Mini Top View LED 65-21 Serie Datenblatt - Brillantes Rot - 20mA - 120° Abstrahlwinkel - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die 65-21 Serie stellt eine Familie kompakter, oberflächenmontierter Top-View-Leuchtdioden (LEDs) dar. Diese Bauteile sind für Anwendungen konzipiert, die einen weiten Abstrahlwinkel und eine effiziente Lichteinkopplung erfordern. Das in diesem Dokument beschriebene Hauptmodell emittiert eine brillante rote Farbe, die mit einem AlGaInP-Halbleiterchip erreicht wird, der in wasserklarem Harz eingekapselt ist. Das einzigartige Gehäusedesign zeichnet sich durch eine Aufsicht-Montageorientierung aus, bei der das Licht durch die Leiterplatte (PCB) austritt, was es besonders für den Einsatz mit Lichtleitern und Wellenführern geeignet macht.

Zu den Hauptvorteilen dieser Serie zählen die Eignung für automatisierte Bestückungsprozesse wie IR-Reflow-Löten, die Verfügbarkeit auf Band und Rolle für die Großserienfertigung sowie die Konformität mit RoHS- und bleifreien Umweltstandards. Der weite Abstrahlwinkel von 120 Grad gewährleistet eine gute Sichtbarkeit aus verschiedenen Blickwinkeln, was für Indikator- und Hintergrundbeleuchtungsanwendungen entscheidend ist.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Absolute Grenzwerte

Die Betriebsgrenzen des Bauteils sind bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C definiert. Eine Überschreitung dieser Werte kann zu dauerhaften Schäden führen.

• Sperrspannung (V_R):5 V. Das Anlegen einer Sperrspannung über diesem Grenzwert riskiert einen Sperrschichtdurchbruch.
• Dauer-Flussstrom (I_F):50 mA. Dies ist der maximale Gleichstrom, den die LED kontinuierlich verkraften kann.
• Spitzen-Flussstrom (I_FP):100 mA. Dieser Impulsstromwert (bei 1/10 Tastverhältnis, 1 kHz) erlaubt kurzzeitige Überstrombedingungen, was für Multiplexing oder Helligkeitspulsung nützlich ist.
• Verlustleistung (P_d):110 mW. Dies ist die maximale Leistung, die das Gehäuse als Wärme abführen kann, berechnet aus Flussspannung und -strom.
• Elektrostatische Entladung (ESD) HBM:2000 V. Dieser Human Body Model-Wert zeigt eine moderate ESD-Empfindlichkeit an; geeignete Handhabungsvorkehrungen sind erforderlich.
• Betriebstemperatur (T_opr):-40°C bis +85°C. Das Bauteil ist für industrielle Temperaturbereiche ausgelegt.
• Lagertemperatur (T_stg):-40°C bis +90°C.
• Löttemperatur:Für Reflow-Löten ist eine Spitzentemperatur von 260°C für 10 Sekunden spezifiziert. Für Handlöten beträgt die Grenze 350°C für 3 Sekunden.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Die Leistung wird bei Ta=25°C und einem Standard-Teststrom (I_F) von 20 mA gemessen.

• Lichtstärke (I_v):Reicht von mindestens 72 mcd bis maximal 180 mcd, mit einem typischen Wert innerhalb dieses Bereichs. Eine Toleranz von ±11% gilt.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):120 Grad (typisch). Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte ihres Spitzenwerts abfällt.
• Spitzenwellenlänge (λ_p):632 nm (typisch). Dies ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsverteilung maximal ist.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):Reicht von 616,5 nm bis 634,5 nm, mit einer Toleranz von ±1 nm. Dies definiert die wahrgenommene Farbe (brillantes Rot).
• Spektrale Bandbreite (Δλ):20 nm (typisch). Dies ist die Breite des emittierten Spektrums bei halber Maximalleistung.
• Flussspannung (V_F):Reicht von 1,75 V bis 2,35 V bei 20mA, mit einer Toleranz von ±0,1 V.
• Sperrstrom (I_R):Maximal 10 μA bei einer angelegten Sperrspannung von 5V.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um Farb- und Helligkeitskonsistenz in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs basierend auf Schlüsselparametern in Bins sortiert.

3.1 Binning der dominanten Wellenlänge (Gruppe A)

Dies definiert den Farbpunkt. Bins sind mit E4 bis E7 gekennzeichnet, wobei jeder einen 6 nm Bereich abdeckt (z.B. E4: 616,5-622,5 nm, E5: 620,5-626,5 nm). Dies ermöglicht es Designern, LEDs mit sehr spezifischen Rottönen für ihre Anwendung auszuwählen.

