Reverse Mount SMD LED Blau InGaN Datenblatt - EIA-Gehäuse - Spannung 2,8-3,8V - Lichtstärke 28-180mcd - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt die Spezifikationen einer hochhellen, reverse montierten SMD-LED (Surface Mount Device). Das Bauteil nutzt einen InGaN-Halbleiterchip (Indiumgalliumnitrid) zur Erzeugung von blauem Licht und ist in einem wasserklaren Linsengehäuse nach EIA-Standard (Electronic Industries Alliance) untergebracht. Für automatisierte Bestückungsprozesse konzipiert, ist es mit Infrarot-Reflow-Lötung kompatibel. Wichtige Produktmerkmale sind die Einhaltung der RoHS-Richtlinien, die Einstufung als umweltfreundliches Produkt (Green Product) und eine hohe elektrostatische Entladungsfestigkeit (ESD).

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.

• Verlustleistung (Pd):76 mW. Dies ist die maximale kontinuierliche Leistung, die das Gehäuse als Wärme abführen kann.
• Spitzen-Strom (I_FP):100 mA. Dieser Wert ist nur unter gepulsten Bedingungen mit einem Tastverhältnis von 1/10 und einer Pulsbreite von 0,1 ms zulässig, um Überhitzung zu vermeiden.
• Dauer-Strom (I_F):20 mA. Dies ist der empfohlene maximale Gleichstrom-Betriebsstrom für eine zuverlässige Langzeitleistung.
• Elektrostatische Entladungsfestigkeit (ESD):8000 V (Human Body Model). Dieser hohe Wert deutet auf einen robusten Schutz gegen statische Elektrizität während der Handhabung hin.
• Betriebstemperaturbereich (T_opr):-20°C bis +80°C. Das Bauteil ist in diesem Umgebungstemperaturbereich funktionsfähig.
• Lagertemperaturbereich (T_stg):-30°C bis +100°C.
• Infrarot-Reflow-Lötbedingung:Hält einer Spitzentemperatur von 260°C für 10 Sekunden stand, geeignet für bleifreie (Pb-free) Bestückungsprozesse.

2.2 Elektrische und optische Kennwerte

Die typische Leistung wird bei Ta=25°C und I_F=20 mA gemessen, sofern nicht anders angegeben.

• Lichtstärke (I_V):28,0 - 180,0 mcd (Millicandela). Gemessen mit einem Sensor, der auf die CIE-Photopische Augenempfindlichkeitskurve gefiltert ist. Die große Bandbreite wird durch Binning verwaltet.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):130 Grad. Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte ihres axialen (auf der Achse liegenden) Wertes abfällt, was auf ein breites Abstrahlverhalten hinweist.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_P):468 nm. Die spezifische Wellenlänge, bei der die spektrale Ausgangsleistung am stärksten ist.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):465,0 - 475,0 nm. Dies ist die einzelne Wellenlänge, die vom menschlichen Auge als Farbe wahrgenommen wird, abgeleitet aus dem CIE-Farbdiagramm.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):25 nm. Die Bandbreite des emittierten Lichtspektrums bei halber maximaler Intensität (Full Width at Half Maximum - FWHM).
• Durchlassspannung (V_F):2,80 - 3,80 V bei I_F=20 mA. Der Spannungsabfall über der LED, wenn Strom fließt.
• Sperrspannung (V_R):0,6 - 1,2 V bei I_R=20 mA. Dies ist nur eine Testbedingung; das Bauteil ist nicht für den Betrieb unter Sperrspannung ausgelegt.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um Farb- und Helligkeitskonsistenz in der Produktion sicherzustellen, werden die Bauteile anhand von Schlüsselparametern in Bins sortiert. Die Artikelnummer enthält typischerweise Codes, die ihr Bin spezifizieren.

