ELT-512SURWA/S530-A3 0,56" Siebensegmentanzeige

1. Produktübersicht

Die ELT-512SURWA/S530-A3 ist ein alphanumerisches Siebensegment-Anzeigemodul für die Durchsteckmontage. Es verfügt über einen standardisierten industriellen Footprint mit einer Ziffernhöhe von 14,22 mm, was 0,56 Zoll entspricht. Das Bauteil ist mit leuchtend roten AlGaInP (Aluminium-Gallium-Indium-Phosphid) Halbleiterchips aufgebaut, die in einem weißen, diffusen Harz eingekapselt sind, um die Lichtemission und den Betrachtungswinkel zu verbessern. Die äußere Oberfläche der Anzeige ist in Grau gehalten, was ein neutrales und professionelles Erscheinungsbild bietet, das für verschiedene Frontplatten-Designs geeignet ist.

Diese Anzeige wird als Bauteil mit geringem Stromverbrauch kategorisiert und ist daher ideal für Anwendungen, bei denen Energieeffizienz eine Rolle spielt. Sie entspricht vollständig den Richtlinien für bleifreie (Pb-free) und RoHS (Beschränkung gefährlicher Stoffe) Produktion, was ihre Eignung für den Einsatz in Produkten für den globalen Markt mit strengen Umweltvorschriften sicherstellt.

Das primäre Designziel dieser Anzeige ist es, auch bei hellem Umgebungslicht eine hervorragende Zuverlässigkeit und Lesbarkeit zu bieten. Ihre Standardgröße und Durchsteckbauweise machen sie zu einer vielseitigen Wahl sowohl für Prototypen als auch für die Serienfertigung, da sie sich leicht mit konventionellen Löttechniken in Leiterplatten (PCBs) integrieren lässt.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die Kernvorteile der ELT-512SURWA/S530-A3 ergeben sich aus ihrer Materialauswahl und Konstruktion. Der Einsatz von AlGaInP-Technologie für die LED-Chips ermöglicht eine hocheffiziente, leuchtend rote Ausgangsleistung mit guter Farbreinheit. Das weiße, diffuse Harz hilft dabei, das Licht gleichmäßig über jedes Segment zu streuen, reduziert Hotspots und gewährleistet eine gleichmäßige Ausleuchtung, was für die Lesbarkeit durch den Benutzer entscheidend ist.

Die Zielmärkte des Bauteils sind breit gefächert und umfassen alle Anwendungen, die eine klare, zuverlässige numerische oder begrenzt alphanumerische Anzeige erfordern. Seine Robustheit und standardisierte Schnittstelle machen es zu einer bevorzugten Komponente für Ingenieure, die Systeme entwerfen, die Daten dem Endbenutzer einfach und effektiv präsentieren müssen.

2. Vertiefung der technischen Parameter

Ein gründliches Verständnis der Gerätespezifikationen ist entscheidend für einen korrekten Schaltungsentwurf und die Gewährleistung langfristiger Zuverlässigkeit. Die Parameter sind unter Standard-Testbedingungen bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C definiert.

2.1 Absolute Maximalwerte (Grenzwerte)

Diese Grenzwerte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb unter oder an diesen Grenzen ist nicht garantiert und sollte im normalen Gebrauch vermieden werden.

• Sperrspannung (V_R)): 5V. Das Überschreiten dieser Spannung in Sperrrichtung kann einen sofortigen Sperrschichtdurchbruch verursachen.
• Dauer-Durchlassstrom (I_F)): 25mA. Dies ist der maximale Gleichstrom, der kontinuierlich angelegt werden darf.
• Spitzen-Durchlassstrom (I_FP)): 60mA. Dieser ist nur unter gepulsten Bedingungen mit einem Tastverhältnis von 10 % oder weniger und einer Frequenz von 1 kHz zulässig.
• Verlustleistung (P_d)): 60mW. Die maximale Leistung, die das Bauteil als Wärme abführen kann.
• Betriebs- & Lagertemperatur: -40°C bis +85°C (Betrieb), -40°C bis +100°C (Lagerung).
• Löttemperatur (T_sol)): 260°C für eine Dauer von maximal 5 Sekunden, was mit Standard-Wellen- oder Reflow-Lötprozessen kompatibel ist.

