T20 Serie Monochromatische LED Spezifikation - 2016 Gehäuse - 2.0x1.6x0.75mm - 40mA - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die T20-Serie stellt eine Familie von leistungsstarken, monochromatischen Top-View-Leuchtdioden (LEDs) für allgemeine Beleuchtungsanwendungen dar. Das in diesem Dokument detaillierte Modell nutzt das kompakte 2016-Oberflächenmontagegehäuse (SMD). Diese Serie ist darauf ausgelegt, eine zuverlässige und effiziente Lichtausbeute in einem thermisch optimierten Gehäuse zu liefern, das für automatisierte Bestückungsprozesse geeignet ist.

Das zentrale Designkonzept konzentriert sich auf die Balance zwischen hohem Lichtstrom und robustem Thermomanagement, um auch unter anspruchsvollen Bedingungen einen stabilen Betrieb zu ermöglichen. Das Gehäuse ist für bleifreies Reflow-Löten optimiert, entspricht modernen Umwelt- und Fertigungsstandards und ist für die Einhaltung der RoHS-Richtlinien ausgelegt.

2. Hauptmerkmale und Anwendungen

2.1 Produktmerkmale

• Top-View-Weißlicht-LED:Emittiert Licht senkrecht zur Montageebene, ideal für direkte Beleuchtung.
• Thermisch optimiertes Gehäusedesign:Verbesserter Wärmeleitweg vom LED-Chip zur Leiterplatte, um die Sperrschichttemperatur zu managen und Leistung sowie Lebensdauer zu erhalten.
• Hohe Lichtstromausbeute:Liefert für seine kompakte Größe eine hohe Helligkeit, mit typischen Werten je nach Farbe (z.B. 10 lm für Grün, 5,5 lm für Rot bei 40mA).
• Hohe Stromtragfähigkeit:Bemessungsdurchlassstrom (IF) von 50 mA Dauerbetrieb, mit einem Pulsstrom (IFP) von 75 mA unter spezifizierten Bedingungen.
• Kompakte Gehäusegröße:Das 2016-Gehäuse misst ca. 2,0mm x 1,6mm und ermöglicht hochdichte Leiterplattenlayouts.
• Großer Abstrahlwinkel:Ein typischer Abstrahlwinkel (2θ1/2) von 120 Grad sorgt für breite, gleichmäßige Ausleuchtung.
• Bleifreies Reflow-Lötverfahren:Kompatibel mit standardmäßigen SMT-Reflow-Prozessen unter Verwendung bleifreien Lotes.
• RoHS-konform:Das Produkt ist entworfen und gefertigt, um die Richtlinien zur Beschränkung gefährlicher Stoffe einzuhalten.

2.2 Zielanwendungen

Diese LED-Serie ist vielseitig und findet in verschiedenen Beleuchtungsszenarien Anwendung, darunter:

• Innenraumbeleuchtung:Integration in Leuchten für Wohn-, Gewerbe- oder Industrieräume.
• Retrofits (Ersatz):Direkter Ersatz für ältere oder weniger effiziente Lichtquellen in bestehenden Leuchten.
• Allgemeine Beleuchtung:Bereitstellung von primärer oder sekundärer Beleuchtung in einer Vielzahl von Produkten.
• Architektonische / Dekorative Beleuchtung:Einsatz in Akzentbeleuchtung, Beschilderung und ästhetischen Lichtdesigns, bei denen spezifische monochrome Farben gewünscht sind.

3. Detaillierte technische Spezifikationen

3.1 Elektrooptische und elektrische Eigenschaften

Alle Messungen sind bei einer Sperrschichttemperatur (Tj) von 25°C und einem Durchlassstrom (IF) von 40mA spezifiziert, sofern nicht anders angegeben. Toleranzen müssen für Designmargen berücksichtigt werden.

