SMD LED 17-21/BHC-AP1Q2/3T Datenblatt - Blau - 2.0x1.25x0.8mm - 3.3V - 75mW - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument erläutert die Spezifikationen einer kompakten, oberflächenmontierbaren blauen LED für moderne elektronische Anwendungen. Das Bauteil nutzt einen InGaN (Indiumgalliumnitrid)-Halbleiterchip zur Erzeugung von blauem Licht mit einer typischen dominanten Wellenlänge von 468 nm. Seine Hauptvorteile ergeben sich aus dem winzigen SMD (Surface Mount Device)-Gehäuse, das eine erhebliche Verringerung des Platzbedarfs auf der Leiterplatte (PCB) ermöglicht, eine höhere Bauteildichte zulässt und zur allgemeinen Geräteminiaturisierung beiträgt. Das geringe Gewicht des Gehäuses macht es zudem für portable und platzbeschränkte Anwendungen geeignet.

1.1 Kernmerkmale und Konformität

Die LED wird auf 8 mm breitem Trägerband geliefert, das auf 7-Zoll-Spulen aufgewickelt ist, und ist somit voll kompatibel mit automatischen Bestückungsanlagen. Sie ist für die Verwendung mit Standard-Infrarot- und Dampfphasen-Reflow-Lötverfahren ausgelegt. Das Bauteil ist ein einfarbiger (blauer) Typ. Aus Material- und Umweltkonformitätssicht ist es bleifrei (Pb-frei), entspricht der RoHS (Restriction of Hazardous Substances)-Richtlinie, ist konform mit den EU REACH-Verordnungen und erfüllt halogenfreie Standards mit Grenzwerten für Brom (Br) < 900 ppm, Chlor (Cl) < 900 ppm und deren Summe (Br+Cl) < 1500 ppm.

1.2 Zielanwendungen

Die typischen Anwendungen für diese LED umfassen die Hintergrundbeleuchtung von Instrumententafeln, Schaltern und Symbolen. In der Telekommunikation dient sie als Anzeige- oder Hintergrundbeleuchtung in Geräten wie Telefonen und Faxgeräten. Sie eignet sich auch als flache Hintergrundlichtquelle für LCDs und für allgemeine Anzeigezwecke, wo eine zuverlässige, kompakte blaue Lichtquelle benötigt wird.

2. Detaillierte technische Spezifikationen

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Grenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Sie sind nicht für den Dauerbetrieb vorgesehen. Die absoluten Maximalwerte sind bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C angegeben.

• Sperrspannung (VR):5 V. Das Überschreiten dieser Spannung in Sperrrichtung kann zum Durchbruch des pn-Übergangs führen.
• Dauer-Vorwärtsstrom (IF):20 mA.
• Spitzen-Vorwärtsstrom (IFP):40 mA, nur zulässig unter gepulsten Bedingungen mit einem Tastverhältnis von 1/10 bei 1 kHz.
• Verlustleistung (Pd):75 mW. Dies ist die maximale Leistung, die das Bauteil als Wärme abführen kann.
• Elektrostatische Entladung (ESD) Human Body Model (HBM):150 V. Es müssen geeignete ESD-Schutzmaßnahmen befolgt werden.
• Betriebstemperaturbereich (Topr):-40°C bis +85°C.
• Lagertemperaturbereich (Tstg):-40°C bis +90°C.
• Löttemperatur (Tsol):Für Reflow-Löten ist eine Spitzentemperatur von 260°C für maximal 10 Sekunden spezifiziert. Für Handlöten sollte die Lötspitzentemperatur 350°C pro Anschluss für maximal 3 Sekunden nicht überschreiten.

2.2 Elektro-optische Kenngrößen

Diese Parameter definieren die Leistung des Bauteils unter normalen Betriebsbedingungen, typischerweise gemessen bei Ta=25°C und einem Vorwärtsstrom (IF) von 20 mA, sofern nicht anders angegeben.

