Inhaltsverzeichnis
- 1. Produktübersicht
- 1.1 Kernvorteile und Produktpositionierung
- 1.2 Compliance- und Umweltspezifikationen
- 1.3 Fertigung und Kompatibilität
- 2. Technische Parameter: Detaillierte objektive Interpretation
- 2.1 Absolute Maximum Ratings
- 2.2 Electro-Optical Characteristics
- 3. Erklärung des Binning-Systems
- 3.1 Luminous Intensity Binning
- 3.2 Dominant Wavelength Binning
- 3.3 Forward Voltage Binning
- 4. Performance Curve Analysis
- 4.1 Strom vs. Spannung (I-V) Kurve
- 4.2 Lichtstärke vs. Durchlassstrom (Iv-IF)
- 4.3 Spektrale Verteilung
- 4.4 Temperaturabhängigkeit
- 5. Mechanical and Package Information
- 5.1 Package Dimensions
- 5.2 Polarity Identification
- 6. Löt- und Montagerichtlinien
- 6.1 Reflow-Lötprofil
- 6.2 Vorsichtsmaßnahmen beim Handlöten
- 6.3 Lagerung und Feuchtigkeitsempfindlichkeit
- 6.4 Design- und Montagebelastung
- 7. Packaging and Ordering Information
- 7.1 Tape and Reel Specifications
- 7.2 Label Explanation
- 8. Application Suggestions
- 8.1 Typical Application Scenarios
- 8.2 Designüberlegungen und Hinweise
- 8.3 Anwendungsbeschränkungen
- 9. Technischer Vergleich und Differenzierung
- 9.1 Wesentliche differenzierende Vorteile
- 9.2 Überlegungen im Vergleich zu umfangreicheren Paketen
- 10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)
- 11. Praktisches Design und Anwendungsbeispiel
- 11.1 Fallstudie: Niedrigenergie-Statusanzeigepanel
1. Produktübersicht
Die 17-21-Serie ist eine kompakte, oberflächenmontierbare (SMD) Leuchtdiode (LED), die einen InGaN-Chip (Indiumgalliumnitrid) zur Erzeugung von blauem Licht nutzt. Diese Komponente ist für die moderne, automatisierte Elektronikfertigung konzipiert und bietet im Vergleich zu herkömmlichen bedrahteten Gehäusen erhebliche Vorteile bei der Leiterplattenflächennutzung und der Montageeffizienz.
1.1 Kernvorteile und Produktpositionierung
Der primäre Vorteil der 17-21 SMD-LED ist ihre winzige Bauform. Die deutlich kleinere Größe im Vergleich zu LEDs vom Lead-Frame-Typ bietet Produktdesignern und Herstellern mehrere wesentliche Vorteile. Sie ermöglicht kleinere Leiterplatten (PCB)-Designs, was für moderne kompakte Elektronikgeräte entscheidend ist. Darüber hinaus unterstützt sie eine höhere Packungsdichte, was bedeutet, dass mehr Komponenten auf einer einzelnen Platine untergebracht werden können und so die Funktionalität auf begrenztem Raum optimiert wird. Dies führt auch zu geringeren Anforderungen an Lagerfläche sowohl für Komponenten als auch für Fertigprodukte. Letztendlich tragen diese Faktoren zur Entwicklung kleinerer, leichterer und tragbarerer Endverbrauchergeräte bei. Die Leichtbauweise des SMD-Gehäuses macht es besonders geeignet für Miniatur- und tragbare Anwendungen, bei denen Gewicht ein kritischer Faktor ist.
1.2 Compliance- und Umweltspezifikationen
Dieses Produkt wurde unter Berücksichtigung moderner Umwelt- und Vorschriftenstandards entwickelt. Es handelt sich um eine bleifreie (Pb-free) Komponente, die den weltweiten Beschränkungen für gefährliche Stoffe entspricht. Das Produkt selbst erfüllt weiterhin die RoHS-Richtlinie (Restriction of Hazardous Substances). Es entspricht auch der EU REACH-Verordnung (Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals). Zudem ist es als halogenfrei klassifiziert, mit strengen Grenzwerten für Brom (Br)- und Chlor (Cl)-Gehalt: jeweils weniger als 900 ppm und einer kombinierten Gesamtmenge von weniger als 1500 ppm für Br+Cl.
1.3 Fertigung und Kompatibilität
Die LED wird in 8-mm-Tape auf 7-Zoll-Spulen geliefert, dem Standard für hochvolumige, automatisierte Bestückungsanlagen. Diese Verpackungsform gewährleistet Kompatibilität mit automatischen Bestückungsgeräten und optimiert den Produktionsprozess. Das Bauteil ist zudem mit Standard-Infrarot- und Dampfphasen-Reflow-Lötverfahren kompatibel, den vorherrschenden Methoden zur Montage von SMD-Bauteilen auf Leiterplatten. Es handelt sich um einen monochromen Typ, der Licht im blauen Spektrum emittiert.
