Reverse Mount SMD LED Blau Datenblatt - EIA-Gehäuse - 5mA - 45mcd - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt detailliert die Spezifikationen einer Reverse-Mount-SMD-Leuchtdiode (LED), die auf Indiumgalliumnitrid (InGaN) basiert und blaues Licht emittiert. Das Bauteil verfügt über eine wasserklare Linse und ist in einem standardkonformen EIA-Gehäuse untergebracht. Es ist für automatisierte Bestückungsprozesse, einschließlich Pick-and-Place-Geräten und Infrarot-Reflow-Lötung, ausgelegt und eignet sich somit für die Serienfertigung. Die LED wird als "grünes Produkt" eingestuft und entspricht der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe).

1.1 Kernvorteile

• Reverse-Mount-Design:Der Chip ist in einer speziellen Orientierung montiert, die für bestimmte Leiterplattenlayouts und Lichtauskopplung optimiert ist.
• Automatisierungskompatibilität:Geliefert auf 8-mm-Tape auf 7-Zoll-Spulen, voll kompatibel mit Standard-Automatisierungs- und Lötgeräten.
• Hohe ESD-Toleranz:Besitzt eine ESD-Schwellenspannung von 8000V (Human Body Model, HBM), was eine gute Handhabungsrobustheit bietet.
• IC-kompatibel:Die elektrischen Eigenschaften erlauben den direkten Anschluss an Standard-Logikpegel-Ausgänge von integrierten Schaltkreisen.
• Bleifreie Prozesskompatibilität:Hält den für bleifreie Bestückung erforderlichen IR-Reflow-Lötprofilen stand.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Der folgende Abschnitt bietet eine detaillierte Aufschlüsselung der absoluten Grenzwerte und Betriebseigenschaften des Bauteils. Alle Parameter sind, sofern nicht anders angegeben, bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C spezifiziert.

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Ein Betrieb bei oder über diesen Grenzen ist nicht garantiert.

• Verlustleistung (Pd):76 mW. Die maximale Gesamtleistung, die das Bauteil als Wärme abführen kann.
• Spitzen-Durchlassstrom (I_FP):100 mA. Zulässig unter gepulsten Bedingungen (1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Impulsbreite).
• DC-Durchlassstrom (I_F):20 mA. Der maximale kontinuierliche Durchlassstrom für einen zuverlässigen Betrieb.
• Betriebstemperaturbereich (T_opr):-20°C bis +80°C.
• Lagertemperaturbereich (T_stg):-30°C bis +100°C.
• Infrarot-Lötbedingung:Hält einer Spitzentemperatur von 260°C für 10 Sekunden stand, typisch für bleifreie Reflow-Prozesse.

2.2 Elektrische & Optische Kenngrößen

Dies sind die typischen Leistungsparameter unter Standardtestbedingungen (I_F= 5 mA, Ta=25°C).

• Lichtstärke (I_V):Reicht von mindestens 11,2 mcd bis maximal 45,0 mcd. Der typische Wert hängt vom spezifischen Bin ab (siehe Abschnitt 3). Gemessen mit einem Sensor, der auf die CIE-Photopische Augenempfindlichkeitskurve gefiltert ist.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):130 Grad. Dieser weite Abstrahlwinkel deutet auf ein diffuses, nicht fokussiertes Lichtemissionsmuster hin, das sich für Anzeige- und Hintergrundbeleuchtungsanwendungen eignet, die eine große Winkelabdeckung erfordern.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_P):468 nm. Die spezifische Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsabgabe am höchsten ist.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):465,0 nm bis 475,0 nm. Dies ist die einzelne Wellenlänge, die das menschliche Auge als Farbe wahrnimmt. Sie wird aus dem CIE-Farbdiagramm abgeleitet.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):25 nm. Dieser Parameter gibt die spektrale Reinheit oder Bandbreite des emittierten Lichts an. Ein Wert von 25 nm ist typisch für eine Standard-Blaue-InGaN-LED.
• Durchlassspannung (V_F):2,65 V bis 3,15 V. Der Spannungsabfall über der LED bei einem Betriebsstrom von 5 mA. Dieser Bereich muss bei der Berechnung des strombegrenzenden Widerstands im Schaltungsdesign berücksichtigt werden.
• Sperrstrom (I_R):Maximal 10 μA bei einer angelegten Sperrspannung (V_R) von 0,55V.Wichtiger Hinweis:Das Bauteil ist nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt; diese Testbedingung dient nur der Charakterisierung des Leckstroms.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um die Konsistenz in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs anhand wichtiger Parameter in Bins sortiert. Dies ermöglicht es Designern, Bauteile auszuwählen, die spezifische Anforderungen an Farb- und Helligkeitsgleichmäßigkeit erfüllen.

