T20 Serie 2016 Weiße LED Datenblatt - Abmessungen 2,0x1,6x0,75mm - Spannung 2,9-3,2V - Leistung 0,48W - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die T20 Serie 2016 ist eine kompakte, leistungsstarke weiße Leuchtdiode (LED) für allgemeine und architektonische Beleuchtungsanwendungen. Diese Top-View-LED nutzt ein thermisch optimiertes Gehäusedesign, um einen zuverlässigen Betrieb und eine lange Lebensdauer unter anspruchsvollen Bedingungen zu gewährleisten. Ihre Hauptvorteile sind ein hoher Lichtstrom, eine exzellente Stromtragfähigkeit und ein großer Abstrahlwinkel von 120 Grad. Damit eignet sie sich für eine Vielzahl von Beleuchtungsaufgaben, bei denen konstantes, helles und effizientes Licht erforderlich ist.

Der Zielmarkt für dieses Bauteil umfasst Hersteller von Innenraumleuchten, Retrofit-Lampen und dekorativen Beleuchtungssystemen. Ihr geringer Platzbedarf und die robusten Leistungsmerkmale machen sie zur idealen Wahl für platzbeschränkte Designs, die keine Kompromisse bei Lichtqualität oder -ausbeute eingehen.

2. Detaillierte technische Parameter

2.1 Elektro-optische Eigenschaften

Unter Standardtestbedingungen (Durchlassstrom IF = 60mA, Sperrschichttemperatur Tj = 25°C) weist die LED folgende Hauptleistungskennwerte auf. Die typische Durchlassspannung (VF) beträgt 2,9V, maximal 3,2V. Der Lichtstrom variiert mit der korrelierten Farbtemperatur (CCT):

• 2700K (Ra80): Minimum 22 lm, Typisch 24,5 lm
• 3000K (Ra80): Minimum 24 lm, Typisch 25,5 lm
• 4000K-6500K (Ra80): Minimum 24 lm, Typisch 27,0 lm

Die Toleranzen betragen ±7% für den Lichtstrom und ±2 für den Farbwiedergabeindex (Ra). Der dominante Halbwertswinkel (2θ1/2) beträgt 120 Grad und sorgt für eine breite, gleichmäßige Lichtverteilung.

2.2 Elektrische und thermische Parameter

Die absoluten Maximalwerte definieren die Betriebsgrenzen. Der maximale Dauer-Durchlassstrom (IF) beträgt 150 mA, der Puls-Durchlassstrom (IFP) 225 mA unter spezifischen Bedingungen (Pulsbreite ≤ 100µs, Tastverhältnis ≤ 1/10). Die maximale Verlustleistung (PD) beträgt 480 mW. Das Bauteil kann in Umgebungstemperaturen von -40°C bis +105°C betrieben werden und hält eine maximale Sperrschichttemperatur (Tj) von 120°C aus.

Der thermische Widerstand von der Sperrschicht zum Lötpunkt (Rth j-sp) beträgt typischerweise 38 °C/W, wenn die LED auf einer MCPCB bei IF=60mA betrieben wird. Dieser Parameter ist entscheidend für das Wärmemanagement-Design, um Überhitzung zu verhindern und die Langlebigkeit sicherzustellen.

3. Erklärung des Binning-Systems

3.1 Lichtstrom- und Farbtemperatur-Binning

Die LEDs werden basierend auf Lichtstrom und korrelierter Farbtemperatur (CCT) in Bins sortiert, um Farb- und Helligkeitskonsistenz innerhalb einer Anwendung zu gewährleisten. Beispiel für eine 4000K-LED mit Ra80-82:

• Code 1H: Lichtstrom zwischen 24 lm (Min) und 26 lm (Max).
• Code 1J: Lichtstrom zwischen 26 lm (Min) und 28 lm (Max).
• Code 1K: Lichtstrom zwischen 28 lm (Min) und 30 lm (Max).

Ähnliche Bins existieren für andere CCTs (2700K, 3000K, 5000K, 5700K, 6500K).

