SMD LED 0603 Blau Datenblatt - Abmessungen 1,6x0,8x0,8mm - Spannung 2,8-3,8V - Leistung 80mW - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument erläutert die Spezifikationen einer oberflächenmontierbaren (SMD) Leuchtdiode (LED) im Standardgehäuse 0603. Die Diode emittiert blaues Licht unter Verwendung eines Indium-Gallium-Nitrid (InGaN) Halbleitermaterials. Sie ist für automatisierte Bestückungsprozesse ausgelegt und mit Infrarot-Reflow-Lötverfahren kompatibel, was sie für die Serienfertigung in der Elektronikindustrie geeignet macht.

1.1 Kernmerkmale und Vorteile

Die LED bietet mehrere Schlüsselmerkmale, die ihre Nutzbarkeit und Zuverlässigkeit in modernen elektronischen Designs erhöhen. Sie entspricht der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe) und gilt somit als umweltfreundliches Produkt. Das Bauteil wird auf industrieüblichen 8-mm-Trägerbändern auf 7-Zoll-Durchmesser-Spulen geliefert, was eine effiziente Handhabung durch automatisierte Bestückungsgeräte ermöglicht. Ihr Design ist IC-kompatibel (Integrierter Schaltkreis) und erlaubt eine einfache Integration in digitale und analoge Schaltungen.

1.2 Zielanwendungen

Diese LED ist für den Einsatz in allgemeinen elektronischen Geräten vorgesehen. Typische Anwendungen sind Statusanzeigen, Hintergrundbeleuchtung für kleine Displays, Panelbeleuchtung und dekorative Beleuchtung in Unterhaltungselektronik, Kommunikationsgeräten und Büroausstattung. Ihre kompakte Bauform und Zuverlässigkeit machen sie zu einer vielseitigen Wahl für platzbeschränkte Designs.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Alle Parameter sind, sofern nicht anders angegeben, bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C spezifiziert. Das Verständnis dieser Parameter ist entscheidend für einen korrekten Schaltungsentwurf und die Gewährleistung einer langfristigen Leistungsfähigkeit.

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Grenzen, bei deren Überschreitung dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Sie sind nicht für den Dauerbetrieb vorgesehen.

• Verlustleistung (Pd):80 mW. Dies ist die maximale Leistung, die das LED-Gehäuse als Wärme abführen kann.
• Spitzen-Durchlassstrom (IFP):100 mA. Dies ist der maximal zulässige Momentanstrom, typischerweise unter gepulsten Bedingungen spezifiziert (1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Impulsbreite), um Überhitzung zu verhindern.
• DC-Durchlassstrom (IF):20 mA. Dies ist der empfohlene maximale kontinuierliche Durchlassstrom für einen zuverlässigen Betrieb.
• Betriebstemperaturbereich:-40°C bis +85°C. Die Funktionsfähigkeit des Bauteils ist innerhalb dieses Umgebungstemperaturbereichs garantiert.
• Lagertemperaturbereich:-40°C bis +100°C. Das Bauteil kann innerhalb dieser Grenzen ohne Degradation gelagert werden.

2.2 Elektrische und optische Kennwerte

Dies sind die typischen Leistungsparameter unter festgelegten Testbedingungen.

