SMD LED 15-21/BHC-AN1P2/2T Datenblatt - Blau - 2,0x1,25x0,8mm - 3,3V - 20mA - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die 15-21/BHC-AN1P2/2T ist eine kompakte, oberflächenmontierbare blaue LED, die für moderne elektronische Anwendungen entwickelt wurde, die eine hohe Bauteildichte erfordern. Ihr Hauptvorteil liegt im deutlich reduzierten Platzbedarf im Vergleich zu herkömmlichen LEDs mit Anschlussdrähten, was kleinere Leiterplatten (PCB)-Designs und kompaktere Endprodukte ermöglicht. Das Bauteil ist mit InGaN (Indiumgalliumnitrid)-Chip-Technologie aufgebaut und in klarem Harz eingekapselt, das Licht im blauen Spektrum emittiert. Es entspricht vollständig den RoHS-, REACH- und halogenfreien Richtlinien und eignet sich somit für umweltbewusste Fertigungsprozesse.

1.1 Kernvorteile

Die wesentlichen Vorteile dieser LED umfassen ihre Miniaturgröße (2,0 mm x 1,25 mm x 0,8 mm), die direkt zu reduziertem Lagerplatz und höherer Packungsdichte auf Leiterplatten beiträgt. Ihr geringes Gewicht macht sie ideal für tragbare und Miniatur-Anwendungen. Das Bauteil wird auf 8-mm-Trägerband geliefert, das auf 7-Zoll (178 mm) Spulen aufgewickelt ist, was die Kompatibilität mit schnellen automatischen Bestückungsanlagen sicherstellt. Darüber hinaus ist es für Standard-Lötprozesse wie Infrarot- und Dampfphasenreflow ausgelegt, was eine effiziente Serienfertigung ermöglicht.

1.2 Zielanwendungen

Diese LED ist vielseitig einsetzbar und findet in verschiedenen Beleuchtungs- und Anzeigefunktionen Verwendung. Typische Anwendungen sind die Hintergrundbeleuchtung von Instrumententafeln, Schaltern und Tastaturen. In Telekommunikationsgeräten dient sie als Statusanzeige und Hintergrundbeleuchtung für Geräte wie Telefone und Faxgeräte. Sie eignet sich auch für die flache Hintergrundbeleuchtung von Flüssigkristallanzeigen (LCDs) und allgemeine Anzeigefunktionen, bei denen eine zuverlässige, kompakte blaue Lichtquelle benötigt wird.

2. Vertiefung der technischen Parameter

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Analyse der wichtigsten elektrischen, optischen und thermischen Spezifikationen des Bauteils, wie in den Tabellen für Absolute Grenzwerte und Elektro-optische Eigenschaften definiert.

2.1 Absolute Grenzwerte

Die absoluten Grenzwerte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Dies sind keine Betriebsbedingungen. Die maximale Sperrspannung (V_R) beträgt 5 V. Eine Überschreitung kann zum Sperrschichtdurchbruch führen. Der Dauerstrom in Durchlassrichtung (I_F) ist mit 25 mA spezifiziert. Für gepulsten Betrieb ist ein Spitzenstrom in Durchlassrichtung (I_FP) von 100 mA bei einem Tastverhältnis von 1/10 und 1 kHz zulässig. Die maximale Verlustleistung (P_d) beträgt 95 mW, berechnet als Produkt aus Durchlassspannung und -strom. Das Bauteil hält einer elektrostatischen Entladung (ESD) von 150 V gemäß Human Body Model (HBM) stand. Der Betriebstemperaturbereich (T_opr) liegt zwischen -40 °C und +85 °C, und die Lagertemperatur (T_stg) erstreckt sich auf -40 °C bis +90 °C. Das Löttemperaturprofil ist kritisch: Für Reflow ist ein Spitzenwert von 260 °C für maximal 10 Sekunden spezifiziert; für Handlötung darf die Lötspitzentemperatur 350 °C pro Anschluss für 3 Sekunden nicht überschreiten.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Diese Parameter werden unter Standardtestbedingungen von 25 °C Umgebungstemperatur und einem Durchlassstrom von 20 mA gemessen. Die Lichtstärke (I_v) hat einen typischen Wert innerhalb eines durch das Binning-System definierten weiten Bereichs, mit einem Minimum von 28,5 mcd und einem Maximum von 72,0 mcd. Der Abstrahlwinkel (2θ1/2) beträgt typischerweise 130 Grad, was auf ein breites, diffuses Abstrahlmuster hinweist. Die Spitzenwellenlänge (λ_p) beträgt typisch 468 nm, und die dominante Wellenlänge (λ_d) liegt zwischen 464,5 nm und 476,5 nm, was die wahrgenommene blaue Farbe definiert. Die spektrale Bandbreite (Δλ) beträgt typisch 25 nm. Die Durchlassspannung (V_F) liegt zwischen 2,7 V (min) und 3,7 V (max), mit einem typischen Wert von 3,3 V bei 20 mA. Der Sperrstrom (I_R) ist sehr niedrig, mit einem Maximum von 50 µA bei voller 5-V-Sperrvorspannung.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um die Konsistenz in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs nach Leistungsklassen (Bins) sortiert. Dies ermöglicht es Konstrukteuren, Bauteile auszuwählen, die spezifische Helligkeits- und Farbanforderungen erfüllen.

