Dual-Color AlInGaP SMD LED Datenblatt - Gehäuseabmessungen - Grün 2,0V / Orange 2,0V - 75mW Leistung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt detailliert die technischen Spezifikationen einer hochhellen, dualfarbigen Oberflächenmontage-Leuchtdiode (SMD-LED). Das Bauteil vereint zwei separate AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) Halbleiterchips in einem einzigen Gehäuse, wodurch die Emission von grünem und orangefarbenem Licht ermöglicht wird. Es ist für die Kompatibilität mit automatisierten Bestückungsprozessen und modernen Lötverfahren ausgelegt und eignet sich somit für die Hochvolumen-Fertigung in der Elektronikindustrie.

Die zentralen Vorteile dieses Produkts umfassen seine Konformität mit Umweltvorschriften (RoHS), die Nutzung fortschrittlicher AlInGaP-Technologie für überlegene Helligkeit sowie ein standardisiertes Gehäuseformat, das eine breite Kompatibilität mit industriellen Bestückungs- und Lötgeräten gewährleistet. Die primären Zielmärkte sind Konsumelektronik, Industrieanzeigen, Fahrzeuginnenraumbeleuchtung und diverse Signalgeberanwendungen, bei denen eine zuverlässige, dualfarbige Anzeige erforderlich ist.

2. Vertiefung der technischen Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Ein Betrieb unter oder an diesen Grenzen wird nicht garantiert.

• Verlustleistung (P_d):75 mW pro Farbchip bei einer Umgebungstemperatur (T_a) von 25°C. Das Überschreiten dieses Werts birgt das Risiko einer thermischen Überlastung.
• Durchlassstrom:Der maximale kontinuierliche Gleichstrom-Durchlassstrom (I_F) beträgt 30 mA. Ein höherer Spitzen-Durchlassstrom von 80 mA ist nur unter gepulsten Bedingungen zulässig (1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Pulsbreite), um eine Überhitzung zu verhindern.
• Strom-Derating:Der maximal zulässige Gleichstrom-Durchlassstrom nimmt linear mit einer Rate von 0,4 mA/°C ab, wenn die Umgebungstemperatur über 25°C steigt. Dies ist eine kritische Überlegung für das Design in Hochtemperaturumgebungen.
• Sperrspannung (V_R):5 V. Das Anlegen einer höheren Sperrspannung kann zum Durchbruch des pn-Übergangs führen.
• Temperaturbereiche:Das Bauteil kann innerhalb eines weiten Temperaturbereichs von -55°C bis +85°C betrieben und gelagert werden.
• Löttoleranz:Die LED hält Wellen- oder Infrarotlötung bei 260°C für 5 Sekunden oder Dampfphasenlötung bei 215°C für 3 Minuten stand, was ihre Robustheit für standardmäßige SMT-Reflow-Prozesse bestätigt.

2.2 Elektrische & Optische Kennwerte

Diese Parameter werden unter Standard-Testbedingungen gemessen (T_a=25°C, I_F=20 mA) und definieren die Leistung des Bauteils.

• Lichtstärke (I_V):Ein Schlüsselmaß für die Helligkeit. Der grüne Chip hat eine typische Lichtstärke von 35,0 mcd (min. 18,0 mcd), während der orangefarbene Chip mit einer typischen Lichtstärke von 90,0 mcd (min. 28,0 mcd) deutlich heller ist. Die Lichtstärke wird mit einem Sensor gemessen, der auf die photopische Hellempfindlichkeit des menschlichen Auges (CIE-Kurve) gefiltert ist.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):Ungefähr 130 Grad für beide Farben. Dieser weite Abstrahlwinkel deutet auf ein diffuses Abstrahlverhalten hin, das für Anwendungen geeignet ist, die Sichtbarkeit aus einem breiten Winkelbereich erfordern.
• Wellenlänge:Die typische dominante Wellenlänge (λ_d) des grünen Chips beträgt 571 nm, mit einer Spitzenemissionswellenlänge (λ_p) bei 574 nm. Der orangefarbene Chip emittiert bei einer typischen λ_dvon 605 nm und λ_pvon 611 nm. Die spektrale Halbwertsbreite (Δλ) beträgt etwa 15 nm für Grün und 17 nm für Orange und definiert die Farbreinheit.
• Durchlassspannung (V_F):Typischerweise 2,0 V für beide Farben bei 20 mA, maximal 2,4 V. Diese niedrige Spannung ist mit gängigen logik-kompatiblen Stromversorgungen kompatibel.
• Sperrstrom (I_R):Maximal 10 μA bei 5 V Sperrspannung, was auf eine gute Qualität des pn-Übergangs hinweist.
• Kapazität (C):Typischerweise 40 pF bei 0V Vorspannung und 1 MHz. Dies ist für Hochfrequenz-Schaltanwendungen relevant.

