SMD LED 48-213 Blau Datenblatt - Abmessungen 2,25x1,45x0,72mm - Spannung 2,7-3,2V - Leistung 95mW - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die 48-213 ist eine kompakte, oberflächenmontierbare (SMD) LED, die für moderne elektronische Anwendungen entwickelt wurde, die Miniaturisierung und hohe Zuverlässigkeit erfordern. Diese monochrome blaue LED nutzt InGaN-Chip-Technologie, um Licht mit einer typischen Spitzenwellenlänge von 468nm zu erzeugen. Ihre Hauptvorteile sind ein deutlich reduzierter Platzbedarf im Vergleich zu bedrahteten Bauteilen, was eine höhere Packungsdichte auf Leiterplatten, geringere Lageranforderungen ermöglicht und letztlich zu kleineren Endproduktdesigns beiträgt. Die leichte Bauweise macht sie zudem ideal für tragbare und Miniatur-Anwendungen.

1.1 Kernmerkmale und Konformität

• Verpackung:Geliefert auf 8mm-Tape auf 7-Zoll-Durchmesser-Spulen, kompatibel mit Standard-Automatik-Bestückungsgeräten.
• Lötprozess:Kompatibel mit Infrarot (IR)- und Dampfphasen-Reflow-Lötverfahren.
• Umweltkonformität:Das Produkt ist bleifrei (Pb-free), entspricht der EU-RoHS-Richtlinie und hält die EU-REACH-Verordnungen ein.
• Halogenfrei:Erfüllt halogenfreie Anforderungen (Brom <900 ppm, Chlor <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm).

2. Analyse der technischen 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 Durchbruch des pn-Übergangs führen.
• Dauer-Vorwärtsstrom (I_F):25 mA.
• Spitzen-Vorwärtsstrom (I_FP):100 mA, nur unter gepulsten Bedingungen zulässig (Tastverhältnis 1/10 @ 1kHz).
• Verlustleistung (P_d):95 mW. Dies ist die maximal zulässige Leistung, die das Gehäuse bei einer Umgebungstemperatur (T_a) von 25°C als Wärme abführen kann.
• Elektrostatische Entladung (ESD):Hält 150V gemäß Human Body Model (HBM) stand. Richtige ESD-Handhabungsvorkehrungen sind unerlässlich.
• Temperaturbereich:Betrieb: -40°C bis +85°C; Lagerung: -40°C bis +90°C.
• Löttemperatur:Reflow-Profil-Spitze: max. 260°C für 10 Sekunden. Handlöten: max. 350°C für 3 Sekunden pro Anschluss.

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

Diese Parameter werden unter Standardbedingungen (I_F= 5mA) geprüft und definieren die Leistung des Bauteils.

• Lichtstärke (I_v):Reicht von 22,5 mcd (Min) bis 57,0 mcd (Max), mit einer typischen Toleranz von ±11%. Der tatsächliche Wert wird durch den Bin-Code (M2, N1, N2, P1) bestimmt.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):120 Grad (typisch). Dieser breite Winkel bietet ein breites Abstrahlmuster, das für Hintergrundbeleuchtungen und Anzeigeanwendungen geeignet ist.
• Spitzenwellenlänge (λ_p):468 nm (typisch).
• Dominante Wellenlänge (λ_d):Reicht von 465 nm bis 475 nm, unterteilt in die Bins Z (465-470nm) und Y (470-475nm).
• Spektrale Bandbreite (Δλ):35 nm (typisch), definiert die spektrale Reinheit des emittierten blauen Lichts.
• Flussspannung (V_F):Reicht von 2,7V bis 3,2V bei 5mA, mit einer typischen Toleranz von ±0,05V. Sie ist in die Gruppen Q29 bis Q33 eingeteilt.
• Sperrstrom (I_R):Maximal 50 μA bei V_R= 5V. Hinweis: Das Bauteil wird auf Sperrspannung geprüft, ist jedoch nicht für den Betrieb in Sperrrichtung vorgesehen.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um Farb- und Helligkeitskonstanz in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs basierend auf Schlüsselparametern sortiert.

3.1 Binning der dominanten Wellenlänge

Definiert die wahrgenommene Farbe der LED. Zwei Gruppen gewährleisten Farbgleichmäßigkeit innerhalb einer Anwendung.

