LED 3.2x1.25x1.1mm Grün 3.0V 105mW Spezifikation - Technisches Datenblatt und Designleitfaden

1. Produktübersicht

Diese grüne SMD-LED ist für allgemeine optische Anzeige- und Displayanwendungen konzipiert. Sie ist in einem kompakten Gehäuse von 3,2 mm x 1,25 mm x 1,1 mm (Standard-PLCC-2-Footprint) untergebracht und verwendet einen hocheffizienten grünen Chip. Die LED bietet einen weiten Abstrahlwinkel von 140 Grad und eignet sich daher für Hintergrundbeleuchtungen und Anzeigen. Mit einer maximalen Verlustleistung von 105 mW und einem Durchlassstrom von 30 mA bietet sie eine zuverlässige Leistung über einen Betriebstemperaturbereich von -40 °C bis +85 °C. Das Bauteil ist RoHS-konform und hat eine Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe von 3 (MSL-3).

2. Technische Parameter - Ausführliche Analyse

2.1 Elektrische und optische Eigenschaften (bei Ts=25°C, IF=20 mA)

Die LED wird unter einem Durchlassstrom von 20 mA charakterisiert. Zu den wichtigsten Parametern gehören:

• Durchlassspannung (VF):Das Bauteil ist in mehreren Spannungs-Bins verfügbar: G1 (2,8-2,9 V), G2 (2,9-3,0 V), H1 (3,0-3,1 V), H2 (3,1-3,2 V), I1 (3,2-3,3 V), I2 (3,3-3,4 V), J1 (3,4-3,5 V). Die typische VF für das mittlere Bin (H1) beträgt 3,0 V. Diese Einteilung ermöglicht es Entwicklern, die genaue Spannung für die Optimierung des Vorwiderstands oder den Stromabgleich auszuwählen.
• Dominante Wellenlänge (λD):Die grüne Emission liegt um 520 nm, mit den Bins D20 (517,5-520 nm), E10 (520-522,5 nm), E20 (522,5-525 nm), F10 (525-527,5 nm), F20 (527,5-530 nm). Diese enge Wellenlängensteuerung gewährleistet eine konsistente Farbe über Produktionschargen hinweg.
• Lichtstärke (IV):Es werden mehrere Helligkeits-Bins spezifiziert: 1AU (260-330 mcd), 1AV (330-430 mcd), 1CG (430-560 mcd), 1CL (560-700 mcd), 1CM (700-900 mcd). Das höchste Bin (1CM) bietet eine hervorragende Lichtausbeute für Anwendungen mit hoher Sichtbarkeit.
• Spektrale Halbwertsbreite:30 nm (typisch), was auf eine relativ reine grüne Farbe hinweist.
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):140 Grad, was eine breite Ausleuchtung ermöglicht.
• Sperrstrom (IR):Maximal 10 μA bei VR=5 V, was eine geringe Leckage in Sperrrichtung gewährleistet.
• Wärmewiderstand (RTHJ-S):450 °C/W (typisch), wichtig für das Wärmemanagement in Hochleistungsdesigns.

2.2 Absolute Grenzwerte

Die LED darf nicht über diese Grenzen hinaus betrieben werden, um Schäden zu vermeiden:

• Verlustleistung (Pd): 105 mW
• Durchlassstrom (IF): 30 mA (Dauerbetrieb)
• Spitzen-Durchlassstrom (IFP): 60 mA (Impuls, 1/10 Tastverhältnis, Impulsbreite 0,1 ms)
• ESD (HBM): 1000 V
• Betriebstemperatur (Topr): -40 °C ~ +85 °C
• Lagertemperatur (Tstg): -40 °C ~ +85 °C
• Sperrschichttemperatur (Tj): 95 °C

Es ist darauf zu achten, dass die Verlustleistung den maximalen Nennwert nicht überschreitet. Der Durchlassstrom sollte basierend auf der tatsächlichen Sperrschichttemperatur, die unter 95 °C bleiben muss, herabgesetzt werden.

3. Erklärung des Binning-Systems

Die LED wird nach drei Parametern eingeteilt: Durchlassspannung (VF), dominante Wellenlänge (λD) und Lichtstärke (IV). Dies ermöglicht Kunden, eng spezifizierte Teile für eine gleichbleibende Leistung in Arrays oder Hintergrundbeleuchtungseinheiten zu bestellen.

Spannungs-Bins:G1, G2, H1, H2, I1, I2, J1. Jedes Bin umfasst einen Bereich von 0,1 V, was eine präzise Stromregelung ermöglicht.