3. Erklärung des Binning-Systems

Die LEDs werden basierend auf Lichtstärke und dominanter Wellenlänge in Bins sortiert, um Konsistenz in Produktionschargen zu gewährleisten. Entwickler können bestimmte Bins spezifizieren, um ein einheitliches Erscheinungsbild in ihren Produkten zu erreichen.

3.1 Lichtstärke-Binning

Für dengrünenChip reichen die Bins von M (18,0-28,0 mcd) bis Q (71,0-112,0 mcd). Für denorangefarbenenChip reichen die Bins von N (28,0-45,0 mcd) bis R (112,0-180,0 mcd). Innerhalb jedes Bins gilt eine Toleranz von ±15%.

3.2 Binning der dominanten Wellenlänge (nur Grün)

Die grünen LEDs werden weiter nach dominanter Wellenlänge gebinnt: Bin C (567,5-570,5 nm), Bin D (570,5-573,5 nm) und Bin E (573,5-576,5 nm), mit einer Toleranz von ±1 nm pro Bin. Dies ermöglicht eine präzise Farbabstimmung in kritischen Anwendungen.

4. Analyse der Leistungskurven

Während spezifische Diagramme im Datenblatt referenziert sind (Abb.1, Abb.6), würden typische Kurven für solche Bauteile folgende Zusammenhänge veranschaulichen:

• I-V-Kennlinie:Zeigt den exponentiellen Zusammenhang zwischen Durchlassspannung und Strom. Die Kurve weist eine deutliche Knickstelle um die typische V_Fvon 2,0V auf.
• Lichtstärke vs. Durchlassstrom:Die Lichtstärke steigt im normalen Betriebsbereich (bis zum Nenn-Gleichstrom) im Allgemeinen linear mit dem Strom an.
• Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Die Lichtstärke nimmt typischerweise mit steigender Temperatur aufgrund reduzierter interner Quanteneffizienz ab. Der Derating-Faktor von 0,4 mA/°C wird verwendet, um diesen Effekt elektrisch zu kompensieren.
• Spektrale Verteilung:Eine Darstellung der relativen Strahlungsleistung über der Wellenlänge, die einen einzelnen Peak bei λ_p(574nm für Grün, 611nm für Orange) mit der spezifizierten Halbwertsbreite zeigt.

5. Mechanische & Verpackungsinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen und Polarität

Das Bauteil entspricht einem EIA-Standard-SMD-Gehäuse. Die Pinbelegung ist klar definiert: Die Pins 1 und 3 sind für den grünen Chip, während die Pins 2 und 4 für den orangefarbenen Chip vorgesehen sind. Die Linse ist wasserklar. Alle Maßtoleranzen betragen ±0,10 mm, sofern nicht anders angegeben.

5.2 Empfohlenes Lötpad-Design

Eine Lötflächen-Empfehlung wird bereitgestellt, um eine zuverlässige Lötstellenbildung, korrekte Ausrichtung und ausreichende mechanische Festigkeit während und nach dem Reflow-Prozess zu gewährleisten. Die Einhaltung dieses Musters ist für die Fertigungsausbeute entscheidend.

6. Löt- & Bestückungsleitfaden

6.1 Reflow-Lötprofile

Detaillierte Vorschläge für Profile werden sowohl für Standard- (SnPb) als auch bleifreie (SnAgCu) Lötprozesse unter Verwendung von Infrarot (IR) Reflow bereitgestellt. Schlüsselparameter umfassen Aufwärmzonen, Zeit oberhalb der Liquidustemperatur, Spitzentemperatur (max. 240°C empfohlen) und Abkühlraten. Diese Profile sind essenziell, um thermischen Schock zu verhindern und zuverlässige Lötverbindungen sicherzustellen, ohne das LED-Gehäuse zu beschädigen.

6.2 Lagerung und Handhabung

• Lagerung:LEDs sollten unter Bedingungen gelagert werden, die 30°C und 70% relative Luftfeuchtigkeit nicht überschreiten. Bauteile, die ihrer feuchtigkeitsdichten Verpackung entnommen wurden, sollten innerhalb einer Woche reflow-gelötet oder vor der Verwendung getrocknet (gebaked) werden, wenn sie länger gelagert wurden.
• Reinigung:Falls notwendig, sollte die Reinigung nur mit spezifizierten Lösungsmitteln wie Ethylalkohol oder Isopropylalkohol bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute erfolgen. Nicht spezifizierte Chemikalien können die Epoxidlinse beschädigen.
• ESD-Vorsichtsmaßnahmen:Das Bauteil ist empfindlich gegenüber elektrostatischer Entladung (ESD). Handhabungsverfahren umfassen die Verwendung geerdeter Handgelenkbänder, antistatischer Matten und die Sicherstellung, dass alle Geräte ordnungsgemäß geerdet sind.

