Reverse-Mount SMD LED Orange 611nm - EIA-Gehäuse - 30mA - 75mW - Datenblatt

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt detailliert die Spezifikationen einer hochhellen, reverse-montierten SMD-LED (Surface Mount Device). Das Bauteil nutzt einen Halbleiterchip aus Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP), das für seine Effizienz und Leistung im orange-roten Wellenlängenbereich bekannt ist. Die LED ist in einem standardkonformen EIA-Gehäuse mit wasserklarer Linse untergebracht, konzipiert für Anwendungen, die zuverlässige und gleichmäßige orange Beleuchtung erfordern. Ihre primären Designvorteile umfassen die Kompatibilität mit automatisierten Bestückungssystemen und die Eignung für Hochtemperatur-Infrarot (IR) Reflow-Lötprozesse, was sie ideal für die moderne Serienfertigung in der Elektronik macht.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Absolute Grenzwerte

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

• Verlustleistung (Pd):75 mW. Dies ist die maximale Leistung, die das Bauteil sicher als Wärme abführen kann.
• Spitzen-Strom (I_FP):80 mA. Dieser Strom ist nur unter gepulsten Bedingungen zulässig, speziell bei einem Tastverhältnis von 1/10 mit einer Pulsbreite von 0,1 ms, was kurze Hochintensitätsblitze ermöglicht.
• Dauerstrom (I_F):30 mA. Dies ist der maximal empfohlene Strom für den kontinuierlichen Gleichstrombetrieb, der den Standard-Arbeitspunkt für Lichtstärkemessungen definiert.
• Sperrspannung (V_R):5 V. Das Anlegen einer Sperrspannung über diesem Grenzwert kann den PN-Übergang der LED zerstören.
• Betriebs- & Lagertemperaturbereich:-55°C bis +85°C. Das Bauteil ist für industrietaugliche Temperaturbeständigkeit ausgelegt.
• IR-Reflow-Lötung Spitzentemperatur:260°C für maximal 10 Sekunden, konform mit bleifreien (Pb-free) Montageanforderungen.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Die wichtigsten Leistungsparameter werden bei Ta=25°C mit einem Durchlassstrom (I_F) von 20 mA gemessen, sofern nicht anders angegeben.

• Lichtstärke (I_V):Reicht von einem Minimum von 45,0 mcd bis zu einem typischen Wert von 90,0 mcd. Die Intensität wird mit einem Sensor gemessen, der gefiltert ist, um der photopischen (CIE) Hellempfindlichkeitskurve des menschlichen Auges zu entsprechen.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):130 Grad. Dieser weite Abstrahlwinkel, definiert als der volle Winkel, bei dem die Intensität auf die Hälfte ihres axialen Wertes abfällt, deutet auf ein lambertisches oder nahezu lambertisches Abstrahlverhalten hin, das für Flächenbeleuchtung oder Anzeigen geeignet ist, die eine weite Sichtbarkeit erfordern.
• Spitzenwellenlänge (λ_P):611 nm. Dies ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsverteilung ihr Maximum erreicht.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):605 nm. Abgeleitet von den CIE-Farbwertanteilen, ist dies die einzelne Wellenlänge, die die wahrgenommene Farbe (Orange) der LED am besten repräsentiert.
• Spektrale Bandbreite (Δλ):17 nm. Diese schmale Bandbreite ist charakteristisch für die AlInGaP-Technologie und sorgt für gesättigte Farbreinheit.
• Durchlassspannung (V_F):Typisch 2,4 V, maximal 2,4 V bei I_F=20mA. Entwickler müssen diesen Spannungsabfall bei der Berechnung von Reihenstrombegrenzungswiderständen berücksichtigen.
• Sperrstrom (I_R):Maximal 10 μA bei V_R=5V, was auf eine gute Übergangsqualität hinweist.
• Kapazität (C):40 pF bei 0V Vorspannung und 1 MHz. Dieser Parameter ist für Hochfrequenz-Schalt- oder Multiplexing-Anwendungen relevant.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um Farb- und Helligkeitskonsistenz in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs basierend auf der bei 20mA gemessenen Lichtstärke in Bins sortiert.

• Bin-Code P:45,0 – 71,0 mcd
• Bin-Code Q:71,0 – 112,0 mcd
• Bin-Code R:112,0 – 180,0 mcd
• Bin-Code S:180,0 – 280,0 mcd

Innerhalb jedes Helligkeits-Bins wird eine Toleranz von +/-15% angewendet. Das Datenblatt spezifiziert für diese Artikelnummer keine separaten Bins für Wellenlänge oder Durchlassspannung, was auf eine enge Kontrolle dieser Parameter oder ein Einzel-Bin-Angebot hindeutet.

