SMD LED 15-21/B6C-ZQ1R1N/2T Datenblatt - Blau - 2.0x1.25x0.8mm - 3.7V Max - 40mW - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die 15-21/B6C-ZQ1R1N/2T ist eine kompakte, oberflächenmontierbare blaue LED, die für moderne elektronische Anwendungen entwickelt wurde, die eine hohe Bauteildichte und zuverlässige Leistung erfordern. Diese Baugruppe nutzt InGaN-Chip-Technologie, um eine blaue Emission mit einer typischen Spitzenwellenlänge von 468 nm zu erzeugen. Ihr winziger Platzbedarf und ihr geringes Gewicht machen sie zur idealen Wahl für platzbeschränkte Designs.

1.1 Kernvorteile

Der primäre Vorteil dieser LED ist ihre deutlich reduzierte Größe im Vergleich zu herkömmlichen Bauteilen mit Anschlussrahmen. Dies ermöglicht kleinere Leiterplatten (PCB)-Designs, eine höhere Packungsdichte, geringeren Lagerplatzbedarf und letztendlich die Entwicklung kompakterer Endverbrauchergeräte. Ihre Kompatibilität mit standardisierten automatisierten Bestückungs- und Lötprozessen erhöht ihre Eignung für die Serienfertigung weiter.

1.2 Zielmarkt und Anwendungen

Diese LED richtet sich an ein breites Spektrum von Verbraucher-, Industrie- und Telekommunikationsanwendungen. Typische Anwendungsfälle sind Hintergrundbeleuchtung für Instrumententafeln, Schalter und Symbole; Anzeige- und Hintergrundbeleuchtungsfunktionen in Telekommunikationsgeräten wie Telefonen und Faxgeräten; flache Hintergrundbeleuchtung für LCDs; und allgemeine Anzeigeanwendungen.

2. Technische Spezifikationen und detaillierte Interpretation

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte Analyse der elektrischen, optischen und thermischen Eigenschaften der Baugruppe.

2.1 Absolute Grenzwerte

Die absoluten Grenzwerte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden an der Baugruppe auftreten können. Diese sind nicht für den Normalbetrieb vorgesehen.

• Sperrspannung (VR):5 V. Das Überschreiten dieser Spannung in Sperrrichtung kann zum Durchbruch des Übergangs führen.
• Durchlassstrom (IF):20 mA. Dies ist der maximal zulässige kontinuierliche Gleichstrom-Durchlassstrom.
• Spitzen-Durchlassstrom (IFP):40 mA. Dieser Wert gilt unter gepulsten Bedingungen mit einem Tastverhältnis von 1/10 bei 1 kHz.
• Verlustleistung (Pd):40 mW. Dies ist die maximale Leistung, die das Gehäuse bei einer Umgebungstemperatur von 25°C abführen kann. Bei höheren Temperaturen ist eine Entlastung erforderlich.
• Betriebstemperatur (Topr):-40°C bis +85°C. Die Funktionsfähigkeit der Baugruppe ist innerhalb dieses Umgebungstemperaturbereichs garantiert.
• Lagertemperatur (Tstg):-40°C bis +90°C.
• Löttemperatur (Tsol):Für Reflow-Löten ist eine Spitzentemperatur von 260°C für maximal 10 Sekunden spezifiziert. Für Handlötung sollte die Lötspitzentemperatur 350°C nicht überschreiten, und zwar für maximal 3 Sekunden pro Anschluss.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Diese Parameter werden bei einem Durchlassstrom (IF) von 20 mA und einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C gemessen, was typischen Betriebsbedingungen entspricht.

• Lichtstärke (Iv):Liegt im Bereich von mindestens 72,0 mcd bis maximal 140,0 mcd, mit einer typischen Toleranz von ±11 %. Der tatsächliche Wert wird durch den Bin-Code (Q1, Q2, R1) bestimmt.
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):Typischerweise 130 Grad. Dieser große Abstrahlwinkel macht die LED für Anwendungen geeignet, die eine breite Ausleuchtung erfordern.
• Spitzenwellenlänge (λp):Typischerweise 468 nm.
• Dominante Wellenlänge (λd):Liegt im Bereich von 465,0 nm bis 475,0 nm, mit einer Toleranz von ±1 nm. Das spezifische Bin ist als X (465-470 nm) oder Y (470-475 nm) kodiert.
• Spektrale Bandbreite (Δλ):Typischerweise 25 nm, gemessen bei halber Spitzenintensität (FWHM).
• Durchlassspannung (VF):Liegt bei 20 mA im Bereich von 2,70 V bis 3,70 V, mit einer Toleranz von ±0,1V. Das spezifische Bin ist von 10 (2,7-2,9V) bis 14 (3,5-3,7V) kodiert.
• Sperrstrom (IR):Maximal 50 μA bei einer angelegten Sperrspannung (VR) von 5V. Es ist wichtig zu beachten, dass die Baugruppe nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt ist; dieser Parameter dient ausschließlich der Leckstromprüfung.

