Technisches Datenblatt Weiße LED 3030 SMD - Abmessungen 3,0x3,0x0,66mm - Spannung 5,9V - Leistung 0,71W

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt detailliert die Spezifikationen einer hochleistungsfähigen, aufsichtigen weißen LED in einem kompakten 3030 Oberflächenmontagegehäuse (SMD). Diese Komponente ist für Allgemeinbeleuchtungsanwendungen konzipiert und bietet eine Kombination aus hohem Lichtstrom, robustem Wärmemanagement und zuverlässigem Betrieb unter anspruchsvollen Bedingungen. Ihre primären Zielmärkte umfassen Retrofit-Beleuchtungslösungen, Allgemeinbeleuchtung sowie Innen- und Außenbeleuchtung für Schilder.

Die Kernvorteile dieser LED-Serie ergeben sich aus ihrem wärmeoptimierten Gehäusedesign, das eine effiziente Wärmeableitung vom Halbleiterübergang ermöglicht. Dieses Design ist entscheidend für die Aufrechterhaltung von Leistung und Lebensdauer, insbesondere bei Betrieb mit hohen Treiberströmen. Das Gehäuse bietet einen breiten Abstrahlwinkel von 120 Grad für eine gleichmäßige Lichtverteilung. Darüber hinaus ist es RoHS-konform und für bleifreie Reflow-Lötprozesse geeignet, was modernen Fertigungs- und Umweltstandards entspricht.

2. Vertiefung der technischen Parameter

Die Leistung dieser LED wird unter spezifischen Testbedingungen charakterisiert, typischerweise bei einer Sperrschichttemperatur (Tj) von 25°C und einem Durchlassstrom (IF) von 120mA. Es ist entscheidend zu verstehen, dass die Leistung im realen Betrieb je nach Betriebstemperatur und Treiberstrom variieren wird.

2.1 Elektro-optische Eigenschaften

Der Lichtstromausgang steht in direktem Zusammenhang mit der Farbtemperatur (CCT) und dem Farbwiedergabeindex (Ra). Unter Standardtestbedingungen von IF=120mA reicht der typische Lichtstrom von etwa 94 Lumen für eine 2700K, Ra90 LED bis zu 129 Lumen für kältere weiße LEDs (4000K-6500K) mit Ra70. Die Durchlassspannung (VF) beträgt typischerweise 5,9V bei 120mA, mit einer spezifizierten Toleranz von ±0,2V. Der Abstrahlwinkel (2θ1/2), definiert als der Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte ihres Spitzenwertes abfällt, beträgt 120 Grad.

2.2 Absolute Maximalwerte und elektrische Eigenschaften

Um die Zuverlässigkeit des Bauteils zu gewährleisten, darf der Betrieb niemals die absoluten Maximalwerte überschreiten. Der maximale Dauer-Durchlassstrom (IF) beträgt 200mA, wobei unter bestimmten Bedingungen ein gepulster Durchlassstrom (IFP) von 300mA zulässig ist (Pulsbreite ≤100μs, Tastverhältnis ≤10%). Die maximale Verlustleistung (PD) beträgt 1280 mW. Das Bauteil hält eine Sperrspannung (VR) von bis zu 5V aus. Der Betriebstemperaturbereich (Topr) reicht von -40°C bis +105°C, und die maximal zulässige Sperrschichttemperatur (Tj) beträgt 120°C.

2.3 Thermische Eigenschaften

Das Wärmemanagement ist von größter Bedeutung für die LED-Leistung und Lebensdauer. Der Schlüsselparameter hier ist der Wärmewiderstand von der Sperrschicht zum Lötpunkt (Rth j-sp), der mit 13°C/W spezifiziert ist. Dieser Wert gibt an, wie effektiv die am LED-Chip erzeugte Wärme auf die Leiterplatte (PCB) übertragen wird. Ein niedrigerer Wärmewiderstand ist stets wünschenswert. Das Datenblatt enthält Derating-Kurven, die zeigen, wie der maximal zulässige Durchlassstrom mit steigender Umgebungstemperatur abnimmt, um zu verhindern, dass die Sperrschichttemperatur ihren Grenzwert überschreitet.

3. Erklärung des Binning-Systems

Aufgrund von Fertigungstoleranzen werden LEDs in Leistungsklassen (Bins) sortiert, um Konsistenz in der Anwendung zu gewährleisten. Dieses Produkt verwendet ein mehrdimensionales Binning-System.

3.1 Lichtstrom-Binning

LEDs werden basierend auf ihrem gemessenen Lichtstrom bei 120mA gruppiert. Der Bin-Code (z.B. 5G, 5H, 5J) definiert einen spezifischen Lumenbereich. Beispielsweise entspricht für eine 4000K LED mit Ra80 der Bin-Code 5H einem Lichtstrombereich von 115-120 Lumen, während 5J 120-125 Lumen entspricht. Die verfügbaren Bins variieren je nach CCT- und CRI-Kombination.

