SMD LED 19-117/BHC-ZL1M2RY/3T Spezifikation - Blau 468nm - 2,8x3,5x0,8mm - 3,1V - 40mW - Technisches Datenblatt

1. Produktübersicht

Die 19-117/BHC-ZL1M2RY/3T ist eine kompakte, oberflächenmontierbare blaue LED, die für moderne elektronische Anwendungen entwickelt wurde, die hohe Zuverlässigkeit und effiziente Bestückung erfordern. Diese Komponente stellt einen bedeutenden Fortschritt gegenüber herkömmlichen LED-Bauteilen mit Anschlussdrähten dar und bietet erhebliche Vorteile in Bezug auf Leiterplattenflächennutzung und Fertigungseffizienz.

1.1 Kernvorteile und Produktpositionierung

Der primäre Vorteil dieser LED ist ihr winziger Platzbedarf, der direkt das Design kleinerer Leiterplatten (PCBs) ermöglicht. Diese Größenreduzierung trägt zu einer höheren Bauteilpackungsdichte bei und erlaubt komplexere Funktionalität auf begrenztem Raum. Darüber hinaus führen die reduzierten Lageranforderungen sowohl für die Komponenten als auch für die fertig montierten Geräte zu allgemeinen Kosteneinsparungen in Logistik und Gehäusen.

Ihre leichte Bauweise macht sie besonders geeignet für tragbare und miniaturisierte elektronische Geräte, bei denen Gewicht ein kritischer Designfaktor ist. Die Komponente wird auf industrieüblichen 8-mm-Bändern geliefert, die auf 7-Zoll-Rollen montiert sind, was volle Kompatibilität mit schnellen automatischen Pick-and-Place-Bestückungsgeräten gewährleistet – ein wesentlicher Faktor für die Serienfertigung.

1.2 Zielanwendungen und Märkte

Diese LED ist vielseitig einsetzbar und findet in mehreren wichtigen Anwendungsbereichen Verwendung. Ein Hauptanwendungsfall ist die Hintergrundbeleuchtung für Instrumententafeln, Armaturenbrettanzeigen und Folientastschalter, wo ihr gleichmäßiges blaues Licht für klare Beleuchtung sorgt. Im Telekommunikationssektor dient sie als Statusanzeige und Tastaturbeleuchtung in Geräten wie Telefonen und Faxgeräten.

Sie wird auch für flache Hintergrundbeleuchtungslösungen hinter Flüssigkristalldisplays (LCDs), Symbolen und verschiedenen Schaltschnittstellen eingesetzt. Ihr universeller Charakter bedeutet, dass sie für eine breite Palette von Verbraucher-, Industrie- und Automobilanzeigeanwendungen angepasst werden kann, bei denen eine zuverlässige blaue Lichtquelle benötigt wird.

2. Technische Spezifikationen und detaillierte Interpretation

Das Verständnis der absoluten Maximalwerte ist entscheidend, um die langfristige Zuverlässigkeit sicherzustellen und einen vorzeitigen Ausfall der LED in einer Anwendungsschaltung zu verhindern.

2.1 Absolute Maximalwerte

Das Bauteil ist für einen kontinuierlichen Durchlassstrom (IF) von 10 mA ausgelegt. Das Überschreiten dieses Werts erzeugt übermäßige Wärme, verschlechtert den inneren Halbleiterübergang und führt zu einem schnellen Abfall der Lichtleistung und letztendlich zum katastrophalen Ausfall. Für gepulsten Betrieb ist ein Spitzen-Durchlassstrom (IFP) von 40 mA zulässig, jedoch nur unter einem strengen Tastverhältnis von 1/10 bei einer Frequenz von 1 kHz. Dies ermöglicht kurze Momente höherer Helligkeit ohne Überhitzung.

