Datenblatt für weiße LED RF-A3E31-W60H-B3 - 3,0x3,0x0,55mm - 2,8-3,4V - max. 1,428W - Automobilqualität

1. Produktübersicht

Die RF-A3E31-W60H-B3 ist eine leistungsstarke weiße LED, die für anspruchsvolle Innen- und Außenbeleuchtungsanwendungen im Automobilbereich entwickelt wurde. Sie verwendet einen blauen LED-Chip in Kombination mit präzise formuliertem Leuchtstoff, um ein natürliches weißes Licht zu erzeugen. Das Gehäuse hat die Abmessungen 3,00 mm x 3,00 mm x 0,55 mm, was es für platzbeschränkte Lichtmodule geeignet macht. Mit einer typischen Durchlassspannung von 2,8-3,4 V bei 350 mA und einer maximalen Verlustleistung von 1,428 W liefert diese LED einen hervorragenden Lichtstrom von 105-160 Lumen bei hoher Effizienz. Das Bauteil ist gemäß den AEC-Q102-Stresstestrichtlinien für diskrete Halbleiter der Automobilklasse qualifiziert und gewährleistet Zuverlässigkeit unter rauen Betriebsbedingungen.

1.1 Hauptmerkmale

• EMC-Gehäuse (Epoxid-Formmasse) für robuste mechanische Festigkeit und thermische Leistung
• Extrem weiter Abstrahlwinkel von 120° (Halbwinkel)
• Geeignet für alle SMT-Bestückungs- und Reflow-Lötprozesse
• Erhältlich in Gurt- und Spulenverpackung (4000 Stück/Rolle)
• Feuchteempfindlichkeitsstufe: Level 2 (gemäß JEDEC)
• RoHS-konform
• ESD-Belastbarkeit: 8000 V (HBM)
• Betriebstemperaturbereich: -40 °C bis +125 °C
• Lagertemperaturbereich: -40 °C bis +125 °C
• Maximale Sperrschichttemperatur: 150 °C

1.2 Zielanwendungen

Diese LED wurde speziell für Automobilbeleuchtungssysteme entwickelt, einschließlich Innen- und Außenanwendungen wie:

• Tagfahrlicht (DRL)
• Blinkleuchten
• Bremsleuchten
• Innenraum-Ambientebeleuchtung
• Kennzeichenbeleuchtung
• Positionsleuchten
• Seitenmarkierungsleuchten

Der weite Betriebstemperaturbereich und die AEC-Q102-Qualifikation gewährleisten eine stabile Leistung in rauen Automobilumgebungen.

2. Technische Parameteranalyse

2.1 Elektrische und optische Eigenschaften (bei Ts=25 °C, IF=350 mA)

Der Durchlassspannungsbereich von 2,8-3,4 V bei 350 mA ist typisch für Leistungs-Weißlicht-LEDs mit InGaN-Blue-Chips. Die enge Spannungsbinning (0,2-V-Schritte) erleichtert das Parallelschalten mehrerer LEDs. Der Lichtstrom von 105 bis 160 Lumen repräsentiert eine hohe Effizienzklasse mit typischer Effizienz über 100 lm/W bei Nennstrom. Der weite 120°-Abstrahlwinkel sorgt für eine exzellente Lichtverteilung bei Automobilsignal- und Beleuchtungsaufgaben.

2.2 Absolute Grenzwerte

Die absoluten Grenzwerte definieren die sicheren Betriebsgrenzen. Der maximale Durchlassstrom von 420 mA und der Spitzenstrom von 700 mA ermöglichen den gepulsten Betrieb in Anwendungen wie Blinkleuchten. Die hohe ESD-Bewertung von 8 kV HBM gewährleistet Robustheit bei Handhabung und Montage. Das Wärmemanagement ist entscheidend: Die Sperrschichttemperatur darf 150 °C nicht überschreiten, um eine Degradation zu vermeiden.

