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Zweifarbige SMD-LED Datenblatt - AlInGaP-Chip - Grün & Rot - 30mA - Technisches Dokument

Vollständiges technisches Datenblatt für eine zweifarbige AlInGaP-SMD-LED. Enthält detaillierte Spezifikationen, elektrische/optische Kennwerte, Binning-Codes, Lötprofile und Anwendungsrichtlinien.
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PDF-Dokumentendeckel - Zweifarbige SMD-LED Datenblatt - AlInGaP-Chip - Grün & Rot - 30mA - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt detailliert die technischen Spezifikationen einer hochhellen, zweifarbigen Oberflächenmontage-LED (SMD). Das Bauteil vereint zwei unabhängige Halbleiterchips in einem einzigen Gehäuse: einen, der grünes Licht emittiert, und einen, der rotes Licht emittiert. Durch die Nutzung fortschrittlicher Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP)-Chip-Technologie ist diese LED für Anwendungen konzipiert, die zwei eindeutige Farbanzeigen von einem kompakten, einteiligen Footprint erfordern. Ihre Hauptvorteile umfassen hohe Lichtstärke, Kompatibilität mit automatisierten Bestückungsprozessen und die Einhaltung von Umweltstandards.

Die LED ist auf industrieüblichem 8-mm-Tape verpackt, geliefert auf 7-Zoll-Spulen, was sie für hochvolumige, automatisierte Pick-and-Place-Fertigungslinien geeignet macht. Sie ist mit verschiedenen Lötprozessen kompatibel, einschließlich Infrarot- und Dampfphasenreflow, und wird als "grünes Produkt" klassifiziert, das relevante Umweltrichtlinien erfüllt.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Die Betriebsgrenzen des Bauteils sind bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C definiert. Sowohl der grüne als auch der rote Chip teilen sich identische Maximalwerte, was symmetrische Leistung und konstruktive Sicherheitsmargen gewährleistet.

2.2 Elektrische & Optische Kenngrößen

Gemessen bei Ta=25°C und einem Standard-Teststrom (IF) von 2 mA definieren diese Parameter die Kernleistung der LED.

3. Erklärung des Binning-Systems

Die LEDs werden nach Leistungsklassen (Bins) sortiert, um Konsistenz innerhalb einer Produktionscharge sicherzustellen. Designer können Bins spezifizieren, um präzise Anwendungsanforderungen zu erfüllen.

3.1 Binning der Lichtstärke

Sowohl grüne als auch rote Chips verwenden die gleichen Intensitäts-Bin-Codes. Die Toleranz innerhalb jedes Bins beträgt +/-15%.

3.2 Binning der Farbwert-Wellenlänge (Nur Grün)

Nur der grüne Chip hat spezifizierte Wellenlängen-Bins zur Kontrolle der Farbkonsistenz. Die Toleranz für jedes Bin beträgt +/- 1nm.

4. Analyse der Leistungskurven

Während spezifische grafische Kurven im Datenblatt referenziert werden (z.B. Abb.1, Abb.6), können ihre typischen Eigenschaften basierend auf der Technologie und den spezifizierten Parametern beschrieben werden.

Vorwärtsstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kurve):AlInGaP-LEDs zeigen eine charakteristische exponentielle I-V-Beziehung. Die typischen VF-Werte von ~1,8V deuten auf eine relativ niedrige Betriebsspannung im Vergleich zu einigen anderen Halbleitermaterialien hin. Die Kurve zeigt einen steilen Einschaltpunkt bei der Schwellspannung, gefolgt von einem Bereich, in dem die Spannung annähernd linear mit dem Strom ansteigt.

Lichtstärke vs. Vorwärtsstrom (L-I-Kurve):Die Lichtausgabe ist im empfohlenen Betriebsbereich (bis zu 30mA DC) im Allgemeinen linear zum Strom. Bei höheren Strömen kann die Effizienz jedoch aufgrund thermischer Effekte und anderer Nichtlinearitäten im Halbleiter abfallen.

