Dual-Color SMD LED Datenblatt - Gehäuse 3,2x2,8x1,9mm - Spannung 2,0V - Leistung 75mW - Grün/Gelb - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument erläutert die Spezifikationen einer kompakten, oberflächenmontierbaren zweifarbigen LED-Lampe. Das Bauteil ist für automatisierte Leiterplattenbestückungsprozesse (PCB-Assembly) konzipiert und eignet sich für Anwendungen, bei denen Platz eine kritische Einschränkung darstellt. Es vereint zwei separate LED-Chips in einem einzigen Gehäuse, was Mehrfachstatusanzeige oder Farbmischung auf minimaler Grundfläche ermöglicht.

1.1 Kernmerkmale und Zielmarkt

Die Hauptvorteile dieser Komponente umfassen ihre RoHS-Konformität, die Nutzung von Hochhelligkeits-AlInGaP-Halbleitertechnologie und eine Verpackung, die mit Standard-Tape-and-Reel-Formaten für die Serienfertigung kompatibel ist. Ihr Design ist mit Infrarot-Rückflusslötprozessen (IR-Reflow) kompatibel. Zielanwendungen erstrecken sich über ein breites Spektrum von Konsum- und Industrieelektronik, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Telekommunikationsgeräte (z.B. Mobiltelefone), tragbare Computergeräte (z.B. Notebooks), Netzwerkhardware, Haushaltsgeräte, Indoor-Beschilderung, Tastaturbeleuchtung und Statusanzeigefunktionen.

2. Technische Parameter: Detaillierte objektive Interpretation

2.1 Absolute Maximalwerte (Grenzwerte)

Ein Betrieb des Bauteils über diese Grenzen hinaus kann dauerhafte Schäden verursachen. Zu den wichtigsten Grenzwerten zählen eine maximale Verlustleistung von 75 mW pro Farbchip, ein Dauer-DC-Vorwärtsstrom von 30 mA und ein Spitzen-Vorwärtsstrom von 80 mA unter gepulsten Bedingungen (1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Pulsbreite). Die maximal zulässige Sperrspannung beträgt 5 V. Das Bauteil ist für einen Betriebstemperaturbereich von -30°C bis +85°C und einen Lagertemperaturbereich von -40°C bis +85°C ausgelegt.

2.2 Elektro-optische Kenngrößen

Gemessen bei einem Standard-Prüfstrom von 20 mA und einer Umgebungstemperatur von 25°C beträgt die typische Vorwärtsspannung (Vf) für beide Chips (grün und gelb) 2,0 V, mit einem spezifizierten Bereich von 1,5 V (Min.) bis 2,4 V (Max.). Die Lichtstärke (Iv) ist eine zentrale Leistungskennzahl. Für den grünen Chip beträgt der typische Wert 35,0 mcd (Millicandela), mit einem Minimum von 18,0 mcd. Der gelbe Chip weist eine höhere typische Ausgangsleistung von 75,0 mcd auf, mit einem Minimum von 28,0 mcd. Der Abstrahlwinkel (2θ1/2), definiert als der volle Winkel, bei dem die Intensität auf die Hälfte ihres axialen Wertes abfällt, beträgt typischerweise 130 Grad, was auf ein breites Abstrahlverhalten hindeutet. Die dominante Wellenlänge (λd) definiert die wahrgenommene Farbe. Für Grün liegt sie typischerweise bei 571 nm (Bereich 564-578 nm) und für Gelb bei 589 nm (Bereich 582-596 nm). Die spektrale Halbwertsbreite (Δλ) beträgt für beide Farben typischerweise 15,0 nm.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Das Produkt wird gemäß Leistungsklassen (Bins) eingeteilt, um Anwendungskonsistenz zu gewährleisten. Zwei primäre Binning-Parameter werden verwendet: Lichtstärke (Iv) und dominante Wellenlänge (Farbton).

3.1 Lichtstärke-Binning

Die grüne LED ist in den Lichtstärkeklassen M (18,0-28,0 mcd), N (28,0-45,0 mcd) und P (45,0-71,0 mcd) erhältlich. Die gelbe LED bietet die Klassen N (28,0-45,0 mcd), P (45,0-71,0 mcd), Q (71,0-112,0 mcd) und R (112,0-180,0 mcd). Innerhalb jeder Klasse gilt eine Toleranz von +/-15%.

