SMD LED Amber 120-Grad Betrachtungswinkel - AlInGaP-Technologie - 2,05-2,5V @ 50mA - 175mW Verlustleistung - Datenblatt DE

1. Produktübersicht

Dieses Dokument erläutert die Spezifikationen einer hochhellen, oberflächenmontierbaren (SMD) LED, die Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP)-Technologie zur Erzeugung von bernsteinfarbenem Licht nutzt. Das Bauteil ist für automatisierte Leiterplattenbestückungsprozesse konzipiert und eignet sich für platzbeschränkte Anwendungen. Es verfügt über eine diffundierende Linse, die zu seinem weiten Betrachtungswinkel von 120 Grad beiträgt, was es ideal für Anwendungen macht, die eine breite Ausleuchtung oder Sichtbarkeit aus mehreren Winkeln erfordern.

Die LED ist gemäß AEC-Q101-Standards qualifiziert und somit unter anderem für den Einsatz in Automotive-Zubehöranwendungen geeignet. Ihr Aufbau und ihre Materialien entsprechen den ROHS-Richtlinien. Das Bauteil wird in industrieüblicher Verpackung auf 8-mm-Trägerband geliefert, das auf 7-Zoll-Spulen (178 mm) aufgewickelt ist, was eine Hochgeschwindigkeits-Pick-and-Place-Bestückung ermöglicht.

2. Detaillierte technische Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Das Bauteil ist für den Betrieb innerhalb spezifischer Umgebungs- und elektrischer Grenzwerte ausgelegt, um Zuverlässigkeit zu gewährleisten und Schäden zu vermeiden. Die absoluten Maximalwerte sind bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C spezifiziert.

• Verlustleistung (Pd):175 mW. Dies ist die maximale Leistung, die das Bauteil als Wärme abführen kann, ohne seine thermischen Grenzwerte zu überschreiten.
• DC-Durchlassstrom (IF):70 mA. Der maximal zulässige kontinuierliche Durchlassstrom.
• Spitzen-Durchlassstrom:100 mA. Dieser ist nur unter gepulsten Bedingungen zulässig (1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Pulsbreite) und darf nicht überschritten werden.
• Betriebstemperaturbereich:-40°C bis +100°C. Der Umgebungstemperaturbereich, für den das Bauteil ausgelegt ist.
• Lagertemperaturbereich:-40°C bis +100°C. Der Temperaturbereich für die Lagerung im nicht betriebsbereiten Zustand.

2.2 Thermische Eigenschaften

Ein effektives Wärmemanagement ist entscheidend für die Leistung und Lebensdauer der LED. Die Wärmewiderstandswerte geben an, wie leicht Wärme vom Halbleiterübergang zur Umgebung oder zum Lötpunkt abgeführt werden kann.

• Wärmewiderstand, Übergang zu Umgebung (RθJA):280 °C/W (typisch). Gemessen auf einem FR4-Substrat (1,6 mm dick) mit einer 16 mm² großen Kupferfläche. Ein niedrigerer Wert deutet auf eine bessere Wärmeableitung hin.
• Wärmewiderstand, Übergang zu Lötpunkt (RθJS):130 °C/W (typisch). Dies ist oft die relevantere Kenngröße für das thermische Design auf Leiterplattenebene.
• Maximale Sperrschichttemperatur (Tj):125 °C. Die Temperatur am Halbleiterübergang darf diesen Grenzwert nicht überschreiten.

Konstrukteure müssen die zu erwartende Sperrschichttemperatur berechnen (Tj = Ta + (Pd * RθJA)), um sicherzustellen, dass sie unter den ungünstigsten Betriebsbedingungen unter 125°C bleibt.

2.3 Elektro-optische Kenngrößen

Diese Parameter definieren die Lichtausgabe und das elektrische Verhalten der LED unter Standardtestbedingungen (Ta=25°C, IF=50mA).

• Lichtstärke (Iv):2240 - 4500 mcd (Millicandela). Dies ist die wahrgenommene Helligkeit, gemessen durch einen Sensor, der auf die photopische Reaktion des menschlichen Auges (CIE-Kurve) abgestimmt ist. Die große Spanne wird durch ein Binning-System verwaltet.
• Betrachtungswinkel (2θ½):120 Grad (typisch). Definiert als der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte ihres Wertes auf der Achse (0°) abfällt.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λP):621 nm (typisch). Die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsverteilung am höchsten ist.
• Dominante Wellenlänge (λd):612 - 621 nm. Diese einzelne Wellenlänge repräsentiert am besten die wahrgenommene Farbe der LED, abgeleitet aus ihren Farbortkoordinaten. Die Toleranz beträgt ±1 nm.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):20 nm (typisch). Die spektrale Bandbreite, gemessen bei der halben maximalen Intensität; sie gibt die Farbreinheit an.
• Durchlassspannung (VF):2,05 - 2,5 V bei 50mA. Der Spannungsabfall über der LED im leitenden Zustand. Die Toleranz beträgt ±0,1 V.
• Sperrstrom (IR):10 μA (maximal) bei VR=10V. Das Bauteil ist nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt; dieser Parameter dient nur Testzwecken.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um Konsistenz in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs anhand wichtiger Parameter in Bins sortiert. Das Chargenetikett gibt die spezifischen Bin-Codes für Durchlassspannung (Vf), Lichtstärke (Iv) und dominante Wellenlänge (Wd) an.

