T-1 3/4 LED-Lampe 334-15/X1C5-1QSA Datenblatt - Warmweiß - 3,2V typ. - 50° Abstrahlwinkel - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument erläutert die Spezifikationen einer hochleistungsfähigen warmweißen LED-Lampe. Das Bauteil ist für Anwendungen konzipiert, die eine signifikante Lichtleistung in einem kompakten, industrieüblichen Gehäuse erfordern. Seine Kernfunktion ist die Bereitstellung einer effizienten, zuverlässigen Beleuchtung für eine Reihe von Anzeige- und Beleuchtungsanwendungen.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die primären Vorteile dieser LED sind ihre hohe Lichtleistung und die Emission eines warmweißen Lichts, das durch ein Phosphor-Konversionssystem erzielt wird. Sie ist in einem weit verbreiteten T-1 3/4-Rundgehäuse untergebracht, was eine breite Kompatibilität mit bestehenden Sockeln und Designs gewährleistet. Das Bauteil entspricht zudem relevanten Umwelt- und Handhabungsstandards, verfügt über ESD-Schutz und ist RoHS-konform. Die Zielanwendungen sind vielfältig und umfassen Nachrichtentafeln, optische Anzeigen, Hintergrundbeleuchtungsmodule und Markierungsleuchten, wo eine klare, helle Signalgebung erforderlich ist.

2. Vertiefung der technischen Parameter

Dieser Abschnitt bietet eine objektive Analyse der wichtigsten elektrischen, optischen und thermischen Eigenschaften des Bauteils, wie im Datenblatt definiert.

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Sie sind nicht für den Normalbetrieb vorgesehen.

• Dauer-Durchlassstrom (IF):30 mA. Eine kontinuierliche Überschreitung dieses Stroms überlastet den Halbleiterübergang.
• Spitzen-Durchlassstrom (IFP):100 mA bei einem Tastverhältnis von 1/10 und 1 kHz. Dies ermöglicht kurze Pulse mit höherem Strom, was bei multiplexenden Displayanwendungen nützlich ist.
• Sperrspannung (VR):5 V. Das Anlegen einer höheren Sperrspannung kann zum Durchbruch des Übergangs führen.
• Verlustleistung (Pd):110 mW. Dies ist die maximale Leistung, die das Gehäuse unter spezifizierten Bedingungen als Wärme abführen kann.
• Betriebs- & Lagertemperatur:jeweils -40°C bis +85°C und -40°C bis +100°C, was die Umgebungsrobustheit des Bauteils definiert.
• ESD-Festigkeit (HBM):4 kV, was auf einen guten Schutz vor elektrostatischer Entladung während der Handhabung hinweist.
• Löttemperatur:260°C für 5 Sekunden, spezifiziert die Toleranz des Reflow-Lötprofils.

2.2 Elektro-optische Kenngrößen

Dies sind die typischen Leistungsparameter, gemessen bei 25°C unter Standardtestbedingungen (IF=20mA, sofern nicht anders angegeben).

• Durchlassspannung (VF):2,8V bis 3,6V. Der Spannungsabfall über der LED im leitenden Zustand. Der typische Wert liegt bei etwa 3,2V. Entwickler müssen sicherstellen, dass die Treiberschaltung diesen Bereich abdecken kann.
• Lichtstärke (IV):Liegt je nach spezifischem Bin (siehe Abschnitt 3) zwischen mindestens 3600 mcd und 7150 mcd. Diese hohe Intensität ist ein Schlüsselmerkmal für Anwendungen, die hohe Sichtbarkeit erfordern.
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):50 Grad (typisch). Dies definiert den Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte ihres Spitzenwerts abfällt, was zu einem mäßig breiten Strahl führt.
• Farbortkoordinaten (x, y):x=0,40, y=0,39 (typisch) gemäß CIE-1931-Farbraum. Dies platziert die emittierte Farbe im warmweißen Bereich.
• Zener-Sperrspannung (Vz):5,2V typisch bei Iz=5mA. Diese integrierte Schutzfunktion hilft, die LED vor Sperrspannungstransienten zu schützen.
• Sperrstrom (IR):maximal 50 µA bei VR=5V, was auf einen sehr geringen Leckstrom im gesperrten Zustand hinweist.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Bauteil wird in Bins kategorisiert, um die Konsistenz wichtiger Parameter sicherzustellen. Dies ermöglicht es Entwicklern, LEDs auszuwählen, die ihren spezifischen Anforderungen an Helligkeit und Durchlassspannung entsprechen.

