SMD LED 25-21/BHC-AR1S2E/2A Blaue LED Datenblatt - Gehäuse 2,5x2,1mm - Spannung 2,75-3,65V - Leistung 75mW - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die 25-21/BHC-AR1S2E/2A ist eine oberflächenmontierbare (SMD) Leuchtdiode (LED), die einen InGaN (Indiumgalliumnitrid) Halbleiterchip zur Erzeugung von blauem Licht nutzt. Diese Komponente gehört zu einer Klasse von LEDs, die für hochdichte Leiterplattenbestückung konzipiert sind und erhebliche Vorteile bei der Miniaturisierung und in automatisierten Fertigungsprozessen bietet.

Der Kernvorteil dieser LED ist ihre kompakte Bauform. Mit Abmessungen von etwa 2,5 mm x 2,1 mm ermöglicht sie kleinere Leiterplatten (PCB)-Designs, eine höhere Bauteildichte und trägt letztlich zur Entwicklung kleinerer Endgeräte bei. Ihr geringes Gewicht macht sie zudem ideal für Anwendungen, bei denen Platz und Gewicht kritische Einschränkungen darstellen.

Es handelt sich um eine einfarbige (blaue) LED. Das Bauteil ist aus bleifreien Materialien gefertigt und entspricht den wichtigsten Umweltvorschriften, einschließlich der EU-RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe) und REACH (Registrierung, Bewertung, Zulassung und Beschränkung chemischer Stoffe). Es wird auch als halogenfrei eingestuft, wobei der Gehalt an Brom (Br) und Chlor (Cl) unter festgelegten Grenzwerten gehalten wird (Br<900 ppm, Cl<900 ppm, Br+Cl<1500 ppm). Das Produkt wird in einem für die moderne Fertigung geeigneten Format geliefert, auf 8 mm breitem Trägerband aufgewickelt auf einer 7-Zoll (178 mm) Rolle, geeignet für automatische Bestückungsgeräte.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Analyse der im Datenblatt definierten wichtigsten elektrischen, optischen und thermischen Parameter. Das Verständnis dieser Grenz- und typischen Werte ist für ein zuverlässiges Schaltungsdesign entscheidend.

2.1 Absolute Maximalwerte

Die absoluten Maximalwerte definieren die Belastungsgrenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Dies sind keine Bedingungen für den Normalbetrieb.

• Sperrspannung (VR): 5VDas Anlegen einer Sperrspannung über 5V kann zum Sperrschichtdurchbruch führen.
• Dauer-Vorwärtsstrom (IF): 20mADies ist der maximale Gleichstrom, der für den Dauerbetrieb empfohlen wird, um langfristige Zuverlässigkeit und die spezifizierte optische Leistung zu gewährleisten.
• Spitzen-Vorwärtsstrom (IFP): 100mADieser Wert erlaubt gepulsten Betrieb (Tastverhältnis 1/10 bei 1kHz). Er ist nützlich für Anwendungen, die kurze Helligkeitsspitzen erfordern, darf aber selbst kurzzeitig nicht überschritten werden.
• Verlustleistung (Pd): 75mWDies ist die maximale Leistung, die das Gehäuse bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C als Wärme abführen kann (berechnet als Flussspannung x Vorwärtsstrom). Das Überschreiten dieses Limits birgt die Gefahr der Überhitzung.
• Betriebs- & Lagertemperatur:Das Bauteil kann in Umgebungstemperaturen von -40°C bis +85°C arbeiten und in Temperaturen von -40°C bis +90°C gelagert werden.
• Elektrostatische Entladung (ESD):Die Bewertung nach dem Human Body Model (HBM) beträgt 150V. Dies zeigt eine moderate Empfindlichkeit gegenüber ESD, was Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen während der Handhabung erfordert.
• Löttemperatur:Das Gehäuse hält Reflow-Lötung mit einer Spitzentemperatur von 260°C für bis zu 10 Sekunden oder Handlötung bei 350°C für bis zu 3 Sekunden pro Anschluss aus.

2.2 Elektro-optische Kenngrößen

Diese Parameter werden unter Standard-Testbedingungen (Ta=25°C, IF=20mA) gemessen und definieren die Leistung des Bauteils.