4. Analyse der Kennlinien

Während spezifische grafische Kurven referenziert, aber nicht im bereitgestellten Text dargestellt sind, können typische Zusammenhänge für solche LEDs abgeleitet werden und sind für das Design entscheidend:

• I-V (Strom-Spannungs-) Kennlinie:Zeigt die Standard-Exponentialkennlinie einer Diode. Die Durchlassspannung hat einen negativen Temperaturkoeffizienten, was bedeutet, dass V_Fleicht abnimmt, wenn die Sperrschichttemperatur steigt.
• Lichtstärke vs. Durchlassstrom:Die Intensität ist im normalen Betriebsbereich annähernd proportional zum Durchlassstrom, wird aber bei sehr hohen Strömen aufgrund von thermischem und Effizienzabfall sättigen.
• Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Für AlInGaP-LEDs nimmt die Lichtstärke typischerweise ab, wenn die Umgebungs- (und Sperrschicht-) Temperatur steigt. Diese thermische Entlastung muss in Hochtemperaturumgebungen berücksichtigt werden.
• Spektrale Verteilung:Eine schmale, gaußähnliche Kurve um 611 nm (Spitze) mit einer Halbwertsbreite von 17 nm, die ihre monochromatische orange Ausgabe bestätigt.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen und Polarität

Die LED entspricht einer standardmäßigen EIA-Gehäuseumrisszeichnung. Wichtige dimensionale Hinweise umfassen:

• Alle Abmessungen sind in Millimetern angegeben, mit einer allgemeinen Toleranz von ±0,10 mm, sofern nicht anders angegeben.
• Die Bezeichnung "Reverse Mount" deutet typischerweise an, dass die LED mit ihrer primären lichtemittierenden Fläche zur Leiterplatte (PCB) hin montiert ist, wobei das Licht durch eine Öffnung austritt oder reflektiert wird. Die genaue mechanische Zeichnung würde die Linsenausrichtung relativ zu den Pads verdeutlichen.
• Die Polarität ist auf dem Bauteilgehäuse angegeben (z.B. durch eine Kathodenmarkierung, eine Kerbe oder einen Punkt) und muss korrekt mit dem PCB-Footprint ausgerichtet werden.

5.2 Empfohlene Lötpad-Gestaltung

Ein empfohlenes Lötpad-Layout wird bereitgestellt, um ein korrektes Löten, mechanische Stabilität und thermische Entlastung während des Reflow zu gewährleisten. Die Einhaltung dieses Footprints ist entscheidend, um "Tombstoning" (Aufstellen des Bauteils) oder schlechte Lötstellenbildung zu verhindern.

6. Montage- und Handhabungshinweise

6.1 Lötprozess

Das Bauteil ist vollständig kompatibel mit Infrarot (IR) Reflow-Lötprozessen unter Verwendung von bleifreiem (Pb-free) Lot. Ein empfohlener Reflow-Profil wird bereitgestellt, der JEDEC-Standards entspricht.

• Vorwärmen:150–200°C für maximal 120 Sekunden, um die Platine allmählich zu erwärmen und das Flussmittel zu aktivieren.
• Spitzentemperatur:Maximal 260°C. Das Bauteil darf diese Temperatur nicht überschreiten.
• Zeit oberhalb Liquidus:Das Profil sollte die Zeit, die das Bauteil oberhalb des Schmelzpunkts des Lotes verbringt, auf das für eine zuverlässige Verbindung notwendige Maß begrenzen, typischerweise maximal etwa 10 Sekunden bei Spitzentemperatur.
• Lötkolben:Falls Handlöten für Reparaturen notwendig ist, wird eine maximale Spitzentemperatur von 300°C mit einer Kontaktzeit von 3 Sekunden oder weniger empfohlen, und dies nur einmalig.

6.2 Reinigung

Falls eine Nachlötreinigung erforderlich ist, sollten nur spezifizierte Lösungsmittel verwendet werden. Empfohlene Mittel sind Ethylalkohol oder Isopropylalkohol bei Raumtemperatur mit einer Tauchzeit von weniger als einer Minute. Nicht spezifizierte Chemikalien können die Epoxidlinse oder das Gehäuse beschädigen.

6.3 Lagerung und Feuchtigkeitsempfindlichkeit

Die LEDs sind feuchtigkeitsempfindlich (MSL 2a).