3.1 Lichtstärke-Binning

LEDs werden basierend auf ihrer minimalen Lichtstärke bei 20mA in drei Haupt-Bins sortiert:

- Bin Q:3600 - 4500 mcd

- Bin R:4500 - 5650 mcd

- Bin S:5650 - 7150 mcd

Auf diese Werte gilt eine Toleranz von ±10%. Die Auswahl eines höheren Bins (z.B. S) garantiert ein helleres Bauteil.

3.2 Durchlassspannungs-Binning

Um die Stromanpassung für Reihenschaltungen oder das präzise Treiberdesign zu unterstützen, werden LEDs auch nach Durchlassspannung gebinnt:

- Bin 0:2,8 - 3,0 V

- Bin 1:3,0 - 3,2 V

- Bin 2:3,2 - 3,4 V

- Bin 3:3,4 - 3,6 V

Die Messunsicherheit beträgt ±0,1V.

3.3 Farb-Binning (Farbort)

Die warmweiße Farbe ist innerhalb einer spezifischen Region im CIE-1931-Farbortdiagramm definiert. Das Datenblatt liefert die Eckkoordinaten für sechs Farbklassen (D1, D2, E1, E2, F1, F2), die zusammen gruppiert sind (Gruppe 1). Diese Gruppierung zeigt, dass alle diese Klassen innerhalb eines akzeptablen warmweißen Farbraums fallen, wobei F1/F2 wärmer (niedrigere Farbtemperatur) und D1/D2 kühler sind. Die typischen Koordinaten (x=0,40, y=0,39) liegen innerhalb dieses gruppierten Bereichs.

4. Analyse der Kennlinien

Die bereitgestellten Diagramme geben Einblick in das Verhalten des Bauteils unter variierenden Bedingungen.

4.1 Relative Intensität vs. Wellenlänge

Die spektrale Leistungsverteilungskurve zeigt einen breiten Emissionspeak im sichtbaren Spektrum, charakteristisch für eine phosphorkonvertierte weiße LED. Der Peak liegt im gelben Bereich, mit einer zugrundeliegenden blauen Komponente vom InGaN-Chip, was zum warmweißen Erscheinungsbild führt.

4.2 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (IV-Kennlinie)

Diese Kurve zeigt die für eine Diode typische exponentielle Beziehung. Die Durchlassspannung steigt logarithmisch mit dem Strom. Die Kurve ist für den Entwurf von Konstantstrom-Treibern wesentlich, da eine kleine Spannungsänderung zu einer großen Stromänderung führen kann.

4.3 Relative Intensität vs. Durchlassstrom

Die Lichtleistung steigt mit dem Durchlassstrom, jedoch nicht linear. Die Kurve kann einen Bereich nahezu linearen Anstiegs zeigen, gefolgt von einem Abfall bei höheren Strömen aufgrund von Effizienzabfall und thermischen Effekten. Für optimale Effizienz und Lebensdauer wird ein Betrieb bei oder unterhalb des empfohlenen 20mA-Teststroms angeraten.

4.4 Farbort vs. Durchlassstrom & thermische Leistung

Die Farbortkoordinaten können sich mit dem Treiberstrom leicht verschieben. Das Diagramm, das Durchlassstrom vs. Umgebungstemperatur zeigt, ist für das thermische Management entscheidend. Mit steigender Umgebungstemperatur sinkt der maximal zulässige Durchlassstrom für eine gegebene Sperrschichttemperatur. Diese Entlastungskurve muss eingehalten werden, um Überhitzung zu verhindern.

4.5 Richtcharakteristik

Das Abstrahldiagramm veranschaulicht die räumliche Lichtverteilung. Das T-1 3/4-Gehäuse mit runder Linse erzeugt einen gleichmäßigen, breiten Strahl mit dem angegebenen 50-Grad-Abstrahlwinkel.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die LED verwendet ein standardmäßiges T-1 3/4 (5mm) Rundgehäuse. Wichtige dimensionale Hinweise sind:

- Alle Abmessungen sind in Millimetern mit einer allgemeinen Toleranz von ±0,25mm, sofern nicht anders angegeben.

- Der Anschlussabstand wird an der Stelle gemessen, an der die Anschlüsse aus dem Gehäusekörper austreten.

- Der maximale Überstand des Harzes unter dem Flansch beträgt 1,5mm.

- Die Maßzeichnung liefert genaue Maße für Gesamtlänge, Linsendurchmesser, Anschlussdrahtdurchmesser und Biegepunkte, die für das PCB-Footprint-Design und die mechanische Montage entscheidend sind.