• Lichtstärke (Iv):Reicht von mindestens 112 Millicandela (mcd) bis maximal 285 mcd. Die große Bandbreite wird durch ein Binning-System verwaltet (später detailliert). Ein typischer Wert wird nicht angegeben, er liegt irgendwo innerhalb dieses Bin-Bereichs.
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):Der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte ihres Spitzenwertes abfällt, beträgt typischerweise 60 Grad. Dies definiert die Strahlausbreitung der LED.
• Spitzenwellenlänge (λp):Die Wellenlänge, bei der die optische Ausgangsleistung maximal ist, beträgt typischerweise 468 Nanometer (nm), was sie in den blauen Bereich des sichtbaren Spektrums einordnet.
• Dominante Wellenlänge (λd):Dies ist die vom menschlichen Auge wahrgenommene Einzelwellenlänge und reicht von 464,5 nm bis 476,5 nm. Sie unterliegt ebenfalls einem Binning.
• Spektrale Bandbreite (Δλ):Typischerweise 25 nm, dies gibt die Streuung der um die Spitzenwellenlänge emittierten Wellenlängen an.
• Flussspannung (VF):Liegt bei einem Betriebsstrom von 20mA zwischen 2,75V und 3,65V. Diese Variation wird durch ein Spannungs-Binning-System verwaltet. Ein Vorwiderstand muss in Reihe mit der LED geschaltet werden, um den Strom basierend auf der tatsächlichen VF der spezifischen Einheit und der Versorgungsspannung zu regeln.
• Sperrstrom (IR):Maximal 50 Mikroampere (μA) bei angelegter 5V-Sperrspannung.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um Konsistenz in der Massenproduktion zu gewährleisten, werden LEDs basierend auf wichtigen Leistungsparametern sortiert (gebinned). Dies ermöglicht es Designern, Bauteile auszuwählen, die spezifische Anforderungen an Helligkeit, Farbe und Spannung erfüllen.

3.1 Binning der Lichtstärke

LEDs werden basierend auf ihrer gemessenen Lichtstärke bei 20mA in vier Bins (R1, R2, S1, S2) kategorisiert.

• Bin R1:112 mcd bis 140 mcd
• Bin R2:140 mcd bis 180 mcd
• Bin S1:180 mcd bis 225 mcd
• Bin S2:225 mcd bis 285 mcd

Innerhalb jedes Bin-Codes gilt eine Toleranz von ±11% für die Lichtstärke.

3.2 Binning der dominanten Wellenlänge

LEDs werden in vier Bins (A9, A10, A11, A12) sortiert, um den Blauton zu kontrollieren.

• Bin A9:464,5 nm bis 467,5 nm
• Bin A10:467,5 nm bis 470,5 nm
• Bin A11:470,5 nm bis 473,5 nm
• Bin A12:473,5 nm bis 476,5 nm

Innerhalb jedes Bin-Codes gilt eine Toleranz von ±1nm für die dominante Wellenlänge.

3.3 Binning der Flussspannung

LEDs werden in drei Spannungs-Bins (5, 6, 7) gruppiert, um das Design der Stromregelungsschaltung zu erleichtern.

• Bin 5:2,75V bis 3,05V
• Bin 6:3,05V bis 3,35V
• Bin 7:3,35V bis 3,65V

Innerhalb jedes Bin-Codes gilt eine Toleranz von ±0,1V für die Flussspannung.

4. Analyse der Kennlinien

Während das Datenblatt auf typische elektro-optische Kennlinien verweist, enthält der vorliegende Text nicht die spezifischen Grafiken. Basierend auf dem Standardverhalten von LEDs würden diese Kurven typischerweise die folgenden Beziehungen veranschaulichen, die für das Design kritisch sind:

• I-V (Strom-Spannungs)-Kennlinie:Zeigt den exponentiellen Zusammenhang zwischen Flussspannung und Strom. Die Kniespannung der Kurve korreliert mit der VF-Spezifikation. Diese Grafik ist wesentlich für die Auswahl des geeigneten Vorwiderstandswerts.
• Lichtstärke vs. Vorwärtsstrom:Zeigt, wie die Lichtausbeute mit dem Treiberstrom zunimmt, typischerweise in einem nahezu linearen Verhältnis bis zu einem Punkt, danach sinkt der Wirkungsgrad.
• Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Zeigt die Abnahme der Lichtausbeute bei steigender Sperrschichttemperatur. Dies ist entscheidend für Anwendungen in Hochtemperaturumgebungen.
• Spektrale Verteilung:Eine Darstellung der relativen Intensität gegenüber der Wellenlänge, die das Maximum bei ~468nm und die 25nm Bandbreite zeigt und die Blaufarbreinheit bestätigt.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

Die LED ist in einem Kunststoff-SMD-Gehäuse untergebracht. Das Datenblatt enthält eine detaillierte Maßzeichnung. Wichtige mechanische Merkmale sind:

• Gehäuseumriss:Die Hauptabmessungen des Gehäuses betragen etwa 2,5 mm Länge und 2,1 mm Breite. Die Zeichnung gibt alle kritischen Maße an, einschließlich Anschlussgröße, Abstand und Gehäusehöhe mit einer Standardtoleranz von ±0,1 mm, sofern nicht anders angegeben.
• Polaritätskennzeichnung:Der Kathodenanschluss ist typischerweise markiert, oft durch eine Kerbe, einen Punkt oder eine grüne Markierung auf dem Gehäuse selbst, wie in der Zeichnung angegeben. Die korrekte Polarität ist für den Betrieb essentiell.
• Pad-Design (Footprint):Das empfohlene Leiterplatten-Land Pattern (Pad-Größe und -Form) leitet sich von den Gehäuseabmessungen ab, um zuverlässige Lötung und mechanische Stabilität zu gewährleisten.

6. Richtlinien für Lötung und Bestückung

Die Einhaltung dieser Richtlinien ist entscheidend, um Schäden während des Bestückungsprozesses zu vermeiden.

6.1 Lagerung und Handhabung

• Die LEDs sind in einer feuchtigkeitsbeständigen Tüte mit Trockenmittel verpackt.
• Öffnen Siedie Feuchtigkeitsschutztüte erst, wenn die Bauteile verwendet werden sollen.
• Nach dem Öffnen müssen unbenutzte LEDs bei ≤30°C und ≤60% relativer Luftfeuchtigkeit gelagert werden.
• DieAuslagerungszeitnach Öffnen der Tüte beträgt 168 Stunden (7 Tage). Wenn sie nicht innerhalb dieser Zeit verwendet werden, müssen sie erneut getrocknet und neu verpackt werden.
• Trocknungsbedingung:Falls erforderlich, bei 60 ±5°C für 24 Stunden trocknen.
• Beachten Sie während der Handhabung stets Vorsichtsmaßnahmen gegen elektrostatische Entladung (ESD).

6.2 Reflow-Lötprozess

Ein detailliertes Temperaturprofil für bleifreie (Pb-free) Reflow-Lötung wird bereitgestellt:

• Vorwärmen:Anstieg von 150°C auf 200°C über 60-120 Sekunden.
• Halten/Reflow:Die Zeit über 217°C (Liquidustemperatur) sollte 60-150 Sekunden betragen. Die Spitzentemperatur darf 260°C nicht überschreiten, und die Zeit bei oder über 255°C muss auf maximal 30 Sekunden begrenzt werden.
• Abkühlrate:Die maximale Abkühlrate beträgt 6°C pro Sekunde.
• Wichtig:Reflow-Lötung sollte nicht öfter alszweimaldurchgeführt werden. Vermeiden Sie mechanische Belastung der LED während des Erhitzens und verziehen Sie die Leiterplatte nach dem Löten nicht.

6.3 Handlötung und Nacharbeit

• Falls Handlötung notwendig ist, verwenden Sie einen Lötkolben mit einer Spitzentemperatur ≤350°C für ≤3 Sekunden pro Anschluss.
• Die Lötkolbenleistung sollte ≤25W betragen. Lassen Sie zwischen dem Löten jedes Anschlusses eine Abkühlpause von mindestens 2 Sekunden.
• Reparatur/Nacharbeit istnach dem Löten der LED dringend abzuraten. Falls unvermeidbar, muss ein spezieller Doppelspitzen-Lötkolben verwendet werden, um beide Anschlüsse gleichzeitig zu erhitzen und das Bauteil anzuheben, ohne die Lötstellen zu belasten. Die Auswirkung auf die LED-Kenngrößen muss vorab überprüft werden.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

Das Produkt wird für die automatisierte Bestückung geliefert.