2.3 Interpretation des Wärmewiderstands

Es werden zwei Wärmewiderstandswerte angegeben: Rth JS real (typisch 14 °C/W, max. 21 °C/W) und Rth JS elektrisch (typisch 9 °C/W, max. 13 °C/W). Die elektrische Methode verwendet einen temperaturabhängigen Parameter (Durchlassspannung) zur Schätzung der Sperrschichttemperatur, während die reale Methode die physikalische Temperaturmessung nutzt. Diese Werte zeigen, dass die Sperrschichttemperatur pro Watt Verlustleistung um 9-21 °C über der Lötstellentemperatur ansteigt. Bei 350 mA und typischer VF=3,1 V beträgt die Verlustleistung etwa 1,085 W, was zu einem Temperaturanstieg von Sperrschicht zu Lötstelle von ~15 °C führt (unter Verwendung des realen Rth). Entwickler müssen eine ausreichende Kühlung sicherstellen, um die Sperrschichttemperatur unter 150 °C zu halten, insbesondere bei hohen Umgebungstemperaturen (125 °C).

3. Binning-System

3.1 Durchlassspannungs-Bins (IF=350 mA)

3.2 Lichtstrom-Bins (IF=350 mA)

3.3 Chromatik-Bins (CIE 1931)

Die Farbkoordinaten werden entsprechend dem CIE-1931-Farbraum in sieben VM-Gruppen (VM1 bis VM7) eingeteilt. Jedes Bin wird durch vier viereckige Eckpunkte (x,y) definiert. Beispiel VM1: (0,3150;0,2995), (0,3115;0,3212), (0,3268;0,3371), (0,3282;0,3162). Diese Bins entsprechen kaltweißen Farbtemperaturen um 5000-6000 K, die für Automobil-Weißlichtspezifikationen geeignet sind. Das Binning gewährleistet Farbkonsistenz über die Produktionsmengen hinweg.

4. Analyse der Leistungskurven

4.1 Durchlassspannung vs. Durchlassstrom (I-V-Kennlinie)

Abbildung 1-7 zeigt eine typische exponentielle I-V-Charakteristik. Bei 2,8 V ist der Strom minimal, während er bei 3,4 V etwa 420 mA erreicht. Die Kurve zeigt, dass kleine Spannungsänderungen große Stromänderungen verursachen, was die Notwendigkeit einer Stromregelung (Treiber-IC oder Widerstand) betont, um ein thermisches Durchgehen zu vermeiden.

4.2 Relativer Lichtstrom vs. Durchlassstrom

Abbildung 1-8 zeigt, dass der Lichtstrom bis 350 mA nahezu linear mit dem Strom ansteigt und dann allmählich gesättigt wird. Bei 350 mA liegt der relative Lichtstrom bei ~100 %, während er bei 100 mA etwa 35 % beträgt. Diese lineare Beziehung vereinfacht die Dimmung mittels PWM oder analoger Stromsteuerung.

4.3 Sperrschichttemperatur vs. relativer Lichtstrom

Abbildung 1-9 zeigt einen negativen Temperaturkoeffizienten: Der relative Lichtstrom sinkt bei 125 °C Sperrschichttemperatur auf ~85 % (von 100 % bei 25 °C). Dieser ~15 %-Verlust muss bei der thermischen Auslegung berücksichtigt werden. Bei hohen Umgebungstemperaturen kann eine Stromreduzierung erforderlich sein.

4.4 Löttemperatur vs. Durchlassstrom-Derating

Abbildung 1-10 gibt den maximal zulässigen Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Lötstellentemperatur an. Bei 25 °C sind 420 mA erlaubt; bei 125 °C sind nur noch etwa 250 mA zulässig, um die Sperrschichttemperatur unter 150 °C zu halten. Diese Derating-Kurve ist für den sicheren Betrieb unerlässlich.

4.5 Spannungsverschiebung vs. Sperrschichttemperatur

Abbildung 1-11 zeigt, dass die Durchlassspannung mit der Temperatur mit einer Rate von etwa -2 mV/°C abnimmt. Bei 150 °C sinkt VF um ~0,25 V gegenüber dem Wert bei 25 °C. Dieser negative Temperaturkoeffizient hilft, den Strom in parallelen Arrays auszugleichen, erfordert jedoch in Präzisionsschaltungen eine Kompensation.

4.6 Abstrahlcharakteristik

Abbildung 1-12 zeigt eine lambertähnliche Emissionscharakteristik mit Halbwertsintensität bei ±60°, was den 120°-Abstrahlwinkel bestätigt. Diese breite Verteilung ist ideal für Automobilsignalleuchten, die eine weite Sichtbarkeit erfordern.