5.2 Polaritätskennzeichnung

Die Polarität wird typischerweise durch die Anschlussdrahtlänge angezeigt (der längere Draht ist die Anode) oder durch eine Abflachung am Gehäuseflansch. Die Kathode ist üblicherweise mit dem Anschluss neben dieser Abflachung verbunden. Die korrekte Polarität ist für den Betrieb und zur Vermeidung von Sperrspannung essentiell.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Eine sachgemäße Handhabung ist für die Zuverlässigkeit entscheidend.

6.1 Anschlussdraht-Formgebung

• Das Biegen muss mindestens 3mm von der Basis des Epoxid-Linsenkolbens entfernt erfolgen, um Belastung des internen Chips und der Bonddrähte zu vermeiden.
• Formen Sie die Anschlüsse vor dem Löten. Das Ausüben von Belastung auf eine gelötete Verbindung kann die Leiterplatte oder die LED beschädigen.
• Verwenden Sie geeignete Werkzeuge, um Belastung des Gehäuses zu vermeiden. Fehlausrichtung während der PCB-Montage kann dauerhafte Spannung verursachen.
• Schneiden Sie die Anschlüsse bei Raumtemperatur. Hochtemperaturschneiden kann Wärme übertragen und das Bauteil beschädigen.
• Stellen Sie sicher, dass die PCB-Löcher perfekt mit den LED-Anschlüssen ausgerichtet sind, um erzwungenes Einführen zu vermeiden.

6.2 Lötparameter

• Handlöten:Lötspitzentemperatur maximal 300°C (für ein max. 30W-Lötkolben), mit einer Lötzeit von nicht mehr als 3 Sekunden pro Anschluss.
• Wellen-/Tauchlöten:Maximale Vorheiztemperatur von 100°C für bis zu 60 Sekunden.
• Halten Sie einen Abstand von mehr als 3mm von der Lötstelle zum Epoxid-Linsenkolben ein. Es wird empfohlen, jenseits der Basis des Verbindungsbügels (der kleinen Metallstütze zwischen den Anschlüssen im Gehäuse) zu löten.

6.3 Lagerbedingungen

• Lagern Sie nach Erhalt bei ≤30°C und ≤70% relativer Luftfeuchtigkeit. Die empfohlene Lagerdauer unter diesen Bedingungen beträgt 3 Monate.
• Für längere Lagerung (bis zu einem Jahr) platzieren Sie die LEDs in einem versiegelten Behälter mit Stickstoffatmosphäre und Trockenmittel.
• Vermeiden Sie schnelle Temperaturwechsel bei hoher Luftfeuchtigkeit, um Kondensation auf und im Gehäuse zu verhindern.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Verpackungsspezifikation

Die LEDs sind verpackt, um Schäden durch Feuchtigkeit, statische Aufladung und mechanischen Stoß zu verhindern:

- Verpackt in antistatischen Beuteln.

- Mindestens 200 bis maximal 500 Stück pro Beutel.

- Fünf Beutel werden in einem Innenkarton platziert.

- Zehn Innenkartons werden in einen Master-(Außen-)Karton verpackt.

7.2 Etikettenerklärung

Das Etikett auf dem Beutel enthält kritische Rückverfolgbarkeits- und Spezifikationsinformationen:

- P/N:Artikelnummer.

- QTY:Menge im Beutel.

- CAT:Kombinationscode für Lichtstärke- und Durchlassspannungs-Bins.

- HUE:Farbklasse (z.B. D1, F2).

- LOT No:Fertigungslosnummer zur Rückverfolgung.

7.3 Modellnummernbezeichnung

Die Artikelnummer 334-15/X1C5-1QSA folgt einem strukturierten Format, wobei die Platzhalterquadrate (□) wahrscheinlich Codes für spezifische Bins von Lichtstärke, Durchlassspannung und Farbklasse darstellen, was eine präzise Bestellung der gewünschten Leistungsklasse ermöglicht.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

• Nachrichtentafeln & Anzeigetafeln:Ihre hohe Intensität und der weite Abstrahlwinkel machen sie für die Zeichenbeleuchtung in Innen-/Außendisplays geeignet.
• Optische Anzeigen:Ideal für Statusleuchten an Industrieanlagen, Konsumelektronik oder Bedienfeldern, wo eine warmweiße Anzeige bevorzugt wird.
• Hintergrundbeleuchtung:Kann für Kantenbeleuchtung kleiner Panels, Schilder oder dekorative Beleuchtung verwendet werden.
• Markierungsleuchten:Geeignet für Positionsanzeiger, Notausgangsschilder oder niedrige Umgebungswegbeleuchtung.