2. Technische Parameter: Detaillierte objektive Interpretation
Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Analyse der im Datenblatt definierten elektrischen, optischen und thermischen Parameter und erläutert deren Bedeutung für Schaltungsdesign und Zuverlässigkeit.
2.1 Absolute Maximum Ratings
Die Absolute Maximum Ratings definieren die Belastungsgrenzen, bei deren Überschreitung dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Dies sind keine Bedingungen für den Normalbetrieb, sondern Schwellenwerte, die niemals überschritten werden dürfen.
- Sperrspannung (VR): 5V - Das Anlegen einer Sperrvorspannung von mehr als 5V kann zum Durchbruch der Sperrschicht führen. Das Datenblatt weist ausdrücklich darauf hin, dass das Bauteil nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt ist; der VR-Wert gilt nur unter den Testbedingungen für den Sperrstrom (IR).
- Durchlassstrom (IF): 10mA - Dies ist der maximale empfohlene Gleichstrom-Vorwärtsstrom für einen zuverlässigen Dauerbetrieb.
- Spitzenvorwärtsstrom (IFP): 40mA - Diese Angabe gilt unter gepulsten Bedingungen mit einem Tastverhältnis von 1/10 bei 1 kHz. Sie gibt an, dass das Bauteil kurze, hochstromstarke Impulse verarbeiten kann, wie sie beispielsweise für Helligkeitsblitze oder Multiplexverfahren verwendet werden könnten.
- Verlustleistung (Pd): 40mW - Dies ist die maximale Leistung, die das Gehäuse bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C als Wärme abführen kann. Das Überschreiten dieses Grenzwertes birgt das Risiko einer Überhitzung und eines beschleunigten Abbaus des LED-Chips.
- Electrostatic Discharge (ESD): 150V (HBM) - Dies gibt die ESD-Festigkeitsspannung nach dem Human Body Model an. Es zeigt ein mittleres Maß an ESD-Empfindlichkeit; ordnungsgemäße Handhabungsverfahren (z.B. geerdete Arbeitsplätze, Handgelenkbänder) sind erforderlich, um Schäden durch statische Elektrizität zu verhindern.
- Betriebstemperatur (Topr): -40°C bis +85°C - Die LED ist für den ordnungsgemäßen Betrieb in diesem weiten Umgebungstemperaturbereich ausgelegt, geeignet für Consumer-, Industrie- und einige Automotive-Anwendungen (ausgenommen sicherheitskritische Systeme).
- Lagertemperatur (Tstg): -40°C bis +90°C - Das Gerät kann innerhalb dieses Temperaturbereichs ohne Leistungsverlust gelagert werden, wenn es nicht eingeschaltet ist.
- Löttemperatur (Tsol):
- Reflow-Löten: Spitzentemperatur von 260°C für maximal 10 Sekunden.
- Hand Soldering: Lötspitzentemperatur bis zu 350°C, maximal 3 Sekunden pro Anschluss.
2.2 Electro-Optical Characteristics
Diese Parameter werden unter Standardtestbedingungen von Ta=25°C und IF=5mA gemessen, sofern nicht anders angegeben. Sie definieren die wesentliche Lichtausgabe und elektrische Leistung.
- Lichtstärke (Iv): 11,5 mcd (Min.) bis 28,5 mcd (Max.) - Dies ist die wahrgenommene Helligkeit der LED, gemessen in Millicandela. Der weite Bereich deutet auf eine erhebliche Schwankung zwischen einzelnen Einheiten hin, die durch das später beschriebene Binning-System verwaltet wird. Der typische Wert ist in der Tabelle nicht angegeben.
- Abstrahlwinkel (2θ1/2): 140° (typisch) - Dieser sehr weite Betrachtungswinkel zeigt an, dass die LED Licht über eine breite Hemisphäre emittiert. Die Intensität wird bei dem Winkel gemessen, auf den sie auf die Hälfte ihres Spitzenwertes abfällt (daher 2θ1/2).
- Spitzenwellenlänge (λp): 468 nm (typisch) - Die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsverteilung des emittierten Lichts ihr Maximum erreicht. Dies ist eine physikalische Eigenschaft des InGaN-Halbleitermaterials.