7. Verpackungs- & Bestellinformationen

Die LEDs werden auf industrieüblichen 8-mm-Trägerbändern auf 7-Zoll-Durchmesser-Spulen geliefert. Jede Spule enthält 3000 Stück. Die Trägerband- und Spulenspezifikationen entsprechen ANSI/EIA 481-1-A-1994. Wichtige Verpackungshinweise umfassen: Leere Taschen sind versiegelt, eine Mindestbestellmenge für Restposten beträgt 500 Stück, und maximal zwei aufeinanderfolgende fehlende Bauteile sind pro Spule zulässig.

8. Anwendungsempfehlungen

8.1 Typische Anwendungsszenarien

Diese dualfarbige LED ist ideal für Statusanzeigen, Hintergrundbeleuchtung von Tasten oder Symbolen, Fahrzeuginstrumententafelbeleuchtung, Displays in Haushaltsgeräten und Signale auf Industrie-Steuerpaneelen, bei denen zwei verschiedene Zustände (z.B. Ein/Standby, Aktiv/Alarm) farblich angezeigt werden müssen.

8.2 Schaltungsdesign-Überlegungen

Ansteuerungsmethode:LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Um eine gleichmäßige Helligkeit beim parallelen Betrieb mehrerer LEDs sicherzustellen, wirddringend empfohlen, einen separaten strombegrenzenden Widerstand in Reihe mit jeder LED zu verwenden (Schaltungsmodell A). Der parallele Betrieb von LEDs ohne individuelle Widerstände (Schaltungsmodell B) wird nicht empfohlen, da kleine Unterschiede in der Durchlassspannung (V_F) zwischen einzelnen LEDs zu erheblichen Stromungleichgewichten und ungleichmäßiger Helligkeit führen können.

Der Wert des Reihenwiderstands (R_s) kann mit dem Ohmschen Gesetz berechnet werden: R_s= (V_Versorgung- V_F) / I_F, wobei I_Fder gewünschte Betriebsstrom ist (z.B. 20 mA).

9. Technischer Vergleich & Differenzierung

Die wesentlichen Unterscheidungsmerkmale dieser LED sind ihredualfarbige Fähigkeit in einem einzigen kompakten SMD-Gehäuseund die Verwendung vonAlInGaP-Technologie. Im Vergleich zu älteren Technologien wie Standard-GaP bietet AlInGaP eine deutlich höhere Lichtausbeute, was bei gleichem Eingangsstrom zu größerer Helligkeit führt. Die Integration von zwei Chips spart Leiterplattenfläche und vereinfacht die Bestückung im Vergleich zur Verwendung von zwei separaten einfarbigen LEDs.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Kann ich sowohl den grünen als auch den orangefarbenen Chip gleichzeitig mit ihrem maximalen Gleichstrom (jeweils 30mA) betreiben?

A: Nein. Die absolute maximale Verlustleistung beträgt 75 mW pro Chip. Bei 30 mA und einer typischen V_Fvon 2,0V beträgt die Leistung pro Chip 60 mW, was innerhalb der Grenzen liegt. Jedoch erzeugt der gleichzeitige Betrieb beider Chips mit voller Leistung 120 mW Gesamtwärme in einem sehr kleinen Gehäuse, was wahrscheinlich die gesamte thermische Verlustleistungsfähigkeit des Bauteils und der Leiterplatte übersteigt. Konsultieren Sie thermische Derating-Kurven und erwägen Sie niedrigere Treiberströme oder gepulsten Betrieb für beide Farben gleichzeitig.

F: Warum wird für jede parallel geschaltete LED ein separater strombegrenzender Widerstand benötigt?

A: Die Durchlassspannung (V_F) von LEDs unterliegt natürlichen Schwankungen, selbst innerhalb desselben Bins. In einer Parallelschaltung ohne individuelle Widerstände zieht die LED mit der etwas niedrigeren V_Funverhältnismäßig mehr Strom, wird heller und heißer, was möglicherweise zu einem Ausfall führt und mehr Strom auf die verbleibenden LEDs in einem Kaskadeneffekt verlagert. Reihenwiderstände stellen sicher, dass der Strom hauptsächlich durch den Widerstandswert und die Versorgungsspannung bestimmt wird, was das System viel stabiler und zuverlässiger macht.

