Technisches Datenblatt für Weißlicht-LED 5050 SMD - Abmessungen 5,0x5,0x1,9mm - Spannung 25V - Leistung 5W

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt detailliert die Spezifikationen der T5C-Serie von Hochleistungs-Weißlicht-LEDs im 5050-SMD-Gehäuse (Surface-Mount Device) mit Top-View-Ausrichtung. Diese LED ist für anspruchsvolle Allgemeinbeleuchtungsanwendungen konzipiert und kombiniert ein thermisch optimiertes Gehäuse mit hohem Lichtstrom und einem breiten Abstrahlwinkel. Sie ist für Reflow-Lötprozesse geeignet und entspricht den relevanten Umweltstandards.

1.1 Kernvorteile

• Thermisch optimiertes Gehäusedesign:Für effiziente Wärmeableitung optimiert, unterstützt höhere Betriebsströme und verbessert die Lebensdauer.
• Hoher Lichtstrom:Liefert hohe Helligkeitswerte, geeignet für Retrofit- und Allgemeinbeleuchtungsleuchten.
• Hohe Stromtragfähigkeit:Bemessungsdurchlassstrom (IF) von 200mA, mit einem maximalen Pulsstrom von 330mA.
• Kompakte Gehäusegröße (5050):Der Bauraum von 5,0mm x 5,0mm ermöglicht hochdichte Leiterplattenlayouts.
• Breiter Abstrahlwinkel (120°):Gewährleistet eine gleichmäßige Ausleuchtung über eine große Fläche.
• Bleifrei & RoHS-konform:Geeignet für Produkte, die die Einhaltung von Umweltrichtlinien erfordern.

1.2 Zielanwendungen

Diese LED ist für eine Vielzahl von Innen- und Architekturbeleuchtungsanwendungen entwickelt, bei denen Zuverlässigkeit, Helligkeit und Farbqualität entscheidend sind.

• Innenraumbeleuchtung:Einbauleuchten, Panel-Lights und andere fest installierte Leuchten.
• Retrofit (Ersatz):Direkter Ersatz für traditionelle Lichtquellen in bestehenden Leuchten.
• Allgemeinbeleuchtung:Arbeitsplatzbeleuchtung, Akzentbeleuchtung und Flächenbeleuchtung.
• Architektur- / Dekorationsbeleuchtung:Indirekte Beleuchtung, Lichtwerbung und ästhetische Lichtelemente.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte Aufschlüsselung der elektrischen, optischen und thermischen Eigenschaften der LED unter Standardtestbedingungen (Tj = 25°C, IF = 200mA).

2.1 Elektro-optische Eigenschaften

Die primären Leistungskennzahlen definieren die Lichtausbeute und Farbqualität. Messungen erfolgen typischerweise bei einer Sperrschichttemperatur (Tj) von 25°C und einem Durchlassstrom von 200mA.

Wichtige Hinweise:Die Lichtstromtoleranz beträgt ±7%. Die Toleranz für den Farbwiedergabeindex (Ra) beträgt ±2. Versionen mit höherem CRI (Ra90) bieten eine überlegene Farbtreue, jedoch bei einem leicht reduzierten Lumenausstoß im Vergleich zu den Ra70- und Ra80-Bins.

2.2 Absolute Maximalwerte

Dies sind die Belastungsgrenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Der Betrieb sollte stets innerhalb dieser Grenzen erfolgen.

Design-Überlegung:Der Puls-Durchlassstrom (IFP) gilt nur unter spezifischen Bedingungen: Pulsbreite ≤ 100μs und Tastverhältnis ≤ 1/10. Das Überschreiten eines absoluten Maximalwerts kann die Eigenschaften des Bauteils verändern und zu einem Ausfall führen.

2.3 Elektrische & Thermische Eigenschaften

Diese Parameter definieren das Betriebsverhalten unter Normalbedingungen.

Wichtige Hinweise:Die Durchlassspannungstoleranz beträgt ±3%. Der thermische Widerstandswert ist entscheidend für das Thermomanagement-Design; ein niedrigerer Wert zeigt eine bessere Wärmeübertragung von der LED-Sperrschicht zur Leiterplatte an. Die ESD-Festigkeit von 1000V HBM erfordert standardmäßige ESD-Handhabungsvorkehrungen während der Bestückung.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um Farb- und Helligkeitskonsistenz in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs basierend auf gemessenen Leistungswerten in Bins sortiert. Dies ermöglicht es Designern, Bauteile auszuwählen, die spezifische Anwendungsanforderungen erfüllen.