8.2 Designüberlegungen

• Strombegrenzung:Immer mit einer Konstantstromquelle oder einem strombegrenzenden Widerstand betreiben. Berechnen Sie den Widerstandswert basierend auf der Versorgungsspannung (Vs), der Durchlassspannung der LED (Vf aus ihrem Bin) und dem gewünschten Strom (z.B. 20mA): R = (Vs - Vf) / I_f.
• Thermisches Management:Obwohl das Gehäuse nicht für hohe Verlustleistung ausgelegt ist, sorgen Sie für ausreichende Belüftung in der Anwendung, insbesondere wenn mehrere LEDs verwendet werden oder nahe dem Maximalstrom betrieben werden. Befolgen Sie die Strom-Entlastungskurve für erhöhte Umgebungstemperaturen.
• ESD-Schutz:Obwohl für 4kV HBM ausgelegt, implementieren Sie während der Montage Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen.
• Optisches Design:Der 50°-Abstrahlwinkel bietet eine gute Balance zwischen Strahlbreite und Intensität. Für schmalere Strahlen wären Sekundäroptiken (Linsen) erforderlich.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu generischen 5mm weißen LEDs bietet dieses Bauteil mehrere deutliche Vorteile:

1. Hohe Lichtstärke:Mit Bins bis zu mindestens 7150 mcd liefert es deutlich mehr Lichtleistung als Standard-Indikator-LEDs und ermöglicht den Einsatz unter Bedingungen mit höherem Umgebungslicht.

2. Definierte warmweiße Farbtemperatur:Die spezifizierten Farbortkoordinaten und das Binning gewährleisten eine konsistente, angenehme warmweiße Farbe, im Gegensatz zu kaltweißen oder bläulich-weißen LEDs.

3. Integrierter Zener-Schutz:Die eingebaute 5,2V-Zenerdiode parallel zur LED bietet einen gewissen Schutz vor Sperrspannungsspitzen und erhöht die Zuverlässigkeit in elektrisch gestörten Umgebungen.

4. Robuste Spezifikationen:Detaillierte Maximalwerte, Leistungskurven und Handhabungsrichtlinien liefern Ingenieuren die für zuverlässige, langfristige Designs benötigten Daten.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Was ist der Unterschied zwischen Bin Q, R und S?

A: Diese Bins kategorisieren die minimale Lichtstärke. Bin S ist das hellste (5650-7150 mcd min), Bin R ist mittel (4500-5650 mcd min) und Bin Q ist die Standardhelligkeit (3600-4500 mcd min). Wählen Sie basierend auf dem Helligkeitsbedarf Ihrer Anwendung.

F: Kann ich diese LED dauerhaft mit 30mA betreiben?

A: Während 30mA der absolute maximale Dauerbetriebswert ist, ist die Standardtestbedingung und der typische Arbeitspunkt 20mA. Betrieb bei 30mA erzeugt mehr Licht, aber auch mehr Wärme, was möglicherweise die Lebensdauer verringert und die Farbe verschiebt. Für optimale Zuverlässigkeit sollten Sie für 20mA oder weniger auslegen.

F: Wie interpretiere ich die Farbortkoordinaten (x=0,40, y=0,39)?

A: Diese Koordinaten zeichnen einen Punkt im CIE-1931-Farbortdiagramm. Dieser spezifische Punkt fällt in den \"warmweißen\" Bereich, typischerweise assoziiert mit einer korrelierten Farbtemperatur (CCT) im Bereich von 3000K-4000K, ähnlich dem Warmweiß einer Glüh- oder Halogenlampe.

F: Die LED hat eine Zenerdiode. Bedeutet das, ich brauche keinen Vorwiderstand für den Sperrschutz?

A: Nein. Die Zenerdiode begrenzt primär die Sperrspannung auf etwa 5,2V und schützt so die LED vor Sperrspannung. Sie benötigen beim Betrieb der LED in Durchlassrichtung absolut weiterhin einen in Reihe geschalteten strombegrenzenden Widerstand (oder Konstantstromtreiber), um den Strom zu steuern und thermisches Durchgehen zu verhindern.

11. Design- und Anwendungsfallstudie

Szenario: Entwurf eines mehrfach-LED-Notausgangsschildes.

1. Anforderung:12 LEDs zur Beleuchtung des Wortes \"EXIT\". Konsistente Helligkeit und Farbe über alle LEDs erforderlich. Betrieb von einer 12VDC-Stromversorgung in einer Innenumgebung (Ta max ~40°C).

2. LED-Auswahl:Wählen Sie LEDs aus demselben Lichtstärke-Bin (z.B. Bin R) und derselben Farbgruppe (Gruppe 1), um Gleichmäßigkeit zu gewährleisten. Die Auswahl desselben Durchlassspannungs-Bins (z.B. Bin 1) hilft ebenfalls bei Parallelschaltung.