• Lichtstärke (Iv):Liegt im Bereich von 140 mcd (Minimum) bis 450 mcd (Maximum) bei einem Durchlassstrom (IF) von 20 mA. Die Intensität wird mit einem Sensor gemessen, der auf die photopische Hellempfindlichkeitskurve (CIE-Kurve) des menschlichen Auges abgestimmt ist.
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):120 Grad. Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte des auf der Mittelachse gemessenen Wertes abfällt. Ein derart großer Abstrahlwinkel sorgt für eine breite, diffuse Ausleuchtung.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λP):468 nm (typisch). Dies ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsabgabe am höchsten ist.
• Dominante Wellenlänge (λd):Liegt im Bereich von 465 nm bis 475 nm bei IF=20mA. Dies ist die vom menschlichen Auge wahrgenommene Einzelwellenlänge, die die Lichtfarbe definiert und aus dem CIE-Farbtafeldiagramm abgeleitet wird.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):25 nm (typisch). Dieser Parameter gibt die spektrale Reinheit oder Bandbreite des emittierten Lichts an.
• Durchlassspannung (VF):Liegt im Bereich von 2,8 V (Minimum) bis 3,8 V (Maximum) bei IF=20mA. Dies ist der Spannungsabfall über der LED, wenn sie Strom führt.
• Sperrstrom (IR):10 μA (Maximum) bei einer Sperrspannung (VR) von 5V. Das Bauteil ist nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt; dieser Parameter dient nur zur Charakterisierung des Leckstroms.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um Konsistenz in der Serienfertigung zu gewährleisten, werden LEDs anhand von Schlüsselparametern in Leistungsklassen (Bins) sortiert. Dies ermöglicht es Entwicklern, Bauteile auszuwählen, die spezifische Anforderungen an Farb- und Helligkeitsgleichmäßigkeit in ihrer Anwendung erfüllen.

3.1 Binning der Durchlassspannung

Die Klassen sind mit D7 bis D11 gekennzeichnet, jede deckt einen Bereich von 0,2V von 2,8V bis 3,8V bei 20mA ab. Die Toleranz innerhalb jeder Klasse beträgt ±0,1V. Die Auswahl von LEDs aus derselben Spannungsklasse hilft, eine gleichmäßige Stromaufteilung aufrechtzuerhalten, wenn mehrere LEDs parallel geschaltet sind.

1.3.2 Binning der Lichtstärke

Die Klassen sind mit R2, S1, S2, T1 und T2 gekennzeichnet. Die Intensität reicht von 140 mcd (R2 min) bis 450 mcd (T2 max) bei 20mA. Die Toleranz für jede Intensitätsklasse beträgt ±11%. Dieses Binning ist entscheidend für Anwendungen, die konsistente Helligkeitsniveaus über mehrere Anzeigen hinweg erfordern.

3.3 Binning der dominanten Wellenlänge

Die Klassen sind mit AC (465-470 nm) und AD (470-475 nm) gekennzeichnet. Die Toleranz für jede Klasse beträgt ±1 nm. Dies gewährleistet eine sehr enge Kontrolle über die wahrgenommene Blaufärbung, was für die Farbabstimmung in Multi-LED-Arrays oder Hintergrundbeleuchtungssystemen wichtig ist.

4. Analyse der Leistungskurven

Während im Datenblatt auf spezifische Grafiken verwiesen wird (z.B. Abb.1, Abb.5), liefern typische Kurven für solche Bauteile wesentliche Erkenntnisse für den Entwurf.

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

Die Beziehung ist exponentiell. Eine kleine Erhöhung der Spannung über die Schwellenspannung hinaus führt zu einem starken Anstieg des Stroms. Daher müssen LEDs von einer strombegrenzten Quelle und nicht von einer Konstantspannungsquelle angesteuert werden, um thermisches Durchgehen und Zerstörung zu verhindern.

4.2 Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Die Lichtstärke ist annähernd proportional zum Durchlassstrom. Allerdings kann die Effizienz bei sehr hohen Strömen aufgrund erhöhter Wärmeentwicklung im Halbleiterübergang abnehmen.

4.3 Spektrale Verteilung

Das emittierte Lichtspektrum ist um die Spitzenwellenlänge (typ. 468 nm) mit einer charakteristischen Halbwertsbreite zentriert. Die dominante Wellenlänge bestimmt den wahrgenommenen Farbton. Schwankungen in der Fertigung und im Betriebsstrom können leichte Verschiebungen dieser spektralen Eigenschaften verursachen.

