Der Weißpunkt wird über Farbortkoordinaten-Bins gesteuert, die im CIE 1931 (x, y)-Diagramm definiert sind. Das Datenblatt spezifiziert mehrere Farbton-Ränge (z.B. 6U, 6L, 7U, 7L, 8U, 8L), die jeweils einen viereckigen Bereich im Farbortdiagramm definieren. Dies ermöglicht es Konstrukteuren, LEDs mit eng kontrollierter Farbkonsistenz auszuwählen. Die Messabweichung für Farbkoordinaten beträgt ±0,01.

4. Mechanische und Gehäuseinformationen

4.1 Abmessungen

Die LED verfügt über ein rechteckiges Gehäuse mit einer Domlinse. Wichtige Abmessungen sind:
- Gehäusekörper: 4,2mm ±0,2mm x 4,2mm ±0,2mm.
- Gesamthöhe: 6,9mm ±0,5mm.
- Details zu Anschlussabstand und -überstand sind in der detaillierten Zeichnung angegeben. Alle Abmessungen enthalten äquivalente Werte in Zoll in Klammern.

4.2 Polaritätskennzeichnung und Pinbelegung

Das Bauteil hat drei Pins (P1, P2, P3). P1 und P3 sind als Anode (+) und P2 als Kathode (-) gekennzeichnet. Bei der Leiterplattenlayout- und Bestückung muss die korrekte Polarität beachtet werden.

4.3 Empfohlenes Lötpad-Layout

Für das PCB-Layout wird ein Lötpad-Design vorgeschlagen. Das Layout berücksichtigt die drei Pins und enthält einen Hinweis auf ein thermisches Pad. Das mit Pin P3 verbundene Pad wird speziell für den Anschluss an einen Kühlkörper oder ein Kühlsystem empfohlen, um das thermische Management während des Betriebs zu unterstützen.

5. Richtlinien für Bestückung, Handhabung und Zuverlässigkeit

5.1 Feuchtigkeitssensitivität und Lagerung

Diese Komponente ist gemäß JEDEC J-STD-020 als Feuchtigkeitssensitivitätsstufe (MSL) 3 klassifiziert.
- LEDs in einer ungeöffneten Feuchtigkeitssperrbeutel können bis zu 12 Monate bei <30°C und 90% r.F. gelagert werden.
- Sobald der Beutel geöffnet ist, müssen die Bauteile bei <30°C und 60% r.F. aufbewahrt und innerhalb von 168 Stunden (7 Tagen) gelötet werden.
- Ein Trocknen bei 60°C ±5°C für 20 Stunden ist erforderlich, wenn die Feuchtigkeitsindikatorkarte >10% r.F. anzeigt, wenn die Auslagerungszeit 168 Stunden überschreitet oder wenn Bauteile >30°C und 60% r.F. ausgesetzt waren. Das Trocknen sollte nur einmal durchgeführt werden.

5.2 Lötprozess

Reflow-Löten (Empfohlen):
- Vorwärmen: 150-200°C.
- Maximale Vorwärmzeit: 120 Sekunden.
- Spitzentemperatur: maximal 260°C.
- Zeit über 260°C: maximal 10 Sekunden.
- Das Bauteil ist für Reflow-Löten ausgelegt und nicht für Tauchlöten geeignet. Reflow sollte nicht mehr als zweimal durchgeführt werden.
Handlöten (Lötkolben):
- Maximale Kolbentemperatur: 315°C.
- Maximale Lötzeit pro Pin: 3 Sekunden.
- Dies sollte nur einmal erfolgen.

5.3 Reinigung

Wenn nach dem Löten eine Reinigung notwendig ist, sollten nur alkoholbasierte Lösungsmittel wie Isopropanol (IPA) verwendet werden.

6. Verpackungs- und Bestellinformationen

6.1 Tape-and-Reel-Verpackung

Die LEDs werden in geprägter Trägerbahn auf Spulen für die automatisierte Pick-and-Place-Bestückung geliefert. Die Bandabmessungen sind spezifiziert, um die Kompatibilität mit Standard-SMT-Geräten sicherzustellen. Jede volle Spule enthält 1.000 Stück. Spule und Band sind gekennzeichnet, um auf das Vorhandensein elektrostatisch empfindlicher Bauteile (ESD) hinzuweisen, was sichere Handhabungsverfahren erfordert.

7. Anwendungshinweise und Designüberlegungen

7.1 Typische Anwendungsschaltungen

In einer typischen Anwendung wird die LED von einer Konstantstromquelle angesteuert, um eine stabile Lichtausgabe und Langlebigkeit zu gewährleisten. Für einfache Anwendungen kann ein einfacher Vorwiderstand verwendet werden, berechnet basierend auf der Versorgungsspannung (Vcc), der Durchlassspannung der LED (VF) und dem gewünschten Durchlassstrom (IF): R = (Vcc - VF) / IF. Beispiel: Bei einer 5V-Versorgung, einer VF von 3,0V und einem Ziel-IF von 20mA beträgt der Widerstandswert (5V - 3,0V) / 0,02A = 100 Ohm. Die Belastbarkeit des Widerstands muss ebenfalls berücksichtigt werden (P = (Vcc - VF) * IF). Für Hochzuverlässigkeits- oder Präzisionsanwendungen werden spezielle LED-Treiber-ICs empfohlen.