2.2 Elektro-optische Kennwerte

Diese Kennwerte beschreiben die Leistung des Bauteils unter normalen Betriebsbedingungen. Die typischen Werte dienen als Entwurfsrichtlinie, Konstrukteure sollten jedoch die minimalen und maximalen Grenzwerte berücksichtigen.

• Lichtstärke (I_v)): 7,8 mcd (Min), 17,6 mcd (Typ) bei I_F=10mA. Dies ist die durchschnittliche Lichtausbeute pro Segment. Für diesen Parameter gilt eine Toleranz von ±10 %.
• Spitzenwellenlänge (λ_p)): 632 nm (Typ) bei I_F=20mA. Dies ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Emission am stärksten ist.
• Dominante Wellenlänge (λ_d)): 624 nm (Typ) bei I_F=20mA. Dies ist die vom menschlichen Auge wahrgenommene Wellenlänge, die die Farbe als \"leuchtend rot\" definiert.
• Spektrale Bandbreite (Δλ): 20 nm (Typ) bei I_F=20mA, was den Bereich der emittierten Wellenlängen angibt.
• Durchlassspannung (V_F)): 2,0 V (Typ), 2,4 V (Max) bei I_F=20mA. Konstrukteure müssen sicherstellen, dass die Treiberschaltung ausreichend Spannung bereitstellen kann. Es gilt eine Toleranz von ±0,1 V.
• Sperrstrom (I_R)): 100 µA (Max) bei V_R=5V.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Datenblatt gibt an, dass die Lichtstärke \"kategorisiert\" ist. Dies bezieht sich auf einen Binning-Prozess, bei dem hergestellte Anzeigen basierend auf ihrer gemessenen Lichtausbeute sortiert werden. Bauteile innerhalb einer bestimmten Kategorie (oder \"CAT\" wie auf dem Etikett vermerkt) weisen Lichtstärken innerhalb eines definierten Bereichs um den typischen Wert auf (z. B. 17,6 mcd ±10 %). Dies ermöglicht es Konstrukteuren, Anzeigen mit konsistenter Helligkeit für ihre Anwendungen auszuwählen und so ein einheitliches Erscheinungsbild über mehrere Einheiten in einem Produkt hinweg sicherzustellen. Die Durchlassspannung wird ebenfalls mit einer engen Toleranz (±0,1 V) kontrolliert, was die Berechnung des Vorwiderstands vereinfacht und einen konsistenten Stromverbrauch und thermisches Verhalten über eine Charge von Bauteilen hinweg gewährleistet.

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt enthält typische Kurven, die die Beziehung zwischen den wichtigsten Parametern veranschaulichen. Diese sind wesentlich, um das Verhalten unter nicht standardmäßigen Bedingungen zu verstehen.

4.1 Spektrale Verteilung

Die spektrale Verteilungskurve zeigt die relative Intensität des emittierten Lichts über verschiedene Wellenlängen. Für die ELT-512SURWA/S530-A3 wäre diese Kurve um 632 nm (Spitze) zentriert mit einer typischen Bandbreite von 20 nm, was die schmale, reine Rot-Emission der AlGaInP-Technologie bestätigt. Dies führt zu einer hohen Farbsättigung.

4.2 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kurve)

Diese Kurve zeigt den nichtlinearen Zusammenhang zwischen dem durch die LED fließenden Strom und dem Spannungsabfall über ihr. Zunächst fließt sehr wenig Strom, bis die Durchlassspannung einen Schwellenwert erreicht (bei diesem Bauteil etwa 1,8-2,0 V). Jenseits dieses Punktes steigt der Strom bei einer kleinen Erhöhung der Spannung rapide an. Deshalb werden LEDs immer mit einer strombegrenzenden Einrichtung (Widerstand oder Konstantstromtreiber) betrieben und nicht direkt mit einer Spannungsquelle.