Die gesamte Verlustleistung (Pd) darf 40 mW nicht überschreiten, was eine Funktion von Durchlassstrom und -spannung ist. Die Betriebs- und Lagertemperaturbereiche sind mit -40°C bis +85°C bzw. -40°C bis +90°C spezifiziert, was auf Eignung für raue Umgebungen hinweist. Die Komponente bietet einen gewissen Schutz gegen elektrostatische Entladung (ESD), bewertet mit 2000V gemäß Human Body Model (HBM), was ein Standardniveau für die Handhabung in einer kontrollierten Umgebung ist, aber dennoch geeignete ESD-Vorsichtsmaßnahmen während der Montage erfordert.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Unter Standardtestbedingungen (Umgebungstemperatur Ta=25°C und ein Durchlassstrom von 5 mA) zeigt die LED wichtige Leistungsparameter. Die Lichtstärke (Iv) hat einen typischen Bereich, dessen Minimal- und Maximalwerte durch das später detaillierte Binning-System definiert sind. Der Betrachtungswinkel (2θ1/2) beträgt breite 120 Grad und bietet ein breites, diffuses Abstrahlmuster, das eher für Flächenbeleuchtung als für einen fokussierten Strahl geeignet ist.

Die spektralen Eigenschaften sind zentral für ihre blaue Farbe. Die Spitzenwellenlänge (λp) beträgt typischerweise 468 Nanometer (nm), während die dominante Wellenlänge (λd) zwischen 465,0 nm und 475,0 nm liegt. Die spektrale Bandbreite (Δλ) beträgt etwa 25 nm und definiert die Reinheit der blauen Farbe. Die benötigte Flussspannung (VF), um den Teststrom von 5 mA zu erreichen, liegt zwischen 2,50V und 3,10V. Dieser Parameter ist kritisch für das Schaltungsdesign, da er den Spannungsabfall über der LED und den notwendigen Wert des strombegrenzenden Widerstands bestimmt.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um Konsistenz in der Serienfertigung zu gewährleisten, werden LEDs nach Leistung sortiert (gebinned). Dieses System ermöglicht es Designern, Komponenten auszuwählen, die bestimmte Mindestkriterien für ihre Anwendung erfüllen.

3.1 Binning der Lichtstärke

Die Lichtleistung ist in vier verschiedene Bins kategorisiert: L1, L2, M1 und M2. Der L1-Bin repräsentiert den niedrigsten Ausgangsbereich (11,5 - 14,5 mcd), während der M2-Bin den höchsten (22,5 - 28,5 mcd) darstellt. Designer können einen Bincode spezifizieren, um ein Mindesthelligkeitsniveau für ihr Produkt zu garantieren, was für Anwendungen, die gleichmäßige Panelbeleuchtung erfordern oder bestimmte Sichtbarkeitsstandards erfüllen müssen, wesentlich ist.

3.2 Binning der dominanten Wellenlänge

Die Farbe des blauen Lichts wird durch das Binning der dominanten Wellenlänge gesteuert. Zwei Bins sind definiert: 'X' (465,0 - 470,0 nm) und 'Y' (470,0 - 475,0 nm). Bin 'X' erzeugt eine etwas kürzere Wellenlänge, ein tieferes Blau, während Bin 'Y' eine etwas längere Wellenlänge hat und zu einem blau-türkisen Farbton tendiert. Dies ermöglicht Farbabgleich zwischen verschiedenen LEDs in einem Array oder sichert einen spezifischen Blauton aus Marken- oder ästhetischen Gründen.

3.3 Binning der Flussspannung

Die Flussspannung ist in drei Kategorien gebinned: 9 (2,50 - 2,70V), 10 (2,70 - 2,90V) und 11 (2,90 - 3,10V). Die Kenntnis des Spannungsbins ist entscheidend für das Design einer effizienten Treiberschaltung. Die Verwendung von LEDs aus demselben oder einem bekannten Spannungsbin minimiert Schwankungen in Strom und Helligkeit, wenn mehrere LEDs ohne individuelle Stromregelung parallel geschaltet sind.

