Inhaltsverzeichnis
- 1. Produktübersicht
- 1.1 Kernvorteile und Zielmarkt
- 2. Absolute Maximalwerte und technische Parameter
- 3. Elektro-optische Kenngrößen
- 4. Erläuterung des Binning-Systems
- 4.1 Binning der Lichtstärke
- 4.2 Binning der dominanten Wellenlänge
- 4.3 Binning der Durchlassspannung
- 5. Analyse der Kennlinien
- 5.1 Lichtstärke in Abhängigkeit vom Durchlassstrom
- 5.2 Lichtstärke in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur
- 5.3 Derating-Kurve für den Durchlassstrom
- 5.4 Durchlassspannung in Abhängigkeit vom Durchlassstrom
- 5.5 Spektrale Verteilung
- 5.6 Abstrahlcharakteristik
- 6. Mechanische und Verpackungsinformationen
- 7. Richtlinien für Löten, Bestückung und Lagerung
- 7.1 Strombegrenzung erforderlich
- 7.2 Lagerung und Feuchtigkeitssensitivität
- 7.3 Lötbedingungen
- 7.4 Handlöten und Nacharbeit
- 8. Verpackungs- und Bestellinformationen
- 9. Anwendungsdesign-Überlegungen
- 9.1 Schaltungsdesign
- 9.2 Thermomanagement
- 9.3 Optische Integration
- 10. Technischer Vergleich und Differenzierung
- 11. Häufig gestellte Fragen (FAQ)
- 12. Design- und Anwendungsbeispiele
- 13. Funktionsprinzip
- 14. Technologietrends
1. Produktübersicht
Der 19-218/BHC-ZL1M2QY/3T ist eine oberflächenmontierbare (SMD) Leuchtdiode (LED) für moderne, kompakte Elektronikanwendungen. Diese Komponente stellt einen bedeutenden Fortschritt gegenüber herkömmlichen LED-Bauformen mit Anschlussdrähten dar und ermöglicht eine erhebliche Miniaturisierung der Endprodukte. Ihr Kernnutzen liegt in der Ermöglichung kleinerer Leiterplatten (PCB)-Designs, einer höheren Bauteilpackungsdichte sowie reduzierter Gesamtgröße und -gewicht der Geräte. Dies macht sie zur idealen Wahl für Anwendungen, bei denen Platz und Gewicht kritische Einschränkungen darstellen.
Die LED ist eine einfarbige, blaue LED und besteht aus umweltfreundlichen Materialien. Sie entspricht vollständig den wichtigsten internationalen Vorschriften, einschließlich der EU-Richtlinie zur Beschränkung gefährlicher Stoffe (RoHS), der REACH-Verordnung (Registrierung, Bewertung, Zulassung und Beschränkung chemischer Stoffe) und halogenfreien Anforderungen (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm). Das Produkt wird im Tape-and-Reel-Format geliefert, das mit Standard-Automatikbestückungsgeräten kompatibel ist und so die Serienfertigung optimiert.
1.1 Kernvorteile und Zielmarkt
Die primären Vorteile dieser SMD-LED ergeben sich aus ihrem winzigen Bauraum und dem leichten Aufbau. Durch den Wegfall sperriger Anschlussdrähte ermöglicht sie eine effizientere Nutzung der Leiterplattenfläche. Dies führt direkt zu kleineren Endproduktgehäusen, reduzierten Materialkosten und leichteren Endgeräten. Die mit SMD-Bauteilen erreichbare hohe Packungsdichte ist für moderne, funktionsreiche Elektronik von entscheidender Bedeutung.
Die Zielanwendungen für diese LED sind vielfältig und konzentrieren sich auf Anzeige- und Hintergrundbeleuchtungsfunktionen. Zu den wichtigsten Märkten gehören Automobilinnenräume (z. B. Armaturenbrett- und Schalterbeleuchtung), Telekommunikationsgeräte (z. B. Statusanzeigen und Tastaturbeleuchtung in Telefonen und Faxgeräten) sowie Unterhaltungselektronik (z. B. flache Hintergrundbeleuchtung für Flüssigkristalldisplays (LCDs), Schalter und Symbole). Ihr universeller Charakter macht sie auch für eine Vielzahl weiterer Anzeigeanwendungen in Industrie- und Verbraucherbereichen geeignet.