Wellenlängen-Bins:D20, E10, E20, F10, F20. Jedes Bin deckt 2,5 nm ab und gewährleistet so eine Farbkonsistenz innerhalb einer Produktionscharge.

Intensitäts-Bins:1AU, 1AV, 1CG, 1CL, 1CM. Diese Bins erstrecken sich von 260 mcd bis 900 mcd und decken einen weiten Bereich von Helligkeitsanforderungen ab.

4. Analyse der Leistungskurven

4.1 Durchlassspannung vs. Durchlassstrom

Die typische I-V-Kurve zeigt, dass bei IF=20 mA die VF etwa 3,0 V beträgt. Mit zunehmendem Strom steigt die Spannung nichtlinear an. Bei hohen Strömen ist aufgrund der Selbsterwärmung ein sorgfältiges Wärmemanagement erforderlich.

4.2 Durchlassstrom vs. relative Intensität

Die relative Lichtstärke nimmt mit dem Durchlassstrom zu, jedoch aufgrund der Erwärmung der Sperrschicht nicht linear. Bei IF=30 mA beträgt die Intensität etwa das 1,5-fache der bei IF=20 mA (basierend auf der typischen Kurve).

4.3 Pin-Temperatur vs. relative Intensität und Durchlassstrom

Wenn die LED erwärmt wird, nimmt die relative Intensität ab. Der Wärmewiderstand von 450 °C/W bedeutet, dass bei 20 mA der Anstieg der Sperrschichttemperatur über der Umgebungstemperatur gering ist. Bei maximalem Strom und Umgebungstemperatur kann die Sperrschicht jedoch die Grenze von 95 °C erreichen, was eine Kühlung oder eine Leistungsreduzierung erfordert.

4.4 Durchlassstrom vs. dominante Wellenlänge

Die dominante Wellenlänge verschiebt sich leicht mit dem Strom. Typischerweise zeigen grüne LEDs bei höheren Strömen eine kleine Blauverschiebung. Die Drift liegt innerhalb weniger Nanometer, was für die meisten Anzeigeanwendungen akzeptabel ist.

4.5 Relative Intensität vs. Wellenlänge

Die spektrale Verteilung zeigt einen einzelnen Peak um 520 nm mit einer Halbwertsbreite von 30 nm, was eine reine grüne Emission bestätigt. Es sind keine Nebenpeaks vorhanden.

4.6 Abstrahlcharakteristik

Die LED emittiert mit einer lambertähnlichen Verteilung, wobei die Intensität bei 70° von der optischen Achse auf die Hälfte abfällt. Dieser breite Strahl macht sie ideal für Hintergrundbeleuchtungen oder Beschilderungen.

5. Mechanische und Verpackungsinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die LED ist in einem Gehäuse von 3,20 mm x 1,25 mm x 1,10 mm untergebracht. Die Draufsicht zeigt eine rechteckige Form mit zwei Anschlüssen (Anode und Kathode), wie markiert. Die Untersicht zeigt das Pad-Layout: ein 1,20 mm x 0,60 mm Pad für Anschluss 1 (Kathode) und ein 1,20 mm x 0,45 mm Pad für Anschluss 2 (Anode). Das empfohlene Lötpad-Muster beträgt 5,00 mm x 2,00 mm für eine ordnungsgemäße Wärmeableitung und mechanische Stabilität. Die Polarität ist durch eine Markierung auf dem Gehäuse angegeben.

5.2 Polarität und Lötmuster

Die Polaritätsmarkierung ist in Abb.1-4 dargestellt. Die Kathode wird normalerweise durch eine Kerbe oder einen Punkt angezeigt. Das empfohlene Lötmuster (Abb.1-5) gewährleistet eine gute thermische und elektrische Verbindung. Alle Maße haben eine Toleranz von ±0,2 mm, sofern nicht anders angegeben.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 SMT-Reflow-Lötprofil

Das Standard-Reflow-Profil (basierend auf JEDEC J-STD-020) umfasst:

• Vorwärmen: 150 °C bis 200 °C für 60-120 Sekunden
• Zeit über 217 °C (TL): 60-150 Sekunden
• Spitzentemperatur (TP): 260 °C, maximal 10 Sekunden über 255 °C
• Abkühlen: max. 6 °C/s
• Gesamtzeit von 25 °C bis zur Spitze: maximal 8 Minuten

Das Reflow-Löten sollte nicht mehr als zwei Durchläufe umfassen. Wenn zwischen den Durchläufen mehr als 24 Stunden vergehen, kann die LED Feuchtigkeit aufnehmen und beschädigt werden. Backen bei 60 ± 5 °C für 24 Stunden wird empfohlen, wenn die Lagerbedingungen überschritten wurden.