3.1 Binning der Durchlassspannung (Vf)

Bei IF=50mA gebinnt, um das Design der Stromregelschaltung zu unterstützen.

• Bin D:2,05V - 2,20V
• Bin E:2,20V - 2,35V
• Bin F:2,35V - 2,50V

Die Toleranz innerhalb jedes Bins beträgt ±0,1V.

3.2 Binning der Lichtstärke (Iv)

Bei IF=50mA gebinnt, um Helligkeitsschwankungen zu kontrollieren.

• Bin X2:2240 mcd - 2800 mcd
• Bin Y1:2800 mcd - 3550 mcd
• Bin Y2:3550 mcd - 4500 mcd

Die Toleranz innerhalb jedes Bins beträgt ±11%.

3.3 Binning der dominanten Wellenlänge (Wd)

Bei IF=50mA gebinnt, um Farbkonsistenz sicherzustellen.

• Bin 3:612 nm - 615 nm
• Bin 4:615 nm - 618 nm
• Bin 5:618 nm - 621 nm

Die Toleranz innerhalb jedes Bins beträgt ±1 nm.

4. Analyse der Kennlinien

Während der bereitgestellte Auszug typische Kurven erwähnt, wird das Standard-LED-Verhalten durch mehrere wichtige Zusammenhänge charakterisiert.

4.1 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kennlinie)

Die I-V-Kennlinie einer AlInGaP-LED ist exponentiell, ähnlich einer Standarddiode. Beim typischen Betriebsstrom von 50 mA liegt die Durchlassspannung im spezifizierten Bereich von 2,05 V bis 2,5 V. Konstrukteure sollten einen strombegrenzenden Widerstand oder eine Konstantstromquelle verwenden, um einen stabilen Betrieb zu gewährleisten und thermisches Durchgehen zu verhindern, da die Durchlassspannung von LEDs mit steigender Temperatur abnimmt.

4.2 Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Die Lichtausgabe (Lichtstärke) ist über einen signifikanten Bereich annähernd proportional zum Durchlassstrom. Ein Betrieb über dem empfohlenen DC-Strom (70 mA) erhöht die Lichtausgabe, erzeugt aber auch mehr Wärme, was möglicherweise den Wirkungsgrad (Lichtausbeute) verringert und die Lebensdauer des Bauteils aufgrund beschleunigter thermischer Degradation verkürzt.

4.3 Temperaturabhängigkeit

Die LED-Leistung ist stark temperaturabhängig. Mit steigender Sperrschichttemperatur:

• Lichtausgabe nimmt ab:Die Lichtausgabe sinkt typischerweise. Der genaue Koeffizient variiert, ist aber ein kritischer Faktor für hochzuverlässige Anwendungen.
• Durchlassspannung nimmt ab:Dies kann bei Ansteuerung durch eine Spannungsquelle zu einem erhöhten Strom führen und eine positive Rückkopplungsschleife für die Wärmeerzeugung erzeugen.
• Dominante Wellenlänge verschiebt sich:Bei AlInGaP-LEDs verschiebt sich die Wellenlänge im Allgemeinen leicht mit der Temperatur, was die Farbwahrnehmung in Anwendungen mit engen Toleranzen beeinflussen kann.

Effektive Wärmesenken und thermisches Design auf der Leiterplatte sind daher unerlässlich, um eine konsistente optische Leistung aufrechtzuerhalten.

4.4 Räumliche Verteilung (Betrachtungswinkel)

Das räumliche Abstrahlverhalten wird durch die LED-Chip-Architektur und die diffundierende Linse definiert. Der 120-Grad-Betrachtungswinkel (2θ½) deutet auf eine sehr breite, lambertähnliche Verteilung hin. Dieses Muster ist ideal für Anwendungen, die eine gleichmäßige, großflächige Ausleuchtung oder Indikatoren erfordern, die aus einem breiten Winkelbereich sichtbar sein müssen, wie z. B. Panel-Lichter oder Statusanzeigen.

