Seitenansicht Rote SMD-LED 57-21 Serie - Gehäuseabmessungen 2.0x1.25x0.7mm - Durchlassspannung 1.75-2.35V - Lichtstärke 45-112mcd - Technische Dokumentation

1. Produktübersicht

Die 57-21-Serie stellt eine Familie von SMD-LEDs (Surface Mount Device) in Seitenansicht dar. Dieses spezifische Dokument beschreibt die rote Variante, die einen AlGaInP-Halbleiterchip (Aluminium-Gallium-Indium-Phosphid) zur Erzeugung von brillantem Rotlicht nutzt. Das Bauteil zeichnet sich durch sein kompaktes, flaches Gehäuse aus, das speziell für Anwendungen entwickelt wurde, bei denen Platz knapp ist und seitliche Beleuchtung erforderlich ist.

1.1 Kernvorteile und Produktpositionierung

Die primären Designvorteile dieser LED-Serie ergeben sich aus ihrer Gehäusearchitektur. Sie bietet einen breiten Blickwinkel, typischerweise 120 Grad, der durch ein optimiertes internes Reflektordesign erreicht wird. Dies macht die Komponente besonders geeignet für Lichtleiteranwendungen, bei denen eine effiziente Kopplung und gleichmäßige Seitenbeleuchtung entscheidend sind. Darüber hinaus arbeitet das Bauteil bei niedrigen Stromstärken, was es ideal für batteriebetriebene tragbare Elektronik und andere Anwendungen macht, bei denen der Stromverbrauch eine Schlüsselrolle spielt. Das Produkt wird bleifrei hergestellt und entspricht der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe).

1.2 Zielanwendungen

Die Kombination aus Seitenansicht, breitem Blickwinkel und geringem Leistungsbedarf definiert den Zielmarkt. Zu den Hauptanwendungsbereichen gehören die Hintergrundbeleuchtung für Vollfarb-LCDs (Flüssigkristallanzeigen), insbesondere in schlanken Konsumelektronikgeräten wie Mobiltelefonen, Tablets und Laptops. Es eignet sich auch für Statusanzeigen in Büroautomationsgeräten (OA) und als moderne, effiziente Alternative zu herkömmlichen Miniaturglühlampen in verschiedenen elektronischen Geräten.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Interpretation der wichtigsten elektrischen, optischen und thermischen Parameter des Bauteils unter Standardtestbedingungen (Ta=25°C).

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Sie sind nicht für den Normalbetrieb vorgesehen.

• Sperrspannung (V_R):5V. Das Überschreiten dieser Spannung in Sperrrichtung kann zum Durchbruch des Übergangs führen.
• Durchlassstrom (I_F):25 mA Gleichstrom. Der maximal zulässige Dauerstrom.
• Spitzendurchlassstrom (I_FP):60 mA. Dies ist nur unter gepulsten Bedingungen zulässig (1/10 Tastverhältnis bei 1 kHz), was für Multiplexing oder kurze Hochhelligkeitssignale nützlich ist.
• Verlustleistung (P_d):60 mW. Die maximale Leistung, die das Gehäuse als Wärme abführen kann.
• Betriebs- & Lagertemperatur:-40°C bis +85°C bzw. -40°C bis +100°C, was die Eignung für industrielle und erweiterte Umgebungsbereiche anzeigt.
• Elektrostatische Entladung (ESD):2000V (Human Body Model). Ein Standardwert, der grundlegende ESD-Handhabungsvorsichtsmaßnahmen während der Montage erfordert.
• Löttemperatur:Reflow-Löten bei 260°C für 10 Sekunden oder Handlöten bei 350°C für 3 Sekunden sind spezifiziert, was die thermischen Profilgrenzen für die Leiterplattenmontage definiert.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Diese Parameter werden bei einem Standardteststrom von I_F= 10mA gemessen und definieren die Leistung des Bauteils.

