Weiße PLCC-2 LED Datenblatt - Abmessungen 2,20x1,40x1,30mm - Spannung 3,0V - Leistung 0,06W

1. Produktübersicht

1.1 Allgemeine Beschreibung

Diese Komponente ist eine weiße Leuchtdiode (LED) in einem PLCC-2-Gehäuse (Plastic Leaded Chip Carrier). Das Bauteil wird mit einem blauen Halbleiterchip hergestellt, der mit einer Phosphorbeschichtung kombiniert wird, um weißes Licht zu erzeugen. Das kompakte Oberflächenmontage-Gehäuse misst 2,20 mm in der Länge, 1,40 mm in der Breite und 1,30 mm in der Höhe, was es für anspruchsvolle Platzverhältnisse geeignet macht.

1.2 Merkmale

• Gehäuse:PLCC-2 Bauform.
• Abstrahlwinkel:Äußerst weiter Abstrahlwinkel, typisch 120 Grad.
• Montagekompatibilität:Entworfen für alle standardmäßigen Oberflächenmontage (SMT)-Bestückungs- und Lötprozesse.
• Verpackung:Erhältlich auf Trägerband und Rolle für automatisierte Bestückung.
• Feuchtigkeitsempfindlichkeit:Eingestuft als Moisture Sensitivity Level (MSL) 2.
• Umweltkonformität:Konform mit RoHS (Beschränkung gefährlicher Stoffe) und REACH (Registrierung, Bewertung, Zulassung und Beschränkung von Chemikalien) Vorschriften.
• Qualifikationen:Die Produktqualifikationsprüfung basiert auf dem AEC-Q101-Standard für die Belastungsprüfung von automotiven diskreten Halbleitern.

1.3 Anwendung

Die primäre Anwendung für diese LED liegt inAutomobil-Innenraumbeleuchtung. Dazu zählen Anwendungen wie Armaturenbrett-Hintergrundbeleuchtung, Schalterbeleuchtung, Ambientebeleuchtung und Anzeigeleuchten im Fahrzeuginnenraum.

2. Detaillierte Technische Parameter

2.1 Elektrische und Optische Kenngrößen

Alle Parameter sind bei einer Lötstellentemperatur (Ts) von 25°C spezifiziert. Dies ist ein kritischer Referenzpunkt für Designberechnungen.

• Durchlassspannung (V_F):Der typische Spannungsabfall über der LED bei einem Durchlassstrom (I_F) von 20mA beträgt 3,0 Volt. Die minimalen und maximalen Grenzwerte für die Produktion sind 2,7V bzw. 3,3V. Die Messtoleranz beträgt ±0,1V.
• Sperrstrom (I_R):Der maximale Leckstrom bei einer Sperrspannung (V_R) von 5V beträgt 10 µA.
• Lichtstärke (I_V):Die typische Lichtausbeute bei I_F=20mA beträgt 1200 Millicandela (mcd), mit einem Bereich von 800 mcd (min) bis 1500 mcd (max). Die Messtoleranz beträgt ±10%.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):Definiert als der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke die Hälfte der Spitzenintensität beträgt. Der typische Wert ist 120 Grad, was ein sehr breites und gleichmäßiges Beleuchtungsmuster ermöglicht.
• Wärmewiderstand (R_θJ-S):Der Wärmewiderstand von der LED-Sperrschicht zur Lötstelle beträgt maximal 300 °C/W. Dieser Parameter ist entscheidend für das Wärmemanagement-Design, um Überhitzung zu vermeiden.

2.2 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Grenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb unter diesen Bedingungen wird nicht empfohlen.

• Verlustleistung (P_D):Maximal 99 mW.
• Dauer-Durchlassstrom (I_F):Maximal 30 mA.
• Spitzen-Durchlassstrom (I_FP):Maximal 100 mA, spezifiziert unter einem 1/10-Tastverhältnis mit einer 10ms-Pulsbreite.
• Sperrspannung (V_R):Maximal 5 V.
• Elektrostatische Entladung (ESD):Bewertung nach Human Body Model (HBM) von 8000V.
• Betriebs- & Lagertemperatur (T_OPR, T_STG):-40°C bis +100°C.
• Maximale Sperrschichttemperatur (T_J):120°C. Dies ist die höchste zulässige Temperatur an der Halbleitersperrschicht selbst.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um Konsistenz in der Massenproduktion zu gewährleisten, werden LEDs anhand wichtiger elektrischer und optischer Parameter bei I_F= 20mA in Bins sortiert.