4. Analyse der Kennlinien

Die bereitgestellten Kennlinien bieten tiefe Einblicke in das Verhalten der LED unter variierenden Betriebsbedingungen, was für ein robustes Systemdesign notwendig ist.

4.1 Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Die Kurve, die die relative Lichtstärke als Funktion des Durchlassstroms zeigt, ist typischerweise nichtlinear. Die Ausgabe steigt mit dem Strom, wird aber schließlich sättigen. Wichtiger ist, dass der Betrieb über dem empfohlenen Strom zu übermäßiger Sperrschichttemperatur führt, was nicht nur die Effizienz reduziert, sondern auch die Lebensdauer des Bauteils verkürzt. Diese Kurve hilft Designern, den optimalen Kompromiss zwischen gewünschter Helligkeit und Betriebslebensdauer zu finden.

4.2 Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur

Die LED-Leistung ist stark temperaturabhängig. Mit steigender Umgebungstemperatur nimmt die Lichtleistung im Allgemeinen ab. Diese Kurve quantifiziert dieses Derating. Für Anwendungen, die hohen Temperaturen ausgesetzt sind (z.B. innerhalb eines Automobil-Armaturenbretts oder in der Nähe anderer wärmeerzeugender Komponenten), sind diese Daten wesentlich, um sicherzustellen, dass die LED unter allen Betriebsbedingungen ausreichend hell bleibt. Dies kann die Auswahl eines höheren Helligkeitsbins oder die Implementierung von Wärmemanagementstrategien erforderlich machen.

4.3 Derating-Kurve für den Durchlassstrom

Dies ist wohl die kritischste Kurve für die Zuverlässigkeit. Sie definiert den maximal zulässigen kontinuierlichen Durchlassstrom bei jeder gegebenen Umgebungstemperatur. Mit steigender Temperatur sinkt der maximal sichere Strom. Die Einhaltung dieser Derating-Kurve verhindert thermisches Durchgehen und stellt sicher, dass die LED innerhalb ihres sicheren Betriebsbereichs (SOA) arbeitet, was grundlegend für das Erreichen der spezifizierten Lebensdauer ist.

4.4 Spektralverteilung und Abstrahlcharakteristik

Das Spektralverteilungsdiagramm zeigt die Intensität des emittierten Lichts über verschiedene Wellenlängen, zentriert um 468 nm. Das Abstrahldiagramm (oft ein Polardiagramm) veranschaulicht, wie das Licht räumlich aus dem Gehäuse emittiert wird. Der breite 120-Grad-Betrachtungswinkel bestätigt ein lambertisches oder nahezu lambertisches Abstrahlmuster, bei dem die Intensität senkrecht zum Chip am höchsten ist und bei größeren Winkeln abnimmt.

5. Mechanische und Verpackungsinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen und Toleranzen

Die LED verfügt über ein Standard-SMD-Gehäuse. Kritische Abmessungen umfassen die Bauteilgröße, die das PCB-Land Pattern bestimmt, und die Platzierung der Anoden- und Kathodenanschlüsse. Die Maßzeichnung spezifiziert alle wichtigen Maße mit einer Standardtoleranz von ±0,1 mm, sofern nicht anders angegeben. Diese Informationen werden verwendet, um den PCB-Footprint zu erstellen und so korrektes Löten und Ausrichtung sicherzustellen.

5.2 Polaritätskennzeichnung und Pad-Design

Korrekter Pol ist für den LED-Betrieb essentiell. Die Gehäusezeichnung im Datenblatt zeigt deutlich Anode und Kathode. Typischerweise kann ein Pad auf dem Bauteil selbst markiert sein oder eine andere Form haben (z.B. eine Kerbe oder eine abgeschrägte Kante) zur visuellen Identifikation unter Vergrößerung. Das empfohlene PCB-Pad-Layout gewährleistet eine zuverlässige Lötstelle und eine korrekte thermische und elektrische Verbindung.

6. Löt- und Bestückungsrichtlinien

Sachgemäße Handhabung und Lötung sind entscheidend, um die Leistung und Zuverlässigkeit der LED zu erhalten.