3.1 Durchlassspannungs-Binning

Die Bins stellen sicher, dass LEDs ähnliche Spannungsabfälle aufweisen, was das Schaltungsdesign in Parallelschaltungen vereinfachen kann. Die Toleranz pro Bin beträgt ±0,1V.

• Bin 1: 2,65V - 2,75V
• Bin 2: 2,75V - 2,85V
• Bin 3: 2,85V - 2,95V
• Bin 4: 2,95V - 3,05V
• Bin 5: 3,05V - 3,15V

3.2 Lichtstärke-Binning

Dieses Binning gruppiert LEDs nach ihrer Helligkeitsabgabe bei 5 mA. Die Toleranz pro Bin beträgt ±15%.

• L1: 11,2 mcd - 14,0 mcd
• L2: 14,0 mcd - 18,0 mcd
• M1: 18,0 mcd - 22,4 mcd
• M2: 22,4 mcd - 28,0 mcd
• N1: 28,0 mcd - 35,5 mcd
• N2: 35,5 mcd - 45,0 mcd

3.3 Dominante Wellenlänge-Binning

Dies steuert die wahrgenommene Farbe (Farbton) des blauen Lichts. Die Toleranz pro Bin beträgt ±1 nm.

• Bin AC: 465,0 nm - 470,0 nm (leicht grünstichiges Blau)
• Bin AD: 470,0 nm - 475,0 nm (leicht reineres Blau)

4. Analyse der Kennlinien

Obwohl spezifische grafische Kurven im Datenblatt referenziert sind (z.B. Abb.1, Abb.6), sind ihre Auswirkungen für das Design entscheidend.

4.1 Lichtstärke in Abhängigkeit vom Durchlassstrom

Die Lichtausbeute (I_V) ist innerhalb des Betriebsbereichs annähernd proportional zum Durchlassstrom (I_F). Ein Betrieb der LED über 5 mA erhöht die Helligkeit, aber auch die Verlustleistung und die Sperrschichttemperatur, was Lebensdauer und Wellenlänge beeinflussen kann. Der maximale DC-Strom von 20 mA bietet einen erheblichen Helligkeitsspielraum gegenüber dem 5-mA-Testpunkt.

4.2 Durchlassspannung in Abhängigkeit von Strom & Temperatur

Die V_Feiner Diode hat einen negativen Temperaturkoeffizienten; sie sinkt mit steigender Sperrschichttemperatur. Diese Eigenschaft ist wichtig für Konstantstrom-Treiberdesigns, da eine feste Spannungsquelle ohne ordnungsgemäße Strombegrenzung zu thermischem Durchgehen führen kann. Der spezifizierte V_F-Bereich bei 25°C muss als Richtwert verwendet werden, wobei zu berücksichtigen ist, dass er sich mit der Betriebstemperatur verschiebt.

4.3 Spektrale Verteilung

Das referenzierte Spektraldiagramm (Abb.1) würde eine gaußähnliche Verteilung zeigen, die bei der Spitzenwellenlänge von 468 nm zentriert ist, mit einer Halbwertsbreite (FWHM) von 25 nm. Diese spektrale Breite ist relevant für Anwendungen, die empfindlich auf bestimmte Wellenlängen reagieren, wie z.B. Sensoren oder farbgemischte Beleuchtungssysteme.