4.3 Derating-Kurve für den Durchlassstrom

Dies ist eine entscheidende Kurve für die Zuverlässigkeit. Sie zeigt, wie der maximal zulässige kontinuierliche Durchlassstrom (I_F) reduziert werden muss, wenn die Umgebungstemperatur steigt. Mit steigender Temperatur sinkt der interne Wirkungsgrad der LED und ihre Fähigkeit, Wärme abzuführen, nimmt ab. Um Überhitzung und beschleunigten Alterungsprozess zu verhindern, muss der Treiberstrom entsprechend verringert werden. Während beispielsweise bei 25°C 25 mA erlaubt sind, wäre bei einer Umgebungstemperatur von 85°C ein deutlich niedrigerer Strom der maximale sichere Wert.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

Das Bauteil verwendet ein standardmäßiges Durchsteck-DIP-Gehäuse (Dual In-line Package). Die Gehäuseabmessungszeichnung liefert alle kritischen mechanischen Maße für das PCB-Layout, einschließlich:

• Gesamthöhe, -breite und -tiefe.
• Pinabstand (Rastermaß) und -durchmesser.
• Segmentfensterabmessungen und -platzierung.
• Empfohlene PCB-Padgröße und -abstand.

Die Toleranzen für diese Abmessungen betragen typischerweise ±0,25 mm, sofern nicht anders angegeben. Das interne Schaltbild zeigt die Gemeinschaftskathoden- oder Gemeinschaftsanoden-Konfiguration der sieben Segmente und des Dezimalpunkts (falls vorhanden), was für den Entwurf der korrekten Treiberschaltung wesentlich ist. Die Pinbelegung identifiziert, welcher Pin welches Segment (A-G und DP) steuert.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Das Bauteil ist für Standard-Lötprozesse geeignet. Der absolute Maximalwert für die Löttemperatur beträgt 260°C für bis zu 5 Sekunden. Dies entspricht typischen Wellenlöt- oder Handlötprofilen. Es ist entscheidend, übermäßige thermische Belastung zu vermeiden, indem diese Zeit/Temperatur-Kombination nicht überschritten wird. Ein Vorwärmen der Leiterplatte wird empfohlen, um thermischen Schock zu minimieren. Nach dem Löten sollte das Bauteil gemäß Standard-PCB-Reinigungsverfahren gereinigt werden, um sicherzustellen, dass keine Flussmittelrückstände verbleiben, die die langfristige Zuverlässigkeit beeinträchtigen könnten.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

Das Bauteil durchläuft einen spezifischen Verpackungsablauf, um es während des Versands und der Handhabung zu schützen.

• Einzelverpackung: 13 Stück sind in einer antistatischen Schiene verpackt.
• Zwischenverpackung: 63 Schienen werden in eine Box verpackt.
• Versandkarton: 4 Boxen werden in einen Versandkarton verpackt, insgesamt 3.276 Stück pro Karton (13 x 63 x 4).

Das Etikett auf der Verpackung enthält wichtige Informationen für Rückverfolgbarkeit und Identifikation:

• CPN: Kundenspezifische Artikelnummer (falls vergeben).
• P/N: Hersteller-Artikelnummer (ELT-512SURWA/S530-A3).
• QTY: Menge in der Verpackung.
• CAT: Lichtstärkenklasse (Binning-Kategorie).
• LOT No: Fertigungslosnummer für die Rückverfolgbarkeit.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

Wie im Datenblatt aufgeführt, gehören zu den Hauptanwendungen:

• Haushaltsgeräte: Anzeige für Timer, Temperatureinstellungen oder Statuscodes an Öfen, Mikrowellen, Waschmaschinen und Klimaanlagen.
• Instrumententafeln: Anzeigen für Prüfgeräte, Industrie-Steuerungen, Automotive-Nachrüstinstrumente und medizinische Geräte.
• Digitale Anzeigen: Jedes Gerät, das eine numerische Ausgabe benötigt, wie Uhren, Zähler, Waagen oder einfache Datenlogger.

