Mini Top View LED 65-11 Serie Datenblatt - Abmessungen 3,2x2,8x1,9mm - Spannung 2,75-3,65V - Leistung 110mW - Weiß - Technisches Dokument

1. Produktüberblick

Die 65-11 Serie stellt eine Familie von Mini Top View Oberflächenmontage (SMD) LEDs dar. Dieses Produkt ist als kompakte optische Anzeigekomponente entwickelt und nutzt einen InGaN (Indiumgalliumnitrid) Halbleiterchip zur Erzeugung eines rein weißen Lichtausgangs. Die LED ist in einem wasserklaren Kunststoffgehäuse vergossen, was zu ihrer optischen Leistung beiträgt. Ein wesentliches Konstruktionsmerkmal ist der integrierte Inter-Reflektor innerhalb des Gehäuses. Dieser Reflektor optimiert die Lichtauskopplung und den Kopplungswirkungsgrad, wodurch diese LED besonders gut für Anwendungen mit Lichtleitern geeignet ist, bei denen ein effizienter gerichteter Lichttransfer entscheidend ist.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die primären Vorteile dieser LED-Serie ergeben sich aus ihrem Gehäusedesign und der Materialauswahl. Der breite Betrachtungswinkel von 120 Grad (typisch) gewährleistet eine hohe Sichtbarkeit aus verschiedenen Blickwinkeln, was für Statusanzeigen in Unterhaltungselektronik, Automobilarmaturenbrettern und Industrie-Bedienfeldern wesentlich ist. Das SMT (Surface Mount Technology) Gehäuse ermöglicht eine schnelle, automatisierte Bestückung mit Standard-IR (Infrarot) Reflow-Lötprozessen, was die Fertigungskosten im Vergleich zu Durchsteckbauteilen deutlich senkt und die Zuverlässigkeit erhöht. Das Produkt ist als bleifrei und konform mit der RoHS (Beschränkung gefährlicher Stoffe) Richtlinie spezifiziert und erfüllt globale Umweltvorschriften. Die Zielmärkte sind breit gefächert und umfassen Hintergrundbeleuchtung für LCDs und Tastaturen (insbesondere in Mobilgeräten), allgemeine Anzeigefunktionen und spezielle Beleuchtungsanwendungen, bei denen eine Kopplung in Acryl- oder Polycarbonat-Lichtleiter erforderlich ist.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Interpretation der im Datenblatt spezifizierten wesentlichen elektrischen, optischen und thermischen Parameter. Das Verständnis dieser Grenzwerte und Eigenschaften ist grundlegend für ein zuverlässiges Schaltungsdesign.

2.1 Absolute Maximalwerte

Die absoluten Maximalwerte definieren die Belastungsgrenzen, über die hinaus dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Dies sind keine Bedingungen für den Normalbetrieb.

• Sperrspannung (V_R):5V. Das Überschreiten dieser Spannung in Sperrrichtung kann zum Durchbruch der Sperrschicht führen.
• Dauer-Durchlassstrom (I_F):30mA. Dies ist der maximale Gleichstrom, der kontinuierlich angelegt werden kann.
• Spitzen-Durchlassstrom (I_FP):100mA. Dieser Impulsstromwert (bei einem Tastverhältnis von 1/10 und 1kHz Frequenz) ermöglicht kurzzeitige Überstrombedingungen, was für Multiplexing oder das Erzeugen hellerer Blitze nützlich ist.
• Verlustleistung (P_d):110mW. Dies ist die maximale Leistung, die das Gehäuse bei einer Umgebungstemperatur (T_a) von 25°C als Wärme abführen kann. Das Überschreiten dieses Limits riskiert thermisches Durchgehen.
• Elektrostatische Entladung (ESD):2000V (Human Body Model). Dieser Wert zeigt ein mittleres Maß an integriertem ESD-Schutz an, dennoch wird der Umgang mit Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen empfohlen.
• Betriebs- & Lagertemperatur:-40°C bis +85°C / -40°C bis +90°C. Diese Bereiche definieren die Umgebungsbedingungen für den Betrieb und die Lagerung ohne Betrieb.
• Löttemperatur:Das Bauteil hält IR-Reflow-Lötung mit einer Spitzentemperatur von 260°C für 10 Sekunden oder Handlötung bei 350°C für 3 Sekunden stand.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

