SMD LED 24-21/BHC-AP1Q2/2A Datenblatt - Blau - 2.0x1.25x0.8mm - 3.3V - 20mA - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die 24-21 SMD LED ist ein kompaktes, oberflächenmontierbares Bauteil, das für moderne elektronische Anwendungen entwickelt wurde, die Miniaturisierung und hohe Zuverlässigkeit erfordern. Diese blaue LED, basierend auf InGaN-Chip-Technologie, bietet eine ausgewogene Balance aus Leistung und Größe, was sie für automatisierte Bestückungsprozesse geeignet macht.

1.1 Kernvorteile und Positionierung

Der primäre Vorteil dieser Komponente ist ihr deutlich reduzierter Platzbedarf im Vergleich zu herkömmlichen LEDs mit Anschlussrahmen. Dies ermöglicht kleinere Leiterplatten (PCB)-Designs, eine höhere Bauteilpackungsdichte und trägt letztlich zur Entwicklung kompakterer Endverbrauchergeräte bei. Ihre leichte Bauweise erhöht zudem die Eignung für Miniatur- und tragbare Anwendungen.

1.2 Zielmarkt und Anwendungen

Diese LED zielt auf den Markt für Allgemeinbeleuchtung und Anzeigen ab. Wichtige Anwendungsbereiche umfassen die Hintergrundbeleuchtung von Instrumententafeln, Schaltern und Symbolen; Statusanzeigen und Hintergrundbeleuchtung in Telekommunikationsgeräten wie Telefonen und Faxgeräten; sowie allgemeine Beleuchtungszwecke, bei denen eine kompakte blaue Lichtquelle benötigt wird.

2. Wichtige Merkmale und Konformität

• Verpackt in 8-mm-Tape auf 7-Zoll-Durchmesser-Spulen für die Kompatibilität mit automatischen Pick-and-Place-Geräten.
• Konzipiert für die Verwendung mit Standard-Infrarot- und Dampfphasen-Reflow-Lötverfahren.
• Einfarbiger (Blau) Typ.
• Aus bleifreien Materialien gefertigt.
• Das Produkt entspricht der RoHS-Richtlinie.
• Die Einhaltung der EU REACH-Verordnungen wird gewährleistet.
• Halogenfreie Konstruktion: Brom (Br) <900 ppm, Chlor (Cl) <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm.

3. Technische Parameter: Detaillierte objektive Interpretation

3.1 Absolute Grenzwerte

Diese Grenzwerte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb unter oder an diesen Grenzen ist nicht garantiert und sollte für eine zuverlässige Leistung vermieden werden.

• Sperrspannung (V_R):5V. Das Überschreiten dieser Spannung in Sperrrichtung kann zum Durchbruch des Übergangs führen.
• Durchlassstrom (I_F):20mA. Der empfohlene Dauerbetriebsstrom.
• Spitzendurchlassstrom (I_FP):40mA. Nur unter gepulsten Bedingungen zulässig (Tastverhältnis 1/10 @ 1kHz).
• Verlustleistung (P_d):75mW. Die maximale Leistung, die das Gehäuse bei 25°C Umgebungstemperatur abführen kann.
• Elektrostatische Entladung (ESD):150V (Human Body Model). Angemessene ESD-Handhabungsvorkehrungen sind unerlässlich.
• Betriebstemperatur (T_opr):-40°C bis +85°C. Der Umgebungstemperaturbereich für den Normalbetrieb.
• Lagertemperatur (T_stg):-40°C bis +90°C.
• Löttemperatur (T_sol):Reflow: 260°C Spitze für max. 10 Sekunden. Handlöten: 350°C für max. 3 Sekunden pro Anschluss.

3.2 Elektro-optische Eigenschaften

Gemessen bei T_a= 25°C und I_F= 20mA, sofern nicht anders angegeben. Dies sind die wichtigsten Leistungsparameter unter Standardtestbedingungen.

• Lichtstärke (I_v):45,0 bis 112,0 mcd (Millicandela). Die spezifische Ausgangsleistung wird durch den Bin-Code (P1, P2, Q1, Q2) bestimmt. Eine Toleranz von ±11% gilt.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):Typisch 130 Grad. Dies definiert den Winkelbereich, in dem die Intensität mindestens die Hälfte des Spitzenwerts beträgt.
• Spitzenwellenlänge (λ_p):Typisch 468 nm. Die Wellenlänge, bei der die spektrale Emission am stärksten ist.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):464,5 bis 476,5 nm. Dies definiert die wahrgenommene Farbe des Lichts und wird gebinnt (A9-A12). Eine Toleranz von ±1nm gilt.
• Spektrale Bandbreite (Δλ):Typisch 25 nm. Die Breite des Emissionsspektrums bei halber maximaler Intensität.
• Durchlassspannung (V_F):2,7V bis 3,7V, mit einem typischen Wert von 3,3V bei 20mA.
• Sperrstrom (I_R):Maximal 50 μA bei V_R= 5V. Das Bauteil ist nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt.