Gruppe Z: 465 nm – 470 nm

Gruppe Y: 470 nm – 475 nm

3.2 Binning der Lichtstärke

Sortiert LEDs basierend auf ihrer Lichtausbeute bei 5mA.

M2: 22,5 – 28,5 mcd

N1: 28,5 – 36,0 mcd

N2: 36,0 – 45,0 mcd

P1: 45,0 – 57,0 mcd

3.3 Binning der Flussspannung

Gruppiert LEDs nach ihrem Flussspannungsabfall, was für die Berechnung des Vorwiderstands und das Netzteil-Design entscheidend ist.

Q29: 2,7V – 2,8V

Q30: 2,8V – 2,9V

Q31: 2,9V – 3,0V

Q32: 3,0V – 3,1V

Q33: 3,1V – 3,2V

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere charakteristische Kurven, die für Entwicklungsingenieure von entscheidender Bedeutung sind.

4.1 Vorwärtsstrom vs. Flussspannung (I-V-Kennlinie)

Diese nichtlineare Beziehung zeigt, dass eine kleine Spannungserhöhung über die Kniespannung hinaus zu einem starken Stromanstieg führt. Dies unterstreicht die absolute Notwendigkeit, einen Reihen-Vorwiderstand oder eine Konstantstromquelle zu verwenden, um thermisches Durchgehen und Bauteilversagen zu verhindern.

4.2 Lichtstärke vs. Vorwärtsstrom

Die Lichtausbeute steigt mit dem Vorwärtsstrom, jedoch nicht linear. Die Kurve hilft Entwicklern, einen Arbeitspunkt zu wählen, der Helligkeit mit Effizienz und Bauteillebensdauer in Einklang bringt.

4.3 Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur

Die Lichtausbeute der LED nimmt mit steigender Sperrschichttemperatur ab. Diese Kurve zeigt, wie die relative Lichtstärke sinkt, wenn die Umgebungstemperatur von -40°C auf +100°C ansteigt. Effektives Wärmemanagement in der Anwendung ist entscheidend, um eine konstante Helligkeit aufrechtzuerhalten.

4.4 Entlastungskurve für den Vorwärtsstrom

Dies ist eine der wichtigsten Diagramme für die Zuverlässigkeit. Es zeigt, wie der maximal zulässige Dauer-Vorwärtsstrom abnimmt, wenn die Umgebungstemperatur über 25°C steigt. Bei 85°C muss der maximal zulässige Strom deutlich reduziert werden, um die maximale Sperrschichttemperatur nicht zu überschreiten und langfristige Zuverlässigkeit zu gewährleisten.

4.5 Spektralverteilung

Zeigt die relative Strahlungsleistung über die Wellenlängen, zentriert um 468nm mit einer typischen Bandbreite von 35nm. Dies bestätigt die monochromatisch blaue Natur der Emission.

4.6 Abstrahlcharakteristik

Ein Polardiagramm, das die räumliche Verteilung der Lichtintensität veranschaulicht und den 120° Abstrahlwinkel bestätigt. Das Muster ist typischerweise lambertisch oder nahezu lambertisch.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die 48-213 verfügt über ein kompaktes SMD-Gehäuse mit folgenden Hauptabmessungen (in mm):

- Länge: 2,25 ±0,20

- Breite: 1,45 ±0,10

- Höhe: 0,72 ±0,10

- Anschlussabstand: 1,80 (zwischen Anoden- und Kathoden-Pads)

Eine Kathodenmarkierung ist auf dem Gehäuse deutlich angegeben, um die korrekte Polung während der Montage zu gewährleisten.

5.2 Vorgeschlagenes Pad-Layout

Ein empfohlenes Bestückungsbild (Footprint) mit Abmessungen für die Lötpads wird bereitgestellt. Das Datenblatt weist ausdrücklich darauf hin, dass dies nur als Referenz dient und basierend auf individuellen Leiterplatten-Designanforderungen, Lotpastenvolumen und Montageprozess angepasst werden sollte.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil (bleifrei)

Ein detailliertes Temperaturprofil wird vorgegeben:

- 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 3°C/Sek. bis 255°C, insgesamt maximal 6°C/Sek.

