SMD LED 27-21 Blau Datenblatt - Abmessungen 2,7x2,1x1,2mm - Spannung 3,3V - Leistung 0,095W - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die 27-21 SMD LED ist ein kompaktes, oberflächenmontierbares Bauteil, das für moderne elektronische Anwendungen entwickelt wurde, die zuverlässige Anzeige- oder Hintergrundbeleuchtungsfunktionen erfordern. Ihr Hauptvorteil liegt im deutlich reduzierten Platzbedarf im Vergleich zu herkömmlichen LEDs mit Anschlussdrähten. Dies ermöglicht eine höhere Bauteildichte auf Leiterplatten (PCBs), reduziert Lageranforderungen und trägt letztlich zur Miniaturisierung von Endgeräten bei. Die leichte Bauweise erhöht zudem die Eignung für platzbeschränkte und portable Anwendungen.

Diese monochrome blaue LED ist mit einem InGaN (Indiumgalliumnitrid)-Halbleiterchip aufgebaut, der in klarem Harz eingekapselt ist. Es handelt sich um ein bleifreies Produkt, das den RoHS-Richtlinien (Beschränkung gefährlicher Stoffe), den EU REACH-Verordnungen und halogenfreien Standards entspricht. Dies gewährleistet Umweltsicherheit und breite Marktakzeptanz.

2. Detaillierte technische Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Grenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Ein Betrieb unter diesen Bedingungen ist nicht garantiert.

• Sperrspannung (V_R):5V. Das Überschreiten dieser Spannung in Sperrrichtung kann zum Sperrschichtdurchbruch führen.
• Dauer-Durchlassstrom (I_F):25 mA. Der maximale Gleichstrom für einen zuverlässigen Betrieb.
• Spitzen-Durchlassstrom (I_FP):100 mA. Dieser ist nur unter gepulsten Bedingungen zulässig (Tastverhältnis 1/10 bei 1 kHz), um transiente Stromspitzen zu bewältigen.
• Verlustleistung (P_d):95 mW. Die maximale Leistung, die das Gehäuse bei einer Umgebungstemperatur (T_a) von 25°C abführen kann. Bei höheren Temperaturen ist eine Entlastung (Derating) erforderlich.
• Elektrostatische Entladung (ESD):150V (Human Body Model). Während der Bestückung und Handhabung sind geeignete ESD-Schutzmaßnahmen zwingend erforderlich.
• Betriebstemperatur (T_opr):-40°C bis +85°C. Der Umgebungstemperaturbereich für den normalen Betrieb des Bauteils.
• Lagertemperatur (T_stg):-40°C bis +90°C.
• Löttemperatur:Das Bauteil kann Reflow-Löten mit einer Spitzentemperatur von 260°C für bis zu 10 Sekunden oder Handlöten bei 350°C für maximal 3 Sekunden pro Anschluss überstehen.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Diese Parameter werden bei T_a=25°C und I_F=20mA gemessen, was typischen Betriebsbedingungen entspricht.

• Lichtstärke (I_v):Liegt im Bereich von 28,5 mcd (min) bis 72,0 mcd (max), mit einer typischen Toleranz von ±11%. Dies definiert die wahrgenommene Helligkeit der LED.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):130 Grad (typisch). Dieser große Winkel gewährleistet gute Sichtbarkeit auch aus schrägen Blickwinkeln.
• Spitzenwellenlänge (λ_p):468 nm (typisch). Die Wellenlänge, bei der die spektrale Emission am stärksten ist.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):Liegt im Bereich von 464,50 nm bis 476,50 nm. Dies definiert die wahrgenommene Farbe des Lichts, mit einer engen Toleranz von ±1 nm.
• Spektrale Bandbreite (Δλ):25 nm (typisch). Die Breite des emittierten Spektrums bei halber Maximalintensität (FWHM).
• Durchlassspannung (V_F):Liegt im Bereich von 2,70V (min) bis 3,70V (max), mit einem typischen Wert von 3,30V bei 20mA. Dies ist entscheidend für die Auslegung der strombegrenzenden Schaltung.
• Sperrstrom (I_R):Maximal 50 µA bei V_R=5V. Dieser Parameter dient nur Testzwecken; das Bauteil sollte nicht in Sperrrichtung betrieben werden.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um Farb- und Helligkeitskonsistenz in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs anhand wichtiger Parameter in Bins (Klassen) sortiert.

