SMD LED 12-21/BHC-ZL1M2RY/2C Datenblatt - Größe 2,0x1,25x0,8mm - Spannung 2,5-3,1V - Blaue Farbe - Technisches Dokument auf Deutsch

1. Produktübersicht

Die 12-21/BHC-ZL1M2RY/2C ist eine oberflächenmontierbare (SMD) Leuchtdiode (LED), die für moderne, kompakte elektronische Anwendungen konzipiert ist. Diese Komponente stellt einen bedeutenden Fortschritt gegenüber herkömmlichen LED-Typen mit Anschlussdrähten dar und bietet erhebliche Vorteile hinsichtlich der Leiterplattenflächennutzung und Designflexibilität.

1.1 Kernvorteile und Produktpositionierung

Der primäre Vorteil dieser LED ist ihr winziger Platzbedarf. Das 12-21-Gehäuse ist deutlich kleiner als konventionelle Durchsteckkomponenten. Diese Größenreduzierung ermöglicht es Entwicklern, eine höhere Bauteildichte auf Leiterplatten (PCBs) zu erreichen, was letztendlich zu kleineren Gesamtgeräteabmessungen führt. Das geringe Gewicht des SMD-Gehäuses macht es zudem ideal für tragbare und miniaturisierte Anwendungen, bei denen das Gewicht ein kritischer Faktor ist.

Diese LED ist ein monochromatischer Typ, der blaues Licht emittiert, und ist aus bleifreien (Pb-freien) Materialien gefertigt. Sie entspricht den wichtigsten internationalen Umwelt- und Sicherheitsvorschriften, einschließlich der EU-RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe), der REACH-Verordnung und ist als halogenfrei klassifiziert, wobei der Brom- (Br) und Chlorgehalt (Cl) unter festgelegten Grenzwerten gehalten wird.

1.2 Zielmarkt und Anwendungen

Diese Komponente richtet sich an ein breites Spektrum von Konsum-, Industrie- und Kommunikationselektronik. Ihre Hauptanwendungsgebiete umfassen:

• Hintergrundbeleuchtung:Ideal für die Beleuchtung von Armaturenbrettern, Schaltern und Tastaturen.
• Telekommunikationsgeräte:Dient als Statusanzeige und Hintergrundbeleuchtung für Geräte wie Telefone und Faxgeräte.
• Display-Technologie:Geeignet für flache Hintergrundbeleuchtungseinheiten hinter Flüssigkristalldisplays (LCDs) und zur Beleuchtung von Symbolen.
• Allgemeine Anzeigezwecke:Kann in einer Vielzahl elektronischer Geräte verwendet werden, die einen kompakten, zuverlässigen visuellen Indikator benötigen.

Das Produkt wird auf industrieüblichen 8-mm-Trägerbändern auf 7-Zoll-Durchmesser-Spulen geliefert, was es voll kompatibel mit schnellen automatischen Bestückungsanlagen macht. Es ist außerdem für die Verarbeitung in Standard-Infrarot- und Dampfphasen-Reflow-Lötverfahren ausgelegt.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Ein gründliches Verständnis der elektrischen und optischen Spezifikationen ist für einen zuverlässigen Schaltungsentwurf und optimale Leistung entscheidend.

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb unter oder an diesen Grenzen wird nicht garantiert.