3.2 Durchlassspannungs-Binning

Zur Unterstützung des Schaltungsdesigns für einen konstanten Stromantrieb werden LEDs auch nach ihrer Durchlassspannung (VF) bei IF=60mA sortiert:

• Code G3: VF zwischen 2,6V und 2,8V.
• Code H3: VF zwischen 2,8V und 3,0V.
• Code J3: VF zwischen 3,0V und 3,2V.

Die Messtoleranz für VF beträgt ±0,1V.

3.3 Farbort-Binning

Die Farbkonsistenz wird streng mittels eines 5-Schritt-MacAdam-Ellipsen-Systems im CIE-Farbdiagramm kontrolliert. Jede CCT (z.B. 27M5 für 2700K, 40M5 für 4000K) hat definierte Mittelpunktskoordinaten (x, y) und Ellipsenparameter (a, b, Φ). Dies gewährleistet minimale wahrnehmbare Farbvariationen zwischen LEDs desselben Bins. Der Energy-Star-Binning-Standard wird auf alle Produkte im Bereich von 2600K bis 7000K angewendet.

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere Diagramme, die das Verhalten unter variierenden Bedingungen charakterisieren. Diese sind wesentlich für die Vorhersage des realen Betriebsverhaltens.

• Durchlassstrom vs. relative Lichtstärke: Zeigt, wie die Lichtausbeute mit dem Treiberstrom skaliert. Dies ist entscheidend für die Bestimmung des optimalen Arbeitspunkts für Effizienz und Helligkeit.
• Durchlassstrom vs. Durchlassspannung: Veranschaulicht die IV-Kennlinie, wichtig für das Treiberdesign und die Leistungsberechnung.
• Umgebungstemperatur vs. relativer Lichtstrom: Zeigt die Reduzierung der Lichtausbeute bei steigender Temperatur und unterstreicht die Notwendigkeit eines effektiven Wärmemanagements.
• Umgebungstemperatur vs. relative Durchlassspannung: Zeigt, wie VF mit steigender Temperatur abnimmt, ein Faktor für die Stabilität von Konstantstromtreibern.
• Farbortkoordinaten vs. Umgebungstemperatur: Zeigt eventuelle Verschiebungen des Farbpunkts mit der Temperatur, wichtig für farbkritische Anwendungen.
• Zulässiger Durchlassstrom-Derating-Verlauf: Definiert den maximal sicheren Betriebsstrom in Abhängigkeit von der Umgebungs- oder Lötpunkttemperatur und verhindert thermisches Durchgehen.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die LED hat eine kompakte 2016-Gehäusegröße: Länge 2,0 mm, Breite 1,6 mm und Höhe 0,75 mm (typisch). Das Lötpad-Layout ist für eine stabile Montage und effiziente Wärmeübertragung ausgelegt. Die Polarität ist klar gekennzeichnet: Die Kathode ist in der Gehäuseuntersicht angegeben. Alle Abmessungen haben eine Toleranz von ±0,1 mm, sofern nicht anders angegeben.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil

Das Bauteil ist mit bleifreien Reflow-Lötprozessen kompatibel. Die empfohlenen Profilparameter sind:

• Vorwärmen: Von 150°C auf 200°C über 60-120 Sekunden.
• Aufheizrate (zum Peak): Maximal 3°C/Sekunde.
• Zeit oberhalb der Liquidustemperatur (TL=217°C): 60-150 Sekunden.
• Maximale Bauteilkörpertemperatur (Tp): Maximal 260°C.
• Zeit innerhalb 5°C von Tp: Maximal 30 Sekunden.
• Abkühlrate: Maximal 6°C/Sekunde.
• Gesamtzeit von 25°C zur Peak-Temperatur: Maximal 8 Minuten.

Die Einhaltung dieses Profils ist entscheidend, um thermische Schäden am LED-Chip oder Gehäuse zu verhindern.