• Versiegelter Beutel:Lagern bei ≤30°C und ≤90% rF. Die Haltbarkeit beträgt ein Jahr, wenn der originale Feuchtigkeitssperrbeutel mit Trockenmittel ungeöffnet bleibt.
• Geöffneter Beutel:Nach dem Öffnen sollte die Lagerumgebung 30°C / 60% rF nicht überschreiten. Die Bauteile sollten innerhalb von 672 Stunden (28 Tagen) einer IR-Reflow-Lötung unterzogen werden.
• Längere Exposition:Für eine Lagerung über 672 Stunden außerhalb des Originalbeutels, backen Sie die Bauteile vor dem Löten bei etwa 60°C für mindestens 20 Stunden, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und "Popcorning" (Gehäuserissbildung während des Reflow) zu verhindern.

6.4 Vorsichtsmaßnahmen gegen elektrostatische Entladung (ESD)

LEDs sind anfällig für Schäden durch elektrostatische Entladung. Handhabungsvorsichtsmaßnahmen umfassen die Verwendung geerdeter Handgelenkbänder, antistatischer Handschuhe und die Sicherstellung, dass alle Geräte und Arbeitsflächen ordnungsgemäß geerdet sind.

7. Verpackung und Bestellung

• Tape and Reel:Die Bauteile werden auf 8 mm breiter, geprägter Trägerbahn geliefert, die auf 7-Zoll (178 mm) Durchmesser große Spulen aufgewickelt ist.
• Stückzahl pro Spule:3000 Stück.
• Mindestbestellmenge (MOQ):500 Stück für Restmengen.
• Verpackungsstandards:Entspricht den ANSI/EIA-481-Spezifikationen. Das Tape hat einen Deckelverschluss, und maximal zwei aufeinanderfolgende leere Taschen sind erlaubt.

8. Anwendungshinweise und Design-Überlegungen

8.1 Typische Anwendungsszenarien

Diese orange LED eignet sich für eine Vielzahl von Anzeige- und Beleuchtungsanwendungen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf:

• Statusanzeigen auf Unterhaltungselektronik, Industrie-Steuerpaneelen und Netzwerkgeräten.
• Hintergrundbeleuchtung für Beschriftungen auf Schaltern, Tastaturen oder Membranpanelen.
• Automobil-Innenraumbeleuchtung (nicht sicherheitskritisch).
• Beschilderung und dekorative Beleuchtung, bei der Orange erforderlich ist.

Wichtiger Hinweis:Das Bauteil ist für Standard-Elektronikgeräte vorgesehen. Anwendungen, die außergewöhnliche Zuverlässigkeit erfordern, bei denen ein Ausfall Leben oder Gesundheit gefährden könnte (z.B. Luftfahrt, medizinische Lebenserhaltungssysteme, Verkehrssicherheitssysteme), erfordern vorherige Konsultation und Qualifizierung.

8.2 Treiberschaltungs-Design

Eine LED ist ein stromgesteuertes Bauteil. Ein Reihenstrombegrenzungswiderstand ist zwingend erforderlich, wenn sie von einer Spannungsquelle angesteuert wird, um den gewünschten Betriebsstrom einzustellen und thermisches Durchgehen zu verhindern. Der Widerstandswert (R_s) kann mit dem Ohmschen Gesetz berechnet werden: R_s= (V_versorgung- V_F) / I_F. Für einen stabilen Betrieb über Temperatur werden Konstantstromtreiber empfohlen, insbesondere für Designs, die nahe den maximalen Grenzwerten oder in variierenden thermischen Umgebungen arbeiten.

8.3 Thermomanagement

Obwohl das Gehäuse klein ist, ist die Verwaltung der maximalen Verlustleistung von 75 mW wichtig für die Langlebigkeit und die Aufrechterhaltung der Lichtleistung. Eine ausreichende Kupferfläche auf der Leiterplatte, die mit den thermischen Pads (falls vorhanden) oder den Lötstellen der LED verbunden ist, hilft, Wärme von der Sperrschicht abzuleiten. Der Betrieb mit Strömen unterhalb des maximalen Wertes von 30 mA reduziert die Verlustleistung und die Sperrschichttemperatur erheblich und verlängert die Betriebsdauer.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die Hauptvorteile dieser spezifischen LED-Plattform umfassen:

• Reverse-Mount-Fähigkeit:Bietet Designflexibilität für die Erzeugung spezifischer optischer Effekte oder für eine flache Installation, bei der die Lichtquelle verborgen ist.
• AlInGaP-Technologie:Bietet höhere Effizienz und bessere Temperaturstabilität für orange/rote Farben im Vergleich zu älteren Technologien wie GaAsP.
• Weiter Abstrahlwinkel (130°):Liefert breite, gleichmäßige Ausleuchtung, ideal für Panel-Anzeigen.
• Robuste Montagekompatibilität:Zertifiziert für automatisierte Bestückung und standardmäßige bleifreie IR-Reflow-Profile, was die Fertigungskomplexität und -kosten reduziert.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F1: Was ist der Unterschied zwischen Spitzenwellenlänge (611 nm) und dominanter Wellenlänge (605 nm)?