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

• Lichtstärke (I_V):715 bis 1800 mcd (Millicandela). Dies ist das primäre Maß für die Helligkeit der LED. Die große Spanne zeigt an, dass ein Binning-System verwendet wird (siehe Abschnitt 3). Ein typischer Durchlassstrom von 20mA wird für die Spezifikation verwendet.
• Betrachtungswinkel (2θ_1/2):120 Grad (typisch). Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte ihres Spitzenwerts abfällt. Der breite Winkel ist das Ergebnis des Top-View-Gehäuses und des diffusen Linsen-/Reflektordesigns.
• Durchlassspannung (V_F):2,75V bis 3,65V. Dies ist der Spannungsabfall über der LED bei einem Betrieb mit 20mA. Die Variation ist auf Halbleiterprozess-Toleranzen zurückzuführen und wird durch Spannungs-Binning verwaltet.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um Konsistenz in der Massenproduktion zu gewährleisten, werden LEDs in Leistungsgruppen oder \"Bins\" sortiert. Dieses Datenblatt definiert Bins für Lichtstärke und Durchlassspannung.

3.1 Lichtstärke-Binning

LEDs werden basierend auf ihrer gemessenen Lichtstärke bei 20mA in vier Bins (V1, V2, W1, W2) kategorisiert. Zum Beispiel hat eine LED aus Bin V1 eine Lichtstärke zwischen 715 und 900 mcd, während eine LED aus Bin W2 zwischen 1420 und 1800 mcd liegt. Entwickler müssen bei der Bestellung das erforderliche Bin angeben, um einen Mindesthelligkeitsgrad für ihre Anwendung zu garantieren.

3.2 Durchlassspannungs-Binning

Die Durchlassspannung wird unter der \"E\"-Klassifikation in drei Gruppen (E5, E6, E7) eingeteilt. Zum Beispiel umfasst Bin E5 V_F von 2,75V bis 3,05V. Die Auswahl von LEDs aus demselben Spannungs-Bin ist für Designs entscheidend, bei denen mehrere LEDs parallel geschaltet sind, da dies eine gleichmäßigere Stromaufteilung und Helligkeit gewährleistet.

3.3 Farbort-Binning

Die Farbe des weißen Lichts wird durch seine Koordinaten (x, y) im CIE-1931-Farbtafeld definiert. Das Datenblatt zeigt vier primäre Bins (B3, B4, B5, B6), die spezifische Bereiche in diesem Diagramm definieren. Jedes Bin hat einen definierten viereckigen Bereich. Zum Beispiel umfasst Bin B3 einen Bereich mit x-Koordinaten von ~0,283 bis 0,304 und y-Koordinaten von ~0,295 bis 0,330. Dieses Binning stellt sicher, dass der Weißpunkt (korrelierte Farbtemperatur - CCT) innerhalb eines akzeptablen Bereichs liegt und verhindert merkliche Farbunterschiede zwischen LEDs in einem Array. Die Toleranz für diese Koordinaten beträgt ±0,01.

4. Analyse der Kennlinien

Die typischen Kennlinien geben Aufschluss darüber, wie sich die LED unter nicht standardmäßigigen Bedingungen verhält.

4.1 Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Diese Kurve zeigt, dass die Lichtausbeute nicht linear proportional zum Strom ist. Während die Ausgabe mit steigendem Strom zunimmt, nimmt der Wirkungsgrad (Lumen pro Watt) bei höheren Strömen typischerweise aufgrund vermehrter Wärmeentwicklung im Chip ab. Ein Betrieb der LED über den empfohlenen 20mA hinaus für längere Zeit verringert die Lebensdauer und kann zu einer Farbverschiebung führen.

4.2 Durchlassstrom-Derating-Kurve

Dies ist ein entscheidendes Diagramm für das thermische Management. Es zeigt den maximal zulässigen kontinuierlichen Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur (T_a). Mit steigendem T_a nimmt die Fähigkeit der LED, Wärme abzuführen, ab. Daher muss der maximal sichere Betriebsstrom reduziert werden. Zum Beispiel ist bei einer Umgebungstemperatur von 85°C der maximale Dauerstrom deutlich niedriger als der bei 25°C spezifizierte absolute Maximalwert von 30mA. Die Nichtbeachtung dieses Deratings kann zu einem schnellen Leistungsabfall führen.