6.1 Reflow-Lötparameter

Die Komponente ist mit Infrarot- und Dampfphasen-Reflow-Prozessen kompatibel. Ein spezifisches bleifreies Löttemperaturprofil wird bereitgestellt. Wichtige Parameter umfassen eine Vorwärmphase (150-200°C für 60-120 Sekunden), eine Zeit oberhalb der Liquidustemperatur (217°C) von 60-150 Sekunden und eine Spitzentemperatur von maximal 260°C für höchstens 10 Sekunden. Die maximalen Aufheiz- und Abkühlraten sind ebenfalls spezifiziert, um thermischen Schock zu verhindern. Es wird dringend empfohlen, das Reflow-Löten nicht mehr als zweimal durchzuführen, um die internen Bonddrähte oder die Epoxidlinse nicht zu beschädigen.

6.2 Vorsichtsmaßnahmen beim Handlöten und Rework

Wenn Handlöten unvermeidbar ist, muss äußerste Vorsicht walten. Die Lötspitzentemperatur muss unter 350°C liegen, und die Kontaktzeit mit jedem Anschluss darf 3 Sekunden nicht überschreiten. Ein Niedrigleistungslötkolben (≤25W) wird empfohlen. Eine wichtige Warnung wird gegeben: Schäden treten oft beim Handlöten auf. Für Rework sollte ein spezieller Doppelkopflötkolben für SMD-Komponenten verwendet werden, um beide Anschlüsse gleichzeitig zu erhitzen und die Komponente anzuheben, ohne die Lötstellen oder den LED-Körper zu belasten.

6.3 Lagerung und Feuchtigkeitsempfindlichkeit

Die LEDs sind in einer feuchtigkeitsbeständigen Sperrbeutel mit Trockenmittel verpackt, um die Aufnahme von Luftfeuchtigkeit zu verhindern. Der Beutel darf erst geöffnet werden, wenn die Komponenten für den Einsatz in der Produktion bereit sind. Einmal geöffnet, sollten die LEDs innerhalb von 168 Stunden (7 Tagen) verwendet werden, wenn sie bei ≤30°C und ≤60% relativer Luftfeuchtigkeit gelagert werden. Wird diese Expositionszeit überschritten, ist eine Trocknung (60 ±5°C für 24 Stunden) erforderlich, um Feuchtigkeit zu entfernen und "Popcorning" oder Delamination während des Hochtemperatur-Reflow-Prozesses zu verhindern.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Spezifikationen für Rolle und Band

Das Produkt wird im Band-und-Rolle-Format für die automatische Bestückung geliefert. Die Abmessungen des Trägerbands, die Taschengröße und die Rollenabmessungen sind spezifiziert. Jede Rolle enthält 3000 Stück. Die Rollen- und Bandmaterialien sind feuchtigkeitsbeständig ausgelegt und schützen die Komponenten während Lagerung und Transport.

7.2 Etikettenerklärung und Modellnummerierung

Das Verpackungsetikett enthält mehrere wichtige Felder: die Kunden-Teilenummer (CPN), die Hersteller-Teilenummer (P/N), die Packmenge (QTY) und die spezifischen Bincodes für Lichtstärke (CAT), dominante Wellenlänge (HUE) und Flussspannung (REF). Die Losnummer (LOT No.) wird ebenfalls zur Rückverfolgbarkeit angegeben. Das Verständnis dieser Kennzeichnung ist wesentlich, um zu überprüfen, ob die erhaltenen Komponenten den bestellten Spezifikationen entsprechen.