3.1.1 Elektrooptische Eigenschaften

Die Lichtstromausbeute ist farbabhängig. Typische und Mindestwerte werden angegeben:

• Rot (RED):Typisch 5,5 lm, Minimum 2,0 lm.
• Gelb (YELLOW):Typisch 5,0 lm, Minimum 2,0 lm.
• Blau (BLUE):Typisch 2,3 lm, Minimum 1,0 lm.
• Grün (GREEN):Typisch 10,0 lm, Minimum 8,0 lm.

Toleranz der Lichtstrommessungen beträgt ±7%.

3.1.2 Elektrische Eigenschaften

• Durchlassspannung (VF):Variiert je nach Halbleitermaterial. Typische Werte reichen von 2,1V für Rot bis 3,0V für Grün, mit Maximalgrenzen bis zu 3,4V.Toleranz beträgt ±0,1V.
• Sperrstrom (IR):Maximal 10 μA bei einer Sperrspannung (VR) von 5V für alle Farben.
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):Typisch 120 Grad für alle Farben, definiert als der Winkel außerhalb der Achse, bei dem die Intensität die Hälfte des Spitzenwertes beträgt.
• Elektrostatische Entladungsempfindlichkeit (ESD):Bewertet mit mindestens 1000V (Human Body Model, HBM) für alle Farben, was auf eine moderate ESD-Robustheit für Standard-Handhabungsvorsichtsmaßnahmen hinweist.

3.2 Absolute Maximalwerte

Belastungen über diese Grenzen hinaus können dauerhafte Schäden verursachen. Betriebsbedingungen sollten für Zuverlässigkeit deutlich innerhalb dieser Grenzen ausgelegt sein.

• Durchlassstrom (IF):50 mA (Dauerbetrieb DC).
• Pulsdurchlassstrom (IFP):75 mA (Pulsbreite ≤100μs, Tastverhältnis ≤1/10).
• Sperrspannung (VR):5 V.
• Verlustleistung (PD):Rot/Gelb: 130 mW; Blau/Grün: 170 mW.
• Betriebstemperatur (Topr):-40°C bis +105°C.
• Lagertemperatur (Tstg):-40°C bis +85°C.
• Sperrschichttemperatur (Tj):110°C (Absolutes Maximum).
• Löttemperatur (Tsld):Reflow-Profil mit einer Spitzentemperatur von 230°C oder 260°C für maximal 10 Sekunden.

Hinweis: Das Überschreiten dieser Parameter kann die LED-Eigenschaften von den spezifizierten Werten abweichen lassen.

4. Erklärung des Binning-Systems

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

4.1 Lichtstrom-Binning

Bei IF=40mA, Tj=25°C wird der Lichtstrom in Codes von AA bis AG kategorisiert, mit definierten Mindest- und Maximal-Lumenbereichen. Beispielsweise deckt Code AF 10 bis 14 lm ab. Dies ermöglicht es Designern, LEDs entsprechend ihren Helligkeitsanforderungen auszuwählen.

4.2 Wellenlängen-Binning

Die dominante Wellenlänge wird gebinnt, um die Farbreinheit zu kontrollieren. Bereiche sind für jede Farbe spezifiziert:

• Rot:620-625 nm, 625-630 nm, 630-635 nm.
• Gelb:585-590 nm, 590-595 nm, 595-600 nm.
• Blau:455-460 nm, 460-465 nm, 465-470 nm.
• Grün:520-525 nm, 525-530 nm, 530-535 nm.

Toleranz der Wellenlängenmessung beträgt ±1nm.

4.3 Durchlassspannungs-Binning

Die Durchlassspannung wird ebenfalls gebinnt, um die Schaltungsauslegung für die Stromregelung zu unterstützen. Unterschiedliche Codebereiche werden für niedrigere Spannungsfarben (Rot/Gelb: 1,8-2,6V in Schritten) und höhere Spannungsfarben (Blau/Grün: 2,6-3,4V in Schritten) bereitgestellt.Toleranz beträgt ±0,1V.