8.2 Entwurfsüberlegungen

• Strombegrenzung: Immer einen Vorwiderstand oder Konstantstromtreiber verwenden. Den Widerstandswert mit R = (V_Versorgung- V_F) / I_F berechnen. Den maximalen V_F-Wert aus dem Datenblatt verwenden, um unter ungünstigsten Bedingungen ausreichend Strom sicherzustellen.
• Multiplexing: Für mehrstellige Anzeigen wird häufig eine Multiplexing-Technik verwendet, um viele Segmente mit weniger I/O-Pins zu steuern. Sicherstellen, dass der Spitzenstrom in diesem Multiplex-Schema den I_FP rating.
• Betrachtungswinkel: Das weiße, diffuse Harz bietet einen weiten Betrachtungswinkel. Die beabsichtigte Position des Benutzers relativ zur Anzeige während des mechanischen Entwurfs berücksichtigen.
• ESD-Schutz(Elektrostatische Entladung): Die LEDs sind empfindlich gegenüber ESD. Während der Montage entsprechende Handhabungsverfahren implementieren (geerdete Arbeitsplätze, Handgelenksbänder). Im Endprodukt in Betracht ziehen, auf Eingangsleitungen, die dem Benutzer oder der externen Umgebung ausgesetzt sind, eine transiente Spannungsunterdrückung hinzuzufügen.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu älteren Technologien wie GaAsP (Galliumarsenidphosphid) roten LEDs bietet das in dieser Anzeige verwendete AlGaInP eine deutlich höhere Lichtausbeute, was bei gleichem Treiberstrom zu einer helleren Ausgangsleistung führt. Die \"leuchtend rote\" Farbe ist auch gesättigter und visuell deutlicher im Vergleich zu Standardrot. Das Durchsteckgehäuse bietet im Vergleich zu oberflächenmontierbaren Bauteilen (SMDs) in Anwendungen mit hoher Vibration oder hoher Zuverlässigkeit eine überlegene mechanische Festigkeit und Wärmeleitung zur Leiterplatte, erfordert jedoch manuelles oder Wellenlöten und beansprucht mehr Platz auf der Platine.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Kann ich diese Anzeige direkt von einem 5V-Mikrocontroller-Pin ansteuern?

A: Nein. Die typische Durchlassspannung beträgt 2,0 V. Ein direkter Anschluss an 5V würde einen übermäßigen Stromfluss verursachen und die LED zerstören. Sie müssen einen Vorwiderstand in Reihe schalten. Beispiel: Bei einer 5V-Versorgung, einem Ziel-I_F von 10 mA und zur Sicherheit unter Verwendung von max. V_F=2,4 V: R = (5V - 2,4V) / 0,01A = 260Ω. Ein 270Ω-Standardwiderstand wäre geeignet.

F: Was bedeutet \"Gemeinschaftskathode\" oder \"Gemeinschaftsanode\" für diese Anzeige?

A: Das interne Schaltbild gibt die Konfiguration an. Bei einer Gemeinschaftskathoden-Anzeige sind alle Kathoden (negative Seiten) der Segment-LEDs miteinander verbunden und an einen gemeinsamen Pin angeschlossen. Ein Segment wird angesteuert, indem eine positive Spannung an seinen individuellen Anoden-Pin angelegt wird. Bei einer Gemeinschaftsanoden-Anzeige sind die Anoden gemeinsam. Sie müssen das interne Diagramm im Datenblatt überprüfen, um die korrekte Treiberschaltung (Quellen- vs. Senken-Strom) zu entwerfen.

F: Warum gibt es einen Spitzen-Durchlassstrom-Grenzwert (I_FP), der höher ist als der Dauer-Grenzwert (I_F)?

