Weiße LED PLCC-2 Spezifikation - Größe 2,8x3,5x0,7mm - Spannung 3,15V - Leistung 0,594W - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument bietet eine umfassende technische Spezifikation für eine hochleistungsfähige weiße Leuchtdiode (LED), die für Allgemeinbeleuchtungsanwendungen konzipiert ist. Das Bauteil nutzt einen blauen LED-Chip in Kombination mit einer Phosphorbeschichtung zur Erzeugung von weißem Licht, eine gängige und effiziente Methode in der Festkörperbeleuchtungstechnologie. Das Produkt ist in einem oberflächenmontierbaren PLCC-2-Gehäuse (Plastic Leaded Chip Carrier) untergebracht, das in der Branche aufgrund seiner Zuverlässigkeit und Kompatibilität mit automatisierten Bestückungsprozessen weit verbreitet ist. Die LED zeichnet sich durch ihren breiten Abstrahlwinkel und ihre konsistente optische Leistung aus, was sie für eine Vielzahl von Innenraumbeleuchtungslösungen geeignet macht, bei denen eine gleichmäßige Lichtverteilung erforderlich ist.

1.1 Merkmale

• PLCC-2-Gehäusedesign für eine robuste mechanische Struktur und ein gutes Wärmemanagement.
• Äußerst großer Abstrahlwinkel, typischerweise 120 Grad, der eine breite Ausleuchtung gewährleistet.
• Vollständig kompatibel mit standardmäßigen SMT-Bestückungs- (Surface Mount Technology) und Reflow-Lötprozessen, was die Serienfertigung erleichtert.
• Lieferbar auf Trägerband und Rolle für automatisierte Pick-and-Place-Geräte.
• Die Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe ist als Level 3 klassifiziert, was spezifische Handhabungs- und Lagerungsanforderungen anzeigt, um feuchtigkeitsbedingte Schäden während des Reflow-Lötens zu verhindern.
• Konform mit der RoHS-Richtlinie (Restriction of Hazardous Substances), was gewährleistet, dass das Produkt frei von bestimmten gefährlichen Stoffen ist.

1.2 Anwendung

Die primären Anwendungsbereiche für diese LED umfassen Allgemeinbeleuchtung in Innenräumen, Retrofit-Leuchtmittelbeleuchtung und verschiedene andere Innenraumbeleuchtungsszenarien. Ihre Parameter sind für Aufgaben optimiert, die eine gute Farbwiedergabe und eine effiziente Lichtausbeute erfordern, wie beispielsweise in der Wohnraumbeleuchtung, kommerziellen Einbauleuchten und dekorativen Leuchten. Die Kombination aus Bauform und Leistung macht sie zu einer vielseitigen Komponente für Lichtdesigner und Ingenieure.

2. Detaillierte technische Parameter und Analyse

Die folgenden Abschnitte beleuchten die kritischen elektrischen, optischen und thermischen Parameter, welche die Leistung der LED definieren. Das Verständnis dieser Parameter ist für einen korrekten Schaltungsentwurf und die Systemintegration essenziell, um Langlebigkeit und optimale Lichtausbeute zu gewährleisten.

2.1 Elektrische und optische Eigenschaften

Alle Messungen sind bei einer Lötstellentemperatur (Ts) von 25°C spezifiziert. Die Schlüsselparameter sind nachstehend zusammengefasst, gefolgt von einer detaillierten Analyse jedes Parameters.