4.4 Artikelnummernsystem

Die Artikelnummernstruktur (z.B. T20**011F-*****) kodiert spezifische Attribute für präzise Identifikation und Bestellung. Schlüsselelemente umfassen Typecode (20 für 2016-Gehäuse), CCT/Farbcode, Farbwiedergabeindex (für Weiß), Anzahl seriell/parallel geschalteter Chips und einen Farbcode, der Leistungsstandards definiert (z.B. F für ERP, M für ANSI).

5. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt verweist auf zwei wichtige grafische Darstellungen der Leistung.

5.1 Farbspektrum

Abb. 1. Farbspektrum:Dieses Diagramm zeigt typischerweise die relative Strahlungsleistung über der Wellenlänge für jede LED-Farbe (Rot, Gelb, Blau, Grün) bei Tj=25°C. Es definiert visuell die spektrale Reinheit und die Spitzenwellenlänge, die direkt mit der wahrgenommenen Farbe korreliert. Ein schmales Spektrum deutet auf hohe Farbsättigung hin, was typisch für monochrome LEDs ist.

5.2 Abstrahlcharakteristik

Abb. 2. Abstrahlcharakteristik:Dieses Polardiagramm veranschaulicht das räumliche Abstrahlmuster der LED. Für eine Top-View-LED mit einem großen Abstrahlwinkel von 120 Grad würde die Kurve eine breite, lambertähnliche Verteilung zeigen, bei der die Intensität bei 0 Grad (senkrecht zur LED-Oberfläche) am höchsten ist und zu den Rändern hin gleichmäßig abnimmt. Dieses Muster ist entscheidend für das Design von Optiken und das Verständnis der Beleuchtungsgleichmäßigkeit.

6. Mechanische und Gehäuseinformationen

6.1 Gehäuseabmessungen

Das 2016-SMD-Gehäuse hat Nennabmessungen von 2,0mm Länge, 1,6mm Breite und 0,75mm Höhe. Eine Draufsicht zeigt das Lötpad-Layout und die Polaritätsmarkierung. Die Anoden- und Kathodenpads sind klar gekennzeichnet, wobei die Kathode typischerweise durch eine Markierung oder eine abgeschrägte Ecke am Gehäuse angezeigt wird. Die Maßtoleranz beträgt ±0,1mm, sofern nicht anders angegeben.

6.2 Polaritätskennzeichnung

Die korrekte Polarität ist entscheidend. Das Gehäuse enthält eine visuelle Markierung (z.B. einen Punkt, eine Linie oder eine abgeschnittene Ecke), um den Kathodenanschluss zu identifizieren. Das Lötpadmuster ist asymmetrisch, um eine falsche Platzierung während der Montage zu verhindern.

7. Löt- und Montagerichtlinien

7.1 Reflow-Lötprofil

Ein detailliertes Reflow-Profil für bleifreie Lötverfahren wird bereitgestellt. Schlüsselparameter umfassen:

• Vorwärmen:Anstieg von 150°C auf 200°C über 60-120 Sekunden.
• Aufheizrate:Maximal 3°C/Sekunde bis zur Spitzentemperatur.
• Zeit oberhalb der Liquidustemperatur (T_L=217°C):60-150 Sekunden.
• Spitzentemperatur Gehäusekörper (T_P):Maximal 260°C.
• Zeit innerhalb 5°C von T_P:Maximal 30 Sekunden.
• Abkühlrate:Maximal 6°C/Sekunde.
• Gesamtzykluszeit:Maximal 8 Minuten von 25°C bis zum Peak.

7.2 Wichtige Hinweise

1. Reflow-Grenze:Es wird empfohlen, die LED nicht mehr als zweimal dem Reflow-Löten zu unterziehen. Wenn zwischen dem ersten Löten und einem zweiten Reflow mehr als 24 Stunden vergehen, kann die LED beschädigt werden.
2. Nachlöt-Reparatur:Reparaturen (z.B. mit einem Lötkolben) sollten an der LED nicht durchgeführt werden, nachdem sie dem Reflow-Löten unterzogen wurde, da lokale Hitze Schäden verursachen kann.
3. Verlustleistung:Beim thermischen Design der Anwendung muss darauf geachtet werden, dass die Verlustleistung den absoluten Maximalwert nicht überschreitet, da dies direkt die Sperrschichttemperatur und die Lebensdauer beeinflusst.

