SMD LED 16-213/BHC-ZL1M2QY/3T Datenblatt - 1.6x0.8mm - 3.2V - 110mW - Blau - Technische Dokumentation

1. Produktübersicht

Der 16-213/BHC-ZL1M2QY/3T ist eine oberflächenmontierbare (SMD) Leuchtdiode (LED) mit einem blauen InGaN-Halbleiterchip. Dieses Bauteil ist für moderne, hochintegrierte elektronische Baugruppen konzipiert, bei denen Platz und Gewicht kritische Einschränkungen darstellen. Sein Hauptnutzen liegt in der Ermöglichung einer Miniaturisierung von Endprodukten bei gleichbleibend zuverlässiger optischer Leistung.

Die LED ist auf 8 mm breitem Gurtband verpackt, das auf einer Rolle mit 7 Zoll (178 mm) Durchmesser aufgewickelt ist. Dies macht sie vollständig kompatibel mit automatischen Bestückungsanlagen (Pick-and-Place). Diese Kompatibilität rationalisiert die Serienfertigung. Das Bauteil ist aus bleifreien Materialien gefertigt und entspricht der EU-Richtlinie zur Beschränkung gefährlicher Stoffe (RoHS), der REACH-Verordnung sowie halogenfreien Standards (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm). Es ist für Infrarot- und Dampfphasen-Reflow-Lötverfahren qualifiziert.

2. Technische Parameter im Detail

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Ein Betrieb bei oder über diesen Grenzwerten ist nicht garantiert und sollte im Schaltungsdesign vermieden werden.

• Sperrspannung (V_R):5 V. Das Überschreiten dieser Spannung in Sperrrichtung kann zum Durchbruch des pn-Übergangs führen.
• Dauer-Durchlassstrom (I_F):25 mA. Dies ist der maximale Gleichstrom, der für einen zuverlässigen Dauerbetrieb empfohlen wird.
• Spitzen-Durchlassstrom (I_FP):100 mA. Dieser Impulsstromwert (bei 1/10 Tastverhältnis, 1 kHz) gilt für kurze transiente Zustände, nicht für Dauerbetrieb.
• Verlustleistung (P_d):110 mW. Dies ist die maximal zulässige Verlustleistung (V_F* I_F) im Bauteil bei einer Umgebungstemperatur von 25°C. Bei höheren Temperaturen ist eine Entlastung (Derating) erforderlich.
• Elektrostatische Entladung (ESD) Beständigkeit:150 V (Human Body Model). Richtige ESD-Handhabungsverfahren sind während der Montage und Handhabung unerlässlich.
• Betriebstemperatur (T_opr):-40°C bis +85°C. Das Bauteil ist in diesem breiten industriellen Temperaturbereich funktionsfähig.
• Lagertemperatur (T_stg):-40°C bis +90°C.
• Löttemperatur (T_sol):Das Gehäuse hält Reflow-Löten mit einer Spitzentemperatur von 260°C für bis zu 10 Sekunden oder Handlöten bei 350°C für bis zu 3 Sekunden pro Anschluss aus.

2.2 Elektrooptische Kenngrößen

Diese Parameter werden typischerweise bei einer Umgebungstemperatur (T_a) von 25°C und einem Durchlassstrom (I_F) von 5 mA gemessen, sofern nicht anders angegeben. Sie definieren die wesentliche Lichtausgabe und elektrische Leistung.

• Lichtstärke (I_v):Liegt im Bereich von mindestens 11,5 mcd bis maximal 28,5 mcd. Der typische Wert liegt innerhalb dieses Bereichs. Es gilt eine Toleranz von ±11%.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):Etwa 120 Grad. Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke die Hälfte der bei 0 Grad (auf der Achse) gemessenen Spitzenlichtstärke beträgt.
• Spitzenwellenlänge (λ_p):Typischerweise 468 nm. Dies ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsverteilung ihr Maximum erreicht.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):Liegt im Bereich von 465 nm bis 475 nm. Dies ist die vom menschlichen Auge wahrgenommene Einzelwellenlänge, die die Farbe definiert. Es gilt eine Toleranz von ±1 nm.
• Spektrale Bandbreite (Δλ):Typischerweise 25 nm. Dies ist die volle Halbwertsbreite (FWHM) des Emissionsspektrums und gibt die Farbreinheit an.
• Durchlassspannung (V_F):Liegt im Bereich von 2,7 V bis 3,2 V bei I_F= 5mA. Es gilt eine Toleranz von ±0,05V. Dies ist der Spannungsabfall über der LED, wenn sie Strom führt.
• Sperrstrom (I_R):Maximal 50 μA bei einer angelegten Sperrspannung von 5 V.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um die Konsistenz in der Massenproduktion sicherzustellen, werden LEDs basierend auf Schlüsselparametern in Leistungsklassen (Bins) sortiert. Dies ermöglicht es Entwicklern, Bauteile auszuwählen, die spezifische Anwendungsanforderungen erfüllen.