3.1 Artikelnummernsystem

Die Artikelnummer folgt einem strukturierten Code:T5C***82C-R****. Wichtige Elemente sind:

• X1 (Typschlüssel):"5C" kennzeichnet das 5050-Gehäuse.
• X2 (Farbtemperatur-Schlüssel):z.B. "27" für 2700K, "40" für 4000K, "65" für 6500K.
• X3 (Farbwiedergabe-Schlüssel):"7" für Ra70, "8" für Ra80, "9" für Ra90.
• X4 & X5 (Chip-Konfiguration):Gibt die Anzahl der seriell und parallel geschalteten LED-Chips im Gehäuse an (1-Z).
• X7 (Farbcode):Definiert den Farbort-Binning-Standard (z.B. ANSI, ERP).

3.2 Lichtstrom-Binning

LEDs werden nach ihrer minimalen und maximalen Lichtausbeute bei 200mA gruppiert. Beispiel für eine 4000K, Ra80 LED:

• Code GN:600 lm (Min) bis 650 lm (Max)
• Code GP:650 lm (Min) bis 700 lm (Max)
• Code GQ:700 lm (Min) bis 750 lm (Max)

Die Auswahl eines höheren Bins (z.B. GQ) garantiert eine höhere Mindesthelligkeit.

3.3 Durchlassspannungs-Binning

Um das Treiberdesign und die Stromanpassung zu erleichtern, werden LEDs auch nach Durchlassspannung (VF) gebinnt.

• Code 6D:VF = 22V bis 24V
• Code 6E:VF = 24V bis 26V
• Code 6F:VF = 26V bis 28V

3.4 Farbort-Binning

Der Farbort (x, y-Koordinaten im CIE-Diagramm) wird streng kontrolliert. Die Spezifikation bezieht sich auf eine 5-Schritt-MacAdam-Ellipse, was bedeutet, dass alle LEDs innerhalb eines bestimmten Bins unter Standardbetrachtungsbedingungen farblich visuell nicht unterscheidbar sind. Für jede Farbtemperatur werden Mittelpunktskoordinaten und Ellipsenparameter sowohl bei 25°C als auch bei 85°C Sperrschichttemperatur angegeben, um die Farbverschiebung mit der Temperatur zu berücksichtigen. Energy-Star-Binning wird für alle Farbtemperaturen von 2600K bis 7000K angewendet.

4. Leistungskurven & Spektralanalyse

Das Datenblatt enthält grafische Darstellungen wichtiger Leistungsaspekte.

4.1 Spektrale Leistungsverteilung

Separate Spektren werden für die Versionen Ra≥70, Ra≥80 und Ra≥90 bereitgestellt. Höhere CRI-Spektren zeigen eine besser ausgefüllte Kurve über das sichtbare Spektrum, insbesondere in den roten und cyanen Bereichen, was zu einer genaueren Farbwiedergabe führt.

4.2 Abstrahlcharakteristik

Ein Polardiagramm veranschaulicht das räumliche Abstrahlverhalten. Die typische Halbwertsbreite (FWHM) von 120° deutet auf eine Lambert'sche oder nahezu Lambert'sche Verteilung hin, bei der die Lichtintensität bei 0° (senkrecht zur LED-Oberfläche) am höchsten ist und nach einem Kosinusgesetz abnimmt.

5. Mechanische & Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Das 5050-SMD-Gehäuse hat folgende kritische Abmessungen (in mm, Toleranz ±0,1mm sofern nicht anders angegeben):

• Gesamtmaße:5,00 (L) x 5,18 (B) x 1,90 (H) max.
• LED-Chip-Fläche:4,20 x 4,54.
• Anschlussabstand & -größe:Das empfohlene Lötpad-Layout für optimale Lötstellenbildung und thermische Verbindung ist dargestellt.

5.2 Polaritätskennzeichnung

Die Draufsicht zeigt deutlich die Kathoden- und Anodenanschlüsse. Die korrekte Polarität ist während der Leiterplattenbestückung entscheidend, um Schäden durch Sperrspannung zu vermeiden.

5.3 Interne Konfiguration

Die Bezeichnung "8 Seriell 2 Parallel" deutet darauf hin, dass das Gehäuse mehrere LED-Chips in einer kombinierten Serien-Parallel-Anordnung enthält, um die spezifizierte hohe Durchlassspannung (~25V) und Stromtragfähigkeit zu erreichen.