- Dominant Wavelength (λd): 465,0 nm bis 470,0 nm - Dies ist die einzelne Wellenlänge, die das menschliche Auge als Übereinstimmung mit der Farbe des LED-Lichts wahrnimmt. Es ist der Schlüsselparameter für die Farbangabe. Die Toleranz beträgt ±1 nm.
- Spectral Radiation Bandwidth (Δλ): 25 nm (Typical) - Dies misst die Breite des emittierten Spektrums bei halber maximaler Leistung (Full Width at Half Maximum - FWHM). Ein Wert von 25nm ist charakteristisch für eine blaue InGaN-LED und zeigt eine relativ reine Spektralfarbe an.
- Forward Voltage (VF): 2.7V (Min) bis 3.1V (Max) - Der Spannungsabfall über der LED beim Führen des spezifizierten Vorwärtsstroms (5mA). Dieser Parameter ist entscheidend für die Auslegung der strombegrenzenden Schaltung (üblicherweise ein Widerstand). Die Toleranz beträgt ±0.1V.
- Reverse Current (IR): 50 μA (Max) - Der geringe Leckstrom, der fließt, wenn die maximale Sperrspannung (5V) angelegt wird. Dieser Test dient nur zur Charakterisierung.
3. Erklärung des Binning-Systems
Um die natürlichen Schwankungen im Fertigungsprozess zu handhaben, werden LEDs nach Leistungsklassen sortiert. Dies ermöglicht es Designern, Bauteile mit konsistenten Eigenschaften für ihre Anwendung auszuwählen.
3.1 Luminous Intensity Binning
LEDs werden basierend auf ihrer gemessenen Lichtstärke bei IF=5mA sortiert.
- Bin Code L: Minimum 11.5 mcd, Maximum 18.0 mcd.
- Bin Code MMinimum 18,0 mcd, Maximum 28,5 mcd.
Die Toleranz für die Lichtstärke beträgt ±11 %. Entwickler, die eine höhere und gleichmäßigere Helligkeit benötigen, würden Bin M spezifizieren.
3.2 Dominant Wavelength Binning
LEDs werden basierend auf ihrer dominierenden Wellenlänge sortiert, um Farbkonsistenz zu gewährleisten.
- Bin Code X: Minimum 465.0 nm, Maximum 470.0 nm.
Die Toleranz für die dominante Wellenlänge beträgt ±1 nm. Alle Einheiten liegen innerhalb eines engen Bereichs von 5 nm, was einen einheitlichen Blauton gewährleistet.
3.3 Forward Voltage Binning
LEDs werden basierend auf ihrem Durchlassspannungsabfall bei IF=5mA sortiert. Dies ist wichtig für das Netzteil-Design und gewährleistet eine gleichmäßige Stromverteilung, wenn mehrere LEDs parallel geschaltet sind.
- Bin Code 10: Minimum 2,7V, Maximum 2,9V.
- Bin Code 11: Minimum 2,9V, Maximum 3,1V.
Die Toleranz der Durchlassspannung beträgt ±0,1V. Die Auswahl von LEDs aus demselben Spannungs-Bin minimiert Helligkeitsunterschiede in Parallelschaltungen.
4. Performance Curve Analysis
Das Datenblatt verweist auf "Typische elektro-optische Kennlinien". Obwohl die konkreten Grafiken im Text nicht enthalten sind, können wir ihren standardmäßigen Inhalt und ihre Bedeutung ableiten.
4.1 Strom vs. Spannung (I-V) Kurve
Eine typische I-V-Kennlinie zeigt die Beziehung zwischen Durchlassstrom (IF) und Durchlassspannung (VF). Sie verdeutlicht den exponentiellen Charakter der Diode. Anhand der Kurve können Entwickler die VF für jeden beliebigen Betriebsstrom innerhalb des Nennbereichs ermitteln, was für die Berechnung des korrekten Wertes des vorgeschalteten strombegrenzenden Widerstands entscheidend ist: R = (Vsupply - VF) / IF.
4.2 Lichtstärke vs. Durchlassstrom (Iv-IF)
Diese Kurve zeigt, wie die Lichtleistung mit dem Durchlassstrom zunimmt. Sie ist typischerweise über einen Bereich linear, wird jedoch bei höheren Strömen aufgrund thermischer und Effizienzeffekte sättigen. Dieses Diagramm hilft Entwicklern, einen Arbeitspunkt zu wählen, der Helligkeit mit Stromverbrauch und Bauteillebensdauer in Einklang bringt.
4.3 Spektrale Verteilung
Ein Spektralverteilungsdiagramm würde die relative optische Leistung als Funktion der Wellenlänge zeigen. Es würde um die typische Spitzenwellenlänge von 468nm mit einer Halbwertsbreite (FWHM) von etwa 25nm zentriert sein und die monochromatische blaue Ausgabe bestätigen.