- Abkühlrate: Wird durch den Prozess definiert.

Die Einhaltung dieses Profils ist entscheidend. Reflow-Löten sollte nicht mehr als zweimal am selben Bauteil durchgeführt werden.

6.2 Handlöten

Falls Handlöten unvermeidbar ist:

- Lötspitzentemperatur muss unter 350°C liegen.

- Kontaktzeit pro Anschluss darf 3 Sekunden nicht überschreiten.

- Lötkolbenleistung sollte unter 25W liegen.

- Zwischen dem Löten jedes Anschlusses eine Pause von mehr als 2 Sekunden einhalten, um thermischen Schock zu vermeiden.

Das Datenblatt warnt, dass Schäden häufig beim Handlöten auftreten.

6.3 Lagerung und Feuchtigkeitssensitivität

Die LEDs sind in einer feuchtigkeitsbeständigen Barrieretüte mit Trockenmittel verpackt.

- Vor dem Öffnen: Lagern bei ≤30°C und ≤90% r.F.

- Nach dem Öffnen: Die "Floor Life" beträgt 1 Jahr bei ≤30°C und ≤60% r.F. Unbenutzte Bauteile müssen in einer feuchtigkeitsdichten Verpackung wieder versiegelt werden.

- Falls der Trockenmittel-Indikator die Farbe ändert oder die Lagerzeit überschritten wird, ist eine Trocknung erforderlich: 60 ±5°C für 24 Stunden vor der Verwendung in einem Reflow-Prozess.

6.4 Kritische Vorsichtsmaßnahmen

• Strombegrenzung:Ein externer Vorwiderstand ist ZWINGEND erforderlich. Die exponentielle I-V-Charakteristik der LED bedeutet, dass eine kleine Spannungsänderung eine große Stromänderung verursacht, was ohne Schutz sofort zum Durchbrennen führt.
• Mechanische Belastung:Vermeiden Sie während des Lötens oder in der Endanwendung Belastungen auf den LED-Körper. Verbiegen Sie die Leiterplatte nach dem Löten nicht.
• Reparatur:Eine Reparatur nach dem Löten wird dringend abgeraten. Falls unbedingt erforderlich, verwenden Sie einen Zwillingslötkolben zum gleichzeitigen Erwärmen beider Anschlüsse, um thermische Belastung zu minimieren.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Spulen- und Tape-Spezifikationen

Das Bauteil wird in geprägter Trägertape geliefert:

- Spulendurchmesser: 7 Zoll.

- Tapebreite: 8mm.

- Menge pro Spule: 3000 Stück.

Detaillierte Abmessungen für die Trägertape-Taschen und die Spule werden bereitgestellt, um Kompatibilität mit automatischen Zuführern sicherzustellen.

7.2 Etikettenerklärung

Das Spulenetikett enthält mehrere Schlüssel-Identifikatoren:

- P/N: Produktnummer (z.B. 48-213/BHC-ZM2P1QY/3C).

- QTY: Packungsmenge.

- CAT: Lichtstärke-Klasse (z.B. M2, P1).

- HUE: Farbort/Dominante Wellenlängen-Klasse (z.B. Z, Y).

- REF: Flussspannungs-Klasse (z.B. Q29, Q33).

- LOT No.: Rückverfolgbarkeits-Chargennummer.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

• Hintergrundbeleuchtung:Ideal für Armaturenbrett-Anzeigen, Schalterbeleuchtung und flache Hintergrundbeleuchtung für LCDs und Symbole aufgrund des breiten Abstrahlwinkels und der kompakten Größe.
• Telekommunikationsgeräte:Statusanzeigen und Tastatur-Hintergrundbeleuchtung in Telefonen, Faxgeräten und anderen Kommunikationsgeräten.
• Allgemeine Anzeigeanwendungen:Jede Anwendung, die eine zuverlässige, kompakte blaue Statusanzeige erfordert.