6. Löt- & Bestückungsrichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil

Ein detailliertes Reflow-Profil wird bereitgestellt, um zuverlässige Lötstellen zu gewährleisten, ohne die LED zu beschädigen. Wichtige Parameter sind:

• Maximale Gehäusetemperatur (Tp):260°C maximal.
• Zeit oberhalb der Liquidustemperatur (TL=217°C):60 bis 150 Sekunden.
• Zeit innerhalb 5°C von Tp:30 Sekunden maximal.
• Aufheizrate:3°C/Sekunde maximal.
• Abkühlrate:6°C/Sekunde maximal.

Kritische Überlegung:Die Einhaltung dieses Profils ist entscheidend. Übermäßige Temperatur oder Zeit können die internen Materialien der LED (Epoxidharz, Leuchtstoff) und die Lötverbindungen schädigen, was zu vorzeitigem Ausfall oder Leistungsverlust führt.

6.2 Lagerung & Handhabung

Obwohl im bereitgestellten Auszug nicht explizit detailliert, sollten die Bauteile basierend auf der Lagertemperaturangabe (Tstg: -40 bis +85°C) in einer kühlen, trockenen Umgebung gelagert werden. Für SMD-Bauteile werden Standardvorkehrungen zur Feuchtigkeitssensitivität (MSL) empfohlen. Die LEDs sollten vor dem Reflow-Löten getrocknet (gebaked) werden, wenn die Verpackung längere Zeit der Umgebungsfeuchtigkeit ausgesetzt war.

7. Anwendungsdesign-Überlegungen

7.1 Thermomanagement

Bei einer Verlustleistung von bis zu 5,94W und einem thermischen Widerstand von 3°C/W (Sperrschicht zu Lötpunkt) ist eine effektive Wärmeableitung unabdingbar. Die Leiterplatte sollte eine Metallkern-Leiterplatte (MCPCB) oder ein anderes wärmeleitfähiges Substrat verwenden. Der berechnete Temperaturanstieg vom Lötpunkt zur Sperrschicht ist ΔT = Leistung * Rth j-sp. Beispiel: Bei 5W ist ΔT = 15°C. Die Temperatur am Lötpunkt muss ausreichend niedrig gehalten werden, um sicherzustellen, dass die Sperrschichttemperatur (Tj) während des Betriebs unter ihrem Maximalwert von 120°C bleibt.

7.2 Elektrische Ansteuerung

Ein Konstantstromtreiber ist für den LED-Betrieb zwingend erforderlich. Der Treiber sollte für einen Ausgangsstrom von 200mA (oder niedriger, falls Dimmung erforderlich ist) und eine Ausgangsspannung spezifiziert sein, die den Durchlassspannungs-Bin-Bereich der LED abdeckt (z.B. 22-28V). Bei Designs mit mehreren LEDs ist aufgrund der hohen Vf eine Reihenschaltung üblich; eine Parallelschaltung erfordert eine sorgfältige Stromausgleichung.

7.3 Optisches Design

Der Abstrahlwinkel von 120° ist für Anwendungen geeignet, die eine breite, diffuse Ausleuchtung erfordern. Für fokussiertere Lichtstrahlen sind Sekundäroptiken (Linsen oder Reflektoren) erforderlich. Das Top-View-Design bedeutet, dass das Licht hauptsächlich senkrecht zur Montageebene abgestrahlt wird.

8. Vergleich & Differenzierung

Im Vergleich zu Standard-Mid-Power-LEDs (z.B. 2835-, 3030-Gehäuse) bietet diese 5050-LED einen deutlich höheren Lichtstrom pro Gehäuse, was die Anzahl der benötigten Bauteile für eine bestimmte Lichtleistung reduziert. Ihre höhere Durchlassspannung verringert den Strombedarf bei gegebener Leistung, was die ohmschen Verluste in Leitungen und Steckern minimieren kann. Der primäre Kompromiss ist die erhöhte Herausforderung im Thermomanagement aufgrund der höheren Leistungsdichte.

9. FAQ basierend auf technischen Parametern

9.1 Kann ich diese LED mit 150mA statt 200mA betreiben?

Ja, der Betrieb mit einem niedrigeren Strom reduziert die Lichtausbeute (etwa proportional zum Strom) und verbessert aufgrund der niedrigeren Sperrschichttemperatur signifikant die Effizienz (Lumen pro Watt) und die Lebensdauer.