3.2 Durchlassspannungs-Binning

Die Durchlassspannung wird ebenfalls gebinnt, um die Schaltungsentwicklung zu unterstützen, insbesondere für das Treiben mehrerer LEDs in Reihe. Die Bins sind mit Z3 (5,6-5,8V), A4 (5,8-6,0V), B4 (6,0-6,2V) und C4 (6,2-6,4V) gekennzeichnet. Die Auswahl von LEDs aus demselben Spannungs-Bin kann zu einer gleichmäßigeren Stromverteilung in parallel geschalteten Strängen beitragen.

3.3 Farbort-Binning (Farbe)

Die Farbortkoordinaten (x, y im CIE-Diagramm) werden für jede nominelle Farbtemperatur (2700K, 3000K, 4000K, 5000K, 5700K, 6500K) innerhalb einer 5-Schritt-MacAdam-Ellipse kontrolliert. Eine 5-Schritt-Ellipse stellt sicher, dass Farbunterschiede zwischen LEDs innerhalb desselben Bins unter Standardbetrachtungsbedingungen für das menschliche Auge kaum wahrnehmbar sind. Das Datenblatt enthält die Mittelpunktskoordinaten und Ellipsenparameter für jede CCT-Klasse bei 25°C und 85°C Sperrschichttemperatur, wobei die mit der Temperatur einhergehende Farbverschiebung berücksichtigt wird.

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt enthält mehrere für Entwicklungsingenieure essentielle Diagramme.

4.1 Spektrale Leistungsverteilung

Diagramme werden für Spektren mit Ra≥70, Ra≥80 und Ra≥90 bereitgestellt. Höhere CRI-Spektren zeigen ein vollständigeres Spektrum, insbesondere im roten Bereich, was zu einer genaueren Farbwiedergabe der beleuchteten Objekte führt.

4.2 Durchlassstrom vs. relative Lichtstärke & Spannung

Die Kurve der relativen Lichtstärke zeigt im unteren Bereich einen nahezu linearen Zusammenhang mit dem Strom, der typischerweise bei höheren Strömen aufgrund von Effizienzeinbußen und thermischen Effekten sättigt. Die Durchlassspannungskurve zeigt den charakteristischen exponentiellen Anstieg mit dem Strom, was für die Entwicklung von Konstantstromtreibern entscheidend ist.

4.3 Thermische Derating-Kurven

Die Kurve "Umgebungstemperatur vs. relativer Lichtstrom" zeigt die Reduzierung der Lichtleistung mit steigender Betriebstemperatur der LED. Die Kurve "Umgebungstemperatur vs. relative Durchlassspannung" zeigt die Abnahme von VF mit steigender Temperatur, einen für Halbleiter typischen negativen Temperaturkoeffizienten. Das Diagramm "Maximaler Durchlassstrom vs. Umgebungstemperatur" ist eine Derating-Kurve, die den höchsten sicheren Betriebsstrom bei jeder gegebenen Umgebungstemperatur definiert, um Tj unter 120°C zu halten.

5. Mechanische & Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die LED ist in einem 3030-Gehäuse untergebracht, was bedeutet, dass ihre Grundfläche etwa 3,0mm x 3,0mm beträgt. Die Gesamthöhe beträgt 0,66mm. Detaillierte mechanische Zeichnungen zeigen Drauf-, Unten- und Seitenansichten mit kritischen Abmessungen, einschließlich der Linsenkrümmung und des Lötpad-Layouts. Alle nicht spezifizierten Toleranzen betragen ±0,2mm.

5.2 Lötpad-Design und Polungserkennung

Die Untenansicht zeigt deutlich die beiden Anoden- und Kathodenlötpads. Die Polung ist auf dem Gehäuse selbst markiert, wobei eine deutliche Markierung die Kathodenseite kennzeichnet. Dies ist für die korrekte Ausrichtung während der Bestückung entscheidend. Das Lötpadmuster ist so gestaltet, dass es eine gute Lötstellenbildung und mechanische Stabilität während des Reflow-Lötens ermöglicht.

6. Löt- & Bestückungsrichtlinien

Das Bauteil ist für bleifreies Reflow-Löten ausgelegt. Das maximale Löttemperaturprofil ist spezifiziert: Die Gehäusetemperatur darf je nach verwendetem Profil 230°C oder 260°C für maximal 10 Sekunden nicht überschreiten. Standard-IPC/JEDEC J-STD-020 Profile für bleifreie Verarbeitung sind anwendbar. Es wird empfohlen, das vom Hersteller vorgeschlagene Profil einzuhalten, um thermischen Schock, Lötstellendefekte oder Schäden an den internen Materialien der LED zu vermeiden. Bauteile sollten vor der Verwendung in einer trockenen, kontrollierten Umgebung gelagert werden.

