SMD LED 42-21/BHC-AUW/1T Spezifikation - Blau - 2.1x2.1x1.2mm - 3.3V - 20mA - Technisches Datenblatt

1. Produktübersicht

Die 42-21/BHC-AUW/1T ist eine kompakte, oberflächenmontierbare LED für moderne elektronische Anwendungen, die zuverlässige, niederleistungsfähige Indikator- oder Hintergrundbeleuchtungslösungen erfordern. Diese blaue LED nutzt InGaN-Chip-Technologie, eingekapselt in wasserklarer Vergussmasse, um konsistente Leistung in einem Miniaturformat zu liefern. Ihre Hauptvorteile sind erhebliche Platzersparnis auf Leiterplatten, hohe Packungsdichte und Eignung für automatisierte Montageprozesse, was sie ideal für die Serienfertigung macht.

Die Komponente ist vollständig konform mit RoHS, EU REACH und halogenfreien Standards, was Umweltverantwortung und breite Marktakzeptanz gewährleistet. Ihre leichte Bauweise und geringe Größe ermöglichen die Konstruktion kleinerer, tragbarer Geräte.

2. Detaillierte technische Spezifikationen

2.1 Absolute Maximalwerte

Die Betriebsgrenzen des Bauteils sind definiert, um langfristige Zuverlässigkeit sicherzustellen. Das Überschreiten dieser Werte kann dauerhafte Schäden verursachen.

• Sperrspannung (V_R):5V. Eine Schutzschaltung wird empfohlen, wenn Sperrspannungsbedingungen möglich sind.
• Dauer-Durchlassstrom (I_F):25mA. Der typische Betriebszustand beträgt 20mA.
• Spitzen-Durchlassstrom (I_FP):100mA (Tastverhältnis 1/10 @1KHz). Geeignet für gepulsten Betrieb, nicht für Gleichstrom.
• Verlustleistung (P_d):95mW. Diese Grenze berücksichtigt sowohl elektrische als auch thermische Beschränkungen.
• Betriebs- & Lagertemperatur:-40°C bis +85°C / -40°C bis +90°C. Dieser weite Bereich unterstützt industrielle Anwendungen.
• Elektrostatische Entladung (ESD):150V (HBM). Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen während der Handhabung sind erforderlich.
• Löttemperatur:Reflow: 260°C für 10 Sek.; Hand: 350°C für 3 Sek. Einhaltung ist entscheidend, um thermische Schäden zu vermeiden.

2.2 Elektro-optische Kenndaten (T_a=25°C)

Diese Parameter definieren die Leistung der LED unter Standardtestbedingungen (I_F=20mA).

• Lichtstärke (I_v):450 bis 1800 mcd (Millicandela). Die große Bandbreite wird durch ein Binning-System verwaltet.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):30 Grad (typisch). Dies definiert die Winkelverteilung des emittierten Lichts.
• Spitzenwellenlänge (λ_p):468 nm (typisch). Die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistung maximal ist.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):464,5 bis 476,5 nm. Dies ist die wahrgenommene Lichtfarbe, mit einer Toleranz von ±1nm.
• Spektrale Bandbreite (Δλ):25 nm (typisch). Die Breite des emittierten Spektrums bei halber Maximalintensität.
• 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.

Kritischer Designhinweis:Die Durchlassspannung hat einen Bereich. Ein strombegrenzender Widerstand istabsolut zwingend erforderlich, um thermisches Durchgehen und Ausbrennen durch geringfügige Versorgungsspannungsschwankungen zu verhindern. Der Widerstandswert muss basierend auf der tatsächlichen Versorgungsspannung und der maximal erwarteten V_Fberechnet werden, um sicherzustellen, dass I_F25mA nicht überschreitet.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um Farb- und Helligkeitskonsistenz in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs in Bins sortiert. Die 42-21 verwendet zwei unabhängige Binning-Systeme.

3.1 Binning der Lichtstärke

LEDs werden nach ihrer gemessenen Lichtleistung bei I_F=20mA kategorisiert. Der Bin-Code ist zur Identifikation markiert.

• Bin U:450 – 715 mcd
• Bin V:715 – 1120 mcd
• Bin W:1120 – 1800 mcd

Toleranz: ±11%

3.2 Binning der dominanten Wellenlänge

LEDs werden auch nach ihrem präzisen Blauton sortiert, um Farbgleichmäßigkeit in einer Anordnung zu gewährleisten.