5. Mechanische & Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen und Polarität

Das Bauteil entspricht einem standardmäßigen EIA-Gehäuseumriss. Die Bezeichnung "Reverse Mount" ist entscheidend für das Design des Leiterplatten-Footprints. Kathode und Anode befinden sich auf bestimmten Seiten des Gehäuses. Die mechanische Zeichnung liefert genaue Abmessungen (in mm) für das Lötflächen-Design, einschließlich Pad-Größe und Abstand, um eine ordnungsgemäße Lötung und Ausrichtung zu gewährleisten. Die Toleranz für die meisten Abmessungen beträgt ±0,10 mm.

5.2 Vorgeschlagenes Lötpad-Layout

Ein empfohlenes Leiterplatten-Landpattern (Lötflächengeometrie) wird bereitgestellt, um zuverlässige Lötstellenbildung während des Reflow-Prozesses sicherzustellen. Die Einhaltung dieses Musters hilft, "Tombstoning" (Bauteil stellt sich auf) zu verhindern und gewährleistet eine ordnungsgemäße thermische und elektrische Verbindung.

6. Löt- & Bestückungsrichtlinien

6.1 IR-Reflow-Lötprofil

Ein empfohlenes Reflow-Profil für bleifreie Prozesse ist enthalten. Wichtige Parameter sind:

• Vorwärmen:Bereich 150–200°C.
• Vorwärmzeit:Maximal 120 Sekunden, um Temperaturstabilisierung und Flussmittelaktivierung zu ermöglichen.
• Spitzentemperatur:Maximal 260°C.
• Zeit oberhalb Liquidus:Das Bauteil hält die Spitzentemperatur maximal 10 Sekunden aus. Der Reflow-Vorgang sollte maximal zweimal durchgeführt werden.

Hinweis:Das Profil muss für die spezifische Leiterplattenbestückung charakterisiert werden, da Platinendicke, Bauteildichte und Lotpaste den Wärmetransfer beeinflussen.

6.2 Handlötung

Falls manuelles Löten erforderlich ist:

• Lötkolbentemperatur:Maximal 300°C.
• Lötzeit:Maximal 3 Sekunden pro Anschluss.
• Häufigkeit:Sollte nur einmal durchgeführt werden, um thermische Belastung zu vermeiden.

6.3 Reinigung

Falls eine Nachlötreinigung erforderlich ist:

• Verwenden Sie nur spezifizierte Lösungsmittel: Ethylalkohol oder Isopropylalkohol bei normaler Raumtemperatur.
• Die Tauchzeit sollte weniger als eine Minute betragen.
• Nicht spezifizierte Chemikalien können das LED-Gehäusematerial (Epoxidlinse) beschädigen.

7. Lagerung & Handhabung

7.1 ESD-Vorsichtsmaßnahmen

Trotz der 8000V-HBM-Bewertung werden Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen empfohlen: Verwenden Sie geerdete Handgelenkbänder, antistatische Matten und ordnungsgemäß geerdete Geräte bei der Handhabung.

7.2 Feuchtigkeitsempfindlichkeit

Das Bauteil hat eine Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe (MSL) von 2a.

• Verschweißter Beutel:Lagern bei ≤30°C und ≤90% r.F. Die Haltbarkeit beträgt ein Jahr bei Lagerung im original feuchtigkeitsdichten Beutel mit Trockenmittel.
• Nach dem Öffnen:Lagern bei ≤30°C und ≤60% r.F. Die Bauteile sollten innerhalb von 672 Stunden (28 Tagen) nach dem Aussetzen an normale Werksbedingungen der IR-Reflow-Lötung unterzogen werden.
• Längere Lagerung (geöffnet):In einem verschlossenen Behälter mit Trockenmittel oder in einem Stickstoff-Exsikkator lagern.
• Trocknen (Backen):Wenn die Bauteile länger als 672 Stunden exponiert waren, vor dem Löten bei etwa 60°C für mindestens 20 Stunden backen, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und "Popcorning" während des Reflow zu verhindern.