9.2 Was ist die erwartete Lebensdauer (L70/B50)?

Obwohl in diesem Datenblatt nicht explizit angegeben, ist die LED-Lebensdauer hauptsächlich eine Funktion der Sperrschichttemperatur. Der Betrieb der LED deutlich innerhalb ihrer Nennwerte, insbesondere durch gutes Thermomanagement mit niedriger Tj, ist der Schlüssel zur Erreichung einer langen Lebensdauer (typischerweise 50.000 Stunden bis L70 oder mehr).

9.3 Wie verändert sich die Farbe mit der Temperatur und über die Zeit?

Die Farbortkoordinaten sind sowohl bei 25°C als auch bei 85°C angegeben und zeigen die erwartete Verschiebung. Im Allgemeinen verschiebt sich die Farbe von weißen LEDs leicht mit steigender Temperatur. Langfristig minimiert ein ordnungsgemäßes Thermomanagement die Degradation des Leuchtstoffs, die die Hauptursache für Farbverschiebung und Lichtstromrückgang ist.

10. Praktische Design-Fallstudie

Szenario:Entwurf eines 1200 lm, 4000K, Ra80 Retrofit-LED-Moduls zum Ersatz einer 20W Halogenlampe.

1. Bauteilauswahl:Wählen Sie 4000K, Ra80, Lichtstrom-Bin GP (Min 650lm) oder GQ (Min 700lm).
2. Mengenberechnung:Für Bin GP: 1200 lm / 650 lm = ~1,85 LEDs. Verwenden Sie 2 LEDs in Reihe für ~1300-1400 lm, dann ggf. leicht dimmen.
3. Treiber-Spezifikation:Wählen Sie einen Konstantstromtreiber: Ausgang = 200mA, Spannungsbereich muss 2 * VF abdecken (z.B. 2 * 24-28V = 48-56V).
4. Thermisches Design:Gesamtleistung ≈ 2 LEDs * (25V * 0,2A) = 10W. Verwenden Sie eine MCPCB mit einem Kühlkörper, der 10W abführen kann, während die LED-Lötpunkttemperatur niedrig genug bleibt, um Tj<120°C in der Umgebungstemperatur der Leuchte zu halten.
5. Leiterplatten-Layout:Folgen Sie dem empfohlenen Lötpad-Muster. Verwenden Sie breite Leiterbahnen für die Hochstrompfade. Sorgen Sie für ausreichende elektrische Isolation für die hohe Spannung.

11. Funktionsprinzip

Eine weiße LED ist im Grunde eine Halbleiterdiode. Bei Durchlassvorspannung rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich und setzen Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Dieses Primärlicht liegt typischerweise im blauen oder ultravioletten Spektrum. Um weißes Licht zu erzeugen, wird eine Leuchtstoffbeschichtung auf den Halbleiterchip aufgebracht. Dieser Leuchtstoff absorbiert einen Teil des primären blauen/UV-Lichts und emittiert es als Licht über ein breiteres Spektrum (gelb, rot, grün). Die Kombination aus dem verbleibenden blauen Licht und dem leuchtstoffkonvertierten Licht führt zur Wahrnehmung von weißem Licht. Die Farbtemperatur (CCT) und der Farbwiedergabeindex (CRI) werden durch die genaue Zusammensetzung und Dicke der Leuchtstoffschicht gesteuert.

12. Technologietrends

Der Markt für Hochleistungs-SMD-LEDs entwickelt sich weiterhin in Richtung höherer Effizienz (mehr Lumen pro Watt), verbesserter Farbkonstanz und höherer Zuverlässigkeit. Trends umfassen die Einführung neuartiger Leuchtstofftechnologien (z.B. Quantenpunkte, Phosphor-in-Glass) für bessere Farbwiedergabe und Stabilität sowie die Verwendung von Keramik oder anderen fortschrittlichen Gehäusematerialien für überlegene thermische Leistung. Es gibt auch Bestrebungen zu standardisierten Bauformen und Footprints, um das Design und die Fertigung in der Beleuchtungsindustrie zu vereinfachen. Die Prinzipien des Thermomanagements und der Konstantstromansteuerung bleiben grundlegend für alle Hochleistungs-LED-Anwendungen.