3.3 Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur

Diese Kurve veranschaulicht die Temperaturabhängigkeit der Lichtausbeute. Typischerweise nimmt die Lichtstärke von weißen LEDs auf InGaN-Basis mit steigender Sperrschichttemperatur ab. Dies ist eine wichtige Überlegung für Anwendungen in Hochtemperaturumgebungen oder bei denen die LED hart betrieben wird, da die tatsächliche Helligkeit niedriger sein wird als die Raumtemperatur-Spezifikation.

4.4 Durchlassspannung vs. Durchlassstrom & Spektrale Verteilung

Die V_F vs. I_F Kurve zeigt die exponentielle I-V-Kennlinie der Diode. Das Spektralverteilungsdiagramm zeigt die relative abgestrahlte Leistung über verschiedene Wellenlängen. Für eine weiße LED mit einem blauen Chip und einer Phosphorbeschichtung weist das Spektrum einen Peak im blauen Bereich (vom Chip) und einen breiteren Peak im gelben/grünen/roten Bereich (vom Phosphor) auf. Das kombinierte Ausgangssignal wird als weißes Licht wahrgenommen.

4.5 Strahlungsdiagramm

Dieses Polardiagramm stellt den Betrachtungswinkel und die räumliche Lichtverteilung visuell dar. Der 120-Grad-Betrachtungswinkel wird hier bestätigt und zeigt, wie die Intensität in Winkeln abseits der Mittelachse (0 Grad) abnimmt.

5. Mechanische und Verpackungsinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die LED hat einen kompakten SMD-Fußabdruck. Wichtige Abmessungen sind eine Bauteilgröße von etwa 3,2mm (Länge) x 2,8mm (Breite) x 1,9mm (Höhe). Das Datenblatt bietet eine detaillierte Zeichnung mit Toleranzen, typischerweise ±0,1mm, sofern nicht anders angegeben. Dies beinhaltet die Platzierung der Anoden- und Kathodenanschlüsse, die für das korrekte PCB (Leiterplatten) Layout und die Ausrichtung während der automatisierten Bestückung entscheidend sind.

5.2 Polaritätskennzeichnung

Das Gehäuse enthält eine Polaritätsmarkierung. Typischerweise zeigt eine Kerbe, ein Punkt oder eine abgeschrägte Ecke am Gehäuse die Kathodenseite an. Das Lötflächendesign des PCB-Fußabdrucks sollte diese Asymmetrie widerspiegeln, um eine falsche Platzierung zu verhindern.

6. Löt- und Bestückungsrichtlinien

6.1 Reflow-Lötparameter

Das Bauteil ist mit Standard-Infrarot (IR) Reflow-Lötprozessen kompatibel. Das maximal empfohlene Profil hat eine Spitzentemperatur von 260°C, die nicht länger als 10 Sekunden überschritten werden sollte. Es ist wichtig, ein kontrolliertes Temperatur-Anstiegs- und Abkühlprofil einzuhalten, um thermischen Schock zu vermeiden, der das Kunststoffgehäuse reißen oder die internen Bonddrähte beschädigen kann.

6.2 Handlötung

Falls manuelles Löten notwendig ist, sollte es schnell durchgeführt werden. Die Empfehlung ist, eine Lötspitze bei 350°C für maximal 3 Sekunden pro Anschluss zu verwenden. Eine zu lange Wärmeeinwirkung kann zu viel Wärme auf den LED-Chip übertragen.

6.3 Lagerbedingungen

LEDs sollten in ihren original Feuchtigkeitssperrbeuteln mit Trockenmittel in einer kontrollierten Umgebung gelagert werden, typischerweise unter 30°C und 60% relativer Luftfeuchtigkeit. Wenn die Beutel geöffnet werden, können die Bauteile Feuchtigkeit aufnehmen, was während der Reflow-Lötung aufgrund der schnellen Dampfausdehnung zu \"Popcorning\" (Gehäuserissen) führen kann. Für eine verlängerte Lagerung nach dem Öffnen kann gemäß IPC/JEDEC-Standard ein Trocknungsverfahren erforderlich sein.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Band- und Spulendimensionen

Die LEDs werden auf Band und Rolle für die automatisierte Bestückung geliefert. Das Datenblatt gibt die Abmessungen des Trägerbands, der Spulennabe und der gesamten Rolle an. Diese Informationen sind für die Programmierung der Zuführeinrichtungen auf SMT-Bestückungsautomaten notwendig.