3.1 Durchlassspannung (V_F) Binning

LEDs werden in Bins gruppiert, die als F2, G1, G2, H1, H2 und I1 bezeichnet werden und spezifischen Spannungsbereichen von 2,7-2,8V bis 3,2-3,3V entsprechen. Dies ermöglicht Designern, Bauteile mit engeren Spannungstoleranzen für ihre spezifischen Schaltungsanforderungen auszuwählen.

3.2 Lichtstärke (I_V) Binning

Die Lichtausbeute wird in drei Kategorien eingeteilt: L1 (800-1000 mcd), L2 (1000-1200 mcd) und M1 (1200-1500 mcd). Dieses Binning gewährleistet Helligkeitsgleichmäßigkeit innerhalb einer Baugruppe.

3.3 Farbort-Binning

Der Weißpunkt wird innerhalb spezifischer Regionen im CIE-1931-Farbraumdiagramm definiert. Das Datenblatt definiert drei Bins (TC1, TC2, TC3), wobei jeder ein viereckiger Bereich ist, der den akzeptablen Bereich der x- und y-Farbkoordinaten spezifiziert. Die Toleranz für diese Koordinaten beträgt ±0,005. Dies kontrolliert den Farbton und die Sättigung des weißen Lichts und gewährleistet ein konsistentes weißes Erscheinungsbild über mehrere LEDs hinweg.

4. Analyse der Leistungskurven

4.1 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (IV-Kurve)

Die charakteristische Kurve zeigt eine nichtlineare Beziehung. Die Durchlassspannung steigt mit dem Strom, beginnend bei etwa 2,5V bei sehr niedrigen Strömen und steigend auf etwa 3,2V beim maximalen Dauerstrom von 30mA. Diese Kurve ist essenziell für das Treiberdesign, insbesondere für Konstantstromtreiber, um die erforderliche Aussteuerspannung zu verstehen.

4.2 Durchlassstrom vs. Relative Lichtstärke

Diese Kurve zeigt, dass die Lichtausbeute im Betriebsbereich etwa proportional zum Strom ist. Sie ist jedoch nicht perfekt linear, und der Wirkungsgrad (Lichtausbeute pro elektrischer Leistung) nimmt typischerweise bei sehr hohen Strömen aufgrund erhöhter Wärmeentwicklung ab. Die Kurve bestätigt, dass 20mA ein Standardarbeitspunkt ist, der guten Wirkungsgrad und Ausbeute bietet.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Das PLCC-2-Gehäuse hat eine Baugröße von 2,20mm (L) × 1,40mm (B) × 1,30mm (H). Alle Maßtoleranzen betragen ±0,20mm, sofern in der Zeichnung nicht anders angegeben. Das Gehäuse umfasst eine geformte Linse, die den weiten 120-Grad-Abstrahlwinkel erzeugt.

5.2 Polaritätskennzeichnung und Lötflächenmuster

Die Kathode (Minuspol) ist durch eine markante Markierung auf dem Gehäuse gekennzeichnet, typischerweise einen grünen Punkt, eine Kerbe oder eine abgeschrägte Ecke, wie im Diagramm gezeigt. Ein empfohlenes Lötflächenmuster (Footprint) wird für das PCB-Layout bereitgestellt. Dieses Muster ist entworfen, um zuverlässige Lötstellen und korrekte Ausrichtung während des Reflow-Lötens zu gewährleisten.

6. SMT-Reflow-Löt- und Handhabungsrichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil

Als MSL-Level-2-Komponente muss diese LED innerhalb von 168 Stunden (1 Woche) nach Öffnen einer feuchtigkeitsempfindlichen Verpackung unter Werksbedingungen (<30°C/60% RL) gelötet werden. Ein Standard-Bleifrei (SAC305)-Reflow-Profil ist geeignet. Wichtige Parameter umfassen eine Vorwärmrampe, eine Einweichzone zur Aktivierung des Flussmittels, eine Spitzentemperatur typischerweise nicht über 260°C und eine kontrollierte Abkühlphase. Die spezifische Zeit über der Liquidustemperatur (z.B. 217°C) sollte kontrolliert werden, um thermische Belastung der Komponente zu minimieren.

