SMD LED 19-21 Blau Datenblatt - Abmessungen 2,0x1,25x0,8mm - Spannung 2,7-3,7V - Leistung 75mW - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die 19-21 SMD LED ist ein kompaktes, oberflächenmontierbares Bauteil, das für moderne elektronische Anwendungen entwickelt wurde, die zuverlässige Anzeige- oder Hintergrundbeleuchtungslösungen erfordern. Ihr Hauptvorteil liegt im deutlich reduzierten Platzbedarf im Vergleich zu herkömmlichen LEDs mit Anschlussdrähten, was eine höhere Bauteildichte auf Leiterplatten (PCBs) ermöglicht. Diese Miniaturisierung trägt direkt zu kleineren Endproduktdesigns, reduziertem Lagerbedarf für Komponenten und allgemeiner Gewichtsersparnis bei, was sie ideal für platzbeschränkte und tragbare Geräte macht.

Das Bauteil ist mit einem InGaN (Indiumgalliumnitrid)-Halbleiterchip aufgebaut, der blaues Licht emittiert. Die Vergussmasse ist wasserklar, um eine maximale Lichtausbeute zu gewährleisten. Es handelt sich um einen einfarbigen Typ, der auf 8mm breitem Trägerband auf 7-Zoll-Rollen geliefert wird, um Kompatibilität mit schnellen automatischen Bestückungsanlagen zu gewährleisten. Das Produkt ist vollständig für bleifreie Lötprozesse geeignet, einschließlich Infrarot- und Dampfphasenreflow. Darüber hinaus entspricht es wichtigen Umwelt- und Sicherheitsstandards: Es ist in RoHS-konformen Versionen erhältlich, erfüllt die EU-REACH-Verordnungen und ist halogenfrei (mit Brom <900 ppm, Chlor <900 ppm und deren Summe <1500 ppm).

2. Technische Parameter im Detail

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Grenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb unter oder bei diesen Bedingungen ist nicht garantiert.

• Sperrspannung (V_R):5V. Das Überschreiten dieser Spannung in Sperrrichtung kann zum Durchbruch des Übergangs führen.
• Durchlassstrom (I_F):20mA (Dauerbetrieb). Dies ist der empfohlene maximale Strom für einen zuverlässigen Langzeitbetrieb.
• Spitzendurchlassstrom (I_FP):40mA, nur unter gepulsten Bedingungen zulässig (Tastverhältnis 1/10 bei 1kHz).
• Verlustleistung (P_d):75mW. Dies ist die maximale Leistung, die das Gehäuse ohne Überschreiten seiner thermischen Grenzen abführen kann.
• Elektrostatische Entladung (ESD):Human Body Model (HBM) Rating von 150V. Richtige ESD-Handhabungsvorkehrungen während der Montage sind unerlässlich.
• Betriebstemperatur (T_opr):-40°C bis +85°C. Das Bauteil ist in diesem Umgebungstemperaturbereich funktionsfähig.
• Lagertemperatur (T_stg):-40°C bis +90°C.
• Löttemperatur (T_sol):Reflow-Profilspitze bei 260°C für maximal 10 Sekunden. Die Lötspitzentemperatur beim Handlöten sollte 350°C für 3 Sekunden nicht überschreiten.

2.2 Elektro-optische Kenngrößen

Diese Parameter werden unter Standardtestbedingungen einer Umgebungstemperatur (T_a) von 25°C und einem Durchlassstrom (I_F) von 20mA gemessen, sofern nicht anders angegeben. Sie definieren die wesentliche Lichtausgabe und elektrische Leistung.

• Lichtstärke (I_v):Reicht von mindestens 72,0 mcd bis maximal 180,0 mcd. Der typische Wert liegt innerhalb dieses Binning-Bereichs (siehe Abschnitt 3).
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):Etwa 100 Grad. Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke die Hälfte ihres Spitzenwertes beträgt.
• Spitzenwellenlänge (λ_p):Typischerweise 468 Nanometer (nm). Dies ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Emission am stärksten ist.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):Reicht von 465,0 nm bis 475,0 nm. Dies ist die vom menschlichen Auge wahrgenommene Einzelwellenlänge, die die Farbe definiert.
• Spektrale Bandbreite (Δλ):Typischerweise 25 nm. Dies misst die Breite des emittierten Spektrums bei halber maximaler Intensität.
• Flussspannung (V_F):Reicht von 2,70V bis 3,70V bei 20mA. Dies ist der Spannungsabfall über der LED im Betrieb.
• Sperrstrom (I_R):Maximal 50 μA bei einer angelegten Sperrspannung von 5V. Das Bauteil ist nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt.