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

Toleranz: ±1nm

Design-Implikation:Für Anwendungen, die abgestimmte Helligkeit oder Farbe erfordern (z.B. Multi-LED-Hintergrundbeleuchtungen, Statusleisten), ist die Spezifikation eines einzelnen Bins oder die Anforderung eines engen Binnings vom Lieferanten entscheidend.

4. Mechanische und Verpackungsinformationen

4.1 Physikalische Abmessungen

Die LED hat ein kompaktes SMD-Gehäuse. Wichtige Abmessungen (Toleranz ±0,1mm, sofern nicht anders angegeben):

• Gehäusegröße: Ca. 2,1mm x 2,1mm.
• Höhe: Ca. 1,2mm.
• Die Kathode ist durch eine spezifische Markierung auf dem Gehäuse gekennzeichnet.

4.2 Polaritätskennzeichnung

Korrekter Pol ist essentiell. Der Kathodenanschluss ist auf dem Bauteilkörper deutlich gekennzeichnet. Das empfohlene Leiterplatten-Pad-Layout (Footprint) sollte dieses Design widerspiegeln, um eine korrekte Ausrichtung während des Reflow-Lötens sicherzustellen.

4.3 Verpackungsspezifikationen

Die LEDs werden in industrieüblicher Verpackung für die automatisierte Montage geliefert:

• Trägerband:8mm Breite, auf 7-Zoll-Durchmesser-Rollen.
• Menge pro Rolle:1000 Stück.
• Feuchtigkeitsempfindlichkeit:Verpackt in einer feuchtigkeitsbeständigen Aluminiumfolie mit Trockenmittel, um Feuchtigkeitsaufnahme zu verhindern, die während des Reflow-Lötens zu "Popcorn"-Rissen führen kann.

Die Rollenetikette enthält kritische Informationen: Produktnummer (P/N), Menge (QTY), Lichtstärke-Bin (CAT), dominantes Wellenlängen-Bin (HUE), Durchlassspannungsrang (REF) und Losnummer (LOT No).

5. Löt- und Montagerichtlinien

5.1 Reflow-Lötprofil

Die Komponente ist mit Infrarot- und Dampfphasen-Reflow-Prozessen kompatibel. Ein bleifreies (Pb-freies) Lötprofil ist erforderlich:

• Spitzentemperatur:Maximal 260°C.
• Zeit oberhalb Liquidus:Empfohlen 30-60 Sekunden.
• Vorwärmen:Allmähliches Aufheizen, um Flussmittel zu aktivieren und thermischen Schock zu minimieren.

Kritisch:Reflow-Löten sollte nicht mehr als zweimal an derselben LED-Baugruppe durchgeführt werden.

5.2 Handlötung

Wenn manuelle Reparatur unvermeidbar ist, muss äußerste Vorsicht walten:

• Lötkolbentemperatur:Weniger als 350°C.
• Kontaktzeit:3 Sekunden oder weniger pro Anschluss.
• Lötkolbenleistung:Weniger als 25W.
• Methode:Verwenden Sie einen Doppelspitzen-Lötkolben, um beide Anschlüsse gleichzeitig zu erhitzen und mechanische Belastung der Lötstellen zu vermeiden. Überprüfen Sie die LED-Funktionalität nach jeder Reparatur.

5.3 Lagerung und Handhabung

• Vor dem Öffnen der Verpackung:Lagern bei ≤30°C und ≤90% relativer Luftfeuchtigkeit.
• Nach dem Öffnen der Verpackung (Bodenlebensdauer):1 Jahr bei ≤30°C und ≤60% relativer Luftfeuchtigkeit. Unbenutzte Teile müssen in einer feuchtigkeitsdichten Verpackung mit frischem Trockenmittel wieder versiegelt werden.
• Trocknen (Baking):Wenn die Verpackung länger als die Bodenlebensdauer geöffnet war oder das Trockenmittel gesättigt ist, trocknen Sie bei 60±5°C für 24 Stunden vor dem Reflow-Löten, um Feuchtigkeit auszutreiben.
• Biegen oder verziehen Sie die Leiterplatte nach dem Löten nicht, da dies die LED-Lötstellen belasten und zu Ausfällen führen kann.