8.2 Design-Überlegungen

• Wärmemanagement:Obwohl die Leistung gering ist, sollte das Leiterplatten-Layout dennoch die Wärmeableitung berücksichtigen, insbesondere in Umgebungen mit hoher Umgebungstemperatur oder bei Betrieb nahe dem Maximalstrom. Verwenden Sie die Entlastungskurve.
• Stromtreiberschaltung:Immer eine Konstantstromquelle oder eine Spannungsquelle mit einem Vorwiderstand verwenden. Berechnen Sie den Widerstandswert unter Verwendung der maximalen V_Faus dem Bin und dem gewünschten I_F, um sicherzustellen, dass der Strom niemals den absoluten Maximalwert überschreitet.
• Optisches Design:Der 120° Abstrahlwinkel bietet eine breite Abdeckung. Für fokussierteres Licht können externe Linsen oder Lichtleiter erforderlich sein.
• ESD-Schutz:Implementieren Sie ESD-Schutz auf den Eingangsleitungen und stellen Sie sicher, dass Montagebereiche ESD-sicher sind, da das Bauteil für 150V HBM ausgelegt ist.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die 48-213 SMD LED bietet mehrere Schlüsselvorteile in ihrer Klasse:

Größenvorteil:Ihr Footprint von 2,25 x 1,45 mm ist deutlich kleiner als bei herkömmlichen 3mm oder 5mm bedrahteten LEDs und ermöglicht ultrakompakte Designs.

Prozesskompatibilität:Volle Kompatibilität mit Standard-SMT-Reflow-Prozessen (IR und Dampfphase) ermöglicht eine automatisierte Montage in hohen Stückzahlen zu niedrigen Kosten, im Gegensatz zu Durchsteck-LEDs, die manuelles oder Wellenlöten erfordern.

Leistungskonsistenz:Das detaillierte Binning-System für Wellenlänge, Intensität und Spannung ermöglicht es Entwicklern, Bauteile auszuwählen, die visuelle Gleichmäßigkeit über alle Einheiten in einem Produkt hinweg gewährleisten, was für Hintergrundbeleuchtungen und Multi-LED-Arrays entscheidend ist.

Robustheit:Das SMD-Gehäuse bietet bei korrekter Verlötung eine ausgezeichnete mechanische Stabilität und Vibrationsbeständigkeit im Vergleich zu bedrahteten Bauteilen.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F1: Warum ist ein Vorwiderstand absolut notwendig?

A1: Die Flussspannung (V_F) hat eine Toleranz und einen negativen Temperaturkoeffizienten. Eine leichte Erhöhung der Versorgungsspannung oder eine Verringerung von V_Fdurch Erwärmung kann einen großen, unkontrollierten Stromanstieg (thermisches Durchgehen) verursachen, der zum sofortigen Ausfall führt. Der Widerstand stabilisiert den Strom.

F2: Kann ich diese LED dauerhaft mit 25mA betreiben?

A2: Ja, aber nur, wenn die Umgebungstemperatur (T_a) bei oder unter 25°C liegt. Siehe Entlastungskurve für Vorwärtsstrom (Abschnitt 4.4). Bei höheren Umgebungstemperaturen muss der maximal zulässige Dauerstrom reduziert werden, um die Sperrschichttemperatur innerhalb sicherer Grenzen zu halten.

F3: Was bedeuten die Bin-Codes (z.B. ZM2P1QY)?

A3: Dies ist ein zusammengesetzter Code. 'Z' oder 'Y' gibt das Bin für die dominante Wellenlänge an. 'M2', 'P1' usw. geben das Bin für die Lichtstärke an. 'Q29' bis 'Q33' geben das Bin für die Flussspannung an. Die Auswahl einer spezifischen Bin-Kombination gewährleistet vorhersehbare Farbe, Helligkeit und elektrisches Verhalten.

F4: Wie unterscheide ich "Spitzen-" von "Dominanter" Wellenlänge?

A4: Spitzenwellenlänge (λ_p) ist die Wellenlänge, bei der die emittierte optische Leistung maximal ist (468nm typ.). Dominante Wellenlänge (λ_d) ist die einzelne Wellenlänge monochromatischen Lichts, die der wahrgenommenen Farbe der LED entspricht (465-475nm). λ_dist für die Farbangabe relevanter.

11. Design- und Anwendungs-Fallstudie

Szenario: Entwicklung eines Multi-LED-Statuspanels für ein tragbares Medizingerät.