• Trägerband:Die Bauteile sind in ein geprägtes Trägerband mit einer Breite von 8 mm eingelegt.
• Rolle:Das Band ist auf eine Standardrolle mit 7 Zoll (178 mm) Durchmesser aufgewickelt.
• Menge:Jede Rolle enthält 2000 Stück der LED.
• Feuchtigkeitssperrbeutel:Die Rolle ist in einem Aluminium-Feuchtigkeitsschutzbeutel mit Trockenmittel und einer Feuchtigkeitsindikatorkarte versiegelt.
• Etiketteninformationen:Das Rollenetikett enthält Codes für die Produktnummer (P/N), Menge (QTY) und die spezifischen Bin-Codes für Lichtstärke (CAT), dominante Wellenlänge (HUE) und Flussspannung (REF) zusammen mit einer Losnummer (LOT No).

8. Anwendungshinweise und Design-Überlegungen

8.1 Typische Anwendungen

Basierend auf ihren Spezifikationen ist diese blaue SMD-LED für eine Vielzahl von Niedrigleistungs-Anzeige- und Hintergrundbeleuchtungsfunktionen geeignet, darunter:

• Telekommunikationsgeräte:Statusanzeigen, Hintergrundbeleuchtung für Tasten oder Displays in Telefonen und Faxgeräten.
• Unterhaltungselektronik:Schalter- und Symbolbeleuchtung, flache Hintergrundbeleuchtung für kleine Flüssigkristallanzeigen (LCDs).
• Allgemeine Anzeigezwecke:Jede Anwendung, die eine kompakte, zuverlässige blaue Statusleuchte erfordert.

8.2 Kritische Design-Aspekte

• Strombegrenzung ist zwingend erforderlich:Eine LED ist ein stromgesteuertes Bauteil.Sie müssen einen Vorwiderstand(oder eine Konstantstromquelle) verwenden, um den Vorwärtsstrom auf 20mA oder weniger zu begrenzen. Der Widerstandswert wird berechnet als R = (V_Versorgung - VF_LED) / I_gewünscht. Die Verwendung des maximalen VF (3,65V) für diese Berechnung stellt sicher, dass der Strom selbst bei einer Einheit mit niedriger Flussspannung niemals das Limit überschreitet.
• Wärmemanagement:Obwohl die Leistung gering ist (max. 75mW), kann eine ausreichende Kupferfläche auf der Leiterplatte oder Wärmeleitungen um die LED-Pads herum helfen, Wärme abzuführen, insbesondere bei hohen Umgebungstemperaturen, und so die Lichtausbeute und Lebensdauer erhalten.
• Optisches Design:Der 60-Grad-Abstrahlwinkel bietet einen recht breiten Strahl. Für fokussierteres Licht können externe Linsen oder Reflektoren erforderlich sein.

8.3 Anwendungseinschränkungen

Das Datenblatt stellt ausdrücklich klar, dass dieses Produkt nicht für Hochzuverlässigkeitsanwendungen konzipiert oder qualifiziert ist, bei denen ein Ausfall zu schwerwiegenden Folgen führen könnte. Dazu gehören:

• Militärische und Luft- und Raumfahrtsysteme
• Automobile Sicherheits- und Sicherungssysteme (z.B. Airbags, Bremsen)
• Medizinische lebenserhaltende oder kritische Diagnosegeräte

Für solche Anwendungen sind Bauteile mit anderen Spezifikationen, Qualifikationen und Zuverlässigkeitsgarantien erforderlich.