• Flussspannung (VF): Bei einem Prüfstrom (IF) von 150mA beträgt die Flussspannung mindestens 3,0V, typischerweise 3,15V und maximal 3,3V. Dieser Parameter ist entscheidend für den Treiberentwurf; eine Konstantstromquelle wird empfohlen, um eine stabile Lichtausbeute zu gewährleisten und thermisches Durchgehen zu verhindern, da die Flussspannung einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweist.
• Sperrstrom (IR): Bei einer angelegten Sperrspannung (VR) von 5V beträgt der maximale Sperrstrom 10µA. Dies weist auf die Qualität des p-n-Übergangs des LED-Chips und seine Fähigkeit hin, kleine Sperrspannungen zu tolerieren, die in Schaltungstransienten auftreten können.
• Lichtstrom (Φ): Die gesamte Lichtausbeute, gemessen in Lumen (lm), variiert je nach Farbtemperatur-Bin (CCT) der jeweiligen Produktvariante. Für eine Variante in Warmweiß (CCT-Bereich 2580-2880K) beträgt der Lichtstrom typischerweise 58 lm bei 150mA. Kühlweiße Varianten (z.B. 5320-6090K) bieten einen typischen Lichtstrom von 66 lm. Diese Binning ermöglicht es Designern, die passende Helligkeit für ihre Farbtemperaturanforderung auszuwählen.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2): Der volle Halbwertswinkel beträgt typischerweise 120 Grad. Dieser breite Winkel ist ideal für Anwendungen, die diffuses, nicht gerichtetes Licht erfordern, und reduziert den Bedarf an Sekundäroptik in vielen Allgemeinbeleuchtungsleuchten.
• Farbwiedergabeindex (CRI oder Ra): Der CRI ist mit einem Minimum von 80 und einem typischen Wert von 82 spezifiziert. Diese Metrik zeigt an, wie genau das LED-Licht Farben im Vergleich zu einer natürlichen Lichtquelle wiedergibt. Ein CRI über 80 wird für allgemeine Innenraumbeleuchtung als gut angesehen, wodurch diese LED für Umgebungen geeignet ist, in denen die Farbwahrnehmung wichtig ist.
• Wärmewiderstand (R_THJ-S)): Der Wärmewiderstand von der Sperrschicht zur Lötstelle hat einen Maximalwert von 30°C/W. Dies ist ein kritischer Parameter für das Wärmemanagement. Je niedriger dieser Wert, desto effizienter wird Wärme von der LED-Sperrschicht abgeführt. Ein korrekter Leiterplattenentwurf mit ausreichenden Wärmedurchlässen und Kupferfläche ist notwendig, um eine niedrige Sperrschichttemperatur aufrechtzuerhalten, was sich direkt auf die LED-Lebensdauer und den Lichtstromerhalt auswirkt.
• Schutz vor elektrostatischer Entladung (ESD): Das Bauteil hält einen ESD-Impuls nach Human Body Model (HBM) von bis zu 2000V stand. Dieser Schutzgrad ist für die meisten LEDs Standard und hilft, Beschädigungen während der Handhabung und Montage zu verhindern, dennoch sollten standardmäßige ESD-Vorsichtsmaßnahmen beachtet werden.

2.2 Absolute Maximalwerte

Ein Betrieb des Bauteils über diese Grenzwerte hinaus kann dauerhafte Beschädigungen verursachen. Die Werte sind bei einer Umgebungstemperatur von 25°C definiert.

• Verlustleistung (P_D)): 594 mW. Dies ist die maximal zulässige Leistung, die als Wärme abgeführt werden kann. Das Überschreiten dieses Limits riskiert eine Überhitzung der Sperrschicht.
• Durchlassstrom (I_F)): 180 mA Dauerbetrieb. Dies ist der maximale Gleichstrom, der für einen zuverlässigen Langzeitbetrieb empfohlen wird.
• Spitzendurchlassstrom (I_FP)): 240 mA, jedoch nur unter gepulsten Bedingungen (1/10 Tastverhältnis, 10 ms Impulsbreite). Dies ermöglicht eine kurzfristige Übersteuerung in Anwendungen wie Dimmen oder Erfassung.
• Sperrspannung (V_R)): 5 V. Das Anlegen einer höheren Sperrspannung kann zum Durchbruch des Übergangs führen.
• Betriebs- und Lagertemperatur: -40°C bis +100°C. Dieser weite Bereich gewährleistet Zuverlässigkeit unter verschiedenen Umgebungsbedingungen.
• Sperrschichttemperatur (T_J)): Maximal 125°C. Die tatsächliche Sperrschichttemperatur während des Betriebs muss basierend auf Wärmewiderstand und Verlustleistung berechnet werden, um sicherzustellen, dass sie unter diesem Grenzwert bleibt und somit die Langzeitzuverlässigkeit gewährleistet ist.

2.3 Binning-System für Flussspannung und Lichtstrom

Um Konsistenz in der Serienfertigung zu gewährleisten, werden LEDs anhand von Schlüsselparametern in Bins sortiert. Dies ermöglicht es Designern, Bauteile auszuwählen, die spezifische Systemanforderungen an Spannungsabfall und Helligkeit erfüllen.