8. Verpackungs- und Bestellinformationen

8.1 Tape-and-Reel-Verpackung

Für automatisierte Pick-and-Place-Bestückung werden LEDs auf geprägter Trägerbahn und Spulen geliefert.

• Bandabmessungen:Spezifiziert, um Kompatibilität mit Zuführeinrichtungen sicherzustellen.
• Spulenkapazität:Maximal 5000 Stück pro Spule.
• Kumulative Toleranz:Die kumulative Toleranz über 10 Teilungen beträgt ±0,2mm.

8.2 Außenverpackung

Spulen werden zur Versendung und Lagerung weiter in Kartons verpackt.

• Kartonkapazität:Standardkonfigurationen umfassen 10 Spulen pro Karton, mit Optionen für 30 oder 60 Spulen pro Karton.
• Kennzeichnung:Kartons und innere Beutel sind mit kritischen Informationen gekennzeichnet, einschließlich Artikelnummer, Herstelldatumscode, Losnummer, Menge und Produktparametern. Trockenmittel ist in Feuchtigkeitssperrbeuteln enthalten, um die Bauteile zu schützen.

9. Anwendungsdesign-Überlegungen

9.1 Ansteuerung der LED

LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Eine Konstantstromquelle wird gegenüber einer Konstantspannungsquelle dringend empfohlen, um eine stabile Lichtausbeute sicherzustellen und thermisches Durchgehen zu verhindern. Der Treiber sollte so ausgelegt sein, dass er den gewünschten Betriebsstrom (z.B. 40mA für Nennspezifikationen) liefert, während er innerhalb der absoluten Maximalwerte bleibt. Die Durchlassspannungs-Binning-Information ist nützlich, um die notwendige Spannungsreserve des Treibers zu berechnen.

9.2 Thermomanagement

Trotz des thermisch optimierten Gehäuses ist eine effektive Wärmeableitung für Leistung und Lebensdauer entscheidend. Das Leiterplattenlayout sollte ausreichend Kupferfläche (Thermal Pads) verwenden, die mit den Lötpads der LED verbunden ist, um Wärme von der Sperrschicht abzuleiten. Betrieb bei oder nahe dem maximalen Nennstrom erzeugt mehr Wärme, was ein aggressiveres thermisches Design erfordert, um die Sperrschichttemperatur (Tj) deutlich unter ihrer Maximalgrenze von 110°C zu halten.

9.3 Optische Integration

Der große Abstrahlwinkel von 120 Grad macht diese LEDs geeignet für Anwendungen, die breite, diffuse Beleuchtung ohne Sekundäroptik erfordern. Für fokussierte Strahlen sind Primäroptiken (Linsen) oder Reflektoren erforderlich. Die kleine Quellgröße des 2016-Gehäuses ist vorteilhaft für die optische Kontrolle.

10. Technischer Vergleich und Differenzierung

Innerhalb der Landschaft monochromer SMD-LEDs positioniert sich die T20/2016-Serie mit spezifischen Vorteilen:

• vs. Kleinere Gehäuse (z.B. 0603, 0402):Bietet aufgrund der größeren Größe deutlich höhere Lichtausbeute und bessere thermische Leistung, was es für leistungsstärkere Allgemeinbeleuchtungsaufgaben geeignet macht, anstatt nur für Anzeigefunktionen.
• vs. Größere Gehäuse (z.B. 5050, 7070):Bietet einen kompakteren Platzbedarf für platzbeschränkte Designs bei gleichzeitig beachtlichem Lichtstrom und stellt eine Balance zwischen Größe und Leistung dar.
• Thermische Optimierung:Die explizite Erwähnung eines thermisch optimierten Gehäusedesigns ist ein wichtiger Unterscheidungsfaktor gegenüber vielen Standard-LED-Gehäusen und impliziert eine bessere Zuverlässigkeit im Dauerbetrieb.
• Umfassendes Binning:Das detaillierte Binning für Lichtstrom, Wellenlänge und Spannung bietet Designern die Werkzeuge für hochkonsistente Anwendungen, die für nicht alle LED-Serien so rigoros definiert sein mögen.

11. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

11.1 Was ist der Unterschied zwischen den Werten "Typ" und "Min" für den Lichtstrom?

Der "Typ"-Wert (Typisch) repräsentiert den durchschnittlichen oder häufigsten Ausgangswert aus der Produktion unter Testbedingungen. Der "Min"-Wert (Minimum) ist die garantierte Untergrenze; jede LED, die der Spezifikation entspricht, wird auf oder über diesem Niveau arbeiten. Designer sollten den "Min"-Wert für Worst-Case-Szenario-Berechnungen verwenden, um sicherzustellen, dass ihre Anwendung die Mindesthelligkeitsanforderungen erfüllt.

11.2 Kann ich diese LED dauerhaft mit ihrem Maximalstrom von 50mA betreiben?

Obwohl der absolute Maximalwert 50mA beträgt, erzeugt der Dauerbetrieb auf diesem Niveau maximale Wärme und treibt die Sperrschichttemperatur wahrscheinlich an ihre Grenze, es sei denn, es wird ein außergewöhnliches Thermomanagement eingesetzt. Für optimale Lebensdauer und stabile Leistung ist es ratsam, bei oder unterhalb des Teststroms von 40mA zu betreiben oder die thermische Leistung bei 50mA sorgfältig zu modellieren.

11.3 Wie interpretiere ich die Artikelnummer, um die richtige LED zu bestellen?

Sie müssen auf die Tabelle des Artikelnummernsystems verweisen. Sie müssen jeden Platzhalter (X1 bis X10) basierend auf Ihren Anforderungen definieren: Gehäusetyp (20 für 2016), gewünschte Farbe/Wellenlänge, erforderliches Lichtstrom-Bin, Spannungs-Bin und den spezifischen Farbcode (z.B. F für ERP-Standards). Kontaktieren Sie Ihren Lieferanten mit der vollständig konstruierten Artikelnummer für eine präzise Bestellung.

11.4 Warum wird von einem zweiten Reflow-Lötvorgang abgeraten, wenn mehr als 24 Stunden vergangen sind?

Dies hängt wahrscheinlich mit der Feuchtigkeitsempfindlichkeit zusammen. SMD-Gehäuse können Feuchtigkeit aus der Atmosphäre aufnehmen. Während eines schnellen Reflow-Vorgangs kann diese eingeschlossene Feuchtigkeit verdampfen und innere Delamination oder Risse ("Popcorning") verursachen. Wenn das Bauteil nicht innerhalb eines bestimmten Zeitrahmens nach dem Entfernen aus seinem feuchtigkeitsdichten Beutel gelötet wird oder zu lange exponiert ist, kann vor einem zweiten Reflow ein Trocknungsprozess (Baking) erforderlich sein, um die Feuchtigkeit auszutreiben. Der Hinweis vereinfacht dies, indem er von der Praxis insgesamt abrät, es sei denn, spezifische Handhabungsverfahren werden befolgt.

12. Praktisches Anwendungsbeispiel

Szenario: Entwurf einer dekorativen RGB-Wandfluterleuchte.