4.7 Farbortverschiebung vs. Temperatur und Strom

Die Abbildungen 1-13 und 1-14 zeigen kleine Verschiebungen der CIE-Koordinaten (ΔCx, ΔCy) mit Temperatur und Strom. Über den Bereich -40 °C bis 150 °C verschiebt sich ΔCx um etwa -0,02 und ΔCy um etwa +0,01. Bei Strom von 0 bis 400 mA liegen die Verschiebungen innerhalb von ±0,01. Diese Verschiebungen sind gering genug, um eine akzeptable Farbkonsistenz zu gewährleisten.

4.8 Spektrale Verteilung

Abbildung 1-15 zeigt ein typisches Weißlicht-LED-Spektrum mit einer blauen Spitze bei ~450 nm und einer breiten Leuchtstoffemission von 500-700 nm. Die Intensität der blauen Spitze beträgt etwa 0,4 relativ zur Leuchtstoffspitze. Dieses Spektrum ergibt einen hohen Farbwiedergabeindex, der für die Innenbeleuchtung im Automobilbereich geeignet ist, wo Farbunterscheidung wichtig ist.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Das LED-Gehäuse misst 3,00 mm (Länge) x 3,00 mm (Breite) x 0,55 mm (Höhe). Toleranzen betragen ±0,2 mm, sofern nicht anders angegeben. Die Bodenansicht zeigt zwei Anodenkontakte (2,60 mm x 0,65 mm und 0,50 mm x 0,65 mm) und zwei Kathodenkontakte (1,55 mm x 0,65 mm und 0,30 mm x 0,65 mm). Ein thermischer Kontakt (2,30 mm x 2,40 mm) dient der Wärmeableitung. Die Polaritätsmarkierung ist durch eine Eckkerbe gekennzeichnet.

5.2 Empfohlenes Lötmuster

Abbildung 1-5 zeigt ein empfohlenes PCB-Footprint: zwei große rechteckige Kontakte für Anode/Kathode (0,65 mm Breite) und einen großen zentralen thermischen Kontakt (2,30 mm x 2,40 mm). Eine geeignete Lötpastenschablone gewährleistet ausreichend Lötvolumen für die thermische und elektrische Verbindung.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Profil

Die LED ist für bleifreies Reflow-Löten geeignet. Schlüsselparameter: Aufheizrate ≤3 °C/s (Tsmax bis TP), Vorwärmen von 150 °C auf 200 °C für 60-120 s, Zeit über 217 °C (TL) max. 60 s, Spitzentemperatur 260 °C mit Zeit innerhalb von 5 °C der Spitze ≤30 s (tp ≤10 s). Abkühlrate ≤6 °C/s. Gesamtzeit von 25 °C bis Spitze ≤8 Minuten.

6.2 Vorsichtsmaßnahmen

• Nicht mehr als zwei Reflow-Zyklen durchführen. Wenn die Zeit zwischen den Zyklen 24 Stunden überschreitet, können die LEDs Feuchtigkeit aufnehmen und müssen gebacken werden.
• Vermeiden Sie mechanische Spannungen auf der Silikonoberfläche während des Erhitzens.
• Verwenden Sie keine verzogenen Leiterplatten; vermeiden Sie nach dem Löten das Biegen der Platine.
• Keine schnelle Abkühlung nach dem Reflow.
• Für Reparaturen verwenden Sie einen Doppelspitzen-Lötkolben; stellen Sie sicher, dass die LED nicht beschädigt wird.
• Die Silikonverkapselung ist weich; verwenden Sie geeignete Pick-and-Place-Düsenkraft.

6.3 Lagerbedingungen

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Verpackungsmenge

Standardverpackung: 4.000 Stück pro Rolle.

7.2 Abmessungen des Trägerbands

Geprägtes Trägerband: Breite 8,00±0,1 mm, Taschenabstand 4,00±0,1 mm, Dicke 0,20±0,05 mm. Taschenabmessungen: A0=3,30±0,1 mm, B0=3,50±0,1 mm, K0=0,90±0,1 mm. Abdeckbandbreite 5,30±0,1 mm. Rollenabmessungen: 180±1 mm (Flanschdurchmesser), 60±1 mm (Nabendurchmesser), 13,0±0,5 mm (Nabenloch).

7.3 Etiketteninformationen

Das Etikett enthält: Teile-Nr. (PART NO.), Spezifikations-Nr. (SPEC NO.), Chargen-Nr. (LOT NO.), Bin-Code (BIN CODE), Lichtstrom (Φ), Farbort-Bin (XY), Durchlassspannung (VF), Wellenlängencode (WLD), Menge (QTY) und Datum (DATE).