7. Anwendungsvorschläge

7.1 Typische Anwendungsszenarien

Diese LED eignet sich gut für:
- Retrofit-Lampen:Direkter Ersatz für traditionelle Glüh-, Halogen- oder Energiesparlampen in Einbauleuchten, Strahlern und Lampen.
- Allgemeinbeleuchtung:Linearmodule, Panel-Leuchten und Hochregalleuchten, wo ein hoher Lichtstrom erforderlich ist.
- Schilder- & Architekturbeleuchtung:Hintergrundbeleuchtung für Innen-/Außenschilder, Kanalbuchstaben und dekorative Akzentbeleuchtung aufgrund ihres breiten Abstrahlwinkels und ihrer Helligkeit.

7.2 Designüberlegungen

1. Wärmemanagement:Der niedrige Rth j-sp ist nur wirksam, wenn die Leiterplatte einen Pfad mit niedrigem Wärmewiderstand zu einem Kühlkörper bietet. Verwenden Sie Metallkern-Leiterplatten (MCPCBs) oder andere wärmeoptimierte Substrate.
2. Treiberstrom:Obwohl für 200mA ausgelegt, bietet der Betrieb bei oder unterhalb des Teststroms von 120mA oft eine bessere Balance aus Effizienz, Lebensdauer und thermischer Belastung.
3. Optik:Der 120-Grad-Abstrahlwinkel kann für Anwendungen, die einen engeren Strahl benötigen, sekundäre Optiken (Linsen, Reflektoren) erfordern.
4. Elektrisches Design:Verwenden Sie einen Konstantstromtreiber, der zum Durchlassspannungs-Bin und dem gewünschten Betriebsstrom passt. Berücksichtigen Sie den negativen VF-Temperaturkoeffizienten beim Entwurf von Regelkreisen.

8. Häufige Fragen basierend auf technischen Parametern

F: Wie hoch ist der tatsächliche Leistungsverbrauch am typischen Betriebspunkt?
A: Bei IF=120mA und VF=5,9V beträgt die elektrische Eingangsleistung etwa 0,71 Watt (120mA * 5,9V = 0,708W).

F: Wie beeinflusst der Farbwiedergabeindex (CRI) die Lichtleistung?
A: Wie in der elektro-optischen Tabelle gezeigt, haben LEDs mit höherem CRI (Ra90) bei gleicher CCT einen niedrigeren typischen Lichtstrom im Vergleich zu LEDs mit Standard-CRI (Ra70). Dies ist ein grundlegender Kompromiss bei phosphorkonvertierten weißen LEDs.

F: Kann ich diese LED mit einer Konstantspannungsquelle betreiben?
A: Dies wird dringend abgeraten. Die exponentielle I-V-Beziehung von LEDs bedeutet, dass kleine Spannungsänderungen große Stromänderungen verursachen, was zu thermischem Durchgehen und Ausfall führt. Verwenden Sie stets einen Konstantstromtreiber.

F: Was bedeutet die 5-Schritt-MacAdam-Ellipse für meine Anwendung?
A: Sie garantiert eine sehr enge Farbkonstanz. LEDs aus demselben CCT-Bin erscheinen den meisten Betrachtern farblich praktisch identisch, was in Mehr-LED-Leuchten entscheidend ist, um sichtbare Farbvariationen (Farbmischung) zu vermeiden.

9. Funktionsprinzip

Dies ist eine phosphorkonvertierte weiße LED. Der Halbleiterchip emittiert blaues Licht, wenn elektrischer Strom durch ihn fließt (Elektrolumineszenz). Dieses blaue Licht trifft auf eine Schicht aus Phosphormaterial, die auf oder nahe dem Chip abgeschieden ist. Der Phosphor absorbiert einen Teil der blauen Photonen und emittiert Licht mit längeren Wellenlängen (gelb und oft rot für Hoch-CRI-Typen). Die Kombination aus dem verbleibenden blauen Licht und der breitbandigen Phosphoremission führt zur Wahrnehmung von weißem Licht. Die spezifische Mischung der Phosphore bestimmt die CCT und den CRI der endgültigen Ausgabe.

10. Branchentrends

Das 3030-Gehäuseformat stellt einen Kompromiss zwischen hoher Leistungsfähigkeit und kompakter Grundfläche dar und ist daher eine beliebte Wahl im Mittelklasse-LED-Segment. Die Branchentrends konzentrieren sich weiterhin auf die Steigerung der Lichtausbeute (Lumen pro Watt), die Verbesserung der Farbkonstanz und -wiedergabe sowie die Erhöhung der Zuverlässigkeit bei höheren Betriebstemperaturen. Es gibt auch Bestrebungen zu nachhaltigeren Fertigungsprozessen und Materialien. Die Integration fortschrittlicher Phosphore für bessere spektrale Qualität und die Optimierung der Gehäusegeometrie für überlegene thermische Leistung sind laufende Entwicklungsbereiche bei Gehäusen dieser Klasse.