0402 Rote LED RF-RU0402TS-BC-B1 - 1,0x0,5x0,4 mm - Durchlassspannung 1,7-2,4 V - Leistung 48 mW - Technisches Datenblatt

1. Produktübersicht

Die RF-RU0402TS-BC-B1 ist eine miniaturisierte rote SMD-LED im Gehäuse 1,0 mm x 0,5 mm x 0,4 mm, gefertigt mit einem hocheffizienten roten Chip. Konzipiert für allgemeine visuelle Anzeigen, bietet sie einen extrem breiten Abstrahlwinkel von 140°, was sie für Anwendungen geeignet macht, bei denen Sichtbarkeit aus verschiedenen Winkeln entscheidend ist. Das Bauteil unterstützt standardmäßige SMT-Bestückungs- und Reflow-Lötprozesse und ist RoHS-konform mit einer Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe von 3.

Zu den wichtigsten Merkmalen gehören ein niedriger Durchlassspannungsbereich (1,7 V bis 2,4 V bei 5 mA), ein maximaler Durchlassstrom von 20 mA und eine Verlustleistung von 48 mW. Die LED emittiert rotes Licht mit dominanten Wellenlängen zwischen 625 nm und 640 nm und Lichtstärkebins von 8 mcd bis 65 mcd. Das Produkt ist in mehreren Intensitäts- und Wellenlängenbins erhältlich, was eine Feinabstimmung auf Gleichmäßigkeit in großflächigen Anwendungen ermöglicht.

2. Analyse der technischen Parameter

2.1 Elektrische und optische Eigenschaften

Bei einer Umgebungstemperatur von 25 °C und einem Prüfstrom von 5 mA zeigt die LED folgende typische Eigenschaften:

• Durchlassspannung (VF):Die Durchlassspannung ist in mehrere Gruppen (A2 bis D2) unterteilt, die 1,7 V bis 2,4 V in 0,1-V-Schritten abdecken. Die Messtoleranz beträgt ±0,1 V.
• Dominante Wellenlänge (λD):Drei Wellenlängenbins (F00: 625-630 nm, G00: 630-635 nm, H00: 635-640 nm) ermöglichen die Auswahl eines präzisen Rotfarbtons. Toleranz ±2 nm.
• Lichtstärke (IV):Sechs Bins (A00: 8-12 mcd, B00: 12-18 mcd, C00: 18-28 mcd, D00: 28-43 mcd, E00: 43-65 mcd) decken einen weiten Bereich von Helligkeitsoptionen ab. Toleranz ±10%.
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):Typisch 140°, gewährleistet eine breite Streuung.
• Sperrstrom (IR):Weniger als 10 µA bei VR=5 V.
• Wärmewiderstand (RTHJ-S):450 °C/W (Sperrschicht zu Lötstelle).

2.2 Absolute Maximalbewertungen

Das Bauteil darf die folgenden Grenzwerte nicht überschreiten, um dauerhafte Schäden zu vermeiden:

• Verlustleistung (Pd): 48 mW
• Durchlassstrom (IF): 20 mA (DC); 60 mA Spitze für Impuls (1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Breite)
• ESD (HBM): 2000 V
• Betriebstemperatur (Topr): -40 °C bis +85 °C
• Lagertemperatur (Tstg): -40 °C bis +85 °C
• Sperrschichttemperatur (Tj): 95 °C

2.3 Thermische Eigenschaften

Der Wärmewiderstand von 450 °C/W zeigt eine moderate Wärmeableitfähigkeit. Im Dauerbetrieb bei 20 mA beträgt der Anstieg der Sperrschichttemperatur über die Umgebungstemperatur etwa 9 °C (bei gutem Wärmemanagement). Es muss darauf geachtet werden, die Sperrschicht unter dem Grenzwert von 95 °C zu halten, insbesondere bei hochdichten Anwendungen. Die typischen optischen Leistungsminderungskurven zeigen, dass die relative Intensität mit steigender Umgebungstemperatur linear abnimmt (siehe Abschnitt 3).

3. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt enthält mehrere grafische Beziehungen, die den Schaltungsentwurf unterstützen:

3.1 Durchlassspannung vs. Durchlassstrom

Abbildung 1-6 zeigt eine typische exponentielle Diodenkennlinie. Bei einer Durchlassspannung von 2 V beträgt der Strom etwa 5 mA. Die Kurve wird oberhalb von 2 V steiler und erreicht etwa 2,5 V bei 20 mA. Diese Nichtlinearität unterstreicht die Notwendigkeit von Strombegrenzungswiderständen.