• Lichtstärke (I_v):Reicht von 45 mcd (min) bis 112 mcd (max), mit einer typischen Toleranz von ±11%. Dies ist die wahrgenommene Helligkeit der roten Lichtausgabe.
• Blickwinkel (2θ_1/2):120 Grad (typisch). Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte ihres Maximalwerts abfällt, was das breite, diffuse Abstrahlmuster bestätigt.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):Zwischen 617,5 nm und 633,5 nm. Dies definiert die wahrgenommene Farbe (Farbton) des roten Lichts. Für eine präzise Farbabstimmung ist eine Toleranz von ±1 nm spezifiziert.
• Spitzenwellenlänge (λ_p):Typisch 632 nm, was den spektralen Peak des emittierten Lichts angibt, der sich leicht von der dominanten Wellenlänge unterscheiden kann.
• Spektrale Bandbreite (Δλ):Typisch 20 nm, beschreibt die Breite des emittierten Spektrums um die Spitzenwellenlänge herum.
• Durchlassspannung (V_F):Zwischen 1,75V und 2,35V bei 10mA, mit einer Toleranz von ±0,1V. Dies ist entscheidend für den Entwurf der strombegrenzenden Schaltung.
• Sperrstrom (I_R):Maximal 10 µA bei 5V Sperrspannung, was auf eine gute Übergangsqualität hinweist.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um Konsistenz in der Massenproduktion zu gewährleisten, werden LEDs nach Leistungsklassen sortiert. Dies ermöglicht es Designern, Bauteile auszuwählen, die spezifische Anforderungen an Farbe und Helligkeit erfüllen.

3.1 Binning der dominanten Wellenlänge

Wellenlängen-Bins sind unter dem Code 'A' gruppiert und in vier Unter-Bins (E4, E5, E6, E7) unterteilt, die jeweils einen 4-nm-Bereich von 617,5 nm bis 633,5 nm abdecken. Dies ermöglicht die Auswahl von LEDs mit sehr spezifischen Rottönen, was für Anwendungen entscheidend ist, die ein einheitliches Farbbild über mehrere Einheiten hinweg erfordern.

3.2 Binning der Lichtstärke

Die Helligkeit ist in vier Gruppen eingeteilt: P1 (45-57 mcd), P2 (57-72 mcd), Q1 (72-90 mcd) und Q2 (90-112 mcd). Dies ermöglicht eine Auswahl basierend auf den erforderlichen Helligkeitsstufen, was den Stromverbrauch optimieren oder spezifische photometrische Anforderungen erfüllen kann.

3.3 Binning der Durchlassspannung

Die Durchlassspannung ist unter dem Code 'B' mit drei Bins gruppiert: 0 (1,75-1,95V), 1 (1,95-2,15V) und 2 (2,15-2,35V). Die Kenntnis des V_F-Bins kann für den Entwurf effizienter Treiberschaltungen wichtig sein, insbesondere in batteriebetriebenen Geräten, um den Spannungsabfall und Leistungsverlust zu minimieren.

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt enthält mehrere Kennlinien, die einen tieferen Einblick in das Verhalten des Bauteils unter verschiedenen Bedingungen geben.

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

Diese Kurve zeigt die exponentielle Beziehung zwischen Strom und Spannung für eine Halbleiterdiode. Bei dieser LED steigt die Spannung bei 25°C von etwa 1,6V bei sehr niedrigen Strömen auf etwa 2,8V bei 40mA. Die Kurve ist wesentlich für die Bestimmung des Arbeitspunkts und den Entwurf eines geeigneten strombegrenzenden Widerstands oder Konstantstromtreibers.

4.2 Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Dieses Diagramm zeigt, dass die Lichtausgabe mit dem Strom zunimmt, aber nicht linear. Sie neigt bei höheren Strömen zur Sättigung. Darüber hinaus zeigt es den Effekt des gepulsten Betriebs (1/10 Tastverhältnis), bei dem höhere Spitzenströme verwendet werden können, um vorübergehend höhere Helligkeit zu erreichen, ohne die Grenzen der durchschnittlichen Verlustleistung zu überschreiten.

4.3 Derating-Kurve für den Durchlassstrom

Dies ist ein entscheidendes Diagramm für das thermische Management. Es zeigt den maximal zulässigen Dauer-Durchlassstrom als Funktion der Umgebungstemperatur (T_a). Mit steigender Temperatur muss der maximale Strom reduziert werden, um Überhitzung zu verhindern. Bei 85°C ist der maximale Dauerstrom beispielsweise deutlich niedriger als der Nennwert von 25mA bei 25°C.