Temperaturabhängigkeit:Die Lichtstärke von LEDs nimmt typischerweise mit steigender Sperrschichttemperatur ab. Der spezifizierte Stromreduzierungsfaktor (0,4 mA/°C) ist eine direkte Folge dieses thermischen Verhaltens, implementiert zur Aufrechterhaltung der Zuverlässigkeit. Die Durchlassspannung hat ebenfalls einen negativen Temperaturkoeffizienten, was bedeutet, dass sie mit steigender Temperatur leicht abnimmt.

Spektrale Verteilung:Der grüne Chip mit einem typischen Maximum bei 570 nm und einer schmalen 15 nm Bandbreite erzeugt ein gesättigtes grünes Licht. Der rote Chip mit einem Maximum bei 636 nm und einer 20 nm Bandbreite erzeugt eine Standard-Rotfarbe. Diese Wellenlängen liegen gut innerhalb der hochsensiblen Bereiche des menschlichen Auges.

5. Mechanische & Verpackungsinformationen

5.1 Bauteilabmessungen und Pinbelegung

Die LED entspricht einem EIA-Standard-SMD-Gehäuse-Footprint. Die Linse ist wasserklar. Die interne Pinbelegung für die beiden Chips ist wie folgt:

Diese Konfiguration ermöglicht es, die beiden LEDs vollständig unabhängig anzusteuern. Alle Maßtoleranzen betragen ±0,10 mm, sofern nicht anders angegeben.

5.2 Vorgeschlagenes Lötpad-Layout

Ein empfohlenes Land Pattern (Lötpad-Abmessungen) wird bereitgestellt, um eine ordnungsgemäße Lötstellenbildung, mechanische Stabilität und thermische Entlastung während des Reflow-Prozesses sicherzustellen. Die Einhaltung dieses Layouts ist entscheidend für zuverlässige Oberflächenmontage-Verbindungen und zur Vermeidung von "Tombstoning" oder Fehlausrichtung.

5.3 Tape-and-Reel-Verpackung

Das Bauteil wird in einem 8 mm breiten, embossierten Trägertape geliefert. Wichtige Verpackungsspezifikationen umfassen:

6. Löt- & Bestückungsrichtlinien

6.1 Empfohlene Reflow-Profile

Es werden zwei vorgeschlagene Infrarot (IR)-Reflow-Lötprofile bereitgestellt: eines für Standard (Zinn-Blei)-Lötprozess und eines für bleifreien (Pb-free) Lötprozess. Das bleifreie Profil ist speziell für die Verwendung mit Sn-Ag-Cu (SAC)-Legierungs-Lötpasten ausgelegt. Beide Profile definieren kritische Parameter wie Vorheiztemperatur und -zeit, Spitzentemperatur und Zeit über Liquidus, um eine ordnungsgemäße Lötstellenbildung sicherzustellen, ohne das LED-Gehäuse übermäßiger thermischer Belastung auszusetzen.

6.2 Allgemeine Lötbedingungen

6.3 Reinigung

Falls nach dem Löten eine Reinigung notwendig ist, sollten nur spezifizierte chemische Mittel verwendet werden. Nicht spezifizierte Chemikalien können das LED-Gehäusematerial beschädigen. Es wird empfohlen, die LED bei normaler Raumtemperatur für weniger als eine Minute in Ethylalkohol oder Isopropylalkohol zu tauchen.

6.4 Lagerung und Handhabung

7. Anwendungsempfehlungen

7.1 Typische Anwendungsszenarien

Diese zweifarbige LED ist ideal für Anwendungen, die eine Mehrfachstatus-Anzeige von einem einzigen Punkt aus erfordern, wie z.B.:

7.2 Schaltungsdesign-Überlegungen

Ansteuerungsmethode:LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Um eine gleichmäßige Helligkeit sicherzustellen, insbesondere wenn mehrere LEDs parallel verwendet werden, wirddringend empfohlen, für jede LED einen Reihen-Strombegrenzungswiderstand zu verwenden (Schaltungsmodell A). Das direkte Parallelschalten mehrerer LEDs an eine Spannungsquelle (Schaltungsmodell B) wird nicht empfohlen, da geringe Unterschiede in der Durchlassspannung (VF)-Kennlinie zwischen einzelnen LEDs zu erheblichen Unterschieden in der Stromaufteilung und folglich der Helligkeit führen.