3.1 Binning der Lichtstärke

LEDs werden anhand ihrer gemessenen Lichtstärke bei I_F=20mA in vier Bins (N1, N2, P1, P2) kategorisiert. Dies ermöglicht es Entwicklern, die passende Helligkeitsklasse für ihre Anwendung auszuwählen und ein einheitliches Erscheinungsbild in Multi-LED-Arrays zu gewährleisten.

• Bin N1:28,5 – 36,0 mcd
• Bin N2:36,0 – 45,0 mcd
• Bin P1:45,0 – 57,0 mcd
• Bin P2:57,0 – 72,0 mcd

3.2 Binning der dominanten Wellenlänge

LEDs werden auch nach dominanter Wellenlänge in vier Codes (A9, A10, A11, A12) eingeteilt. Diese enge Kontrolle (≈3 nm pro Bin) ist entscheidend für Anwendungen, die eine präzise Farbabstimmung erfordern.

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

4. Analyse der Kennlinien

Auch wenn spezifische Diagramme im Datenblatt referenziert sind, sind ihre Implikationen für das Design entscheidend.

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

Die I-V-Charakteristik ist exponentiell. Eine kleine Erhöhung der Durchlassspannung über den typischen Wert von 3,3V hinaus kann zu einem großen, potenziell zerstörerischen Anstieg des Durchlassstroms führen. Dies unterstreicht die absolute Notwendigkeit, einen externen Vorwiderstand oder Konstantstromtreiber in Reihe mit der LED zu verwenden.

4.2 Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Die Lichtstärke ist innerhalb der spezifizierten Grenzen annähernd proportional zum Durchlassstrom. Ein Betrieb unter 20mA reduziert die Ausgangsleistung, während das Überschreiten von 25mA ein Risiko für beschleunigte Degradation und reduzierte Lebensdauer birgt, selbst wenn der Spitzenstromwert momentan nicht überschritten wird.

4.3 Temperaturabhängigkeit

Die LED-Leistung ist temperaturabhängig. Mit steigender Sperrschichttemperatur nimmt die Durchlassspannung typischerweise leicht ab, während die Lichtstärke deutlich abnehmen kann. Eine angemessene Wärmemanagement auf der Leiterplatte ist wichtig, um eine konstante Helligkeit aufrechtzuerhalten, insbesondere bei hochintegrierten oder geschlossenen Anwendungen.

5. Mechanische & Verpackungsinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Das 27-21-Gehäuse hat Nennabmessungen von 2,7mm (Länge) x 2,1mm (Breite) x 1,2mm (Höhe), mit einer Standardtoleranz von ±0,1mm, sofern nicht anders angegeben. Die detaillierte Zeichnung liefert kritische Maße für das Design des Leiterplatten-Layouts, einschließlich Pad-Größe, Abstand und Bauteilausrichtung.

5.2 Polaritätskennzeichnung

Die Kathode ist typischerweise durch eine visuelle Markierung auf dem LED-Gehäuse gekennzeichnet, wie z.B. eine Kerbe, einen grünen Punkt oder eine abgeschrägte Ecke. Während der Platzierung muss die korrekte Polarität beachtet werden, um einen ordnungsgemäßen Betrieb sicherzustellen.

5.3 Tape-and-Reel-Verpackung

Das Bauteil wird in 8mm-Trägerbändern auf 7-Zoll-Durchmesser-Spulen geliefert, die mit Standard-Automatikbestückungsgeräten kompatibel sind. Jede Spule enthält 3000 Stück. Die Verpackung umfasst feuchtigkeitsbeständige Materialien: einen aluminiumbeschichteten Feuchtigkeitsschutzbeutel mit Trockenmittel und einer Feuchtigkeitsindikatorkarte, um die LEDs während Lagerung und Transport vor Umgebungsfeuchtigkeit zu schützen.