3.2 Relative Intensität vs. Durchlassstrom

Die relative Intensität steigt bis 20 mA linear mit dem Durchlassstrom an und sättigt dann leicht. Bei 5 mA beträgt die relative Intensität etwa 0,4 (normiert auf 20 mA). Dieser lineare Bereich ermöglicht eine einfache Helligkeitseinstellung über PWM oder analoge Stromregelung.

3.3 Temperatureffekte

Abbildung 1-8 zeigt, dass die relative Intensität um etwa 15% abfällt, wenn die Umgebungstemperatur von 25 °C auf 85 °C steigt. Abbildung 1-9 zeigt, dass der maximal zulässige Durchlassstrom von 20 mA bei 25 °C auf etwa 8 mA bei 100 °C Pinsperrschichttemperatur abnimmt. Diese Minderungskurven sind für die thermische Auslegung entscheidend.

3.4 Wellenlängenstabilität

Abbildung 1-10 zeigt, dass sich die dominante Wellenlänge von 5 mA auf 15 mA geringfügig verschiebt (etwa 2 nm) und innerhalb des Bins bleibt. Diese Stabilität ist für die meisten Anzeigeanwendungen akzeptabel.

3.5 Spektrale Verteilung

Das Spektrum (Abbildung 1-11) zeigt einen schmalen Peak bei etwa 630 nm mit einer Halbwertsbreite (FWHM) von etwa 20 nm, typisch für AllnGaP-rote LEDs.

3.6 Abstrahlcharakteristik

Abbildung 1-12 zeigt ein Polardiagramm, das eine nahezu lambertische Emission darstellt. Die relative Intensität fällt bei etwa 70° Abweichung von der Achse auf 50% ab, was den Abstrahlwinkel von 140° bestätigt.

4. Binning-System

Die RF-RU0402TS-BC-B1 verwendet ein mehrdimensionales Binning-System für Farbe, Helligkeit und Durchlassspannung:

• Wellenlängenbins:F00 (625-630 nm), G00 (630-635 nm), H00 (635-640 nm). Jedes Bin gewährleistet ein einheitliches Farberscheinungsbild.
• Lichtstärkebins:A00 bis E00 (8-65 mcd Bereich). Die Bins überlappen sich nicht und ermöglichen eine präzise Anpassung für gleichmäßige Hintergrundbeleuchtungen oder Matrixdisplays.
• Durchlassspannungsbins:A2 bis D2 (1,7-2,4 V, 0,1 V Schritte). Die Spannungsgruppierung hilft bei der Auslegung von Serien-/Parallelschaltungen, indem sie Stromschwankungen minimiert.

Die Kombination dieser Bins ist in der Teilenummer (z.B. BIN-CODE-Feld) kodiert. Kunden können für die Serienproduktion bestimmte Bin-Kombinationen anfordern, um eine enge Gleichmäßigkeit zu erreichen.

5. Mechanische Informationen und Gehäusedaten

5.1 Gehäuseabmessungen

Die LED verwendet einen extrem kleinen 0402-Footprint (1,0 mm × 0,5 mm × 0,4 mm). Das Gehäuse hat zwei Anschlüsse mit einer Kathodenmarkierung (siehe Abbildung 1-4). Die Ansicht von unten zeigt die Pad-Abmessungen: Pad 1 ist die Anode, Pad 2 die Kathode. Das empfohlene Lötmuster (Abbildung 1-5) zeigt Pads von 0,6 mm × 0,6 mm mit 0,5 mm Abstand, was eine zuverlässige Lötstellenbildung ermöglicht.

5.2 Polarität und Handhabung

Die Polarität ist durch eine Markierung auf der Oberseite (Kathodenseite) deutlich gekennzeichnet. Falsche Polarität kann einen Durchbruch in Sperrrichtung (max. 5 V) verursachen und die LED beschädigen. Das Gehäuse ist extrem klein, daher wird eine sorgfältige Handhabung mit Vakuumpinzette oder Bestückungsautomaten empfohlen.

6. Löt- und Montageanleitung

6.1 Reflow-Lötprofil

Das empfohlene Reflow-Profil (Abbildung 3-1) folgt den IPC/JEDEC-Standards mit einer Spitzentemperatur von 260 °C (max. 10 Sekunden). Wichtige Parameter:

• Vorwärmen: 150 °C bis 200 °C für 60-120 Sekunden
• Zeit über 217 °C (TL): 60-150 Sekunden
• Spitzentemperatur (TP): 260 °C (max. 10 Sekunden)
• Abkühlrate: ≤6 °C/s

Überschreiten Sie nicht zwei Reflow-Zyklen. Wenn zwischen den Lötvorgängen mehr als 24 Stunden vergehen, ist ein Backen erforderlich. Manuelles Löten mit einem Kolben sollte auf eine Seite bei ≤300 °C für ≤3 Sekunden beschränkt werden.