8. Anwendungsentwurfsempfehlungen

8.1 Wärmemanagement

Angesichts der maximalen Leistung von 1,428 W und des thermischen Widerstands von 14 °C/W ist eine ordnungsgemäße Kühlung zwingend erforderlich. Verwenden Sie eine große Kupferfläche auf der Leiterplatte, die mit dem thermischen Kontakt verbunden ist. Für Automobilanwendungen sollten Sie Metallkern-Leiterplatten (MCPCB) in Betracht ziehen, um die Wärme an das Gehäuse zu verteilen. Die Sperrschichttemperatur muss unter 150 °C bei ungünstigsten Umgebungsbedingungen (125 °C) gehalten werden.

8.2 Elektrischer Entwurf

Verwenden Sie immer Strombegrenzungswiderstände oder Konstantstromtreiber. Die steile I-V-Kennlinie bedeutet, dass ein Anstieg von 0,1 V den Strom um 15-20 % erhöhen kann, was zu einer Überlastung führen kann. Platzieren Sie einen Widerstand in Reihe zu jeder LED oder verwenden Sie einen dedizierten LED-Treiber mit thermischer Rückführung. Für gepulsten Betrieb (z. B. Blinkleuchten) stellen Sie sicher, dass der Spitzenstrom 700 mA nicht überschreitet und das Tastverhältnis ≤10 % beträgt.

8.3 Optischer Entwurf

Der 120°-Abstrahlwinkel ermöglicht eine breite Abdeckung. Für gebündelte Strahlen (z. B. Frontbeleuchtung) werden Sekundäroptiken wie Reflektoren oder TIR-Linsen benötigt. Das kompakte 3x3-mm-Gehäuse ist mit Standardoptiken kompatibel, die für 3030- oder 3535-LEDs ausgelegt sind.

8.4 Umweltaspekte

Für den Automobileinsatz muss die LED Vibrationen, Feuchtigkeit und Temperaturzyklen standhalten. Die AEC-Q102-Qualifikation gewährleistet Zuverlässigkeit, aber systemseitige Tests (z. B. Thermoschock, Salzsprühnebel) werden empfohlen. Vermeiden Sie die Exposition gegenüber schwefelhaltigen Verbindungen (>100 ppm) und Halogenen (Br+Cl<1500 ppm), um Korrosion der versilberten Anschlüsse und eine Verschlechterung des Leuchtstoffs zu verhindern.

9. Technologievergleich: EMC-Gehäuse vs. traditionelles PLCC

EMC-Gehäuse (Epoxid-Formmasse) bieten mehrere Vorteile gegenüber herkömmlichen PLCC-Gehäusen (Plastic Leaded Chip Carrier):

• Höhere Zuverlässigkeit:EMC hat eine bessere Haftung auf Leadframes und verringert das Risiko von Delamination.
• Besserer thermischer Widerstand:Niedrigere thermische Impedanz durch dünnere Formmasse.
• Höhere Temperaturbeständigkeit:Kann 260 °C Spitzenreflow ohne Rissbildung standhalten.
• Verbesserte optische Leistung:Weniger Lichtabsorption im Formmaterial.
• Geeignet für Automobilanwendungen:Bessere Passivierung gegen Feuchtigkeit und Verunreinigungen.

Allerdings sind EMC-Gehäuse in der Regel teurer als PLCC. Die RF-A3E31 verwendet EMC und ist daher ideal für Automobilanwendungen, bei denen langfristige Zuverlässigkeit entscheidend ist.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F1: Kann ich diese LED bei 350 mA ohne Kühlkörper kontinuierlich betreiben?

Bei 350 mA beträgt die Verlustleistung ~1,1 W. Ohne Kühlkörper könnte die Sperrschichttemperatur bei Raumtemperatur 150 °C überschreiten, was zu schneller Degradation führt. Für den Dauerbetrieb ist ein Kühlkörper oder eine MCPCB erforderlich.

F2: Was ist die typische Farbtemperatur?

Die Farbort-Bins (VM1-VM7) entsprechen kaltweiß mit etwa 5000-6500 K. Die genaue CCT hängt vom Bin ab.

F3: Ist diese LED mit 5-V-Logik kompatibel?