3.2 Farbton- (Wellenlängen-) Binning

Für die grüne LED wird die dominante Wellenlänge in die Klassen C (567,5-570,5 nm), D (570,5-573,5 nm) und E (573,5-576,5 nm) eingeteilt, mit einer Toleranz von +/-1 nm pro Klasse. Diese präzise Kontrolle gewährleistet Farbkonsistenz über Produktionschargen hinweg, was für Anwendungen mit einheitlichem Erscheinungsbild entscheidend ist.

4. Analyse der Kennlinien

Während spezifische grafische Daten im Quelldokument referenziert werden (z.B. Abbildung 1 für Spektralemission, Abbildung 5 für Abstrahlwinkel), veranschaulichen typische Kennlinien für solche Bauteile wichtige Zusammenhänge. Die Kennlinie Vorwärtsstrom vs. Vorwärtsspannung (I-V) zeigt die für Dioden charakteristische exponentielle Beziehung. Die Kennlinie Lichtstärke vs. Vorwärtsstrom zeigt typischerweise einen nahezu linearen Anstieg der Lichtausbeute mit dem Strom bis zu einem bestimmten Punkt, danach kann der Wirkungsgrad sinken. Die spektrale Verteilungskurve würde für jeden monochromatischen Chip einen einzelnen Peak zeigen, wobei die Halbwertsbreite die Farbreinheit definiert. Das Verständnis dieser Kurven ist für die Schaltungsauslegung wesentlich, insbesondere um die LED mit optimalem Wirkungsgrad anzusteuern und die Lichtausbeute unter verschiedenen Betriebsbedingungen vorherzusagen.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen und Pinbelegung

Das Bauteil verfügt über einen standardmäßigen SMD-Fußabdruck. Kritische Abmessungen umfassen eine Bauteilgröße von etwa 3,2 mm Länge und 2,8 mm Breite, mit einer typischen Höhe von 1,9 mm. Die Toleranzen betragen typischerweise ±0,1 mm. Das Gehäuse verwendet eine wasserklare Linse. Die Pinbelegung ist wie folgt: Die Pins 1 und 3 sind dem grünen AlInGaP-Chip zugeordnet, während die Pins 2 und 4 dem gelben AlInGaP-Chip zugeordnet sind. Diese Konfiguration ermöglicht die unabhängige Ansteuerung jeder Farbe.

5.2 Empfohlene Lötflächengeometrie auf der Leiterplatte

Es wird ein empfohlenes Lötflächenlayout (Footprint) bereitgestellt, um zuverlässiges Löten und korrekte mechanische Ausrichtung zu gewährleisten. Dieses Layout umfasst typischerweise Lötflächen, die etwas größer als die Anschlüsse des Bauteils sind, um die Bildung eines guten Lötfilets zu erleichtern, was für die Festigkeit der Lötstelle und die Wärmeableitung entscheidend ist.

6. Löt- und Bestückungsrichtlinien

6.1 Parameter für das IR-Rückflusslöten

Für bleifreie (Pb-free) Bestückungsprozesse wird ein spezifisches Reflow-Profil empfohlen. Die maximale Bauteiltemperatur sollte 260°C nicht überschreiten, und die Zeit oberhalb von 260°C sollte auf maximal 10 Sekunden begrenzt sein. Eine Vorwärmphase bis 200°C wird empfohlen. Das Profil sollte für das spezifische Leiterplattendesign, die verwendete Lötpaste und den Ofen charakterisiert werden. Das Bauteil ist für maximal zwei Reflow-Zyklen unter diesen Bedingungen qualifiziert.

6.2 Manuelles Löten

Falls manuelles Löten mit einem Lötkolben erforderlich ist, sollte die Lötspitzentemperatur auf maximal 300°C begrenzt werden, und die Lötzeit pro Anschluss sollte 3 Sekunden nicht überschreiten. Manuelles Löten sollte nur einmal durchgeführt werden.