Wichtige Hinweise:Toleranzen sind mit ±11% für die Lichtstärke, ±1nm für die dominante Wellenlänge und ±0,1V für die Flussspannung spezifiziert. Die 5V-Sperrspannungsbedingung dient zum Testen von I_R only.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um eine konsistente Farbe und Helligkeit in Produktionsanwendungen zu gewährleisten, werden LEDs basierend auf Schlüsselparametern in Bins sortiert. Dies ermöglicht es Designern, Teile auszuwählen, die spezifische Anwendungsanforderungen erfüllen.

3.1 Binning der Lichtstärke

Binning bei I_F= 20mA. Codes zeigen aufsteigende Helligkeitsstufen an.

• Q1:72,0 – 90,0 mcd
• Q2:90,0 – 112,0 mcd
• R1:112,0 – 140,0 mcd
• R2:140,0 – 180,0 mcd

3.2 Binning der dominanten Wellenlänge

Binning bei I_F= 20mA. Definiert den präzisen Blauton.

• X:465,0 – 470,0 nm
• Y:470,0 – 475,0 nm

3.3 Binning der Flussspannung

Binning bei I_F= 20mA. Wichtig für das Design von Strombegrenzungsschaltungen und um gleichmäßige Helligkeit in parallel geschalteten Strings sicherzustellen.

• 10:2,70 – 2,90 V
• 11:2,90 – 3,10 V
• 12:3,10 – 3,30 V
• 13:3,30 – 3,50 V
• 14:3,50 – 3,70 V

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere charakteristische Kurven, die entscheidend für das Verständnis des LED-Verhaltens unter verschiedenen Betriebsbedingungen sind.

4.1 Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Diese Kurve zeigt, dass die Lichtausgabe mit dem Durchlassstrom zunimmt, jedoch nicht linear. Bei höheren Strömen neigt sie zur Sättigung. Ein Betrieb deutlich über den empfohlenen 20mA kann zu abnehmenden Helligkeitsgewinnen führen, während gleichzeitig die Wärmeentwicklung zunimmt und der Degradationsprozess beschleunigt wird.

4.2 Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur

Der LED-Wirkungsgrad nimmt mit steigender Sperrschichttemperatur ab. Diese Kurve zeigt typischerweise einen allmählichen Rückgang der Lichtausgabe, wenn die Umgebungstemperatur von -40°C auf +85°C ansteigt. Ein ordnungsgemäßes Wärmemanagement in der Anwendung ist notwendig, um eine konstante Helligkeit aufrechtzuerhalten.

4.3 Durchlassstrom-Derating-Kurve

Dieses Diagramm definiert den maximal zulässigen Dauer-Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur. Mit steigender Temperatur muss der maximal zulässige Strom reduziert werden, um innerhalb der Verlustleistungsgrenzen des Bauteils zu bleiben und Überhitzung zu verhindern.

4.4 Flussspannung vs. Durchlassstrom

Diese IV (Strom-Spannungs)-Kennlinie ist exponentieller Natur. Eine kleine Änderung der Flussspannung führt zu einer großen Stromänderung, was die kritische Notwendigkeit eines Konstantstrom-Treibers oder eines gut berechneten Vorwiderstands unterstreicht.

4.5 Spektralverteilung

Das Spektraldiagramm zeigt einen einzelnen Peak um 468 nm, was die monochromatische blaue Ausgabe bestätigt. Die typische Bandbreite von 25nm zeigt die spektrale Reinheit des emittierten Lichts.

4.6 Strahlungsdiagramm

Dieses Polardiagramm stellt den Abstrahlwinkel visuell dar und zeigt die relative Lichtstärke in verschiedenen Winkeln von der zentralen Achse der LED, was den etwa 100-Grad-Abstrahlwinkel bestätigt.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die 19-21 SMD LED hat einen kompakten rechteckigen Footprint. Die Hauptabmessungen (in Millimetern) betragen etwa 2,0mm Länge, 1,25mm Breite und 0,8mm Höhe. Toleranzen sind typischerweise ±0,1mm, sofern nicht anders angegeben. Das Gehäuse verfügt über eine Kathodenkennzeichnung, die für die korrekte Ausrichtung während der Leiterplattenmontage wesentlich ist.