6. Anwendungshinweise und Design-Überlegungen

6.1 Typische Anwendungen

• Instrumententafel-Hintergrundbeleuchtung:Beleuchtung für Armaturenbrett-Anzeigen und Schalter.
• Telekommunikationsgeräte:Statusanzeigen und Tastatur-Hintergrundbeleuchtung in Telefonen und Faxgeräten.
• LCD-Hintergrundbeleuchtung:Rand- oder Direkthintergrundbeleuchtung für kleine monochrome oder farbige LCDs.
• Allgemeine Anzeige:Netzteilstatus, Modusindikatoren und andere Benutzerschnittstellenelemente.

6.2 Schaltungsdesign

Der kritischste Aspekt der Treiberschaltung ist der serielle strombegrenzende Widerstand. Sein Wert (R_s) kann mit dem Ohmschen Gesetz berechnet werden: R_s= (V_Versorgung- V_F) / I_F.

Beispiel:Für eine 5V-Versorgung und unter Verwendung der maximalen V_Fvon 3,7V, um unter allen Bedingungen einen sicheren Strom bei I_F=20mA zu gewährleisten:
R_s= (5V - 3,7V) / 0,020A = 65 Ohm.
Der nächstgelegene Standardwert (z.B. 68 Ohm) würde gewählt, und die Belastbarkeit des Widerstands sollte überprüft werden: P = I²R = (0,02)²* 68 = 0,0272W. Ein Standard-1/10W (0,1W) Widerstand ist mehr als ausreichend.

6.3 Thermomanagement

Obwohl die Verlustleistung gering ist (max. 95mW), unterstützt ein korrektes Leiterplattenlayout die Langlebigkeit. Sorgen Sie für ausreichende Kupferfläche um die LED-Pads herum, die als Kühlkörper wirkt, insbesondere bei Betrieb in hoher Umgebungstemperatur oder nahe dem Maximalstrom.

6.4 Anwendungseinschränkungen

Diese standardmäßige kommerzielle LED ist nicht speziell für Hochzuverlässigkeitsanwendungen ausgelegt oder qualifiziert, bei denen ein Ausfall zu Sicherheitsrisiken oder erheblichem Sachschaden führen könnte. Dazu gehören, sind aber nicht beschränkt auf:

• Militärische, Luft- und Raumfahrt- oder Flugsicherheitssysteme.
• Automobile sicherheitskritische Systeme (z.B. Bremslichter, Airbag-Anzeigen).
• Medizinische lebenserhaltende oder diagnostische Geräte.

Für solche Anwendungen müssen Bauteile mit entsprechender Automobil-, Militär- oder Medizinqualifikation beschafft werden. Die Leistung wird nur innerhalb der in diesem Dokument aufgeführten Spezifikationen garantiert.

7. Technischer Vergleich und Positionierung

Das 42-21-Gehäuse stellt einen Kompromiss zwischen Größe, Leistung und Fertigbarkeit dar. Im Vergleich zu größeren LED-Bauteilen mit Anschlussdrähten (z.B. 3mm oder 5mm Durchsteckmontage) bietet es eine drastische Reduzierung des Leiterplattenplatzes und des Gewichts und ermöglicht so moderne miniaturisierte Designs. Im Vergleich zu kleineren Chip-Scale-Packages (CSP) bietet es eine einfachere Handhabung mit Standard-SMT-Ausrüstung und eine geformte Linse für eine kontrollierte Lichtverteilung (30-Grad-Abstrahlwinkel). Ihr 20mA-Betriebsstrom und die typische V_Fvon 3,3V machen sie direkt mit üblichen 3,3V- und 5V-Logikversorgungen über einen einfachen Widerstand kompatibel.

8. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

8.1 Warum ist ein strombegrenzender Widerstand zwingend erforderlich?

LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Ihre V-I-Charakteristik ist exponentiell. Eine kleine Erhöhung der Spannung über die Nenn-V_Fhinaus verursacht einen großen, potenziell zerstörerischen Anstieg des Stroms. Ein Serienwiderstand stellt eine lineare, vorhersehbare Beziehung zwischen Versorgungsspannung und LED-Strom her und gewährleistet einen stabilen und sicheren Betrieb.

8.2 Kann ich diese LED direkt von einem Mikrocontroller-GPIO-Pin ansteuern?

Möglicherweise, aber mit Vorsicht. Viele GPIO-Pins können nur 10-25mA liefern oder aufnehmen. Sie müssen das Datenblatt Ihres Mikrocontrollers prüfen. Selbst wenn innerhalb der Grenzen, benötigen Sie immer noch einen Serienwiderstand. Es ist oft sicherer, den GPIO zur Steuerung eines Transistors (BJT oder MOSFET) zu verwenden, der dann die LED ansteuert und so den Mikrocontroller von der LED-Stromlast isoliert.