2. Absolute Maximalwerte und technische Parameter
Das Verständnis der absoluten Maximalwerte ist für einen zuverlässigen Betrieb und die Vermeidung eines vorzeitigen Bauteilversagens unerlässlich. Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden führen kann.
- Sperrspannung (VR):5 V. Das Überschreiten dieser Spannung in Sperrrichtung kann zum Durchbruch des pn-Übergangs führen.
- Dauer-Durchlassstrom (IF):25 mA. Dies ist der maximale Gleichstrom, der kontinuierlich angelegt werden darf.
- Spitzen-Durchlassstrom (IFP):100 mA. Dieser Impulsstromwert (bei einem Tastverhältnis von 1/10 und 1 kHz Frequenz) ermöglicht kurze Phasen höherer Helligkeit, darf aber nicht für Dauerbetrieb verwendet werden.
- Verlustleistung (Pd):95 mW. Dies ist die maximale Leistung, die das Bauteil als Wärme abführen kann, berechnet als Produkt aus Durchlassspannung und Durchlassstrom.
- Elektrostatische Entladung (ESD) Human Body Model (HBM):150 V. Während der Bestückung und Handhabung müssen geeignete ESD-Schutzmaßnahmen befolgt werden, um Schäden durch statische Elektrizität zu vermeiden.
- Betriebstemperatur (Topr):-40°C bis +85°C. Die Funktionsfähigkeit des Bauteils ist innerhalb dieses Umgebungstemperaturbereichs garantiert.
- Lagertemperatur (Tstg):-40°C bis +90°C.
- Löttemperatur:Das Bauteil hält Reflow-Lötung mit einer Spitzentemperatur von 260°C für bis zu 10 Sekunden oder Handlöten bei 350°C für bis zu 3 Sekunden pro Anschluss aus.
3. Elektro-optische Kenngrößen
Die elektro-optischen Kenngrößen werden unter Standardtestbedingungen bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C und einem Durchlassstrom (IF) von 5 mA gemessen, sofern nicht anders angegeben. Diese Parameter definieren die Lichtausgabe und das elektrische Verhalten der LED.
- Lichtstärke (Iv):Bereich von mindestens 11,5 Millicandela (mcd) bis maximal 28,5 mcd. Der typische Wert ist in der Übersichtstabelle nicht angegeben, das Binning-System liefert jedoch spezifische Bereiche.
- Abstrahlwinkel (2θ1/2):120 Grad. Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke halb so groß ist wie bei 0 Grad (auf der Achse). Ein derart großer Abstrahlwinkel eignet sich für Anwendungen, die eine breite Ausleuchtung oder Sichtbarkeit aus mehreren Winkeln erfordern.
- Spitzenwellenlänge (λp):468 nm. Dies ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsverteilung ihr Maximum erreicht.
- Dominante Wellenlänge (λd):Bereich von 465 nm bis 475 nm. Dies ist die einzelne Wellenlänge, die das menschliche Auge als Farbe des LED-Lichts wahrnimmt. Sie ist ein Schlüsselparameter für die Farbdefinition.
- Spektrale Strahlungsbandbreite (Δλ):25 nm (typisch). Dies definiert die Breite des emittierten Spektrums bei halber Spitzenintensität.
- Durchlassspannung (VF):Bereich von 2,7 V bis 3,2 V bei IF= 5mA. Dies ist der Spannungsabfall über der LED, wenn sie Strom führt.
- Sperrstrom (IR):Maximal 50 μA bei einer angelegten Sperrspannung (VR) von 5V.
Hinweis zu Toleranzen:Die Lichtstärke hat eine Toleranz von ±11%, die dominante Wellenlänge eine Toleranz von ±1 nm und die Durchlassspannung eine Toleranz von ±0,05 V. Diese Toleranzen werden im Binning-System berücksichtigt.
4. Erläuterung des Binning-Systems
Um Farb- und Helligkeitskonsistenz in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs anhand wichtiger Parameter in Bins sortiert. Dies ermöglicht es Designern, Bauteile auszuwählen, die spezifische Anforderungen an die Gleichmäßigkeit erfüllen.
4.1 Binning der Lichtstärke
LEDs werden anhand ihrer gemessenen Lichtstärke bei IF= 5mA in vier Bins (L1, L2, M1, M2) kategorisiert.
- Bin L1:11,5 mcd bis 14,5 mcd
- Bin L2:14,5 mcd bis 18,0 mcd
- Bin M1:18,0 mcd bis 22,5 mcd
- Bin M2:22,5 mcd bis 28,5 mcd
4.2 Binning der dominanten Wellenlänge
LEDs werden nach ihrer dominanten Wellenlänge gruppiert, um den Blauton zu steuern.