• Flussspannungs-Binning: Bei IF=150 mA wird die Flussspannung in drei Bins kategorisiert: H1 (3,0-3,1 V), H2 (3,1-3,2 V) und I1 (3,2-3,3 V). Dies hilft bei der Abstimmung von LEDs in Reihenschaltungen, um Stromungleichgewichte zu verhindern.
• Lichtstrom-Binning: Der Lichtstrom wird in vier Kategorien eingeteilt: SHA (55-60 lm), TEA (60-65 lm), TFA (65-70 lm) und TGA (70-75 lm). Diese Bins sind typischerweise mit der Farbtemperaturvariante verknüpft, wie in der Produktparametertabelle dargestellt.
• Farbkoordinaten-Binning: Das Dokument enthält ein CIE-Farbtafeld mit definierten Viereckbereichen (z.B. A27, A30, A35 bis zu 65K), die die akzeptablen Farbkoordinaten (x, y) für jeden Weißpunkt-Bin spezifizieren. Dieses präzise Binning gewährleistet eine enge Farbkonstanz innerhalb einer Charge von LEDs, was für Anwendungen kritisch ist, bei denen mehrere LEDs gemeinsam verwendet werden und die Farbmischung gleichmäßig sein muss.

2.4 Analyse der Leistungskurven

Während das PDF auf typische optische Kennlinienkurven verweist, sind die spezifischen Graphen für Strom vs. Lichtstrom (L-I-Kurve), Flussspannung vs. Temperatur und spektrale Leistungsverteilung im Text nicht angegeben. Basierend auf den angegebenen Parametern lassen sich jedoch allgemeine Leistungstrends ableiten. Der Lichtstrom ist im empfohlenen Arbeitsbereich annähernd linear zum Strom. Die Flussspannung nimmt mit steigender Sperrschichttemperatur ab. Die spektrale Ausgabe hängt von der für den spezifischen CCT-Bin verwendeten Phosphormischung ab, wobei wärmere Weißtöne mehr Energie im roten Teil des Spektrums und kühlere Weißtöne mehr Blau/Grün-Anteile aufweisen. Designer sollten für grafische Daten das vollständige Datenblatt des Herstellers konsultieren, um die Systemleistung genau modellieren zu können.

3. Mechanische und Gehäuseinformationen

Die physikalischen Abmessungen und das Layout sind entscheidend für den Leiterplatten-Footprint-Entwurf und die Gewährleistung einer ordnungsgemäßen Lötstellenbildung.

3.1 Gehäuseabmessungen und Zeichnungen

Das LED-Gehäuse hat eine Bauteilgröße von etwa 2,80 mm Länge, 3,50 mm Breite und 0,70 mm Höhe (ohne Anschlüsse). Alle Maßtoleranzen betragen ±0,05 mm, sofern nicht anders angegeben. Das Gehäuse umfasst zwei Anschlüsse für die elektrische Verbindung.

3.2 Polaritätskennzeichnung und Lötmuster

Die Anode (A, Pluspol) und Kathode (C, Minuspol) sind deutlich gekennzeichnet. Das empfohlene Lötpadmuster auf der Leiterplatte wird bereitgestellt, um eine zuverlässige mechanische und elektrische Verbindung zu gewährleisten und gleichzeitig eine angemessene Wärmeableitung zu ermöglichen. Das Pad-Design trägt dazu bei, während des Reflow-Prozesses einen guten Lötflankenwulst zu erzielen.

4. Verpackung, Handhabung und Zuverlässigkeit

4.1 Verpackungsspezifikation

Die LEDs werden auf geprägter Trägerbandrolle geliefert, geeignet für automatisierte SMT-Bestückung. Detaillierte Abmessungen für die Trägerbandtaschen und die Rolle sind spezifiziert, um die Kompatibilität mit Standard-Zuführsystemen sicherzustellen. Ein Etikett auf der Rolle enthält Rückverfolgbarkeitsinformationen wie Teilenummer, Menge und Loscode.

4.2 Feuchtigkeitssensitivität und Lagerung

Als ein feuchtigkeitssensitives Bauteil der Stufe 3 muss das Produkt in seiner originalen Feuchtigkeitssperrbeutel in einer trockenen Umgebung (typischerweise unter 30°C/60% r.F.) gelagert werden. Sobald der Beutel geöffnet ist, sollten die Bauteile innerhalb von 168 Stunden (7 Tagen) unter Werkshallenbedingungen verbaut oder gemäß den Standard-IPC/JEDEC-Richtlinien vor dem Reflow-Löten zurückgetrocknet werden, um "Popcorn"-Schäden zu verhindern.