7.2 Thermomanagement

Obwohl die Verlustleistung relativ gering ist (max. 100mW), ist ein effektives Thermomanagement entscheidend für die Aufrechterhaltung von Leistung und Lebensdauer, insbesondere in Umgebungen mit hoher Umgebungstemperatur oder in dicht gepackten Arrays. Die empfohlene Verbindung des thermischen Pads (P3) mit einer Kupferfläche auf der Leiterplatte dient als Wärmeverteiler. Für Designs mit mehreren LEDs sollte eine ausreichende Beabstandung und gegebenenfalls die Verwendung von Metallkern-Leiterplatten (MCPCBs) in Betracht gezogen werden, um die kollektive Wärmelast zu bewältigen.

7.3 Optische Integration

Die integrierte Linse mit 35° Abstrahlwinkel ist ein Schlüsselmerkmal. Konstrukteure sollten überprüfen, ob dieses Strahlprofil den Anforderungen ihrer Anwendung an Helligkeitsgleichmäßigkeit und Betrachtungskegel entspricht. Für breitere Abstrahlwinkel wäre ein anderes LED-Modell oder ein sekundärer Diffusor erforderlich. Der schmale Strahl ist vorteilhaft, um Licht effizient auf einen bestimmten Bereich, wie z.B. eine Schildfläche, zu lenken, mit minimalem Streulicht.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu Standard-SMD-LEDs (z.B. PLCC-Gehäuse) bietet dieses Bauteil eine deutlich höhere Lichtstärke in einem Durchsteckmontage-Lampen-Formfaktor mit vorkollimiertem Strahl. Dies eliminiert die Kosten und die Ausrichtungs-Komplexität des Hinzufügens einer separaten optischen Linse. Im Vergleich zu anderen Hochleistungs-LEDs arbeitet es mit einem niedrigeren Strom (20mA vs. 350mA+), vereinfacht das Treiberdesign und reduziert thermische Herausforderungen im System, während es dennoch eine für Beschilderung geeignete hohe Helligkeit liefert.

9. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F: Was ist der Unterschied zwischen den Y-, Z- und 1-Lichtstärke-Bins?
A: Sie repräsentieren verschiedene Bereiche der minimalen Lichtausbeute. Bin 1 hat die höchste Ausbeute (16000-21000 mcd), gefolgt von Bin Z (11500-16000 mcd) und dann Bin Y (8500-11500 mcd). Die Auswahl hängt vom Helligkeitsbedarf der Anwendung ab.

F: Kann ich diese LED kontinuierlich mit 30mA betreiben?
A: Ja, 30mA ist der maximal zulässige Gleichstrom-Durchlassstrom. Bei erhöhten Umgebungstemperaturen (über 55°C) muss der Strom jedoch wie angegeben reduziert werden. Für optimale Langlebigkeit und stabile Leistung wird der Betrieb bei oder unter dem typischen Wert von 20mA empfohlen.

F: Warum gibt es eine Auslagerungszeit von 168 Stunden nach dem Öffnen der Verpackung?
A: Die MSL-3-Einstufung zeigt an, dass das Gehäuse Feuchtigkeit aus der Luft aufnimmt. Nach 168 Stunden unter Werkstattbedingungen (<30°C/60% r.F.) kann die aufgenommene Feuchtigkeit ein Niveau erreichen, das während des Hochtemperatur-Reflow-Lötprozesses zu Gehäuseschäden (wie Rissen oder Delamination) führen könnte. Eine Überschreitung dieser Zeit erfordert ein Trocknen, um die Feuchtigkeit zu entfernen.

F: Sind Vorsichtsmaßnahmen gegen elektrostatische Entladung (ESD) notwendig?
A: Ja. Die Verpackung ist als enthaltend elektrostatisch empfindliche Bauteile gekennzeichnet. Während der manuellen Handhabung sollten Standard-ESD-Handhabungsvorsichtsmaßnahmen, wie die Verwendung geerdeter Handgelenkbänder und Arbeitsplätze, befolgt werden, um Schäden durch elektrostatische Entladung zu verhindern.

10. Funktionsprinzipien und Technologie

Dies ist eine weiße LED basierend auf InGaN (Indiumgalliumnitrid)-Halbleitertechnologie. Sie erzeugt blaues Licht vom InGaN-Chip. Dieses blaue Licht regt dann eine Phosphorschicht im Gehäuse an. Der Phosphor wandelt einen Teil des blauen Lichts in längere Wellenlängen (gelb, rot) um, und die Mischung aus dem verbleibenden blauen Licht und dem vom Phosphor emittierten Licht führt zur Wahrnehmung von weißem Licht. Die spezifische Mischung der Phosphore bestimmt die korrelierte Farbtemperatur (CCT) und die Farbortkoordinaten, die durch den Farbton-Binning-Prozess kontrolliert werden. Das wasserklare Epoxidharzgehäuse dient sowohl als Schutzgehäuse als auch als primäres optisches Element, das den Lichtaustritt in den spezifizierten Abstrahlwinkel formt.