A1: Die Spitzenwellenlänge ist das physikalische Maximum des emittierten Lichtspektrums. Die dominante Wellenlänge ist ein berechneter Wert basierend auf der menschlichen Farbwahrnehmung (CIE-Diagramm), der am besten dem wahrgenommenen Farbton entspricht. Für monochromatische LEDs wie diese sind sie nahe beieinander, aber nicht identisch.

F2: Kann ich diese LED kontinuierlich mit 30 mA betreiben?

A2: Ja, 30 mA ist der maximal zulässige Dauer-Gleichstrom. Für eine optimale Lebensdauer und Zuverlässigkeit wird jedoch oft empfohlen, mit einem niedrigeren Strom (z.B. 20 mA) zu betreiben, da dies die Sperrschichttemperatur und Belastung reduziert.

F3: Warum gibt es ein Binning-System für die Lichtstärke?

A3: Fertigungsschwankungen verursachen leichte Unterschiede in der Lichtausbeute. Binning sortiert LEDs in Gruppen mit ähnlicher Leistung, sodass Entwickler einen Bin auswählen können, der ihren Helligkeitsanforderungen entspricht und Konsistenz über mehrere Einheiten in einem Produkt hinweg sicherstellt.

F4: Wie kritisch ist die 672-Stunden-Bodenlebensdauer nach dem Öffnen des Beutels?

A4: Sie ist sehr wichtig für zuverlässiges Löten. Das Überschreiten dieser Expositionszeit ohne einen Back-Zyklus kann dazu führen, dass aufgenommene Feuchtigkeit während des Reflow verdampft und möglicherweise interne Delamination oder Risse im LED-Gehäuse verursacht.

11. Design- und Anwendungsfallstudie

Szenario: Design eines Statusanzeigepanels für einen Industrie-Router.

Ein Entwickler benötigt mehrere orange "Aktivitäts"-LEDs auf einem Frontpanel. Er wählt diese LED aufgrund ihrer Helligkeit, des weiten Abstrahlwinkels und der Kompatibilität mit automatisierter Montage. Das Design verwendet eine 3,3-V-Versorgungsschiene. Bei einem angestrebten Standardbetriebsstrom von 20 mA wird der Reihenwiderstand berechnet: R = (3,3V - 2,4V) / 0,020A = 45 Ohm. Ein Standard-47-Ohm-Widerstand wird ausgewählt. Das PCB-Layout verwendet den empfohlenen Lötpad-Footprint und beinhaltet eine kleine thermische Entlastungsverbindung zu einer Massefläche zur Wärmeableitung. Die LEDs werden aus Bin-Code Q (71-112 mcd) spezifiziert, um ausreichende und gleichmäßige Helligkeit sicherzustellen. Die bestückten Platinen durchlaufen einen Standard-Bleifrei-Reflow-Ofen unter Verwendung des JEDEC-konformen Profils, was zu zuverlässigen Lötstellen ohne thermische Schäden an den Bauteilen führt.

12. Einführung in das Technologieprinzip

Diese LED basiert auf Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP) Halbleitermaterial, das auf einem Substrat gewachsen wird. Wenn eine Durchlassspannung über den PN-Übergang angelegt wird, rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich und setzen Energie in Form von Photonen frei – ein Prozess namens Elektrolumineszenz. Das spezifische Verhältnis von Aluminium, Indium und Gallium im Kristallgitter bestimmt die Bandlückenenergie, die direkt die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts definiert – in diesem Fall Orange (~605-611 nm). Die wasserklare Epoxidlinse verkapselt den Chip, bietet mechanischen Schutz, formt den Lichtausgangsstrahl (130° Abstrahlwinkel) und verbessert die Lichtextraktionseffizienz.

13. Branchentrends und Entwicklungen

Der Trend bei SMD-Indikator-LEDs geht weiterhin in Richtung höherer Effizienz (mehr Lichtausbeute pro elektrischer Eingangsleistung), verbesserter Farbkonsistenz durch engere Binning und erhöhter Zuverlässigkeit unter höheren Löt- und Betriebstemperaturen. Es gibt auch einen Trend zur Miniaturisierung bei gleichbleibender oder steigender optischer Leistung. Darüber hinaus wird die Integration mit Onboard-Elektronik (wie eingebaute Strombegrenzungswiderstände oder Treiber-ICs) in fortschrittlicheren Gehäusen für vereinfachtes Design immer häufiger. Die Verwendung von AlInGaP für orange/rote/bernsteinfarbene LEDs bleibt die dominante Hochleistungstechnologie, obwohl laufende Forschung an neuartigen Materialien wie Perowskiten zukünftige Alternativen bieten könnte.