Seitenblick SMD LED Orange 5A - Ultrahell AlInGaP - 5V Sperrspannung - 75mW Leistung - Technisches Datenblatt

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt die Spezifikationen einer hochwertigen, seitlich abstrahlenden SMD-LED (Surface Mount Device). Das Bauteil nutzt einen ultrahellen Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP)-Halbleiterchip zur Erzeugung von orangefarbenem Licht. Es ist mit einem wasserklaren Linsengehäuse ausgeführt, das einen großen Betrachtungswinkel bietet und sich für verschiedene Anzeige- und Hintergrundbeleuchtungsanwendungen eignet, bei denen seitliche Lichtabstrahlung erforderlich ist. Das Produkt entspricht der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe) und wird als umweltfreundliches Produkt eingestuft. Das Design ist kompatibel mit Standard-Automatikbestückungsgeräten und Infrarot (IR)-Reflow-Lötprozessen, was es ideal für die Serienfertigung macht. Die LEDs werden auf 8 mm breitem Trägerband geliefert, das auf Spulen mit 7 Zoll Durchmesser aufgewickelt ist, gemäß EIA-Standardverpackung.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Die absoluten Maximalwerte definieren die Grenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Diese Werte gelten bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C und dürfen unter keinen Betriebsbedingungen überschritten werden.

• Verlustleistung (Pd):75 mW. Dies ist die maximale Leistung, die das LED-Gehäuse als Wärme abführen kann, ohne dass die Leistung nachlässt oder ein Ausfall eintritt.
• Dauer-Durchlassstrom (IF):30 mA Gleichstrom. Der maximale stationäre Strom, der kontinuierlich angelegt werden darf.
• Spitzen-Durchlassstrom:80 mA. Dieser ist nur unter gepulsten Bedingungen mit einem Tastverhältnis von 1/10 und einer Pulsbreite von 0,1 ms zulässig. Das Überschreiten des DC-Stromwerts im Pulsbetrieb ermöglicht eine höhere momentane Helligkeit.
• Sperrspannung (VR):5 V. Die maximale Spannung, die in Sperrrichtung an die LED angelegt werden darf. Eine Überschreitung kann zum Durchbruch der Sperrschicht führen.
• ESD-Schwellenwert (HBM):1000 V (Human Body Model). Dies zeigt die Empfindlichkeit des Bauteils gegenüber statischer Elektrizität; ordnungsgemäße ESD-Handhabungsverfahren sind zwingend erforderlich.
• Betriebstemperaturbereich:-30°C bis +85°C. Der Umgebungstemperaturbereich, für den die LED ausgelegt ist, um korrekt zu funktionieren.
• Lagertemperaturbereich:-40°C bis +85°C. Der Temperaturbereich für die sichere Lagerung, wenn das Bauteil nicht unter Spannung steht.
• Infrarot-Reflow-Lötbedingung:260°C Spitzentemperatur für maximal 10 Sekunden. Dies definiert das Temperaturprofil, das das Gehäuse während der Montage aushalten kann.

2.2 Elektro-optische Kenngrößen

Diese Parameter werden bei Ta=25°C gemessen und definieren die typische Leistung der LED unter normalen Betriebsbedingungen. Der Prüfstrom (IF) für die meisten optischen Parameter beträgt 5 mA.

• Lichtstärke (Iv):Liegt zwischen einem Minimum von 11,2 Millicandela (mcd) und einem typischen Wert von 71,0 mcd bei 5 mA. Die Intensität wird mit einem Sensor gemessen, der auf die photopische (menschliche Augen-) Ansprechkurve (CIE) abgestimmt ist.
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):130 Grad. Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte des auf der Mittelachse gemessenen Wertes abfällt. Ein großer Abstrahlwinkel ist charakteristisch für seitlich abstrahlende LEDs mit wasserklarer Linse.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λP):611 Nanometer (nm). Dies ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsabgabe der LED ihr Maximum erreicht.
• Dominante Wellenlänge (λd):605 nm. Abgeleitet vom CIE-Farbtafeldiagramm ist dies die einzelne Wellenlänge, die die vom menschlichen Auge wahrgenommene Farbe (Orange) der LED am besten repräsentiert.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):17 nm. Dieser Parameter gibt die spektrale Reinheit oder Bandbreite des emittierten Lichts an, gemessen als volle Breite bei halber Maximalintensität (FWHM).
• Durchlassspannung (VF):Zwischen 1,6 V (min) und 2,3 V (max) bei IF=5mA. Dies ist der Spannungsabfall über der LED, wenn sie Strom führt.
• Sperrstrom (IR):Maximal 10 Mikroampere (μA) bei einer angelegten Sperrspannung (VR) von 5V. Ein niedriger Sperrstrom ist wünschenswert.