• Sperrspannung (V_R):5V. Das Überschreiten dieser Spannung in Sperrrichtung kann einen sofortigen Sperrschichtdurchbruch verursachen.
• Dauer-Durchlassstrom (I_F):10 mA. Dies ist der maximale Gleichstrom, der kontinuierlich angelegt werden darf.
• Spitzen-Durchlassstrom (I_FP):100 mA. Dieser Impulsstromwert (bei 1/10 Tastverhältnis, 1kHz) ist nützlich für kurzzeitige, hochintensive Blinkanwendungen, darf aber nicht für Dauerbetrieb verwendet werden.
• Verlustleistung (P_d):40 mW. Dieser Grenzwert bestimmt zusammen mit der Durchlassspannung den maximal zulässigen Dauerstrom unter spezifischen thermischen Bedingungen.
• 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 (T_opr):-40°C bis +85°C. Das Bauteil ist für industrielle Temperaturbereiche ausgelegt.
• Lagertemperatur (T_stg):-40°C bis +90°C.
• Löttemperatur:Das Bauteil hält Reflow-Lötungen mit einer Spitzentemperatur von 260°C für bis zu 10 Sekunden stand. Für Handlötung darf die Lötspitzentemperatur 350°C nicht überschreiten, und die Kontaktzeit pro Anschluss sollte auf 3 Sekunden begrenzt werden.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Diese Parameter werden unter Standardtestbedingungen von 25°C Umgebungstemperatur und einem Durchlassstrom (I_F) von 5 mA gemessen, sofern nicht anders angegeben.

• Lichtstärke (I_v):Reicht von einem Minimum von 11,5 mcd bis zu einem Maximum von 28,5 mcd. Der typische Wert ist nicht angegeben, was darauf hinweist, dass die Leistung durch ein Binning-System verwaltet wird (später detailliert).
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):120 Grad. Dieser breite Abstrahlwinkel macht die LED für Anwendungen geeignet, die eine breite Ausleuchtung oder Sichtbarkeit aus mehreren Winkeln erfordern.
• Spitzenwellenlänge (λ_p):Typischerweise 468 nm, was sie in den blauen Bereich des sichtbaren Spektrums einordnet.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):Spezifiziert zwischen 465 nm und 475 nm. Dies ist die vom menschlichen Auge wahrgenommene Wellenlänge und wird ebenfalls durch Binning verwaltet.
• Spektrale Bandbreite (Δλ):Typischerweise 25 nm, was die Streuung des emittierten Lichts um die Spitzenwellenlänge angibt.
• Durchlassspannung (V_F):Liegt bei 5 mA zwischen 2,5V und 3,1V. Dieser Parameter ist entscheidend für die Auslegung des in Reihe geschalteten strombegrenzenden Widerstands mit der LED. Das Spannungs-Binning-System hilft Entwicklern, LEDs mit konsistenten Spannungsabfällen auszuwählen.
• Sperrstrom (I_R):Maximal 50 μA bei angelegter 5V-Sperrspannung.Wichtiger Hinweis:Das Datenblatt stellt ausdrücklich klar, dass der Sperrspannungszustand nur zu Testzwecken dient und das Bauteil in einer tatsächlichen Schaltung nicht in Sperrrichtung betrieben werden darf.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um Konsistenz in der Massenproduktion zu gewährleisten, werden LEDs nach Leistungsklassen sortiert. Dies ermöglicht es Entwicklern, Komponenten auszuwählen, die bestimmte Mindestkriterien für ihre Anwendung erfüllen.

3.1 Lichtstärke-Binning

LEDs werden basierend auf ihrer gemessenen Ausgangsleistung bei 5 mA in vier Intensitätsklassen (L1, L2, M1, M2) kategorisiert.

• L1:11,5 – 14,5 mcd
• L2:14,5 – 18,0 mcd
• M1:18,0 – 22,5 mcd
• M2:22,5 – 28,5 mcd

Für die Lichtstärke gilt eine Toleranz von ±11%.

3.2 Binning der dominanten Wellenlänge

Die Farbe (Farbton) des blauen Lichts wird durch Wellenlängen-Binning gesteuert. Es sind zwei Klassen definiert:

• Klasse X:465 – 470 nm
• Klasse Y:470 – 475 nm

Für die dominante Wellenlänge ist eine engere Toleranz von ±1 nm spezifiziert.

3.3 Durchlassspannungs-Binning

Um die Stromversorgungsauslegung zu unterstützen und eine gleichmäßige Helligkeit in parallel geschalteten Strängen zu gewährleisten, werden LEDs nach ihrer Durchlassspannung bei 5 mA klassifiziert.