• Lichtstärke (Iv):Reicht von einem Minimum von 45,0 mcd bis zu einem Maximum von 112,0 mcd. Der typische Wert ist in der Tabelle nicht angegeben und liegt innerhalb dieses von der Binning-Klasse abhängigen Bereichs.
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):Der Halbwertswinkel beträgt typischerweise 140 Grad, was auf einen breiten Abstrahlkegel hinweist.
• Spitzenwellenlänge (λp):Typischerweise 468 nm. Dies ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsverteilung ihr Maximum hat.
• Dominante Wellenlänge (λd):Reicht von 464,5 nm bis 476,5 nm. Dies ist die wahrgenommene Farbwellenlänge.
• Spektrale Bandbreite (Δλ):Typischerweise 25 nm, gemessen bei halber Maximalintensität (FWHM).
• Vorwärtsspannung (VF):Reicht von 2,7 V (min) bis 3,7 V (max), mit einem typischen Wert von 3,3 V bei IF=20mA.
• Sperrstrom (IR):Maximal 50 µA bei einer angelegten Sperrspannung (VR) von 5V. Das Bauteil ist nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt.

Wichtige Hinweise:Toleranzen sind mit ±11 % für die Lichtstärke, ±1 nm für die dominante Wellenlänge und ±0,1 V für die Vorwärtsspannung angegeben. Der Sperrspannungsgrenzwert gilt nur für die IR-Testbedingung.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um die Konsistenz in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs anhand wichtiger Leistungsparameter in Bins (Klassen) sortiert. Dies ermöglicht es Konstrukteuren, Bauteile auszuwählen, die spezifische Helligkeits- und Farbanforderungen erfüllen.

3.1 Binning der Lichtstärke

Die Bins sind durch die Codes P1, P2, Q1 und Q2 definiert, die jeweils einen bestimmten Bereich der Lichtstärke in Millicandela (mcd) bei IF=20mA abdecken.

• P1:45,0 – 57,0 mcd
• P2:57,0 – 72,0 mcd
• Q1:72,0 – 90,0 mcd
• Q2:90,0 – 112,0 mcd

3.2 Binning der dominanten Wellenlänge

Wellenlängen-Bins sind durch die Codes A9 bis A12 definiert, die jeweils einen 3 nm-Bereich abdecken und eine enge Farbkontrolle gewährleisten.

• A9:464,5 – 467,5 nm
• A10:467,5 – 470,5 nm
• A11:470,5 – 473,5 nm
• A12:473,5 – 476,5 nm

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere charakteristische Kurven, die für Schaltungsentwurf und thermisches Management entscheidend sind.

4.1 Vorwärtsstrom vs. Vorwärtsspannung (I-V-Kennlinie)

Diese Kurve zeigt die nichtlineare Beziehung zwischen dem durch die LED fließenden Strom und der daran anliegenden Spannung. Die Vorwärtsspannung (VF) steigt mit dem Strom. Konstrukteure nutzen diese Kurve, um den notwendigen Wert des strombegrenzenden Widerstands für eine gegebene Versorgungsspannung zu bestimmen, um den gewünschten Betriebsstrom (z.B. 20 mA) zu erreichen. Die typische VF von 3,3 V ist ein wichtiger Entwurfsparameter.

4.2 Relative Lichtstärke vs. Vorwärtsstrom

Dieses Diagramm veranschaulicht, wie die Lichtausbeute mit dem Treiberstrom skaliert. Während ein höherer Strom die Helligkeit steigert, ist die Beziehung nicht linear und durch den maximalen Stromgrenzwert und thermische Effekte begrenzt. Ein Betrieb jenseits der absoluten Maximalwerte verringert die Lebensdauer und kann zum Ausfall führen.

4.3 Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur

Die Lichtausbeute einer LED ist temperaturabhängig. Diese Kurve zeigt typischerweise, dass die Lichtstärke mit steigender Sperrschichttemperatur abnimmt. Das Verständnis dieser Entlastung ist für Anwendungen, die bei hohen Umgebungstemperaturen arbeiten, wesentlich, um eine ausreichende Helligkeit sicherzustellen.