4.4 Temperaturabhängigkeit
Kurven, die die Variation von Durchlassspannung und Lichtstärke in Abhängigkeit von der Sperrschichttemperatur zeigen, sind entscheidend für das Verständnis der Leistung unter realen Umgebungsbedingungen. Typischerweise nimmt VF mit steigender Temperatur ab (negativer Temperaturkoeffizient), während auch die Lichtstärke mit steigender Temperatur abnimmt.
5. Mechanical and Package Information
5.1 Package Dimensions
Die 17-21 SMD LED hat einen sehr kompakten Bauraum. Wichtige Abmessungen (in mm) sind eine Gehäuselänge von 1,6, eine Breite von 0,8 und eine Höhe von 0,6. Das Package verfügt auf der Unterseite über zwei lötbare Anschlüsse (Anode und Kathode). Auf der Oberseite des Gehäuses ist eine Kathodenmarkierung angebracht, um die korrekte Polungsausrichtung während der Montage und Inspektion zu ermöglichen. Alle nicht spezifizierten Toleranzen betragen ±0,1 mm.
5.2 Polarity Identification
Die korrekte Polarität ist für den Betrieb einer LED entscheidend. Das Gehäuse verfügt über eine visuelle Markierung zur Identifizierung der Kathode (negativer Anschluss). Dabei handelt es sich typischerweise um einen grünen Punkt, eine Kerbe oder eine abgeschrägte Ecke auf der Oberseite des LED-Gehäuses. Das PCB-Footprint-Design muss mit dieser Markierung übereinstimmen, um einen korrekten elektrischen Anschluss zu gewährleisten.
6. Löt- und Montagerichtlinien
Eine sachgemäße Handhabung und Verlötung ist entscheidend für die Zuverlässigkeit und Leistung von SMD-LEDs.
6.1 Reflow-Lötprofil
Das empfohlene bleifreie Reflow-Profil wird bereitgestellt:
- Vorwärmen: Anstieg von Umgebungstemperatur auf 150-200°C über 60-120 Sekunden.
- Soak/Reflow: Die Zeit über 217°C (Liquidus-Temperatur für bleifreies Lot) sollte 60-150 Sekunden betragen. Die Spitzentemperatur darf 260°C nicht überschreiten, und die Zeit bei oder über 255°C darf 30 Sekunden nicht überschreiten.
- Abkühlung: Die maximale Abkühlrate sollte 6°C pro Sekunde betragen.
- Wichtig: Das Reflow-Löten sollte nicht mehr als zweimal am selben Bauteil durchgeführt werden.
6.2 Vorsichtsmaßnahmen beim Handlöten
Falls Handlötung erforderlich ist, muss äußerste Vorsicht walten:
- Verwenden Sie einen Lötkolben mit einer Spitzentemperatur von weniger als 350°C.
- Wenden Sie die Hitze an jedem Anschluss für maximal 3 Sekunden an.
- Verwenden Sie einen Lötkolben mit einer Leistung von 25 W oder weniger.
- Lassen Sie zwischen dem Löten jedes Anschlusses mindestens 2 Sekunden Abstand, um eine Wärmeansammlung zu verhindern.
- Das Datenblatt warnt, dass Schäden häufig beim manuellen Löten auftreten.
6.3 Lagerung und Feuchtigkeitsempfindlichkeit
Die LEDs sind in feuchtigkeitsbeständige Barrieretüten mit Trockenmittel verpackt, um die Aufnahme von Luftfeuchtigkeit zu verhindern, was während des Reflow-Lötens zu "Popcorning" (Gehäuserissen) führen kann.
- Nicht öffnen die Feuchtigkeitsschutztüte erst, wenn die Produkte gebrauchsfertig sind.
- Nach dem Öffnen: Bei ≤30°C und ≤60% relativer Luftfeuchtigkeit lagern.
- Floor Life: Innerhalb von 168 Stunden (7 Tagen) nach dem Öffnen verwenden. Nicht verwendete LEDs müssen wieder in einer feuchtigkeitsdichten Verpackung versiegelt werden.
- BakingWenn der Trockenmittel-Indikator die Farbe geändert hat oder die Bodenlebensdauer überschritten ist, trocknen Sie die LEDs vor dem Löten 24 Stunden lang bei 60 ±5°C, um Feuchtigkeit zu entfernen.
6.4 Design- und Montagebelastung
- Current Limiting: Ein externer strombegrenzender Widerstand ist zwingend erforderlich. Die exponentielle I-V-Kennlinie der LED bedeutet, dass ein kleiner Spannungsanstieg einen großen Stromanstieg verursacht, was ohne Widerstand zum sofortigen Durchbrennen führt.