4. Erklärung des Binning-Systems

Um Farb- und Helligkeitskonsistenz in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs in Bins sortiert.

4.1 Lichtstärke-Binning

Bins definieren die minimale und maximale Lichtausbeute bei I_F=20mA. P1: 45,0 - 57,0 mcd P2: 57,0 - 72,0 mcd Q1: 72,0 - 90,0 mcd Q2: 90,0 - 112,0 mcd

3.2 Dominante Wellenlänge-Binning

Bins definieren den Bereich der dominanten Wellenlänge, die mit dem Blauton korreliert. A9: 464,5 - 467,5 nm A10: 467,5 - 470,5 nm A11: 470,5 - 473,5 nm A12: 473,5 - 476,5 nm

5. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt enthält mehrere charakteristische Kurven, gemessen bei T_a=25°C. Diese sind wesentlich, um das Bauteilverhalten unter nicht standardmäßigen Bedingungen zu verstehen.

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

Diese Kurve zeigt die exponentielle Beziehung zwischen Strom und Spannung. Die typische Durchlassspannung beträgt 3,3V bei 20mA. Entwickler müssen einen strombegrenzenden Widerstand verwenden, um thermisches Durchgehen zu verhindern, da eine kleine Spannungserhöhung einen großen, potenziell zerstörerischen Stromanstieg verursachen kann.

5.2 Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Die Lichtstärke steigt mit dem Durchlassstrom, jedoch nicht linear. Ein Betrieb über den empfohlenen 20mA kann eine höhere Ausgangsleistung ergeben, verringert jedoch aufgrund der erhöhten Sperrschichttemperatur den Wirkungsgrad und die Lebensdauer des Bauteils.

5.3 Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur

Die LED-Lichtausbeute nimmt mit steigender Umgebungstemperatur ab. Diese Kurve ist entscheidend für Anwendungen in erhöhten Temperaturumgebungen, da sie es Entwicklern ermöglicht, die erwartete Ausgangsleistung abzuwerten oder ein Wärmemanagement zu implementieren.

5.4 Durchlassstrom-Abwertungskurve

Dieses Diagramm definiert den maximal zulässigen Dauer-Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur. Um die Zuverlässigkeit zu gewährleisten, muss der Betriebsstrom reduziert werden, wenn die Umgebungstemperatur 25°C überschreitet.

5.5 Spektralverteilung

Das Emissionsspektrum ist um 468 nm (blau) zentriert mit einer typischen Bandbreite von 25 nm. Diese Information ist entscheidend für das Design optischer Systeme und farbempfindliche Anwendungen.

5.6 Abstrahlcharakteristik

Das Polardiagramm veranschaulicht die räumliche Verteilung der Lichtintensität und bestätigt den 130-Grad-Abstrahlwinkel. Das Muster ist für diese Art von Gehäuse typischerweise lambertisch oder nahezu lambertisch.

6. Mechanische und Gehäuseinformationen

6.1 Gehäuseabmessungen

Das 24-21 SMD-Gehäuse hat die Nennabmessungen 2,0mm (Länge) x 1,25mm (Breite) x 0,8mm (Höhe). Die detaillierte mechanische Zeichnung spezifiziert alle kritischen Abmessungen, einschließlich Pad-Größe (0,6mm x 0,55mm), Abstand (1,0mm zwischen Pad-Mittelpunkten) und Bauteiltoleranzen (typisch ±0,1mm, sofern nicht anders angegeben).

6.2 Polaritätskennzeichnung

Die Kathode ist typischerweise markiert, oft durch eine Kerbe, einen grünen Punkt oder eine andere Pad-Form auf dem Trägertape. Für das spezifische Kennzeichnungsschema sollte die Gehäusezeichnung im Datenblatt konsultiert werden.

