SMD LED 23-21/R6C-AM1N2AY/2A Datenblatt - Größe 2,3x2,1mm - Spannung 1,55-2,15V - Farbe Rot (632nm) - Leistung 60mW - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die 23-21 SMD LED ist eine kompakte, oberflächenmontierbare Leuchtdiode, die für moderne elektronische Anwendungen entwickelt wurde, die zuverlässige Anzeigebeleuchtung oder Hintergrundbeleuchtung auf engstem Raum erfordern. Diese Komponente stellt einen bedeutenden Fortschritt gegenüber herkömmlichen LEDs mit Anschlussdrähten dar und bietet erhebliche Vorteile in Bezug auf Leiterplattenfläche, Montageeffizienz und Endproduktgröße.

1.1 Kernvorteile und Produktpositionierung

Der primäre Vorteil der 23-21 SMD LED liegt in ihrem winzigen Platzbedarf. Mit Abmessungen von etwa 2,3 mm x 2,1 mm ermöglicht sie eine erhebliche Verkleinerung der Leiterplatte (PCB). Dies führt direkt zu einer höheren Bauteildichte, was eine komplexere Funktionalität innerhalb eines kleineren Gesamtgeräteprofils erlaubt. Der reduzierte Lagerplatzbedarf sowohl für die Komponenten selbst als auch für die fertigen Baugruppen bietet logistische und Kostenvorteile. Darüber hinaus macht die geringe Masse des SMD-Gehäuses sie zur idealen Wahl für tragbare und miniaturisierte Anwendungen, bei denen Gewicht ein kritischer Faktor ist, wie z.B. in Wearable-Technologie, kompakten Konsumelektronikgeräten und miniaturisierten Bedienfeldern.

Das Produkt ist als universelle Indikator- und Hintergrundbeleuchtungslösung positioniert. Es ist nicht für Hochleistungsbeleuchtung konzipiert, sondern für Statusanzeigen, symbolische Hintergrundbeleuchtung und niedrige Umgebungsbeleuchtung, bei denen konsistente Farbe und zuverlässige Leistung von größter Bedeutung sind.

1.2 Zusammenfassung der Hauptmerkmale

• Verpackung:Geliefert auf 8-mm-Band auf 7-Zoll-Rollen, kompatibel mit Standard-Automatik-Bestückungsgeräten.
• Prozesskompatibilität:Vollständig kompatibel mit gängigen Infrarot- (IR) und Dampfphasen-Reflow-Lötverfahren.
• Typ:Einfarbiger Typ, emittiert ein leuchtend rotes Licht.
• Umweltkonformität:Das Produkt ist bleifrei, entspricht der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe), ist EU-REACH-konform und erfüllt halogenfreie Standards (Brom <900 ppm, Chlor <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm).

2. Technische Parameter: Detaillierte objektive Interpretation

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Analyse der im Datenblatt angegebenen elektrischen, optischen und thermischen Parameter. Das Verständnis dieser Grenzwerte ist für einen zuverlässigen Schaltungsentwurf entscheidend.

2.1 Absolute Maximalwerte

Die absoluten Maximalwerte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Dies sind keine Betriebsbedingungen.