5. Mechanische & Verpackungsinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die LED entspricht einem EIA-Standard-SMD-Gehäuse. Alle kritischen Abmessungen für das Leiterplatten-Layout, wie Pad-Abstände, Bauteilhöhe und Linsengröße, sind in der detaillierten Gehäusezeichnung angegeben, mit einer allgemeinen Toleranz von ±0,2 mm, sofern nicht anders angegeben. Diese Standardisierung gewährleistet die Kompatibilität mit automatisierten Bestückungsgeräten.

5.2 Empfohlenes Leiterplatten-Pad-Design

Ein Land Pattern (Footprint) wird sowohl für Infrarot- als auch für Dampfphasen-Reflow-Lötprozesse bereitgestellt. Die Einhaltung dieser empfohlenen Pad-Geometrie ist entscheidend für zuverlässige Lötstellen, eine korrekte Selbstausrichtung während des Reflow und eine effektive Wärmeableitung vom thermischen Pad der LED (falls vorhanden) zur Leiterplatte.

5.3 Polaritätskennzeichnung

SMD-LEDs haben typischerweise eine Markierung auf dem Gehäuse, die die Kathodenseite (negativ) anzeigt. Dies ist oft eine grüne Markierung, eine Kerbe oder eine abgeschrägte Ecke an der Linse oder dem Gehäusekörper. Die korrekte Polarisierungsausrichtung während der Platzierung ist für die Funktion des Bauteils unerlässlich.

6. Löt- & Bestückungsrichtlinien

6.1 IR-Reflow-Lötprofil

Das Bauteil ist mit Infrarot (IR)-Reflow-Lötprozessen unter Verwendung von bleifreiem Lot kompatibel. Das empfohlene Profil entspricht den J-STD-020-Standards. Zu den wichtigsten Parametern gehören:

• Vorwärmen:Maximal 150-200°C.
• Vorwärmzeit:Maximal 120 Sekunden.
• Spitzentemperatur:Maximal 260°C.
• Zeit über Liquidus:Hält sich an Profilgrenzen, um eine ordnungsgemäße Lötstellenbildung zu gewährleisten, ohne die LED übermäßiger thermischer Belastung auszusetzen.

Die LED sollte maximal zwei Reflow-Zyklen unterzogen werden.

6.2 Handlöten

Falls Handlöten erforderlich ist, ist äußerste Vorsicht geboten:

• Lötkolbentemperatur:Maximal 300°C.
• Lötzeit:Maximal 3 Sekunden pro Anschluss.
• Grenzwert:Es ist nur ein Handlötzyklus zulässig, um thermische Schäden am Kunststoffgehäuse und den internen Bonddrähten zu verhindern.

6.3 Reinigung

Die Reinigung nach der Bestückung muss sorgfältig durchgeführt werden. Es sollten nur spezifizierte alkoholbasierte Lösungsmittel wie Ethylalkohol oder Isopropylalkohol verwendet werden. Die LED sollte bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute eingetaucht werden. Aggressive oder nicht spezifizierte Chemikalien können die Epoxidlinse und das Gehäusematerial beschädigen, was zu Verfärbungen oder Rissen führt.

7. Lagerung & Handhabungshinweise

7.1 Feuchtigkeitsempfindlichkeit

Dieses Produkt ist gemäß JEDEC J-STD-020 als Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe (MSL) 2a klassifiziert. Dies bedeutet, dass das Gehäuse bis zu 4 Wochen lang Fabrikbedingungen (≤30°C/60% rF) ausgesetzt werden kann, bevor vor dem Reflow ein Ausheizen erforderlich ist.

• Verschweißter Beutel:Lagern bei ≤30°C und ≤70% rF. Innerhalb eines Jahres nach dem Versiegelungsdatum verwenden.
• Geöffneter Beutel:Lagern bei ≤30°C und ≤60% rF. IR-Reflow innerhalb von 4 Wochen nach dem Öffnen abschließen.
• Längere Lagerung (außerhalb des Beutels):In einem verschlossenen Behälter mit Trockenmittel oder in einem Stickstoff-Exsikkator lagern.
• Ausheizen:Bei einer Exposition von mehr als 4 Wochen vor dem Löten bei etwa 60°C für mindestens 48 Stunden ausheizen, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und "Popcorning" während des Reflow zu verhindern.

7.2 Anwendungshinweise

Diese LED ist für elektronische Geräte allgemeiner Zweckbestimmung ausgelegt. Für Anwendungen, die außergewöhnliche Zuverlässigkeit erfordern, bei denen ein Ausfall die Sicherheit gefährden könnte (z. B. Luftfahrt, Medizin, kritische Transportsysteme), ist eine spezielle technische Beratung zwingend erforderlich, um die Eignung und potenzielle Derating-Anforderungen zu bewerten.