8. Anwendungsdesign-Überlegungen

8.1 Schaltungsdesign und Strombegrenzung

Die kritischste Designregel ist die zwingende Verwendung eines Reihen-Strombegrenzungswiderstands (oder eines Konstantstromtriebers für anspruchsvollere Anwendungen). Die Flussspannung der LED hat einen negativen Temperaturkoeffizienten und eine Fertigungstoleranz. Ein leichter Anstieg der Versorgungsspannung ohne Strombegrenzung kann einen großen, möglicherweise zerstörerischen Anstieg des Stroms verursachen. Der Widerstandswert wird mit dem Ohmschen Gesetz berechnet: R = (V_Versorgung- V_F) / I_F, wobei V_Fund I_Fdie Zielbetriebspunkte sind.

8.2 Wärmemanagement im Endgerät

Obwohl die LED selbst klein ist, ist die Verwaltung ihrer Wärme für Leistung und Lebensdauer wichtig. Designer sollten den Wärmepfad von den Lötpads der LED zur Leiterplatte und gegebenenfalls zu einem Kühlkörper berücksichtigen. Die Verwendung einer Leiterplatte mit ausreichender Kupferfläche (thermische Entlastungspads) um den LED-Footprint herum kann helfen, Wärme abzuleiten. Die Derating-Kurven müssen für Anwendungen mit hohen Umgebungstemperaturen konsultiert werden.

8.3 Optische Integration

Für Hintergrundbeleuchtungs- oder Anzeigeanwendungen sollte der optische Pfad berücksichtigt werden. Der breite Betrachtungswinkel ist vorteilhaft für die gleichmäßige Ausleuchtung eines Diffusors oder Lichtleiters. Der Abstand zwischen der LED und der beleuchteten Oberfläche sowie der Einsatz von Reflektoren oder Linsen beeinflussen die endgültige Helligkeit und Gleichmäßigkeit. Die blaue Farbe kann in einigen Anwendungen auch mit phosphorbeschichteten Linsen oder Remote-Phosphor-Techniken in Weiß oder andere Farben umgewandelt werden.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu älteren Durchsteck-LED-Technologien bietet diese SMD-LED in Schlüsselbereichen überlegene Leistung. Das Fehlen von Anschlussdrähten eliminiert parasitäre Induktivität und ermöglicht bei Verwendung im gepulsten Modus höherfrequentes Schalten, obwohl dies keine typische Anwendung ist. Die geringere thermische Masse des SMD-Gehäuses kann eine schnellere thermische Reaktion ermöglichen, bedeutet aber auch, dass Wärme effizienter über die Leiterplatte abgeführt werden muss.

Innerhalb der Kategorie der blauen SMD-LEDs unterscheidet sich die 19-117 durch ihre spezifische Kombination aus Gehäusegröße (ermöglicht sehr dichte Layouts), breitem Betrachtungswinkel (für breite Ausleuchtung) und umfassendem Binning-System (für Designflexibilität und Konsistenz). Ihre Konformität mit RoHS, REACH und halogenfreien Standards macht sie für globale Märkte mit strengen Umweltvorschriften geeignet.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQ) basierend auf technischen Parametern

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

Unter Verwendung der maximalen Flussspannung (3,10V aus Bin 11) und eines Zielstroms von 5 mA für Standardhelligkeit: R = (5V - 3,10V) / 0,005A = 380 Ohm. Der nächstgelegene Standardwert ist 390 Ohm. Neuberechnung mit 390 Ohm ergibt I_F= (5V - 3,10V) / 390 = ~4,87 mA, was sicher ist. Verwenden Sie für diese Berechnung stets die maximale V_Faus Ihrem gewählten Bin, um sicherzustellen, dass der Strom niemals das Limit überschreitet.

10.2 Kann ich diese LED mit 20 mA für höhere Helligkeit betreiben?

Nein. Der absolute maximale kontinuierliche Durchlassstrom beträgt 10 mA. Der Betrieb mit 20 mA würde diesen Wert überschreiten, was zu schwerer Überhitzung, schnellem Helligkeitsabfall und fast sicher zum Ausfall führen würde. Um höhere Helligkeit zu erreichen, wählen Sie eine LED aus einem höheren Lichtstärke-Bin (M1 oder M2) oder verwenden Sie mehrere LEDs, nicht einen höheren Strom.