4.4 Entlastungskurve für den Vorwärtsstrom

Dies ist ein entscheidendes Diagramm für die Zuverlässigkeit. Es zeigt den maximal zulässigen Dauer-Vorwärtsstrom in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur. Mit steigender Temperatur nimmt der maximal sichere Strom ab, um Überhitzung zu verhindern und eine langfristige Leistung sicherzustellen. Konstrukteure müssen sicherstellen, dass ihr Betriebspunkt innerhalb dieses entlasteten Bereichs liegt.

4.5 Spektralverteilung

Das Spektraldiagramm stellt die relative Strahlungsleistung über der Wellenlänge dar. Es bestätigt die blaue Lichtemission mit einem Peak bei etwa 468 nm und einer typischen spektralen Bandbreite (Δλ) von 25 nm, was die Farbreinheit angibt.

4.6 Abstrahldiagramm

Dieses Polardiagramm visualisiert die räumliche Verteilung der Lichtintensität und bestätigt den breiten 140-Grad-Abstrahlwinkel. Die Intensität ist auf ihren Maximalwert normiert (typischerweise bei 0 Grad, senkrecht zur emittierenden Fläche).

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die LED ist in einem kompakten SMD-Gehäuse untergebracht. Wichtige Abmessungen (in mm, mit einer typischen Toleranz von ±0,1 mm, sofern nicht anders angegeben) umfassen eine Gehäuselänge von 2,0 mm, eine Breite von 1,25 mm und eine Höhe von 0,8 mm. Das Datenblatt enthält eine detaillierte Zeichnung, die das Pad-Layout, den Anschlussabstand und die Position der Kathodenkennzeichnung zeigt, was für die korrekte Ausrichtung auf der Leiterplatte während der Montage wesentlich ist.

5.2 Polaritätskennzeichnung

Die korrekte Polarität ist zwingend erforderlich. Das Gehäuse weist eine deutliche Kathodenmarkierung auf. Ein Anschluss des Bauteils in Sperrrichtung kann es beschädigen, da die maximale Sperrspannung nur 5 V beträgt.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil

Ein bleifreies Reflow-Löttemperaturprofil ist spezifiziert. Wichtige Parameter umfassen: eine Vorwärmphase zwischen 150°C und 200°C für 60-120 Sekunden; eine Zeit oberhalb der Liquidustemperatur (217°C) von 60-150 Sekunden; eine Spitzentemperatur von maximal 260°C, die für höchstens 10 Sekunden gehalten wird; sowie kontrollierte Aufheiz- und Abkühlraten (z.B. max. 3°C/s Aufheizrate, max. 6°C/s Abkühlrate). Der Reflow-Vorgang sollte nicht mehr als zweimal durchgeführt werden.

6.2 Vorsichtsmaßnahmen beim Handlöten

Falls Handlöten notwendig ist, ist äußerste Vorsicht geboten. Die Lötspitzentemperatur muss unter 350°C liegen, und die Kontaktzeit pro Anschluss darf 3 Sekunden nicht überschreiten. Ein Lötkolben mit geringer Leistung (<25W) wird empfohlen. Zwischen dem Löten jedes Anschlusses sollte eine Abkühlpause von mindestens 2 Sekunden eingehalten werden, um thermischen Schock zu vermeiden.

6.3 Lagerung und Feuchtigkeitssensitivität

Die LEDs sind in feuchtigkeitsbeständigen Beuteln mit Trockenmittel verpackt. Der Beutel darf erst geöffnet werden, wenn die Bauteile verwendungsbereit sind. Nach dem Öffnen sollten unbenutzte LEDs bei ≤ 30°C und ≤ 60 % relativer Luftfeuchtigkeit gelagert werden. Die \"Bodenlebensdauer\" nach dem Öffnen beträgt 168 Stunden (7 Tage). Wird diese Zeit überschritten oder hat der Trockenmittelindikator die Farbe geändert, ist vor der Verwendung eine Trocknung bei 60 ± 5°C für 24 Stunden erforderlich, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und \"Popcorning\" während des Reflow-Lötens zu verhindern.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Spulen- und Band-Spezifikationen

Die Bauteile werden in geprägter Trägerbandverpackung auf 7-Zoll-Spulen geliefert. Die Bandbreite beträgt 8 mm. Jede Spule enthält 3000 Stück. Detaillierte Abmessungen für die Spule, die Taschen des Trägerbands und das Deckband werden bereitgestellt, um die Kompatibilität mit automatischen Zuführern sicherzustellen.

