SMD Blaue LED 19-217 Datenblatt - Gehäuse 2.0x1.25x0.8mm - Spannung 2.6-2.9V - Leistung 40mW - Deutsche Technische Dokumentation

1. Produktübersicht

Die 19-217 ist eine kompakte, oberflächenmontierbare blaue LED, die für moderne elektronische Anwendungen entwickelt wurde, die zuverlässige Anzeige- und Hintergrundbeleuchtungslösungen erfordern. Diese Komponente nutzt einen InGaN (Indiumgalliumnitrid)-Halbleiterchip, um Licht im blauen Spektrum mit einer typischen Spitzenwellenlänge von 468 Nanometern zu erzeugen. Ihr Hauptvorteil liegt in ihrem winzigen Bauraum, der erhebliche Platzersparnisse auf Leiterplatten (PCBs) ermöglicht und eine höhere Packungsdichte im Vergleich zu herkömmlichen bedrahteten Bauteilen erleichtert. Das Bauteil entspricht vollständig den aktuellen Umwelt- und Fertigungsstandards, einschließlich RoHS (Beschränkung gefährlicher Stoffe), EU REACH-Verordnungen und ist als halogenfrei klassifiziert.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Das Design der 19-217 SMD LED bietet Ingenieuren und Designern mehrere wesentliche Vorteile. Ihre geringe Größe und ihr leichtes Gewicht machen sie ideal für Anwendungen, bei denen Platz und Gewicht kritische Einschränkungen darstellen. Das Bauteil wird auf 8 mm breitem Band geliefert, das auf einer Rolle mit 7 Zoll (178 mm) Durchmesser aufgewickelt ist, und ist damit voll kompatibel mit schnellen automatischen Bestückungsanlagen, was den Fertigungsprozess optimiert. Die LED ist auch mit Standard-Infrarot- und Dampfphasen-Reflow-Lötverfahren kompatibel. Ihre primären Zielmärkte umfassen Automobilelektronik (für Armaturenbrett- und Schalterhintergrundbeleuchtung), Telekommunikationsgeräte (für Anzeigen in Telefonen und Faxgeräten), Unterhaltungselektronik für LCD-Hintergrundbeleuchtung und allgemeine Anzeigeanwendungen.

2. Technische Parameter im Detail

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Analyse der im Datenblatt angegebenen elektrischen, optischen und thermischen Parameter, die für einen korrekten Schaltungsentwurf und eine Zuverlässigkeitsbewertung entscheidend sind.

2.1 Absolute Maximalwerte

Die absoluten Maximalwerte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Dies sind keine Bedingungen für den Normalbetrieb.

• Sperrspannung (VR):5V. Das Überschreiten dieser Spannung in Sperrrichtung kann zum Sperrschichtdurchbruch führen.
• Dauer-Durchlassstrom (IF):10mA. Der maximale Gleichstrom, der kontinuierlich angelegt werden kann.
• Spitzen-Durchlassstrom (IFP):40mA. Dies ist der maximal zulässige Pulsstrom, spezifiziert bei einem Tastverhältnis von 1/10 und einer Frequenz von 1kHz. Er eignet sich für kurze, hochintensive Pulse, nicht jedoch für Dauerbetrieb.
• Verlustleistung (Pd):40mW. Die maximale Leistung, die das Gehäuse als Wärme abführen kann, berechnet als Flussspannung (VF) * Durchlassstrom (IF). Der Betrieb nahe dieser Grenze erfordert ein sorgfältiges thermisches Management.
• Elektrostatische Entladung (ESD) Human Body Model (HBM):150V. Dies ist eine relativ niedrige ESD-Toleranz, was auf die Empfindlichkeit des Bauteils gegenüber statischer Elektrizität hinweist. Richtige ESD-Handhabungsverfahren sind während der Montage und Handhabung zwingend erforderlich.
• Betriebstemperatur (Topr):-40°C bis +85°C. Der Umgebungstemperaturbereich, in dem garantiert wird, dass das Bauteil die veröffentlichten Spezifikationen erfüllt.
• Lagertemperatur (Tstg):-40°C bis +90°C.
• Löttemperatur:Das Bauteil hält Reflow-Löten mit einer Spitzentemperatur von 260°C für bis zu 10 Sekunden oder Handlöten bei 350°C für bis zu 3 Sekunden pro Anschluss aus.

2.2 Elektro-optische Kenngrößen

Diese Parameter werden unter Standardtestbedingungen von Ta=25°C und IF=2mA gemessen, sofern nicht anders angegeben. Sie definieren die optische Leistung der LED.

