PLCC-2 Gelbe LED Datenblatt - 120° Abstrahlwinkel - 2,0V typ. - 1120mcd @20mA - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt die Spezifikationen einer leistungsstarken, gelben Oberflächenmontage-LED im PLCC-2-Gehäuse (Plastic Leaded Chip Carrier). Das Bauteil ist für Zuverlässigkeit und Leistung in anspruchsvollen Umgebungen ausgelegt und zeichnet sich durch einen weiten Abstrahlwinkel von 120 Grad und eine typische Lichtstärke von 1120 Millicandela (mcd) bei einem Standardtreiberstrom von 20mA aus. Das primäre Einsatzgebiet ist die Kfz-Innenraumbeleuchtung, wie beispielsweise Instrumententafelbeleuchtung, Schalterhintergrundbeleuchtung und allgemeine Anzeigefunktionen, bei denen konstante Farbwiedergabe, Langzeitstabilität und die Einhaltung automobiler Standards entscheidend sind.

Die Kernvorteile der LED umfassen ihre Qualifikation nach dem AEC-Q101-Standard, der ihre Zuverlässigkeit für den Automotive-Einsatz bestätigt, sowie die Konformität mit den Umweltrichtlinien RoHS (Beschränkung gefährlicher Stoffe) und REACH (Registrierung, Bewertung, Zulassung und Beschränkung chemischer Stoffe). Sie weist außerdem eine Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe (MSL) von 2 und eine elektrostatische Entladungsempfindlichkeit (ESD) von 2kV (Human Body Model) auf, was sie für Standard-Montageprozesse geeignet macht.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Optoelektrische Eigenschaften

Die wichtigsten Leistungskennwerte sind unter Standardtestbedingungen (T_s= 25°C) definiert. Der Durchlassstrom (I_F) hat einen Betriebsbereich von 5mA bis 50mA, mit einem typischen Wert von 20mA. Bei diesem typischen Strom liegt die Lichtstärke (I_V) zwischen einem Minimum von 710mcd und einem Maximum von 1400mcd, mit einem typischen Wert von 1120mcd. Die Durchlassspannung (V_F) bei 20mA ist zwischen 1,75V und 2,75V spezifiziert, typischerweise 2,00V. Die dominante Wellenlänge (λ_d), die die wahrgenommene gelbe Farbe definiert, liegt zwischen 585nm und 594nm, typischerweise 592nm. Der Abstrahlwinkel (φ), bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte ihres Spitzenwerts abfällt, beträgt 120 Grad.

2.2 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden auftreten können. Die absolute maximale Verlustleistung (P_d) beträgt 137mW. Der maximale Dauer-Durchlassstrom beträgt 50mA, während ein Stoßstrom (I_FM) von 100mA für Pulse ≤ 10μs mit einem sehr niedrigen Tastverhältnis (D=0,005) zulässig ist. Das Bauteil ist nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt. Die maximale Sperrschichttemperatur (T_J) beträgt 125°C, der Betriebs- und Lagertemperaturbereich liegt zwischen -40°C und +110°C. Die maximale Löttemperatur für Reflow-Löten beträgt 260°C für 30 Sekunden.

2.3 Thermische Eigenschaften

Das thermische Management ist entscheidend für die LED-Leistung und Lebensdauer. Das Datenblatt spezifiziert zwei Wärmewiderstandswerte von der Sperrschicht zum Lötpunkt: einen realen Wärmewiderstand (R_{th JS real}) von 160 K/W und einen elektrischen Wärmewiderstand (R_{th JS el}) von 120 K/W, beide gemessen bei I_F=20mA. Der niedrigere elektrische Wert wird typischerweise für Entwurfsberechnungen im Zusammenhang mit der Temperaturabhängigkeit der Durchlassspannung verwendet.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um Farb- und Helligkeitskonstanz in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs in Bins sortiert.

3.1 Lichtstärke-Binning

Die Lichtausbeute wird in mehrere Bins kategorisiert, die jeweils einen spezifischen Bereich von minimaler und maximaler Lichtstärke in Millicandela (mcd) repräsentieren. Die Bins folgen einem alphanumerischen Code (z.B. L1, L2, M1... bis GA). Für diese spezifische Artikelnummer sind die möglichen Ausgangs-Bins hervorgehoben, wobei das typische Bauteil in den \"AA\"-Bin fällt (1120 bis 1400 mcd). Die Lichtstrommessung hat eine Toleranz von ±8%.