7.2 Etikettenerklärung

Die Verpackungsetiketten enthalten mehrere Codes: CPN (Kunden-Produktnummer), P/N (Produktnummer), QTY (Packmenge), CAT (Lichtstärke-Bin-Code), HUE (Farbort/dominante Wellenlänge-Bin-Code), REF (Vorwärtsspannungs-Rang) und LOT No (Losnummer für Rückverfolgbarkeit).

8. Anwendungshinweise und Entwurfsüberlegungen

8.1 Strombegrenzung ist zwingend erforderlich

LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Ein serieller strombegrenzender Widerstand ist im Schaltungsentwurf absolut unerlässlich. Ohne ihn kann selbst eine kleine Erhöhung der Versorgungsspannung aufgrund der exponentiellen I-V-Charakteristik der Diode zu einem großen, möglicherweise zerstörerischen Anstieg des Vorwärtsstroms führen.

8.2 Thermomanagement

Obwohl das Gehäuse klein ist, müssen die Verlustleistung (bis zu 75 mW) und der negative Temperaturkoeffizient der Lichtausbeute berücksichtigt werden. Für optimale Leistung und Langlebigkeit sollte sichergestellt werden, dass ausreichend Kupferfläche auf der Leiterplatte oder Wärmeleitungen zur Wärmeableitung verwendet werden, insbesondere bei Betrieb bei hohen Umgebungstemperaturen oder nahe dem Maximalstrom.

8.3 Optischer Entwurf

Der breite 140-Grad-Abstrahlwinkel macht diese LED für Anwendungen geeignet, die eine breite Ausleuchtung oder Sichtbarkeit aus mehreren Winkeln erfordern. Für fokussiertes Licht wären sekundäre Optiken (Linsen) erforderlich. Das wasserklare Harz ermöglicht eine gute Lichtauskopplung.

9. Technischer Vergleich und Positionierung

Im Vergleich zu traditionellen Durchsteck-LEDs bietet dieser SMD-Typ erhebliche Vorteile in Bezug auf Bestückungsgeschwindigkeit (kompatibel mit Pick-and-Place), Platzeinsparung auf der Leiterplatte und Designflexibilität. Innerhalb der Kategorie der SMD-Blaulichtdioden sind seine wichtigsten Unterscheidungsmerkmale die spezifische Gehäusegröße (2,0x1,25 mm), die typische Vorwärtsspannung von 3,3 V, der breite Abstrahlwinkel und die definierte Binning-Struktur für Helligkeits- und Farbkonsistenz. Die InGaN-Chip-Technologie ermöglicht eine effiziente blaue Emission.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Welchen Widerstandswert sollte ich mit einer 5V-Versorgung verwenden?

A: Unter Verwendung des Ohmschen Gesetzes (R = (Vversorgung - Vf) / If) und typischer Werte: R = (5V - 3,3V) / 0,020A = 85 Ohm. Verwenden Sie den nächstgelegenen Standardwert (z.B. 82 oder 91 Ohm) und berücksichtigen Sie die min/max Vf, um sicherzustellen, dass der Strom innerhalb der Grenzen bleibt.

F: Kann ich diese LED mit 30 mA für mehr Helligkeit betreiben?

A: Nein. Der absolute maximale Dauer-Vorwärtsstrom beträgt 20 mA. Das Überschreiten dieses Grenzwerts beeinträchtigt die Zuverlässigkeit und kann zu sofortigem oder vorzeitigem Ausfall führen. Verwenden Sie die Entlastungskurve bei Betrieb bei hoher Temperatur.

