SMD LED 17-215/BHC-BP2Q2M/3T Blaue Chip-Datenblatt - 2.0x1.25x0.8mm - 3.35V typ. - 20mA - 75mW - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Der 17-215/BHC-BP2Q2M/3T ist eine oberflächenmontierbare (SMD) Leuchtdiode (LED), die einen InGaN (Indiumgalliumnitrid) Halbleiterchip zur Erzeugung von blauem Licht nutzt. Diese Komponente ist für moderne, automatisierte Elektronikfertigungsprozesse konzipiert und bietet einen kompakten Bauraum, der im Vergleich zu herkömmlichen LED-Bauteilen mit Anschlussdrähten eine höhere Leiterplattendichte und Miniaturisierung der Endgeräte ermöglicht.

1.1 Kernvorteile und Produktpositionierung

Die primären Vorteile dieser LED ergeben sich aus ihrem SMD-Gehäuse. Ihre deutlich kleinere Größe ermöglicht eine reduzierte Leiterplattenfläche (PCB), geringeren Lagerplatzbedarf und trägt letztlich zur Entwicklung kleinerer und leichterer elektronischer Geräte bei. Die Leichtbauweise des Gehäuses macht es besonders geeignet für Miniatur- und tragbare Anwendungen. Das Produkt positioniert sich als universelle Indikator- und Hintergrundbeleuchtungslösung, die den aktuellen Umwelt- und Fertigungsstandards entspricht.

1.2 Konformität und Umweltspezifikationen

Diese Komponente hält mehrere wichtige Industriestandards ein. Sie wird als bleifreies (Pb-free) Produkt hergestellt. Die verwendeten Materialien entsprechen der EU REACH-Verordnung. Darüber hinaus erfüllt sie halogenfreie Anforderungen, wobei der Gehalt an Brom (Br) und Chlor (Cl) jeweils unter 900 ppm liegt und deren Summe unter 1500 ppm. Das Produkt ist zudem so ausgelegt, dass es innerhalb der Spezifikationen der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe) bleibt.

2. Technische Parameter: Detaillierte objektive Interpretation

Die folgenden Abschnitte bieten eine detaillierte, objektive Analyse der elektrischen, optischen und thermischen Eigenschaften des Bauteils, wie im Datenblatt definiert. Alle Parameter sind, sofern nicht anders angegeben, bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C spezifiziert.

2.1 Absolute Grenzwerte

Diese Grenzwerte definieren die Grenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb unter oder an diesen Bedingungen ist nicht garantiert und sollte im Schaltungsdesign vermieden werden.

• Sperrspannung (VR):5 V. Das Überschreiten dieser Spannung in Sperrrichtung kann zum Durchbruch des pn-Übergangs führen.
• Dauer-Durchlassstrom (IF):20 mA. Dies ist der maximale Gleichstrom, der für einen zuverlässigen Betrieb empfohlen wird.
• Spitzen-Durchlassstrom (IFP):100 mA. Dies ist nur unter gepulsten Bedingungen zulässig (Tastverhältnis 1/10 bei 1 kHz) und darf nicht für DC-Designs verwendet werden.
• Verlustleistung (Pd):75 mW. Dies ist die maximale Leistung, die das Gehäuse abführen kann, berechnet als Flussspannung (VF) * Durchlassstrom (IF).
• Elektrostatische Entladung (ESD) Human Body Model (HBM):150 V. Dies weist auf eine moderate Empfindlichkeit gegenüber ESD hin; geeignete Handhabungsverfahren sind erforderlich.
• Betriebstemperatur (Topr):-40°C bis +85°C. Das Bauteil ist innerhalb dieses Umgebungstemperaturbereichs funktionsfähig.
• Lagertemperatur (Tstg):-40°C bis +90°C.
• Löttemperatur:Das Bauteil hält einer Reflow-Lötung mit einer Spitzentemperatur von 260°C für bis zu 10 Sekunden stand oder einer Handlötung bei 350°C für bis zu 3 Sekunden pro Anschluss.