- Mechanische Belastung: Wenden Sie während des Erhitzens (Löten) oder durch Verziehen der Leiterplatte nach der Montage keine mechanische Belastung auf die LED an.
- Reparatur: Eine Reparatur nach dem Löten wird nicht empfohlen. Falls unvermeidbar, verwenden Sie einen Lötkolben mit Doppelspitze, um beide Anschlüsse gleichzeitig zu erhitzen und das Bauteil anzuheben, ohne eine Seite zu belasten. Überprüfen Sie die Geräteeigenschaften nach jedem Reparaturversuch.
7. Packaging and Ordering Information
7.1 Tape and Reel Specifications
Die LEDs werden in einer geprägten Trägerbahn für die automatisierte Handhabung geliefert.
- Trägerbahnbreite: 8mm.
- Spulendurchmesser: 7 Zoll.
- Menge pro Spule3000 Stück.
- Detaillierte Abmessungen für die Taschen des Trägerbands und die Spule sind in den Zeichnungen des Datenblatts angegeben.
7.2 Label Explanation
Die Etiketten auf den Spulen und Beuteln enthalten wichtige Informationen für die Rückverfolgbarkeit und korrekte Anwendung:
- CPN: Kundeneigene Produktnummer (vom Käufer vergeben).
- P/N: Herstellereigene Artikelnummer.
- QTY: Packmenge (z.B. 3000).
- CAT: Luminous Intensity Rank (z.B. L oder M).
- HUE: Chromaticity Coordinates & Dominant Wavelength Rank (e.g., X).
- REF: Forward Voltage Rank (z.B., 10 oder 11).
- LOT No: Fertigungslosnummer zur Rückverfolgbarkeit.
8. Application Suggestions
8.1 Typical Application Scenarios
Das Datenblatt listet mehrere Schlüsselanwendungen auf, die für die Eigenschaften der 17-21 blauen LED geeignet sind:
- Hintergrundbeleuchtung: Für Armaturenbretter, Membranschalter und Bedienfelder, bei denen ein kleiner, heller Indikator benötigt wird.
- Telekommunikationsausrüstung: Als Statusanzeigen oder Hintergrundbeleuchtung für Tasten an Telefonen, Faxgeräten und Netzwerkgeräten.
- Flache HintergrundbeleuchtungFür kleine LCD-Displays, Schalterbeschriftungen und Symbole, oft in Verbindung mit einem Lichtleiter.
- Allgemeine Verwendung von AnzeigenFür jede Anwendung, die eine kompakte, zuverlässige blaue Status- oder Anzeigeleuchte erfordert.
8.2 Designüberlegungen und Hinweise
- Current Drive Circuit: Always use a series resistor. Calculate based on the maximum VF from the bin (e.g., 3.1V) to ensure sufficient current limiting under worst-case conditions.
- Thermal Management:
- BetrachtungswinkelDer Betrachtungswinkel von 140° bietet eine sehr große Sichtbarkeit, was für Anzeigetafeln hervorragend ist, jedoch Lichtleiter oder Diffusoren erfordern kann, wenn ein stärker gebündelter Strahl gewünscht ist.
- ESD-SchutzImplementieren Sie ESD-Schutz auf den Eingangsleitungen, wenn die LED mit benutzerzugänglichen Anschlüssen verbunden ist, oder stellen Sie strenge ESD-Kontrollen während der Handhabung und Montage sicher.
8.3 Anwendungsbeschränkungen
Das Datenblatt enthält einen wichtigen Haftungsausschluss bezüglich Hochzuverlässigkeitsanwendungen. Dieses Produkt ist möglicherweise nicht geeignet für den Einsatz in:
- Militär-/Luftfahrtsysteme.
- Automobile Sicherheits-/Sicherungssysteme (z.B. Airbagsteuerungen, Bremslichter).
- Medizinische Lebenserhaltungs- oder Intensivpflegegeräte.
Für diese Anwendungen werden Bauteile mit unterschiedlichen Qualifikationen, engeren Toleranzen und höheren Zuverlässigkeitsbewertungen benötigt. Konstrukteure müssen den Hersteller kontaktieren, um die Eignung für jede Anwendung über den Standardverbraucher-/Industriegebrauch hinaus zu besprechen.
9. Technischer Vergleich und Differenzierung
Während ein direkter Vergleich mit anderen Produkten nicht im Datenblatt enthalten ist, können wir die wesentlichen Unterscheidungsmerkmale der 17-21 Serie objektiv anhand ihrer Spezifikationen hervorheben.