6.3 Lagerung und Handhabung

Die LEDs sind feuchtigkeitsempfindlich (MSL 3). Bei Lagerung in der original versiegelten Feuchtigkeitssperrbeutel mit Trockenmittel sollten sie bei ≤30°C und ≤90% relativer Luftfeuchtigkeit (RH) aufbewahrt und innerhalb eines Jahres verwendet werden. Nach dem Öffnen des Beutels sollten die Bauteile bei ≤30°C und ≤60% RH gelagert werden. Es wird empfohlen, den IR-Rückflusslötprozess innerhalb einer Woche nach dem Öffnen des Beutels abzuschließen. Für Bauteile, die länger als eine Woche außerhalb der Originalverpackung gelagert wurden, ist vor dem Löten ein Trocknungsvorgang (z.B. 60°C für mindestens 20 Stunden) erforderlich, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und \"Popcorning\"-Schäden während des Reflow-Lötens zu verhindern.

6.4 Reinigung

Falls eine Reinigung nach dem Löten erforderlich ist, sollten nur spezifizierte Lösungsmittel verwendet werden. Das Eintauchen der LED in Ethylalkohol oder Isopropylalkohol bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute ist zulässig. Nicht spezifizierte Chemikalien können das Gehäusematerial beschädigen.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

Die Bauteile werden gemäß EIA-481-Standard auf 8 mm breiter, geprägter Trägerbahn geliefert, die auf 7-Zoll (178 mm) Durchmesser große Spulen aufgewickelt ist. Jede Spule enthält 3000 Stück. Die Bahn verwendet eine Deckfolie, um die Bauteiltaschen zu verschließen. Für Mengen unter einer vollen Spule gilt eine Mindestpackmenge von 500 Stück für Restposten.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

Diese zweifarbige LED ist ideal für Mehrfachstatusanzeigen. Beispielsweise könnte in einem Netzwerkrouter der grüne Chip \"Eingeschaltet/Betrieb normal\" anzeigen, während der gelbe Chip \"Datenaktivität\" oder \"Systemwarnung\" anzeigen könnte. In der Unterhaltungselektronik kann sie als kombinierte Lade-/Statusanzeige dienen. Ihre geringe Größe macht sie für die Hintergrundbeleuchtung von Miniaturtastaturen oder Symbolen auf Handgeräten geeignet.

8.2 Designüberlegungen

Strombegrenzung:Verwenden Sie stets einen Reihen-Strombegrenzungswiderstand für jeden LED-Chip. Der Widerstandswert kann mit dem Ohmschen Gesetz berechnet werden: R = (V_Versorgung - Vf_LED) / I_gewünscht. Unter Verwendung der typischen Vf von 2,0V und einem gewünschten Strom von 20 mA bei einer 5V-Versorgung ergibt sich: R = (5V - 2,0V) / 0,020A = 150 Ω.

Thermisches Management:Obwohl die Verlustleistung gering ist, trägt eine ausreichende Kupferfläche auf der Leiterplatte um die thermischen Lötflächen (falls vorhanden) oder Anschlüsse zur Wärmeableitung bei, insbesondere in Umgebungen mit hoher Umgebungstemperatur, und erhält so die Lebensdauer der LED und eine stabile Lichtausbeute.

ESD-Schutz:Das Bauteil ist empfindlich gegenüber elektrostatischer Entladung (ESD). Während der Handhabung und Bestückung müssen geeignete ESD-Schutzmaßnahmen (Armbänder, geerdete Arbeitsplätze, leitfähiger Schaum) angewendet werden.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu einfarbigen SMD-LEDs bietet dieses Bauteil Platzersparnis, indem es zwei Funktionen in einem Gehäuse kombiniert, was Leiterplattenfläche und Bestückungszeit reduziert. Die Verwendung von AlInGaP-Technologie bietet für diese spezifischen Farben (Grün und Gelb) typischerweise einen höheren Lichtwirkungsgrad und eine bessere Temperaturstabilität im Vergleich zu einigen anderen LED-Technologien, was zu einer helleren und konsistenteren Ausgangsleistung über den Betriebstemperaturbereich führt.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Kann ich die grüne und die gelbe LED gleichzeitig mit ihrem maximalen Dauerstrom (jeweils 30 mA) betreiben?

