Weiße LED-Lampe 334-15/T1C5-7 QSA Datenblatt - T-1 3/4-Gehäuse - 3,6V max. - 110mW - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument erläutert die Spezifikationen einer hochhellen weißen Leuchtdiode (LED) für Anzeige- und Hintergrundbeleuchtungsanwendungen. Das Bauteil nutzt einen InGaN-Halbleiterchip in Kombination mit einem phosphorgefüllten Reflektor, um aus blauer Emission weißes Licht zu erzeugen. Die LED ist in einem gängigen runden T-1 3/4-Gehäuse untergebracht, das eine gute Balance aus Größe und Lichtausbeute für verschiedene elektronische Baugruppen bietet.

Der Kernvorteil dieses Produkts ist seine hohe Lichtstärke, die bei einem Standard-Strom typischerweise signifikante Werte erreicht. Es ist für Anwendungen konzipiert, die helle, klare visuelle Anzeigen erfordern. Das Bauteil entspricht relevanten Umweltvorschriften und verfügt über einen integrierten Schutz vor elektrostatischen Entladungen (ESD), was seine Zuverlässigkeit bei Handhabung und Betrieb erhöht.

2. Technische Parameter: Detaillierte objektive Interpretation

2.1 Absolute Maximalwerte

Die absoluten Maximalwerte definieren die Belastungsgrenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Diese Werte sind nicht für Dauerbetrieb vorgesehen.

• Dauer-Vorwärtsstrom (I_F): 30 mA. Dies ist der maximale Gleichstrom, der kontinuierlich an die LED-Anode angelegt werden darf.
• Spitzen-Vorwärtsstrom (I_FP): 100 mA. Dieser höhere Strom ist nur unter gepulsten Bedingungen zulässig, spezifiziert bei einem Tastverhältnis von 1/10 und einer Frequenz von 1 kHz.
• Sperrspannung (V_R): 5 V. Das Anlegen einer Sperrvorspannung über diesem Wert kann den Halbleiterübergang der LED beschädigen.
• Verlustleistung (P_d): 110 mW. Dies ist die maximale Leistung, die das Gehäuse als Wärme abführen kann, berechnet als Produkt aus Vorwärtsspannung und Strom unter spezifizierten Bedingungen.
• Betriebs- & Lagertemperatur: Das Bauteil ist für den Betrieb von -40°C bis +85°C ausgelegt und kann von -40°C bis +100°C gelagert werden.
• ESD-Festigkeitsspannung (HBM): 4 kV. Dies gibt den Grad des Schutzes vor elektrostatischen Entladungen gemäß Human Body Model an.
• Löttemperatur: Die Anschlüsse halten während Lötprozessen eine Spitzentemperatur von 260°C für maximal 5 Sekunden aus.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Diese Parameter werden unter Standardtestbedingungen von 25°C Umgebungstemperatur und einem Vorwärtsstrom (I_F) von 20 mA gemessen, was als gemeinsamer Referenzpunkt dient.

• Vorwärtsspannung (V_F): Liegt im Bereich von 2,8 V (Min.) bis 3,6 V (Max.), wobei ein typischer Wert innerhalb dieses Bereichs impliziert ist. Dies ist der Spannungsabfall über der LED beim Durchleiten des spezifizierten Stroms.
• Lichtstärke (I_V): Hat einen Mindestwert von 3600 mcd (Millicandela) und kann bis zu einem Maximum von 7150 mcd reichen. Die tatsächlich gelieferte Stärke unterliegt einem später detaillierten Binning-System.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2): Der typische volle Abstrahlwinkel, bei dem die Lichtstärke die Hälfte der axialen Spitzenlichtstärke beträgt, beträgt 50 Grad. Dies definiert die Strahlausbreitung der LED.
• Farbkoordinaten: Der typische Farbpunkt im CIE-1931-Farbraum ist x=0,30, y=0,29. Dies definiert den wahrgenommenen Weißton der LED-Ausgabe.
• Zener- & Sperrcharakteristik: Das Bauteil kann eine Schutz-Zenerdiode mit einer Sperrspannung (V_z) von 5,2 V bei 5 mA enthalten. Der Sperrstrom (I_R) beträgt bis zu 50 µA bei 5 V.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um Produktionsschwankungen zu handhaben, werden LEDs nach Leistungsklassen sortiert. Dies ermöglicht es Konstrukteuren, Bauteile auszuwählen, die spezifische Mindestanforderungen für ihre Anwendung erfüllen.