4.4 Spektralverteilung

Das Spektraldiagramm bestätigt die monochromatische Natur der LED und zeigt einen einzelnen Peak bei etwa 632 nm mit einer typischen Bandbreite von 20 nm. Die Emission in anderen Teilen des sichtbaren Spektrums ist minimal, was charakteristisch für eine hochreine rote AlGaInP-LED ist.

4.5 Abstrahlcharakteristik (Polardiagramm)

Dieses Diagramm stellt den 120-Grad-Blickwinkel visuell dar. Die Intensität wird in einem Polardiagramm aufgetragen und zeigt ein breites, lambertisches Abstrahlmuster, bei dem die Intensität bei 0 Grad (senkrecht zum Chip) am höchsten ist und sich glatt auf 50% bei ±60 Grad vom Zentrum verringert.

5. Mechanische und Verpackungsinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen und Footprint

Das Bauteil hat ein kompaktes SMD-Gehäuse in Seitenansicht. Zu den Hauptabmessungen gehören eine Gehäuselänge von etwa 2,0 mm, eine Breite von 1,25 mm und eine Höhe von 0,7 mm. Detaillierte mechanische Zeichnungen spezifizieren alle kritischen Abmessungen, einschließlich Pad-Positionen und Toleranzen (typisch ±0,1mm), die für das Leiterplattenlayout und die Gewährleistung einer korrekten Lötung und Ausrichtung entscheidend sind.

5.2 Polaritätskennzeichnung

Die Kathode ist typischerweise durch eine markierte Ecke oder eine Kerbe am Gehäuse gekennzeichnet. Während der Platzierung muss die korrekte Polarität beachtet werden, um einen ordnungsgemäßen Betrieb sicherzustellen.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötparameter

Die Komponente ist für bleifreie Reflow-Lötprozesse mit einer Spitzentemperatur von 260°C für bis zu 10 Sekunden ausgelegt. Dies entspricht den Standard-IPC/JEDEC J-STD-020-Profilen. Handlöten mit einem Lötkolben ist ebenfalls bei 350°C für maximal 3 Sekunden pro Anschluss zulässig, erfordert jedoch eine sorgfältige Technik, um thermische Schäden zu vermeiden.

6.2 Feuchtigkeitssensitivität und Lagerung

Die LEDs sind in feuchtigkeitsbeständigen Barrieretüten mit Trockenmittel verpackt, um Feuchtigkeitsaufnahme zu verhindern, die während des Reflow-Lötens zu \"Popcorning\" (Gehäuserissen) führen kann. Sobald die versiegelte Tüte geöffnet ist, sollten die Bauteile innerhalb eines bestimmten Zeitrahmens (nicht explizit angegeben, aber durch die Verpackung impliziert) verwendet oder gemäß den Standard-MSL-Verfahren (Moisture Sensitivity Level) getrocknet werden, bevor sie gelötet werden.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Band- und Rollenspezifikationen

Für die automatisierte Montage werden die Komponenten auf geprägter Trägerbahn geliefert, die auf Rollen aufgewickelt ist. Die Bandbreite, Taschenabstand und Rollenabmessungen sind spezifiziert, um mit Standard-SMD-Bestückungsgeräten kompatibel zu sein. Jede Rolle enthält 500 Stück.

7.2 Etikettenerklärung und Teilenummerierung

Das Rollenetikett enthält wichtige Informationen für die Rückverfolgbarkeit und korrekte Anwendung: Teilenummer (PN), Kundenteilenummer (CPN), Menge (QTY), Losnummer (LOT NO) und die spezifischen Leistungs-Bins für Lichtstärke (CAT), dominante Wellenlänge (HUE) und Durchlassspannung (REF). Die Teilenummer 57-21/R6C-AP1Q2B/BF kodiert wahrscheinlich die Serie, Farbe und spezifische Bincodes.