3.2 Binning der Lichtstärke

Dies definiert die Helligkeitsausgabe. Bins sind Q1 (72-90 mcd), Q2 (90-112 mcd), R1 (112-140 mcd) und R2 (140-180 mcd). Höhere Bincodes zeigen eine höhere Helligkeit an.

3.3 Binning der Flussspannung (Gruppe B)

Dies gruppiert LEDs nach ihren elektrischen Eigenschaften. Bins sind 0 (1,75-1,95 V), 1 (1,95-2,15 V) und 2 (2,15-2,35 V). Das Abgleichen von Spannungsbins kann das Design von Strombegrenzungswiderständen in Parallelschaltungen vereinfachen.

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere für das Design wesentliche Kennlinien.

4.1 Flussstrom vs. Flussspannung (I-V-Kennlinie)

Die Kurve zeigt die für eine Diode typische exponentielle Beziehung. Am empfohlenen Arbeitspunkt von 20 mA fällt die Flussspannung in den Binning-Bereich von 1,75V-2,35V. Designer müssen einen Serienwiderstand oder einen Konstantstromtreiber verwenden, um den Strom zu begrenzen, da ein kleiner Spannungsanstieg einen großen, potenziell zerstörerischen Stromanstieg verursachen kann.

4.2 Relative Lichtstärke vs. Flussstrom

Diese Kurve zeigt, dass die Lichtausgabe bis zum maximalen Nenndauerstrom annähernd linear mit dem Strom ansteigt. Ein Betrieb über 20mA führt zu höherer Helligkeit, erhöht aber auch die Verlustleistung und die Sperrschichttemperatur, was die Lebensdauer beeinflusst.

4.3 Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur

Die Lichtstärke nimmt mit steigender Umgebungstemperatur ab. Die Kurve zeigt das Derating, was für Anwendungen in erhöhten Temperaturumgebungen entscheidend ist. Die LED-Ausgabe ist bei 25°C spezifiziert; bei 85°C wird die Ausgabe deutlich geringer sein.

4.4 Derating-Kurve für den Flussstrom

Dieses Diagramm definiert den maximal zulässigen Dauer-Flussstrom in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur. Mit steigender Temperatur sinkt der maximal sichere Strom, um Überhitzung zu verhindern. Bei 85°C ist der maximale Strom niedriger als der absolute Grenzwert von 50mA bei 25°C.

4.5 Spektrale Verteilung

Das Spektrum ist eine schmale, gaußähnliche Kurve, die um 632 nm (Spitze) mit einer Bandbreite von 20 nm zentriert ist, was die monochromatische brillante Rot-Emission bestätigt.

4.6 Abstrahlcharakteristik

Das Polardiagramm veranschaulicht den 120-Grad-Abstrahlwinkel. Die Intensitätsverteilung ist relativ lambertisch (kosinusähnlich) und bietet ein gleichmäßiges Erscheinungsbild über den weiten Abstrahlkegel, was ideal für Indikatoren ist.

5. Mechanische und Verpackungsinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Das SMD-Gehäuse hat spezifische Längen-, Breiten- und Höhenabmessungen (in Millimetern) mit typischen Toleranzen von ±0,1 mm, sofern nicht anders angegeben. Die Zeichnung zeigt die Aufsichtsform, das Seitenprofil und das empfohlene PCB-Land Pattern (Footprint) für das Löten im Detail.

5.2 Polaritätskennzeichnung

Die Kathode ist typischerweise markiert, oft durch eine Kerbe, eine grüne Markierung oder eine unterschiedliche Pad-Größe auf der Gehäuseunterseite. Während der Bestückung muss die korrekte Polarität beachtet werden.

5.3 Spezifikationen für Band und Rolle

Das Bauteil wird auf Trägerband für automatisierte Pick-and-Place-Maschinen geliefert. Wichtige Abmessungen sind Taschentiefe (zur Aufnahme der LED), Bandbreite, Teilung (Abstand zwischen den Taschen) und Rollendurchmesser. Die Standardrolle enthält 2000 Stück.

5.4 Feuchtigkeitsresistente Verpackung

Die Rollen sind in aluminiumbeschichteten Feuchtigkeitsschutzbeuteln mit Trockenmittel versiegelt, um Feuchtigkeitsaufnahme zu verhindern, was entscheidend ist, um "Popcorning" (Gehäuserissbildung) während des Reflow-Lötens zu vermeiden.

6. Richtlinien für Löten und Bestückung

6.1 Reflow-Lötprofil

Das empfohlene Profil umfasst eine Vorwärmphase, eine Haltezone, eine Reflow-Zone mit einer Spitzentemperatur von maximal 260°C für 10 Sekunden und eine kontrollierte Abkühlphase. Das Profil muss dem maximalen Tsol-Grenzwert entsprechen.