- Gruppe Z:Diese Gruppe enthält Bins für blaue LEDs.
- Bin X:465 nm bis 470 nm (etwas kürzer, möglicherweise grünlicher-blau)
- Bin Y:470 nm bis 475 nm (etwas länger, möglicherweise reineres oder tieferes Blau)
4.3 Binning der Durchlassspannung
LEDs werden auch nach Durchlassspannung (VF) gebinnt, um das Schaltungsdesign zu unterstützen, insbesondere für die Berechnung des Vorwiderstands und das Netzteil-Design.
- Gruppe Q:Diese Gruppe enthält die Durchlassspannungs-Bins.
- Bin 29:2,7 V bis 2,8 V
- Bin 30:2,8 V bis 2,9 V
- Bin 31:2,9 V bis 3,0 V
- Bin 32:3,0 V bis 3,1 V
- Bin 33:3,1 V bis 3,2 V
Die vollständige Produktteilenummer (z. B. BHC-ZL1M2QY/3T) enthält Codes, die angeben, zu welchen Bins das Bauteil hinsichtlich Lichtstärke, dominanter Wellenlänge und Durchlassspannung gehört.
5. Analyse der Kennlinien
Das Datenblatt enthält mehrere Kennlinien, die zeigen, wie sich die Leistung der LED unter verschiedenen Betriebsbedingungen ändert. Diese sind für ein robustes Design entscheidend.
5.1 Lichtstärke in Abhängigkeit vom Durchlassstrom
Diese Kurve zeigt, dass die Lichtstärke mit dem Durchlassstrom zunimmt, die Beziehung jedoch nicht perfekt linear ist, insbesondere bei höheren Strömen. Ein Betrieb über dem empfohlenen Dauerstrom erhöht die Lichtausbeute, erzeugt aber auch mehr Wärme, was die Lebensdauer möglicherweise verringert und die Farbe verschieben kann.
5.2 Lichtstärke in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur
Mit steigender Umgebungstemperatur nimmt die Lichtstärke der LED ab. Dies ist eine grundlegende Eigenschaft von Halbleiterlichtquellen. Die Kurve zeigt, wie die relative Lichtstärke sinkt, wenn die Temperatur von -40°C auf +100°C ansteigt. Designs für Hochtemperaturumgebungen müssen dieses Derating berücksichtigen.
5.3 Derating-Kurve für den Durchlassstrom
Um Überhitzung zu verhindern, muss der maximal zulässige Dauer-Durchlassstrom mit steigender Umgebungstemperatur reduziert werden. Diese Kurve liefert die Derating-Informationen und gibt die niedrigeren IF-Grenzwerte bei höherer Taan, um innerhalb der Verlustleistungsgrenze zu bleiben.
5.4 Durchlassspannung in Abhängigkeit vom Durchlassstrom
Dies ist die Strom-Spannungs-Kennlinie (I-V-Kennlinie) der LED-Diode. Sie zeigt den exponentiellen Zusammenhang, bei dem eine kleine Spannungserhöhung über die Schwellenspannung hinaus einen großen Stromanstieg verursacht. Dies unterstreicht die zwingende Notwendigkeit eines strombegrenzenden Bauteils (wie eines Widerstands oder Konstantstromtreibers) in Reihe mit der LED.
5.5 Spektrale Verteilung
Das Diagramm zeigt die relative Strahlungsleistung über das sichtbare Lichtspektrum, zentriert um die Spitzenwellenlänge von 468 nm mit einer typischen Bandbreite von 25 nm. Dies definiert die Reinheit und den spezifischen Farbton des blauen Lichts.
5.6 Abstrahlcharakteristik
Dieses Polardiagramm stellt die räumliche Lichtverteilung visuell dar und bestätigt den 120-Grad-Abstrahlwinkel. Es zeigt, wie die Intensität bei Winkeln abseits der Mittelachse abnimmt.