4.4 Temperaturabhängigkeit

Die LED-Leistung ist temperaturabhängig. Typischerweise nimmt die Durchlassspannung mit steigender Sperrschichttemperatur ab, während auch die Lichtstärke abnimmt. Der Betrieb der LED innerhalb ihres spezifizierten Temperaturbereichs ist entscheidend für die Aufrechterhaltung von Leistung und Lebensdauer.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Bauteilabmessungen

Die LED entspricht dem EIA-Standard-Fußabdruck für das 0603-Gehäuse. Wichtige Abmessungen sind eine Gehäuselänge von ca. 1,6 mm, eine Breite von 0,8 mm und eine Höhe von 0,8 mm. Für genaue Lötflächenlayouts und Platzierungstoleranzen (typ. ±0,2 mm) sollten detaillierte mechanische Zeichnungen konsultiert werden.

5.2 Polaritätskennzeichnung

Die Kathode ist typischerweise markiert, oft durch einen grünlichen Farbton auf der entsprechenden Seite der Linse oder eine Kerbe im Gehäuse. Die korrekte Polarisierungsausrichtung ist während der Bestückung zwingend erforderlich, um eine ordnungsgemäße Funktion sicherzustellen.

5.3 Empfohlenes Lötflächenlayout (PCB-Pad-Design)

Ein Lötflächenlayout, das etwas größer als der Bauteilfußabdruck ist, wird empfohlen, um eine zuverlässige Lötstelle zu gewährleisten. Das Datenblatt enthält ein spezifisches Pad-Layout-Diagramm, das für Infrarot- oder Dampfphasen-Reflow-Lötverfahren optimiert ist und hilft, "Tombstoning" (Aufrichten des Bauteils auf einer Seite) während des Reflow zu verhindern.

6. Löt- und Bestückungsrichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil

Das Bauteil ist mit Infrarot-Reflow-Lötverfahren kompatibel. Ein bleifreies Lötprofil gemäß J-STD-020B wird empfohlen. Wichtige Parameter sind eine Vorwärmtemperatur von 150-200°C, eine maximale Bauteiltemperatur von nicht mehr als 260°C und eine Zeit oberhalb der Liquidustemperatur (TAL), die auf die spezifische Lotpaste abgestimmt ist. Die gesamte Vorwärmzeit sollte auf maximal 120 Sekunden begrenzt werden.

6.2 Handlötung

Falls Handlötung erforderlich ist, verwenden Sie einen Lötkolben mit einer Temperatur von nicht mehr als 300°C. Die Lötzeit sollte auf maximal 3 Sekunden pro Lötfläche begrenzt werden und dieser Vorgang sollte nur einmal durchgeführt werden, um die thermische Belastung des Bauteils zu minimieren.

6.3 Lagerung und Handhabung

Ungeöffnete Verpackung:Lagern bei ≤30°C und ≤70% relativer Luftfeuchtigkeit (RH). Die Haltbarkeit in der feuchtigkeitsgeschützten Beutel mit Trockenmittel beträgt ein Jahr.
Geöffnete Verpackung:Für Bauteile, die der Umgebungsluft ausgesetzt sind, sollten die Lagerbedingungen 30°C und 60% RH nicht überschreiten. Es wird dringend empfohlen, den IR-Reflow-Prozess innerhalb von 168 Stunden (7 Tagen) nach dem Öffnen des Beutels abzuschließen. Für eine längere Lagerung außerhalb der Originalverpackung, lagern Sie in einem verschlossenen Behälter mit Trockenmittel oder in einer Stickstoffatmosphäre. Bauteile, die länger als 168 Stunden gelagert wurden, sollten vor dem Löten bei etwa 60°C für mindestens 48 Stunden getrocknet (gebaket) werden, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und "Popcorning" (Gehäuserissbildung durch schnelle Dampfausdehnung während des Reflow) zu verhindern.