3.1 Binning der Lichtstärke

Die Lichtausbeute ist in vier verschiedene Klassen unterteilt: N1 (28,5-36,0 mcd), N2 (36,0-45,0 mcd), P1 (45,0-57,0 mcd) und P2 (57,0-72,0 mcd). Innerhalb jeder Klasse gilt eine Toleranz von ±11 %. Konstrukteure müssen diese Schwankung berücksichtigen, wenn sie für minimale Helligkeitsniveaus in ihrer Anwendung ausgelegt sind.

3.2 Binning der dominanten Wellenlänge

Die Farbe (dominante Wellenlänge) wird ebenfalls in Klassen unterteilt, um Farbtonvariationen zu kontrollieren. Die Klassen sind A9 (464,5-467,5 nm), A10 (467,5-470,5 nm), A11 (470,5-473,5 nm) und A12 (473,5-476,5 nm). Eine Toleranz von ±1 nm ist spezifiziert. Dieses Binning ist entscheidend für Anwendungen, bei denen Farbkonsistenz über mehrere LEDs hinweg wichtig ist, wie z. B. in Hintergrundbeleuchtungsarrays.

4. Analyse der Kennlinien

Während das PDF auf einen Abschnitt für typische elektro-optische Kennlinien hinweist, sind spezifische grafische Daten (z. B. I-V-Kurven, Intensität vs. Strom, Wellenlänge vs. Temperatur) im extrahierten Text nicht enthalten. In einem vollständigen Datenblatt sind diese Kurven wesentlich, um das Verhalten des Bauteils unter nicht standardmäßigen Bedingungen zu verstehen. Konstrukteure verlassen sich typischerweise auf solche Kurven, um die Leistung bei verschiedenen Betriebsströmen und Umgebungstemperaturen vorherzusagen, was sich direkt auf die Lichtausbeute, die Durchlassspannung und die Langzeitzuverlässigkeit auswirkt.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die LED entspricht dem 15-21 SMD-Gehäusestandard. Die Hauptabmessungen betragen etwa 2,0 mm Länge, 1,25 mm Breite und 0,8 mm Höhe. Die Gehäusezeichnung spezifiziert die Lage und Größe der Lötpads (typisch 0,6 mm x 0,9 mm), den Abstand zwischen ihnen und die allgemeinen Toleranzen (üblicherweise ±0,1 mm, sofern nicht anders angegeben). Diese präzisen Maßdaten sind entscheidend für die Erstellung eines genauen Leiterplattenlayouts (Footprint), um ein korrektes Löten und Ausrichten zu gewährleisten.

5.2 Polaritätskennzeichnung

Die Kathode (Minuspol) ist typischerweise auf dem Bauteil markiert, oft durch eine kleine Kerbe, einen grünen Punkt oder eine abgeschrägte Ecke am Gehäuse. Die bereitgestellte Maßzeichnung sollte diese Markierung klar angeben. Die korrekte Polarisierungsausrichtung während der Montage ist für die Funktion des Bauteils zwingend erforderlich.

6. Richtlinien für Löten und Montage

Eine ordnungsgemäße Handhabung und Lötung ist entscheidend für die Erhaltung der Bauteilintegrität und -leistung.

6.1 Parameter für Reflow-Löten

Ein bleifreies Reflow-Profil ist spezifiziert. Die Vorwärmzone sollte von 150 °C auf 200 °C über 60-120 Sekunden ansteigen. Die Zeit oberhalb der Liquidustemperatur des Lotes (217 °C) sollte 60-150 Sekunden betragen. Die Spitzentemperatur darf 260 °C nicht überschreiten, und die Zeit bei diesem Spitzenwert sollte maximal 10 Sekunden betragen. Die maximale Aufheizrate beträgt 6 °C/s, und die maximale Abkühlrate beträgt 3 °C/s. Reflow-Löten sollte nicht mehr als zweimal am selben Bauteil durchgeführt werden.