3. Erklärung des Binning-Systems

Die Lichtstärke von LEDs kann von Charge zu Charge variieren. Um für den Endanwender Konsistenz zu gewährleisten, werden die Bauteile basierend auf der gemessenen Leistung bei 5 mA in Intensitätsklassen (Bins) sortiert. Der Bin-Code definiert die garantierten Minimal- und Maximalwerte der Lichtstärke für LEDs mit diesem Code. Die Toleranz innerhalb jeder Klasse beträgt +/- 15%.

• Bin-Code L:11,2 mcd (Min) bis 18,0 mcd (Max)
• Bin-Code M:18,0 mcd (Min) bis 28,0 mcd (Max)
• Bin-Code N:28,0 mcd (Min) bis 45,0 mcd (Max)
• Bin-Code P:45,0 mcd (Min) bis 71,0 mcd (Max)

Dieses System ermöglicht es Konstrukteuren, LEDs mit einem bekannten Helligkeitsbereich für ihre Anwendung auszuwählen, was zu einer gleichmäßigen Ausleuchtung in Multi-LED-Designs beiträgt.

4. Analyse der Leistungskurven

Während im Datenblatt auf spezifische grafische Kurven verwiesen wird (z.B. Abb.1 für die spektrale Verteilung, Abb.6 für den Abstrahlwinkel), kann ihr typisches Verhalten basierend auf der Halbleiterphysik und Standard-LED-Eigenschaften beschrieben werden.

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

Das AlInGaP-Material hat eine charakteristische Durchlassspannung, die typischerweise zwischen 1,6V und 2,3V bei 5mA liegt. Die I-V-Kurve ist exponentiell; eine kleine Erhöhung der Durchlassspannung führt zu einem großen Anstieg des Durchlassstroms. Daher wird dringend empfohlen, die LED mit einer Konstantstromquelle anstatt einer Konstantspannungsquelle zu betreiben, um thermisches Durchgehen zu verhindern und eine stabile Lichtausbeute zu gewährleisten.

4.2 Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Die Lichtausbeute (Lichtstärke) ist über einen weiten Bereich annähernd proportional zum Durchlassstrom. Die Effizienz nimmt jedoch bei sehr hohen Strömen tendenziell ab, aufgrund erhöhter Wärmeentwicklung im Chip (Droop-Effekt). Der Betrieb bei oder unterhalb des empfohlenen DC-Stroms gewährleistet optimale Effizienz und Lebensdauer.

4.3 Temperaturabhängigkeit

Wie alle Halbleiter ist die LED-Leistung temperaturabhängig. Mit steigender Sperrschichttemperatur:

• Durchlassspannung (VF):Sinkt leicht.
• Lichtstärke (Iv):Sinkt. Die Lichtausbeute von AlInGaP-LEDs hat einen negativen Temperaturkoeffizienten.
• Dominante Wellenlänge (λd):Kann sich leicht verschieben, typischerweise zu längeren Wellenlängen (Rotverschiebung) bei Temperaturanstieg.

Ein ordnungsgemäßes Wärmemanagement in der Anwendung (z.B. ausreichende Kupferfläche auf der Leiterplatte zur Wärmeableitung) ist entscheidend für eine konstante Leistung und Lebensdauer.

4.4 Spektrale Verteilung

Die spektrale Ausgangskurve zeigt ein Hauptmaximum bei etwa 611 nm (orange-rot). Die Halbwertsbreite von 17 nm weist auf ein relativ schmales Emissionsspektrum im Vergleich zu weißen oder Breitband-LEDs hin, was für monochromatische AlInGaP-Bauteile typisch ist.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Das Datenblatt enthält eine detaillierte Maßzeichnung des SMD-Gehäuses. Wichtige Merkmale sind die Geometrie der Seitenblicklinse, die Lage und Größe der Kathoden- und Anodenanschlüsse sowie der gesamte Gehäusegrundriss. Alle Maße sind in Millimetern mit einer Standardtoleranz von ±0,10 mm angegeben, sofern nicht anders spezifiziert. Das Seitenblick-Design lenkt das Licht parallel zur Montageebene der Leiterplatte.