5.2 Polungskennzeichnung

Die korrekte Polung ist für den Betrieb zwingend erforderlich. Das Gehäuse enthält eine deutliche Kathodenmarkierung. Beziehen Sie sich immer auf die Gehäusezeichnung, um diese Markierung am physischen Bauteil zu identifizieren und sie mit der entsprechenden Markierung auf dem Leiterplatten-Footprint auszurichten.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Strombegrenzung erforderlich

Kritisch:Ein externer strombegrenzender Widerstand oder eine Konstantstrom-Treiberschaltung MUSS in Reihe mit der LED verwendet werden. Die exponentielle IV-Kennlinie bedeutet, dass eine geringfügige Erhöhung der Versorgungsspannung einen großen, möglicherweise zerstörerischen Stromstoß im Durchlassstrom verursachen kann.

6.2 Reflow-Lötprofil

Das Bauteil ist für bleifreies Reflow-Löten geeignet. Das empfohlene Temperaturprofil ist wie folgt:

• Vorwärmen:150–200°C für 60–120 Sekunden.
• Zeit über Liquidus (217°C):60–150 Sekunden.
• Spitzentemperatur:Maximal 260°C.
• Zeit innerhalb 5°C der Spitze:Maximal 10 Sekunden.
• Aufheizrate:Maximal 3°C/Sekunde bis 217°C, dann maximal 6°C/Sekunde bis zur Spitze.
• Abkühlrate:Gesteuertes Abkühlen wird empfohlen.

Hinweis:Reflow-Löten sollte nicht mehr als zweimal am selben Bauteil durchgeführt werden.

6.3 Handlöten

Falls Handlöten notwendig ist, ist äußerste Vorsicht geboten:

• Verwenden Sie einen Lötkolben mit einer Spitzentemperatur von maximal 350°C.
• Begrenzen Sie die Kontaktzeit auf maximal 3 Sekunden pro Anschluss.
• Verwenden Sie einen Lötkolben mit einer Leistung von 25W oder weniger.
• Lassen Sie zwischen dem Löten jedes Anschlusses mindestens 2 Sekunden Abstand, um thermische Belastung zu vermeiden.

6.4 Lagerung und Feuchtigkeitssensitivität

Die Komponenten sind in einer feuchtigkeitsbeständigen Barrieretüte mit Trockenmittel verpackt.

• Öffnen Sie die Tüteerst bei Gebrauchsbereitschaft.
• Nach dem Öffnen sollten unbenutzte LEDs bei ≤30°C und ≤60% relativer Luftfeuchtigkeit gelagert werden.
• Die "Floor Life" nach dem Öffnen der Tüte beträgt 168 Stunden (7 Tage).
• Wenn Komponenten diese Zeit überschreiten oder der Trockenmittel-Indikator die Farbe ändert, ist eine Trocknung erforderlich: 60°C ±5°C für 24 Stunden vor dem Reflow.

6.5 Nacharbeit und Reparatur

Nacharbeit nach dem Löten wird dringend abgeraten. Falls absolut unvermeidbar, verwenden Sie einen Doppelspitzen-Lötkolben, um beide Anschlüsse gleichzeitig zu erhitzen und das Bauteil gleichmäßig anzuheben, um mechanische Belastung der Lötstellen oder des LED-Gehäuses zu verhindern. Überprüfen Sie die Bauteilfunktionalität nach jeder Nacharbeit.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Standardverpackung

Die LEDs werden in geprägtem Trägerband auf 7-Zoll-Rollen geliefert. Jede Rolle enthält 3000 Stück. Die Bandbreite beträgt 8mm.

7.2 Rolle und Trägerband-Abmessungen

Detaillierte mechanische Zeichnungen für den Rollenkern, den Flansch und die Trägerbandtaschen sind im Datenblatt enthalten, mit Standardtoleranzen von ±0,1mm.

7.3 Etiketteninformationen

Das Rollenetikett enthält wichtige Informationen für Rückverfolgbarkeit und korrekte Anwendung:

• CPN:Kundenspezifische Teilenummer (falls vergeben).
• P/N:Hersteller-Produktnummer (z.B. 19-21/BHC-ZQ1R2N/3T).
• QTY:Packungsmenge pro Rolle.
• CAT:Lichtstärke-Bincode (z.B. R1).
• HUE:Dominante Wellenlänge/Farbton-Bincode (z.B. X).
• REF:Flussspannung-Bincode (z.B. 12).
• LOT No:Herstellungslosnummer für Rückverfolgbarkeit.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

• Hintergrundbeleuchtung:Ideal für Armaturenbrettanzeigen, Folientastaturen, Tastaturen und Symbolbeleuchtung aufgrund ihrer geringen Größe und gleichmäßigen Abstrahlcharakteristik.
• Telekommunikationsgeräte:Statusanzeigen und Hintergrundbeleuchtung für Telefone, Faxgeräte und Netzwerkhardware.
• LCD-Flachbild-Hintergrundbeleuchtung:Kann in Arrays verwendet werden, um Kantenbeleuchtung für kleine LCD-Displays bereitzustellen.
• Allgemeine Anzeigeanwendungen:Netzstatus, Modusauswahl und Warnanzeigen in einer Vielzahl von Konsum- und Industrielektronikgeräten.