• Sperrspannung (V_R):5V. Das Anlegen einer Sperrspannung, die diesen Wert überschreitet, kann zum Durchbruch des Übergangs führen.
• Dauer-Durchlassstrom (I_F):25mA. Dies ist der maximale Gleichstrom, der bei einer Umgebungstemperatur (T_a) von 25°C kontinuierlich durch die LED fließen darf.
• Spitzen-Durchlassstrom (I_FP):60mA. Dieser höhere Strom ist nur unter gepulsten Bedingungen zulässig, speziell bei einem Tastverhältnis von 1/10 und einer Frequenz von 1kHz. Er ist nützlich für kurze, hochintensive Blitze, darf aber nicht für Gleichstrombetrieb verwendet werden.
• Verlustleistung (P_d):60mW. Dies ist die maximale Leistung, die das Bauteil als Wärme abführen kann. Das Überschreiten dieser Grenze, typischerweise durch einen zu hohen Betriebsstrom oder eine zu hohe Umgebungstemperatur, erhöht die Sperrschichttemperatur und verschlechtert die Leistung oder führt zum Ausfall.
• Elektrostatische Entladung (ESD):Human Body Model (HBM) 2000V. Diese Bewertung zeigt eine moderate ESD-Robustheit an. Während der Montage und Handhabung sind weiterhin Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen (Verwendung geerdeter Arbeitsplätze, Handgelenkbänder) erforderlich.
• Betriebstemperatur (T_opr):-40°C bis +85°C. Die LED ist für den Betrieb innerhalb dieses Umgebungstemperaturbereichs ausgelegt.
• Lagertemperatur (T_stg):-40°C bis +90°C.
• Löttemperatur:Das Bauteil kann Reflow-Lötung mit einer Spitzentemperatur von 260°C für bis zu 10 Sekunden oder Handlötung bei 350°C für bis zu 3 Sekunden pro Anschluss überstehen.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Diese Parameter werden unter Standardtestbedingungen von T_a=25°C und einem Durchlassstrom (I_F) von 5mA gemessen, sofern nicht anders angegeben. Sie definieren die typische Leistung des Bauteils.

• Lichtstärke (I_v):Reicht von mindestens 18,0 mcd bis maximal 45,0 mcd. Der tatsächliche Wert für eine spezifische Einheit hängt von ihrem Bincode ab (siehe Abschnitt 3). Ein typischer Wert wird nicht angegeben, was auf eine erhebliche Variation über die Produktionsstreuung hinweist.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):130 Grad. Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte ihres Spitzenwertes abfällt. Ein Winkel von 130° zeigt ein relativ breites Abstrahlverhalten an, das für Indikatoren geeignet ist, die aus verschiedenen Blickwinkeln sichtbar sein müssen.
• Spitzenwellenlänge (λ_p):632 nm (typisch). Dies ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsabgabe maximal ist.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):Reicht von 617,5 nm bis 633,5 nm. Diese Wellenlänge entspricht der wahrgenommenen Farbe des Lichts und ist für kolorimetrische Anwendungen relevanter als die Spitzenwellenlänge. Das Binning-System kategorisiert Bauteile basierend auf diesem Parameter.
• Spektrale Bandbreite (Δλ):20 nm (typisch). Dies ist die Breite des emittierten Spektrums bei halber Maximalleistung. Ein Wert von 20nm ist charakteristisch für AlGaInP-basierte rote LEDs und zeigt eine relativ reine, gesättigte rote Farbe an.
• Flussspannung (V_F):Reicht von 1,55V bis 2,15V bei I_F=5mA. Dieser Parameter ist ebenfalls gebinnt (siehe Abschnitt 3). Die niedrige Flussspannung ist ein wesentlicher Vorteil für Niederspannungs-Schaltungen mit Batteriebetrieb.
• Sperrstrom (I_R):Maximal 10 µA bei V_R=5V. Dies spezifiziert den maximalen Leckstrom, wenn das Bauteil in Sperrrichtung betrieben wird.

Hinweis zu Toleranzen:Das Datenblatt gibt separate Toleranzen für Schlüsselparameter an: Lichtstärke (±11%), dominante Wellenlänge (±1nm) und Flussspannung (±0,1V). Diese Toleranzen gelten zusätzlich zu den Bin-Bereichen und müssen bei der engsten Toleranzanalyse berücksichtigt werden.

3. Erklärung des Binning-Systems

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

3.1 Binning der Lichtstärke

Bauteile werden basierend auf ihrer gemessenen Lichtstärke bei I_F=5mA in vier Bins (M1, M2, N1, N2) kategorisiert.