3.1 Lichtstärke-Klassen

Eingeteilt bei I_F= 5 mA. Die Codes L1, L2, M1, M2 repräsentieren steigende Lichtausgangsstufen.

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

3.2 Klassen der dominanten Wellenlänge

Eingeteilt bei I_F= 5 mA. Definiert den genauen Blauton.

• X:465 – 470 nm
• Y:470 – 475 nm

3.3 Durchlassspannungs-Klassen

Eingeteilt bei I_F= 5 mA. Wichtig für die Auslegung von strombegrenzenden Schaltungen und das Management des Stromverbrauchs.

• 29:2,7 – 2,8 V
• 30:2,8 – 2,9 V
• 31:2,9 – 3,0 V
• 32:3,0 – 3,1 V
• 33:3,1 – 3,2 V

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere charakteristische Kurven, gemessen bei T_a=25°C, die Einblicke in das Verhalten unter verschiedenen Bedingungen geben.

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

Diese Kurve zeigt den exponentiellen Zusammenhang zwischen Strom und Spannung. Der Arbeitspunkt für einen bestimmten Strom (z.B. 5mA, 20mA) kann aus diesem Diagramm bestimmt werden, was für die Auswahl eines geeigneten Vorwiderstands oder Treiberschaltkreises entscheidend ist.

4.2 Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Die Lichtausgabe steigt mit dem Durchlassstrom, jedoch ist die Beziehung nicht perfekt linear, insbesondere bei höheren Strömen. Dieses Diagramm hilft Entwicklern, den Effizienz-Kompromiss beim Betrieb der LED mit verschiedenen Strompegeln zu verstehen.

4.3 Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur

Die Lichtausgabe der LED nimmt mit steigender Sperrschichttemperatur ab. Diese Entlastungskurve (Derating Curve) ist entscheidend für Anwendungen, die bei erhöhten Umgebungstemperaturen betrieben werden. Sie zeigt, wie die relative Lichtstärke mit steigender Temperatur von -40°C auf +100°C abfällt.

4.4 Entlastungskurve für den Durchlassstrom

Direkt bezogen auf die Verlustleistungsgrenze spezifiziert diese Kurve den maximal zulässigen Dauer-Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur. Um Überhitzung zu verhindern und eine lange Lebensdauer zu gewährleisten, muss der Treiberstrom bei Betrieb über 25°C reduziert werden.

4.5 Spektrale Verteilung

Diese Darstellung zeigt die relative optische Leistung über das Wellenlängenspektrum, zentriert um die Spitzenwellenlänge von ~468 nm mit einer charakteristischen Bandbreite. Sie bestätigt die blaue Lichtemission.

4.6 Abstrahlcharakteristik

Ein Polardiagramm, das die räumliche Verteilung der Lichtintensität veranschaulicht. Der 120-Grad-Abstrahlwinkel wird durch dieses Muster visuell bestätigt und zeigt, wie das Licht in einer breiten, lambertähnlichen Verteilung abgestrahlt wird.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die LED entspricht dem Standard-1608-Chip-LED-Bestückungsbild (1,6mm x 0,8mm). Wichtige Abmessungen sind die Gesamtlänge, -breite und -höhe sowie der Abstand und die Größe der Elektrodenanschlüsse. Alle Toleranzen betragen typischerweise ±0,1 mm, sofern nicht anders angegeben. Ein empfohlenes Leiterplatten-Layout (Footprint) wird als Referenz bereitgestellt, Entwicklern wird jedoch empfohlen, dieses basierend auf ihrem spezifischen Bestückungsprozess und Zuverlässigkeitsanforderungen anzupassen.