• Lichtstärke (Iv):Reicht von mindestens 7,2 mcd bis maximal 18,0 mcd. Ein typischer Wert wird nicht angegeben, was darauf hinweist, dass die Leistung durch ein Binning-System verwaltet wird (siehe Abschnitt 3).
• Betrachtungswinkel (2θ1/2):120 Grad. Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte ihres Spitzenwertes abfällt. Ein 120°-Winkel bietet ein breites, diffuses Abstrahlmuster, das sich für Flächenbeleuchtung und Hintergrundbeleuchtung eignet.
• Spitzenwellenlänge (λp):468 nm (typisch). Dies ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsverteilung ihr Maximum erreicht.
• Dominante Wellenlänge (λd):465,0 nm bis 470,0 nm. Dies ist die vom menschlichen Auge wahrgenommene Einzelwellenlänge der LED-Farbe und der für das Farb-Binning verwendete Parameter.
• Spektrale Bandbreite (Δλ):25 nm (typisch). Dies ist die Breite des emittierten Spektrums, gemessen bei halber maximaler Intensität (Full Width at Half Maximum - FWHM).
• Flussspannung (VF):2,60V bis 2,90V bei IF=2mA. Dieser Bereich ist entscheidend für den Entwurf der strombegrenzenden Schaltung.
• Sperrstrom (IR):Maximal 50 μA bei VR=5V. Das Datenblatt weist ausdrücklich darauf hin, dass das Bauteil nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt ist; dieser Parameter dient nur zu Testzwecken.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um eine konsistente Leistung in der Serienfertigung zu gewährleisten, werden LEDs basierend auf Schlüsselparametern in Bins sortiert. Die 19-217 verwendet ein dreidimensionales Binning-System.

3.1 Binning der Lichtstärke

LEDs werden basierend auf ihrer gemessenen Lichtstärke bei 2mA in vier Bins (K1, K2, L1, L2) kategorisiert.

• Bin K1:7,2 - 9,0 mcd
• Bin K2:9,0 - 11,5 mcd
• Bin L1:11,5 - 14,5 mcd
• Bin L2:14,5 - 18,0 mcd

Eine Toleranz von ±11% wird auf die Bin-Grenzen angewendet.

3.2 Binning der dominanten Wellenlänge

Die Farbe wird bei diesem Produkt innerhalb eines einzigen Bins kontrolliert.

• Bin X:465,0 - 470,0 nm. Eine enge Toleranz von ±1nm ist spezifiziert.

3.3 Binning der Flussspannung

Die Flussspannung wird in drei Bins sortiert, um den Entwurf konsistenter Stromtreiber zu unterstützen.

• Bin 28:2,60 - 2,70V
• Bin 29:2,70 - 2,80V
• Bin 30:2,80 - 2,90V

Eine Toleranz von ±0,05V wird angewendet.

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere charakteristische Diagramme, die für das Verständnis des LED-Verhaltens unter verschiedenen Betriebsbedingungen wesentlich sind.

4.1 Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Diese Kurve zeigt, dass die Lichtausbeute nicht linear mit dem Strom ansteigt. Sie nimmt mit dem Strom zu, wird aber schließlich sättigen. Ein Betrieb über dem empfohlenen Dauerstrom (10mA) kann zu verringerter Effizienz und beschleunigter Alterung führen.

4.2 Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur

Dieses Diagramm zeigt den negativen Temperaturkoeffizienten der LED-Lichtausbeute. Mit steigender Sperrschichttemperatur nimmt die Lichtstärke ab. Bei der 19-217 kann die Ausgabe erheblich sinken, wenn die Umgebungstemperatur den maximalen Betriebsgrenzwert von 85°C erreicht. Dies muss in Designs berücksichtigt werden, die eine gleichmäßige Helligkeit über einen weiten Temperaturbereich erfordern.

4.3 Derating-Kurve für den Durchlassstrom

Dies ist eines der kritischsten Diagramme für die Zuverlässigkeit. Es zeigt den maximal zulässigen kontinuierlichen Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur. Mit steigender Temperatur sinkt der maximal sichere Strom. Bei 85°C ist der zulässige Strom deutlich niedriger als der Nennwert von 10mA bei 25°C. Das Unterlassen einer Stromderating kann zu thermischem Durchgehen und Bauteilausfall führen.