6. Mechanische und Verpackungsinformationen
Die physikalischen Abmessungen des SMD-LED-Gehäuses sind in detaillierten Zeichnungen angegeben. Wichtige Abmessungen sind die Gesamtlänge, -breite und -höhe sowie die Position und Größe der lötbaren Anschlüsse. Es wird auch ein empfohlenes Lötpad-Layout vorgeschlagen, um eine zuverlässige Lötstelle und korrekte Ausrichtung während des Reflow-Prozesses sicherzustellen. Das Pad-Design dient als Referenz, und Designer können es basierend auf ihren spezifischen PCB-Fertigungsmöglichkeiten und thermischen Anforderungen anpassen. Toleranzen für Gehäuseabmessungen betragen typischerweise ±0,1 mm, sofern nicht anders angegeben.
Die Komponente verfügt über eine klare (farblose) Harzlinse, die das blaue Licht des InGaN (Indiumgalliumnitrid)-Halbleiterchips ohne Farbfilterung emittiert. Die Polarität ist durch eine Markierung auf dem Gehäuse angegeben, die während der Bestückung beachtet werden muss, um den korrekten elektrischen Anschluss sicherzustellen.
7. Richtlinien für Löten, Bestückung und Lagerung
Die Einhaltung dieser Richtlinien ist für die Bestückungsausbeute und die langfristige Zuverlässigkeit von größter Bedeutung.
7.1 Strombegrenzung erforderlich
Ein externer strombegrenzender Widerstand ist zwingend erforderlich. Die exponentielle I-V-Kennlinie der LED bedeutet, dass eine kleine Änderung der Versorgungsspannung eine große, möglicherweise zerstörerische Änderung des Durchlassstroms verursachen kann. Der Widerstand stellt den Betriebsstrom zuverlässig ein.
7.2 Lagerung und Feuchtigkeitssensitivität
Die LEDs sind in einer feuchtigkeitsbeständigen Beutel mit Trockenmittel verpackt, um die Aufnahme von Luftfeuchtigkeit zu verhindern. Der Beutel sollte erst geöffnet werden, wenn die Bauteile für den Einsatz in der Produktion bereit sind. Vor dem Öffnen sollten die Lagerbedingungen ≤30°C und ≤90% relative Luftfeuchtigkeit (RH) betragen. Nach dem Öffnen haben die Bauteile eine "Floor Life" von einem Jahr, wenn sie bei ≤30°C und ≤60% RH gelagert werden. Unbenutzte Teile sollten in einer feuchtigkeitsdichten Verpackung wieder verschlossen werden. Wenn der Trockenmittel-Indikator die Farbe ändert oder die Lagerzeit überschritten wird, ist vor der Reflow-Lötung eine Trocknung bei 60 ±5°C für 24 Stunden erforderlich, um Feuchtigkeit zu entfernen.
7.3 Lötbedingungen
Das Bauteil ist mit Infrarot (IR)- und Dampfphasen-Reflow-Lötverfahren kompatibel. Ein bleifreies Reflow-Temperaturprofil wird bereitgestellt, das Vorwärmen, Zeit über Liquidus (217°C), Spitzentemperatur (max. 260°C für max. 10 Sek.) und Abkühlraten spezifiziert. Die Reflow-Lötung sollte nicht mehr als zweimal an derselben LED durchgeführt werden. Während des Lötens sollte keine mechanische Belastung auf die Komponente ausgeübt werden, und die Leiterplatte sollte nach dem Prozess nicht verzogen sein.
7.4 Handlöten und Nacharbeit
Falls Handlöten erforderlich ist, muss die Lötspitzentemperatur unter 350°C liegen, und die Kontaktzeit pro Anschluss sollte 3 Sekunden nicht überschreiten. Ein Lötkolben mit geringer Leistung (<25W) wird empfohlen, mit einem Intervall von mindestens 2 Sekunden zwischen dem Löten jedes Anschlusses. Nacharbeit an der bereits gelöteten LED wird dringend abgeraten. Falls dies absolut unvermeidbar ist, muss ein spezieller Doppelspitzen-Lötkolben verwendet werden, um beide Anschlüsse gleichzeitig zu erhitzen, und die Auswirkung auf die LED-Kenngrößen muss vorab überprüft werden.
8. Verpackungs- und Bestellinformationen
Das Produkt wird auf einer 7-Zoll-Spule in einem Standard-8mm-Tape geliefert. Jede Spule enthält 3000 Stück. Die Abmessungen des Trägertapes und der Spule sind angegeben, um die Kompatibilität mit automatischen Bestückungsgeräten sicherzustellen. Die Verpackung umfasst einen aluminiumbeschichteten Feuchtigkeitsschutzbeutel, Trockenmittel und Etiketten. Das Etikett auf der Spule enthält wichtige Informationen wie die Produktnummer (P/N), Kundenteilenummer (CPN), Packmenge (QTY) und die spezifischen Bin-Codes für Lichtstärke (CAT), dominante Wellenlänge/Farbe (HUE) und Durchlassspannung (REF) sowie die Fertigungslosnummer (LOT No).