6.2 Handlöten und Nacharbeit

Manuelles Löten mit einem Lötkolben sollte auf 300 °C für weniger als 3 Sekunden begrenzt werden. Es ist nur eine Nacharbeit zulässig. Für Nacharbeiten wird ein Doppelkopf-Lötkolben empfohlen, um thermische Spannungen zu vermeiden.

6.3 Handhabungshinweise

Vermeiden Sie die Montage auf verzogenen Leiterplatten. Üben Sie während oder nach dem Löten keine mechanische Kraft aus. Schnelles Abkühlen nach dem Löten ist nicht erlaubt. Die LED ist ESD-empfindlich (Klasse 1, 1000 V HBM), daher muss bei der Handhabung und Montage ein geeigneter ESD-Schutz verwendet werden.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Gurt- und Rollenverpackung

Die LEDs werden in einem Trägerband mit 3000 Stück pro Rolle (7-Zoll-Durchmesser) geliefert. Bandabmessungen: Breite 8,00 mm, Teilung 4,00 mm. Die Rolle hat einen Durchmesser von 178 mm, einen Naben-Durchmesser von 60 mm und ein Spindelloch von 13,0 mm. Ein Etikett enthält die Teilenummer, die Spezifikationsnummer, die Chargennummer, den Bin-Code (für Lichtstrom, Farbart, Spannung, Wellenlänge), die Menge und den Datumscode.

7.2 Feuchtigkeitssperrbeutel und Karton

Jede Rolle ist in einem Feuchtigkeitssperrbeutel mit Trockenmittel und einer Feuchtigkeitsindikatorkarte versiegelt. Der Beutel wird dann für den Versand in einen Karton verpackt. Lagerbedingungen: Vor dem Öffnen des Beutels bei ≤30 °C und ≤75 % relativer Luftfeuchtigkeit bis zu 1 Jahr lagern. Nach dem Öffnen innerhalb von 168 Stunden bei ≤30 °C und ≤60 % relativer Luftfeuchtigkeit verwenden. Backen bei 60 ± 5 °C für ≥24 Stunden ist erforderlich, wenn der Feuchtigkeitsindikator eine Exposition anzeigt oder die Lagerzeit überschritten wurde.

8. Anwendungsempfehlungen

8.1 Typische Anwendungen

• Optische Anzeigen an elektronischen Geräten (z. B. Status-LEDs, Tasten-Hintergrundbeleuchtung)
• Schalter- und Symbol-Hintergrundbeleuchtung in Automobil- oder Konsumprodukten
• Allgemeine Beschilderung und Display-Hintergrundbeleuchtung
• Dekorative Beleuchtung, bei der kompakte Größe und großer Abstrahlwinkel erforderlich sind

8.2 Design-Überlegungen

• Strombegrenzung:Verwenden Sie immer einen Vorwiderstand, um den Strom auf ≤30 mA zu begrenzen. Ohne Widerstand können geringe Spannungsschwankungen große Stromänderungen und Schäden verursachen.
• Wärmemanagement:Erwägen Sie bei maximalem Strom oder hoher Umgebungstemperatur eine Kupferfläche auf der Leiterplatte zur Wärmeableitung. Der Wärmewiderstand von 450 °C/W erfordert ein sorgfältiges Layout, um die Sperrschichttemperatur unter 95 °C zu halten.
• Umweltschutz:Vermeiden Sie die Einwirkung von Schwefelverbindungen (>100 ppm), Brom (>900 ppm), Chlor (>900 ppm) und VOCs, die aus Klebstoffen oder Vergussmassen ausgasen können. Diese können Verfärbungen und eine Verschlechterung der Lichtausbeute verursachen.
• Parallelbetrieb:Wenn mehrere LEDs parallel verwendet werden, sollte jede ihren eigenen Vorwiderstand haben, um den Strom auszugleichen.

9. Technischer Vergleich

Im Vergleich zu Standard-Grün-LEDs in ähnlichen PLCC-2-Gehäusen bietet dieses Bauteil einen weiten Abstrahlwinkel (140°) und mehrere Helligkeits-Bins bis zu 900 mcd. Die enge Wellenlängen-Einteilung (±2,5 nm pro Bin) gewährleistet eine überragende Farbkonsistenz, was für Multi-LED-Anordnungen entscheidend ist. Der niedrige Wärmewiderstand von 450 °C/W (typisch) ist für ein 3,2x1,25-mm-Gehäuse wettbewerbsfähig und ermöglicht höhere Treiberströme bei entsprechender Kühlung. Darüber hinaus machen die MSL-3-Einstufung und die RoHS-Konformität das Bauteil für die automatisierte SMT-Montage geeignet.