3.2 Binning der dominanten Wellenlänge

Die gelbe Farbe wird durch das Binning der dominanten Wellenlänge gesteuert. Die Bins sind durch numerische Codes definiert, die einen Wellenlängenbereich in Nanometern (nm) repräsentieren. Die Toleranz für die dominante Wellenlänge beträgt ±1nm. Der spezifische Bin für dieses Produkt stellt sicher, dass die gelbe Farbe innerhalb des spezifizierten Bereichs von 585-594nm liegt, typischerweise um 592nm.

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt enthält mehrere Diagramme, die das Verhalten des Bauteils unter verschiedenen Bedingungen veranschaulichen.

4.1 Spektrale Verteilung und Abstrahlcharakteristik

Das Diagramm der relativen spektralen Verteilung zeigt einen Peak im gelben Bereich (~592nm) mit minimaler Emission in anderen Teilen des Spektrums, was eine reine gelbe Farbe bestätigt. Das Diagramm der Abstrahlcharakteristik ist ein Polardiagramm, das den 120-Grad-Abstrahlwinkel demonstriert, mit einer Lichtstärkeverteilung, die typisch für ein PLCC-Gehäuse mit integrierter Linse ist.

4.2 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (IV-Kurve)

Dieses Diagramm zeigt die exponentielle Beziehung zwischen Durchlassspannung und Strom. Es ist für die Auslegung der strombegrenzenden Schaltung wesentlich. Die Kurve ermöglicht es Konstrukteuren, die V_Fbei jedem gegebenen Strom innerhalb des Betriebsbereichs abzuschätzen.

4.3 Temperaturabhängigkeit

Mehrere Diagramme beschreiben detailliert die Leistungsänderungen mit der Sperrschichttemperatur:

• Relative Lichtstärke vs. Sperrschichttemperatur:Zeigt, dass die Lichtausbeute mit steigender Temperatur abnimmt, eine Eigenschaft aller LEDs. Dies muss im thermischen Design berücksichtigt werden.
• Relative Durchlassspannung vs. Sperrschichttemperatur:Demonstriert, dass V_Feinen negativen Temperaturkoeffizienten hat und linear mit steigender Temperatur abnimmt. Dies kann für die indirekte Temperaturerfassung genutzt werden.
• Relative Wellenlänge vs. Sperrschichttemperatur:Zeigt eine leichte Verschiebung der dominanten Wellenlänge (typischerweise einige Nanometer) mit der Temperatur, was für farbkritische Anwendungen wichtig ist.
• Dominante Wellenlänge vs. Durchlassstrom:Zeigt minimale Farbvariation bei sich änderndem Treiberstrom.

4.4 Derating und Pulsverhalten

DieDerating-Kurve für den Durchlassstromist entscheidend für die Zuverlässigkeit. Sie stellt den maximal zulässigen Dauer-Durchlassstrom über der Lötpastentemperatur dar. Beispielsweise ist bei einer Lötpunkttemperatur (T_S) von 110°C der maximale Strom auf etwa 34mA reduziert. Die Kurve weist ausdrücklich darauf hin, keine Ströme unter 5mA zu verwenden. DasDiagramm zur zulässigen Pulsbelastbarkeitdefiniert den sicheren Arbeitsbereich für Pulsströme bei verschiedenen Tastverhältnissen, was kurzzeitiges Überstromtreiben in Multiplex- oder Stroboskopanwendungen ermöglicht.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

Die LED verwendet ein standardmäßiges PLCC-2-Oberflächenmontagegehäuse. Die mechanische Zeichnung (implizit durch Abschnitt 7) würde präzise Abmessungen wie Länge, Breite, Höhe und Anschlussabstand liefern. Das Gehäuse besteht aus einem geformten Kunststoffkörper mit einer integrierten Linse, die den 120-Grad-Abstrahlwinkel formt. Die Polarität ist durch die Gehäuseform und/oder Markierung angegeben, wobei die Kathode typischerweise gekennzeichnet ist.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Empfohlene Lötpastenlayout

Ein empfohlenes Footprint (Land Pattern) wird bereitgestellt, um ein korrektes Löten, mechanische Stabilität und optimalen Wärmetransfer von der LED zur Leiterplatte (PCB) sicherzustellen.