5.2 Polaritätskennzeichnung

Die Kathode ist typischerweise durch einen grünlichen Farbton oder eine andere visuelle Markierung auf dem Gehäuse selbst gekennzeichnet. Für das genaue Kennzeichnungsschema sollte das Datenblatt konsultiert werden. Die korrekte Polarität ist für den Schaltungsbetrieb unerlässlich.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil

Ein bleifreies (Pb-free) Reflow-Temperaturprofil wird spezifiziert:

• Vorwärmen:150–200°C für 60–120 Sekunden.
• Zeit über Liquidus (TAL):60–150 Sekunden über 217°C.
• Spitzentemperatur:Maximal 260°C, gehalten für maximal 10 Sekunden.
• Aufheizrate:Maximal 6°C/Sekunde bis 255°C.
• Abkühlrate:Maximal 3°C/Sekunde.
• Reflow-Limit:Die Baugruppe sollte nicht mehr als zweimal dem Reflow-Löten unterzogen werden.

6.2 Handlöten

Falls Handlöten erforderlich ist, muss die Lötspitzentemperatur unter 350°C gehalten werden, und die Kontaktzeit pro Anschluss sollte 3 Sekunden nicht überschreiten. Ein Lötkolben mit geringer Leistung (≤25W) wird empfohlen. Zwischen dem Löten jedes Anschlusses sollte eine Abkühlpause von mindestens 2 Sekunden eingehalten werden, um thermische Schocks zu vermeiden.

6.3 Lagerung und Feuchtigkeitssensitivität

Die LEDs sind in einer feuchtigkeitsbeständigen Beutelverpackung mit Trockenmittel verpackt.

• Vor dem Öffnen:Lagern bei ≤30°C und ≤90% relativer Luftfeuchtigkeit (RH).
• Nach dem Öffnen:Die "Floor Life" (Zeit an der Luft) beträgt 1 Jahr unter Bedingungen von ≤30°C und ≤60% RH. Unbenutzte Bauteile sollten in einer feuchtigkeitsdichten Verpackung wieder versiegelt werden.
• Trocknen (Baking):Wenn der Trockenmittel-Indikator die Farbe geändert hat oder die Lagerzeit überschritten wurde, ist vor dem Reflow-Löten eine Trocknungsbehandlung von 60 ±5°C für 24 Stunden erforderlich, um "Popcorning" (Gehäuserissbildung durch Dampfdruck) zu verhindern.

6.4 Kritische Vorsichtsmaßnahmen

• Strombegrenzung:Ein externer Vorwiderstand oder Konstantstromtreiber ist zwingend erforderlich. Die exponentielle I-V-Charakteristik der LED bedeutet, dass eine kleine Spannungsänderung eine große Stromänderung verursacht, was zu sofortigem Ausfall führen kann.
• Mechanische Belastung:Vermeiden Sie das Ausüben von Belastung auf den LED-Körper während des Lötens oder in der Endmontage. Verbiegen Sie die Leiterplatte nach dem Löten nicht.
• Reparatur:Eine Reparatur nach dem Löten wird nicht empfohlen. Falls unvermeidbar, sollte ein spezieller Zwillingslötkolben verwendet werden, um beide Anschlüsse gleichzeitig zu erhitzen und so mechanische Belastung der Lötstellen zu verhindern. Die Auswirkung auf die LED-Kennwerte muss vorab bewertet werden.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Gurtband- und Rollenspezifikation

Die Bauteile werden auf geprägtem Trägerband mit einer Breite von 8 mm geliefert. Das Band ist auf eine Standardrolle mit 7 Zoll (178 mm) Durchmesser aufgewickelt. Jede Rolle enthält 3000 Stück (POS). Detaillierte Abmessungen für das Trägerband, einschließlich Taschenabstand und Rollennabendurchmesser, werden bereitgestellt.

7.2 Etikettenerklärung

Das Rollenetikett enthält mehrere wichtige Codes:

• CPN:Kundenspezifische Artikelnummer (optional).
• P/N:Vollständige Hersteller-Artikelnummer (z.B. 16-213/BHC-ZL1M2QY/3T).
• QTY:Packungsmenge auf der Rolle.
• CAT:Lichtstärke-Klasse (z.B. L1, M2).
• HUE:Farbort-/Dominante-Wellenlängen-Klasse (z.B. X, Y).
• REF:Durchlassspannungs-Klasse (z.B. 30, 32).
• LOT No:Rückverfolgbare Fertigungslosnummer.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

• Hintergrundbeleuchtung:Ideal für die Hintergrundbeleuchtung von Anzeigen, Schaltern, Symbolen und kleinen LCD-Panels in Automobilarmaturenbrettern, Unterhaltungselektronik und Industrie-Bedienfeldern.
• Statusanzeigen:Perfekt für Strom-, Verbindungs- oder Funktionsstatusanzeigen in Telekommunikationsgeräten (Telefone, Faxgeräte), Netzwerkhardware und Computerperipheriegeräten.
• Allgemeine Beleuchtung:Geeignet für jede Anwendung, die eine kompakte, zuverlässige, energieeffiziente blaue Anzeigeleuchte erfordert.