5.2 Polaritätskennzeichnung und Lötflächen-Design

Die LED hat einen Anoden (+) und einen Kathoden (-) Anschluss. Das Datenblatt enthält einen vorgeschlagenen Lötflächen-Layout (Land Pattern) für das Leiterplattendesign. Dieses Layout ist für zuverlässiges Löten und mechanische Stabilität optimiert. Es zeigt auch die empfohlene Lötrichtung an, um gleichmäßige Lötfilets zu gewährleisten und Tombstoning (Abheben eines Endes von der Lötfläche während des Reflow) zu verhindern. Die Einhaltung dieser Richtlinien ist für eine hohe Ausbeute in der Fertigung wesentlich.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil

Ein vorgeschlagenes Infrarot (IR)-Reflow-Profil für bleifreie Lötprozesse wird bereitgestellt. Wichtige Parameter dieses Profils sind:

• Vorwärm-/Einweichzone:Aufheizen auf 150-200°C, um das Flussmittel zu aktivieren und die Baugruppe allmählich zu erwärmen, um thermischen Schock zu minimieren.
• Reflow-Zone:Temperatur steigt auf ein Maximum von 260°C. Die Zeit oberhalb der Liquidustemperatur (typisch ~217°C für SnAgCu-Lot) und die Zeit innerhalb von 5°C der Spitzentemperatur sind entscheidend für die Lötstellenbildung.
• Spitzentemperatur & Zeit:Das Gehäuse darf 260°C nicht länger als 10 Sekunden ausgesetzt sein. Diese Grenze ist kritisch, um Schäden an der Epoxidlinse der LED und den internen Bonddrähten zu verhindern.
• Abkühlzone:Kontrolliertes Abkühlen, um die Lötstellen ordnungsgemäß zu verfestigen.

Das Profil basiert auf JEDEC-Standards, jedoch wird aufgrund von Variationen im Leiterplattendesign, der Lötpaste und Ofeneigenschaften ein finales Board-Level-Profiling empfohlen.

6.2 Handlöten

Falls Handlöten notwendig ist, verwenden Sie eine temperaturgeregelte Lötstation. Die Lötspitzentemperatur sollte 300°C nicht überschreiten, und die Lötzeit pro Anschluss sollte auf maximal 3 Sekunden begrenzt sein. Handlöten sollte nur einmal durchgeführt werden, um thermische Belastung zu vermeiden.

6.3 Reinigung

Falls nach dem Löten eine Reinigung erforderlich ist, verwenden Sie nur spezifizierte Lösungsmittel. Das Eintauchen der LED in Ethylalkohol oder Isopropylalkohol bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute ist akzeptabel. Verwenden Sie keine nicht spezifizierten chemischen Reiniger, da diese das Gehäusematerial oder die Linse beschädigen können.

6.4 Lagerung und Handhabung

• ESD-Vorsichtsmaßnahmen:Das Bauteil ist empfindlich gegenüber elektrostatischer Entladung (ESD). Verwenden Sie beim Handhaben stets Erdungsarmbänder, antistatische Matten und ordnungsgemäß geerdete Geräte.
• Feuchtigkeitssensitivität:Während die ursprüngliche versiegelte Verpackung mit Trockenmittel die Bauteile schützt, sollten geöffnete LEDs in einer Umgebung von maximal 30°C und 60% relativer Luftfeuchtigkeit gelagert werden. Für eine längere Lagerung außerhalb des Originalbeutels verwenden Sie einen versiegelten Behälter mit Trockenmittel. Wenn sie länger als eine Woche offen gelagert wurden, wird vor dem Reflow-Löten ein Ausheizen bei etwa 60°C für mindestens 20 Stunden empfohlen, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und \"Popcorning\" (Rissbildung im Gehäuse während des Reflow) zu verhindern.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Band- und Spulenspezifikationen

Die LEDs werden auf geprägter Trägerband mit einem Schutzdeckband geliefert. Wichtige Spezifikationen sind:

• Trägerbandbreite:8 mm.
• Spulendurchmesser:7 Zoll.
• Menge pro Spule:4000 Stück (volle Spule).
• Mindestpackmenge:500 Stück für Restmengen.
• Taschenversiegelung:Leere Taschen auf dem Band sind mit Deckband versiegelt.
• Fehlende LEDs:Gemäß Spezifikation sind maximal zwei aufeinanderfolgende fehlende LEDs (leere Taschen) zulässig.