6. Löt- & Bestückungsrichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil

Es wird ein bleifreies (Pb-free) Reflow-Profil spezifiziert. Wichtige Parameter sind: eine Vorwärmphase zwischen 150-200°C für 60-120 Sekunden; Zeit oberhalb der Liquidustemperatur (217°C) von 60-150 Sekunden; eine Spitzentemperatur von maximal 260°C für höchstens 10 Sekunden; sowie kontrollierte Aufheiz- und Abkühlraten, um thermischen Schock zu minimieren. Der Reflow-Vorgang sollte nicht mehr als zweimal durchgeführt werden.

6.2 Handlöten

Falls Handlöten notwendig ist, ist äußerste Vorsicht geboten. Verwenden Sie einen Lötkolben mit einer Spitzentemperatur unter 350°C, erhitzen Sie jeden Anschluss für nicht mehr als 3 Sekunden und lassen Sie eine Abkühlpause von mindestens 2 Sekunden zwischen den Anschlüssen. Die Leistung des Lötkolbens sollte 25W oder weniger betragen, um lokale Überhitzung zu vermeiden.

6.3 Feuchtigkeitsempfindlichkeit und Lagerung

Die LEDs sind feuchtigkeitsempfindlich. Der versiegelte Feuchtigkeitsschutzbeutel sollte erst unmittelbar vor der Verwendung geöffnet werden. Nach dem Öffnen müssen unbenutzte LEDs in einer Umgebung von 30°C oder weniger und 60% relativer Luftfeuchtigkeit oder weniger gelagert werden. Die "Bodenlebensdauer" nach dem Öffnen des Beutels beträgt 168 Stunden (7 Tage). Wird diese Zeit überschritten oder zeigt das Trockenmittel Sättigung an, ist vor der Verwendung eine Trocknung (Baking) bei 60°C ±5°C für 24 Stunden erforderlich.

7. Anwendungsvorschläge

7.1 Typische Anwendungsszenarien

• Hintergrundbeleuchtung:Ideal für Armaturenbrett-Anzeigen, Schalterbeleuchtung und Symbol-Hintergrundbeleuchtung aufgrund der kompakten Größe und des konsistenten blauen Lichts.
• Telekommunikationsgeräte:Dient als Statusanzeige oder Tastatur-Hintergrundbeleuchtung in Geräten wie Telefonen und Faxgeräten.
• LCD-Flachbild-Hintergrundbeleuchtung:Kann in Arrays für kleine, stromsparende LCD-Displays verwendet werden.
• Allgemeine Anzeigezwecke:Geeignet für Stromversorgungsstatus, Modusanzeige und andere Signalfunktionen in Konsum- und Industrie-Elektronik.

7.2 Designüberlegungen

• Strombegrenzung:Verwenden Sie stets einen in Reihe geschalteten Widerstand, der basierend auf der Versorgungsspannung (V_CC), der Durchlassspannung der LED (V_F) und dem gewünschten Durchlassstrom (I_F) berechnet wird. Formel: R = (V_CC- V_F) / I_F. Verwenden Sie für ein konservatives Design den maximalen V_F-Wert aus dem Datenblatt.
• Wärmemanagement:Stellen Sie sicher, dass die Leiterplatte über ausreichend Kupferfläche verfügt, die mit den LED-Pads verbunden ist, um als Kühlkörper zu dienen, insbesondere beim Betrieb bei oder nahe dem maximalen Nennstrom.
• ESD-Schutz:Implementieren Sie ESD-Schutzmaßnahmen auf empfindlichen Eingangsleitungen, wenn die LED für den Benutzer zugänglich ist.

8. Technischer Vergleich & Differenzierung

Die 27-21 SMD LED bietet mehrere Schlüsselvorteile in ihrer Klasse. Ihr Platzbedarf von 2,7x2,1mm ist kleiner als bei vielen herkömmlichen 3mm- oder 5mm-Durchsteck-LEDs und spart erheblich Leiterplattenfläche. Der große Abstrahlwinkel von 130° bietet eine bessere Sichtbarkeit aus schrägen Winkeln im Vergleich zu LEDs mit engerem Winkel. Die Verwendung von InGaN-Technologie erzeugt eine helle, gesättigte blaue Farbe mit hoher Effizienz. Darüber hinaus macht die Konformität mit RoHS, REACH und halogenfreien Standards sie zu einer zukunftssicheren Wahl für globale Märkte mit strengen Umweltvorschriften. Das detaillierte Binning-System bietet Entwicklern die für die Serienproduktion erforderliche Vorhersagbarkeit, die visuelle Konsistenz erfordert.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