3.1 Binning der Durchlassspannung

Einheiten sind in Volt (V), gemessen bei 20 mA. Toleranz pro Bin beträgt ±0,1V.
Bin D7: 2,80 - 3,00V
Bin D8: 3,00 - 3,20V
Bin D9: 3,20 - 3,40V
Bin D10: 3,40 - 3,60V
Bin D11: 3,60 - 3,80V

3.2 Binning der Lichtstärke

Einheiten sind in Millicandela (mcd), gemessen bei 20 mA. Toleranz pro Bin beträgt ±15%.
Bin N: 28,0 - 45,0 mcd
Bin P: 45,0 - 71,0 mcd
Bin Q: 71,0 - 112,0 mcd
Bin R: 112,0 - 180,0 mcd

3.3 Binning der dominanten Wellenlänge

Einheiten sind in Nanometern (nm), gemessen bei 20 mA. Toleranz pro Bin beträgt ±1nm.
Bin AC: 465,0 - 470,0 nm
Bin AD: 470,0 - 475,0 nm

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt verweist auf typische Kennlinien, die für das Design essenziell sind. Obwohl spezifische Grafiken nicht im Text reproduziert werden, umfassen diese typischerweise:

• Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom (I_V/ I_F-Kennlinie):Zeigt, wie die Lichtausbeute mit dem Strom ansteigt, üblicherweise in einem nichtlinearen Verhältnis, das bei höheren Strömen sättigt.
• Durchlassspannung vs. Durchlassstrom (V_F/ I_F-Kennlinie):Veranschaulicht die Dioden-I-V-Kennlinie, entscheidend für den Entwurf von strombegrenzenden Schaltungen.
• Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Zeigt den Rückgang der Lichtausbeute bei steigender Sperrschichttemperatur, ein Schlüsselfaktor für das Wärmemanagement.
• Spektrale Verteilung:Eine Grafik, die die relative Leistung über verschiedene Wellenlängen zeigt, zentriert um die Spitzenwellenlänge von 468 nm mit einer Halbwertsbreite von 25 nm.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Bauteilabmessungen

Die LED entspricht einem standardmäßigen EIA-Gehäuseumriss. Alle Abmessungen sind in Millimetern mit einer Standardtoleranz von ±0,10 mm, sofern nicht anders angegeben. Das Gehäuse weist ein Reverse-Mount-Design auf, was bedeutet, dass die primäre Lichtemission durch die Substratseite erfolgt, was das PCB-Pad-Layout und das optische Design beeinflusst.

5.2 Empfohlenes Lötpad-Layout

Ein vorgeschlagenes Land Pattern (Footprint) für die Leiterplatte wird bereitgestellt, um eine korrekte Lötung, mechanische Stabilität und Wärmeableitung zu gewährleisten. Die Einhaltung dieses Musters ist entscheidend für zuverlässige Lötstellen während des Reflow-Prozesses.

5.3 Polaritätskennzeichnung

Wie alle Dioden hat die LED eine Anode (+) und eine Kathode (-). Die korrekte Polarität muss während der Bestückung beachtet werden. Die Gehäusezeichnung im Datenblatt zeigt die Polaritätsmarkierung auf dem Bauteil, die mit der entsprechenden Markierung auf dem PCB-Footprint ausgerichtet sein muss.

6. Richtlinien für Lötung und Bestückung

6.1 Reflow-Lötprofil

Ein vorgeschlagenes Infrarot (IR)-Reflow-Profil für bleifreie Prozesse wird bereitgestellt. Wichtige Parameter sind:
- Vorwärmen:150-200°C.
- Vorwärmzeit:Maximal 120 Sekunden, um die Platine und die Bauteile allmählich zu erwärmen, das Flussmittel zu aktivieren und thermischen Schock zu minimieren.
- Spitzentemperatur:Maximal 260°C.
- Zeit oberhalb der Liquidustemperatur:Das Profil sollte sicherstellen, dass das Lotpaste richtig schmilzt. Das Bauteil hält der Spitzentemperatur maximal 10 Sekunden stand, und der Reflow-Vorgang sollte maximal zweimal durchgeführt werden.