• M1:18,0 – 22,5 mcd
• M2:22,5 – 28,5 mcd
• N1:28,5 – 36,0 mcd
• N2:36,0 – 45,0 mcd

Die Auswahl eines höheren Bins (z.B. N2) garantiert eine hellere LED, kann aber mit höheren Kosten verbunden sein. Für Anwendungen, bei denen die absolute Helligkeit nicht kritisch ist, aber die Konsistenz über mehrere Indikatoren hinweg wichtig ist, ist die Spezifikation eines einzelnen Bins unerlässlich.

3.2 Binning der dominanten Wellenlänge

Die Farbkonsistenz wird über vier Wellenlängen-Bins (E4, E5, E6, E7) gesteuert. Dies ist entscheidend für Anwendungen, bei denen mehrere LEDs zusammen verwendet werden und farblich identisch erscheinen müssen.

• E4:617,5 – 621,5 nm (mehr orange-rot)
• E5:621,5 – 625,5 nm
• E6:625,5 – 629,5 nm
• E7:629,5 – 633,5 nm (mehr reines Rot)

3.3 Binning der Flussspannung

Drei Spannungs-Bins (00, 0, 1) helfen beim Entwurf effizienter Strombegrenzungsschaltungen, insbesondere in parallelen LED-Arrays, bei denen Spannungsanpassung die Stromaufteilung verbessern kann.

• 00:1,55 – 1,75 V
• 0:1,75 – 1,95 V
• 1:1,95 – 2,15 V

4. Analyse der Leistungskurven

Während das Datenblatt auf "Typische elektro-optische Kennlinienkurven" verweist, sind die spezifischen Grafiken im Text nicht enthalten. Basierend auf dem Standardverhalten von LEDs und den gegebenen Parametern können wir die wahrscheinlichen Beziehungen ableiten.

4.1 Abgeleitete Strom-Spannungs-Beziehung (I-V)

Die Flussspannung (V_F) ist bei 5mA angegeben. Für eine typische AlGaInP rote LED ist die I-V-Kurve exponentiell. Der Betrieb der LED bei einem Strom unter 5mA führt zu einer proportional niedrigeren V_F(z.B. ~1,8-2,0V bei 2mA). Das Betreiben mit dem maximalen Dauerstrom von 25mA lässt V_Fansteigen, wahrscheinlich auf einen Wert nahe der Obergrenze seines Bin-Bereichs oder leicht darüber, bedingt durch Widerstandserwärmung im Halbleiter und an den Kontakten. Ein Vorwiderstand muss immer verwendet werden, um den Strom zu begrenzen, da der dynamische Widerstand der LED sehr niedrig ist und eine kleine Spannungserhöhung einen großen Stromanstieg verursacht, was zu thermischem Durchgehen führen kann.

4.2 Lichtstärke in Abhängigkeit vom Strom (L-I)

Die Lichtstärke ist im unteren bis mittleren Strombereich (bis zu ~20mA für solche Bauteile) annähernd proportional zum Durchlassstrom. Die Nennlichtstärke gilt bei 5mA. Der Betrieb bei 20mA würde typischerweise eine etwa 3,5- bis 4-fach höhere Intensität ergeben, dies muss jedoch gegen die maximale Verlustleistungsgrenze (60mW) geprüft werden. Bei 20mA und einer V_Fvon 2,0V beträgt die Verlustleistung 40mW, was bei 25°C innerhalb der Grenze liegt. Allerdings nimmt die Effizienz (Lichtausbeute pro elektrischem Watt) bei höheren Strömen oft aufgrund erhöhter Wärmeentwicklung ab.