9. Technischer Vergleich und Positionierung

Das 25-21-Gehäuse steht zwischen kleineren Chips wie 0402/0603 und größeren Leistungs-LEDs. Seine wichtigsten Unterscheidungsmerkmale sind:

• Verglichen mit kleineren Gehäusen (z.B. 0402):Bietet höhere Lichtausbeute und ist bei Bedarf generell einfacher manuell zu handhaben und zu löten, bleibt dabei aber sehr kompakt.
• Verglichen mit bedrahteten LEDs:Ermöglicht vollautomatische Bestückung, reduziert den Platzbedarf auf der Leiterplatte und macht das Biegen von Anschlüssen und das Bohren von Durchkontaktierungen überflüssig.
• Verglichen mit Hochleistungs-LEDs:Konzipiert für Anzeigeströme (20mA) und Leistungen (75mW), nicht für Beleuchtungszwecke. Es erfordert eine einfache Treiberschaltung (einen Widerstand) im Vergleich zu den komplexen Konstantstromtreibern, die für Hochleistungs-LEDs benötigt werden.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

10.1 Wie wähle ich den korrekten Vorwiderstand aus?

Verwenden Sie die Formel: R = (V_Versorgung - VF) / I_gewünscht. Für eine 5V-Versorgung und einen gewünschten Strom von 20mA und unter Annahme des ungünstigsten (höchsten) VF von 3,65V: R = (5V - 3,65V) / 0,020A = 67,5 Ohm. Verwenden Sie den nächsthöheren Standardwert (z.B. 68 Ohm oder 75 Ohm). Dies stellt sicher, dass der Strom für alle Einheiten unter 20mA bleibt. Berechnen Sie stets die Verlustleistung im Widerstand: P_Widerstand = I^2 * R.

10.2 Kann ich diese LED ohne Vorwiderstand mit einer Konstantspannungsquelle betreiben?

No.Die Flussspannung einer LED hat einen negativen Temperaturkoeffizienten und variiert von Einheit zu Einheit. Der direkte Anschluss an eine Spannungsquelle, die auch nur leicht über ihrer VF liegt, führt zu einem unkontrollierten Stromanstieg, der möglicherweise den absoluten Maximalwert überschreitet und die LED fast augenblicklich zerstört.

10.3 Warum gilt nach Öffnen der Feuchtigkeitsschutztüte eine 7-Tage-Frist?

SMD-Kunststoffgehäuse können Feuchtigkeit aus der Luft aufnehmen. Während des Hochtemperatur-Reflow-Lötprozesses kann diese eingeschlossene Feuchtigkeit sich schnell ausdehnen und zu innerer Delamination oder "Popcorning" führen, was das Gehäuse sprengt oder den Chip beschädigt. Die 7-tägige Auslagerungszeit und die Trocknungsverfahren dienen dazu, diese aufgenommene Feuchtigkeit vor dem Löten zu entfernen.

10.4 Was bedeuten die Bin-Codes (z.B. S2/A11/6) für mein Design?

Sie spezifizieren die Leistungsgruppe Ihrer spezifischen LEDs. Wenn Ihr Design eine Mindesthelligkeit erfordert, sollten Sie ein Bin wie S1 oder S2 angeben. Wenn Farbkonsistenz über mehrere LEDs hinweg kritisch ist, sollten Sie ein enges Wellenlängen-Bin angeben (z.B. nur A10). Die Angabe eines Spannungs-Bins (z.B. 5) kann helfen, den Strom (und damit die Helligkeit) bei Verwendung einer einfachen Widerstandstreiberschaltung über die Einheiten hinweg konsistenter zu machen.

11. Praktisches Designbeispiel

Szenario:Entwerfen Sie eine einfache blaue Betriebsanzeige für ein Gerät, das mit einer 3,3V-Schiene läuft. Wir wollen etwa 15mA Strom für ausreichende Helligkeit, dabei aber konservativ vorgehen.