7. Artikelnummernsystem

Die Artikelnummer folgt dem Format: T □□ □□ □ □ □ □ – □ □□ □□ □. Wichtige Elemente sind:

• Typschlüssel: "20" kennzeichnet das 2016-Gehäuse.
• Farbtemperaturschlüssel: z.B. "27" für 2700K, "40" für 4000K.
• Farbwiedergabeschlüssel: "8" für Ra80.
• Chip-Konfiguration: Codes für Anzahl serieller und paralleler Chips.
• Farbschlüssel: "M" für ANSI-Standardweiß.

Dieses System ermöglicht eine präzise Identifikation der elektrischen und optischen Eigenschaften der LED.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

Diese LED eignet sich gut für:

• Innenraumbeleuchtung: Einbauleuchten, Panel-Leuchten und Leuchtentröger, die effizientes, hochwertiges Weißlicht benötigen.
• Retrofit-Lampen: Direkter Ersatz für traditionelle Glüh- oder Halogenlampen in bestehenden Leuchten.
• Allgemeinbeleuchtung: Arbeitsplatzbeleuchtung, Akzentbeleuchtung und Flächenbeleuchtung.
• Architektur-/Dekorationsbeleuchtung: Indirekte Beleuchtung, Schilderrückbeleuchtung und andere ästhetische Anwendungen, bei denen konstante Farbe und Helligkeit wichtig sind.

8.2 Designüberlegungen

• Wärmemanagement: Angesichts des typischen Rth j-sp von 38 °C/W ist eine ordnungsgemäße Wärmeableitung essentiell. Verwenden Sie eine MCPCB mit ausreichenden Wärmedurchgangslöchern und berücksichtigen Sie die Umgebungsbedingungen, um die Sperrschichttemperatur unter 120°C zu halten.
• Stromversorgung:** Verwenden Sie stets einen Konstantstromtreiber, der zum Durchlassspannungs-Bin und dem gewünschten Betriebsstrom (max. 150mA Dauer) passt. Überschreiten Sie nicht die absoluten Maximalwerte.
• ESD-Schutz: Das Bauteil hat eine ESD-Festigkeit von 1000V (HBM). Implementieren Sie während der Handhabung und Montage Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen.
• Optisches Design: Der 120-Grad-Abstrahlwinkel sorgt für eine breite Streuung. Für fokussierte Lichtbündel sind Sekundäroptiken (Linsen) erforderlich.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu Standard-LEDs in ähnlichen Gehäusen bietet die T20 Serie 2016 mehrere Vorteile:

• Thermisch optimiertes Gehäuse: Das Design verbessert die Wärmeableitung von der Sperrschicht, was im Vergleich zu nicht optimierten Gehäusen höhere Treiberströme oder eine längere Lebensdauer bei Standardströmen ermöglicht.
• Hohe Stromtragfähigkeit: Ein maximaler Dauerstrom von 150mA ermöglicht eine höhere Lichtausbeute von einem einzelnen, platzsparenden Bauteil.
• Strenges Binning: Die Verwendung von 5-Schritt-MacAdam-Ellipsen und detaillierten Lichtstrom-/Spannungs-Bins gewährleistet eine überlegene Farb- und Helligkeitsgleichmäßigkeit in Multi-LED-Anwendungen und reduziert den Bedarf an manueller Sortierung oder Kalibrierung.
• Robuste Reflow-Kompatibilität: Hält standardmäßigen bleifreien Reflow-Profilen mit Spitzentemperaturen bis 260°C stand und ist damit für automatisierte, hochvolumige SMT-Montagelinien geeignet.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Was ist der Unterschied zwischen den Werten "Typisch" und "Minimum" für den Lichtstrom?
A: Der "Typisch"-Wert repräsentiert den Durchschnittswert aus der Produktion. Der "Minimum"-Wert ist die garantierte Untergrenze für das spezifizierte Bin. Entwickler sollten den Minimalwert für Worst-Case-Berechnungen verwenden, um sicherzustellen, dass ihre Anwendung die Helligkeitsanforderungen erfüllt.

F: Wie beeinflusst die Umgebungstemperatur die Leistung?
A: Wie in den Derating-Kurven gezeigt, reduziert eine steigende Umgebungstemperatur die Lichtausbeute (Lichtstrom) und verringert leicht die Durchlassspannung. Das Überschreiten der maximalen Sperrschichttemperatur kann zu beschleunigtem Leistungsabfall oder Ausfall führen. Eine ordnungsgemäße Wärmeableitung ist entscheidend.