2.2 Elektro-optische Kennwerte

Dies sind die typischen Leistungsparameter unter normalen Betriebsbedingungen (IF=20mA).

• Lichtstärke (Iv):Liegt im Bereich von 57,00 mcd bis 112,00 mcd. Der spezifische Wert wird durch den Binning-Prozess bestimmt (siehe Abschnitt 3).
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):130 Grad (typisch). Dies definiert den Winkel, bei dem die Lichtstärke die Hälfte der bei 0 Grad (auf der Achse) gemessenen Spitzenintensität beträgt.
• Spitzenwellenlänge (λp):468 nm (typisch). Dies ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsverteilung maximal ist.
• Dominante Wellenlänge (λd):Liegt im Bereich von 467,50 nm bis 473,50 nm. Dies ist die einzelne Wellenlänge, die das menschliche Auge als Farbe der LED-Ausgabe wahrnimmt und unterliegt ebenfalls dem Binning.
• Spektrale Bandbreite (Δλ):25 nm (typisch). Dies ist die volle Halbwertsbreite (FWHM) des Emissionsspektrums.
• Flussspannung (VF):Liegt bei 20mA im Bereich von 2,75 V bis 3,95 V, mit einem typischen Wert von etwa 3,35V. Dieser Parameter wird gebinnt (siehe Abschnitt 3).
• Sperrstrom (IR):Maximal 50 μA bei einer angelegten Sperrspannung von 5V. Das Datenblatt weist ausdrücklich darauf hin, dass das Bauteil nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt ist; dieser Parameter dient nur zu Testzwecken.

Wichtige Hinweise zu Toleranzen:Das Datenblatt spezifiziert Fertigungstoleranzen: Lichtstärke (±11%), dominante Wellenlänge (±1nm) und Flussspannung (±0,1V). Diese müssen in Designs berücksichtigt werden, die eine enge Parameterkontrolle erfordern.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um natürliche Schwankungen in der Halbleiterfertigung zu handhaben, werden LEDs nach Leistungsklassen sortiert (gebinned). Dies gewährleistet Konsistenz innerhalb einer Produktionscharge. Der 17-215 verwendet drei unabhängige Binning-Kriterien.

3.1 Binning der Lichtstärke

LEDs werden basierend auf ihrer Lichtausbeute bei 20mA in drei Bins kategorisiert:
P2: 57,00 - 72,00 mcd
Q1: 72,00 - 90,00 mcd
Q2: 90,00 - 112,00 mcd

3.2 Binning der dominanten Wellenlänge

Die Farbe (Blauton) wird durch Sortierung in zwei Wellenlängen-Bins gesteuert:
A10: 467,50 - 470,50 nm
A11: 470,50 - 473,50 nm

3.3 Binning der Flussspannung

Um das Design der Stromregelung zu erleichtern, werden LEDs nach ihrem Durchlassspannungsabfall bei 20mA gebinnt:
5: 2,75 - 3,05 V
6: 3,05 - 3,35 V
7: 3,35 - 3,65 V
8: 3,65 - 3,95 V

Der spezifische Produktcode 17-215/BHC-BP2Q2M/3T gibt die Binning-Kombination für eine bestimmte Einheit an (z.B. B für Blau, P2/Q2 für die Intensität, M für die Wellenlänge usw., gemäß der Etikettenerklärung).

4. Analyse der Kennlinien

Während das Datenblatt auf Seite 5 auf typische elektro-optische Kennlinien verweist, sind die spezifischen Grafiken im Textinhalt nicht enthalten. Typischerweise würden solche Kurven Folgendes umfassen:

• Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom (I-I-Kurve):Zeigt, wie die Lichtausbeute mit dem Strom zunimmt, typischerweise auf nichtlineare Weise, bis sie schließlich sättigt.
• Flussspannung vs. Durchlassstrom (V-I-Kurve):Zeigt die exponentielle Beziehung der Diode, die für das Design von strombegrenzenden Schaltungen entscheidend ist.
• Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Veranschaulicht die Abnahme der Lichtausbeute mit steigender Sperrschichttemperatur, eine wichtige Überlegung für das Wärmemanagement.
• Spektrale Leistungsverteilung:Eine Grafik, die die Intensität des emittierten Lichts bei jeder Wellenlänge zeigt, zentriert um das 468-nm-Maximum mit einer Bandbreite von ~25 nm.

