SMD LED 0201 Blau Datenblatt - Abmessungen 0,6x0,3x0,25mm - Spannung 2,8-3,8V - Leistung 80mW - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt die Spezifikationen einer Miniatur-Oberflächenmontage-Leuchtdiode (SMD-LED) im 0201-Gehäuseformat. Diese Komponente ist für die automatisierte Leiterplattenbestückung (PCB) konzipiert und ideal für platzbeschränkte Anwendungen. Die LED emittiert blaues Licht unter Verwendung eines InGaN-Halbleitermaterials (Indiumgalliumnitrid) und verfügt über eine wasserklare Linse für eine optimale Lichtausbeute.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die primären Vorteile dieser LED sind ihr extrem kompakter Bauraum, die Kompatibilität mit Hochvolumen-Automatikbestückungsanlagen und die Eignung für bleifreie Infrarot-Reflow-Lötprozesse. Sie ist für die RoHS-Konformität (Beschränkung gefährlicher Stoffe) ausgelegt. Ihre Zielanwendungen umfassen ein breites Spektrum an Konsum- und Industrielektronik, darunter, aber nicht beschränkt auf, Statusanzeigen, Hintergrundbeleuchtung für Frontplatten und Tastaturen, Signalleuchten in Telekommunikationsgeräten, Büroautomationsgeräte, Haushaltsgeräte und Indoor-Beschilderung. Die Miniaturgröße macht sie besonders wertvoll in tragbaren Geräten wie Smartphones, Tablets und Wearable-Technologie.

2. Technische Parameter: Detaillierte objektive Interpretation

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte Aufschlüsselung der Betriebsgrenzen und Leistungsmerkmale der LED unter Standardtestbedingungen.

2.1 Absolute Maximalwerte

Die absoluten Maximalwerte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Diese Werte gelten bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C. Der maximale Dauer-DC-Vorwärtsstrom (IF) beträgt 20 mA. Ein höherer Spitzen-Vorwärtsstrom von 100 mA ist zulässig, jedoch nur unter gepulsten Bedingungen mit einem Tastverhältnis von 1/10 und einer Pulsbreite von 0,1 ms. Die maximale Verlustleistung beträgt 80 mW. Das Bauteil ist für den Betrieb in einem Temperaturbereich von -40°C bis +85°C ausgelegt und kann in Umgebungen von -40°C bis +100°C gelagert werden.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Die elektro-optischen Eigenschaften werden bei Ta=25°C und einem Vorwärtsstrom (IF) von 20 mA gemessen, sofern nicht anders angegeben. Die Lichtstärke (Iv) liegt typischerweise im Bereich von 90,0 mcd bis 224,0 mcd, gemessen mit einem Sensor, der auf die CIE-Photopik-Augenempfindlichkeitskurve abgestimmt ist. Der Abstrahlwinkel (2θ1/2), definiert als der volle Winkel, bei dem die Intensität auf die Hälfte ihres axialen Wertes abfällt, beträgt typischerweise 110 Grad, was auf ein breites Abstrahlverhalten hinweist. Die Spitzen-Emissionswellenlänge (λp) liegt bei 468 nm. Die dominante Wellenlänge (λd), die die wahrgenommene Farbe definiert, reicht von 465 nm bis 475 nm. Die spektrale Bandbreite (Δλ) beträgt etwa 25 nm. Die zum Betrieb der LED mit 20 mA erforderliche Vorwärtsspannung (VF) liegt typischerweise zwischen 2,8 V und 3,8 V. Der Sperrstrom (IR) ist mit maximal 10 μA bei einer Sperrspannung (VR) von 5V spezifiziert; es ist kritisch zu beachten, dass das Bauteil nicht für den Betrieb unter Sperrspannung ausgelegt ist.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um die Konsistenz in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs anhand wichtiger Parameter in Bins sortiert. Dies ermöglicht es Entwicklern, Bauteile auszuwählen, die spezifische Anforderungen an Farbe, Helligkeit und elektrisches Verhalten erfüllen.