Anforderungen:Gleichmäßige blaue Hintergrundbeleuchtung für 10 Folientastschalter, ultraflache Bauweise, zuverlässiger Betrieb von -10°C bis +60°C, versorgt von einer geregelten 5V-Schiene.

Designschritte:

1. LED-Auswahl:Die 48-213 wird aufgrund ihrer kleinen Größe, des breiten Abstrahlwinkels (für gleichmäßige Hintergrundbeleuchtung) und der SMD-Kompatibilität gewählt.

2. Bin-Auswahl:Um einheitliche Farbe und Helligkeit zu gewährleisten, wird für die gesamte Bestellung ein einziges Bin spezifiziert (z.B. Y-P1-Q31).

3. Stromeinstellung:Ziel ist ein Kompromiss zwischen Helligkeit und Lebensdauer, I_Fwird auf 10mA eingestellt. Aus der Entlastungskurve geht hervor, dass 10mA bis ca. 85°C sicher ist, weit über der Anforderung von 60°C.

4. Widerstandsberechnung:Unter Verwendung des ungünstigsten (max.) V_Faus Bin Q31 (3,0V) und der Versorgungsspannung (5V): R = (5V - 3,0V) / 0,01A = 200 Ω. Ein Standard-200-Ω-, 1/10W-Widerstand wird gewählt.

5. Leiterplatten-Layout:Das vorgeschlagene Pad-Layout wird als Ausgangspunkt verwendet. Dem Kathoden-Pad wird eine kleine thermische Entlastung hinzugefügt, um das Löten zu erleichtern und gleichzeitig die elektrische Verbindung aufrechtzuerhalten. Die LEDs werden so platziert, dass eine gleichmäßige Lichtstreuung über einen Lichtleiter ermöglicht wird.

6. Montage:Die Spulen werden in Bestückungsautomaten geladen. Das spezifizierte bleifreie Reflow-Profil wird in den Ofen programmiert. Nach dem Reflow wird keine Nachlötbelastung auf die Platine ausgeübt.

12. Einführung in das technische Prinzip

Die 48-213 LED basiert auf einer Halbleiterdioden-Struktur, die aus Indium-Gallium-Nitrid (InGaN)-Materialien hergestellt ist. Wenn eine Flussspannung angelegt wird, die die Kniespannung der Diode (ca. 2,7-3,2V) überschreitet, werden Elektronen und Löcher in den aktiven Bereich des Halbleiters injiziert. Ihre Rekombination setzt 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 468nm. Das wasserklare Harz-Encapsulant schützt den Halbleiterchip und fungiert als Primärlinse, die das anfängliche Abstrahlmuster formt. Das SMD-Gehäuse bietet mechanischen Schutz, elektrische Verbindungen über metallisierte Pads und einen Weg für die Wärmeableitung vom Chip zur Leiterplatte.

13. Branchentrends und Kontext

Die 48-213 repräsentiert ein ausgereiftes Produkt in der Entwicklung von SMD-LEDs. Der allgemeine Branchentrend geht weiterhin in Richtung:

Erhöhte Effizienz:Neuere Chip-Designs und Materialien (wie fortschrittliche InGaN-Strukturen) bieten höhere Lichtausbeute (mehr Licht pro elektrischer Watt), was hellere Displays oder geringeren Stromverbrauch ermöglicht.

Miniaturisierung:Noch kleinere Gehäuse-Footprints (z.B. 1,0x0,5mm) werden für platzbeschränkte Anwendungen wie Wearable-Technologie und ultradünne Displays üblich.

Verbesserte Farbkonstanz:Engere Binning-Toleranzen und der Einsatz von phosphorkonvertierten weißen LEDs mit höherem Farbwiedergabeindex (CRI) sind Standard für Display-Hintergrundbeleuchtungen, obwohl dieses Bauteil eine monochrome blaue LED bleibt.

Integrierte Lösungen:Ein wachsender Trend ist die Integration des LED-Treiber-ICs, der Vorwiderstände und manchmal sogar der Steuerlogik in ein einzelnes Modul oder Gehäuse, was das Design für Endanwender vereinfacht. Die 48-213 bleibt eine grundlegende diskrete Komponente, die maximale Designflexibilität bietet.