Der Wert des Reihenwiderstands (Rs) kann mit dem Ohmschen Gesetz berechnet werden: Rs= (Vversorgung- VF) / IF, wobei VFdie Durchlassspannung der LED beim gewünschten Strom IF.

7.3 Elektrostatische Entladung (ESD)-Schutz

Die LED ist empfindlich gegenüber elektrostatischer Entladung, die den Halbleiterübergang verschlechtern oder zerstören kann. Während der Handhabung und Bestückung müssen Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden:

8. Technischer Vergleich & Differenzierung

Die wichtigsten differenzierenden Merkmale dieses Produkts sind seineZweifarbigkeit in einem einzigen SMD-Gehäuseund die Verwendung vonAlInGaP-Chip-Technologie.

Im Vergleich zu einfarbigen LEDs spart dieses Bauteil Leiterplattenfläche, reduziert die Bauteilanzahl und vereinfacht die Bestückung für Anwendungen, die zwei Farben benötigen. Verglichen mit anderen Zweifarb-Technologien (z.B. ein einzelner Chip mit Leuchtstoff) bietet die Verwendung von zwei diskreten AlInGaP-Chips Vorteile:

9. Häufig gestellte Fragen (FAQs)

F1: Kann ich sowohl die grüne als auch die rote LED gleichzeitig mit ihrem maximalen DC-Strom (jeweils 30mA) betreiben?

A1: Ja, aber Sie müssen die gesamte Verlustleistung berücksichtigen. Bei 30mA, mit typischen VF von 1,8V (Grün) und 1,7V (Rot), beträgt die Gesamtleistung etwa (0,03A * 1,8V) + (0,03A * 1,7V) = 0,105W oder 105 mW. Dies überschreitet die individuelle Chip-Bewertung von 75 mW. Daher kann der gleichzeitige Betrieb mit vollem Strom ein thermisches Management oder eine Reduzierung basierend auf der Umgebungstemperatur und dem PCB-Layout erfordern, um sicherzustellen, dass die Sperrschichttemperatur innerhalb sicherer Grenzen bleibt.

F2: Was ist der Unterschied zwischen Spitzenwellenlänge und Farbwert (Dominanter Wellenlänge)?

A2: Spitzenwellenlänge (λP) ist die physikalische Wellenlänge, bei der die LED die meiste optische Leistung emittiert. Farbwert (Dominante Wellenlänge, λd) ist ein berechneter Wert basierend auf dem CIE-Farbdiagramm, der die wahrgenommene Farbe als einzelne Wellenlänge repräsentiert. Für eine monochromatische Quelle wie eine AlInGaP-LED liegen sie oft sehr nahe beieinander, aber λd ist der relevantere Parameter für die Farbspezifikation in Anwendungen.

F3: Wie interpretiere ich die Binning-Codes bei der Bestellung?

A3: Sie können das gewünschte Intensitäts-Bin (z.B. "J" für höchste Helligkeit) und für den grünen Chip das Farbwert-Wellenlängen-Bin (z.B. "D" für einen spezifischen Grünton) spezifizieren. Dies stellt sicher, dass Sie LEDs mit konsistenter Leistung erhalten. Wenn nicht spezifiziert, erhalten Sie möglicherweise eine Mischung aus der Produktion.

F4: Ist ein Kühlkörper notwendig?

A4: Für Dauerbetrieb bei oder nahe dem maximalen DC-Strom, insbesondere bei hohen Umgebungstemperaturen oder wenn beide Farben eingeschaltet sind, ist ein sorgfältiges thermisches Design wichtig. Während für eine einzelne Anzeige möglicherweise kein dedizierter Kühlkörper benötigt wird, wird empfohlen, einen guten Wärmeleitpfad von den LED-Pads zum PCB-Kupfer (unter Verwendung von Wärmevias oder großen Kupferflächen) sicherzustellen, um Wärme abzuführen und Leistung sowie Lebensdauer zu erhalten.