F: Was bedeutet "wasserklare" Linse für das Farberscheinungsbild?

A: Eine wasserklare (nicht diffundierende) Linse streut das Licht nicht intern. Dies führt zu einem fokussierteren, "Hot-Spot"-Erscheinungsbild bei direkter Betrachtung auf der Achse, wobei die Chipstruktur oft sichtbar ist. Sie maximiert die axiale Lichtstärke, bietet aber im Vergleich zu einer diffundierenden (milchigen) Linse, die das Licht für einen breiteren, gleichmäßigeren Betrachtungswinkel mit weniger sichtbarer Chipstruktur streut, einen engeren "Sweet Spot" für die Betrachtung.

11. Praktische Design-Fallstudie

Szenario:Entwurf einer dualen Statusanzeige für ein tragbares Gerät. Grün zeigt "Vollständig geladen" an, und Orange zeigt "Lädt". Das Gerät wird von einer 3,3V-Schiene versorgt.

Designschritte:

1. Stromauswahl:Wählen Sie einen Treiberstrom. Für gute Sichtbarkeit und lange Lebensdauer werden 15 mA gewählt, deutlich unter dem Maximum von 30 mA.

2. Widerstandsberechnung:

- Für Grün: R_{s_gruen}= (3,3V - 2,0V) / 0,015 A = 86,7 Ω. Verwenden Sie einen Standard-86,6 Ω (1%) oder 91 Ω (5%) Widerstand.

- Für Orange: R_{s_orange}= (3,3V - 2,0V) / 0,015 A = 86,7 Ω. Verwenden Sie denselben Wert.

3. Schaltung:Schließen Sie die grüne Anode (Pin 1 oder 3) über einen Transistor/MOSFET, der vom "geladen"-Logiksignal gesteuert wird, mit dem 87Ω-Widerstand in Reihe an die 3,3V-Schiene an. Schließen Sie die orangefarbene Anode (Pin 2 oder 4) ähnlich an, gesteuert vom "lädt"-Signal. Verbinden Sie alle Kathoden mit Masse.

4. Layout:Befolgen Sie das empfohlene Lötpad-Layout. Stellen Sie sicher, dass die Leiterplatte ausreichend Kupferfläche um die LED-Pads herum hat, um als Kühlkörper zu dienen, insbesondere wenn beide LEDs kurzzeitig während Zustandsübergängen eingeschaltet sein könnten.

12. Einführung in das Technologieprinzip

AlInGaP ist eine III-V-Halbleiterverbindung, die im aktiven Bereich von hochhellen LEDs verwendet wird, die im roten, orangefarbenen, gelben und grünen Spektrum emittieren. Durch Anpassen der Verhältnisse von Aluminium, Indium, Gallium und Phosphor kann die Bandlücke des Materials präzise gesteuert werden, was direkt die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts bestimmt. Wenn eine Durchlassspannung an den pn-Übergang angelegt wird, rekombinieren Elektronen und Löcher und setzen Energie in Form von Photonen frei. Die Effizienz dieser strahlenden Rekombination in AlInGaP ist sehr hoch, was zu einer überlegenen Lichtausbeute im Vergleich zu älteren Technologien führt. Das dualfarbige Gehäuse beherbergt zwei solcher unabhängig ansteuerbarer Halbleiterchips, die auf einem Anschlussrahmen montiert und in einer klaren Epoxidlinse eingekapselt sind.

13. Branchentrends & Entwicklungen

Die Optoelektronikbranche strebt weiterhin nach höherer Effizienz (mehr Lumen pro Watt), verbessertem Farbwiedergabeindex und stärkerer Miniaturisierung. Während AlInGaP das langwellige sichtbare Spektrum dominiert, ist InGaN (Indium-Gallium-Nitrid) Technologie für blaue, grüne und weiße LEDs weit verbreitet. Trends, die für dieses Produkt relevant sind, umfassen die zunehmende Einführung bleifreier Lötprozesse (durch das bereitgestellte Profil adressiert), die Nachfrage nach kleineren Gehäuseabmessungen bei beibehalten oder erhöhter optischer Leistung und die Integration komplexerer Funktionalität (wie eingebaute ICs für adressierbare RGB-LEDs) in LED-Gehäuse. Der Fokus auf Zuverlässigkeit und standardisierte Tests für Automobil- und Industrieanwendungen treibt auch strengere Binning- und Qualifizierungsverfahren für Bauteile wie diese dualfarbige LED voran.