F: Kann ich diese LED mit einer Konstantspannungsquelle betreiben?
A: Dies wird nicht empfohlen. LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Ihre Durchlassspannung weist Toleranzen auf und variiert mit der Temperatur. Eine Konstantspannungsquelle könnte zu übermäßigem Strom führen und die LED beschädigen. Verwenden Sie stets einen Konstantstromtreiber oder eine strombegrenzende Schaltung.

F: Was bedeutet "5-Schritt-MacAdam-Ellipse" für die Farbkonsistenz?
A: Eine MacAdam-Ellipse definiert einen Bereich im Farbdiagramm, in dem Farbunterschiede für das durchschnittliche menschliche Auge nicht wahrnehmbar sind. Eine "5-Schritt"-Ellipse ist ein gängiger Industriestandard für eine enge Farbkontrolle. LEDs innerhalb derselben 5-Schritt-Ellipse erscheinen unter normalen Betrachtungsbedingungen in identischem Weiß.

11. Praktisches Design- und Anwendungsbeispiel

Beispiel: Design einer 4000K LED-Panel-Leuchte
Ein Entwickler entwirft eine 600x600mm Flachpanel-Leuchte für den Büroeinsatz mit einer Zielbeleuchtungsstärke von 500 Lux. Unter Verwendung der T20 Serie 2016 LED in 4000K (Bin 1J, 26-28 lm) berechnet er die benötigte Anzahl LEDs basierend auf dem minimalen Lichtstrom (26 lm), der optischen Effizienz des Lichtleiters/Diffusorsystems (z.B. 70%) und dem gewünschten Gesamtlichtstrom. Er wählt einen Konstantstromtreiber, der 60mA pro LED-String liefert. Das PCB-Layout beinhaltet ausreichend große Kupferflächen für die Wärmeableitung gemäß dem empfohlenen Lötmuster. Durch die Sicherstellung, dass alle LEDs aus demselben CCT- und Lichtstrom-Bin (z.B. 1J) stammen, erreicht er eine gleichmäßige Helligkeit und Farbe über das gesamte Panel hinweg, ohne sichtbare Hotspots oder Farbverschiebungen.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Eine weiße LED besteht typischerweise aus einem Halbleiterchip, der bei Stromfluss blaues Licht emittiert (Elektrolumineszenz). Dieses blaue Licht trifft dann auf eine Phosphorschicht, die auf oder um den Chip aufgebracht ist. Der Phosphor absorbiert einen Teil des blauen Lichts und emittiert es als gelbes Licht wieder. Die Kombination aus dem verbleibenden blauen Licht und dem konvertierten gelben Licht wird vom menschlichen Auge als weißes Licht wahrgenommen. Der genaue Weißton (CCT) wird durch die Zusammensetzung und Dicke der Phosphorschicht bestimmt. Der Farbwiedergabeindex (Ra) gibt an, wie genau das LED-Licht die wahren Farben von Objekten im Vergleich zu einer natürlichen Lichtquelle wiedergibt.

13. Technologietrends

Die LED-Industrie entwickelt sich weiterhin hin zu höherer Effizienz (mehr Lumen pro Watt), verbesserter Farbwiedergabe (höhere Ra- und R9-Werte für Rottöne) und besserer Farbkonsistenz (engeres Binning). Es gibt auch einen Trend zur Miniaturisierung von Gehäusen bei gleichbleibender oder steigender Lichtausbeute, wie bei diesem 2016-Gehäuse zu sehen. Darüber hinaus sind Zuverlässigkeit und Langlebigkeit unter Hochtemperaturbetrieb zentrale Schwerpunkte, die Fortschritte bei Gehäusematerialien, thermischen Schnittstellen und Phosphortechnologie vorantreiben. Die Kompatibilität mit standardmäßigen automatisierten Montageprozessen bleibt eine grundlegende Voraussetzung für die breite Akzeptanz in der Beleuchtungsfertigung.