• Klasse 9:2,5 – 2,7 V
• Klasse 10:2,7 – 2,9 V
• Klasse 11:2,9 – 3,1 V

Die Toleranz für die Durchlassspannung beträgt ±0,1V.

4. Mechanische und Verpackungsinformationen

4.1 Gehäuseabmessungen

Die 12-21 SMD LED hat ein kompaktes rechteckiges Gehäuse. Wichtige Abmessungen (in Millimetern) umfassen eine typische Gehäuselänge von 2,0 mm, eine Breite von 1,25 mm und eine Höhe von 0,8 mm. Das Datenblatt enthält eine detaillierte Maßzeichnung, die den Anschlussabstand, die Pad-Größen und die Gesamttoleranzen zeigt, die typischerweise ±0,1 mm betragen, sofern nicht anders angegeben. Diese Zeichnung ist entscheidend für die Erstellung des korrekten PCB-Footprints, um eine ordnungsgemäße Lötung und Ausrichtung sicherzustellen.

4.2 Polaritätskennzeichnung

Die Komponente verfügt über eine Polaritätsmarkierung, typischerweise eine Kerbe oder einen Punkt auf dem Gehäuse, um die Kathode zu identifizieren. Die korrekte Ausrichtung während der Platzierung ist für die Schaltungsfunktionalität entscheidend.

4.3 Band- und Spulenverpackung

Die LEDs werden in feuchtigkeitsbeständiger Verpackung geliefert. Sie sind in Trägerbänder mit Taschen geladen, die für das 12-21-Gehäuse ausgelegt sind. Die Standardspule enthält 2000 Stück. Spulenabmessungen (wie Nenndurchmesser, Spulenbreite und Flanschdurchmesser) werden angegeben, um die Kompatibilität mit automatischen Bestückungsmaschinen sicherzustellen. Die Verpackung enthält ein Trockenmittel und ist in einer aluminiumbeschichteten Feuchtigkeitsschutztüte versiegelt, um die Bauteile während Lagerung und Transport vor Umgebungsfeuchtigkeit zu schützen.

4.4 Etikettenerklärung

Die Verpackungsetiketten enthalten wichtige Informationen für Rückverfolgbarkeit und Identifikation:

• P/N:Produktnummer (z.B. 12-21/BHC-ZL1M2RY/2C).
• QTY:Packungsmenge pro Spule.
• CAT:Lichtstärke-Rang (entspricht dem L1, M2 usw. Binning-Code).
• HUE:Farbortkoordinaten & Dominante-Wellenlängen-Rang (entspricht dem X, Y Binning-Code).
• REF:Durchlassspannungs-Rang (entspricht dem 9, 10, 11 Binning-Code).
• LOT No:Fertigungslosnummer für die Qualitätskontrolle.

5. Löt- und Montagerichtlinien

Eine ordnungsgemäße Handhabung und Lötung ist für die Zuverlässigkeit von entscheidender Bedeutung. Die LED ist empfindlich gegenüber thermischer und mechanischer Belastung.

5.1 Lagerung und Feuchtigkeitssensitivität

Das Produkt ist feuchtigkeitssensitiv. Wichtige Vorsichtsmaßnahmen umfassen:

• Öffnen Sie die Feuchtigkeitsschutztüte erst, wenn die Komponenten einsatzbereit sind.
• Nach dem Öffnen sollten unbenutzte LEDs bei ≤30°C und ≤60% relativer Luftfeuchtigkeit gelagert werden.
• Die "Bodenlebensdauer" nach dem Öffnen der Tüte beträgt 168 Stunden (7 Tage). Wenn sie nicht innerhalb dieser Zeit verwendet werden, müssen die Komponenten bei 60±5°C für 24 Stunden nachgetrocknet und mit Trockenmittel neu verpackt werden.

5.2 Reflow-Lötprofil

Ein bleifreies (Pb-freies) Reflow-Profil wird empfohlen:

• Vorwärmen:150–200°C für 60–120 Sekunden.
• Zeit über Liquidus (TAL):60–150 Sekunden über 217°C.
• Spitzentemperatur:Maximal 260°C, nicht länger als 10 Sekunden gehalten.
• Aufheiz-/Abkühlraten:Maximale Aufheizrate von 6°C/Sek. bis 255°C und maximale Abkühlrate von 3°C/Sek.
• Reflow-Lötungen sollten nicht mehr als zweimal an derselben Komponente durchgeführt werden.