Designer sollten die grafische Version des Datenblatts für diese Kurven konsultieren, um die Leistung unter nicht standardmäßigen Bedingungen (unterschiedliche Ströme, Temperaturen) zu modellieren.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die LED hat ein kompaktes, rechteckiges SMD-Gehäuse. Wichtige Abmessungen (in mm, Toleranz ±0,1 mm, sofern nicht anders angegeben) sind:
- Gesamtlänge: 2,0 mm
- Gesamtbreite: 1,25 mm
- Gesamthöhe: 0,8 mm
- Die Abmessungen und der Abstand der Anschlüsse sind für die Kompatibilität mit Standard-0603 (imperial) oder ähnlichen Footprints definiert. Die Kathode ist typischerweise durch eine Markierung auf dem Gehäuse gekennzeichnet.

5.2 Polaritätskennzeichnung

Die korrekte Polarität ist entscheidend. Das Gehäuse enthält eine visuelle Markierung (wie eine Kerbe, einen Punkt oder eine abgeschrägte Ecke), um den Kathodenanschluss zu kennzeichnen. Das PCB-Footprint-Design muss dieser Ausrichtung entsprechen.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Die Einhaltung dieser Richtlinien ist entscheidend für die Zuverlässigkeit und die Vermeidung von Schäden während der Montage.

6.1 Reflow-Lötprofil (bleifrei)

Das empfohlene Temperaturprofil ist entscheidend:
- Vorwärmen:150-200°C für 60-120 Sekunden.
- Zeit oberhalb der Liquidustemperatur (217°C):60-150 Sekunden.
- Spitzentemperatur:Maximal 260°C.
- Zeit innerhalb 5°C der Spitze:Maximal 10 Sekunden.
- Aufheizrate:Maximal 3°C/Sekunde.
- Abkühlrate:Maximal 6°C/Sekunde.
Grenze:Reflow-Lötung sollte nicht mehr als zweimal durchgeführt werden.

6.2 Handlötung

Wenn Handlötung unvermeidbar ist:
- Lötspitzentemperatur:<350°C.
- Kontaktzeit pro Anschluss: ≤ 3 Sekunden.
- Lötkolbenleistung: ≤ 25W.
- Mindestens 2 Sekunden Pause zwischen dem Löten jedes Anschlusses einhalten.
Handlötung birgt ein höheres Risiko für thermische Schäden.

6.3 Lagerung und Feuchtigkeitsempfindlichkeit

Die LEDs sind in einer feuchtigkeitsbeständigen Barrieretüte mit Trockenmittel verpackt.
1. Die Tüte erst öffnen, wenn die Bauteile verwendet werden sollen.
2. Nach dem Öffnen müssen unbenutzte LEDs bei ≤ 30°C und ≤ 60% relativer Luftfeuchtigkeit gelagert werden.
3. Die "Floor Life" nach dem Öffnen beträgt 168 Stunden (7 Tage).
4. Wird diese überschritten oder hat sich der Trockenmittel-Indikator verfärbt, ist eine Ausheizung erforderlich: 60 ±5°C für 24 Stunden vor der Verwendung.