9.1 Wesentliche differenzierende Vorteile
- Extreme Miniaturisierung: Die Abmessungen von 1,6x0,8mm zählen zu den kleinsten SMD-LED-Gehäusen und ermöglichen ultrakompakte Designs.
- Weitwinkel: Der Betrachtungswinkel von 140° ist außergewöhnlich groß und bietet im Vergleich zu vielen LEDs mit engeren Strahlen eine hervorragende Sichtbarkeit außerhalb der Achse.
- Halogenfrei-KonformitätErfüllt strenge halogenfreie Anforderungen, was für umweltbewusste Designs und bestimmte Marktvorschriften zunehmend wichtig ist.
- Umfassende BinningBietet Binning für Intensität, Wellenlänge und Spannung, was eine hohe Konsistenz in der Serienfertigung ermöglicht.
9.2 Überlegungen im Vergleich zu umfangreicheren Paketen
Im Vergleich zu größeren SMD-LEDs (z. B. 3528, 5050):
- Geringere maximale Leistung: Die Nennleistung Pd von 40mW ist niedriger als bei größeren Gehäusen, was die maximale Helligkeit begrenzt.
- Thermische Leistung: Die kleinere Bauform kann einen höheren Wärmewiderstand aufweisen, wodurch die Wärmeableitung bei höheren Treiberströmen kritischer wird.
- HandhabungsschwierigkeitDie geringe Größe macht manuelles Prototyping und Nacharbeit anspruchsvoller.
10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)
Q1: What resistor value should I use with a 5V supply? A: Unter Verwendung der maximalen VF von 3,1V (Bin 11) und eines Zielstroms von 5mA: R = (5V - 3,1V) / 0,005A = 380 Ohm. Der nächstgelegene Normwert ist 390 Ohm. Neuberechnung mit der minimalen VF (2,7V) zur Stromprüfung: I = (5-2,7)/390 ≈ 5,9mA, was sicher ist. Ein 390Ω-Widerstand ist ein guter Ausgangspunkt.
Q2: Kann ich diese LED für höhere Helligkeit mit 20mA betreiben? A: Nein. Der Absolute Maximalwert für den kontinuierlichen Durchlassstrom (IF) beträgt 10mA. Ein Betrieb mit 20mA würde diesen Wert überschreiten, was die Lebensdauer erheblich verkürzen und wahrscheinlich zu einem sofortigen Ausfall führen würde. Für höhere Helligkeit wählen Sie eine LED mit höherer Strombelastbarkeit oder verwenden Sie gepulsten Betrieb innerhalb des IFP-Wertes (40mA bei 1/10 Tastverhältnis).
Q3: Die LED funktioniert nach dem Handlöten, ist aber schwach. Warum? A: Dies ist ein klassisches Zeichen für thermische Schäden durch übermäßige Löt-Hitze oder -Dauer. Die hohe Temperatur kann den Halbleiterchip oder die Bonddrähte im Gehäuse beschädigen. Halten Sie sich stets strikt an die Richtlinien für das Handlöten (max. 350°C, max. 3 Sekunden pro Anschluss).
Q4: Meine Charge LEDs zeigt leicht unterschiedliche Blautöne. Ist das normal? A: Ja, es gibt inhärente Schwankungen. Deshalb existiert die Dominant Wavelength-Bin-Klassifizierung (HUE=X, 465-470nm). Für Anwendungen, die eine perfekte Farbabstimmung erfordern (z.B. Multi-LED-Displays), müssen Sie LEDs aus demselben Fertigungslos anfordern und verwenden und sicherstellen, dass Ihr Lieferant eine enge Binning-Klassifizierung bereitstellt.
11. Praktisches Design und Anwendungsbeispiel
11.1 Fallstudie: Niedrigenergie-Statusanzeigepanel
Szenario: Entwurf eines kompakten Bedienfelds mit 12 blauen Statusanzeigen. Der Platz ist äußerst begrenzt, und eine gleichmäßige Helligkeit/Farbe ist für die Benutzererfahrung wichtig. Designentscheidungen: Bauteilauswahl: Wählen Sie die 17-21 LED aufgrund ihres minimalen Platzbedarfs. Binning-SpezifikationAlle LEDs aus Bin M (höhere Intensität) und Bin X für die Wellenlänge bestellen. Alle aus demselben Spannungs-Bin (z.B. 10) spezifizieren, um einen konsistenten Stromverbrauch bei Parallelschaltung sicherzustellen. SchaltungsentwurfEine 5V-Schiene verwenden. Bei VF~2,8V (Bin 10 typ.) einen 430Ω-Widerstand für ~5mA wählen: (5-2,8)/0,005=440Ω, 430Ω ist Standard. Dies ergibt ~11-18 mcd pro LED. PCB-Layout: LEDs mit konsistenter Ausrichtung bezüglich der Kathodenmarkierung platzieren. Sicherstellen, dass das Lötflächen-Design dem empfohlenen Footprint im Datenblatt entspricht, um Tombstoning während des Reflow-Lötens zu vermeiden. Bestückung: Vorgegebenes Reflow-Profil verwenden. Beutel versiegelt lassen, bis die Produktionslinie bereit ist. Alle LEDs innerhalb von 7 Tagen nach Öffnen der Rolle verwenden. Ergebnis: Ein dichtes, professionell wirkendes Panel mit einheitlichen, hellblauen Indikatoren, zuverlässig erreicht durch die Einhaltung der Datenblattparameter.