10. Design- und Anwendungs-Fallstudie

Szenario: Entwurf eines Zweifach-Status-Leistungsanzeigers für ein tragbares Gerät

Anforderungen:Anzeige von "Laden" (Rot) und "Voll geladen/Ein" (Grün). Das Gerät wird von einer 5V-USB-Quelle versorgt. Die Anzeige sollte klar sichtbar, aber nicht übermäßig hell sein, um Strom zu sparen.

Designschritte:

  1. Stromauswahl:Wählen Sie einen Vorwärtsstrom (IF), der ausreichende Helligkeit bietet. Ausgehend von der typischen Lichtstärke von 2,5 mcd bei 2 mA könnte 5 mA ein guter Ausgangspunkt für eine klare Anzeige sein.
  2. Widerstandsberechnung:

    Für dieRote LED(VFtyp = 1,7V) bei 5 mA:

    RRot= (5V - 1,7V) / 0,005A = 660 Ω. Verwenden Sie einen Standard-680-Ω-Widerstand.

    Für dieGrüne LED(VFtyp = 1,8V) bei 5 mA:

    RGrün= (5V - 1,8V) / 0,005A = 640 Ω. Verwenden Sie einen Standard-620-Ω- oder 680-Ω-Widerstand.
  3. Leistungsprüfung:Leistung pro LED: P = VF* IF≈ 1,7V * 0,005A = 8,5 mW (Rot) und 1,8V * 0,005A = 9 mW (Grün). Beide liegen deutlich unter dem Maximum von 75 mW, selbst wenn beide gleichzeitig eingeschaltet wären (was in diesem Anwendungsfall nicht der Fall ist).
  4. Schaltungsimplementierung:Schließen Sie die rote LED (Pin 2,4) mit ihrem 680Ω-Widerstand an einen Mikrocontroller-GPIO-Pin an, der während des Ladens auf High-Ausgang gesetzt ist. Schließen Sie die grüne LED (Pin 1,3) mit ihrem Widerstand an einen anderen GPIO-Pin an, der aktiviert wird, wenn das Laden abgeschlossen ist oder das Gerät eingeschaltet ist. Die Common-Cathode/Anode-Konfiguration (impliziert durch unabhängige Pins) ermöglicht diese einfache unabhängige Ansteuerung.
  5. PCB-Layout:Befolgen Sie die vorgeschlagenen Lötpad-Abmessungen. Stellen Sie sicher, dass sich zwischen den Pads keine Lötstopplackschicht befindet, um Lötbrücken zu verhindern. Integrieren Sie eine kleine Kupferfläche, die mit der Masseebene unter der LED verbunden ist, für eine leichte thermische Entlastung.

11. Einführung in das Technologieprinzip

Diese LED basiert aufAluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP)-Halbleitermaterial. Dies ist ein III-V-Verbindungshalbleiter, bei dem die Bandlückenenergie - die Energiedifferenz zwischen Valenzband und Leitungsband - durch Variation der Verhältnisse von Al, In, Ga und P präzise eingestellt werden kann. Diese Einstellbarkeit ermöglicht es Ingenieuren, Materialien zu entwerfen, die Licht bei spezifischen Wellenlängen im roten, orangen, bernsteinfarbenen und grünen Bereich des sichtbaren Spektrums emittieren.

Wenn eine Vorwärtsspannung über den p-n-Übergang des AlInGaP-Chips angelegt wird, werden Elektronen aus dem n-Gebiet in das p-Gebiet und Löcher aus dem p-Gebiet in das n-Gebiet injiziert. Diese Ladungsträger rekombinieren im aktiven Bereich des Übergangs. In einem direkten Bandlückenhalbleiter wie AlInGaP setzt dieses Rekombinationsereignis Energie in Form eines Photons (Lichtteilchen) frei. Die Wellenlänge (Farbe) dieses Photons wird direkt durch die Bandlückenenergie des Materials bestimmt (EPhoton= hc/λ ≈ EBandlücke). Das zweifarbige Gehäuse beherbergt zwei solcher unabhängig gefertigter Chips, die jeweils aus AlInGaP-Material mit unterschiedlicher Zusammensetzung bestehen, um grünes bzw. rotes Licht zu erzeugen.