3.1 Lichtstärke-Binning

LEDs werden basierend auf ihrer minimalen und maximalen Lichtstärke, gemessen bei I_F=20mA, in drei Hauptklassen kategorisiert. Die Toleranz für die Lichtstärke innerhalb einer Klasse beträgt ±10%.

• Klasse Q: 3600 mcd (Min.) bis 4500 mcd (Max.)
• Klasse R: 4500 mcd (Min.) bis 5650 mcd (Max.)
• Klasse S: 5650 mcd (Min.) bis 7150 mcd (Max.)

3.2 Vorwärtsspannungs-Binning

LEDs werden auch nach ihrem Vorwärtsspannungsabfall bei I_F=20mA sortiert, mit einer Messunsicherheit von ±0,1V. Dies hilft bei der Auslegung konsistenter Stromtreiberschaltungen, insbesondere wenn mehrere LEDs in Reihe geschaltet sind.

• Klasse 0: 2,8 V bis 3,0 V
• Klasse 1: 3,0 V bis 3,2 V
• Klasse 2: 3,2 V bis 3,4 V
• Klasse 3: 3,4 V bis 3,6 V

3.3 Farb-Binning

Die Weißlichtausgabe wird innerhalb spezifischer Regionen im CIE-Farbdiagramm kontrolliert. Das Produkt kombiniert LEDs aus den Farbklassen B5 und B6 zu Gruppe 7. Das Datenblatt gibt die Eckkoordinatenbereiche für diese Klassen an (z.B. für B5: x zwischen 0,287-0,311, y zwischen 0,276-0,315), um sicherzustellen, dass der Weißpunkt innerhalb eines definierten Bereichs liegt. Die Messunsicherheit für Farbkoordinaten beträgt ±0,01.

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere charakteristische Diagramme, die das Verhalten des Bauteils unter variierenden Bedingungen veranschaulichen. Diese sind wesentlich, um die Leistung über die Ein-Punkt-Spezifikationen hinaus zu verstehen.

• Relative Intensität vs. Wellenlänge: Diese spektrale Verteilungskurve zeigt die Spitzenwellenlänge und das durch die Phosphorkonversion verbreiterte Spektrum, typisch für weiße LEDs.
• Richtcharakteristik: Ein Polardiagramm, das die Winkelverteilung der Lichtstärke zeigt, korreliert mit dem typischen Abstrahlwinkel von 50 Grad.
• Vorwärtsstrom vs. Vorwärtsspannung (I-V-Kurve): Dieses Diagramm zeigt die nichtlineare Beziehung zwischen Strom und Spannung. Die Steilheit der Kurve jenseits der Einschaltspannung unterstreicht die Bedeutung einer stromgeregelten Ansteuerung für eine stabile Lichtausgabe.
• Relative Intensität vs. Vorwärtsstrom: Zeigt, wie die Lichtausgabe mit dem Treiberstrom zunimmt, typischerweise bei höheren Strömen aufgrund von Effizienzabfall und thermischen Effekten in sublinearer Weise.
• Farbkoordinaten vs. Vorwärtsstrom: Zeigt, wie sich der Weißpunkt (Farbkoordinaten) mit Änderungen des Treiberstroms leicht verschieben kann, was für farbempfindliche Anwendungen kritisch ist.
• Vorwärtsstrom vs. Umgebungstemperatur: Veranschaulicht die Reduzierung des maximal zulässigen Vorwärtsstroms bei steigender Umgebungstemperatur, eine wichtige Überlegung für das thermische Management und die Zuverlässigkeit.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die LED verwendet ein Standard-T-1 3/4 (ca. 5mm) rundes Gehäuse mit einer wasserklaren Kunststofflinse. Wichtige dimensionale Hinweise sind: Alle Maße sind in Millimetern mit einer allgemeinen Toleranz von ±0,25mm, sofern nicht anders angegeben; der Anschlussabstand wird an der Stelle gemessen, an der der Anschluss aus dem Gehäusekörper austritt; und der maximale Überstand des Kunststoffs unter dem Flansch beträgt 1,5mm. Die detaillierte mechanische Zeichnung liefert genaue Werte für Gesamtdurchmesser, Höhe, Anschlussdurchmesser und Abstand.