6.2 Handhabungs- und Lagerungsvorsichtsmaßnahmen

• ESD-Schutz:Obwohl das Bauteil eine hohe ESD-Festigkeit (8000V HBM) aufweist, müssen während der Handhabung standardmäßige ESD-Vorsichtsmaßnahmen (Armbänder, leitfähige Matten, Ionisatoren) befolgt werden, um latente Schäden zu vermeiden.
• Wärmemanagement im Betrieb:Der maximale Betriebsstrom sollte nach Messung der tatsächlichen Gehäusetemperatur in der Anwendung bestimmt werden. Die Sperrschichttemperatur (T_J) darf ihren absoluten Maximalwert von 120°C nicht überschreiten. Designer müssen den Wärmewiderstand berücksichtigen und ausreichende Wärmeableitung über die PCB-Lötflächen und Leiterbahnen sicherstellen.
• Reinigung:Wenn nach dem Löten eine Reinigung erforderlich ist, verwenden Sie Methoden und Lösungsmittel, die mit dem Kunststoffgehäusematerial kompatibel sind, um Beschädigungen oder Verfärbungen der Linse zu vermeiden.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Trägerband- und Rollenspezifikationen

Die Komponenten werden auf geprägter Trägerband auf Rollen geliefert. Das Datenblatt liefert präzise Abmessungen für die Trägerbandtaschen, Bandbreite, Teilung und Rolldurchmesser. Diese Information ist entscheidend für die Programmierung automatisierter Bestückungsmaschinen.

7.2 Zuverlässigkeitstests

Das Produkt durchläuft eine Reihe von Zuverlässigkeitstests basierend auf AEC-Q101-Richtlinien. Diese Tests können umfassen (sind aber nicht beschränkt auf): High Temperature Operating Life (HTOL), Temperature Cycling (TC), High Temperature High Humidity Reverse Bias (H3TRB) und andere Belastungstests, um die Leistung unter Automotive-Bedingungen zu validieren.

8. Anwendungsdesign-Vorschläge

8.1 Typische Anwendung: Automobil-Innenraumbeleuchtung

Für Armaturenbrettbeleuchtung ist der weite Abstrahlwinkel vorteilhaft, um gleichmäßige Lichtverteilung über große Panels oder Symbole zu gewährleisten. Ein Konstantstromtreiber wird gegenüber einer Konstantspannungs-/Widerstandskombination dringend empfohlen, um stabile Lichtausbeute unabhängig von geringen Schwankungen in Durchlassspannung oder Temperatur zu gewährleisten. Der Treiber sollte so ausgelegt sein, dass er den Strom auf ein sicheres Niveau begrenzt, typischerweise 20-30mA, basierend auf thermischen Überlegungen.

8.2 Designüberlegungen

• Strombegrenzung:Immer einen Vorwiderstand oder vorzugsweise einen aktiven Konstantstromtreiber verwenden.
• Wärmepfad:Maximieren Sie die Kupferfläche, die mit den thermischen Lötflächen der LED auf der PCB verbunden ist, um als Kühlkörper zu dienen.
• Optisches Design:Berücksichtigen Sie das 120-Grad-Abstrahlmuster bei der Gestaltung von Lichtleitern, Diffusoren oder Linsen, um den gewünschten Beleuchtungseffekt zu erreichen.

9. Technischer Vergleich und Vorteile

Im Vergleich zu generischen nicht-automotive-gerechten LEDs bietet diese Komponente entscheidende Unterschiede:

• Automotive-Qualifikation (AEC-Q101):Dies ist ein primärer Vorteil und zeigt, dass das Bauteil getestet ist, um den rauen Umweltbedingungen (Temperatur-Extreme, Vibration, Feuchtigkeit) in Automotive-Anwendungen standzuhalten.
• Kontrolliertes Binning:Detailliertes Durchlassspannungs- und Lichtstärke-Binning bietet vorhersehbare Leistung, entscheidend für Anwendungen, die visuelle Konsistenz erfordern.
• Weiter Abstrahlwinkel:Der 120-Grad-Winkel ist vorteilhaft für Anwendungen, die breite, gleichmäßige Beleuchtung ohne sekundäre Optik erfordern.
• Robustes Gehäuse:Das PLCC-2-Gehäuse bietet gute mechanische Stabilität und eine zuverlässige Lötflächengeometrie.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

10.1 Welche Treiberspannung wird für diese LED benötigt?

Der Treiber muss eine Spannung liefern, die höher ist als die maximale Durchlassspannung der LED-Reihe unter ungünstigsten Bedingungen. Für eine einzelne LED wird eine Versorgung von mindestens 3,5V empfohlen, um den maximalen V_F-Wert von 3,3V und eine gewisse Reserve zu berücksichtigen.