8.2 Designüberlegungen

• Schaltungsdesign:Implementieren Sie immer eine ordnungsgemäße Stromregelung. Für einfache Widerstandsbegrenzungsdesigns berechnen Sie den Widerstandswert unter Verwendung der maximalen Flussspannung (V_F) aus dem Bin, um sicherzustellen, dass der Strom unter ungünstigsten Bedingungen niemals 20mA überschreitet.
• Leiterplattenlayout:Stellen Sie sicher, dass das Lötpadmuster dem empfohlenen Footprint entspricht. Sorgen Sie für ausreichende thermische Entlastung, wenn die LED bei oder nahe ihren Maximalwerten betrieben werden soll.
• Optisches Design:Die wasserklare Linse bietet einen weiten Abstrahlwinkel. Für fokussiertes oder diffuses Licht können externe Linsen oder Lichtleiter erforderlich sein.
• ESD-Schutz:Integrieren Sie ESD-Schutzdioden auf empfindlichen Leitungen, wenn sich die LED an einer benutzerzugänglichen Stelle befindet, da das 150V HBM Rating relativ niedrig ist.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu größeren, bedrahteten LEDs bietet das 19-21 SMD-Gehäuse entscheidende Vorteile für moderne Elektronik:

• Größe & Gewicht:Deutlich kleiner und leichter, ermöglicht Miniaturisierung.
• Montagekosten:Ermöglicht vollautomatische, schnelle Leiterplattenbestückung, reduziert Arbeitskosten.
• Zuverlässigkeit:Die Oberflächenmontagekonstruktion bietet im Allgemeinen eine bessere Widerstandsfähigkeit gegen Vibration und mechanischen Stoß als Bauteile mit Anschlussdrähten.
• Wärmepfad:Das SMD-Gehäuse kann einen direkteren Wärmepfad zur Leiterplatte haben, was bei ordnungsgemäßem Design die Wärmeableitung unterstützt.
• Innerhalb des Segments der SMD blauen LEDs sind die wichtigsten Unterscheidungsmerkmale für dieses Teil seine spezifische Kombination aus Helligkeit (bis zu 180mcd), präzises Wellenlängen-Binning und die Einhaltung strenger halogenfreier und REACH-Standards, was für bestimmte Märkte und umweltbewusste Designs entscheidend sein kann.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

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

Unter Verwendung des Ohmschen Gesetzes (R = (V_Versorgung- V_F) / I_F) und unter Annahme einer ungünstigsten (niedrigsten) V_Fvon 2,7V, um sicherzustellen, dass der Strom niemals 20mA überschreitet: R = (5V - 2,7V) / 0,020A = 115 Ohm. Der nächsthöhere Standardwert (z.B. 120 Ohm) sollte verwendet werden. Überprüfen Sie den Strom immer mit der tatsächlichen V_FIhres spezifischen Bins.

10.2 Kann ich diese LED mit 30mA für mehr Helligkeit betreiben?

Es wird nicht empfohlen. Der absolute Maximalwert für den Dauer-Durchlassstrom beträgt 20mA. Das Überschreiten dieses Wertes verringert die Langzeitzuverlässigkeit, erhöht die Sperrschichttemperatur und beschleunigt den Lichtstromrückgang, was möglicherweise zu vorzeitigem Ausfall führt.

10.3 Warum sind die Lagerungs- und Trocknungsprozesse so wichtig?

SMD-Kunststoffgehäuse können Feuchtigkeit aus der Atmosphäre aufnehmen. Während des Hochtemperatur-Reflow-Lötprozesses kann diese eingeschlossene Feuchtigkeit sich schnell ausdehnen und innere Delamination oder "Popcorning" verursachen, was das Gehäuse reißt oder den Chip beschädigt. Die feuchtigkeitssensitive Kennzeichnung und die Trocknungsverfahren verhindern diesen Fehlermodus.