5.2 Polaritätskennzeichnung und Montage

Das Gehäuse verfügt über einen Flansch mit einer abgeflachten Seite, die typischerweise die Kathode (negativer Anschluss) kennzeichnet. Die korrekte Identifizierung ist für den richtigen Schaltungsanschluss entscheidend. Die Anschlüsse sind für die Durchsteckmontage auf Leiterplatten (PCBs) ausgelegt.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Eine sachgemäße Handhabung ist entscheidend, um Schäden während der Montage zu vermeiden.

6.1 Anschlussformen

• Das Biegen muss mindestens 3mm von der Basis des Epoxidharz-Glaskörpers entfernt erfolgen, um Belastungen der Dichtung zu vermeiden.
• Das Formen sollte immervor soldering.
• dem Löten erfolgen. Übermäßige Belastung beim Formen kann das Epoxidharz zum Reißen bringen oder interne Verbindungen beschädigen.
• Das Schneiden der Anschlüsse sollte bei Raumtemperatur erfolgen.
• Leiterplattenlöcher müssen präzise mit den LED-Anschlüssen ausgerichtet sein, um Montagespannungen zu vermeiden.

6.2 Lötbedingungen

Empfohlene Parameter werden angegeben, um thermischen Schock zu minimieren:

• Handlöten: Lötspitzentemperatur maximal 300°C (für ein max. 30W-Lötkolben), Lötzeit maximal 3 Sekunden pro Anschluss, wobei ein Mindestabstand von 3mm von der Lötstelle zum Epoxidharz-Glaskörper eingehalten wird.
• Wellen-/Tauchlöten: Vorwärmen auf maximal 100°C für bis zu 60 Sekunden. Die Lötbad-Temperatur sollte 260°C nicht überschreiten, wobei das Bauteil maximal 5 Sekunden eingetaucht wird. Die 3mm-Abstandsregel gilt ebenfalls.

6.3 Lagerbedingungen

Um Feuchtigkeitsaufnahme zu verhindern, die während des Lötens zu \"Popcorning\" führen kann, sollten LEDs bei oder unter 30°C und 70% relativer Luftfeuchtigkeit (RH) gelagert werden. Die empfohlene Lagerdauer ab Versand beträgt 3 Monate. Für längere Lagerung (bis zu einem Jahr) sollten die Teile in einer versiegelten, feuchtigkeitsdichten Beutel mit Trockenmittel, vorzugsweise unter Stickstoffatmosphäre, aufbewahrt werden.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Verpackungsspezifikation

Die LEDs sind verpackt, um elektrostatische und physische Schäden zu verhindern. Sie werden zunächst in antistatische Beutel gelegt. Pro Beutel werden 200 bis 500 Stück verpackt. Fünf Beutel werden dann in einen Innenkarton gelegt. Schließlich werden zehn Innenkartons in einen Hauptaußenkarton für den Versand verpackt.

7.2 Etikettenerklärung

Verpackungsetiketten enthalten mehrere Codes: CPN (Kundenteilenummer), P/N (Herstellertypnummer), QTY (Menge), CAT (Kombinationscode für Lichtstärke- und Vorwärtsspannungs-Klassen), HUE (Farbklassencode), REF (Referenz) und LOT No. (rückverfolgbare Produktionslosnummer).

7.3 Typnummernbezeichnung

Die Teilenummer 334-15/T1C5-7 QSA folgt einer spezifischen Struktur. Die Suffix-Codes (im Datenblatt durch Quadrate dargestellt) ermöglichen die Auswahl der spezifischen Lichtstärke-Klasse, Vorwärtsspannungs-Klasse und anderer optionaler Merkmale gemäß der Auswahlrichtlinie des Herstellers.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

Wie im Datenblatt aufgeführt, ist diese hochintensive weiße LED geeignet für:

• Nachrichten- & Beschilderungstafeln: Wo helle, einzelne Pixel oder Anzeigen benötigt werden.
• Optische Anzeigen: Statusleuchten an Industrieanlagen, Unterhaltungselektronik oder Bedienfeldern.
• Hintergrundbeleuchtung: Für kleine LCD-Displays, Folientastfelder oder dekorative Beleuchtung, wo gleichmäßige Ausleuchtung erforderlich ist, oft in einer Anordnung verwendet.
• Markierungsleuchten: Für Geräte, Fahrzeuge oder Sicherheitsanwendungen, die hohe Sichtbarkeit erfordern.