3.1 Vorwärtsspannungs-Binning (VF)

LEDs werden in fünf Spannungsbins (D7 bis D11) kategorisiert. Jedes Bin repräsentiert einen Bereich von 0,2 V, beginnend bei 2,8-3,0 V (D7) bis zu 3,6-3,8 V (D11). Die Toleranz innerhalb jedes Bins beträgt ±0,10 V. Dieses Binning hilft bei der Auslegung stabiler Konstantstromtreiberschaltungen, insbesondere wenn mehrere LEDs in Reihe geschaltet sind.

3.2 Lichtstärke-Binning (IV)

Die Lichtausbeute wird in vier Intensitätsbins sortiert: Q2 (90,0-112,0 mcd), R1 (112,0-140,0 mcd), R2 (140,0-180,0 mcd) und S1 (180,0-224,0 mcd). Die Toleranz für jedes Intensitätsbin beträgt ±11%. Dies ermöglicht eine Auswahl basierend auf den Helligkeitsanforderungen der Anwendung und gewährleistet visuelle Konsistenz in Multi-LED-Arrays.

3.3 Dominante-Wellenlängen-Binning (WD)

Die Farbe (dominante Wellenlänge) wird durch zwei Bins kontrolliert: AC (465,0-470,0 nm) und AD (470,0-475,0 nm). Die Toleranz für jedes Wellenlängenbin beträgt ±1 nm. Diese enge Kontrolle ist für Anwendungen, die spezifische Farbpunkte oder Farbmischung erfordern, unerlässlich.

4. Analyse der Kennlinien

Während spezifische grafische Kennlinien im Datenblatt referenziert werden (z.B. Abbildung 1 für die spektrale Verteilung, Abbildung 5 für den Abstrahlwinkel), werden hier deren typische Implikationen analysiert. Die Vorwärtsstrom-Vorwärtsspannungs-Kennlinie (I-V) zeigt die für eine Diode typische exponentielle Beziehung. Die Lichtstärke ist innerhalb des spezifizierten Betriebsbereichs im Allgemeinen proportional zum Vorwärtsstrom. Die Spitzen-Emissionswellenlänge kann mit steigender Sperrschichttemperatur eine leichte negative Verschiebung aufweisen, was bedeutet, dass das blaue Licht bei Erwärmung des Bauteils eine sehr leicht kürzere Wellenlänge haben kann. Die breite 110-Grad-Abstrahlwinkel-Kurve deutet auf ein nahezu lambertisches Abstrahlverhalten hin und bietet gute Sichtbarkeit außerhalb der Achse.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die LED entspricht dem EIA-Standard 0201-Gehäuseumriss. Wichtige Abmessungen sind eine typische Bauteillänge von 0,6 mm, eine Breite von 0,3 mm und eine Höhe von 0,25 mm. Alle Maßtoleranzen betragen ±0,2 mm, sofern nicht anders angegeben. Das Gehäuse verfügt über zwei Anoden-/Kathodenanschlüsse für die Oberflächenmontage.

5.2 Empfohlene Lötfläche (Pad) auf der Leiterplatte

Ein Lötflächenlayout (Land Pattern) für zuverlässiges Löten wird bereitgestellt. Das empfohlene Pad-Layout ist für Infrarot- oder Dampfphasen-Reflow-Prozesse optimiert und gewährleistet eine korrekte Lötnahtbildung und mechanische Stabilität. Die Einhaltung dieses Layouts ist entscheidend, um "Tombstoning" (Aufrichten der Komponente auf einer Seite) während des Reflow-Lötens zu verhindern, insbesondere bei einem so kleinen Bauteil.