9. Anwendungsdesign-Überlegungen
9.1 Schaltungsdesign
Der grundlegende Designschritt ist die Auswahl eines geeigneten strombegrenzenden Widerstands. Der Wert wird mit dem Ohmschen Gesetz berechnet: R = (Vversorgung- VF) / IF. Verwenden Sie den maximalen VF-Wert aus dem Datenblatt (oder dem spezifischen Bin), um sicherzustellen, dass der Strom unter ungünstigsten Bedingungen den gewünschten IF-Wert nicht überschreitet. Die Belastbarkeit des Widerstands muss ebenfalls ausreichend sein: PR= (IF)² * R. Für Designs, die eine gleichmäßige Helligkeit über einen Temperaturbereich oder bei mehreren LEDs erfordern, sollte die Verwendung eines Konstantstromtreibers anstelle eines einfachen Widerstands in Betracht gezogen werden.
9.2 Thermomanagement
Obwohl SMD-LEDs effizient sind, erzeugen sie dennoch Wärme. Betrieb bei oder nahe dem maximalen Stromwert erhöht die Sperrschichttemperatur. Hohe Temperaturen verringern die Lichtausbeute (Lichtstromrückgang) und können den langfristigen Degradationsprozess beschleunigen. Stellen Sie sicher, dass das PCB-Layout eine ausreichende Wärmeableitung bietet, insbesondere wenn die LED mit hohen Strömen betrieben oder in einer Umgebung mit hoher Umgebungstemperatur eingesetzt wird. Befolgen Sie die im Datenblatt angegebene Derating-Kurve für den Durchlassstrom.
9.3 Optische Integration
Der 120-Grad-Abstrahlwinkel sorgt für eine breite Abstrahlung. Für Anwendungen, die einen stärker gebündelten Strahl erfordern, können sekundäre Optiken wie Linsen oder Lichtleiter erforderlich sein. Das klare Harzgehäuse eignet sich für den Einsatz mit externen optischen Elementen. Bei der Konstruktion von Lichtleitern oder Diffusoren sind das räumliche Abstrahlmuster und die spektrale Ausgabe der LED zu berücksichtigen.
10. Technischer Vergleich und Differenzierung
Im Vergleich zu herkömmlichen Durchsteck-LEDs mit Anschlussdrähten bietet diese SMD-LED entscheidende Vorteile für die moderne Fertigung: drastisch reduzierter Platzbedarf auf der Leiterplatte, Eignung für vollautomatische Bestückung und geringere Bauhöhe für dünnere Produkte. Innerhalb der Kategorie der SMD-LEDs sind die wichtigsten Unterscheidungsmerkmale dieses spezifischen Bauteils die Kombination aus einem relativ hohen Lichtstärke-Binning-Bereich (bis zu 28,5 mcd bei 5mA), einem sehr großen 120-Grad-Abstrahlwinkel und der Einhaltung strenger halogenfreier und RoHS-Standards. Das detaillierte Binning-System für Intensität, Wellenlänge und Spannung bietet Designern die nötige Granularität für Anwendungen, die hohe Gleichmäßigkeit erfordern, wie z. B. Multi-LED-Hintergrundbeleuchtungsarrays oder Statusanzeigegruppen, bei denen Farb- und Helligkeitsabgleich visuell wichtig ist.
11. Häufig gestellte Fragen (FAQ)
F: Warum ist ein strombegrenzender Widerstand absolut notwendig?
A: LEDs sind Dioden mit einer nichtlinearen, exponentiellen Strom-Spannungs-Beziehung. Ohne einen Widerstand zur Strombegrenzung würde selbst eine kleine Überspannung dazu führen, dass der Strom unkontrolliert ansteigt und die LED aufgrund von Überhitzung fast sofort zerstört.
F: Kann ich diese LED mit einer 3,3V-Versorgung ohne Widerstand betreiben?
A: Nein. Die Durchlassspannung liegt zwischen 2,7V und 3,2V. Eine 3,3V-Versorgung übersteigt den minimalen VF-Wert, und ohne einen Widerstand, der die zusätzlichen 0,1V bis 0,6V abfällt, wäre der Strom ungeregelt und würde wahrscheinlich den Maximalwert überschreiten, was die LED beschädigt.