4.3 Übersicht Zuverlässigkeitstests

Das Produkt wird einer Reihe von Zuverlässigkeitstests unterzogen, um die Leistung unter verschiedenen Belastungsbedingungen sicherzustellen. Übliche Tests umfassen Hochtemperaturlagerung, Tieftemperaturlagerung, Temperaturwechsel, Feuchtigkeitstests und Lötwärmebeständigkeit. Spezifische Bedingungen und Ausschlusskriterien (z.B. Grenzwerte für Änderungen der Flussspannung oder Lichtstärke) sind definiert, um eine lange Betriebslebensdauer zu gewährleisten, die unter ordnungsgemäßen Betriebsbedingungen typischerweise 50.000 Stunden übersteigt.

5. Anweisungen für SMT-Reflow-Löten

Um zuverlässige Lötstellen zu erreichen, ohne die LED zu beschädigen, muss ein kontrolliertes Reflow-Profil verwendet werden.

• Profiltyp: Ein Standard-Konvektions-Reflow-Profil wird empfohlen.
• Spitzentemperatur: Die maximale Bauteiltemperatur während des Reflow-Lötens darf die spezifizierte Temperatur (impliziert durch die Feuchtigkeitssensitivität und Gehäusematerialgrenzen, typischerweise etwa 260°C für einige Sekunden) nicht überschreiten.
• Vorwärmen und Einweichen: Eine allmähliche Vorwärmzone ist notwendig, um das Flussmittel zu aktivieren und die gesamte Baugruppe langsam auf eine einheitliche Temperatur zu bringen, um thermischen Schock zu minimieren.
• Zeit über der Liquidustemperatur (TAL): Die Zeit, in der das Lotpaste im geschmolzenen Zustand ist, sollte kontrolliert werden, um ein gutes Benetzen ohne übermäßiges intermetallisches Wachstum oder Bauteilbelastung sicherzustellen.
• Es ist entscheidend, die spezifischen Profil-Empfehlungen, einschließlich Aufheiz- und Abkühlraten, einzuhalten, um Risse im Kunststoffgehäuse oder Ablösung der Silikonlinse aufgrund von thermischen Ausdehnungsunterschieden zu verhindern.

6. Anwendungsrichtlinien und Entwurfsüberlegungen

6.1 Typische Anwendungsszenarien

Neben grundlegender Innenraumbeleuchtung kann diese LED in LED-Röhren, Panel-Leuchten, Kerzenlampen und anderen Leuchten verwendet werden, bei denen eine PLCC-2-Bauform Standard ist. Ihr breiter Strahlungswinkel reduziert in vielen Retrofit-Anwendungen den Bedarf an komplexen Lichtstreuern.

6.2 Treiberschaltungsentwurf

Ein Konstantstrom-LED-Treiber ist essenziell. Der Treiberausgangsstrom sollte für den Normalbetrieb auf oder unter dem empfohlenen Wert von 150 mA eingestellt werden, wobei das Flussspannungs-Bin zur Berechnung der erforderlichen Treiberausgangsspannung berücksichtigt werden muss. Die thermische Auslegung der Leiterplatte ist von größter Bedeutung; die Verwendung einer Platine mit einem Wärmepad, das über Durchkontaktierungen mit einer internen Masseebene verbunden ist, kann den Wärmewiderstand von der LED-Lötstelle zur Umgebung erheblich verringern.

6.3 Optische Entwurfsüberlegungen

Für Anwendungen, die spezifische Lichtverteilungsmuster erfordern, können Sekundäroptiken wie Linsen oder Reflektoren über der LED montiert werden. Der breite intrinsische Abstrahlwinkel bietet einen guten Ausgangspunkt für den Optikentwurf. Der CRI- und CCT-Bin sollte basierend auf der gewünschten Lichtatmosphäre und den Farbgenauigkeitsanforderungen der Endanwendung ausgewählt werden.

7. Technische Analyse, FAQs und Trends

7.1 Funktionsprinzip von weißen LEDs

Diese LED erzeugt weißes Licht durch einen Prozess namens Phosphorkonversion. Ein Halbleiterchip, der blaues Licht emittiert (typischerweise basierend auf InGaN), ist mit einem gelb emittierenden Phosphormaterial (oft YAG:Ce) beschichtet. Ein Teil des blauen Lichts wird vom Phosphor absorbiert und als gelbes Licht wieder emittiert. Die Mischung aus dem verbleibenden blauen Licht und dem konvertierten gelben Licht erscheint dem menschlichen Auge als weiß. Durch Anpassung der Phosphorzusammensetzung und -konzentration können verschiedene korrelierte Farbtemperaturen (CCT) von Warmweiß bis Kaltweiß erreicht werden.