4.4 Flussspannung vs. Durchlassstrom

Diese I-V (Strom-Spannungs)-Kurve zeigt die für eine Diode typische exponentielle Beziehung. Die Spannung steigt logarithmisch mit dem Strom. Die Kurve ist wesentlich für die Auswahl eines geeigneten strombegrenzenden Widerstands oder den Entwurf eines Konstantstromtreibers.

4.5 Spektrale Verteilung und Abstrahlcharakteristik

Das Spektraldiagramm bestätigt die blaue Emission um 468nm mit einer FWHM von etwa 25nm. Das Abstrahldiagramm veranschaulicht die räumliche Lichtverteilung und bestätigt das lambert'sche Abstrahlmuster mit dem spezifizierten 120° Betrachtungswinkel.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die 19-217 verfügt über ein Standard-SMD-Gehäuse. Wichtige Abmessungen (in Millimetern) umfassen eine Bauteillänge von etwa 2,0mm, eine Breite von 1,25mm und eine Höhe von 0,8mm. Das Datenblatt enthält eine detaillierte Zeichnung mit Toleranzen von ±0,1mm, sofern nicht anders angegeben. Anode und Kathode sind klar gekennzeichnet, was für die korrekte Ausrichtung während der Montage entscheidend ist.

5.2 Polaritätskennzeichnung

Die korrekte Polarität ist für den LED-Betrieb lebenswichtig. Das Gehäuse enthält visuelle Markierungen (typischerweise eine Kerbe oder eine grüne Markierung), um die Kathode zu identifizieren. Designer müssen sicherstellen, dass der PCB-Footprint dieser Ausrichtung entspricht.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Eine ordnungsgemäße Handhabung und Lötung ist entscheidend für die Ausbeute und langfristige Zuverlässigkeit.

6.1 Lagerung und Feuchtigkeitsempfindlichkeit

Die LEDs sind in einer feuchtigkeitsbeständigen Tüte mit Trockenmittel verpackt. Die Tüte sollte erst geöffnet werden, wenn die Bauteile einsatzbereit sind. Nach dem Öffnen sollten unbenutzte Teile bei ≤30°C und ≤60% relativer Luftfeuchtigkeit (RH) gelagert und innerhalb von 168 Stunden (7 Tagen) verwendet werden. Wird dieses Zeitfenster überschritten, ist vor dem Löten eine Trocknung bei 60±5°C für 24 Stunden erforderlich, um "Popcorning" (Gehäuserissbildung durch Dampfdruck während des Reflow) zu verhindern.

6.2 Reflow-Lötprofil

Ein bleifreies Reflow-Profil ist spezifiziert:

• Vorwärmen:150-200°C für 60-120 Sekunden.
• Zeit über Liquidus (TAL):Über 217°C für 60-150 Sekunden.
• Spitzentemperatur:Maximal 260°C, maximal 10 Sekunden gehalten.
• Rampenraten:Maximal 6°C/Sek. Aufheizen, 3°C/Sek. Abkühlen.

Reflow-Löten sollte nicht mehr als zweimal durchgeführt werden. Spannungen am LED-Gehäuse während des Aufheizens und Verzug der Leiterplatte nach dem Löten müssen vermieden werden.

6.3 Handlöten und Nacharbeit

Falls Handlöten erforderlich ist, muss die Lötspitzentemperatur unter 350°C liegen, pro Anschluss nicht länger als 3 Sekunden angewendet werden, unter Verwendung eines Lötkolbens mit einer Leistung unter 25W. Zwischen den Anschlüssen sollte ein Kühlintervall von mindestens 2 Sekunden eingehalten werden. Nacharbeit wird dringend abgeraten. Falls unvermeidbar, muss ein spezieller Doppelspitzen-Lötkolben verwendet werden, um beide Anschlüsse gleichzeitig zu erhitzen und mechanische Belastungen der Lötstellen zu verhindern.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Spezifikationen für Rolle und Band

Die Bauteile werden in einer geprägten Trägerbandverpackung geliefert, deren Abmessungen im Datenblatt angegeben sind. Das Band ist 8 mm breit und auf einer Standardrolle mit 7 Zoll (178 mm) Durchmesser aufgewickelt. Jede Rolle enthält 3000 Stück.

7.2 Etikettenerklärung

Das Rollenetikett enthält wichtige Informationen für die Rückverfolgbarkeit und korrekte Anwendung:

• P/N:Produktnummer (z.B. 19-217/BHC-XK1L2B11X/3T).
• QTY:Packmenge (3000 Stück).
• CAT:Lichtstärke-Klasse (z.B. K1, L2).
• HUE:Farbwert/Dominante Wellenlängen-Klasse (X).
• REF:Flussspannungs-Klasse (z.B. 28, 29, 30).
• LOT No:Fertigungslosnummer für die Rückverfolgbarkeit.