9.1 Warum ist ein Vorwiderstand zwingend erforderlich?

Die I-V-Charakteristik der LED ist nichtlinear. Ohne Widerstand führt eine kleine Erhöhung der Versorgungsspannung zu einem großen, unkontrollierten Stromstoß, der schnell den absoluten Maximalwert von 25mA überschreitet und zum sofortigen Ausfall führt. Der Widerstand legt einen stabilen Arbeitspunkt fest.

9.2 Kann ich diese LED mit einer 5V-Versorgung betreiben?

Ja, aber Sie müssen einen Vorwiderstand verwenden. Zum Beispiel, mit einer 5V-Versorgung (V_CC=5V), einem typischen V_F von 3,3V und einem Ziel-I_F von 20mA wäre der Widerstandswert R = (5V - 3,3V) / 0,020A = 85 Ohm. Ein Standard-82- oder 100-Ohm-Widerstand wäre geeignet, mit einer Nennleistung von P = I²R = (0,02)²* 85 = 0,034W, daher ist ein 1/8W- oder 1/10W-Widerstand ausreichend.

9.3 Was ist der Unterschied zwischen Spitzen- und dominanter Wellenlänge?

Spitzenwellenlänge (λ_p) ist die physikalische Wellenlänge, bei der die spektrale Ausgangsleistung am höchsten ist. Dominante Wellenlänge (λ_d) ist ein berechneter Wert, der der vom menschlichen Auge wahrgenommenen Farbe entspricht und dabei das gesamte Emissionsspektrum und die Empfindlichkeit des Auges berücksichtigt. Für monochromatische LEDs wie diese blaue liegen sie oft nahe beieinander, aber λ_d ist relevanter für die Farbspezifikation.

9.4 Warum gibt es eine strikte "Bodenlebensdauer" nach Öffnen der Verpackung?

SMD LEDs können durch ihre Kunststoffverpackung 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 aufbricht und das Bauteil zerstört. Die Bodenlebensdauer und Trocknungsverfahren steuern diesen Feuchtigkeitsgehalt.

10. Funktionsprinzip

Diese LED ist ein Halbleiter-Photonikbauteil. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die ihr Sperrschichtpotential (ca. 3,3V) übersteigt, werden Elektronen und Löcher in den aktiven Bereich des InGaN-Chips injiziert. Diese Ladungsträger rekombinieren und setzen Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Zusammensetzung der InGaN-Legierung bestimmt die Bandlückenenergie, die direkt die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts vorgibt – in diesem Fall Blau bei etwa 468 nm. Die klare Harzverkapselung schützt den Chip und wirkt als Linse, die das emittierte Licht in den spezifizierten 130-Grad-Abstrahlwinkel formt.

11. Branchentrends & Kontext

Das 27-21-Gehäuse repräsentiert einen ausgereiften und weit verbreiteten Formfaktor auf dem SMD-LED-Markt, der Größe, Leistung und Fertigbarkeit in Einklang bringt. Die Industrie treibt weiterhin noch kleinere Gehäuse (z.B. 2016, 1608) für Ultra-Miniaturisierung und leistungsstärkere Gehäuse für Beleuchtungszwecke voran. Wichtige Trends, die Bauteile wie dieses beeinflussen, sind: gesteigerte Nachfrage nach hoher Farbgenauigkeit und konsistentem Binning für Display-Anwendungen; die Integration von Onboard-ICs für Smart LEDs; und ein unermüdlicher Fokus auf die Verbesserung der Lichtausbeute (Lumen pro Watt) und Zuverlässigkeit. Darüber hinaus hat die Umweltkonformität (RoHS, halogenfrei) sich von einem Unterscheidungsmerkmal zu einer Grundvoraussetzung für die meisten elektronischen Bauteile in globalen Lieferketten entwickelt.