6.2 Lagerung und Feuchtigkeitssensitivität

Die LEDs sind in feuchtigkeitsbeständigen Barrieretüten mit Trockenmittel verpackt. Die Tüte darf erst geöffnet werden, wenn die Bauteile einsatzbereit sind. Vor dem Öffnen sollten die Lagerbedingungen ≤30 °C und ≤90 % relative Luftfeuchtigkeit (RH) betragen. Nach dem Öffnen beträgt die "Floor Life" (Standzeit) 1 Jahr unter Bedingungen von ≤30 °C und ≤60 % RH. Wenn der Trockenmittelindikator Sättigung anzeigt oder die Lagerzeit überschritten wurde, ist vor dem Reflow eine Trocknung bei 60±5 °C für 24 Stunden erforderlich, um "Popcorning"-Schäden während des Lötens zu verhindern.

6.3 Vorsichtsmaßnahmen für Handlötung und Reparatur

Falls Handlötung erforderlich ist, ist äußerste Vorsicht geboten. Es sollte ein Lötkolben mit einer Spitzentemperatur unter 350 °C und einer Leistung unter 25 W verwendet werden. Die Kontaktzeit pro Anschluss darf 3 Sekunden nicht überschreiten. Zwischen dem Löten jedes Anschlusses sollte ein Mindestintervall von 2 Sekunden eingehalten werden. Eine Reparatur nach dem ersten Löten wird dringend abgeraten. Falls unvermeidbar, sollte ein spezieller Doppelspitzen-Lötkolben verwendet werden, um beide Anschlüsse gleichzeitig zu erhitzen und mechanische Belastungen am Gehäuse zu vermeiden.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Verpackungsspezifikationen

Das Produkt wird auf geprägtem Trägerband geliefert, dessen Abmessungen auf das 15-21-Gehäuse zugeschnitten sind. Das Band ist auf eine Standard-7-Zoll (178 mm) Spule aufgewickelt. Jede Spule enthält 2000 Stück. Die Abmessungen von Spule, Trägerband und Deckband sind in den Datenblattzeichnungen angegeben, um die Kompatibilität mit automatischen Zuführern sicherzustellen.

7.2 Etikettenerklärung

Das Spulenetikett enthält mehrere wichtige Codes: P/N (Produktnummer: 15-21/BHC-AN1P2/2T), QTY (Packungsmenge: 2000), CAT (Lichtstärkeklasse, z. B. N1, P2), HUE (Farbton-/Dominante-Wellenlängen-Klasse, z. B. A10, A12), REF (Durchlassspannungsklasse) und LOT No (rückverfolgbare Losnummer). Das Feld CPN ist für eine interne Kundenteilenummer vorgesehen.

8. Anwendungsdesign-Vorschläge

8.1 Strombegrenzungserfordernis

LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Ein serieller strombegrenzender Widerstand ist im Schaltungsdesign zwingend erforderlich, um thermisches Durchgehen und Zerstörung zu verhindern. Das Datenblatt zeigt, dass ein leichter Anstieg der Durchlassspannung einen großen Anstieg des Stroms verursachen kann. Der Widerstandswert sollte basierend auf der Versorgungsspannung (V_supply), der typischen Durchlassspannung der LED (V_F, z. B. 3,3 V) und dem gewünschten Betriebsstrom (I_F, muss ≤25 mA Dauerstrom sein) berechnet werden. Die Formel lautet R = (V_supply - V_F) / I_F.

8.2 Überlegungen zum thermischen Management

Obwohl klein, gibt die LED Wärme ab (bis zu 95 mW). Für einen zuverlässigen Langzeitbetrieb, insbesondere bei hohen Umgebungstemperaturen oder nahe dem maximalen Strom, sollte eine ausreichende Kupferfläche auf der Leiterplatte (thermische Entlastungspads) verwendet werden, um Wärme von den Lötstellen und dem LED-Chip selbst abzuleiten. Der Betrieb mit Strömen unterhalb des maximalen Nennwerts verbessert die Lebensdauer und Zuverlässigkeit erheblich.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die primäre Unterscheidung der 15-21-Gehäuse-LED gegenüber größeren SMD-LEDs (z. B. 3528, 5050) oder Durchsteck-LEDs ist ihre ultrakompakte Größe, die eine Design-Miniaturisierung ermöglicht. Im Vergleich zu anderen miniaturisierten LEDs umfassen ihre Hauptvorteile einen breiten Abstrahlwinkel von 130 Grad für gleichmäßige Ausleuchtung, die Einhaltung strenger Umweltvorschriften (RoHS, halogenfrei) und robuste Spezifikationen für die automatisierte Reflow-Montage. Das detaillierte Binning-System bietet Konstrukteuren vorhersagbare Leistungsparameter für Farbe und Helligkeit.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Kann ich diese LED direkt an einer 5-V-Versorgung ohne Widerstand betreiben?