8. Anwendungsvorschläge und Designüberlegungen

8.1 Typische Anwendungsszenarien

• Automobil-Innenraumbeleuchtung:Hintergrundbeleuchtung für Instrumententafeln, Tasten und Schalter. Der weite Betrachtungswinkel und die blaue Farbe eignen sich für moderne ästhetische Effekte.
• Unterhaltungselektronik:Statusanzeigen und Hintergrundbeleuchtung für Tasten auf Fernbedienungen, Haushaltsgeräten und Audioequipment.
• Telekom- und Netzwerkgeräte:Link-Aktivitäts-, Stromversorgungs- und Statusanzeigen an Routern, Switches und Modems.
• Allgemeine Frontplattenanzeigen:Jede Anwendung, die eine kleine, zuverlässige und helle blaue Anzeigelampe erfordert.

8.2 Kritische Designaspekte

1. Strombegrenzung ist zwingend:Ein externer strombegrenzender Widerstand oder Konstantstromtreiber MUSS in Reihe mit der LED geschaltet werden. Die Flussspannung hat einen negativen Temperaturkoeffizienten, d.h. sie sinkt mit steigender Temperatur. Ohne Strombegrenzung kann eine kleine Erhöhung der Versorgungsspannung oder Temperatur zu einem großen, möglicherweise zerstörerischen Anstieg des Stroms führen.
2. Thermisches Management:Berücksichtigen Sie die Betriebsumgebung. Verwenden Sie die Derating-Kurve, um einen geeigneten Betriebsstrom auszuwählen, insbesondere wenn die Umgebungstemperatur hoch ist oder die Leiterplatte eine schlechte Wärmeableitung aufweist.
3. ESD-Schutz:Implementieren Sie ESD-Schutz auf den Eingangsleitungen, wenn die LED benutzerzugänglich ist, und wenden Sie ESD-sichere Handhabungsverfahren während der Montage an.
4. Optisches Design:Der 120° Betrachtungswinkel bietet eine breite Abdeckung. Für fokussiertes Licht kann eine externe Linse oder ein Lichtleiter erforderlich sein.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Während es viele SMD blaue LEDs gibt, positioniert die Kombination der Parameter der 19-217 sie für spezifische Anwendungsfälle. Im Vergleich zu kleineren Gehäusen (z.B. 0402) bietet sie eine höhere Lichtausbeute und aufgrund ihrer größeren Größe potenziell eine bessere Wärmeableitung. Im Vergleich zu Hochleistungs-LEDs arbeitet sie mit viel niedrigerem Strom und benötigt einfachere Treiberschaltungen, was sie für Anzeigeanwendungen kosteneffektiv macht. Ihre ausdrückliche Konformität mit halogenfreien und REACH-Standards ist ein wichtiges Unterscheidungsmerkmal für Märkte mit strengen Umweltvorschriften, wie der Europäischen Union.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

10.1 Warum ist ein strombegrenzender Widerstand zwingend erforderlich?

LEDs sind stromgesteuerte, nicht spannungsgesteuerte Bauteile. Die V-I-Kennlinie ist exponentiell. Bei der typischen Flussspannung von ~2,8V kann eine sehr kleine Änderung der Versorgungsspannung oder ein Abfall der Vf der LED aufgrund von Erwärmung dazu führen, dass der Strom dramatisch ansteigt, den Maximalwert überschreitet und das Bauteil zerstört. Ein Widerstand legt einen festen Strom basierend auf dem Ohmschen Gesetz fest (I = (Versorgungsspannung - Vf) / R).

10.2 Kann ich diese LED direkt von einem 3,3V- oder 5V-Logikausgang ansteuern?

Nein, nicht direkt.Der GPIO-Pin eines Mikrocontrollers kann typischerweise nicht sicher und konsistent genug Strom für eine LED liefern (oft auf 20-25mA begrenzt) und verfügt über keine Stromregelung. Sie müssen einen Vorwiderstand verwenden. Für eine 3,3V-Versorgung und einen Zielstrom von 5mA mit einer Vf von 2,8V wäre der Widerstandswert R = (3,3V - 2,8V) / 0,005A = 100 Ohm. Überprüfen Sie stets die Stromlieferfähigkeit des Mikrocontroller-Pins.