7.2 Etikettenerklärung und Modellnummerierung

Das Produktetikett auf der Rolle oder dem Karton enthält Codes, die die Leistungs-Bins des Bauteils spezifizieren. Die wichtigsten Codes sind:
CAT: Lichtstärke-Rang (z.B. W1, V2).
HUE: Farbort-Koordinaten (z.B. B4, B6).
REF: Durchlassspannungs-Rang (z.B. E5, E7).
Die vollständige Artikelnummer (z.B. 65-11/T2C-FV1W2E/2T) kodiert die Serie, den Gehäusetyp und wahrscheinlich die Leistungs-Bins, was eine präzise Identifizierung und Bestellung ermöglicht.

8. Anwendungsempfehlungen

8.1 Typische Anwendungsszenarien

• Optische Anzeigen:Netzteilstatus, Modusauswahl und Warnanzeigen in Unterhaltungselektronik, Haushaltsgeräten und Automobilinnenräumen.
• Kopplung in Lichtleiter:Der breite Betrachtungswinkel und der optimierte Reflektor machen diese LED ideal für die Kantenbeleuchtung von Acryl- oder Polycarbonat-Lichtleitern, die üblicherweise zur Beleuchtung von Symbolen, Tasten oder zur Erzeugung gleichmäßiger hinterleuchteter Panels verwendet werden.
• Hintergrundbeleuchtung:Geeignet für kleine LCD-Displays, Tastaturbeleuchtung in Mobiltelefonen und Hintergrundbeleuchtung von Folientastern oder dekorativen Panels.
• Allgemeine Beleuchtung:Kann in Arrays für schwache Umgebungs- oder Akzentbeleuchtung verwendet werden.

8.2 Designüberlegungen

• Strombegrenzung:Immer einen Reihenstrombegrenzungswiderstand oder eine Konstantstromquelle verwenden. Die Durchlassspannung variiert, daher wird der Betrieb mit einer Konstantspannungsquelle nicht empfohlen, da dies zu thermischem Durchgehen führen kann.
• Thermisches Management:Für Designs, die hohe Helligkeit erfordern oder in warmen Umgebungen arbeiten, ist eine ausreichende PCB-Kupferfläche (thermische Pads) sicherzustellen, um Wärme von den LED-Lötstellen abzuleiten.
• Optisches Design:Bei Verwendung mit Lichtleitern sind der Abstand und die Ausrichtung zwischen der LED und dem Lichtleitereingang für die Effizienz entscheidend. Optische Simulation oder Prototyping wird empfohlen.
• ESD-Schutz:Obwohl das Bauteil einen gewissen ESD-Schutz aufweist, ist die Integration von Transientenspannungsunterdrückung auf empfindlichen Leitungen oder die Verwendung von ESD-sicheren Handhabungsverfahren während der Montage eine gute Praxis.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die 65-11 Serie unterscheidet sich durch ihre spezifische Kombination aus breitem Betrachtungswinkel und einem für Lichtleiterkopplung optimierten Gehäuse. Im Vergleich zu Standard-Side-View LEDs ist das Top-View-Abstrahlverhalten besser für Anwendungen geeignet, bei denen die LED senkrecht zur Betrachtungsoberfläche montiert ist. Im Vergleich zu anderen Top-View LEDs ist der integrierte Inter-Reflektor ein konstruktives Merkmal, das darauf abzielt, die optische Effizienz in Lichtleiteranwendungen zu verbessern und potenziell eine bessere Leistung in Lichtleitersystemen zu bieten als eine generische Top-View LED ohne ein solches Merkmal.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Kann ich diese LED dauerhaft mit 30mA betreiben?
A: Der absolute Maximalwert beträgt 30mA bei 25°C Umgebungstemperatur. Für einen zuverlässigen Langzeitbetrieb ist es ratsam, unterhalb dieses Maximums zu arbeiten. Der spezifizierte typische Betriebszustand ist 20mA. Darüber hinaus muss der Strom reduziert werden, wenn die Umgebungstemperatur über 25°C liegt, wie in der Derating-Kurve gezeigt.

F: Warum gibt es eine so große Spanne bei der Lichtstärke (715-1800 mcd)?
A: Diese Spanne repräsentiert die Gesamtstreuung über alle Produktions-Bins hinweg. Einzelne LEDs werden in engere Bins (V1, V2, W1, W2) sortiert. Durch die Angabe eines erforderlichen Bin-Codes bei der Bestellung können Sie sicherstellen, dass Sie LEDs mit einer konsistenten und bekannten Mindesthelligkeit erhalten.