5.3 Polaritätskennzeichnung

Die Polarität muss während der Montage beachtet werden. Das Datenblatt sollte für die spezifische Markierung oder interne Chipstruktur, die die Kathode identifiziert, konsultiert werden. Eine falsche Polung verhindert das Leuchten der LED, und das Anlegen einer Sperrspannung jenseits des Maximalwerts kann das Bauteil beschädigen.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 IR-Reflow-Lötprofil

Ein empfohlenes Reflow-Profil, das mit J-STD-020B für bleifreie Prozesse konform ist, wird bereitgestellt. Wichtige Parameter umfassen eine Vorwärmzone (typischerweise 150-200°C für bis zu 120 Sekunden), einen kontrollierten Anstieg auf eine Spitzentemperatur von maximal 260°C und eine Zeit oberhalb der Liquidustemperatur (TAL), die für die verwendete Lotpaste geeignet ist. Die Gesamtzeit bei Spitzentemperatur sollte auf maximal 10 Sekunden begrenzt sein. Es wird betont, dass das optimale Profil vom spezifischen Leiterplattendesign, der Lotpaste und dem Ofen abhängt, daher wird eine Leiterplatten-Charakterisierung empfohlen.

6.2 Handlötung

Falls Handlötung notwendig ist, ist äußerste Vorsicht geboten. Die Temperatur der Lötspitze sollte 300°C nicht überschreiten, und die Kontaktzeit mit dem LED-Anschluss sollte auf maximal 3 Sekunden für einen einzelnen Lötvorgang begrenzt sein. Übermäßige Hitze kann den Halbleiterchip oder das Kunststoffgehäuse beschädigen.

6.3 Lager- und Handhabungsbedingungen

Die LEDs sind feuchtigkeitsempfindlich. Bei Lagerung in der original versiegelten Feuchtigkeitsschutztüte mit Trockenmittel sollten sie bei ≤30°C und ≤70% relativer Luftfeuchtigkeit (RH) aufbewahrt und innerhalb eines Jahres verwendet werden. Nach dem Öffnen der Tüte beträgt die "Floor Life" 168 Stunden (7 Tage) unter Bedingungen von ≤30°C und ≤60% RH. Bauteile, die länger dieser Zeit ausgesetzt sind, erfordern einen Trocknungsprozess (Backen, etwa 60°C für mindestens 48 Stunden), um aufgenommene Feuchtigkeit vor dem Reflow zu entfernen, um "Popcorning" oder Gehäuserisse während des Lötens zu verhindern.

6.4 Reinigung

Falls eine Reinigung nach dem Löten erforderlich ist, sollten nur spezifizierte Lösungsmittel verwendet werden. Das Eintauchen der LED in Ethylalkohol oder Isopropylalkohol bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute ist akzeptabel. Die Verwendung nicht spezifizierter oder aggressiver Chemikalien kann das Gehäusematerial, die Linse oder interne Verbindungen beschädigen.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Band- und Spulenspezifikationen

Die LEDs werden verpackt für die automatisierte Montage geliefert. Sie sind in 12 mm breite, geprägte Trägerbänder eingebettet. Dieses Band wird auf eine Standardspule mit 7 Zoll (178 mm) Durchmesser aufgewickelt. Jede volle Spule enthält 4000 Stück. Für Mengen unter einer vollen Spule ist eine Mindestpackungsmenge von 500 Stück verfügbar. Die Verpackung entspricht den ANSI/EIA-481-Spezifikationen.

7.2 Interpretation der Artikelnummer

Die Artikelnummer kodiert typischerweise Schlüsselattribute. Während die vollständige Namenskonvention proprietär sein kann, beinhaltet sie im Allgemeinen die Gehäusegröße (0201), die Farbe (Blau, angezeigt durch "B") und möglicherweise die Leistungs-Bin-Codes. Das genaue Produkt wird durch die vollständige Artikelnummer identifiziert, wie im Datenblattkopf aufgeführt.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsschaltungen

Die LED muss für einen stabilen und zuverlässigen Betrieb mit einer Konstantstromquelle und nicht mit einer Konstantspannung betrieben werden. Ein einfacher Vorwiderstand ist die gebräuchlichste Strombegrenzungsmethode. Der Widerstandswert (R) wird berechnet als R = (Vversorgung - VF) / IF, wobei VF die Vorwärtsspannung aus dem Datenblatt ist (für ein konservatives Design wird der Maximalwert verwendet) und IF der gewünschte Vorwärtsstrom (z.B. 20 mA) ist. Beispiel: Bei einer 5V-Versorgung und einem VF von 3,8V ist R = (5 - 3,8) / 0,02 = 60 Ω. Ein 62 Ω oder 68 Ω Standardwiderstand wäre geeignet. Für Präzisions- oder batteriebetriebene Anwendungen werden dedizierte LED-Treiber-ICs empfohlen.

8.2 Designüberlegungen und Hinweise

Thermisches Management:Obwohl die Verlustleistung gering ist (max. 80 mW), hilft eine ausreichende Kupferfläche auf der Leiterplatte um die Pads herum bei der Wärmeableitung, was die LED-Effizienz und -Lebensdauer erhält, insbesondere in Umgebungen mit hoher Umgebungstemperatur.
ESD-Schutz:Wie alle Halbleiterbauelemente sind LEDs empfindlich gegenüber elektrostatischer Entladung (ESD). Während der Montage sollten geeignete ESD-Handhabungsverfahren befolgt werden.
Optisches Design:Die wasserklare Linse bietet eine helle Punktlichtquelle. Für diffuses oder geformtes Licht können externe Lichtleiter, Diffusoren oder Linsen in das Produktgehäuse integriert werden.
Stromreduzierung (Derating):Der Betrieb der LED mit Strömen unterhalb des Maximalwerts (z.B. 15 mA statt 20 mA) kann ihre Betriebslebensdauer erheblich verbessern und die thermische Belastung reduzieren.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Das 0201-Gehäuse repräsentiert einen der kleinsten kommerziell erhältlichen SMD-LED-Bauräume und bietet einen erheblichen Größenvorteil gegenüber 0402- oder 0603-Gehäusen für ultraminiaturisierte Designs. Die Verwendung von InGaN-Technologie ermöglicht eine hocheffiziente blaue Lichtemission. Die Kombination aus einem breiten 110-Grad-Abstrahlwinkel und einer klaren Linse unterscheidet sie von Varianten mit engerem Winkel oder diffuser Linse und macht sie für Anwendungen geeignet, die eine breite Sichtbarkeit erfordern. Ihre Kompatibilität mit Standard-bleifreien Reflow-Profilen macht sie mit modernen, RoHS-konformen Fertigungsprozessen kompatibel.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Kann ich diese LED mit einer 3,3V-Versorgung betreiben?
A: Ja, aber ein sorgfältiges Design ist erforderlich. Da die Vorwärtsspannung (2,8-3,8V) nahe der Versorgungsspannung liegt, wird der Wert des Strombegrenzungswiderstands sehr klein sein, was den Strom stark von Schwankungen in VF und Vversorgung abhängig macht. Für einen stabilen Betrieb von einer 3,3V-Schiene wird ein spezieller Low-Dropout-Konstantstromtreiber empfohlen.
F: Was ist der Unterschied zwischen Spitzenwellenlänge und dominanter Wellenlänge?
A: Die Spitzenwellenlänge (λp) ist die Wellenlänge am höchsten Punkt in der spektralen Ausgangskurve der LED. Die dominante Wellenlänge (λd) ist ein berechneter Wert, der die einzelne Wellenlänge eines reinen monochromatischen Lichts repräsentiert, das für das menschliche Auge die gleiche Farbe hätte. λd ist relevanter für die Farbwahrnehmung und -abstimmung.
F: Warum gibt es eine Sperrstromspezifikation, wenn das Bauteil nicht für den Sperrbetrieb ausgelegt ist?
A: Der Sperrstrom (IR) ist eine Leckstromspezifikation, die unter einer kontrollierten 5V-Sperrspannung getestet wird. Es handelt sich um einen Qualitäts- und Parametertest, nicht um einen Betriebszustand. Das Anlegen von Sperrspannung im Schaltkreis kann das Bauteil beschädigen.
F: Wie interpretiere ich die Bin-Codes bei der Bestellung?
A: Sie können die gewünschten VF-, IV- und WD-Bin-Codes angeben (z.B. D9, R2, AC), um sicherzustellen, dass Sie LEDs mit eng gruppierten Eigenschaften für Ihre Anwendung erhalten, was jedoch Verfügbarkeit und Kosten beeinflussen kann.