8.3 Was bedeutet "wasserklare" Vergussmasse?

Es bedeutet, dass die umschließende Kunststofflinse transparent ist, nicht diffundierend oder getönt. Dies ermöglicht es, die wahre Farbe des blauen InGaN-Chips zu sehen, und liefert die höchstmögliche Lichtleistung und einen klar definierten, engen Abstrahlwinkel.

8.4 Wie interpretiere ich die Bin-Codes auf der Rollenetikette?

Der "CAT"-Code (U, V, W) gibt Ihnen den Helligkeitsbereich an. Der "HUE"-Code (z.B. A10) gibt Ihnen den Bereich der dominanten Wellenlänge an. Für ein konsistentes Erscheinungsbild in einem Produkt bestellen Sie LEDs aus demselben CAT- und HUE-Bin. Der "REF"-Code zeigt den Durchlassspannungsrang an, was für präzise Stromregelungsdesigns nützlich sein kann.

9. Praktische Design-Fallstudie

Szenario:Entwurf eines kompakten, USB-betriebenen Geräts mit vier blauen Status-LEDs.

1. Stromquelle:USB liefert 5V.
2. LED-Auswahl:42-21/BHC-AUW/1T, Bin V für mittlere Helligkeit, Bin A11 für konsistenten Blauton.
3. Stromberechnung:Ziel I_F= 18mA (leicht unter Max. für Reserve). Verwende max. V_F= 3,7V für den Worst-Case.
   R_s= (5V - 3,7V) / 0,018A ≈ 72,2Ω. Verwende 75Ω Standardwiderstand.
4. Leistung pro LED: P_LED= 3,3V(typ) * 0,018A ≈ 59,4mW. Deutlich unter der 95mW-Grenze.
5. Gesamtstrom:4 LEDs * 18mA = 72mA. Deutlich innerhalb der Fähigkeit eines Standard-USB-Anschlusses von 500mA.
6. Leiterplattenlayout:Platziere LEDs mit korrekter Polarität. Verwende eine kleine Massefläche unter und um die LED-Pads zur Wärmeableitung. Stelle sicher, dass das Reflow-Profil dem empfohlenen 260°C-Spitzenwert entspricht.
7. Ergebnis:Ein zuverlässiges, gleichmäßig helles Anzeigesystem mit minimalem Leiterplattenplatz und Stromverbrauch.

10. Funktionsprinzip und Technologie

Diese LED basiert auf einer Halbleiter-Heterostruktur aus Indiumgalliumnitrid (InGaN). Wenn eine Durchlassspannung an den p-n-Übergang angelegt wird, werden Elektronen und Löcher in den aktiven Bereich injiziert. Ihre Rekombination setzt Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Zusammensetzung der InGaN-Legierung bestimmt die Bandlückenenergie, die direkt die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts definiert – in diesem Fall blau (~468 nm). Die wasserklare Epoxidharz-Vergussmasse schützt den Halbleiterchip, wirkt als Linse zur Formung des Lichtausgangsstrahls (30-Grad-Abstrahlwinkel) und bietet mechanische Stabilität.

11. Branchentrends

Der Markt für SMD-LEDs wie die 42-21 wird weiterhin durch die Miniaturisierung aller elektronischen Geräte angetrieben. Es gibt einen ständigen Trend zu höherer Effizienz (mehr Lumen pro Watt), was entweder hellere Ausgangsleistung bei gleichem Strom oder die gleiche Helligkeit bei geringerer Leistung ermöglicht und so die Batterielaufzeit tragbarer Geräte verlängert. Zudem steigt die Nachfrage nach engerem Farb- und Helligkeits-Binning, da Anwendungen wie Vollfarbdisplays und Ambientebeleuchtung außergewöhnliche Gleichmäßigkeit erfordern. Die zugrunde liegende InGaN-Technologie für blaue LEDs ist ausgereift, verzeichnet aber weiterhin inkrementelle Verbesserungen in Effizienz und Zuverlässigkeit. Die Verpackungstechnologie entwickelt sich ebenfalls weiter, mit Trends zu noch dünneren Bauformen und verbesserten Thermomanagement-Materialien, um höhere Leistungsdichten in kompakten Räumen zu bewältigen.