8.2 Konstruktionsüberlegungen

• Stromansteuerung: Immer einen Reihenstrombegrenzungswiderstand oder eine Konstantstrom-Treiberschaltung verwenden. Das direkte Ansteuern der LED von einer Spannungsquelle wird sie aufgrund der exponentiellen I-V-Beziehung wahrscheinlich zerstören.
• Thermisches Management: Obwohl die Leistung relativ gering ist, ist eine ausreichende Belüftung oder Kühlung wichtig, um die langfristige Lichtausbeute und Zuverlässigkeit zu erhalten, insbesondere bei höheren Umgebungstemperaturen oder Treiberströmen.
• Optische Auslegung: Der 50-Grad-Abstrahlwinkel bietet einen breiten Strahl. Für fokussierteres Licht können sekundäre Optiken wie Linsen oder Lichtleiter erforderlich sein.
• Binning-Auswahl: Für Anwendungen, die gleichmäßige Helligkeit oder Farbe über mehrere LEDs hinweg erfordern, ist die Spezifikation einer engen Lichtstärke-Klasse (z.B. nur Klasse S) und einer spezifischen Spannungs-/Farbgruppe ratsam.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu generischen 5mm weißen LEDs bietet dieses Produkt eine deutlich höhere Lichtstärke, was es für Anwendungen geeignet macht, bei denen überlegene Helligkeit entscheidend ist. Das definierte Binning-System für sowohl Lichtstärke als auch Vorwärtsspannung bietet im Vergleich zu nicht oder lose klassifizierten Alternativen eine größere Vorhersagbarkeit und Konsistenz in Produktionsläufen. Der integrierte ESD-Schutz (4kV HBM) erhöht die Robustheit in Montageumgebungen. Die spezifische Kombination von Farbklassen (B5+B6) zielt auf einen bestimmten Weißpunkt ab, der sich von den kühleren oder wärmeren Weißtönen anderer Produkte unterscheiden kann.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

10.1 Was ist der Unterschied zwischen Dauer- und Spitzen-Vorwärtsstrom?

Der Dauer-Vorwärtsstrom (30 mA) ist der maximale Gleichstrom für sicheren, langfristigen Betrieb. Der Spitzen-Vorwärtsstrom (100 mA) ist eine kurzzeitige, gepulste Bewertung, die für kurze Perioden (z.B. in multiplexierten Displays) verwendet werden kann, darf aber im Gleichstrombetrieb nicht einmal kurzzeitig überschritten werden, da dies zu Überhitzung und schnellem Leistungsabfall führt.

10.2 Wie wähle ich den richtigen strombegrenzenden Widerstand?

Verwenden Sie das Ohmsche Gesetz: R = (V_versorgung- V_F) / I_F. Verwenden Sie für eine konservative Auslegung, die sicherstellt, dass der Strom selbst bei Bauteiltoleranzen nie 20mA überschreitet, die maximale V_Faus dem Datenblatt (3,6V). Zum Beispiel bei einer 5V-Versorgung: R = (5V - 3,6V) / 0,020A = 70 Ohm. Der nächstgelegene Standardwert (68 oder 75 Ohm) würde gewählt, und seine Belastbarkeit sollte überprüft werden (P = I²R).

10.3 Kann ich diese LED im Freien verwenden?

Der Betriebstemperaturbereich (-40°C bis +85°C) ermöglicht den Einsatz in vielen Außenumgebungen. Das Gehäuse ist jedoch nicht speziell für Wasserdichtheit oder UV-Beständigkeit ausgelegt. Für direkte Außenexposition wäre zusätzlicher Umweltschutz (Konformalbeschichtung, geschlossene Gehäuse) notwendig, um vor Feuchtigkeit und Sonnenlicht zu schützen.

11. Praktisches Anwendungsbeispiel

Entwurf eines Multi-LED-Statusanzeigepanels:Ein Bedienfeld benötigt 20 helle weiße LEDs, um den Betriebszustand verschiedener Maschinenfunktionen anzuzeigen. Gleichmäßige Helligkeit ist für Ästhetik und Klarheit wichtig.