A: LEDs können kurze Pulse mit höherem Strom verkraften, ohne zu überhitzen, da zwischen den Pulsen Zeit zum Abkühlen der Sperrschicht ist. Dies ermöglicht helleres Display-Multiplexing oder gepulsten Betrieb. Das 1/10-Tastverhältnis und die 1kHz-Frequenz sind die definierten sicheren Bedingungen für diesen Spitzenstrom.

11. Praktischer Entwurf und Anwendungsfall

Fall: Entwurf einer einfachen digitalen Voltmeter-Anzeige

Ein Ingenieur baut ein 0-30V DC-Voltmeter. Der Analog-Digital-Wandler (ADC) gibt ein BCD-Signal (Binary-Coded Decimal) aus. Diese BCD-Daten müssen mit einem Decoder/Treiber-IC (wie einem 7447 für Gemeinschaftsanoden-Anzeigen) in das 7-Segment-Format umgewandelt werden. Die ELT-512SURWA/S530-A3-Anzeige würde an die Ausgänge dieses Treiber-ICs angeschlossen. Der Ingenieur muss:

1. Überprüfen, ob die Ausgangsstromfähigkeit des Treiber-ICs dem I_F-Bedarf der Anzeige entspricht (z. B. 10-20 mA pro Segment).

2. Falls der Treiber keine integrierte Strombegrenzung hat, Vorwiderstände zwischen den Treiber-IC-Ausgängen und den Display-Pins berechnen und platzieren.

3. Das PCB-Layout gemäß den Gehäuseabmessungen entwerfen und die korrekte Pinausrichtung sicherstellen.

4. In Betracht ziehen, eine Dimmfunktion durch Verwendung von PWM (Pulsweitenmodulation) am Lösch- oder Intensitätssteuer-Pin des Treibers hinzuzufügen, wodurch das Tastverhältnis der Segmente moduliert wird, um die Helligkeit zu steuern, ohne den Strom zu ändern.

12. Prinzipielle Einführung

Eine Siebensegmentanzeige ist eine Anordnung von sieben rechteckigen LED-Elementen (Segmenten) in einer Achterform. Durch das Ansteuern spezifischer Kombinationen dieser Segmente können alle Dezimalziffern (0-9) und einige Buchstaben (wie A, C, E, F) dargestellt werden. Jedes Segment ist eine individuelle LED. In der ELT-512SURWA/S530-A3 sind diese LEDs aus AlGaInP-Halbleitermaterial gefertigt. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die die Schwellenspannung der Diode überschreitet, rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich des Halbleiters und setzen Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Bandlücke des AlGaInP-Materials bestimmt die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts, in diesem Fall leuchtend rot. Das Licht wird dann durch die weiße Epoxidharz-Umhüllung gestreut und geformt, um die sichtbaren Segmente zu erzeugen.

13. Entwicklungstrends

Während Durchsteckanzeigen wie die ELT-512SURWA/S530-A3 für Reparatur-, Hobby- und bestimmte Industriemärkte nach wie vor wichtig sind, geht der allgemeine Trend in der Elektronik stark in Richtung Oberflächenmontagetechnik (SMT). SMT-Anzeigen bieten kleinere Abmessungen, geringere Bauhöhe, Eignung für automatisierte Bestückung und oft eine bessere thermische Leistung durch direkte PCB-Anbindung. Für Hochhelligkeitsanwendungen werden neuere Materialien wie InGaN (Indium-Gallium-Nitrid) für Farben wie Blau, Grün und Weiß verwendet. Für Standard-Rot-Anzeigen bleibt AlGaInP jedoch eine hocheffiziente und kostengünstige Lösung. Zukünftige Entwicklungen könnten Anzeigen mit integrierten Treibern und Controllern umfassen, was die Anzahl externer Komponenten reduziert, sowie den Einsatz fortschrittlicher Kunststoffe oder Beschichtungen für breitere Betrachtungswinkel und verbesserten Kontrast bei Sonnenlicht.