6.2 Handlöten

Falls Handlöten erforderlich ist, sollte die Lötspitzentemperatur 350°C nicht überschreiten und die Kontaktzeit auf 3 Sekunden pro Pad begrenzt werden. Verwenden Sie nach Möglichkeit einen Kühlkörper.

6.3 Lagerung und Handhabung

• ESD-Schutz:Verwenden Sie geerdete Arbeitsplätze und Handgelenkbänder.
• Feuchtigkeitsempfindlichkeit:Öffnen Sie den Feuchtigkeitsschutzbeutel erst bei Gebrauchsbereitschaft. Wenn der Beutel geöffnet wurde, verwenden Sie die Bauteile innerhalb der spezifizierten Bodenlebensdauer oder trocknen Sie sie gemäß den entsprechenden Verfahren nach.
• Lagerbedingungen:Lagern Sie ungeöffnete Beutel bei 30°C oder weniger und 90% relativer Luftfeuchtigkeit oder niedriger.

7. Anwendungshinweise und Design-Überlegungen

7.1 Typische Anwendungsszenarien

• Optische Indikatoren:Statusleuchten auf Unterhaltungselektronik, Industrieausrüstung und Automobilarmaturenbrettern.
• Lichtleiter-/Lichtführungskopplung:Die Aufsicht-Durch-PCB-Emission ist ideal zum Einkoppeln von Licht in Acryl- oder Polycarbonat-Lichtleiter für Tastenhintergrundbeleuchtung oder Panelbeleuchtung.
• Hintergrundbeleuchtung:Für LCDs, Tastaturen, Schalter und Membranpanels.
• Allgemeine dekorative Beleuchtung:In Schildern, Akzentbeleuchtung und beleuchteter Werbung.
• Innenraum-Automobilbeleuchtung:Armaturenbrett-Hintergrundbeleuchtung, Schalterbeleuchtung usw.

7.2 Kritische Design-Aspekte

• Strombegrenzung ist zwingend erforderlich:Ein externer Serienwiderstand oder Konstantstromtreiber MUSS verwendet werden. Die Flussspannung hat eine Toleranz und einen negativen Temperaturkoeffizienten, was bedeutet, dass sie abnimmt, wenn sich die Sperrschicht erwärmt. Ohne Strombegrenzung kann thermisches Durchgehen auftreten, was zu schnellem Ausfall führt.
• Thermisches Management:Obwohl das Gehäuse klein ist, erzeugt die Verlustleistung (bis zu 110mW) Wärme. Sorgen Sie für ausreichende PCB-Kupferfläche (thermische Entlastungspads), um Wärme abzuleiten, insbesondere bei Betrieb mit hohen Strömen oder in heißen Umgebungen.
• Optisches Design:Für Lichtleiteranwendungen müssen der Abstand zwischen der LED und dem Lichtleitereintrittspunkt sowie die Geometrie des Leiters optimiert werden, um die Kopplungseffizienz zu maximieren.
• Binning für Konsistenz:Für Anwendungen, die eine einheitliche Farbe und Helligkeit über mehrere LEDs hinweg erfordern, geben Sie enge Bins an (z.B. ein einzelnes Bin für dominante Wellenlänge und Lichtstärke).

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die 65-21 Serie unterscheidet sich durch ihre spezifische Kombination von Eigenschaften:

• vs. Standard Side-View LEDs:Die Aufsicht-Durch-PCB-Emission ist ein deutlicher Vorteil für Lichtleiteranwendungen, da sie es ermöglicht, die LED flach auf der Platine direkt unter dem Leiter zu montieren, was das mechanische Design vereinfacht.
• vs. Schmalwinkel-LEDs:Der 120-Grad-Abstrahlwinkel bietet eine viel breitere Sichtbarkeit, was ihn für Frontpanel-Indikatoren überlegen macht, bei denen die Betrachtungsposition nicht festgelegt ist.
• vs. Nicht automatisierbare Gehäuse:Das SMT-Gehäuse und die Verfügbarkeit auf Band und Rolle machen es für moderne, schnelle, automatisierte Fertigungslinien sehr geeignet und reduzieren die Herstellungskosten im Vergleich zu Durchsteck-LEDs.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Kann ich diese LED direkt von einer 3,3V- oder 5V-Logikversorgung ansteuern?

A: Nein. Sie müssen immer einen Serien-Strombegrenzungswiderstand verwenden. Der Widerstandswert wird berechnet als R = (V_Versorgung- V_F) / I_F. Verwenden Sie für ein konservatives Design die maximale V_Faus dem Datenblatt (2,35V), um sicherzustellen, dass der Strom 20mA nicht überschreitet.

F: Was passiert, wenn ich die LED mit 30mA statt 20mA betreibe?