10.3 Was bedeutet der 120° Betrachtungswinkel für mein Design?

Es bedeutet, dass Licht in einem breiten Kegel abgestrahlt wird. Wenn Sie möchten, dass die LED aus vielen Blickwinkeln sichtbar ist (z.B. eine Frontplattenanzeige), ist dies ideal. Wenn Sie einen fokussierten Lichtstrahl benötigen (z.B. um einen bestimmten Punkt zu beleuchten), ist diese LED allein nicht geeignet und würde sekundäre Optik erfordern.

10.4 Wie kritisch ist die maximale Lagerdauer von 7 Tagen nach Öffnen der Feuchtigkeitsschutzverpackung?

Sehr kritisch für das Reflow-Löten. In das Kunststoffgehäuse aufgenommene Feuchtigkeit kann sich während des Hochtemperatur-Reflow-Zyklus in Dampf verwandeln und zu innerer Delamination oder Rissbildung ("Popcorning") führen, was zu sofortigem oder latentem Ausfall führt. Wenn die Tüte länger als 168 Stunden geöffnet war, muss das Trocknungsverfahren eingehalten werden.

11. Praktisches Design- und Anwendungsbeispiel

Szenario: Entwurf einer Statusanzeige für einen Consumer-Router.Die LED muss "Eingeschaltet" und "WAN-Aktivität" (blinkend) anzeigen. Das System verwendet eine 3,3V-Schiene. Um eine lange Lebensdauer zu gewährleisten und den Mikrocontroller nicht zu überlasten, wird ein externer Transistor (z.B. ein kleiner NPN oder ein NFET) zum Schalten der LED verwendet. Ein Vorwiderstand wird zwischen die 3,3V-Schiene und die LED-Anode geschaltet, und der Transistor schaltet die Kathode auf Masse. Die Wahl eines konservativen Stroms von 5mA für die kontinuierliche "Strom"-Anzeige und die Verwendung der maximalen Vf von 2,9V für die Berechnung gewährleistet Helligkeit unter allen Bedingungen: R = (3,3V - 2,9V) / 0,005A = 80 Ohm (verwenden Sie einen Standard-82-Ohm-Widerstand). Die Verlustleistung in der LED beträgt Pd = Vf * If = 2,9V * 0,005A = 14,5mW, deutlich unter dem Maximum von 40mW, was auch in einem möglicherweise warmen Gehäuse eine hervorragende Zuverlässigkeit gewährleistet.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Die 19-217 LED arbeitet nach dem Prinzip der Elektrolumineszenz in einem Halbleiter-p-n-Übergang. Das aktive Gebiet besteht aus InGaN. Wenn eine Flussspannung angelegt wird, die das eingebaute Potenzial des Übergangs übersteigt, werden Elektronen aus dem n-dotierten Gebiet und Löcher aus dem p-dotierten Gebiet in das aktive Gebiet injiziert. Wenn diese Ladungsträger rekombinieren, setzen sie Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Zusammensetzung der InGaN-Legierung bestimmt die Bandlückenenergie, die direkt der Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts entspricht – in diesem Fall blau (~468 nm). Das Epoxidharzgehäuse dient zum Schutz des Halbleiterchips, bietet mechanische Stabilität und fungiert als Primärlinse zur Formung des Lichtaustritts.

13. Technologietrends und Kontext

Dieses Bauteil repräsentiert ein ausgereiftes, kostenoptimiertes Segment der LED-Technologie. Die Verwendung von InGaN für blaue Emission ist etabliert. Aktuelle Trends bei anzeigeorientierten SMD-LEDs konzentrieren sich auf mehrere Bereiche: 1)Miniaturisierung:Noch kleinere Gehäuse als die 19-217 sind verfügbar (z.B. 0402, 0201) für ultrahochdichte Leiterplatten. 2)Höhere Effizienz:Neuere Chipdesigns und Materialien verbessern kontinuierlich die Lumen pro Watt, was niedrigere Betriebsströme und reduzierten Stromverbrauch ermöglicht. 3)Verbesserte Zuverlässigkeit und Konsistenz:Fortschrittliche Fertigungs- und Binning-Techniken führen zu engeren Parameterverteilungen. 4)Breite Umweltkonformität:Wie bei diesem Bauteil zu sehen ist, ist die Konformität mit RoHS, REACH und halogenfreien Standards inzwischen eine Basiserwartung für den globalen Marktzugang. Die 19-217 passt in Anwendungen, in denen ein bewährtes, zuverlässiges und standardisiertes Bauteil gegenüber Spitzenleistung bevorzugt wird.