6.2 Handhabungsvorsichtsmaßnahmen

Die LED ist feuchtigkeitsempfindlich (MSL Level 3). Nicht verwendete Bauteile müssen in einem versiegelten Beutel mit Trockenmittel aufbewahrt werden. Nach dem Öffnen beträgt die Lagerzeit maximal 168 Stunden bei 30 °C / 60 % relative Feuchte. Wenn die Feuchtigkeitsindikatorkarte übermäßige Feuchtigkeit anzeigt, backen Sie bei 60±5 °C für ≥24 Stunden.

Zusätzlich ist die Silikonverkapselung chemisch anfällig gegenüber Schwefel, Brom, Chlor und VOC. Die Kontaktmaterialien müssen weniger als 100 ppm Schwefel,<900 ppm jeweils Brom und Chlor (insgesamt<1500 ppm) enthalten. Vermeiden Sie Klebstoffe, die organische Dämpfe ausgasen.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Verpackungsformat

Die LEDs werden in 8 mm breitem Gurtband (4000 Stück pro Rolle) mit einem Rollendurchmesser von 178 mm geliefert. Das Band hat eine Polaritätsausrichtung und ein Deckband zum Schutz. Jede Rolle ist mit Teilenummer, Spezifikationsnummer, Chargennummer, Bin-Code, Menge und Datumscode gekennzeichnet.

7.2 Lagerung und Haltbarkeit

Versiegelte Beutel können bei ≤30 °C / ≤75 % relativer Feuchte bis zu einem Jahr ab Herstellungsdatum gelagert werden. Nach dem Öffnen ist die Bodenlebensdauer gemäß MSL Level 3 von 168 Stunden einzuhalten. Wenn das Trockenmittel seine Farbe geändert hat oder die Zeit abgelaufen ist, ist ein Backen zwingend erforderlich.

8. Anwendungshinweise

8.1 Typische Anwendungen

Die RF-RU0402TS-BC-B1 ist ideal für Statusanzeigen, Tastenbeleuchtung, Symbolbeleuchtung und allgemeine visuelle Rückmeldungen in Unterhaltungselektronik, Wearables, IoT-Geräten und automobiler Innenbeleuchtung. Ihr kleiner Footprint eignet sich für platzbeschränkte Leiterplatten.

8.2 Schaltungsentwurfsüberlegungen

Verwenden Sie immer einen Vorwiderstand zur Strombegrenzung. Bei einer Versorgungsspannung von 3,3 V ergibt ein 150-Ω-Widerstand etwa 10 mA (bei einem Durchlassspannungsabfall von 1,8 V). Im Impulsbetrieb (z.B. 1/10 Tastverhältnis) ist ein Spitzenstrom von bis zu 60 mA zulässig. Bei Parallelschaltungen sollten Sie pro LED einen eigenen Widerstand verwenden, um Stromaufteilung aufgrund von Spannungsbin-Variationen zu vermeiden.

8.3 Thermomanagement

Trotz geringer Leistung wird bei einer Clusterung vieler LEDs eine ordnungsgemäße thermische Auslegung empfohlen. Halten Sie die Lötpadtemperatur unter 85 °C; verwenden Sie thermische Durchkontaktierungen und Kupferflächen zur Wärmeverteilung. Reduzieren Sie in Umgebungen mit hoher Temperatur den Durchlassstrom (siehe Minderungskurve in Abbildung 1-9).

9. Wettbewerbsvergleich

Im Vergleich zu standardmäßigen 0402-LEDs anderer Hersteller bietet die RF-RU0402TS-BC-B1 einen breiteren Abstrahlwinkel (140° gegenüber typisch 120°) und engere Binning-Optionen (0,1-V-Spannungsbins, 2-nm-Wellenlängenbins). Der maximal bewertete Durchlassstrom von 20 mA ist etwas höher als bei manchen Mitbewerbern (oft 18 mA), was bei Bedarf eine höhere Helligkeit ermöglicht. Die ESD-Bewertung von 2 kV (HBM) ist vergleichbar mit der Industrienorm. Ein besonderer Vorteil ist die explizite Anleitung zur Materialverträglichkeit (Schwefel-, Halogengrenzwerte) zur Vermeidung von LED-Degradation, die in konkurrierenden Datenblättern selten bereitgestellt wird.