1. Schaltungsentwurf: Der Konstrukteur entscheidet sich, alle LEDs parallel von einer 12V-Schiene zu speisen. Jeder LED-Zweig hat seinen eigenen strombegrenzenden Widerstand. Unter Verwendung der max. V_Fvon 3,6V und einem Ziel-I_Fvon 20mA beträgt der Widerstandswert (12V - 3,6V)/0,02A = 420 Ohm. Ein 430 Ohm, 1/4W Widerstand wird für jeden Zweig ausgewählt.
2. Binning-Auswahl: Um Gleichmäßigkeit zu gewährleisten, spezifiziert der Konstrukteur LEDs aus Klasse S (höchste Lichtstärke) und fordert sie aus demselben Produktionslos und derselben Farbgruppe (Gruppe 7) an, um Farb- und Helligkeitsschwankungen zu minimieren.
3. Leiterplattenlayout: Löcher werden gemäß dem Anschlussabstand der Gehäusezeichnung gebohrt. Ein Sperrbereich mit einem Radius von mindestens 3mm um den LED-Körper wird eingehalten, um Lötbrücken beim Wellenlöten zu vermeiden.
4. Montage:** Der Monteur befolgt die Handlötrichtlinien, verwendet einen temperaturgeregelten Lötkolben, der auf 300°C eingestellt ist, und schließt jede Lötstelle in unter 3 Sekunden ab.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Dies ist eine phosphorkonvertierte weiße LED. Der Kern ist ein Halbleiterchip aus Indiumgalliumnitrid (InGaN). Wenn eine Vorwärtsspannung angelegt wird, rekombinieren Elektronen und Löcher innerhalb des aktiven Bereichs des Chips und emittieren Photonen. Das InGaN-Material ist so ausgelegt, dass es Licht im blauen Bereich des Spektrums emittiert (typischerweise um 450-455 nm). Dieses blaue Licht wird nicht direkt emittiert. Stattdessen trifft es auf eine Schicht aus Phosphormaterial (z.B. mit Cer dotiertes Yttrium-Aluminium-Granat, YAG:Ce), die im Reflektortopf um den Chip abgeschieden ist. Der Phosphor absorbiert einen Teil der blauen Photonen und emittiert Licht über ein breiteres Spektrum, hauptsächlich im gelben Bereich. Die Mischung aus dem verbleibenden nicht absorbierten blauen Licht und dem phosphorerzeugten gelben Licht wird vom menschlichen Auge als weißes Licht wahrgenommen. Der genaue Farbton (kaltweiß, neutralweiß, warmweiß) wird durch die Zusammensetzung und Dicke der Phosphorschicht bestimmt.

13. Technologietrends

Die Technologie hinter dieser Art von LED entwickelt sich weiter. Allgemeine Branchentrends umfassen:

• Erhöhte Effizienz (Lumen pro Watt): Fortlaufende Verbesserungen in der Chip-Epitaxie, Lichtextraktion und Phosphoreffizienz führen zu höherer Lichtausbeute bei gleichem elektrischem Eingang, was den Energieverbrauch reduziert.
• Verbesserte Farbwiedergabe: Während dieses Datenblatt einen einzelnen Weißpunkt spezifiziert, verwenden neuere Produkte oft Mehrfach-Phosphor-Mischungen (z.B. mit rotem Phosphor), um höhere Farbwiedergabeindex (CRI)-Werte zu erreichen, wodurch Farben unter dem Licht natürlicher erscheinen.
• Miniaturisierung:** Während das T-1 3/4-Gehäuse beliebt bleibt, gibt es einen breiten Trend zu kleineren oberflächenmontierbaren (SMD) Gehäusen (z.B. 3535, 3030, 2835) für höhere Packungsdichten, oft jedoch mit einem Kompromiss bei der Gesamtlichtausbeute pro Gehäuse im Vergleich zu größeren Durchstecktypen.
• Höhere Zuverlässigkeit und Lebensdauer: Fortschritte in Verpackungsmaterialien, Die-Attach und Bonddrahtverbindungen treiben die spezifizierten Lebensdauern (L70/B50) von LEDs weiter voran, was sie für anspruchsvollere Anwendungen geeignet macht.