A: Technisch gesehen ja, aber Sie müssen die gesamte Verlustleistung berücksichtigen. Gleichzeitiger Betrieb mit jeweils 30mA würde zu einer kombinierten Verlustleistung führen, die die empfohlenen Grenzwerte überschreiten kann, wenn die Vorwärtsspannungen am oberen Ende ihres Bereichs liegen. Es ist sicherer, unterhalb der absoluten Maximalwerte zu arbeiten, beispielsweise bei jeweils 20 mA, und für eine ausreichende thermische Auslegung zu sorgen.

F: Was ist der Unterschied zwischen Peak-Wellenlänge und dominanter Wellenlänge?

A: Die Peak-Wellenlänge (λp) ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsverteilung maximal ist. Die dominante Wellenlänge (λd) ist die einzelne Wellenlänge von monochromatischem Licht, die der wahrgenommenen Farbe der LED entspricht, wenn sie mit einer Referenz-Weißlichtquelle verglichen wird. λd ist für die Farbspezifikation in anwenderzentrierten Anwendungen relevanter.

F: Warum sind die Lagerbedingungen nach dem Öffnen des Beutels so wichtig?

A: SMD-Gehäuse können Feuchtigkeit aus der Luft aufnehmen. Während des Hochtemperatur-Rückflusslötprozesses kann diese eingeschlossene Feuchtigkeit schnell verdampfen und einen Innendruck erzeugen, der zu einer Delamination des Gehäuses oder zum Reißen des Chips führen kann, ein Ausfall, der als \"Popcorning\" bekannt ist. Die spezifizierten Lagerbedingungen und Trocknungsverfahren verhindern dies.

11. Praktisches Anwendungsbeispiel

Szenario: Entwurf einer Zweifachstatusanzeige für ein tragbares Gerät

Ein Entwickler entwirft einen kompakten Mediaplayer mit einer einzigen Anzeige-LED. Die Anforderungen sind: Dauerlicht Grün für \"Wiedergabe\", Blinklicht Grün für \"Pause\" und Dauerlicht Gelb für \"Laden/Bereitschaft\". Die Verwendung dieser zweifarbigen LED vereinfacht das Design. Ein Mikrocontroller mit zwei GPIO-Pins kann die grünen und gelben Chips über einfache Transistorschalter oder direkt steuern, wenn der GPIO genügend Strom senken/ziehen kann. Der breite Abstrahlwinkel von 130 Grad stellt sicher, dass der Status aus verschiedenen Blickwinkeln sichtbar ist. Der Entwickler wählt Bauteile aus derselben Lichtstärke- und Farbtonklasse, um einheitliche Farbe und Helligkeit über alle Produktionseinheiten hinweg zu garantieren.

12. Prinzipielle Einführung

Leuchtdioden (LEDs) sind Halbleiterbauelemente, die Licht emittieren, wenn ein elektrischer Strom durch sie fließt. Dieses Phänomen wird Elektrolumineszenz genannt. In einer AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) LED bewirkt elektrische Energie, dass sich Elektronen und Löcher im aktiven Bereich des Halbleiters rekombinieren und dabei Energie in Form von Photonen (Licht) freisetzen. Die spezifische Farbe des Lichts wird durch die Bandlückenenergie des Halbleitermaterials bestimmt, die durch Anpassung der Verhältnisse der Bestandteilelemente eingestellt wird. Ein zweifarbiges LED-Gehäuse beherbergt zwei solcher Halbleiterchips mit unterschiedlichen Bandlücken, die elektrisch isoliert, aber in einer gemeinsamen mechanischen Struktur untergebracht sind.

13. Entwicklungstrends

Der allgemeine Trend in der SMD-LED-Technologie geht weiterhin in Richtung höherer Effizienz (mehr Lumen pro Watt), was hellere Displays oder geringeren Stromverbrauch ermöglicht. Miniaturisierung bleibt ein zentraler Treiber und ermöglicht dichtere Bestückung und neue Formfaktoren in der Unterhaltungselektronik. Ein weiterer Fokus liegt auf verbessertem Farbwiedergabeindex und Konsistenz sowie erhöhter Zuverlässigkeit unter rauen Umgebungsbedingungen. Integration, wie die Kombination von Steuer-ICs mit LEDs in einem einzigen Gehäuse (\"Smart LEDs\"), ist ein weiterer wachsender Bereich, um das Systemdesign zu vereinfachen.