1. Bauteilauswahl:Ein Ingenieur wählt die roten, grünen und blauen LEDs aus der T20-Serie. Er wählt spezifische Wellenlängen-Bins (z.B. 625-630nm Rot, 525-530nm Grün, 465-470nm Blau), um den gewünschten Farbraum zu erreichen. Er wählt auch ein mittleres Lichtstrom-Bin (z.B. Code AC oder AD) für ausgewogene Helligkeit.
2. Schaltungsdesign:Es werden drei separate Konstantstromtreiber entworfen, einer für jeden Farbkanal, eingestellt auf 40mA. Die Ausgangsspannungsreserve des Treibers wird unter Verwendung der maximalen VF aus dem Datenblatt (z.B. 3,4V für Grün/Blau) plus einer gewissen Reserve dimensioniert.
3. Leiterplattenlayout:Die LEDs werden auf der Leiterplatte platziert, mit großzügigen Kupferflächen, die mit ihren Thermal Pads verbunden sind. Das Layout folgt dem empfohlenen Lötpadmuster aus dem Abmessungsdiagramm, um korrektes Löten und Ausrichtung sicherzustellen.
4. Thermische Analyse:Angesichts des geschlossenen Leuchtens berechnet der Ingenieur den erwarteten Wärmewiderstand von der Sperrschicht zur Umgebung. Er stellt sicher, dass selbst mit mehreren eingeschalteten LEDs die geschätzte Tj für lange Lebensdauer unter 85°C bleibt.
5. Montage:Die Leiterplattenbestückung folgt präzise dem spezifizierten Reflow-Profil. Die LEDs werden innerhalb des empfohlenen Zeitrahmens nach dem Öffnen der Verpackung verwendet, um Feuchtigkeitsprobleme zu vermeiden.

13. Einführung in das Funktionsprinzip

Eine Leuchtdiode (LED) ist ein Halbleiterbauteil, das Licht emittiert, wenn ein elektrischer Strom durch es fließt. Dieses Phänomen wird Elektrolumineszenz genannt. In einer monochromen LED wie denen der T20-Serie ist ein Halbleiterchip (typischerweise aus Materialien wie AlInGaP für Rot/Gelb oder InGaN für Blau/Grün) im Gehäuse untergebracht. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die die Bandlückenspannung des Chips übersteigt, rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich des Halbleiters und setzen Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Materialzusammensetzung und Struktur des Halbleiters bestimmt die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts. Das Gehäuse dient dazu, den Chip zu schützen, elektrische Verbindungen bereitzustellen und enthält einen Leuchtstoff (für weiße LEDs) oder eine klare Kuppel/Linse, um die Lichtausbeute zu formen. Das Design des 2016-Gehäuses konzentriert sich darauf, dieses Licht effizient zu extrahieren und die durch nichtstrahlende Rekombination und elektrischen Widerstand erzeugte Wärme zu managen.

14. Technologietrends

Die Entwicklung von SMD-LEDs wie der T20-Serie folgt mehreren wichtigen Branchentrends:

• Erhöhte Effizienz (lm/W):Fortlaufende Verbesserungen in Materialwissenschaft und Chipdesign streben kontinuierlich nach höherer Lichtausbeute, was mehr Lichtausbeute pro verbrauchter elektrischer Leistung bedeutet.
• Miniaturisierung mit Leistung:Der Trend geht dahin, höhere Lichtausbeute in immer kleinere Gehäuse zu packen, wie bei Nachfolgern des 2016, wie dem 1010 oder noch kleineren Chips zu sehen. Dies ermöglicht schlankere Produktdesigns.
• Verbesserte Zuverlässigkeit und Thermomanagement:Da die Leistungsdichten steigen, werden fortschrittliche Gehäusematerialien (z.B. Keramiksubstrate, hochwärmeleitfähige Vergussmassen) eingesetzt, um die Sperrschichttemperatur besser zu managen, die der primäre Faktor für die LED-Lebensdauer ist.
• Standardisierung und Binning:Die Branche bewegt sich hin zu präziseren und standardisierten Binning-Systemen, um Designern vorhersehbare Leistung zu bieten, was für Anwendungen entscheidend ist, die Farb- und Helligkeitskonsistenz über Tausende von Einheiten erfordern.
• Intelligente und integrierte LEDs:Ein wachsender Trend ist die Integration von Steuerschaltungen (Treiberschaltungen, Sensoren, Kommunikationsschnittstellen) direkt in das LED-Gehäuse, wodurch "intelligente" LEDs für IoT- und vernetzte Beleuchtungssysteme entstehen, obwohl dies in weißen und RGB-Gehäusen weiter verbreitet ist.