11. Praktisches Design- und Anwendungsbeispiel

Fallbeispiel: Statusanzeige auf einer Leiterplatte für Wearable-Geräte
Ein Entwickler erstellt einen kompakten Fitness-Tracker. Der Platz auf der Leiterplatte ist extrem begrenzt. Eine einzelne blaue LED wird benötigt, um den Bluetooth-Pairing-Status und einen niedrigen Batteriestand anzuzeigen. Die 0201-LED wird aufgrund ihres minimalen Bauraums ausgewählt. Der Entwickler wählt ein Intensitätsbin R1 (112-140 mcd) für ausreichende Sichtbarkeit. Die LED wird von einem GPIO-Pin des System-Mikrocontrollers über einen 100Ω-Vorwiderstand angesteuert (berechnet für eine 3,0V-Batterie und einen typischen VF). Das Leiterplattenlayout folgt der empfohlenen Pad-Geometrie. Während der Montage verwendet der Hersteller das bereitgestellte bleifreie Reflow-Profil. Die feuchtigkeitsempfindlichen Bauteile wurden vor der Verwendung getrocknet, da die Leiterplatten nach dem Öffnen der Spule über eine Woche gelagert wurden. Das Endprodukt verfügt über eine zuverlässige, helle Statusanzeige, die minimalen Platz und Leistung verbraucht.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Eine LED ist eine Halbleiter-pn-Übergangsdiode. Wenn eine Vorwärtsspannung angelegt wird, werden Elektronen aus dem n-dotierten Bereich und Löcher aus dem p-dotierten Bereich in den Übergangsbereich injiziert. Wenn diese Ladungsträger rekombinieren, wird Energie in Form von Photonen (Licht) freigesetzt. Die Farbe (Wellenlänge) des emittierten Lichts wird durch die Bandlücke des Halbleitermaterials bestimmt. Diese spezifische LED verwendet einen InGaN-Verbindungshalbleiter (Indiumgalliumnitrid), der eine Bandlücke aufweist, die der Emission von blauem Licht entspricht. Die wasserklare Epoxidharzlinse verkapselt den Halbleiterchip, bietet mechanischen Schutz und formt das Lichtausgangsmuster.

13. Technologietrends

Der Trend bei Anzeige- und Hintergrundbeleuchtungs-LEDs geht weiterhin in Richtung weiterer Miniaturisierung, erhöhter Effizienz (mehr Lichtausbeute pro elektrischer Leistungseinheit, gemessen in Lumen pro Watt) und höherer Zuverlässigkeit. Gehäusedesigns entwickeln sich weiter, um die thermische Leistung zu verbessern und höhere Treiberströme in kleinen Gehäusen zu ermöglichen. Es gibt auch laufende Entwicklungen in Bezug auf die Wellenlängenstabilität über Temperatur und Lebensdauer. Die Einführung fortschrittlicher Halbleitermaterialien und epitaktischer Wachstumstechniken ermöglicht eine engere Kontrolle über Farbpunkte und höhere Helligkeit bei immer kleineren Chipgrößen. Integration, wie z.B. die Einbindung von Strombegrenzungswiderständen oder Schutzdioden innerhalb des LED-Gehäuses selbst, ist ein weiterer Trend, um die Schaltungsauslegung zu vereinfachen und Leiterplattenplatz zu sparen.