6.4 Vorsichtsmaßnahmen bei der Verwendung

• Strombegrenzung:Ein externer strombegrenzender Widerstand istzwingend erforderlich. Die exponentielle V-I-Charakteristik der LED bedeutet, dass eine kleine Spannungsänderung eine große Stromänderung verursacht, was ohne Widerstand zum sofortigen Durchbrennen führt.
• Vermeidung von Belastung:Vermeiden Sie mechanische Belastung des Gehäuses während des Lötens und verziehen Sie die Leiterplatte nach der Montage nicht.
• Reparatur:Nicht empfohlen. Wenn unbedingt notwendig, verwenden Sie einen Lötkolben mit Doppelspitze, um beide Anschlüsse gleichzeitig zu erhitzen und die Komponente anzuheben, um Schäden an den Lötpads zu vermeiden. Überprüfen Sie die Funktionalität des Bauteils nach der Reparatur.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Spezifikationen für Gurt und Rolle

Die Bauteile werden auf industrieüblichen, geprägten Trägerbändern auf Rollen mit 7 Zoll Durchmesser geliefert.
- Gurtbreite:8 mm.
- Taschen pro Rolle:3000 Stück.
- Detaillierte Abmessungen für Rolle, Trägerband und Deckband sind in den Zeichnungen des Datenblatts angegeben.

7.2 Etikettenerklärung

Das Rollenetikett enthält wichtige Informationen für Rückverfolgbarkeit und Verifizierung:
- CPN:Kundenspezifische Artikelnummer.
- P/N:Hersteller-Artikelnummer (z.B. 17-215/BHC-BP2Q2M/3T).
- QTY:Packungsmenge.
- CAT:Lichtstärke-Klasse (z.B. P2, Q1, Q2).
- HUE:Farbort/Dominante Wellenlängen-Klasse (z.B. A10, A11).
- REF:Flussspannungs-Klasse (z.B. 5, 6, 7, 8).
- LOT No:Fertigungslosnummer für die Rückverfolgbarkeit.

8. Anwendungsvorschläge und Designüberlegungen

8.1 Typische Anwendungsszenarien

• Hintergrundbeleuchtung:Für Instrumententafeln, Membranschalter und Tastaturen.
• Telekommunikationsgeräte:Statusanzeigen und Hintergrundbeleuchtung für Telefone, Faxgeräte und Netzwerkgeräte.
• LCD-Displays:Kanten- oder Direkthintergrundbeleuchtung für kleine monochrome oder farbige LCDs.
• Allgemeine Anzeige:Netzstatus, Modus-Indikatoren und andere visuelle Signale in Konsum- und Industrieelektronik.

8.2 Schaltungsdesign-Überlegungen

1. Stromversorgung:Immer einen Reihenwiderstand verwenden. Widerstandswert berechnen: R = (Versorgungsspannung - VF) / IF. Verwenden Sie für die ungünstigste Stromberechnung den maximalen VF-Wert aus dem Bin (z.B. 3,95V), um sicherzustellen, dass IF niemals 20mA überschreitet.
2. Wärmemanagement:Obwohl die Verlustleistung gering ist, sollte bei Betrieb in hohen Umgebungstemperaturen (>70°C) für ausreichende PCB-Kupferfläche oder Belüftung gesorgt werden, um die Lichtausbeute und Lebensdauer zu erhalten.
3. ESD-Schutz:Implementieren Sie ESD-Schutz auf den Eingangsleitungen, wenn die LED für den Benutzer zugänglich ist, und befolgen Sie ESD-sichere Handhabungsverfahren während der Montage.

8.3 Anwendungseinschränkungen

Das Datenblatt enthält einen wichtigen Haftungsausschluss. Dieses Produkt ist für allgemeine kommerzielle und industrielle Anwendungen vorgesehen. Es istnichtspeziell für Hochzuverlässigkeitsanwendungen konzipiert oder qualifiziert, bei denen ein Ausfall zu schwerwiegenden Folgen führen könnte. Dazu gehören, sind aber nicht beschränkt auf:
- Militärische, Luft- und Raumfahrt- oder Flugsysteme.
- Automobile Sicherheits- oder Sicherungssysteme (z.B. Bremslichter, Airbag-Anzeigen).
- Lebenserhaltende oder kritische medizinische Geräte.
Für solche Anwendungen müssen Bauteile mit entsprechenden Qualifikationen und Zuverlässigkeitsdaten beschafft werden.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Während ein direkter Vergleich spezifische Wettbewerberdaten erfordert, können die wichtigsten Unterscheidungsmerkmale dieser LED-Plattform abgeleitet werden:

• vs. Größere SMD-LEDs (z.B. 3528, 5050):Der Hauptvorteil des 17-215 ist sein minimaler Bauraum (ca. 0603-Größe), der die höchste Dichte an Indikatoren oder Hintergrundbeleuchtungspunkten ermöglicht.
• vs. Durchsteckmontage-LEDs:Bietet enorme Platzersparnis, Kompatibilität mit automatischer Bestückung und eine bessere Zuverlässigkeit durch den Wegfall von manueller Lötung und Biegespannung an den Anschlussdrähten.
• vs. Nicht gebinnte LEDs:Das dreifache Binning (Intensität, Wellenlänge, Spannung) bietet Designern vorhersehbare und konsistente Leistung, was für Anwendungen mit einheitlichem Erscheinungsbild oder präziser Stromanpassung in parallelen Arrays unerlässlich ist.
• Konformität:RoHS-, REACH- und halogenfreie Konformität ist eine Standarderwartung, bleibt aber eine wichtige Marktanforderung.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F1: Kann ich diese LED mit 30mA betreiben, um mehr Helligkeit zu erzielen?
A:Nein. Der absolute Grenzwert für den Dauer-Durchlassstrom (IF) beträgt 20mA. Das Überschreiten dieses Grenzwerts beeinträchtigt die Zuverlässigkeit und kann zu sofortigem oder vorzeitigem Ausfall führen. Der Spitzenstrom von 100mA gilt nur für sehr kurze Pulse.

F2: Der Flussspannungsbereich ist breit (2,75-3,95V). Wie entwerfe ich meine Schaltung?
A:Sie müssen für den ungünstigsten Fall (höchsten) VF entwerfen, um sicherzustellen, dass der strombegrenzende Widerstand für alle Einheiten eine ausreichende Stromregelung bietet. Die Verwendung des maximalen VF (3,95V) in Ihrer Widerstandsberechnung garantiert, dass keine LED das 20mA-Limit überschreitet, selbst wenn ihr tatsächlicher VF niedriger ist.

F3: Was passiert, wenn ich diese LED mehr als zweimal löte?
A:Das Datenblatt schreibt ausdrücklich vor, dass Reflow nicht mehr als zweimal durchgeführt werden sollte. Zusätzliche thermische Zyklen können die internen Bonddrähte belasten, die Epoxidlinse verschlechtern oder das Gehäuse delaminieren, was zu reduzierter Zuverlässigkeit oder katastrophalem Ausfall führt.

F4: Die LED ist für den Betrieb von -40°C bis +85°C ausgelegt. Wird sie bei 90°C funktionieren?
A:Die Betriebstemperatur ist ein Grenzwert, keine Leistungsspezifikation. Während sie bei 90°C möglicherweise nicht sofort ausfällt, wird ihre Lichtstärke erheblich reduziert, ihre Lebensdauer drastisch verkürzt und der Betrieb ist nicht garantiert. Gestalten Sie das System so, dass die Umgebungstemperatur der LED innerhalb des spezifizierten Bereichs bleibt.