1. Ungünstigsten VF bestimmen:Aus dem Datenblatt: maximaler VF (Bin 7) ist 3,65V.
2. Minimalen Widerstandswert berechnen:R_min = (V_Versorgung - VF_max) / I_gewünscht = (3,3V - 3,65V) / 0,015A = -23,3 Ohm. Dies ist negativ, was bedeutet, dass bei einer 3,3V-Versorgung und einer Einheit mit VF=3,65V kein Strom fließen würde. Das ist akzeptabel; die LED würde für diese spezifische Hoch-VF-Einheit bei dieser niedrigen Versorgungsspannung einfach nicht leuchten.
3. Für typischen/niedrigen VF berechnen:Nehmen wir einen typischen VF von 3,2V an. R = (3,3V - 3,2V) / 0,015A ≈ 6,7 Ohm. Verwendung eines 10-Ohm-Standardwiderstands: I_ist = (3,3V - 3,2V) / 10 = 10mA (sicher). Für eine Niedrig-VF-Einheit von 2,8V: I = (3,3V - 2,8V) / 10 = 50mA. Dies überschreitet den Dauerstrom von 20mA!
4. Schlussfolgerung:Eine 3,3V-Versorgung liegt zu nahe am Flussspannungsbereich der LED für einen zuverlässigen, sicheren Betrieb mit nur einem Vorwiderstand. Der Strom wird je nach individueller VF der LED stark variieren (von 0mA bis über 50mA). Eine bessere Lösung ist die Verwendung einer höheren Versorgungsspannung (z.B. 5V) oder eines speziellen Low-Dropout-Konstantstrom-Treiber-ICs, der für Niederspannungsbetrieb ausgelegt ist.

12. Funktionsprinzip

Diese LED arbeitet nach dem Prinzip der Elektrolumineszenz in einem Halbleiter-p-n-Übergang. Die aktive Zone verwendet einen InGaN (Indiumgalliumnitrid)-Verbindungshalbleiter. Wenn eine Flussspannung angelegt wird, die die Diffusionsspannung des Übergangs übersteigt, werden Elektronen aus dem n-dotierten Bereich und Löcher aus dem p-dotierten Bereich in die aktive Zone injiziert. Dort rekombinieren sie und setzen Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Zusammensetzung der InGaN-Legierung bestimmt die Bandlückenenergie, die direkt der Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts entspricht – in diesem Fall blau (~468 nm). Der Epoxidharz-Verguss schützt den Halbleiterchip, wirkt als Linse zur Formung des Lichtaustritts und ist wasserklar formuliert, um die Lichtdurchlässigkeit zu maximieren.

13. Technologietrends

SMD-LEDs in Gehäusen wie dem 25-21 repräsentieren eine ausgereifte und weit verbreitete Technologie. Aktuelle Trends in diesem Segment konzentrieren sich auf mehrere Schlüsselbereiche:

• Erhöhter Wirkungsgrad:Fortlaufende Verbesserungen in der Materialwissenschaft und epitaktischen Schichtabscheidung zielen darauf ab, mehr Licht (höhere Lichtausbeute) pro Einheit elektrischer Eingangsleistung (mA) zu erzeugen, was einen geringeren Stromverbrauch oder höhere Helligkeit bei gleichem Strom ermöglicht.
• Verbesserte Farbkonsistenz:Fortschritte in der Fertigungskontrolle und Binning-Algorithmen führen zu engeren Verteilungen bei dominanter Wellenlänge und Lichtstärke, reduzieren den Bedarf an umfangreichem Binning und sorgen für ein gleichmäßigeres Erscheinungsbild in Multi-LED-Anwendungen.
• Erhöhte Zuverlässigkeit:Forschung zu robusteren Gehäusematerialien, besseren Chip-Bonding-Methoden und verbesserten Leuchtstoffen (für weiße LEDs) trägt weiterhin zur Verlängerung der Betriebslebensdauer und Stabilität unter verschiedenen Umgebungsbelastungen bei.
• Fortgesetzte Miniaturisierung:Obwohl das 25-21-Gehäuse klein ist, hält der Trend zu noch kleineren Bauformen (z.B. Chip-Scale-Packages) für ultrakompakte Geräte an, oft jedoch mit Kompromissen bei der Handhabbarkeit und thermischen Leistung.
• Integration:Ein breiterer Trend beinhaltet die Integration von Steuerelektronik (wie Konstantstromtreiber oder Pulsweitenmodulationsschaltungen) direkt mit dem LED-Chip in ein einziges Gehäuse, was das Schaltungsdesign für den Endanwender vereinfacht.