Die Verpackung entspricht den ANSI/EIA-481-Spezifikationen und gewährleistet Kompatibilität mit Standard-Automatikbestückungsgeräten.

8. Anwendungshinweise und Designüberlegungen

8.1 Typische Anwendungsszenarien

Diese seitlich abstrahlende orange LED eignet sich für verschiedene Anwendungen, die ein breites, seitliches Lichtmuster erfordern, darunter:

• Statusanzeigen:An Konsumelektronik, Industrie-Bedienfeldern und Netzwerkgeräten, wo ein großer Betrachtungswinkel vorteilhaft ist.
• Hintergrundbeleuchtung:Für kantengeleuchtete Paneele, Folientastatur-Bedienfelder oder Symbole, bei denen Licht seitlich gerichtet werden muss.
• Automobil-Innenraumbeleuchtung:Für Armaturenbrett- oder Konsolenbeleuchtung (vorbehaltlich spezifischer Automotive-Qualifikation).
• Geräteanzeigen:Anzeige von Strom, Modus oder Funktion an Haushaltsgeräten.

8.2 Schaltungsdesign-Überlegungen

• Strombegrenzung:Verwenden Sie stets einen Reihen-Strombegrenzungswiderstand oder einen speziellen Konstantstrom-LED-Treiber. Der Widerstandswert kann mit dem Ohmschen Gesetz berechnet werden: R = (Versorgungsspannung - VF) / IF. Stellen Sie sicher, dass die Leistungsaufnahme des Widerstands ausreichend ist (P = IF² * R).
• Sperrspannungsschutz:Obwohl die LED 5V in Sperrrichtung aushält, ist es gute Praxis, jede Sperrvorspannung zu vermeiden. In AC- oder bipolaren Schaltungen sollte zum Schutz eine antiparallele Diode in Betracht gezogen werden.
• Wärmemanagement:Für den Betrieb bei oder nahe dem maximalen DC-Strom muss die Leiterplatte eine ausreichende Wärmeableitung bieten. Das Verbinden der LED-Lötflächen mit Kupferflächen hilft bei der Wärmeableitung.
• Dimmung:Zur Helligkeitssteuerung ist Pulsweitenmodulation (PWM) gegenüber analoger Stromreduzierung die bevorzugte Methode, da sie eine konsistente Farbtemperatur beibehält.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Diese AlInGaP-Orange-LED bietet spezifische Vorteile:

• vs. Traditionelle Orange-LEDs (z.B. GaAsP):AlInGaP-Technologie bietet deutlich höhere Lichtausbeute und Helligkeit, bessere Temperaturstabilität und längere Betriebslebensdauer.
• vs. Phosphor-konvertierte Orange-LEDs:Als direkt emittierender Halbleiter bietet sie eine gesättigtere, reine Orange-Farbe (schmales Spektrum bei ~605 nm dominanter Wellenlänge) im Vergleich zum breiteren Spektrum phosphor-konvertierter Typen. Sie hat typischerweise auch schnellere Ansprechzeiten.
• Seitenblick- vs. Top-View-Gehäuse:Der primäre Unterscheidungsfaktor ist die Richtung der Lichtemission. Dieses Gehäuse ist speziell dafür ausgelegt, Licht parallel zur Leiterplatte abzustrahlen, und löst Designherausforderungen, bei denen der vertikale Platz begrenzt ist oder eine Seitenfläche beleuchtet werden muss.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

10.1 Was ist der Unterschied zwischen Spitzenwellenlänge und dominanter Wellenlänge?

Spitzenwellenlänge (λP)ist die physikalische Wellenlänge, bei der die LED die meiste optische Leistung emittiert.Dominante Wellenlänge (λd)ist ein berechneter Wert basierend auf der menschlichen Farbwahrnehmung (CIE-Diagramm), der die von uns gesehene Farbe am besten repräsentiert. Für monochromatische LEDs wie diese orange sind sie oft nahe, aber nicht identisch.