Hinweis:Das optimale Profil hängt vom spezifischen PCB-Design, der Lotpaste und dem Ofen ab. Eine Charakterisierung für die spezifische Anwendung wird empfohlen.

6.2 Handlötung

Falls Handlötung notwendig ist (z.B. für Nacharbeit), verwenden Sie einen Lötkolben mit einer Temperatur von nicht mehr als 300°C. Die Lötzeit sollte auf maximal 3 Sekunden pro Lötstelle begrenzt werden, und dies sollte nur einmal erfolgen, um Gehäuseschäden zu vermeiden.

6.3 Lagerbedingungen

Eine ordnungsgemäße Lagerung ist entscheidend, um Feuchtigkeitsaufnahme zu verhindern, die während des Reflow-Prozesses zu \"Popcorning\" (Gehäuserissen) führen kann.
- Versiegelte Verpackung:Lagern bei ≤30°C und ≤90% relativer Luftfeuchtigkeit (RH). Innerhalb eines Jahres verwenden.
- Geöffnete Verpackung:Für Bauteile, die aus ihrer feuchtigkeitsdichten Tüte entnommen wurden, sollte die Lagerumgebung 30°C oder 60% RH nicht überschreiten. Es wird empfohlen, die IR-Reflow-Lötung innerhalb von 672 Stunden (28 Tage, MSL 2a) abzuschließen.
- Erweiterte Lagerung (geöffnet):In einem versiegelten Behälter mit Trockenmittel oder in einem Stickstoff-Exsikkator lagern.
- Nachbacken:Wenn Bauteile länger als 672 Stunden exponiert waren, vor dem Löten bei etwa 60°C für mindestens 20 Stunden backen.

6.4 Reinigung

Verwenden Sie keine nicht spezifizierten Chemikalien. Falls nach dem Löten eine Reinigung erforderlich ist, tauchen Sie die LED bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute in Ethylalkohol oder Isopropylalkohol. Aggressive Lösungsmittel können das Gehäusematerial oder die Linse beschädigen.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Tape-and-Reel-Spezifikationen

Das Bauteil wird in 8 mm breiter, geprägter Trägerbahn (Carrier Tape) geliefert, die auf 7-Zoll (178 mm) großen Spulen aufgewickelt ist. Dies ist das Standardformat für automatisierte Pick-and-Place-Maschinen.
- Stück pro Spule: 3000.
- Mindestpackmenge:500 Stück für Restmengen.
- Deckfolie:Leere Taschen in der Trägerbahn werden mit einer Deckfolie versiegelt.
- Fehlende Bauteile:Gemäß Spulenspezifikation sind maximal zwei aufeinanderfolgende fehlende LEDs (leere Taschen) zulässig.
- Standard:Die Verpackung entspricht den ANSI/EIA-481-Spezifikationen.

8. Anwendungshinweise und Designüberlegungen

8.1 Bestimmungsgemäße Verwendung

Diese LED ist für gewöhnliche elektronische Geräteanwendungen konzipiert, einschließlich Bürogeräten, Kommunikationsgeräten und Haushaltsgeräten. Sie ist nicht für sicherheitskritische Anwendungen bewertet, bei denen ein Ausfall Leben oder Gesundheit gefährden könnte (z.B. Luftfahrt, medizinische Lebenserhaltungssysteme, Verkehrssicherheitssysteme), ohne vorherige Konsultation und Qualifizierung.

8.2 Schaltungsentwurf

Ein externer strombegrenzender Widerstand oder eine Konstantstrom-Treiberschaltung ist zwingend erforderlich. Die Durchlassspannung hat einen Bereich (2,8-3,8V), daher sollten Designs nicht von einem festen V_F-Wert ausgehen. Die Schaltung muss so ausgelegt sein, dass I_Funter allen Betriebsbedingungen auf 20 mA DC oder weniger begrenzt wird, unter Berücksichtigung von Netzteilvariationen und Temperatureffekten.