A: Die Lichtstärke wird höher sein, aber die Verlustleistung und die Sperrschichttemperatur steigen. Sie müssen die Derating-Kurve prüfen, um sicherzustellen, dass 30mA bei Ihrer maximalen Umgebungstemperatur sicher ist. Die Langzeitzuverlässigkeit kann reduziert sein.

F: Wie interpretiere ich die Artikelnummer/den Code für die Bestellung?

A: Der Code (z.B. aus der Etikettenerklärung: CAT/HUE/REF) spezifiziert die Binning-Auswahlen. Sie bestellen basierend auf Ihren gewünschten Bins für Lichtstärke (CAT), dominante Wellenlänge (HUE) und Flussspannung (REF).

F: Ist ein Kühlkörper erforderlich?

A: Typischerweise nicht für eine einzelne LED bei 20mA. Wenn jedoch mehrere LEDs nahe beieinander platziert oder mit hohen Strömen/Umgebungstemperaturen betrieben werden, kann die kollektive Wärme ein thermisches Management auf der PCB erfordern.

10. Praktisches Designbeispiel

Szenario:Entwurf eines Statusindikators für ein Gerät, das von einer 5V-Schiene gespeist wird. Die LED soll mit dem Standardstrom von 20 mA betrieben werden.

1. Serienwiderstand berechnen:Verwendung eines typischen V_Fvon 2,0V zur Abschätzung: R = (5V - 2,0V) / 0,020A = 150 Ω. Für Robustheit gegenüber V_F-Schwankungen verwenden Sie die minimale V_F(1,75V), um den maximalen Strom zu berechnen: I_max= (5V - 1,75V) / 150Ω ≈ 21,7mA, was sicher ist. Ein Standard-150Ω, 1/10W Widerstand ist geeignet.
2. PCB-Layout:Platzieren Sie die LED gemäß dem empfohlenen Land Pattern. Fügen Sie etwas Kupferfläche um die Pads zur Wärmeableitung hinzu. Stellen Sie sicher, dass die Polaritätsmarkierung auf der Lötstoppmaske mit dem Kathodenindikator der LED übereinstimmt.
3. Optische Schnittstelle:Wenn ein Lichtleiter verwendet wird, modellieren Sie den Abstand und die Ausrichtung. Ein kleiner Luftspalt oder die Verwendung eines transparenten Silikon-Gels kann die Lichteinkopplungseffizienz verbessern.

11. Funktionsprinzip

Diese LED basiert auf einem AlGaInP (Aluminium-Gallium-Indium-Phosphid) Halbleiterchip. Wenn eine Flussspannung angelegt wird, die das Sperrschichtpotential der Diode überschreitet, werden Elektronen und Löcher in den aktiven Bereich injiziert, wo sie rekombinieren. In AlGaInP-Materialien setzt diese Rekombination Energie hauptsächlich in Form von Photonen im roten bis bernsteinfarbenen Teil des sichtbaren Spektrums (ca. 590-650 nm) frei. Die spezifische Zusammensetzung der AlGaInP-Schichten bestimmt die dominante Wellenlänge, die für diese brillante rote Variante 632 nm beträgt. Das wasserklare Epoxidharz-Vergussmaterial schützt den Chip, bietet mechanische Stabilität und formt den Lichtausgabestrahl, um den weiten 120-Grad-Abstrahlwinkel zu erreichen.

12. Technologietrends

Miniaturisierte Top-View-SMD-LEDs wie die 65-21 Serie sind Teil eines breiteren Trends in der Optoelektronik hin zu Miniaturisierung, höherer Effizienz und stärkerer Integration in die automatisierte Fertigung. Zu den wichtigen laufenden Entwicklungen in der Branche, die solche Bauteile beeinflussen, gehören:

• Erhöhte Effizienz:Fortlaufende Verbesserungen in der Materialwissenschaft zielen darauf ab, mehr Lumen pro Watt (höhere Effizienz) aus derselben Chipgröße zu erzeugen, was eine hellere Ausgabe oder einen geringeren Stromverbrauch ermöglicht.
• Verbesserte Farbkonsistenz:Fortschritte in der epitaktischen Abscheidung und den Binning-Prozessen führen zu engeren Toleranzen bei dominanter Wellenlänge und Lichtstärke und bieten Designern gleichmäßigere Lichtquellen.
• Erhöhte Zuverlässigkeit:Forschung zu besseren Vergussmaterialien und Verpackungstechniken führt zu längeren Betriebslebensdauern und verbesserter Widerstandsfähigkeit gegen Temperaturwechsel, Feuchtigkeit und andere Umweltbelastungen.
• Integration mit Treibern:Ein Markttrend ist die Integration von Steuerschaltungen (Konstantstromtreiber, PWM-Controller) direkt in LED-Gehäuse, was das Schaltungsdesign für Endanwender vereinfacht.