6.2 Reflow-Lötprofil

Das Datenblatt spezifiziert ein Reflow-Profil mit einer Spitzentemperatur von 260°C für maximal 30 Sekunden. Dies ist ein Standard-Profil für bleifreies (Pb-free) Löten. Die Einhaltung dieses Profils ist notwendig, um thermische Schäden am Kunststoffgehäuse und den internen Chips und Bonddrähten zu verhindern.

6.3 Vorsichtsmaßnahmen für die Verwendung

Allgemeine Handhabungsvorsichtsmaßnahmen umfassen den Einsatz geeigneter ESD-Schutzmaßnahmen während der Montage, die Vermeidung mechanischer Belastung der Linse und die Sicherstellung, dass das Bauteil gemäß seiner MSL-2-Einstufung vor der Verwendung in einer trockenen Umgebung gelagert wird.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

Die Verpackungsinformationen (Abschnitt 10) beschreiben, wie die LEDs geliefert werden, typischerweise auf Tape-and-Reel für automatisierte Pick-and-Place-Montage. Die Artikelnummernstruktur (57-21-UY0200H-AM) kodiert Schlüsselattribute wie Gehäusetyp, Farbe, Helligkeits-Bin und andere Variantencodes. Der Bestellinformationsabschnitt erklärt, wie bei einer Bestellung die gewünschten Bins für Lichtstärke und Wellenlänge spezifiziert werden.

8. Anwendungsempfehlungen

8.1 Typische Anwendungsszenarien

Die primäre Anwendung ist dieKfz-Innenraumbeleuchtung, einschließlich:

• Instrumentencluster- und Armaturenbrett-Hintergrundbeleuchtung.
• Hintergrundbeleuchtung für Tasten, Schalter und Bedienfelder.
• Allgemeine Status- und Anzeigelichter.
• Akzente für Ambientebeleuchtung.

Ihre AEC-Q101-Qualifikation macht sie für diese anspruchsvollen Automotive-Umgebungen mit großen Temperaturschwankungen und Vibrationen geeignet.

8.2 Designüberlegungen

Stromtreiber:Ein Konstantstromtreiber wird gegenüber einer Konstantspannungsquelle mit einem Serienwiderstand für bessere Stabilität und Langlebigkeit dringend empfohlen. Das Design sollte sich auf die IV-Kurve und die absoluten Maximalwerte beziehen.Thermisches Management:Die Derating-Kurve und die Wärmewiderstandswerte müssen verwendet werden, um die maximale Sperrschichttemperatur in der Anwendung zu berechnen. Ausreichende PCB-Kupferfläche (Thermal Pad) und mögliche Luftströmung sind erforderlich, um die Lötpunkttemperatur niedrig zu halten, insbesondere beim Betrieb bei oder nahe dem maximalen Strom.Optisches Design:Der 120-Grad-Abstrahlwinkel bietet eine breite Ausleuchtung. Für fokussiertes Licht können sekundäre Optiken erforderlich sein. Die Variation von Lichtstärke und Wellenlänge über die Bins sollte für Anwendungen berücksichtigt werden, die ein einheitliches Erscheinungsbild über mehrere LEDs hinweg erfordern.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu generischen, nicht-automobilen PLCC-2-LEDs sind die wichtigsten Unterscheidungsmerkmale dieses Bauteils seineAEC-Q101-Qualifikationund der erweiterte Betriebstemperaturbereich (-40°C bis +110°C), die für Automotive-Elektronik obligatorisch sind. Die typische Lichtstärke von 1120mcd ist für eine Standard-PLCC-2-gelbe LED relativ hoch und bietet eine gute Helligkeitseffizienz. Die umfassende Binning-Struktur bietet Herstellern eine engere Kontrolle über Farb- und Helligkeitskonstanz in ihren Endprodukten.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Kann ich diese LED direkt von einer 5V- oder 12V-Kfz-Schiene treiben?A: Nein. Sie müssen eine strombegrenzende Schaltung verwenden. Ein einfacher Serienwiderstand (berechnet mit dem Ohmschen Gesetz: R = (V_Versorgung- V_F) / I_F) oder, vorzugsweise, ein spezieller Konstantstrom-LED-Treiber-IC ist erforderlich, um den Strom auf das gewünschte Niveau (z.B. 20mA) einzustellen.