7.2 Häufig gestellte Fragen (FAQs)

• F: Was ist die Hauptursache für die Degradation der LED-Lebensdauer?A: Die primären Faktoren sind hohe Sperrschichttemperatur und Treiberstrom. Der Betrieb der LED innerhalb ihrer spezifizierten Temperatur- und Stromgrenzen ist entscheidend für langfristigen Lichtstromerhalt und Farbstabilität.
• F: Können mehrere LEDs aus verschiedenen Spannungs-Bins in derselben Reihenschaltung verwendet werden?A: Dies wird nicht empfohlen. Unterschiede in der Flussspannung verursachen ein Stromungleichgewicht, was zu ungleichmäßiger Helligkeit und potenzieller Überlastung von LEDs mit niedrigerer Spannung führt. Verwenden Sie für Reihenschaltungen LEDs aus demselben oder benachbarten Spannungs-Bin.
• F: Wie beeinflusst die Umgebungstemperatur die Lichtausbeute?A: Mit steigender Umgebungs- (und somit Sperrschicht-) Temperatur nimmt der Lichtstrom typischerweise ab. Diese thermische Derating muss im thermischen Systementwurf berücksichtigt werden, um sicherzustellen, dass das gewünschte Lichtniveau in der Betriebsumgebung aufrechterhalten wird.
• F: Ist ein Kühlkörper für diese LED erforderlich?A: Für Niedrigleistungsanwendungen oder wenn nur wenige LEDs auf einer gut ausgelegten Leiterplatte verwendet werden, ist möglicherweise kein externer Kühlkörper erforderlich. Für Arrays oder Hochleistungsanwendungen ist jedoch ein ordnungsgemäßes Wärmemanagement über die Leiterplatte und/oder einen angebrachten Kühlkörper essenziell, um die Sperrschichttemperatur niedrig zu halten.

7.3 Branchentrends und Vergleich

Das PLCC-2-Gehäuse bleibt eine kostengünstige und zuverlässige Arbeitspferdlösung für Mid-Power-LED-Anwendungen. Im Vergleich zu neueren Gehäusetypen wie COB (Chip-on-Board) oder hochdichten Mid-Power-Gehäusen bietet PLCC-2 eine gute Balance aus einfacher Handhabung, bewährter Zuverlässigkeit und Kompatibilität mit bestehenden Fertigungsinfrastrukturen. Der Trend in der Branche geht zu höherer Effizienz (mehr Lumen pro Watt), besserer Farbgleichmäßigkeit und höheren CRI-Werten. Diese spezielle LED mit ihrem CRI >80 und mehreren CCT-Optionen entspricht der Marktnachfrage nach qualitativ hochwertiger Beleuchtung in energieeffizienter Allgemeinbeleuchtung. Ihre Kompatibilität mit Standard-SMT-Prozessen verleiht ihr im Vergleich zu Gehäusen, die eine Sonderbehandlung erfordern, einen Vorteil in Bezug auf geringere Gesamtmontagekosten.

7.4 Praktische Entwurfsfallstudie

Betrachten Sie den Entwurf eines einfachen LED-Einbauleuchtenmoduls unter Verwendung von 12 dieser LEDs. Der Designer würde einen spezifischen CCT-Bin (z.B. A40 für 4000K neutralweiß) und einen Lichtstrom-Bin (z.B. TEA für 60-65 lm) auswählen. Die Verdrahtung in einer 4-in-Reihe-mal-3-in-Parallel-Konfiguration erfordert einen Treiber mit einem Ausgangsstrom von 450 mA (3*150 mA) und einem Spannungsbereich, der 4 * (VF der Reihenschaltung, unter Berücksichtigung des ungünstigsten maximalen VF) abdeckt. Die Leiterplatte muss mit ausreichender Kupferfläche und Wärmedurchlässen unter den Lötpads jeder LED entworfen werden, um Wärme zu einem Metallkern oder einer größeren Kupferschicht abzuleiten. Durch Berechnung der erwarteten Verlustleistung (12 * 3,15 V * 0,15 A ≈ 5,67 W) und des Wärmewiderstandspfads kann der Designer überprüfen, ob die Sperrschichttemperatur deutlich unter 125°C bleibt und somit eine lange Produktlebensdauer sichergestellt ist.