10. Häufig gestellte Fragen

F1: Was ist der empfohlene Betriebsstrom für diese LED?
A: Der typische Prüfstrom beträgt 20 mA und bietet ein gutes Gleichgewicht zwischen Helligkeit und thermischer Reserve. Der absolute maximale Dauerstrom beträgt 30 mA, aber die Sperrschichttemperatur muss unter 95 °C gehalten werden.

F2: Kann ich diese LED in einer Pulsweitenmodulation (PWM) verwenden?
A: Ja, der Spitzenstrom kann bis zu 60 mA betragen bei einem Tastverhältnis von 1/10 und einer Impulsbreite von 0,1 ms. Für PWM mit höherem Tastverhältnis stellen Sie sicher, dass der Durchschnittsstrom ≤30 mA beträgt.

F3: Wie wähle ich das richtige Spannungs-Bin für mein Design aus?
A: Wenn Sie einen engen Spannungsbereich für die Stromspiegelung oder Reihenschaltung benötigen, wählen Sie ein bestimmtes Bin (z. B. H1 für 3,0-3,1 V). Für den allgemeinen Gebrauch wird die typische 3,0 V (H1) empfohlen.

F4: Wie lange ist die Lagerfähigkeit nach dem Öffnen des Feuchtigkeitssperrbeutels?
A: 168 Stunden bei ≤30 °C und ≤60 % relativer Luftfeuchtigkeit. Wenn das Bauteil nicht innerhalb dieser Zeit verwendet wird, backen Sie es vor dem Reflow mindestens 24 Stunden bei 60 ± 5 °C.

F5: Kann ich diese LED im Freien verwenden?
A: Der Betriebstemperaturbereich liegt bei -40 °C bis +85 °C, was für viele Außenanwendungen geeignet ist. Das Bauteil ist jedoch nicht für direkte Wassereinwirkung ausgelegt; eine zusätzliche Schutzlackierung kann erforderlich sein.

11. Praktisches Designbeispiel

Beispiel: Hintergrundbeleuchtung eines Drucktastenschalters mit zwei parallelen LEDs.

• Gewünschte Helligkeit: ca. 500 mcd pro LED (Verwendung von Bin 1CG oder 1CL).
• Versorgungsspannung: 5 V Gleichspannung.
• LED-Durchlassspannung (typisch): 3,0 V bei 20 mA.
• Vorwiderstand: R = (5 V - 3,0 V) / 0,04 A (zwei LEDs parallel, je 20 mA) = 50 Ω. Wählen Sie 51 Ω, 1/4 W Widerstand.
• Thermische Prüfung: Bei 25 °C Umgebungstemperatur beträgt der Anstieg der Sperrschichttemperatur = 20 mA * 3,0 V * 450 °C/W = 0,027 W * 450 = 12,15 °C. Sperrschichttemperatur = 37,15 °C, weit unter 95 °C. Selbst bei 85 °C Umgebungstemperatur beträgt die Sperrschichttemperatur = 97,15 °C, leicht darüber; erwägen Sie eine größere Pad-Fläche zur Reduzierung des Wärmewiderstands oder reduzieren Sie den Strom auf 18 mA.

12. Funktionsprinzip

Die LED ist ein p-n-Übergangs-Diode aus Galliumnitrid (GaN) oder verwandten III-V-Verbindungshalbleitermaterialien, die bei Durchlassspannung grünes Licht emittiert. Die Energiebandlücke bestimmt die Wellenlänge. In diesem Fall entspricht die dominante Wellenlänge von etwa 520 nm einer Bandlücke von etwa 2,38 eV. Das Bauteil ist in einem transparenten Silikon oder Epoxidharz eingekapselt, das die optische Auskopplung und mechanischen Schutz bietet. Der weite Abstrahlwinkel wird durch eine diffuse Vergussmasse oder ein Gehäusedesign erreicht, das das emittierte Licht streut.

13. Entwicklungstrends

Grüne LEDs verbessern kontinuierlich ihre Effizienz (lm/W) durch bessere epitaktische Wachstumstechniken und Chip-Designs. Zukünftige Trends für SMD-LEDs in diesem Footprint umfassen höhere Lichtausbeute, reduzierten Wärmewiderstand und engere Wellenlängen-Bins für eine bessere Farbmischung in RGB-Anwendungen. Darüber hinaus wird die Integration von ESD-Schutzchips im Gehäuse immer häufiger, um die Robustheit zu verbessern. Die Nachfrage nach miniaturisierten, hochhellen LEDs für Wearables und IoT-Geräte treibt weitere Innovationen in der Gehäusetechnik und im Wärmemanagement voran.