F: Was bedeutet die Bezeichnung "bleifrei" für das Löten?
A: Sie bedeutet, dass die Anschlüsse des Bauteils bleifrei sind. Dies erfordert die Verwendung bleifreier (Pb-freier) Lötlegierungen während der Bestückung, die typischerweise höhere Schmelzpunkte als herkömmliches Zinn-Blei-Lot haben. Das bereitgestellte Reflow-Profil ist speziell für diese Hochtemperatur-Prozesse mit bleifreiem Lot ausgelegt.
F: Wie interpretiere ich die Bin-Codes in der Teilenummer (z. B. ZL1M2QY)?
A: Die Codes entsprechen den Binning-Gruppen. Zum Beispiel zeigt 'L1' oder 'M2' das Lichtstärke-Bin an, 'Y' das dominante Wellenlängen-Bin (470-475nm), und 'QY' bezieht sich wahrscheinlich auf die Durchlassspannungs-Bin-Gruppe. Die genaue Zuordnung sollte mit der detaillierten Bin-Code-Dokumentation des Herstellers bestätigt werden.
12. Design- und Anwendungsbeispiele
Fall 1: Automobil-Armaturenbrett-Schalterbeleuchtung:Ein Cluster von 5-10 dieser LEDs wird zur Hintergrundbeleuchtung verschiedener Tasten und Knöpfe verwendet. Der Designer wählt LEDs aus demselben Lichtstärke-Bin (z. B. M1) und dominanten Wellenlängen-Bin (z. B. Y), um eine einheitliche Farbe und Helligkeit über alle Schalter hinweg sicherzustellen. Der große 120°-Abstrahlwinkel gewährleistet, dass die Beleuchtung aus der Perspektive des Fahrers sichtbar ist. Die LEDs werden über einen in das Armaturenbrett-Steuermodul integrierten Konstantstromregler mit einem konservativen Wert von 10mA betrieben, um trotz Schwankungen im 12V-Bordnetz des Fahrzeugs eine stabile Helligkeit zu gewährleisten.
Fall 2: Industrielle Statusanzeigetafel:Eine einzelne LED wird als "Eingeschaltet"-Anzeige an einem Fabrikgerät verwendet. Es wird eine einfache Schaltung mit einer 5V-Schiene, einem für 15mA Betrieb berechneten Vorwiderstand (unter Verwendung des max. VF von 3,2V: R = (5-3,2)/0,015 = 120Ω) und der LED entworfen. Das klare blaue Licht ist in einer gut beleuchteten Industrieumgebung gut sichtbar. Das SMD-Gehäuse ermöglicht die direkte Platzierung auf der Hauptsteuerungs-Leiterplatte, was im Vergleich zu einer frontplattenmontierten Durchsteck-LED Platz spart und die Bestückungskosten senkt.
13. Funktionsprinzip
Diese LED ist ein Halbleiter-Photonikbauteil. Ihr Kern ist ein Chip aus InGaN (Indiumgalliumnitrid)-Materialien. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die die Schwellenspannung der Diode überschreitet, werden Elektronen und Löcher in den aktiven Bereich des Halbleiters injiziert. Diese Ladungsträger rekombinieren, und die bei dieser Rekombination freigesetzte Energie wird in Form von Photonen (Licht) emittiert. Die spezifische Zusammensetzung der InGaN-Legierung bestimmt die Bandlückenenergie des Halbleiters, die direkt die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts bestimmt – in diesem Fall blau. Der klare Epoxidharz-Verguss schützt den empfindlichen Halbleiterchip, dient als Linse zur Formung des Lichtaustritts und bietet mechanische Stabilität.
14. Technologietrends
Die Entwicklung von SMD-LEDs wie der 19-218-Serie ist Teil des breiteren Trends in der Elektronik hin zu Miniaturisierung, erhöhter Funktionalität pro Flächeneinheit und automatisierter Serienfertigung. Fortschritte bei Halbleitermaterialien, insbesondere bei der Effizienz und dem Farbbereich von InGaN-basierten blauen und weißen LEDs, waren ein Haupttreiber. Zukünftige Trends bei dieser Art von Bauteilen könnten weitere Steigerungen der Lichtausbeute (mehr Licht pro elektrischer Watt), verbesserte Farbkonstanz und Farbwiedergabe, Integration von Onboard-Steuerschaltungen (hin zu "intelligenten" LEDs) sowie Gehäuse für noch höhere Leistungsdichten und besseres Wärmemanagement umfassen. Das Streben nach Nachhaltigkeit treibt weiterhin die Eliminierung gefährlicher Stoffe und Verbesserungen der Energieeffizienz über den gesamten Lebenszyklus voran.