LED-Spezifikationsterminologie
Vollständige Erklärung der LED-Fachbegriffe
Photoelektrische Leistung
| Begriff | Einheit/Darstellung | Einfache Erklärung | Warum wichtig |
|---|---|---|---|
| Lichtausbeute | lm/W (Lumen pro Watt) | Lichtausbeute pro Watt Strom, höher bedeutet energieeffizienter. | Bestimmt direkt die Energieeffizienzklasse und die Stromkosten. |
| Luminous Flux | lm (Lumen) | Gesamtes von der Quelle abgegebenes Licht, allgemein als "Helligkeit" bezeichnet. | Bestimmt, ob das Licht hell genug ist. |
| Betrachtungswinkel | ° (Grad), z.B. 120° | Winkel, bei dem die Lichtintensität auf die Hälfte abfällt, bestimmt die Strahlbreite. | Beeinflusst den Beleuchtungsbereich und die Gleichmäßigkeit. |
| CCT (Farbtemperatur) | K (Kelvin), z.B. 2700K/6500K | Wärte/Kühle des Lichts, niedrigere Werte gelblich/warm, höhere weißlich/kühl. | Bestimmt die Lichtatmosphäre und geeignete Anwendungsszenarien. |
| CRI / Ra | Einheitenlos, 0–100 | Fähigkeit, Objektfarben genau wiederzugeben, Ra≥80 ist gut. | Beeinflusst die Farbtreue, wird an anspruchsvollen Orten wie Einkaufszentren und Museen verwendet. |
| SDCM | MacAdam-Ellipsenschritte, z.B. "5-step" | Farbkonsistenzmetrik, kleinere Schritte bedeuten eine konsistentere Farbe. | Gewährleistet eine einheitliche Farbe innerhalb derselben LED-Charge. |
| Dominant Wavelength | nm (Nanometer), z.B. 620nm (rot) | Wellenlänge, die der Farbe farbiger LEDs entspricht. | Bestimmt den Farbton von roten, gelben, grünen monochromen LEDs. |
| Spektrale Verteilung | Wellenlänge vs. Intensitätskurve | Zeigt die Intensitätsverteilung über die Wellenlängen. | Beeinflusst die Farbwiedergabe und Qualität. |
Elektrische Parameter
| Begriff | Symbol | Einfache Erklärung | Design Considerations |
|---|---|---|---|
| Forward Voltage | Vf | Minimale Spannung zum Einschalten der LED, ähnlich wie "Startschwelle". | Treiberspannung muss ≥Vf sein, Spannungen addieren sich bei in Reihe geschalteten LEDs. |
| Forward Current | If | Stromwert für den normalen LED-Betrieb. | Usually constant current drive, current determines brightness & lifespan. |
| Maximaler Impulsstrom | Ifp | Spitzenstrom, der für kurze Zeit toleriert wird, wird zum Dimmen oder Blinken verwendet. | Pulse width & duty cycle must be strictly controlled to avoid damage. |
| Sperrspannung | Vr | Maximale Sperrspannung, die die LED aushalten kann; eine Überschreitung kann zum Durchbruch führen. | Die Schaltung muss einen umgekehrten Anschluss oder Spannungsspitzen verhindern. |
| Thermal Resistance | Rth (°C/W) | Widerstand gegen Wärmeübertragung vom Chip zum Lot, je niedriger desto besser. | Hoher Wärmewiderstand erfordert eine stärkere Wärmeableitung. |
| ESD-Immunität | V (HBM), z.B. 1000V | Fähigkeit, elektrostatischen Entladungen standzuhalten, höhere Werte bedeuten geringere Anfälligkeit. | Antistatische Maßnahmen in der Produktion erforderlich, insbesondere für empfindliche LEDs. |
Thermal Management & Reliability
| Begriff | Schlüsselkennzahl | Einfache Erklärung | Auswirkung |
|---|---|---|---|
| Sperrschichttemperatur | Tj (°C) | Tatsächliche Betriebstemperatur innerhalb des LED-Chips. | Jede Reduzierung um 10°C kann die Lebensdauer verdoppeln; zu hohe Temperaturen verursachen Lichtabfall und Farbverschiebung. |