8.3 Wärmemanagement

Obwohl das Gehäuse 76 mW abführen kann, ist eine effektive Wärmeableitung über die PCB-Pads entscheidend, um eine niedrige Sperrschichttemperatur aufrechtzuerhalten. Hohe Sperrschichttemperaturen verringern die Lichtausbeute (Lichtstromrückgang) und verkürzen die Betriebslebensdauer. Stellen Sie sicher, dass das PCB-Layout ausreichend Wärmeleitungen (Thermal Vias) und Kupferfläche bietet, insbesondere bei Betrieb in hohen Umgebungstemperaturen oder nahe dem maximalen Strom.

8.4 ESD-Vorsichtsmaßnahmen

Trotz der hohen 8000V-HBM-Festigkeit sollten stets Standard-ESD-Handhabungsvorsichtsmaßnahmen befolgt werden. Verwenden Sie geerdete Handgelenkbänder, antistatische Matten und ordnungsgemäß geerdete Geräte bei der Handhabung dieser Bauteile.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Dieses Bauteil bietet mehrere deutliche Vorteile in seiner Kategorie:
1. Reverse-Mount-Design:Ermöglicht eine einzigartige optische Integration, bei der das Licht von der Seite emittiert wird, die gegen die PCB montiert ist, was schlankere Produktdesigns oder spezifische Lichtleitkopplung ermöglicht.
2. Hohe Helligkeit (bis zu 180 mcd):Bietet hohe Lichtstärke aus einem kleinen Gehäuse, geeignet für Anzeigeanwendungen, die hohe Sichtbarkeit erfordern.
3. Breiter Abstrahlwinkel (130°):Bietet breite, gleichmäßige Ausleuchtung, ideal für Hintergrundbeleuchtung von Panels oder Statusanzeigen, die aus mehreren Blickwinkeln betrachtet werden.
4. Robuste ESD-Schutz:Die 8000V-HBM-Festigkeit übertrifft typische Industrieniveaus und bietet eine größere Robustheit bei Handhabung und Anwendung.
5. Bleifreie Reflow-Kompatibilität:Zertifiziert für standardmäßige bleifreie Bestückungsprozesse mit einer Spitzentemperaturbewertung von 260°C.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F: Was ist der Unterschied zwischen Spitzenwellenlänge und dominanter Wellenlänge?
A: Spitzenwellenlänge (λ_P=468 nm) ist der physikalische Punkt der höchsten spektralen Emission. Dominante Wellenlänge (λ_d=465-475 nm) ist ein berechneter Wert basierend auf der menschlichen Farbwahrnehmung (CIE-Diagramm) und definiert die \"blaue\" Farbe, die Sie sehen.

F: Kann ich diese LED mit einer 3,3V-Versorgung ohne Widerstand betreiben?
A: Nein. Die Durchlassspannung variiert zwischen 2,8V und 3,8V. Ein direkter Anschluss an 3,3V könnte zu übermäßigem Strom führen, wenn V_F niedriger als 3,3V ist, und die LED möglicherweise zerstören. Verwenden Sie immer einen Strombegrenzungsmechanismus.

F: Was bedeutet \"MSL 2a\" im Lagerabschnitt?
A: Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe (MSL) 2a gibt an, dass das Bauteil bis zu 4 Wochen (672 Stunden) den Bedingungen auf der Werkstattfläche (≤30°C/60% RH) ausgesetzt sein kann, bevor es vor der Reflow-Lötung gebacken werden muss.

F: Ist diese LED für Dauerbetrieb bei 20 mA geeignet?
A: Ja, 20 mA ist der Nenn-Dauer-Gleichstrom. Allerdings ist das Wärmemanagement über die PCB entscheidend, um die Sperrschichttemperatur für eine langfristige Zuverlässigkeit innerhalb sicherer Grenzen zu halten.