10. Häufige technische Fragen

F: Welcher Betriebsstrom wird für maximale Lebensdauer empfohlen?A: Für allgemeine Anwendungen bietet ein Betrieb bei 10 mA ein gutes Gleichgewicht zwischen Helligkeit und Langlebigkeit. Der Anstieg der Sperrschichttemperatur ist minimal, und die LED kann über 50.000 Stunden halten.

F: Kann ich diese LED direkt von einem 3,3-V-Logikpin ansteuern?A: Ja, aber nur mit einem passenden Vorwiderstand. Ein 150-Ω-Widerstand begrenzt den Strom auf etwa 10 mA (bei 1,8 V VF). Viele Logikpins können 20 mA liefern, überprüfen Sie jedoch das Mikrocontroller-Datenblatt.

F: Wie sollte ich die Leiterplatte nach dem Löten reinigen?A: Verwenden Sie Isopropylalkohol (IPA) und vermeiden Sie aggressive Lösungsmittel, die das Silikon angreifen könnten. Eine Ultraschallreinigung wird nicht empfohlen, es sei denn, die Kompatibilität wurde getestet.

F: Wie hoch ist die ESD-Empfindlichkeit?A: Klasse 1C (2000 V HBM). Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen (geerdete Arbeitsplätze, antistatische Beutel, Erdungsbänder) sollten bei Handhabung und Montage verwendet werden.

11. Design-Studienfall

Fall: Tragbarer Fitness-Tracker mit 4 Status-LEDs

Designanforderung: Vier rote LEDs (Herzfrequenz, Bluetooth, Aktivität, Alarm) müssen bei direkter Sonneneinstrahlung sichtbar sein, aber ein Gesamtleistungsbudget von 200 mW nicht überschreiten. Unter Verwendung der RF-RU0402TS-BC-B1 im Helligkeitsbin C00 (18-28 mcd) wird jede LED mit 8 mA über eine 2,0-V-Versorgung (Boost-Wandler) betrieben. Die Durchlassspannung beträgt etwa 1,8 V, daher wird ein 25-Ω-Widerstand verwendet. Gesamtleistung: 4 × 1,8 V × 8 mA = 57,6 mW, weit innerhalb des Budgets. Der breite Abstrahlwinkel von 140° gewährleistet Sichtbarkeit bei Uhrenneigungswinkeln. ESD-Schutz ist auf der flexiblen Leiterplatte integriert. Die Zuverlässigkeitsdaten des Bauteils (1000-Stunden-Lebensdauertest bei 5 mA) gaben Vertrauen für eine 2-jährige Produktgarantie.

12. Funktionsprinzip

Diese LED verwendet einen rot emittierenden AllnGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid)-Halbleiterchip. Bei Anlegen einer Durchlassspannung rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich und setzen Photonen mit einer Energie frei, die der Bandlücke entspricht (≈1,95 eV, 635 nm). Der Chip ist auf einem Leadframe montiert und mit Epoxidharz oder Silikon vergossen, um ein oberflächenmontierbares Gehäuse zu bilden. Die winzige Linsenform (flache Oberseite) trägt zum breiten Abstrahlwinkel bei. Die Wärme wird über den rückseitigen Anschluss zur Leiterplatte geleitet.

13. Technologietrends

Da IoT- und Wearable-Geräte immer kleiner werden, wird die Nachfrage nach ultraminiaturisierten LEDs wie 0402 steigen. Trends umfassen:

• Höhere Effizienz:Verbesserungen im Chipdesign werden die mcd/mA erhöhen und so die gleiche Helligkeit bei niedrigeren Strömen ermöglichen, um Batterien zu schonen.
• Engeres Binning:Kunden fordern zunehmend enge Farb- und Spannungsgruppierungen für gleichmäßige Arrays. Die hier angebotenen 0,1-V- und 2-nm-Bins sind bereits wettbewerbsfähig.
• Erhöhte Zuverlässigkeit:Fortgesetzter Fokus auf Schwefel-/Halogenbeständigkeit und erweiterte Lebensdauertests (10.000+ Stunden).
• Integrationen:Mehrfarbige 0402-Gehäuse (RGB) entstehen, aber die rote Variante bleibt ein Arbeitstier für Status- und Sicherheitsanzeigen.

Die RF-RU0402TS-BC-B1 ist gut positioniert, um diesen Trends mit ihrem umfassenden Binning, robusten Design und klaren Anwendungshinweisen gerecht zu werden.