LED-Spezifikations-Terminologie
Vollständige Erklärung der LED-Technikbegriffe
Photoelektrische Leistung
| Begriff | Einheit/Darstellung | Einfache Erklärung | Warum wichtig |
|---|---|---|---|
| Lichtausbeute | lm/W (Lumen pro Watt) | Lichtausgang pro Watt Strom, höher bedeutet energieeffizienter. | Bestimmt direkt den Energieeffizienzgrad und Stromkosten. |
| Lichtstrom | lm (Lumen) | Gesamtlicht, das von der Quelle emittiert wird, allgemein "Helligkeit" genannt. | Bestimmt, ob das Licht hell genug ist. |
| Betrachtungswinkel | ° (Grad), z.B. 120° | Winkel, bei dem die Lichtintensität auf die Hälfte abfällt, bestimmt die Strahlbreite. | Beeinflusst Beleuchtungsbereich und Gleichmäßigkeit. |
| Farbtemperatur | K (Kelvin), z.B. 2700K/6500K | Wärme/Kühle des Lichts, niedrigere Werte gelblich/warm, höhere weißlich/kühl. | Bestimmt Beleuchtungsatmosphäre und geeignete Szenarien. |
| Farbwiedergabeindex | Einheitenlos, 0–100 | Fähigkeit, Objektfarben genau wiederzugeben, Ra≥80 ist gut. | Beeinflusst Farbauthentizität, wird an anspruchsvollen Orten wie Einkaufszentren, Museen verwendet. |
| Farborttoleranz | MacAdam-Ellipsenschritte, z.B. "5-Schritt" | Metrik für Farbkonsistenz, kleinere Schritte bedeuten konsistentere Farbe. | Sichert einheitliche Farbe über dieselbe Charge von LEDs. |
| Dominante Wellenlänge | nm (Nanometer), z.B. 620nm (rot) | Wellenlänge, die der Farbe farbiger LEDs entspricht. | Bestimmt Farbton von roten, gelben, grünen monochromen LEDs. |
| Spektralverteilung | Wellenlänge vs. Intensitätskurve | Zeigt Intensitätsverteilung über Wellenlängen. | Beeinflusst Farbwiedergabe und Farbqualität. |
Elektrische Parameter
| Begriff | Symbol | Einfache Erklärung | Design-Überlegungen |
|---|---|---|---|
| Flussspannung | Vf | Mindestspannung zum Einschalten der LED, wie "Startschwelle". | Treiberspannung muss ≥ Vf sein, Spannungen addieren sich für serielle LEDs. |
| Flussstrom | If | Stromwert für normalen LED-Betrieb. | Normalerweise Konstantstromantrieb, Strom bestimmt Helligkeit & Lebensdauer. |
| Max. Pulsstrom | Ifp | Spitzenstrom, der für kurze Zeit erträglich ist, wird für Dimmen oder Blinken verwendet. | Pulsbreite & Tastverhältnis müssen streng kontrolliert werden, um Schäden zu vermeiden. |
| Sperrspannung | Vr | Maximale Sperrspannung, die die LED aushalten kann, darüber kann es zum Durchbruch kommen. | Schaltung muss verhindern, dass umgekehrte Verbindung oder Spannungsspitzen auftreten. |
| Wärmewiderstand | Rth (°C/W) | Widerstand gegen Wärmeübertragung vom Chip zum Lötpunkt, niedriger ist besser. | Hoher Wärmewiderstand erfordert stärkere Wärmeableitung. |
| ESD-Immunität | V (HBM), z.B. 1000V | Fähigkeit, elektrostatische Entladung zu widerstehen, höher bedeutet weniger anfällig. | In der Produktion sind antistatische Maßnahmen erforderlich, insbesondere für empfindliche LEDs. |
Wärmemanagement & Zuverlässigkeit
| Begriff | Schlüsselmetrik | Einfache Erklärung | Auswirkung |
|---|---|---|---|
| Sperrschichttemperatur | Tj (°C) | Tatsächliche Betriebstemperatur im LED-Chip. | Jede Reduzierung um 10°C kann die Lebensdauer verdoppeln; zu hoch verursacht Lichtabfall, Farbverschiebung. |