F: Wie wähle ich den richtigen strombegrenzenden Widerstand?
A: Verwenden Sie das Ohmsche Gesetz: R = (V_versorgung - V_F) / I_F. Verwenden Sie die maximale V_F aus dem Datenblatt (oder Ihrem spezifizierten Spannungs-Bin), um sicherzustellen, dass genügend Spannung am Widerstand abfällt, um den Strom unter allen Bedingungen ordnungsgemäß zu begrenzen. Für eine 5V Versorgung und eine max. V_F von 3,65V bei 20mA: R = (5 - 3,65) / 0,02 = 67,5Ω. Ein Standard-68Ω Widerstand wäre geeignet. Berechnen Sie immer auch die Belastbarkeit des Widerstands: P = I²² * R.

11. Praktisches Design- und Anwendungsbeispiel

Beispiel: Beleuchtetes Tastschalterpanel
Ein Entwickler erstellt ein Bedienpanel mit mehreren Tastschaltern, die hinterleuchtet werden müssen. Jeder Schalter hat eine lichtdurchlässige Kappe und einen Lichtleiter darunter. Die 65-11 LED wird gewählt, weil ihr Top-View-Abstrahlverhalten und der breite Winkel Licht effizient in die Basis des Lichtleiters einkoppeln. Der Entwickler wählt Bin W1 für eine konsistente, mittlere bis hohe Helligkeit. Die LEDs werden auf der Leiterplatte direkt unter jedem Lichtleiter platziert. Ein Konstantstrom von 18mA wird verwendet (leicht unterhalb der 20mA-Spezifikation, um die Lebensdauer zu erhöhen und die Wärme zu reduzieren). Das Durchlassspannungs-Bin E6 wird spezifiziert, um eine gleichmäßige Helligkeit zu gewährleisten, wenn alle LEDs parallel von einer einzigen Spannungsschiene mit individuellen Reihenwiderständen versorgt werden. Das PCB-Layout beinhaltet kleine thermische Entlastungspads, die mit einer Masseebene verbunden sind, um die Wärmeableitung zu unterstützen.

12. Einführung des Funktionsprinzips

Diese weiße LED arbeitet nach dem Prinzip der Photolumineszenz. Der Kern ist ein Halbleiterchip aus InGaN, der blaues Licht emittiert, wenn Elektronen bei Anlegen einer Durchlassspannung (Strom) mit Löchern über seine Bandlücke rekombinieren. Dieses blaue Licht wird nicht direkt emittiert. Stattdessen trifft es auf eine Schicht aus Phosphorbeschichtung (typischerweise YAG:Ce - Yttrium-Aluminium-Granat dotiert mit Cer), die auf oder um den Chip aufgebracht ist. Der Phosphor absorbiert einen Teil der blauen Photonen und emittiert Licht über ein breiteres Spektrum im gelben und roten Bereich neu. Das menschliche Auge nimmt die Mischung aus dem verbleibenden blauen Licht und dem umgewandelten gelben/roten Licht als weißes Licht wahr. Der genaue Farbton oder die korrelierte Farbtemperatur (CCT) des weißen Lichts wird durch die Zusammensetzung und Dicke der Phosphorschicht bestimmt.

13. Technologietrends

Der allgemeine Trend bei SMD LEDs wie der 65-11 Serie geht in Richtung höherer Effizienz (mehr Lumen pro Watt), was den Stromverbrauch und die Wärmeentwicklung bei gleicher Lichtausbeute reduziert. Es gibt auch Bestrebungen für einen verbesserten Farbwiedergabeindex (CRI), insbesondere für Beleuchtungsanwendungen, was den Einsatz komplexerer Multi-Phosphor-Systeme beinhaltet. Die Miniaturisierung schreitet fort, wobei noch kleinere Gehäusegrößen verfügbar werden. Darüber hinaus ist die Integration von Steuerelektronik, wie Konstantstromtreiber oder PWM (Pulsweitenmodulation) Controller, direkt in das LED-Gehäuse (\"Smart LEDs\") ein wachsender Trend, der die Schaltungsentwicklung für den Endanwender vereinfacht. Die zugrundeliegende InGaN-Technologie für blaue Chips ist ausgereift, wobei laufende Forschung sich auf die Reduzierung des Effizienzabfalls bei hohen Strömen und die Verbesserung der Lebensdauer bei höheren Betriebstemperaturen konzentriert.