3. Schaltungsentwurf:Schalten Sie 3 LEDs in Reihe mit einem strombegrenzenden Widerstand und erstellen Sie 4 solcher identischer Stränge parallel. Für eine Bin-1-LED (Vf typ. 3,1V) fallen drei in Reihe ~9,3V ab. Für eine 12V-Versorgung und einen Zielstrom von 18mA (leicht entlastet für längere Lebensdauer), R = (12V - 9,3V) / 0,018A ≈ 150 Ω. Berechnen Sie die Widerstandsbelastbarkeit: P = I²R = (0,018)² * 150 ≈ 0,049W, daher ist ein Standard-1/8W (0,125W) Widerstand ausreichend.

4. Layout:Befolgen Sie die Maßzeichnung für den PCB-Pad-Abstand. Stellen Sie sicher, dass die 3mm-Biege-Regel eingehalten wird, wenn die Anschlüsse geformt werden müssen. Sorgen Sie für etwas Abstand zwischen den LEDs zur Wärmeabfuhr.

5. Ergebnis:Ein zuverlässig beleuchtetes Schild mit einheitlichem Erscheinungsbild, das innerhalb aller spezifizierten Grenzen der LED betrieben wird.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Dies ist eine phosphorkonvertierte weiße LED. Das kernlichtemittierende Element ist ein Halbleiterchip aus Indiumgalliumnitrid (InGaN), der blaues Licht emittiert, wenn ein Durchlassstrom über seinen p-n-Übergang angelegt wird (Elektrolumineszenz). Dieses blaue Licht wird nicht direkt emittiert. Stattdessen ist der Reflektor der LED mit einem gelben (oder gelb-roten) Phosphormaterial gefüllt. Wenn die blauen Photonen vom Chip auf die Phosphorteilchen treffen, werden sie absorbiert. Der Phosphor emittiert dann Licht über ein breiteres Spektrum, hauptsächlich im gelben und roten Bereich. Die Kombination des verbleibenden, nicht absorbierten blauen Lichts und des neu emittierten gelben/roten Lichts vermischt sich wahrnehmungsgemäß zu weißem Licht. Die spezifische Mischung der Phosphore bestimmt die Farbtemperatur – in diesem Fall ein \"Warmweiß\" mit mehr rotem Spektralanteil. Die integrierte Zenerdiode ist eine separate Halbleiterkomponente, die parallel, aber mit entgegengesetzter Polarität (Kathode zu Anode) geschaltet ist, um den empfindlichen LED-Übergang vor Sperrspannungsdurchbruch zu schützen.

13. Technologietrends und Kontext

Das beschriebene Bauteil repräsentiert eine ausgereifte, weit verbreitete Technologie. Das T-1 3/4 (5mm) Durchsteckgehäuse ist seit Jahrzehnten ein Industriestandard für Anzeige- und niedrige Beleuchtungsanwendungen. Aktuelle Trends in der breiteren LED-Industrie bewegen sich hin zu:

1. Erhöhter Effizienz (lm/W):Neuere Chipdesigns und fortschrittliche Phosphore verbessern kontinuierlich die Lichtausbeute pro elektrischem Watt und reduzieren den Energieverbrauch.

2. Dominanz von Oberflächenmontage-Bauteilen (SMD):Für die meisten neuen Designs werden SMD-Gehäuse (wie 3528, 5050 oder kleiner) aufgrund ihrer geringeren Größe, Eignung für automatisierte Montage und oft besserer Wärmeableitung zur Leiterplatte bevorzugt.

3. Höherer Farbqualität und -konsistenz:Engeres Binning für Farbe (unter Verwendung von Metriken wie MacAdam-Ellipsen) und verbesserter Farbwiedergabeindex (CRI) werden für Beleuchtungsanwendungen zum Standard.

4. Integrierte Lösungen:LEDs mit eingebauten Treibern (Konstantstrom-ICs), Controllern oder mehreren Farbkanälen (RGB, RGBW) in einem einzigen Gehäuse gewinnen für Smart Lighting an Popularität.

Trotz dieser Trends bleibt die Durchsteck-LED-Lampe für Anwendungen hochrelevant, die einfachen Austausch, hohe Einzelpunktintensität, Robustheit in rauen Umgebungen erfordern oder wo Durchsteck-PCB-Montage spezifiziert ist. Ihre klar definierten Eigenschaften und lange Geschichte machen sie zu einer zuverlässigen und vorhersehbaren Wahl für viele technische Designs.