12. Branchentrends und Entwicklungen

Der Markt für SMD-Indikator-LEDs entwickelt sich weiter. Wichtige Trends, die für diese Art von Bauteil relevant sind, umfassen:

LED-Spezifikations-Terminologie

Vollständige Erklärung der LED-Technikbegriffe

Photoelektrische Leistung

Begriff Einheit/Darstellung Einfache Erklärung Warum wichtig
Lichtausbeute lm/W (Lumen pro Watt) Lichtausgang pro Watt Strom, höher bedeutet energieeffizienter. Bestimmt direkt den Energieeffizienzgrad und Stromkosten.
Lichtstrom lm (Lumen) Gesamtlicht, das von der Quelle emittiert wird, allgemein "Helligkeit" genannt. Bestimmt, ob das Licht hell genug ist.
Betrachtungswinkel ° (Grad), z.B. 120° Winkel, bei dem die Lichtintensität auf die Hälfte abfällt, bestimmt die Strahlbreite. Beeinflusst Beleuchtungsbereich und Gleichmäßigkeit.
Farbtemperatur K (Kelvin), z.B. 2700K/6500K Wärme/Kühle des Lichts, niedrigere Werte gelblich/warm, höhere weißlich/kühl. Bestimmt Beleuchtungsatmosphäre und geeignete Szenarien.
Farbwiedergabeindex Einheitenlos, 0–100 Fähigkeit, Objektfarben genau wiederzugeben, Ra≥80 ist gut. Beeinflusst Farbauthentizität, wird an anspruchsvollen Orten wie Einkaufszentren, Museen verwendet.
Farborttoleranz MacAdam-Ellipsenschritte, z.B. "5-Schritt" Metrik für Farbkonsistenz, kleinere Schritte bedeuten konsistentere Farbe. Sichert einheitliche Farbe über dieselbe Charge von LEDs.
Dominante Wellenlänge nm (Nanometer), z.B. 620nm (rot) Wellenlänge, die der Farbe farbiger LEDs entspricht. Bestimmt Farbton von roten, gelben, grünen monochromen LEDs.
Spektralverteilung Wellenlänge vs. Intensitätskurve Zeigt Intensitätsverteilung über Wellenlängen. Beeinflusst Farbwiedergabe und Farbqualität.

Elektrische Parameter

Begriff Symbol Einfache Erklärung Design-Überlegungen
Flussspannung Vf Mindestspannung zum Einschalten der LED, wie "Startschwelle". Treiberspannung muss ≥ Vf sein, Spannungen addieren sich für serielle LEDs.
Flussstrom If Stromwert für normalen LED-Betrieb. Normalerweise Konstantstromantrieb, Strom bestimmt Helligkeit & Lebensdauer.
Max. Pulsstrom Ifp Spitzenstrom, der für kurze Zeit erträglich ist, wird für Dimmen oder Blinken verwendet. Pulsbreite & Tastverhältnis müssen streng kontrolliert werden, um Schäden zu vermeiden.
Sperrspannung Vr Maximale Sperrspannung, die die LED aushalten kann, darüber kann es zum Durchbruch kommen. Schaltung muss verhindern, dass umgekehrte Verbindung oder Spannungsspitzen auftreten.
Wärmewiderstand Rth (°C/W) Widerstand gegen Wärmeübertragung vom Chip zum Lötpunkt, niedriger ist besser. Hoher Wärmewiderstand erfordert stärkere Wärmeableitung.
ESD-Immunität V (HBM), z.B. 1000V Fähigkeit, elektrostatische Entladung zu widerstehen, höher bedeutet weniger anfällig. In der Produktion sind antistatische Maßnahmen erforderlich, insbesondere für empfindliche LEDs.