| Lichtstromrückgang | L70 / L80 (Stunden) | Zeit, bis die Helligkeit auf 70% oder 80% des Anfangswerts sinkt. | Definiert direkt die "Nutzungsdauer" der LED. |
| Lichtstromerhaltung | % (z.B. 70%) | Prozentsatz der nach Zeit verbleibenden Helligkeit. | Gibt die Fähigkeit an, die Helligkeit über die langfristige Nutzung zu erhalten. |
| Farbverschiebung | Δu′v′ oder MacAdam-Ellipse | Grad der Farbänderung während der Verwendung. | Beeinflusst die Farbkonsistenz in Beleuchtungsszenen. |
| Thermisches Altern | Materialabbau | Verschlechterung aufgrund langfristig hoher Temperatur. | Kann zu Helligkeitsabfall, Farbänderung oder Leiterunterbrechung führen. |
Verpackung & Materialien
| Begriff | Gängige Typen | Einfache Erklärung | Merkmale & Anwendungen |
|---|---|---|---|
| Gehäusetyp | EMC, PPA, Keramik | Chip schützendes Gehäusematerial, bietet optische/thermische Schnittstelle. | EMC: gute Wärmebeständigkeit, niedrige Kosten; Keramik: bessere Wärmeableitung, längere Lebensdauer. |
| Chip-Struktur | Front, Flip-Chip | Chip-Elektrodenanordnung. | Flip-Chip: bessere Wärmeableitung, höhere Effizienz, für Hochleistung. |
| Phosphorbeschichtung | YAG, Silikat, Nitrid | Bedeckt den blauen Chip, wandelt einen Teil in gelb/rot um, mischt zu weiß. | Verschiedene Phosphore beeinflussen Effizienz, CCT und CRI. |
| Linse/Optik | Flach, Mikrolinse, TIR | Optische Struktur auf der Oberfläche, die die Lichtverteilung steuert. | Bestimmt den Betrachtungswinkel und die Lichtverteilungskurve. |
Qualitätskontrolle & Binning
| Begriff | Binning-Inhalt | Einfache Erklärung | Zweck |
|---|---|---|---|
| Lichtstrom-Bin | Code z.B. 2G, 2H | Nach Helligkeit gruppiert, jede Gruppe hat Mindest-/Maximal-Lumenwerte. | Sichert einheitliche Helligkeit in derselben Charge. |
| Spannungs-Bin | Code z.B. 6W, 6X | Nach Flussspannungsbereich gruppiert. | Erleichtert Treiberabgleich, verbessert Systemeffizienz. |
| Farb-Bin | 5-Schritt MacAdam-Ellipse | Nach Farbkoordinaten gruppiert, sichert engen Bereich. | Garantiert Farbkonsistenz, vermeidet ungleichmäßige Farbe innerhalb der Leuchte. |
| CCT-Bin | 2700K, 3000K usw. | Nach CCT gruppiert, jede hat entsprechenden Koordinatenbereich. | Erfüllt verschiedene Szenario-CCT-Anforderungen. |
Prüfung & Zertifizierung
| Begriff | Standard/Test | Einfache Erklärung | Bedeutung |
|---|---|---|---|
| LM-80 | Lichtstromerhaltungstest | Langzeitbeleuchtung bei konstanter Temperatur, Aufzeichnung von Helligkeitsabfall. | Wird zur Schätzung der LED-Lebensdauer (mit TM-21) verwendet. |
| TM-21 | Lebensdauerschätzstandard | Schätzt Lebensdauer unter tatsächlichen Bedingungen basierend auf LM-80-Daten. | Bietet wissenschaftliche Lebensdauervorhersage. |
| IESNA | Beleuchtungstechnische Gesellschaft | Deckt optische, elektrische, thermische Testmethoden ab. | Industrieanerkannte Testbasis. |
| RoHS / REACH | Umweltzertifizierung | Stellt sicher, dass keine schädlichen Substanzen (Blei, Quecksilber) enthalten sind. | Marktzugangsvoraussetzung international. |
| ENERGY STAR / DLC | Energieeffizienzzertifizierung | Energieeffizienz- und Leistungszertifizierung für Beleuchtungsprodukte. | Wird in staatlichen Beschaffungen, Subventionsprogrammen verwendet, steigert Wettbewerbsfähigkeit. |