8. Verpackung & Bestellung

8.1 Tape-and-Reel-Spezifikationen

• Trägerbandbreite:8 mm.
• Spulendurchmesser:7 Zoll.
• Stückzahl pro Spule:3000 Stück.
• Mindestbestellmenge (MOQ):500 Stück für Restmengen.
• Taschenabdeckung:Leere Taschen sind mit Deckband verschlossen.
• Fehlende Bauteile:Gemäß Spezifikation (ANSI/EIA 481) sind maximal zwei aufeinanderfolgende fehlende LEDs zulässig.

9. Anwendungshinweise & Designüberlegungen

9.1 Typische Anwendungsszenarien

• Statusanzeigen:An Konsumelektronik, Haushaltsgeräten und Industrie-Bedienfeldern, profitierend vom weiten Abstrahlwinkel.
• Hintergrundbeleuchtung:Für kleine LCD-Displays, Tastaturen oder Folientastaturen.
• Dekorative Beleuchtung:In schwacher Akzentbeleuchtung oder Beschilderung.
• Sensoraktivierung:Als Lichtquelle für optische Sensoren (Näherung, Objekterkennung).

Wichtiger Haftungsausschluss:Diese LED ist für gewöhnliche elektronische Geräte bestimmt. Sie ist nicht für sicherheitskritische Anwendungen (z.B. Luftfahrt, medizinische Lebenserhaltung, Verkehrssteuerung) ausgelegt oder empfohlen, bei denen ein Ausfall Leben oder Gesundheit gefährden könnte.

9.2 Schaltungsdesign-Überlegungen

1. Strombegrenzung:Immer einen Vorwiderstand oder Konstantstromtreiber verwenden. Berechnen Sie den Widerstandswert unter Verwendung der maximalen V_Faus dem Bin (z.B. 3,15V) und der minimalen Versorgungsspannung, um sicherzustellen, dass der Strom selbst unter ungünstigsten Bedingungen niemals den absoluten Maximalwert überschreitet.
2. Thermisches Management:Obwohl die Verlustleistung gering ist, sorgen Sie für ausreichende Kupferfläche auf der Leiterplatte oder thermische Entlastung, wenn der Betrieb nahe dem Maximalstrom oder bei hohen Umgebungstemperaturen erfolgt, um die Sperrschichttemperatur innerhalb der Grenzen zu halten.
3. Sperrspannungsschutz:As the device is not designed for reverse bias, consider adding a protection diode in parallel (cathode to anode) if the LED could be exposed to reverse voltage transients in the circuit.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

10.1 Was bedeutet "Reverse Mount"?

Reverse Mount bezieht sich auf die physikalische Ausrichtung des LED-Halbleiterchips innerhalb des Gehäuses. Bei einer Standard-LED emittiert das Licht hauptsächlich von oben. Bei einem Reverse-Mount-Design ist der Chip so ausgerichtet, dass die Lichtemission von den Seiten oder durch die Leiterplatte optimiert wird. Dies wird oft verwendet, wenn die LED in einer Kavität montiert ist oder einen spezifischen Lichtweg erfordert. Der Leiterplatten-Footprint unterscheidet sich von dem einer Standard-Top-View-LED.

10.2 Kann ich diese LED dauerhaft mit 20 mA betreiben?

Ja, 20 mA ist der absolute maximale kontinuierliche DC-Durchlassstrom. Für optimale Lebensdauer und stabile Leistung ist es gängige Praxis, LEDs unterhalb ihres absoluten Maximums, oft bei 10-15 mA, zu betreiben. Konsultieren Sie stets die Entlastungskennlinien (falls verfügbar) für den Betrieb bei hohen Umgebungstemperaturen.

10.3 Wie ist der Lichtstärkewert zu interpretieren?

Lichtstärke (mcd) ist ein Maß für die wahrgenommene Helligkeit in einer bestimmten Richtung (entlang der Achse). Der 130-Grad-Abstrahlwinkel bedeutet, dass diese Helligkeit über einen sehr weiten Kegel aufrechterhalten wird. Für Anwendungen, die einen fokussierten Strahl erfordern, wären sekundäre Optiken (Linsen) erforderlich. Das Binning-System (L1 bis N2) ermöglicht es Ihnen, eine Mindesthelligkeit für Ihr Design auszuwählen.