10.4 Wie interpretiere ich die Bincodes (z.B. Q1, X, 12) auf meiner Rolle?

Diese Codes geben die Leistungsgruppe Ihrer LEDs an. Zum Beispiel bedeutet "Q1" eine Lichtstärke zwischen 72-90 mcd, "X" bedeutet eine dominante Wellenlänge zwischen 465-470 nm und "12" bedeutet eine Flussspannung zwischen 3,10-3,30V. Die Verwendung von Teilen aus demselben Bin gewährleistet Konsistenz in Helligkeit und Farbe in Ihrem Produkt.

11. Praktisches Design- und Anwendungsbeispiel

Szenario: Entwurf eines Multi-LED-Statuspanels.Ein Designer erstellt ein Bedienfeld mit zehn blauen Anzeige-LEDs. Um eine gleichmäßige Helligkeit zu gewährleisten, spezifiziert er LEDs aus demselben Lichtstärke-Bin (z.B. R1). Er versorgt die LEDs von einer 3,3V-Schiene. Die Verwendung der maximalen V_Faus Bin 14 (3,7V) in der Widerstandsberechnung würde zu einem negativen Widerstand führen, daher muss er einen niedrigeren Bin oder eine höhere Versorgungsspannung verwenden. Er wählt Bin 12 (max V_F3,3V). Die Berechnung mit einer typischen V_Fvon 3,2V ergibt R = (3,3V - 3,2V) / 0,020A = 5 Ohm. Ein kleiner Widerstand ist erforderlich, und der tatsächliche Strom wird sehr empfindlich auf V_F-Variationen reagieren. In diesem Fall wäre ein Konstantstrom-Treiber-IC für mehrere LEDs eine robustere Lösung als einzelne Widerstände, da er eine stabile Helligkeit unabhängig von kleinen V_F-Unterschieden zwischen den Einheiten bietet.

12. Funktionsprinzip

Die 19-21 LED arbeitet nach dem Prinzip der Elektrolumineszenz in einem Halbleiter-p-n-Übergang. Die aktive Zone besteht aus InGaN. Wenn eine Flussspannung angelegt wird, die die Durchlassspannungsschwelle der Diode überschreitet, werden Elektronen aus dem n-dotierten Bereich und Löcher aus dem p-dotierten Bereich in die aktive Zone injiziert. Wenn diese Ladungsträger rekombinieren, geben sie Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Zusammensetzung der InGaN-Legierung bestimmt die Bandlückenenergie, die direkt der Wellenlänge des emittierten Lichts entspricht – in diesem Fall blaues Licht um 468 nm. Die wasserklare Epoxidharz-Vergussmasse schützt den Halbleiterchip, bietet mechanische Stabilität und wirkt als Linse, um das Lichtausgabemuster zu formen.

13. Technologietrends

Die Entwicklung von SMD-LEDs wie dem 19-21-Gehäuse wird durch den anhaltenden Trend zu Miniaturisierung, erhöhter Effizienz und höherer Zuverlässigkeit in der Elektronikfertigung vorangetrieben. Wichtige Trends in diesem Sektor sind:

• Erhöhte Effizienz:Laufende Materialwissenschaftsforschung zielt darauf ab, die interne Quanteneffizienz von InGaN-Chips zu verbessern, was bei gleichem Eingangsstrom (mA) eine höhere Lichtstärke (mcd) oder bei gleicher Ausgabe einen geringeren Stromverbrauch ermöglicht.
• Verbessertes Wärmemanagement:Fortschritte bei Gehäusematerialien und Die-Attach-Technologien ermöglichen eine bessere Wärmeableitung vom Chip, was höhere Treiberströme oder verbesserte Lebensdauer bei Standardströmen ermöglicht.
• Verbesserte Farbkonsistenz:Engere Binning-Toleranzen und fortschrittlichere Wafer-Level-Fertigungsprozesse führen zu reduzierter Variation in dominanter Wellenlänge und Lichtstärke, was für Anwendungen mit einheitlichem Erscheinungsbild entscheidend ist.
• Breitere Umweltkonformität:Der Trend zu halogenfreien und strengeren RoHS/REACH-Konformitäten, wie bei dieser Komponente zu sehen, wird zum Standard und spiegelt den Fokus der Industrie auf Umweltverträglichkeit und Materialsicherheit wider.
• Integration:Ein breiterer Trend beinhaltet die direkte Integration von Steuerelektronik (wie Konstantstrom-Treiber oder PWM-Controller) mit dem LED-Chip in fortschrittlichere Gehäusetypen, was die Schaltungsentwicklung für den Endanwender vereinfacht.