| Lumen Depreciation | L70 / L80 (Stunden) | Zeit bis die Helligkeit auf 70 % oder 80 % des Anfangswerts abfällt. | Definiert direkt die "Lebensdauer" der LED. |
| Lichtstromerhalt | % (z.B. 70 %) | Prozentsatz der Helligkeit, die nach einer bestimmten Zeit erhalten bleibt. | Zeigt die Helligkeitserhaltung bei langfristiger Nutzung an. |
| Color Shift | Δu′v′ oder MacAdam-Ellipse | Grad der Farbveränderung während der Nutzung. | Beeinflusst die Farbkonsistenz in Beleuchtungsszenen. |
| Thermal Aging | Material degradation | Verschlechterung aufgrund langfristiger Hochtemperaturbelastung. | Kann zu Helligkeitsabfall, Farbveränderung oder Open-Circuit-Failure führen. |
Packaging & Materials
| Begriff | Häufige Arten | Einfache Erklärung | Features & Applications |
|---|---|---|---|
| Gehäusetyp | EMC, PPA, Keramik | Gehäusematerial schützt den Chip und bietet eine optische/thermische Schnittstelle. | EMC: gute Wärmebeständigkeit, niedrige Kosten; Keramik: bessere Wärmeableitung, längere Lebensdauer. |
| Chip-Struktur | Front, Flip-Chip | Chip-Elektrodenanordnung. | Flip-Chip: Bessere Wärmeableitung, höhere Effizienz für Hochleistungsanwendungen. |
| Phosphor-Beschichtung | YAG, Silikat, Nitrid | Deckt den blauen Chip ab, wandelt einen Teil in Gelb/Rot um, mischt zu Weiß. | Unterschiedliche Leuchtstoffe beeinflussen Effizienz, CCT und CRI. |
| Linse/Optik | Flach, Mikrolinse, TIR | Optische Struktur auf der Oberfläche zur Steuerung der Lichtverteilung. | Bestimmt den Betrachtungswinkel und die Lichtverteilungskurve. |
Quality Control & Binning
| Begriff | Binning Content | Einfache Erklärung | Zweck |
|---|---|---|---|
| Luminous Flux Bin | Code z.B. 2G, 2H | Nach Helligkeit gruppiert, jede Gruppe hat minimale/maximale Lumenwerte. | Gewährleistet gleichmäßige Helligkeit innerhalb derselben Charge. |
| Voltage Bin | Code z.B. 6W, 6X | Gruppiert nach Durchlassspannungsbereich. | Erleichtert die Treiberauswahl, verbessert die Systemeffizienz. |
| Farbbehälter | 5-step MacAdam ellipse | Nach Farbkoordinaten gruppiert, um einen engen Bereich sicherzustellen. | Gewährleistet Farbkonstanz und vermeidet ungleichmäßige Farbgebung innerhalb des Leuchtkörpers. |
| CCT Bin | 2700K, 3000K usw. | Nach CCT gruppiert, jede mit entsprechendem Koordinatenbereich. | Erfüllt unterschiedliche CCT-Anforderungen für verschiedene Szenen. |
Testing & Certification
| Begriff | Standard/Test | Einfache Erklärung | Bedeutung |
|---|---|---|---|
| LM-80 | Lumen-Erhaltungstest | Langzeitbeleuchtung bei konstanter Temperatur, Aufzeichnung des Helligkeitsabfalls. | Dient zur Abschätzung der LED-Lebensdauer (mit TM-21). |
| TM-21 | Lebensdauerabschätzungsstandard | Schätzt die Lebensdauer unter realen Bedingungen auf Basis von LM-80-Daten. | Bietet eine wissenschaftliche Lebensdauervorhersage. |
| IESNA | Illuminating Engineering Society | Umfasst optische, elektrische und thermische Prüfverfahren. | Branchenweit anerkannte Testgrundlage. |
| RoHS / REACH | Umweltzertifizierung | Stellt sicher, dass keine schädlichen Substanzen (Blei, Quecksilber) enthalten sind. | Internationale Marktzugangsvoraussetzung. |
| ENERGY STAR / DLC | Energieeffizienzzertifizierung | Energieeffizienz- und Leistungszertifizierung für Beleuchtung. | Wird in der öffentlichen Beschaffung und in Subventionsprogrammen verwendet, steigert die Wettbewerbsfähigkeit. |