6.4 Reinigung

Wenn eine Reinigung der bestückten Leiterplatte erforderlich ist, verwenden Sie nur spezifizierte Lösungsmittel. Das Eintauchen der LED in Ethylalkohol oder Isopropylalkohol bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute ist zulässig. Verwenden Sie keine nicht spezifizierten chemischen Reiniger, da diese die Epoxidlinse oder das Gehäuse beschädigen können.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Trägerband- und Spulenspezifikationen

Die LEDs werden auf 8 mm breiten, geprägten Trägerbändern geliefert, die auf Spulen mit 7 Zoll (178 mm) Durchmesser aufgewickelt sind. Jede Spule enthält 2000 Stück. Die Bandtaschen sind mit einem schützenden Deckband versiegelt. Die Verpackung folgt den ANSI/EIA-481-Spezifikationen. Für Mengen unter einer vollen Spule gilt eine Mindestpackmenge von 500 Stück für Restposten.

7.2 Qualitätssicherung auf dem Band

Die maximale Anzahl aufeinanderfolgender fehlender Bauteile (leere Taschen) auf einer Spule beträgt zwei, was die Konsistenz für automatisierte Zuführgeräte gewährleistet.

8. Anwendungsdesign-Überlegungen

8.1 Ansteuerungsmethode

Eine LED ist ein stromgesteuertes Bauteil. Um eine gleichmäßige Helligkeit zu gewährleisten, insbesondere beim Parallelschalten mehrerer LEDs, sollte jede LED über ihren eigenen strombegrenzenden Widerstand angesteuert werden. Die Reihenschaltung von LEDs mit einer Konstantstromquelle ist oft eine zuverlässigere Methode, um eine gleichmäßige Intensität zu erreichen, da derselbe Strom durch alle Bauteile in der Kette fließt.

8.2 Thermomanagement

Obwohl die Verlustleistung gering ist (max. 80mW), kann ein geeignetes Leiterplattenlayout die Wärmeableitung unterstützen. Sorgen Sie für eine ausreichende Kupferfläche, die mit den thermischen Pads (falls vorhanden) oder den Kathoden-/Anodenleitungen verbunden ist, um als Kühlkörper zu dienen, insbesondere bei Betrieb bei hohen Umgebungstemperaturen oder nahe dem Maximalstrom.

8.3 Elektrischer Schutz

Erwägen Sie den Einbau von Überspannungsableitern (TVS-Dioden) oder anderen Schutzschaltungen, wenn die LED mit Leitungen verbunden ist, die für Spannungsspitzen oder elektrostatische Entladung (ESD) anfällig sind. Die LED hat eine niedrige Sperrspannungsfestigkeit und kann durch Sperrspannung oder Überspannungsbedingungen leicht beschädigt werden.

9. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

9.1 Kann ich diese LED direkt von einem 5V- oder 3,3V-Logikausgang ansteuern?

Nein. Sie müssen einen Vorwiderstand in Reihe schalten. Der erforderliche Widerstandswert (R) kann mit dem Ohmschen Gesetz berechnet werden: R = (Vcc - VF) / IF, wobei Vcc Ihre Versorgungsspannung ist (z.B. 5V), VF die Durchlassspannung der LED (verwenden Sie den Maximalwert aus der Klasse, z.B. 3,8V) und IF Ihr gewünschter Durchlassstrom (z.B. 20mA). Beispiel: R = (5V - 3,8V) / 0,02A = 60 Ohm. Wählen Sie immer den nächsthöheren Standardwiderstandswert und überprüfen Sie die Verlustleistung im Widerstand.

9.2 Warum gibt es eine Abstrahlwinkelspezifikation und wie nutze ich sie?

Der Abstrahlwinkel von 120 Grad zeigt an, dass es sich um eine LED mit großem Abstrahlwinkel handelt. Die Lichtausgabe ist diffus und nicht zu einem schmalen Strahl gebündelt. Dies ist ideal für Statusanzeigen, die aus einem weiten Bereich von Positionen sichtbar sein müssen. Für Anwendungen, die einen gerichteten Strahl erfordern, wäre eine Linse oder eine LED mit einem engeren Abstrahlwinkel besser geeignet.