7. Löt- und Bestückungsrichtlinien

7.1 Reflow-Lötprofil

Ein bleifreies Reflow-Profil wird empfohlen: - Vorwärmen: 150-200°C für 60-120 Sekunden. - Zeit über Liquidus (217°C): 60-150 Sekunden. - Spitzentemperatur: Maximal 260°C, maximal 10 Sekunden gehalten. - Aufheizrate: Maximal 6°C/Sek. bis 255°C. - Abkühlrate: Maximal 3°C/Sek. Reflow-Löten sollte nicht mehr als zweimal durchgeführt werden.

7.2 Handlöten

Falls Handlöten notwendig ist: - Verwenden Sie einen Lötkolben mit einer Spitzentemperatur unter 350°C. - Begrenzen Sie die Kontaktzeit auf 3 Sekunden pro Anschluss. - Verwenden Sie einen Kolben mit einer Leistung unter 25W. - Lassen Sie zwischen dem Löten jedes Anschlusses mindestens 2 Sekunden Abstand, um thermischen Schock zu vermeiden.

7.3 Lagerung und Feuchtigkeitssensitivität

Die Bauteile sind in feuchtigkeitsbeständigen Barrieretüten mit Trockenmittel verpackt. - Öffnen Sie die Tüte erst bei Gebrauchsbereitschaft. - Nach dem Öffnen müssen unbenutzte LEDs bei ≤30°C und ≤60% relativer Luftfeuchtigkeit gelagert werden. - Die "Floor Life" nach dem Öffnen der Tüte beträgt 168 Stunden (7 Tage). - Wird diese überschritten oder hat der Trockenmittelindikator die Farbe geändert, ist vor dem Reflow ein Ausheizen bei 60±5°C für 24 Stunden erforderlich.

8. Verpackungs- und Bestellinformationen

8.1 Spulen- und Tape-Spezifikationen

Die LEDs werden in geprägtem Trägertape mit einer Breite von 8mm geliefert, aufgewickelt auf einer Standard-7-Zoll-Durchmesser-Spule. Jede Spule enthält 2000 Stück. Detaillierte Abmessungen für Spule, Trägertape und Decktape sind im Datenblatt angegeben.

8.2 Etikettenerklärung

Das Spulenetikett enthält mehrere Codes: - CPN: Kundenspezifische Produktnummer. - P/N: Hersteller-Produktnummer (z.B. 24-21/BHC-AP1Q2/2A). - QTY: Packungsmenge. - CAT: Lichtstärke-Bin-Code (z.B. Q2). - HUE: Dominante Wellenlänge-Bin-Code (z.B. A10). - REF: Durchlassspannungs-Rang. - LOT No: Rückverfolgbare Fertigungslosnummer.

9. Anwendungsvorschläge und Designüberlegungen

9.1 Strombegrenzung

Ein externer strombegrenzender Widerstand ist zwingend erforderlich. Der Wert kann mit dem Ohmschen Gesetz berechnet werden: R = (V_versorgung- V_F) / I_F. Verwenden Sie für ein Worst-Case-Design die maximale V_Faus dem Datenblatt (3,7V), um sicherzustellen, dass der Strom selbst bei Bauteiltoleranzen 20mA nicht überschreitet.

9.2 Wärmemanagement

Obwohl das Gehäuse klein ist, sind thermische Überlegungen für die Langlebigkeit wichtig. Sorgen Sie für ausreichende Kupferfläche auf der Leiterplatte unter und um die LED-Pads herum, die als Kühlkörper dient, insbesondere bei Betrieb bei hohen Umgebungstemperaturen oder nahe dem Maximalstrom.

9.3 Optisches Design

Der 130-Grad-Abstrahlwinkel bietet eine breite Ausleuchtung. Für fokussiertes Licht sind sekundäre Optiken (Linsen) erforderlich. Das Spektrum eignet sich für die Hintergrundbeleuchtung von Farbfiltern oder als reine blaue Anzeige.

10. Technischer Vergleich und Differenzierung

Das 24-21-Gehäuse bietet einen kleineren Platzbedarf als traditionelle 3mm- oder 5mm-Durchsteck-LEDs und ermöglicht so höhere Packungsdichten. Im Vergleich zu anderen SMD-LEDs wie 0402 oder 0603 bietet die 24-21 (ca. 0805 metrisch) typischerweise eine höhere Lichtausbeute und bessere thermische Leistung aufgrund ihrer größeren Größe, bleibt aber deutlich kleiner als Hochleistungs-LED-Gehäuse. Ihre Kompatibilität mit Standard-Reflow-Prozessen unterscheidet sie von Bauteilen, die eine Sonderbehandlung erfordern.

11. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

11.1 Welchen Widerstand sollte ich bei einer 5V-Versorgung verwenden?

Unter Verwendung der typischen V_Fvon 3,3V und I_Fvon 20mA: R = (5V - 3,3V) / 0,02A = 85 Ohm. Für ein robustes Design unter Verwendung der max. V_Fvon 3,7V: R = (5V - 3,7V) / 0,02A = 65 Ohm. Ein Standardwiderstand von 68 oder 75 Ohm wäre angemessen. Berechnen Sie stets die Leistungsaufnahme: P = I²R.

11.2 Kann ich diese LED ohne Widerstand mit einer Konstantstromquelle betreiben?

Ja, ein auf 20mA eingestellter Konstantstromtreiber ist eine ausgezeichnete Methode, die Schwankungen aufgrund von V_F-Toleranz und Versorgungsspannungsschwankungen eliminiert und so eine konsistentere Helligkeit und eine bessere Lebensdauer bietet.

11.3 Warum wird die Lichtstärke als Bereich angegeben?

Aufgrund inhärenter Schwankungen in der Halbleiterfertigung werden LEDs nach ihrer Ausgangsleistung sortiert (gebinnt). Der spezifische Bin (P1, P2, Q1, Q2) auf dem Spulenetikett gibt die garantierte Mindest- und Maximalintensität für diese Charge an.

11.4 Wie interpretiere ich die Wellenlängen-Bins?

Der dominante Wellenlängen-Bin (A9-A12) gewährleistet Farbkonsistenz. Zum Beispiel erzeugt Bin A10 (467,5-470,5 nm) einen leicht anderen Blauton als Bin A12 (473,5-476,5 nm). Für ein einheitliches Erscheinungsbild in einer Anordnung sollten LEDs aus denselben Wellenlängen- und Intensitäts-Bins spezifiziert und verwendet werden.

12. Praktisches Anwendungsbeispiel

Szenario:Entwurf einer energiesparenden Statusanzeige für ein tragbares Verbrauchergerät.Design-Entscheidungen:Die 24-21 LED wird aufgrund ihrer kleinen Größe und Eignung für Reflow-Löten ausgewählt. Eine blaue Farbe wird für eine "Eingeschaltet"-Anzeige gewählt. Das Gerät läuft mit einer geregelten 3,3V-Schiene.Berechnung:Die Verwendung einer typischen V_Fvon 3,3V bei 20mA würde einen nahezu null Spannungsabfall erfordern, was eine Stromregelung unmöglich macht. Daher wird die LED mit einem niedrigeren Strom betrieben, z.B. 10mA, für ausreichende Sichtbarkeit bei Stromersparnis. Unter Verwendung der typischen V_F-Kurve beträgt V_Fbei 10mA etwa 3,1V. Widerstand R = (3,3V - 3,1V) / 0,01A = 20 Ohm. Ein 22-Ohm-Widerstand wird gewählt. Die Verlustleistung in der LED beträgt P = V_F* I_F≈ 3,1V * 0,01A = 31mW, deutlich innerhalb der 75mW-Nennleistung.

13. Einführung in das Funktionsprinzip

Dies ist eine Halbleiter-Leuchtdiode. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die das eingebaute Potenzial des Übergangs überschreitet, werden Elektronen und Löcher über den p-n-Übergang injiziert. Im aktiven Bereich rekombinieren diese Ladungsträger und setzen Energie in Form von Photonen frei. Das verwendete spezifische Material (Indiumgalliumnitrid - InGaN) bestimmt die Bandlückenenergie und damit die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts, die in diesem Fall im blauen Spektrum liegt. Das Epoxidharzgehäuse dient zum Schutz des Halbleiterchips, bietet mechanische Stabilität und fungiert als primäre Linse, die den Lichtaustritt formt.

14. Technologietrends

Die Entwicklung von SMD-LEDs wie der 24-21 folgt breiteren Branchentrends hin zu Miniaturisierung, erhöhter Effizienz (Lumen pro Watt) und höherer Zuverlässigkeit. Fortschritte in der InGaN-Materialqualität haben hellere und konsistentere blaue LEDs ermöglicht. Die Gehäusetechnologie entwickelt sich weiter, um das Wärmemanagement in kleineren Bauformen zu verbessern, was höhere Treiberströme und eine größere Lichtausbeute von kompakten Bauteilen ermöglicht. Die Standardisierung von Footprints und Lötprofilen erleichtert ihre Integration in automatisierte, hochvolumige Fertigungsprozesse.