8. Zuverlässigkeits- und Qualifikationstests

Das Produkt durchläuft eine Reihe von Zuverlässigkeitstests, die mit einem Konfidenzniveau von 90% und einer Los-Toleranz-Prozent-Defekt (LTPD) von 10% durchgeführt werden. Zu den Haupttests gehören:

• Reflow-Löten:Überprüft die Überlebensfähigkeit während des thermischen Montageprofils.
• Temperaturwechsel & Thermoschock:Testet die Robustheit gegenüber thermischen Ausdehnungsspannungen von -40°C bis +100°C.
• Hoch-/Tieftemperaturlagerung:Bewertet die Langzeitstabilität unter extremen Nicht-Betriebsbedingungen.
• DC-Betriebslebensdauer:Ein 1000-Stunden-Lebensdauertest bei 20mA zur Bewertung der Leistungsverschlechterung über die Zeit.
• Hohe Temperatur/Feuchtigkeit (85°C/85% RH):Testet die Widerstandsfähigkeit gegen feuchte Wärme, die Korrosion oder andere Ausfälle verursachen kann.

9. Anwendungsvorschläge und Designüberlegungen

9.1 Typische Anwendungsschaltungen

Die gebräuchlichste Ansteuerungsmethode ist ein einfacher Reihenwiderstand. Der Widerstandswert (R) wird mit dem Ohmschen Gesetz berechnet: R = (V_versorgung- V_F) / I_F. Die Verwendung des maximalen V_F(2,35V) für die Berechnung stellt sicher, dass der Strom selbst bei Bauteiltoleranzen das gewünschte Niveau nicht überschreitet. Zum Beispiel, mit einer 5V-Versorgung und einem Ziel-I_Fvon 10mA: R = (5V - 2,35V) / 0,01A = 265 Ω. Ein Standard-270-Ω-Widerstand wäre geeignet. Für Anwendungen, die stabile Helligkeit oder Betrieb von einer variablen Spannungsquelle (wie einer Batterie) erfordern, wird ein Konstantstromtreiber empfohlen.

9.2 Design für Lichtleiterkopplung

Der breite Blickwinkel und das Gehäusedesign sind für Lichtleiter optimiert. Für beste Ergebnisse sollte die LED so nah wie möglich am Eingang des Lichtleiters positioniert werden. Das Material und die Oberfläche des Lichtleiters (z.B. Acryl, Polycarbonat) sowie eventuelle Biegungen oder Merkmale beeinflussen die endgültige Gleichmäßigkeit und Effizienz der Lichtausgabe. Für komplexe Designs sind oft optische Simulationen oder Prototypen erforderlich.

9.3 Überlegungen zum thermischen Management

Obwohl die Verlustleistung gering ist, erfordert der Dauerbetrieb bei hohen Umgebungstemperaturen oder hohen Strömen Aufmerksamkeit. Die Derating-Kurve muss befolgt werden. Eine ausreichende Kupferfläche um die Leiterplattenpads herum hilft, Wärme abzuführen und die LED-Leistung sowie Langlebigkeit zu erhalten.

10. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die wichtigsten Unterscheidungsmerkmale dieser Seitenansicht-LED-Serie sind ihre spezifische Kombination von Eigenschaften: die seitlich abstrahlende Bauform, der sehr breite 120-Grad-Blickwinkel, ermöglicht durch den integrierten Reflektor, und die Verwendung von AlGaInP-Technologie für hocheffizientes Rotlicht. Im Vergleich zu Top-View-LEDs bietet sie Beleuchtung parallel zur Leiterplattenebene, was für Kantenbeleuchtungsdisplays wesentlich ist. Im Vergleich zu anderen Seitenansicht-LEDs zielt ihr optimierter interner Reflektor auf eine höhere Kopplungseffizienz in Lichtleiter ab. Die niedrige Durchlassspannung des AlGaInP-Chips trägt ebenfalls zu einer höheren Gesamteffizienz im Vergleich zu einigen älteren Technologien bei.

11. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Kann ich diese LED mit 20mA dauerhaft betreiben?

A: Ja, der absolute Maximalwert für den Dauer-Durchlassstrom beträgt 25mA, daher liegt 20mA innerhalb des sicheren Betriebsbereichs, vorausgesetzt die Umgebungstemperatur liegt innerhalb der Grenzen (siehe Derating-Kurve).

F: Warum gibt es eine so große Spanne bei der Lichtstärke (45-112 mcd)?