9.3 Was ist der Unterschied zwischen Spitzenwellenlänge und dominanter Wellenlänge?

Spitzenwellenlänge (λP)ist die physikalische Wellenlänge, bei der die Lichtemission am stärksten ist.Dominante Wellenlänge (λd)ist ein berechneter Wert basierend darauf, wie das menschliche Auge Farbe wahrnimmt; es ist die Einzelwellenlänge, die die gleiche Farbe wie die Ausgabe der LED zu haben scheint. Für monochromatische LEDs wie diese blaue liegen sie oft nahe beieinander, aber die dominante Wellenlänge ist der Schlüsselparameter für die Farbabstimmung.

9.4 Meine Anwendung erfordert eine sehr konsistente Blaufärbung. Was sollte ich spezifizieren?

Sie sollten eine enge Binning-Klasse für die dominante Wellenlänge spezifizieren, z.B. die Anforderung aller Teile aus der Klasse "AC" (465-470 nm) oder "AD" (470-475 nm). Dies gewährleistet minimale Farbvariationen zwischen verschiedenen LEDs in Ihrem Produkt.

10. Design- und Anwendungsfallstudie

10.1 Multi-LED-Statusanzeigepanel

Szenario:Entwurf eines Bedienfelds mit 10 blauen Statusanzeigen, die eine einheitliche Helligkeit aufweisen müssen.
Entwurfsansatz:
1. Schaltung:Verwenden Sie eine Reihenschaltung für Gleichmäßigkeit. Bei einer 24V-Versorgung schalten Sie pro String 5 LEDs in Reihe (5 * 3,8V max = 19V) und verwenden zwei identische parallele Strings. Ein einzelner Konstantstromtreiber oder ein strombegrenzender Widerstand für jeden String wird basierend auf dem gesamten Spannungsabfall des Strings berechnet.
2. Bauteilauswahl:Spezifizieren Sie LEDs aus derselben Lichtstärke-Klasse (z.B. alle aus T1-Klasse: 280-355 mcd) und derselben dominanten Wellenlängen-Klasse (z.B. alle AC-Klasse), um visuelle Konsistenz zu gewährleisten.
3. Layout:Platzieren Sie die LEDs symmetrisch auf der Leiterplatte. Stellen Sie sicher, dass das empfohlene Lötflächenlayout verwendet wird, um zuverlässiges Löten und eine konsistente Ausrichtung zu fördern.

11. Technologieeinführung

11.1 InGaN-Halbleitertechnologie

Diese LED verwendet eine aktive Schicht aus Indium-Gallium-Nitrid (InGaN). Durch Variation des Verhältnisses von Indium zu Gallium im Kristallgitter kann die Bandlücke des Halbleiters eingestellt werden, was direkt die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts bestimmt. InGaN ist das vorherrschende Material zur Herstellung hocheffizienter blauer, grüner und weißer LEDs (letztere verwenden eine blaue LED mit Phosphorbeschichtung). Das 0603-Gehäuse beherbergt den winzigen Halbleiterchip, Bonddrähte und eine geformte Epoxidlinse, die den Chip schützt und die Lichtausgabe formt.

12. Branchentrends

12.1 Miniaturisierung und Integration

Der Trend bei SMD-LEDs geht weiterhin zu kleineren Gehäusegrößen (z.B. 0402, 0201), um Leiterplattenfläche in zunehmend kompakten Geräten wie Smartphones, Wearables und ultradünnen Displays zu sparen. Darüber hinaus wächst der Markt für integrierte LED-Module, die den LED-Chip mit einem Treiber-IC, Schutzbauteilen und manchmal mehreren Farben (RGB) in einem einzigen Gehäuse kombinieren, was den Entwurf vereinfacht und die Leistung verbessert.

12.2 Effizienz und Zuverlässigkeit

Fortschritte in der Materialwissenschaft und den Fertigungsprozessen erhöhen kontinuierlich die Lichtausbeute (Lumen pro Watt) von LEDs, was eine hellere Ausgabe bei geringerer Leistung oder reduzierter thermischer Belastung ermöglicht. Verbesserte Verpackungsmaterialien und -techniken steigern auch die Langzeitzuverlässigkeit, Farbstabilität und Widerstandsfähigkeit gegen raue Umweltbedingungen wie hohe Temperatur und Luftfeuchtigkeit.