4.3 Temperaturabhängigkeit

Schlüsselparameter sind temperaturabhängig:

• Flussspannung (V_F):Nimmt mit steigender Temperatur ab (negativer Temperaturkoeffizient, typischerweise -2mV/°C für rote LEDs). Dies kann den Strom leicht erhöhen, wenn die LED von einer Konstantspannungsquelle mit einem Vorwiderstand betrieben wird.
• Lichtstärke (I_v):Nimmt mit steigender Sperrschichttemperatur ab. Die Entlastung kann erheblich sein, oft etwa 0,5-1% pro °C Anstieg über 25°C. Eine angemessene thermische Gestaltung auf der Leiterplatte ist notwendig, um eine konstante Helligkeit aufrechtzuerhalten, insbesondere bei hohen Umgebungstemperaturen oder bei Betrieb mit höheren Strömen.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):Verschiebt sich leicht mit der Temperatur, typischerweise mit einer Rate von etwa 0,1 nm/°C für AlGaInP-LEDs.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Das Datenblatt enthält eine detaillierte Maßzeichnung des 23-21 SMD-Gehäuses. Zu den Hauptmerkmalen gehören:

• Die Gesamtlänge beträgt 2,3 mm und die Breite 2,1 mm (daher die Bezeichnung 23-21).
• Das Gehäuse hat zwei Anoden-/Kathodenanschlüsse auf der Unterseite zur Oberflächenmontage.
• Ein Polarisationsindikator (wahrscheinlich eine Kerbe oder eine grüne Markierung auf der Ober- oder Unterseite) ist vorhanden, um die Kathode zu unterscheiden. Die korrekte Ausrichtung ist während der Montage entscheidend.
• Das empfohlene Lötflächenbild (Footprint) für den Leiterplattenentwurf leitet sich von diesen Abmessungen ab und umfasst typischerweise Lötpads, die etwas größer als die Bauteilanschlüsse sind, um einen zuverlässigen Lötfilz zu gewährleisten.
• Alle nicht spezifizierten Toleranzen betragen ±0,1mm.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Die Einhaltung dieser Richtlinien ist für die Ausbeute und die langfristige Zuverlässigkeit entscheidend.

6.1 Strombegrenzung und Schutz

Zwingend erforderlich:Ein externer strombegrenzender Widerstand muss in Reihe mit der LED geschaltet werden. Die LED ist ein stromgesteuertes Bauteil. Ohne Widerstand kann selbst eine kleine Variation der Versorgungsspannung (z.B. Batteriespannungsabfall) einen großen, möglicherweise zerstörerischen Anstieg des Durchlassstroms verursachen.

6.2 Lagerung und Feuchtigkeitssensitivität

Die LEDs sind in einer feuchtigkeitsbeständigen Sperrbeutel mit Trockenmittel verpackt.

• Vor dem Öffnen:Lagern bei ≤30°C und ≤90% relativer Luftfeuchtigkeit (RLF).
• Nach dem Öffnen:Die "Bodenlebensdauer" (Zeit, die Komponenten der Umgebungsluft im Werk ausgesetzt sein können) beträgt 1 Jahr bei ≤30°C und ≤60% RLF.
• Nachtrocknen:Wenn das Trockenmittel Sättigung anzeigt (Farbwechsel) oder die Bodenlebensdauer überschritten ist, ist ein Nachtrocknen erforderlich: 60°C ±5°C für 24 Stunden vor der Verwendung in einem Reflow-Prozess.

6.3 Reflow-Lötprofil

Ein bleifreies Reflow-Profil ist spezifiziert:

• Vorwärmen:150-200°C für 60-120 Sekunden.
• Zeit über Liquidus (TAL):60-150 Sekunden über 217°C.
• Spitzentemperatur:Maximal 260°C, maximal 10 Sekunden gehalten.
• Aufheizrate:Maximal 6°C/Sekunde.
• Zeit über 255°C:Maximal 30 Sekunden.
• Abkühlrate:Maximal 3°C/Sekunde.

Wichtige Einschränkungen:Reflow-Lötung sollte nicht mehr als zweimal durchgeführt werden. Vermeiden Sie mechanische Belastung des Gehäuses während des Erhitzens und verziehen Sie die Leiterplatte nach dem Löten nicht.

6.4 Handlötung und Nacharbeit

Handlötung ist erlaubt, erfordert jedoch äußerste Sorgfalt, um thermische Schäden zu vermeiden.