A: Nein. Dies würde die LED mit hoher Wahrscheinlichkeit zerstören. Sie müssen einen seriellen strombegrenzenden Widerstand verwenden, wie in Abschnitt 8.1 beschrieben.

F: Was ist der Unterschied zwischen Spitzenwellenlänge und dominanter Wellenlänge?

A: Die Spitzenwellenlänge (λ_p) ist die Wellenlänge, bei der das Emissionsspektrum seine höchste Intensität hat. Die dominante Wellenlänge (λ_d) ist die einzelne Wellenlänge von monochromatischem Licht, die der wahrgenommenen Farbe der LED entspricht. λ_d ist für die Farbangabe relevanter.

F: Wie interpretiere ich die Bincodes (z. B. P2 A11) bei der Bestellung?

A: Der Bincode spezifiziert den garantierten Leistungsbereich. "P2" bedeutet, dass die Lichtstärke zwischen 57,0 und 72,0 mcd liegt. "A11" bedeutet, dass die dominante Wellenlänge zwischen 470,5 und 473,5 nm liegt. Sie sollten Klassen auswählen, die den Mindesthelligkeits- und Farbkonsistenzanforderungen Ihrer Anwendung entsprechen.

F: Ist diese LED für die Beleuchtung von Automobilinstrumententafeln geeignet?

A: Obwohl sie für die Instrumententafel-Hintergrundbeleuchtung aufgeführt ist, stellt der Abschnitt "Anwendungseinschränkungen" ausdrücklich klar, dass Hochzuverlässigkeitsanwendungen wie Automobilsicherheitssysteme möglicherweise andere Produkte erfordern. Für solche kritischen Anwendungen ist eine Konsultation mit dem Hersteller und möglicherweise die Verwendung einer AEC-Q102-qualifizierten Komponente erforderlich.

11. Design- und Anwendungsfallstudie

Szenario: Entwurf einer kompakten Statusanzeigetafel für ein tragbares Medizingerät.

Das Design erfordert vier blaue Status-LEDs auf engem Raum. Das 15-21-Gehäuse wird aufgrund seiner geringen Größe ausgewählt. Der Konstrukteur wählt die P1-Helligkeitsklasse (45-57 mcd), um eine ausreichende Sichtbarkeit sicherzustellen. Die A10-Wellenlängenklasse (467,5-470,5 nm) wird für Farbkonsistenz ausgewählt. Die Schaltung wird von einer 3,3-V-Schiene versorgt. Unter Verwendung der typischen V_F von 3,3 V bei 20 mA würde ein sehr kleiner Serienwiderstand (z. B. 0-1 Ohm) oder ein Konstantstromtreiber, der auf 18 mA (für Reserve) eingestellt ist, verwendet werden. Das Leiterplattenlayout enthält thermische Pads, die mit einer Massefläche zur Wärmeableitung verbunden sind. Die Montage folgt dem spezifizierten Reflow-Profil, und die feuchtigkeitsempfindlichen Bauteile werden innerhalb der vorgeschriebenen Standzeit nach dem Öffnen der Tüte verwendet.

12. Funktionsprinzip

Diese LED arbeitet nach dem Prinzip der Elektrolumineszenz in einem Halbleiter-p-n-Übergang. Der aktive Bereich besteht aus InGaN. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die das eingebaute Potenzial der Sperrschicht übersteigt, werden Elektronen und Löcher in den aktiven Bereich injiziert. Wenn diese Ladungsträger rekombinieren, setzen sie Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Zusammensetzung der InGaN-Legierung bestimmt die Bandlückenenergie, die wiederum die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts bestimmt, in diesem Fall blau. Die klare Harzeinkapselung schützt den Halbleiterchip und wirkt als Linse, um den Lichtausgangsstrahl zu formen.

13. Technologietrends

Die Entwicklung von SMD-LEDs wie dem 15-21-Gehäuse wird durch den anhaltenden Trend zur Miniaturisierung und erhöhten Funktionalität in elektronischen Geräten vorangetrieben. Wichtige Trends in diesem Bereich sind die fortgesetzte Verkleinerung der Gehäusegröße bei gleichbleibender oder steigender Lichtausbeute (höhere Effizienz), verbesserte Farbwiedergabe und -konsistenz durch fortschrittliches Binning und Chip-Technologie sowie eine erhöhte Zuverlässigkeit für den Betrieb in rauen Umgebungen (höhere Temperatur, Feuchtigkeit). Darüber hinaus stellen die Integration mit intelligenten Treibern und die Entwicklung von Mikro-LED-Arrays für Display-Anwendungen bedeutende Zukunftsperspektiven in der Festkörperbeleuchtungstechnologie dar.