Die Durchlassspannung beträgt 2,8-3,4 V. Beim Betrieb mit 5 V ist ein Strombegrenzungswiderstand erforderlich. Beispiel: Bei VF=3 V und IF=350 mA, R = (5-3)/0,35 = 5,7 Ω (Standardwert 5,6 Ω). Beachten Sie die Widerstandsleistung (0,7 W).

F4: Wie viele LEDs können in Reihe geschaltet werden?

In Automobilsystemen mit 12-V-Versorgung typischerweise 3-4 LEDs in Reihe (12 V - Treiberabfall). Bei VF=3,2 V ergeben 3 in Reihe ~9,6 V, was Spielraum für den Treiber lässt.

F5: Benötigt die LED einen ESD-Schutz?

Obwohl sie für 8 kV HBM ausgelegt ist, wird für Automobilanwendungen ein zusätzlicher ESD-Schutz auf der Platine (z. B. TVS-Diode) empfohlen, um die Robustheit gegen transiente Spannungen zu gewährleisten.

11. Anwendungsfallstudie: Tagfahrlicht (DRL)

Ein typisches DRL-Modul verwendet mehrere weiße LEDs, die von einem Konstantstromtreiber versorgt werden. Die RF-A3E31-W60H-B3 kann mit ihrem weiten Abstrahlwinkel und hohen Lichtstrom in einem linearen Array von 6-8 LEDs eingesetzt werden. Jede LED wird mit 350 mA betrieben und erzeugt insgesamt ~800-1200 Lumen. Die LEDs sind auf einer MCPCB mit thermischer Schnittstelle zum Aluminiumgehäuse montiert. Ein einfacher Buck- oder Linear-Treiber (z. B. TPS92518) regelt den Strom. Der weite Abstrahlwinkel gewährleistet die Einhaltung der ECE-R87-Vorschriften für die photometrische Verteilung von DRL. Die AEC-Q102-Qualifikation gibt Vertrauen in den Umgebungstemperaturbereich von -40 °C bis 85 °C.

12. Funktionsprinzip

Die weiße LED arbeitet nach dem Prinzip der Leuchtstoffkonversion. Ein blauer InGaN/GaN-LED-Chip emittiert blaues Licht bei etwa 450 nm. Dieses blaue Licht durchläuft einen gelb emittierenden Leuchtstoff (typischerweise YAG:Ce), der einen Teil des blauen Lichts absorbiert und in einem breiten gelb-grünen Spektrum (500-700 nm) wieder abstrahlt. Die Kombination aus durchgelassenem blauen und leuchtstoffkonvertiertem gelben Licht ergibt weißes Licht. Die genaue spektrale Verteilung bestimmt die korrelierte Farbtemperatur (CCT) und den Farbwiedergabeindex (CRI). Der Leuchtstoff wird mit Silikon gemischt und während der Herstellung über den Chip dosiert. Temperaturänderungen beeinflussen sowohl die Effizienz des LED-Chips als auch die Quanteneffizienz des Leuchtstoffs, was zu geringfügigen Farbverschiebungen führt, wie in den Leistungskurven gezeigt.

13. Entwicklungstrends in der Automobil-LED-Beleuchtung

Der Automobil-LED-Markt bewegt sich in Richtung höherer Effizienz, kleinerer Gehäuse und verstärkter Integration. Wichtige Trends:

• Micro-LED-Arraysfür adaptives Fernlicht (ADB) mit pixelgenauer Steuerung.
• Hochluminanz-LEDsmit über 200 lm/mm² für laserähnliche Helligkeit.
• Intelligente LED-Modulemit integrierten Treibern und Kommunikation (LIN, CAN).
• Reduzierter thermischer Widerstanddurch neue Substratmaterialien (z. B. AlN, SiC).
• Verbesserte Zuverlässigkeitdurch fortschrittliche Verkapselung (Silikon, Hybrid).
• Human-centric Lightingmit einstellbarer CCT für Innenraumkomfort.

Die RF-A3E31 ist mit ihrem EMC-Gehäuse und der AEC-Q102-Zertifizierung gut für die aktuelle Generation der Außenbeleuchtung im Automobilbereich positioniert. Zukünftige Entwicklungen könnten noch kleinere Footprints (z. B. 2016, 1616) und höhere Lichtströme für Matrix-Scheinwerfer erfordern.