5.3 Vorsichtsmaßnahmen bei Handlötung

Falls Handlötung notwendig ist, ist äußerste Vorsicht geboten:

• Verwenden Sie einen Lötkolben mit einer Spitzentemperatur ≤350°C.
• Begrenzen Sie die Kontaktzeit pro Anschluss auf ≤3 Sekunden.
• Verwenden Sie einen Lötkolben mit geringer Leistung (≤25W).
• Lassen Sie zwischen dem Löten jedes Anschlusses eine Abkühlpause von mindestens 2 Sekunden.
• Vermeiden Sie während des Erhitzens mechanische Belastung des LED-Gehäuses.

5.4 Schaltungsentwurfsschutz

Überstromschutz:Ein externer strombegrenzender Widerstand ist absolut zwingend erforderlich. Die Durchlassspannung hat einen negativen Temperaturkoeffizienten, was bedeutet, dass V_Fsinkt, wenn die LED sich erwärmt. Dies kann bei Ansteuerung durch eine Spannungsquelle ohne Vorwiderstand zu einem schnellen, unkontrollierten Stromanstieg führen. Dies führt zu thermischem Durchgehen und Bauteilausfall.

6. Anwendungsentwurfsüberlegungen und -einschränkungen

6.1 Entwurfsüberlegungen

• Stromansteuerung:Steuern Sie die LED immer mit einem Konstantstrom oder verwenden Sie eine Spannungsquelle mit einem in Reihe geschalteten Widerstand, der basierend auf dem ungünstigsten Fall von V_F(Minimum) aus dem Binning-Bereich berechnet wird, um sicherzustellen, dass der Strom niemals den absoluten Maximalwert überschreitet.
• Thermisches Management:Obwohl das Gehäuse klein ist, kann eine ausreichende PCB-Kupferfläche um die thermischen Pads herum helfen, Wärme abzuführen, insbesondere beim Betrieb nahe dem Maximalstrom oder bei hohen Umgebungstemperaturen.
• ESD-Schutz:Implementieren Sie ESD-Schutz auf Eingangsleitungen, wenn die LED mit benutzerzugänglichen Anschlüssen verbunden ist, angesichts ihrer niedrigen 150V HBM-Klassifizierung.

6.2 Anwendungseinschränkungen

Das Datenblatt enthält einen kritischen Haftungsausschluss bezüglich Hochzuverlässigkeitsanwendungen. Dieses Produkt ist, wie spezifiziert, möglicherweise nicht für Anwendungen geeignet, bei denen ein Ausfall zu schweren Verletzungen, Verlust von Menschenleben oder erheblichem Sachschaden führen könnte. Dies schließt ausdrücklich ein:

• Militärische und Luft- und Raumfahrtsysteme
• Automobile Sicherheits- und Schutzsysteme (z.B. Airbags, Bremssysteme)
• Medizinische lebenserhaltende Geräte

Für solche Anwendungen werden Komponenten mit unterschiedlichen Qualifikationen, Tests und Zuverlässigkeitsgarantien benötigt. Ingenieure müssen sich für Produkte, die für diese kritischen Anwendungsfälle ausgelegt sind, an den Hersteller wenden.

7. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die 12-21/BHC-ZL1M2RY/2C unterscheidet sich hauptsächlich durch ihre Gehäusegröße und Leistungskonsistenz via Binning.