10.2 Kann ich diese LED mit 20 mA kontinuierlich betreiben?

Ja. Der absolute maximale Dauer-Durchlassstrom beträgt 30 mA. Der Betrieb mit 20 mA liegt innerhalb der Spezifikation. Denken Sie daran, den erforderlichen Strombegrenzungswiderstand basierend auf der Durchlassspannung bei 20 mA (die etwas höher sein kann als bei 5 mA) neu zu berechnen.

10.3 Warum wird ein Konstantstromtreiber empfohlen?

Die Durchlassspannung einer LED hat einen negativen Temperaturkoeffizienten und kann von Bauteil zu Bauteil variieren. Eine Konstantspannungsquelle mit einem Reihenwiderstand bietet eine grundlegende Strombegrenzung, aber der Strom kann sich dennoch mit der Temperatur ändern. Eine Konstantstromquelle gewährleistet eine stabile Lichtausbeute und schützt die LED unabhängig von VF-Schwankungen vor Überstrombedingungen.

10.4 Wie interpretiere ich den Bin-Code bei der Bestellung?

Der Bin-Code (z.B. L, M, N, P) spezifiziert den garantierten Lichtstärkebereich bei 5 mA. Für Anwendungen, die gleichmäßige Helligkeit erfordern, geben Sie LEDs aus demselben Bin-Code an und verwenden Sie diese. Für weniger kritische Anwendungen kann eine Mischung akzeptabel sein.

11. Design- und Anwendungsfallstudie

Szenario: Hintergrundbeleuchtung einer erhabenen Tasttaste auf einem Medizingeräte-Bedienfeld.Die Tastenkappe ist opak mit einem transluzenten Symbol und sitzt 2 mm über der Leiterplatte. Eine Top-View-LED würde nach oben leuchten und Licht verschwenden. Eine seitlich montierte Seitenblick-LED neben der Taste kann ihren 130-Grad-Strahl seitlich in den Rand der Tastenkappe lenken und das Symbol von innen effizient ausleuchten. Der große Abstrahlwinkel sorgt für eine gleichmäßige Ausleuchtung des Symbols. Die orange Farbe bietet eine klare \"Standby\"- oder \"Warn\"-Anzeige. Das SMD-Gehäuse ermöglicht eine kompakte, flache Montage, die mit den automatisierten Produktions- und Reinigungsprozessen für Medizingeräte kompatibel ist.

12. Einführung in das Technologieprinzip

Diese LED basiert auf Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP)-Halbleitermaterial, das epitaktisch auf einem Substrat gewachsen wird. Bei Anlegen einer Durchlassspannung werden Elektronen und Löcher in den aktiven Bereich injiziert, wo sie rekombinieren und Energie in Form von Photonen (Licht) freisetzen. 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 \"ultrahelle\" Eigenschaft wird durch fortschrittliches Chipdesign und effiziente Lichteinkopplung aus dem Halbleitermaterial in das Gehäuse erreicht. Der Seitenblickeffekt wird durch die spezifische geformte Linsengeometrie erzeugt, die interne Reflexion und Brechung nutzt, um Licht vom oben emittierenden Chip durch die Seite des Gehäuses umzulenken.

13. Branchentrends und Entwicklungen

Der Trend bei Anzeige- und SignallEDs geht weiterhin in Richtung höherer Effizienz, kleinerer Gehäuse und größerer Zuverlässigkeit. Die AlInGaP-Technologie ist ausgereift, verzeichnet aber weiterhin inkrementelle Verbesserungen der Lumen-pro-Watt-Ausbeute. Es wird auch zunehmend Wert auf präzises Farb-Binning und engere Toleranzen für Anwendungen gelegt, die Farbkonstanz erfordern, wie z.B. Vollfarbdisplays oder Automotive-Kombiinstrumente. Die Einführung von Seitenblick- und Rechtwinkelgehäusen nimmt mit der Miniaturisierung der Elektronik zu und ermöglicht innovative Hintergrundbeleuchtungs- und Statusanzeigelösungen in platzbeschränkten Designs. Darüber hinaus sind die Integration mit Onboard-Controllern (Smart LEDs) und eine verbesserte Kompatibilität mit Hochtemperatur-Lötprozessen laufende Entwicklungsbereiche, um den Anforderungen fortschrittlicher Automotive- und Industrieanwendungen gerecht zu werden.