11. Praktisches Design- und Anwendungsbeispiel

Szenario: Entwurf einer Statusanzeigetafel mit 10 einheitlichen blauen LEDs.
1. Binning-Auswahl:Um visuelle Einheitlichkeit zu gewährleisten, geben Sie enge Bins sowohl für die Lichtstärke (z.B. alle Q2: 90-112 mcd) als auch für die dominante Wellenlänge (z.B. alle A10: 467,5-470,5 nm) an. Dies kann eine Sonderbestellung erfordern.
2. Schaltungsdesign:Verwendung einer 5V-Versorgung und des ungünstigsten VF von 3,95V (aus Bin 8). Erforderlicher Widerstand R = (5V - 3,95V) / 0,020A = 52,5 Ohm. Verwenden Sie den nächstgelegenen Standardwert (z.B. 56 Ohm). Neuberechnung des tatsächlichen Stroms für einen typischen VF von 3,35V: I = (5V - 3,35V) / 56 = 29,5mA. Dies überschreitet die 20mA-Nennleistung! Daher müssen Sie den minimalen VF (2,75V) verwenden, um den maximal möglichen Strom zu berechnen: I_max = (5V - 2,75V) / 56 = 40,2mA. Das ist gefährlich. Die Lösung ist, einen größeren Widerstand zu verwenden. Ziel: 15mA für Sicherheitsabstand: R = (5V - 2,75V) / 0,015A ≈ 150 Ohm. Dies stellt sicher, dass der Strom zwischen 10mA (für VF=3,95V) und 15mA (für VF=2,75V) liegt und für alle Bins sicher unter dem 20mA-Limit bleibt.
3. Layout:Platzieren Sie die LEDs mit konsistenter Ausrichtung. Verwenden Sie bei Bedarf kleine thermische Entlastungspads, aber sorgen Sie für gute Lötfilets.
4. Montage:Befolgen Sie das Reflow-Profil genau. Lagern Sie geöffnete Rollen in einem Trockenschrank, wenn sie nicht innerhalb von 7 Tagen verwendet werden.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Diese LED arbeitet nach dem Prinzip der Elektrolumineszenz in einem Halbleiter-pn-Übergang. Das aktive Gebiet besteht aus InGaN. Wenn eine Flussspannung angelegt wird, die die Durchlassspannung der Diode überschreitet, werden Elektronen aus dem n-dotierten Gebiet und Löcher aus dem p-dotierten Gebiet in das aktive Gebiet injiziert. Wenn diese Ladungsträger rekombinieren, geben sie Energie in Form von Photonen (Licht) ab. Die spezifische Zusammensetzung der InGaN-Legierung bestimmt die Bandlückenenergie, die direkt die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts vorgibt – in diesem Fall blau (~468 nm). Das Epoxidharzgehäuse dient zum Schutz des Halbleiterchips, zur Formung des Lichtstrahls (130-Grad-Abstrahlwinkel) und bietet die mechanische Struktur für die Lötung.

13. Technologietrends und Kontext

Die 17-215-LED repräsentiert ein ausgereiftes Stadium der SMD-LED-Technologie. Wichtige Trends in diesem Sektor sind:
- Erhöhte Effizienz:Laufende Entwicklung von Epitaxie-Wachstumstechniken zielt darauf ab, mehr Lumen pro Watt (Lichtausbeute) zu erzeugen und so den Stromverbrauch für eine gegebene Lichtausbeute zu reduzieren.
- Miniaturisierung:Das Streben nach kleineren Gehäusen (z.B. 0402, 0201 imperial) ermöglicht weiterhin höherdichte Beleuchtungsarrays und Integration in immer kleinere Geräte.
- Verbesserte Farbkonstanz:Fortschritte in Binning-Algorithmen und Wafer-Level-Fertigungssteuerung führen zu engeren Parameterverteilungen, was den Bedarf an teuren engen Binning-Auswahlen reduziert.
- Erhöhte Zuverlässigkeit:Forschung zu robusteren Gehäusematerialien, Die-Attach-Methoden und Phosphoren (für weiße LEDs) konzentriert sich auf die Verlängerung der Betriebslebensdauer, insbesondere unter Hochtemperatur- und Hochfeuchtigkeitsbedingungen.
- Intelligente Integration:Ein breiterer Trend beinhaltet die Integration von Steuerschaltungen (z.B. Konstantstromtreiber, Adressierbarkeit) direkt mit dem LED-Chip auf Gehäuseebene, obwohl dies bei Leistungs-LEDs häufiger vorkommt als bei kleinen Indikatoren.

Diese Komponente fügt sich als zuverlässige, kostengünstige und standardisierte Lösung für grundlegende Indikator- und Hintergrundbeleuchtungsanforderungen in die Landschaft ein und nutzt etablierte Fertigungsprozesse.