11. Design- und Anwendungsfallstudie

Szenario: Hintergrundbeleuchtung für eine Membranschaltertastatur
Ein Designer muss eine große, gekrümmte Membranschaltertastatur mit gleichmäßiger blauer Beleuchtung hinterleuchten. Das Reverse-Mount-Design dieser LED ist ideal. Die LEDs werden auf der flexiblen Leiterplatte (Flex Circuit) platziert, wobei die emittierende Fläche nach unten zu einer Lichtleiterschicht zeigt. Der 130-Grad-Abstrahlwinkel sorgt für eine gleichmäßige Lichtverteilung über den Leiter. Der Designer wählt Bins aus dem oberen Lichtstärkebereich (z.B. Bin Q oder R), um die erforderliche Helligkeit zu erreichen, und spezifiziert ein enges Bin für die dominante Wellenlänge (z.B. AC oder AD) für Farbkonsistenz über das gesamte Panel. Die automatisierte Tape-and-Reel-Verpackung ermöglicht eine schnelle, zuverlässige Platzierung durch die Bestückungsmaschine. Die hohe ESD-Festigkeit bietet Schutz während der Handhabung des Flex Circuits.

12. Einführung in das Technologieprinzip

Diese LED basiert auf InGaN-Halbleitertechnologie. In einer Leuchtdiode wird Licht durch einen Prozess namens Elektrolumineszenz erzeugt. Wenn eine Durchlassspannung an den p-n-Übergang des Halbleiters (InGaN) angelegt wird, werden Elektronen aus dem n-dotierten Bereich und Löcher aus dem p-dotierten Bereich in den aktiven Bereich injiziert. Wenn sich diese Elektronen und Löcher rekombinieren, setzen sie Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Wellenlänge (Farbe) des Lichts wird durch die Bandlückenenergie des Halbleitermaterials bestimmt. InGaN hat eine Bandlücke, die für die Erzeugung von Licht im blauen und grünen Bereich des Spektrums geeignet ist. Die \"wasserklare\" Linse besteht typischerweise aus Epoxid oder Silikon und ist dafür ausgelegt, das im Halbleiterchip erzeugte Licht effizient auszukoppeln.

13. Branchentrends und Entwicklungen

Der SMD-LED-Markt entwickelt sich weiterhin in Richtung höherer Effizienz, kleinerer Gehäuse und größerer Integration. Trends, die für diese Art von Bauteil relevant sind, umfassen:
1. Erhöhte Effizienz (lm/W):Fortlaufende Verbesserungen in der epitaktischen Schichtabscheidung und im Chipdesign führen zu mehr Lichtausbeute pro Einheit elektrischer Leistung, was den Energieverbrauch und die Wärmebelastung reduziert.
2. Miniaturisierung:Das Streben nach kleineren Endprodukten treibt die Entwicklung von LEDs in immer kleineren Gehäusegrößen bei gleichbleibender oder steigender Lichtausbeute voran.
3. Verbesserte Farbkonsistenz:Fortschritte in der Fertigungskontrolle und granularere Binning-Strategien ermöglichen engere Farbtoleranzen in Produktionsläufen, wichtig für Multi-LED-Arrays.
4. Erhöhte Zuverlässigkeit:Verbesserungen bei Gehäusematerialien (z.B. Hochtemperatursilikone) und Die-Attach-Technologien führen zu längeren Betriebslebensdauern und besserer Leistung unter rauen Umweltbedingungen.
5. Intelligente Integration:Obwohl es sich hier um ein diskretes Bauteil handelt, ist der allgemeinere Trend hin zu integrierten Modulen, die LEDs mit Treibern, Controllern und Sensoren in einem einzigen Gehäuse kombinieren.