10.2 Kann ich diese LED mit einer 5V-Versorgung und einem Widerstand betreiben?

Ja, erfordert jedoch sorgfältige Berechnung. Beispielsweise bei einem Ziel von 20mA mit einem typischen V_F-Wert von 3,0V von einer 5V-Versorgung: R = (5V - 3,0V) / 0,020A = 100Ω. Die Widerstandsleistung wäre P = I^2 * R = (0,02^2)*100 = 0,04W, daher ist ein 1/8W- oder 1/10W-Widerstand ausreichend. Allerdings ist der Wirkungsgrad niedrig (~60%), und die Lichtausbeute variiert mit dem V_F-Bin und Schwankungen der Versorgungsspannung.

10.3 Wie viele LEDs kann ich in Reihe schalten?

Die Anzahl hängt von der Aussteuerspannung Ihres Treibers ab. Für einen 12V-Treiber, unter Berücksichtigung einer gewissen Reserve: N = (12V - Reserve) / Max V_F. Mit 2V Reserve und 3,3V max: (12-2)/3,3 ≈ 3 LEDs in Reihe. Immer das Treiberdatenblatt prüfen.

11. Praktische Design-Fallstudie

11.1 Design einer Automotive-Klimasteuerung-Hintergrundbeleuchtung

Szenario:Beleuchtung von vier Tastsymbolen auf einem Klimasteuerungspanel. Gleichmäßige Helligkeit und Farbe sind kritisch.

Designschritte:

1. Wählen Sie LEDs aus demselben Lichtstärke-Bin (z.B. L2: 1000-1200mcd) und Farbort-Bin (z.B. TC2), um Konsistenz zu gewährleisten.

2. Entwerfen Sie eine einfache Konstantstromtreiberschaltung mit einem dedizierten LED-Treiber-IC, der eine Gesamtausgabe von 80mA (4 LEDs × 20mA) ermöglicht.

3. Platzieren Sie die LEDs auf der PCB mit ihren Zentren unter den diffusen Bereichen der Tastsymbole ausgerichtet.

4. Verwenden Sie eine weiße Lötstopplackschicht auf der PCB um die LEDs, um Licht nach oben zu reflektieren und den Wirkungsgrad zu verbessern.

5. Stellen Sie sicher, dass die PCB ausreichende thermische Kupferflächen hat, die mit den LED-Lötflächen verbunden sind, da der geschlossene Raum die Luftzirkulation einschränken könnte.

Dieser Ansatz gewährleistet zuverlässige, gleichmäßige und langlebige Beleuchtung.

12. Einführung in das Technologieprinzip

Dies ist eine phosphorkonvertierte weiße LED. Die fundamentale Lichtquelle ist ein Indium-Gallium-Nitrid (InGaN)-Halbleiterchip, der bei Durchlassbetrieb blaues Licht emittiert. Dieses blaue Licht trifft auf eine Schicht aus Cer-dotiertem Yttrium-Aluminium-Granat (YAG:Ce)-Phosphor, der auf oder nahe dem Chip aufgebracht ist. Der Phosphor absorbiert einen Teil der blauen Photonen und emittiert sie als gelbes Licht neu. Die Kombination des verbleibenden blauen Lichts und des konvertierten gelben Lichts wird vom menschlichen Auge als weißes Licht wahrgenommen. Der genaue Weißton (kalt, neutral, warm) wird durch das Verhältnis von blauem zu gelbem Licht bestimmt, das durch die Phosphorzusammensetzung und -dicke kontrolliert wird.

13. Technologietrends

Der Trend bei solchen SMD-LEDs für Automotive und Allgemeinbeleuchtung geht in Richtung:

Höherer Wirkungsgrad (lm/W):Verbesserung der Lichtausbeute pro elektrischer Watt, Reduzierung des Energieverbrauchs und der thermischen Belastung.

Verbesserte Farbwiedergabe (CRI):Verwendung von Multi-Phosphor-Mischungen, um Licht zu erzeugen, das Farben genauer wiedergibt, wichtig für Innenraum-Ambientebeleuchtung.

Engere Farbkonsistenz:Fortschritte in der Phosphor-Applikation und Binning-Prozessen führen zu LEDs mit sehr geringen Schwankungen in den Farbkoordinaten.

Erhöhte Leistungsdichte:Entwicklung von Gehäusen, die höhere Treiberströme im selben oder kleineren Bauraum bewältigen können, ermöglicht durch bessere Wärmemanagement-Materialien und -Designs.

Integration:Einbeziehung mehrerer LED-Chips oder Treiberkomponenten in ein einziges Gehäusemodul.