8. Verpackungs- & Bestellinformationen

8.1 Trägerband- und Spulenspezifikationen

Das Bauteil wird in geprägter Trägerbandverpackung mit einer Schutzdeckfolie geliefert, aufgewickelt auf Spulen mit einem Durchmesser von 7 Zoll (178 mm). Die Standardspulenmenge beträgt 2000 Stück pro Spule. Die Verpackung entspricht den ANSI/EIA-481-Spezifikationen, um die Kompatibilität mit automatischen Zuführern zu gewährleisten. Die Bandabmessungen (Taschengröße, Teilung usw.) werden für die Zuführereinrichtung bereitgestellt.

9. Anwendungsvorschläge

9.1 Typische Anwendungsszenarien

• Automotive-Zubehör:Innenraum-Ambientebeleuchtung, Armaturenbrett-Hintergrundbeleuchtung, Schalterbeleuchtung und nicht-kritische Statusanzeigen.
• Unterhaltungselektronik:Statusanzeigen für Router, Modems, Drucker und Audio-/Video-Geräte.
• Tragbare Geräte:Strom-/Batteriestatusanzeigen in Geräten, bei denen Platz knapp ist.
• Allgemeine Signalisierung:Panel-Lichter, Notausgangsschilder und dekorative Beleuchtung, bei denen bernsteinfarbenes Licht und ein weiter Betrachtungswinkel vorteilhaft sind.

9.2 Designüberlegungen

• Stromansteuerung:Immer eine Konstantstromquelle oder einen strombegrenzenden Widerstand in Reihe mit der LED verwenden. Den Widerstandswert mit R = (Versorgungsspannung - VF) / IF berechnen, wobei VF für ein konservatives Design aus dem Maximalwert seines Bins gewählt werden sollte.
• Thermisches Management:Für Dauerbetrieb bei oder nahe dem Maximalstrom ausreichend Kupferfläche auf der Leiterplante bereitstellen, die mit dem thermischen Pad der LED (falls vorhanden) oder benachbarten Pads verbunden ist, um als Wärmesenke zu dienen. Berechnungen der Sperrschichttemperatur überwachen.
• ESD-Schutz:Obwohl nicht ausdrücklich als empfindlich angegeben, ist die Implementierung grundlegender ESD-Vorsichtsmaßnahmen während der Handhabung und Bestückung für alle Halbleiterbauteile eine gute Praxis.

10. Technologieeinführung & Trends

10.1 Funktionsprinzip der AlInGaP-Technologie

Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP) ist ein III-V-Halbleitermaterial, das hauptsächlich zur Herstellung hocheffizienter LEDs im roten, orangen, bernsteinfarbenen und gelben Wellenlängenbereich (ca. 590-650 nm) verwendet wird. Durch Anpassung der Verhältnisse von Aluminium, Indium und Gallium im aktiven Quantentopfbereich kann die Bandlücke des Materials präzise eingestellt werden, was direkt die Spitzenwellenlänge des emittierten Lichts bestimmt. AlInGaP-LEDs sind für ihre hohe Lichtausbeute und gute Temperaturstabilität im Vergleich zu älteren Technologien wie Galliumarsenidphosphid (GaAsP) bekannt. Die diffundierende Linse besteht typischerweise aus Epoxid oder Silikon und enthält Streupartikel, um den Strahlungswinkel zu vergrößern und das Erscheinungsbild der Lichtquelle zu mildern.

10.2 Entwicklungstrends

Der allgemeine Trend in der SMD-LED-Technologie geht hin zu höherer Effizienz (mehr Lumen pro Watt), erhöhter Leistungsdichte, verbesserter Farbkonsistenz durch engeres Binning und gesteigerter Zuverlässigkeit unter rauen Bedingungen (höhere Temperatur, Feuchtigkeit). Für bernsteinfarbene LEDs gibt es laufende Forschung zu alternativen Materialien wie phosphorkonvertierten blauen LEDs, um spezifische Bernsteintöne zu erreichen, obwohl direkt emittierendes AlInGaP aufgrund seiner Effizienz für reine Spektralfarben dominant bleibt. Verpackungstrends umfassen kleinere Bauformen, verbesserte Wärmepfade und Linsen, die für spezifische Strahlprofile ausgelegt sind. Der Bedarf für Automotive-Innen- und -Außenbeleuchtung sowie allgemeine Indikatoranwendungen treibt weiterhin die Entwicklung von Bauteilen voran, die strenge Qualitätsstandards wie AEC-Q101 erfüllen.