10.4 Warum sind die Lagerbedingungen so wichtig?

SMD-Bauteile absorbieren Feuchtigkeit aus der Luft. Während des Hochtemperatur-Reflow-Lötprozesses kann diese eingeschlossene Feuchtigkeit schnell verdampfen und innere Delamination, Risse oder "Popcorning" verursachen, was das Bauteil zerstört. Die MSL-Bewertung und die Trocknungsanweisungen sind entscheidend für die Bestückungsausbeute und Zuverlässigkeit.

11. Praktisches Designbeispiel

Szenario:Entwurf einer einfachen Einschaltanzeige für eine 5V-Schaltung.

1. Bin auswählen:Wählen Sie einen Helligkeits-Bin (z.B. M1 für 18-22,4 mcd) und einen Spannungs-Bin (z.B. Bin 3 für ~2,9V) für die Berechnung.
2. Vorwiderstand berechnen:Ziel I_F= 10 mA für einen Kompromiss zwischen Helligkeit und Lebensdauer.
   R = (V_versorgung- V_F) / I_F= (5V - 2,9V) / 0,01A = 210 Ω.
   Verwenden Sie einen Standard-220-Ω-Widerstand. Überprüfen Sie die Belastbarkeit: P_R= I²R = (0,01)²* 220 = 0,022W, daher ist ein 1/10W- oder 1/8W-Widerstand ausreichend.
3. Leiterplatten-Layout:Verwenden Sie die vorgeschlagenen Lötpad-Abmessungen aus dem Datenblatt. Stellen Sie sicher, dass die Polarität gemäß der Gehäusekennzeichnung korrekt ist.
4. Bestückung:Befolgen Sie das empfohlene IR-Reflow-Profil. Wenn Platinen in einer feuchten Umgebung bestückt werden und nicht sofort verwendet werden, erwägen Sie, die LEDs vor der Bestückung zu backen, wenn sie länger als 28 Tage außerhalb des verschweißten Beutels waren.

12. Technologieeinführung

Diese LED basiert auf InGaN (Indiumgalliumnitrid)-Halbleitertechnologie, die auf einem Substrat, typischerweise Saphir oder Siliziumkarbid, gewachsen wird. Bei Anlegen einer Durchlassspannung rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Quantentopfbereich und setzen Energie in Form von Photonen frei. Das spezifische Verhältnis von Indium zu Gallium in der Legierung bestimmt die Bandlückenenergie und damit die Spitzenwellenlänge des emittierten Lichts, die in diesem Fall im blauen Spektrum (~468 nm) liegt. Die wasserklare Epoxidlinse verkapselt den Chip, bietet mechanischen Schutz, formt die Lichtausgabe (130-Grad-Abstrahlwinkel) und verbessert die Lichtauskoppeleffizienz.

13. Branchentrends

Die Entwicklung blauer LEDs, für die 2014 der Nobelpreis für Physik verliehen wurde, war ein grundlegender Durchbruch, der weiße LEDs (über Phosphorkonversion) und Vollfarbdisplays ermöglichte. Aktuelle Trends bei SMD-LEDs wie dieser konzentrieren sich auf:

• Erhöhte Effizienz:Höhere Lichtausbeute (mehr Licht pro elektrischem Watt).
• Miniaturisierung:Kleinere Gehäusegrößen (z.B. 0201, 01005) für dichtere Elektronik.
• Verbesserte Farbkonstanz:Engere Binning-Toleranzen für dominante Wellenlänge und Intensität, entscheidend für Anwendungen wie Display-Hintergrundbeleuchtung.
• Erhöhte Zuverlässigkeit:Höhere maximale Betriebstemperaturen und verbesserte Feuchtigkeitsbeständigkeit für Automobil- und Industrieanwendungen.
• Fortschrittliche Gehäusetechnik:Integration mehrerer LED-Chips (RGB, Weiß) in ein einziges Gehäuse oder Gehäuse mit eingebauten strombegrenzenden Widerständen oder Steuer-ICs ("Smart LEDs").