10.3 Wie interpretiere ich die Bincodes auf dem Etikett?

Die Etikettenfelder CAT, HUE und REF entsprechen den Bins. Ein Etikett mit CAT: M2, HUE: X, REF: 10 bedeutet beispielsweise, dass die LEDs auf dieser Rolle eine Lichtstärke zwischen 22,5 und 28,5 mcd (M2), eine dominante Wellenlänge zwischen 465,0 und 470,0 nm (X) und eine Flussspannung zwischen 2,70 und 2,90V (10) haben.

11. Praktische Design- und Anwendungsbeispiele

11.1 Armaturenbrett-Anzeigegruppe

In einem Automobil-Armaturenbrett könnten mehrere 19-117 LEDs hinter einer Polycarbonatlinse verwendet werden, um Warnsymbole (z.B. Fernlicht, Blinker) zu beleuchten. Designer würden einen spezifischen Helligkeitsbin (z.B. M1) auswählen, um Sichtbarkeit unter hellen Tageslichtbedingungen sicherzustellen. Die LEDs würden vom 12V-Bordnetz des Fahrzeugs über ein strombegrenzendes Widerstandsnetzwerk oder einen speziellen LED-Treiber-IC angesteuert. Der breite Betrachtungswinkel gewährleistet eine gleichmäßige Ausleuchtung des Symbols. Der hohe Betriebstemperaturbereich (-40 bis +85°C) ist für diese raue Umgebung wesentlich.

11.2 Niedrigleistungs-Statusanzeige

Für ein netzbetriebenes Verbrauchergerät wie einen Router oder ein Ladegerät bietet eine einzelne 19-117 LED eine klare Ein-/Statusanzeige. Angesteuert mit 5 mA von einer 5V-USB-Leitung oder einer 3,3V-Logikleitung (mit einem entsprechend berechneten Widerstand) verbraucht sie sehr wenig Leistung. Die blaue Farbe wird oft mit "aktiv" oder "verbunden" assoziiert. Ihre geringe Größe ermöglicht es ihr, in die zunehmend schlanken Profile moderner Elektronik zu passen.

12. Funktionsprinzip

Die 19-117 LED ist eine Halbleiterlichtquelle. Ihr Kern ist ein Chip aus Materialien wie Indiumgalliumnitrid (InGaN), die einen p-n-Übergang bilden. Wenn eine Flussspannung angelegt wird, die das eingebaute Potenzial des Übergangs überschreitet, werden Elektronen und Löcher über den Übergang injiziert. Wenn diese Ladungsträger rekombinieren, wird Energie in Form von Photonen (Licht) freigesetzt. Die spezifische Bandlückenenergie des InGaN-Materials bestimmt die Wellenlänge der emittierten Photonen, in diesem Fall etwa 468 nm, was als blaues Licht wahrgenommen wird. Die Epoxidlinse verkapselt den Chip, bietet mechanischen Schutz und formt das emittierte Licht in das gewünschte Abstrahlmuster.

13. Technologietrends und Kontext

Die 19-117 LED steht im breiteren Trend der Elektronikminiaturisierung und des Übergangs von Durchsteck- zu Oberflächenmontagetechnologie. Dieser Wandel ermöglicht automatisierte, hochvolumige Bestückung, reduziert Fertigungskosten und verbessert die Zuverlässigkeit durch den Wegfall manueller Lötvorgänge. In der LED-Industrie konzentrieren sich laufende Entwicklungen speziell auf die Steigerung der Lichtausbeute (mehr Lichtleistung pro Watt elektrischer Eingangsleistung), die Verbesserung der Farbkonstanz und -sättigung sowie die Erhöhung der Zuverlässigkeit unter Hochtemperatur- und Hochstrombedingungen. Während dies eine Standard-Blaulichtdiode ist, entwickeln sich die zugrundeliegende Materialwissenschaft und Verpackungstechniken weiter und treiben Leistungsverbesserungen in nachfolgenden Komponentengenerationen voran.