8.2 Design-Überlegungen

• Schaltungsdesign:Immer einen Vorwiderstand oder Konstantstromtreiber verwenden. Den Widerstandswert mit R = (V_Versorgung- V_F) / I_Fberechnen, wobei V_Ffür ein konservatives Design aus dem maximalen Klassenwert (z.B. 3,2V) gewählt werden sollte.
• Wärmemanagement:Für Dauerbetrieb bei hohen Umgebungstemperaturen oder nahe dem Maximalstrom sollte das Leiterplatten-Layout zur Wärmeableitung beitragen. Verwenden Sie die Entlastungskurven, um einen sicheren Betriebsstrom auszuwählen.
• Optisches Design:Der 120-Grad-Abstrahlwinkel bietet eine breite Sichtbarkeit. Für fokussiertes Licht kann eine externe Linse erforderlich sein. Das wasserklare Harzgehäuse ist für Anwendungen geeignet, bei denen die Chipfarbe akzeptabel ist.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Der Hauptvorteil dieser 1608-Gehäuse-LED gegenüber größeren bedrahteten LEDs ist ihre extreme Miniaturisierung, die eine höhere Packungsdichte auf Leiterplatten und letztlich kleinere Endprodukte ermöglicht. Im Vergleich zu anderen SMD-Gehäusen bietet das 1608-Gehäuse eine gute Balance zwischen Größe und Handhabbarkeit während der Montage. Die Einhaltung moderner Umweltvorschriften (RoHS, halogenfrei) macht es für globale Märkte mit strengen Materialbeschränkungen geeignet. Die spezifizierte Binning-Struktur bietet Entwicklern eine vorhersehbare Leistung, was für Anwendungen entscheidend ist, die eine konsistente Farbe und Helligkeit über mehrere Einheiten hinweg erfordern.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

10.1 Welchen Widerstandswert sollte ich bei einer 5V-Versorgung verwenden?

Unter Verwendung des maximalen V_Fvon 3,2V und einem Ziel-I_Fvon 5mA: R = (5V - 3,2V) / 0,005A = 360 Ω. Der nächsthöhere Standardwert (z.B. 390 Ω) würde einen etwas sichereren Strom von ~4,6mA liefern.

10.2 Kann ich diese LED dauerhaft mit 20mA betreiben?

Ja, der absolute Maximalwert für den Dauer-Durchlassstrom beträgt 25 mA. Sie müssen jedoch die Entlastungskurve konsultieren, wenn die Umgebungstemperatur 25°C überschreitet. Bei 85°C ist der maximal zulässige Strom deutlich niedriger. Außerdem führt ein Betrieb mit 20mA zu einer höheren Lichtausgabe, verringert jedoch die Effizienz und erhöht die Sperrschichttemperatur.

10.3 Was bedeutet die "wasserklare" Harzfarbe?

Es bedeutet, dass das Epoxidharz, das den Halbleiterchip einkapselt, transparent und nicht diffundierend oder eingefärbt ist. Dies ermöglicht es, die wahre Farbe des blauen InGaN-Chips direkt zu sehen, was zu einem gesättigteren Farbort führt, aber möglicherweise den winzigen Chip selbst sichtbar macht.

10.4 Warum sind die Lagerungs- und Trocknungsinformationen so wichtig?

SMD-Kunststoffgehäuse können Feuchtigkeit aus der Luft aufnehmen. Während des Hochtemperatur-Reflow-Lötprozesses kann diese eingeschlossene Feuchtigkeit schnell zu Dampf werden und innere Delamination oder Rissbildung ("Popcorning") verursachen, die das Bauteil zerstört. Die vorgeschriebene Trocknung entfernt diese Feuchtigkeit.

11. Praktisches Design- und Anwendungsbeispiel

Szenario: Entwurf eines Multi-Indikator-Panels für ein tragbares Medizingerät.Das Gerät benötigt mehrere blaue Status-LEDs ("Eingeschaltet"