• vs. Größere SMD-Gehäuse (z.B. 3528, 5050):Sie bietet einen deutlich kleineren Platzbedarf, ermöglicht höhere Packungsdichten, aber typischerweise bei einer geringeren Gesamtlichtausbeute pro Bauteil.
• vs. Durchsteck-LEDs:Sie eliminiert die Notwendigkeit, Löcher in die PCB zu bohren, vereinfacht die automatische Bestückung, reduziert das Gewicht und ermöglicht kleinere Produktformfaktoren.
• vs. Nicht gebinnte LEDs:Das umfassende Binning-System für Intensität, Wellenlänge und Spannung bietet Entwicklern vorhersehbare Leistung, was für Anwendungen entscheidend ist, die Farb- oder Helligkeitsgleichmäßigkeit über mehrere LEDs hinweg erfordern.

8. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F: Welchen Widerstandswert sollte ich verwenden, um diese LED mit 5 mA aus einer 5V-Versorgung zu betreiben?

A: Unter Verwendung des Ohmschen Gesetzes: R = (V_versorgung- V_F) / I_F. Für eine Auslegung im ungünstigsten Fall (Sicherstellung, dass der Strom selbst bei der niedrigsten V_Fnie 5 mA überschreitet), verwenden Sie das Minimum V_Faus Klasse 9 (2,5V). R = (5V - 2,5V) / 0,005A = 500 Ω. Ein Standard-510-Ω-Widerstand wäre eine sichere Wahl, was zu einem Strom knapp unter 5 mA führt.

F: Kann ich diese LED mit 50 mA pulsieren?

A: Ja, aber nur unter bestimmten Bedingungen. Das Datenblatt erlaubt einen Spitzen-Durchlassstrom (I_FP) von 100 mA bei einem Tastverhältnis von 1/10 und einer Frequenz von 1 kHz. Pulsieren mit 50 mA bei einem ähnlichen oder niedrigeren Tastverhältnis wäre generell akzeptabel, aber Sie müssen überprüfen, ob der Durchschnittsstrom und die Verlustleistung die Dauerbetriebsgrenzwerte nicht überschreiten.

F: Warum ist die Lagerzeit nach dem Öffnen der Tüte auf 7 Tage begrenzt?

A: SMD-LEDs können Feuchtigkeit aus der Luft aufnehmen. Während des Hochtemperatur-Reflow-Lötprozesses kann diese eingeschlossene Feuchtigkeit sich schnell ausdehnen und innere Delamination oder "Popcorning" verursachen, was das Gehäuse aufbricht und das Bauteil zerstört. Die 7-Tage-Grenze basiert auf der Feuchtigkeitssensitivitätsstufe (MSL) der Komponente.

F: Der Abstrahlwinkel beträgt 120 Grad. Wie wird dies gemessen?

A: Der Abstrahlwinkel (2θ_1/2) ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte ihres Maximalwerts (gemessen bei 0 Grad, direkt auf der Achse) abfällt. Ein 120-Grad-Winkel bedeutet, dass die LED Licht über einen sehr breiten Kegel effektiv abstrahlt.

9. Funktionsprinzip und Technologie

Diese LED basiert auf InGaN (Indiumgalliumnitrid) Halbleitertechnologie. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die die Einschaltspannung der Diode (ca. 2,5-3,1V) überschreitet, werden Elektronen und Löcher in den aktiven Bereich des Halbleiterübergangs injiziert. Deren Rekombination setzt 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). Die "wasserklare" Harzlinse wird verwendet, um die Lichtauskopplung aus dem Halbleiterchip zu maximieren.

10. Branchentrends und Kontext

Das 12-21-Gehäuse ist Teil eines langfristigen Branchentrends zur Miniaturisierung elektronischer Komponenten. Das Streben nach kleineren, leichteren und energieeffizienteren Geräten in der Unterhaltungselektronik, Wearables und IoT-Sensoren treibt die Entwicklung immer kleinerer LED-Gehäuse weiter voran. Darüber hinaus spiegelt die Betonung von Umweltkonformität (RoHS, halogenfrei) und Lieferkettenmanagement durch detailliertes Binning und Rückverfolgbarkeit (Losnummern) breitere Industriestandards für Qualität und Nachhaltigkeit wider. Der Umstieg auf bleifreies Löten, für das diese Komponente qualifiziert ist, ist heute eine globale Norm in der Elektronikfertigung.