Wärmemanagement & Zuverlässigkeit

Begriff Schlüsselmetrik Einfache Erklärung Auswirkung
Sperrschichttemperatur Tj (°C) Tatsächliche Betriebstemperatur im LED-Chip. Jede Reduzierung um 10°C kann die Lebensdauer verdoppeln; zu hoch verursacht Lichtabfall, Farbverschiebung.
Lichtstromrückgang L70 / L80 (Stunden) Zeit, bis die Helligkeit auf 70% oder 80% des Anfangswerts sinkt. Definiert direkt die "Nutzungsdauer" der LED.
Lichtstromerhaltung % (z.B. 70%) Prozentsatz der nach Zeit verbleibenden Helligkeit. Gibt die Fähigkeit an, die Helligkeit über die langfristige Nutzung zu erhalten.
Farbverschiebung Δu′v′ oder MacAdam-Ellipse Grad der Farbänderung während der Verwendung. Beeinflusst die Farbkonsistenz in Beleuchtungsszenen.
Thermisches Altern Materialabbau Verschlechterung aufgrund langfristig hoher Temperatur. Kann zu Helligkeitsabfall, Farbänderung oder Leiterunterbrechung führen.

Verpackung & Materialien

Begriff Gängige Typen Einfache Erklärung Merkmale & Anwendungen
Gehäusetyp EMC, PPA, Keramik Chip schützendes Gehäusematerial, bietet optische/thermische Schnittstelle. EMC: gute Wärmebeständigkeit, niedrige Kosten; Keramik: bessere Wärmeableitung, längere Lebensdauer.
Chip-Struktur Front, Flip-Chip Chip-Elektrodenanordnung. Flip-Chip: bessere Wärmeableitung, höhere Effizienz, für Hochleistung.
Phosphorbeschichtung YAG, Silikat, Nitrid Bedeckt den blauen Chip, wandelt einen Teil in gelb/rot um, mischt zu weiß. Verschiedene Phosphore beeinflussen Effizienz, CCT und CRI.
Linse/Optik Flach, Mikrolinse, TIR Optische Struktur auf der Oberfläche, die die Lichtverteilung steuert. Bestimmt den Betrachtungswinkel und die Lichtverteilungskurve.

Qualitätskontrolle & Binning

Begriff Binning-Inhalt Einfache Erklärung Zweck
Lichtstrom-Bin Code z.B. 2G, 2H Nach Helligkeit gruppiert, jede Gruppe hat Mindest-/Maximal-Lumenwerte. Sichert einheitliche Helligkeit in derselben Charge.
Spannungs-Bin Code z.B. 6W, 6X Nach Flussspannungsbereich gruppiert. Erleichtert Treiberabgleich, verbessert Systemeffizienz.
Farb-Bin 5-Schritt MacAdam-Ellipse Nach Farbkoordinaten gruppiert, sichert engen Bereich. Garantiert Farbkonsistenz, vermeidet ungleichmäßige Farbe innerhalb der Leuchte.
CCT-Bin 2700K, 3000K usw. Nach CCT gruppiert, jede hat entsprechenden Koordinatenbereich. Erfüllt verschiedene Szenario-CCT-Anforderungen.

Prüfung & Zertifizierung

Begriff Standard/Test Einfache Erklärung Bedeutung
LM-80 Lichtstromerhaltungstest Langzeitbeleuchtung bei konstanter Temperatur, Aufzeichnung von Helligkeitsabfall. Wird zur Schätzung der LED-Lebensdauer (mit TM-21) verwendet.
TM-21 Lebensdauerschätzstandard Schätzt Lebensdauer unter tatsächlichen Bedingungen basierend auf LM-80-Daten. Bietet wissenschaftliche Lebensdauervorhersage.
IESNA Beleuchtungstechnische Gesellschaft Deckt optische, elektrische, thermische Testmethoden ab. Industrieanerkannte Testbasis.
RoHS / REACH Umweltzertifizierung Stellt sicher, dass keine schädlichen Substanzen (Blei, Quecksilber) enthalten sind. Marktzugangsvoraussetzung international.
ENERGY STAR / DLC Energieeffizienzzertifizierung Energieeffizienz- und Leistungszertifizierung für Beleuchtungsprodukte. Wird in staatlichen Beschaffungen, Subventionsprogrammen verwendet, steigert Wettbewerbsfähigkeit.