• Verwenden Sie einen Lötkolben mit einer Spitzentemperatur ≤350°C.
• Begrenzen Sie die Kontaktzeit auf ≤3 Sekunden pro Anschluss.
• Verwenden Sie einen Lötkolben mit geringer Leistung (≤25W).
• Lassen Sie eine Abkühlpause von ≥2 Sekunden zwischen dem Löten jedes Anschlusses.
• Reparatur/Nacharbeit:Wird nicht empfohlen, nachdem die LED gelötet wurde. Falls unvermeidbar, verwenden Sie einen Zweispitzen-Lötkolben, um beide Anschlüsse gleichzeitig zum Entfernen zu erhitzen, um die Belastung der Lötstellen und der internen Verbindungen der LED zu minimieren. Überprüfen Sie immer die Funktionalität nach der Nacharbeit.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Spezifikationen für Rolle und Band

Das Produkt wird in industrieüblicher Verpackung für die automatische Bestückung geliefert:

• Trägerbandbreite:8 mm.
• Rollendurchmesser:7 Zoll.
• Stückzahl pro Rolle:2000 Stück.

7.2 Etiketteninformationen

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

• CPN:Kundenspezifische Teilenummer (vom Käufer vergeben).
• P/N:Hersteller-Teilenummer (23-21/R6C-AM1N2AY/2A).
• QTY:Packungsmenge (2000).
• CAT:Lichtstärke-Klasse (z.B. M1, N2).
• HUE:Farbortkoordinaten & Dominante Wellenlängen-Klasse (z.B. E5, E6).
• REF:Flussspannungs-Klasse (z.B. 00, 1).
• LOT No:Fertigungslosnummer für die Rückverfolgbarkeit.

8. Anwendungsvorschläge und Designüberlegungen

8.1 Typische Anwendungsszenarien

• Automobil-Innenraum:Hintergrundbeleuchtung für Armaturenbrettinstrumente, Schalter und Bedienfelder.
• Telekommunikationsgeräte:Statusanzeigen und Tastatur-Hintergrundbeleuchtung in Telefonen, Faxgeräten und Netzwerkhardware.
• Konsumelektronik:Flache Hintergrundbeleuchtung für kleine LCD-Displays, Hintergrundbeleuchtung für Folientastaturen und Symbole auf Fernbedienungen, Haushaltsgeräten und Audiogeräten.
• Allgemeine Anzeige:Netzstatus, Betriebsmodus-Anzeige und Warnsignale in einer Vielzahl elektronischer Geräte.

8.2 Kritische Designaspekte

1. Stromtreiberschaltung:Immer einen Vorwiderstand verwenden. Berechnen Sie den Widerstandswert mit R = (V_versorgung- V_F) / I_F. Verwenden Sie die maximale V_Faus dem Bin (z.B. 2,15V), um sicherzustellen, dass der Strom selbst bei der LED mit der höchsten Spannung den gewünschten Wert nicht überschreitet.
2. Thermisches Management:Obwohl die Leistung gering ist, berücksichtigen Sie die Auswirkungen der Umgebungstemperatur und benachbarter wärmeerzeugender Komponenten. Für konstante Helligkeit vermeiden Sie den Betrieb mit dem absoluten Maximalstrom (25mA) in Hochtemperaturumgebungen (>70°C).
3. Visuelle Konsistenz:Für Anwendungen mit mehreren gemeinsam sichtbaren LEDs, spezifizieren Sie enge Bins sowohl für die Lichtstärke (CAT) als auch für die dominante Wellenlänge (HUE), um ein einheitliches Erscheinungsbild zu gewährleisten.
4. Leiterplattenlayout:Folgen Sie dem empfohlenen Lötflächenbild. Stellen Sie sicher, dass die Polarisationsmarkierung auf dem Leiterplatten-Schriftbild mit dem Polarisationsindikator der LED übereinstimmt. Sorgen Sie für ausreichenden Abstand zwischen der LED und anderen Komponenten.
5. ESD-Schutz:Implementieren Sie grundlegenden ESD-Schutz auf Eingangsleitungen, wenn die LED direkt Benutzerschnittstellen ausgesetzt ist, oder stellen Sie sicher, dass die Montage in einer ESD-kontrollierten Umgebung durchgeführt wird.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die 23-21 SMD LED unterscheidet sich hauptsächlich durch die Kombination eines sehr kleinen Formfaktors und einer klar definierten Leistungsspezifikation mit einem umfassenden Binning-System.