A: Dies ist die gesamte Produktionsstreuung. Durch das Binning-System (P1, P2, Q1, Q2) können Hersteller und Kunden Bauteile innerhalb eines viel engeren Helligkeitsbereichs auswählen, um Konsistenz in ihrem Endprodukt sicherzustellen.

F: Was ist der Unterschied zwischen dominanter und Spitzenwellenlänge?

A: Spitzenwellenlänge (λ_p) ist der einzelne Punkt der höchsten spektralen Leistung. Dominante Wellenlänge (λ_d) ist ein berechneter Wert, der die vom menschlichen Auge wahrgenommene Farbe am besten darstellt und dabei das gesamte Emissionsspektrum und die Empfindlichkeit des Auges berücksichtigt. λ_dist für die Farbangabe relevanter.

F: Ist ein strombegrenzender Widerstand immer notwendig?

A: Ja. Eine LED ist ein stromgesteuertes Bauteil. Ihre Durchlassspannung ist relativ konstant, aber der Strom kann bei kleinen Spannungsänderungen schnell ansteigen. Ein Widerstand oder eine aktive Konstantstromschaltung ist wesentlich, um thermisches Durchgehen und Zerstörung der LED zu verhindern.

12. Praktisches Anwendungsbeispiel

Szenario: Entwurf einer Statusanzeige für ein tragbares Medizingerät.

Das Gerät benötigt eine rote \"Standby/Lade\"-Anzeige, die von der Seite sichtbar ist. Eine 57-21-Serie-LED im Q1-Helligkeits-Bin (72-90 mcd) wird für ausreichende Sichtbarkeit ausgewählt. Das Gerät wird von einer geregelten 3,3V-Versorgung gespeist. Ein konservatives I_Fvon 8mA für lange Batterielebensdauer wird angestrebt und das maximale V_Fvon 2,35V für eine Worst-Case-Berechnung verwendet: R = (3,3V - 2,35V) / 0,008A = 118,75 Ω. Ein 120-Ω-Widerstand wird gewählt. Die LED wird am Rand der Leiterplatte platziert und mit einem geformten Acryl-Lichtleiter ausgerichtet, der das Licht zu einem kleinen Fenster im Gerätegehäuse lenkt. Der breite Blickwinkel stellt sicher, dass die Anzeige auch bei Betrachtung aus einem schrägen Winkel sichtbar ist.

13. Einführung in das Funktionsprinzip

Die Lichtemission in dieser LED basiert auf Elektrolumineszenz in einem Halbleiter-p-n-Übergang aus AlGaInP. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, werden Elektronen aus dem n-Typ-Bereich und Löcher aus dem p-Typ-Bereich in den aktiven Bereich injiziert, wo sie rekombinieren. Die bei dieser Rekombination freigesetzte Energie wird als Photonen (Licht) emittiert. Die spezifische Zusammensetzung der AlGaInP-Legierung bestimmt die Bandlückenenergie, die wiederum die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts bestimmt, in diesem Fall im roten Spektrum (~632 nm). Der interne Reflektor und die klare Epoxidlinse formen die Lichtausgabe in das gewünschte Weitwinkelmuster.

14. Technologietrends und Kontext

Seitenansicht-SMD-LEDs wie die 57-21-Serie stellen eine ausgereifte und optimierte Lösung für platzbeschränkte Hintergrundbeleuchtung und Anzeigen dar. Der Trend in diesem Segment geht weiterhin zu noch kleineren Gehäuseabmessungen (z.B. 1,0 mm Höhe oder weniger), höherer Effizienz (mehr Lumen pro Watt) und verbesserter Farbkonsistenz durch engere Binning. Darüber hinaus gibt es Integration mit anderen Komponenten, wie LEDs mit eingebauten strombegrenzenden Widerständen oder IC-Treibern. Während neuere Technologien wie Micro-LEDs und fortschrittliche OLEDs für Direktanzeigeanwendungen entstehen, sichern die Einfachheit, Zuverlässigkeit und Kosteneffektivität diskreter Seitenansicht-LEDs ihre fortgesetzte Relevanz in sekundären Beleuchtungs- und Statusanzeigefunktionen für die absehbare Zukunft.