F: Die LED ist sehr schwach. Was könnte falsch sein?

A: Erstens, Polarität prüfen. Zweitens, den Vorwärtsstrom über den Spannungsabfall am strombegrenzenden Widerstand überprüfen. Drittens, sicherstellen, dass die Umgebungstemperatur nicht übermäßig hoch ist, da die Lichtausbeute mit der Temperatur abnimmt.

F: Muss ich die LEDs vor dem Löten trocknen?

A: Nur dann, wenn die feuchtigkeitsdichte Verpackung länger als 168 Stunden (7 Tage) geöffnet war oder wenn der Trockenmittelindikator Feuchtigkeitseinwirkung anzeigt. Befolgen Sie das spezifizierte Trocknungsverfahren (60°C für 24 Stunden).

11. Entwurfs- und Anwendungsfallstudie

Szenario: Entwurf einer Statusanzeigetafel mit mehreren blauen LEDs.

Ein Konstrukteur benötigt 10 einheitliche blaue Anzeigen auf einem Bedienpanel. Er würde:

1. LEDs aus derselben Lichtstärke-Bin-Klasse (z.B. Q1) und dominanten Wellenlängen-Bin-Klasse (z.B. A10) auswählen, um visuelle Konsistenz sicherzustellen.

2. Die Leiterplatte mit einem strombegrenzenden Widerstand für jede LED entwerfen (berechnet für eine typische Vf von 3,3 V), um Stromungleichgewichte zu verhindern.

3. Das Board so layouten, dass um die LED-Pads herum etwas Kupferfläche für eine geringe Wärmeableitung vorhanden ist.

4. Dem Bestückungsdienstleister vorgeben, das bereitgestellte bleifreie Reflow-Profil zu verwenden und die feuchtigkeitssensitiven Bauteile gemäß den Richtlinien zu handhaben (in versiegelten Beuteln lagern, innerhalb der Bodenlebensdauer verwenden).

Dieser Ansatz gewährleistet einen zuverlässigen Betrieb, ein einheitliches Erscheinungsbild und eine langfristige Leistung.

12. Funktionsprinzip

Diese LED arbeitet nach dem Prinzip der Elektrolumineszenz in einem Halbleiter-pn-Übergang. Das aktive Gebiet besteht aus InGaN. Wenn eine Vorwärtsspannung angelegt wird, die die Diffusionsspannung des Übergangs übersteigt, werden Elektronen und Löcher in das aktive Gebiet injiziert, wo sie rekombinieren. Dieser Rekombinationsprozess setzt Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Bandlückenenergie des InGaN-Materials bestimmt die Wellenlänge der emittierten Photonen, die in diesem Fall im blauen Bereich des sichtbaren Spektrums (~468 nm) liegt. Das wasserklare Epoxidharz-Vergussmittel schützt den Chip und hilft, den Lichtausgangsstrahl zu formen.

13. Technologietrends

Blaue LEDs auf Basis von InGaN-Technologie stellen eine ausgereifte und grundlegende Technologie in der Festkörperbeleuchtung dar. Sie sind nicht nur kritische Komponenten für blaue Anzeigen, sondern auch als Pumplichtquelle zur Erzeugung von weißem Licht in phosphorkonvertierten weißen LEDs, die den allgemeinen Beleuchtungsmarkt dominieren. Die laufende Entwicklung in diesem Bereich konzentriert sich auf die Steigerung der Lichtausbeute (mehr Lichtleistung pro elektrischem Watt), die Verbesserung der Farbkonstanz und -stabilität über die Lebensdauer, die Erhöhung der Zuverlässigkeit unter Hochtemperatur- und Hochstrombetrieb und die Ermöglichung noch kleinerer Gehäusegrößen für ultraminiaturisierte Anwendungen. Das Streben nach höherer Effizienz und niedrigeren Kosten pro Lumen bleibt ein zentraler Branchentrend.