vs. Größere SMD LEDs (z.B. 3528, 5050):Die 23-21 bietet einen deutlich kleineren Platzbedarf und eine geringere Bauhöhe, was dichtere Leiterplattenlayouts und dünnere Endprodukte ermöglicht. Sie tauscht maximale Lichtleistung (Lumen) gegen Miniaturisierung ein, was sie ideal für Indikator-Anwendungen anstelle von Flächenbeleuchtung macht.

vs. Chip-LEDs (ohne Gehäuse):Die 23-21 bietet ein robustes, handhabbares Gehäuse mit integrierter Optik (für den 130° Abstrahlwinkel) und lötbaren Anschlüssen, was die Montage im Vergleich zu nackten Chips, die spezielle Montage und Drahtbonding erfordern, vereinfacht.

vs. Durchsteck-LEDs:Die Hauptvorteile sind die Kompatibilität mit der automatischen Bestückung, der reduzierte Leiterplattenplatz und das Fehlen von Anschlussdrähten, die gebogen und abgeschnitten werden müssen. Dies führt zu niedrigeren Montagekosten und höherer Zuverlässigkeit in der Großserienproduktion.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F1: Kann ich diese LED direkt von einer 3,3V- oder 5V-Logikversorgung betreiben?
A: Nein. Sie müssen immer einen Vorwiderstand zur Strombegrenzung verwenden. Für eine 3,3V-Versorgung und einen Zielstrom von 5mA, mit einer maximalen V_Fvon 2,15V, beträgt der Mindestwiderstandswert R = (3,3V - 2,15V) / 0,005A = 230Ω. Ein Standard-240Ω- oder 270Ω-Widerstand wäre geeignet.

F2: Warum gibt es eine so große Spanne bei der Lichtstärke (18 bis 45 mcd)?
A: Dies spiegelt die natürliche Variation in der Halbleiterfertigung wider. Das Binning-System (M1, M2, N1, N2) ermöglicht es Ihnen, einen Mindesthelligkeitsgrad für Ihr Design auszuwählen. Wenn Ihre Schaltung mindestens 25 mcd benötigt, würden Sie Bin N1 oder N2 spezifizieren.

F3: Ist diese LED für den Außeneinsatz geeignet?
A: Der Betriebstemperaturbereich (-40°C bis +85°C) deutet darauf hin, dass sie einem breiten Spektrum an Umgebungsbedingungen standhalten kann. Langzeitbelastung durch direkte Sonneneinstrahlung, Feuchtigkeit und UV-Strahlung wird jedoch im Datenblatt nicht abgedeckt. Für den Außeneinsatz sollten Sie eine zusätzliche Schutzlackierung auf der Leiterplatte in Betracht ziehen und die UV-Stabilität des Harzmaterials überprüfen, falls nicht spezifiziert.

F4: Was bedeutet wahrscheinlich das "R6C" in der Teilenummer?
A: Obwohl hier nicht explizit definiert, steht "R" in gängigen LED-Teilenummern oft für die Farbe Rot, "6" kann sich auf das dominante Wellenlängen-Bin oder Farbcode beziehen, und "C" könnte auf ein wasserklares Harz hinweisen (wie im Geräteauswahlleitfaden vermerkt).

LED-Spezifikations-Terminologie

Vollständige Erklärung der LED-Technikbegriffe