F: Warum gibt es eine Mindeststromspezifikation (5mA)?A: Das Betreiben einer LED bei extrem niedrigen Strömen kann zu instabiler Lichtausbeute und Farbverschiebung führen. Das Minimum von 5mA gewährleistet einen zuverlässigen und konsistenten Betrieb.

F: Wie interpretiere ich die beiden verschiedenen Wärmewiderstandswerte?A: Der elektrische Wärmewiderstand (120 K/W) wird aus der Änderung der Durchlassspannung mit der Temperatur abgeleitet und wird für die elektrische Modellierung verwendet. Der reale Wärmewiderstand (160 K/W) ist ein direkteres Maß für den Wärmefluss von der Sperrschicht zum Lötpunkt und sollte für primäre thermische Entwurfsberechnungen verwendet werden, um den Sperrschichttemperaturanstieg abzuschätzen (ΔT_J= P_d× R_{th JS real}).

F: Was bedeutet MSL 2 für die Lagerung?A: Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe 2 bedeutet, dass das Gehäuse in einer trockenen Umgebung (

11. Praktische Design-Fallstudie

Szenario:Entwurf einer Armaturenbrett-Schalterhintergrundbeleuchtung, die 4 gelbe LEDs benötigt. Ziel: konsistente mittlere Helligkeit, lange Lebensdauer in einer heißen Umgebung (max. PCB-Umgebung ~85°C).Designschritte: 1. Stromauswahl:Wählen Sie 15mA (unterhalb der typischen 20mA), um die Wärmeentwicklung zu reduzieren und die Lebensdauer zu erhöhen, während dennoch ausreichend Licht bereitgestellt wird. 2.Treiberschaltung:Verwenden Sie einen einzelnen Konstantstrom-Treiber-IC, der 60mA (4x15mA) liefern kann, um sicherzustellen, dass durch alle LEDs derselbe Strom fließt und die Helligkeit gleichmäßig ist. 3.Thermische Analyse:Berechnen Sie die Verlustleistung pro LED: P_d≈ V_F× I_F= 2,0V × 0,015A = 30mW. Sperrschichttemperaturanstieg: ΔT_J= 0,03W × 160 K/W = 4,8K. Mit T_Umgebung= 85°C am Lötpunkt ist T_J≈ 90°C, was deutlich unter dem Maximum von 125°C liegt. 4.Binning:Spezifizieren Sie bei der Bestellung einen engen Lichtstärke-Bin (z.B. R1 oder R2) und einen spezifischen dominanten Wellenlängen-Bin, um visuelle Konsistenz über alle vier Schalter hinweg zu garantieren.

12. Funktionsprinzip

Dies ist eine Halbleiter-Leuchtdiode (LED). Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die ihre Bandlückenspannung übersteigt, rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich des Halbleiterchips und setzen Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Materialzusammensetzung des Halbleiters (typischerweise basierend auf AlInGaP für gelbes Licht) bestimmt die Wellenlänge und damit die Farbe des emittierten Lichts. Die integrierte Epoxidharzlinse des PLCC-Gehäuses verkapselt den Chip, bietet mechanischen Schutz und formt den Lichtausgangsstrahl.

13. Technologietrends

Der allgemeine Trend bei solchen Komponenten geht hin zu höherer Lichtausbeute (mehr Lichtausbeute pro Watt elektrischer Eingangsleistung), verbesserter Farbkonstanz und -sättigung sowie verbesserten Zuverlässigkeitskennwerten. Die Gehäusetechnik entwickelt sich weiter, um höhere Leistungsdichte und besseres thermisches Management zu ermöglichen. Darüber hinaus wird die Integration mit onboard-Steuerschaltungen (wie I2C-adressierbaren LEDs) immer häufiger, obwohl dieses spezielle Bauteil eine Standard-Diskretkomponente ist. Die Nachfrage nach AEC-Q101-qualifizierten Komponenten wächst weiter, da die Automotive-Beleuchtung immer anspruchsvoller und weiter verbreitet wird.