2.3 Thermische Eigenschaften

Obwohl nicht explizit in einer separaten Tabelle aufgeführt, ist das thermische Management entscheidend. Die Verlustleistungsangabe von 40 mW und der Betriebstemperaturbereich definieren die thermischen Grenzen. Konstrukteure müssen für eine ausreichende PCB-Layoutgestaltung und gegebenenfalls für Wärmeleitungen oder Kühlkörper sorgen, um die Sperrschichttemperatur innerhalb sicherer Grenzen zu halten, insbesondere bei Betrieb bei hohen Umgebungstemperaturen oder nahe dem maximalen Strom.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Produkt wird basierend auf wichtigen Leistungsparametern in Bins sortiert, um die Konsistenz innerhalb einer Produktionscharge sicherzustellen. Dies ermöglicht es Konstrukteuren, LEDs auszuwählen, die spezifische Anwendungsanforderungen erfüllen.

3.1 Lichtstärke-Binning

Die Lichtstärke wird in drei Bins kategorisiert:

- Q1:72,0 - 90,0 mcd

- Q2:90,0 - 112,0 mcd

- R1:112,0 - 140,0 mcd

3.2 Dominante Wellenlänge-Binning

Die Farbe (dominante Wellenlänge) wird in zwei Bins sortiert:

- X:465,0 - 470,0 nm

- Y:470,0 - 475,0 nm

3.3 Durchlassspannung-Binning

Die Durchlassspannung wird in fünf Bins sortiert, um die Auslegung der Stromregelungsschaltung zu unterstützen:

- 10:2,7 - 2,9 V

- 11:2,9 - 3,1 V

- 12:3,1 - 3,3 V

- 13:3,3 - 3,5 V

- 14:3,5 - 3,7 V

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt enthält mehrere typische Kennlinien, die das Verhalten der Baugruppe unter verschiedenen Bedingungen veranschaulichen.

4.1 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kurve)

Diese Kurve zeigt den exponentiellen Zusammenhang zwischen Durchlassspannung und Strom. Sie ist entscheidend für die Auswahl des geeigneten strombegrenzenden Widerstands. Die Kurve zeigt typischerweise, dass ein kleiner Spannungsanstieg über den Einschaltpunkt hinaus zu einem großen Stromanstieg führt, was die Notwendigkeit der Stromregelung unterstreicht.

4.2 Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Dieses Diagramm zeigt, wie die Lichtausbeute mit dem Durchlassstrom zunimmt. Es ist über einen Bereich hinweg im Allgemeinen linear, wird jedoch bei höheren Strömen aufgrund thermischer und Effizienzeffekte sättigen. Der Betrieb nahe dem maximalen Nennstrom kann keine proportionalen Helligkeitssteigerungen ergeben und verringert die Lebensdauer der Baugruppe.

4.3 Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur

Diese Kurve zeigt die Entlastung der Lichtausbeute mit steigender Umgebungstemperatur. Die Lichtstärke nimmt typischerweise mit steigender Temperatur ab. Für eine zuverlässige Leistung muss das thermische Management im Anwendungsdesign berücksichtigt werden.

4.4 Spektrale Verteilung

Das Spektraldiagramm zeigt das Emissionsprofil, das um die Spitzenwellenlänge von 468 nm zentriert ist, mit einer typischen FWHM von 25 nm. Diese Information ist für farbempfindliche Anwendungen von entscheidender Bedeutung.

4.5 Abstrahlcharakteristik

Das Abstrahldiagramm veranschaulicht die räumliche Verteilung der Lichtintensität und bestätigt den typischen Abstrahlwinkel von 130 Grad. Die Charakteristik ist für diese Art von Gehäuse typischerweise lambertisch oder nahezu lambertisch.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die SMD LED 15-21 hat einen kompakten Platzbedarf. Wichtige Abmessungen (in mm, Toleranz ±0,1 mm sofern nicht anders angegeben) umfassen eine Bauteillänge von 2,0 mm, eine Breite von 1,25 mm und eine Höhe von 0,8 mm. Die detaillierte Zeichnung gibt den Pad-Abstand und die Gesamtkonturen für das PCB-Land-Pattern-Design vor.

5.2 Polaritätskennzeichnung

Die Kathode ist auf dem Gehäuse deutlich markiert. Während der Montage muss die korrekte Polarität beachtet werden, um Schäden an der Baugruppe zu verhindern.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil

Die Baugruppe ist mit Infrarot- und Dampfphasen-Reflow-Prozessen kompatibel. Ein bleifreies Lötprofil wird empfohlen:

- Vorwärmen: 150-200°C für 60-120 Sekunden.

- Zeit oberhalb der Liquidus-Temperatur (217°C): 60-150 Sekunden.

- Spitzentemperatur: maximal 260°C, nicht länger als 10 Sekunden gehalten.

- Maximale Aufheizrate: 6°C/Sek., maximale Abkühlrate: 3°C/Sek.

Reflow-Löten sollte nicht mehr als zweimal durchgeführt werden.

6.2 Handlötung

Falls Handlötung erforderlich ist, verwenden Sie einen Lötkolben mit einer Spitzentemperatur unter 350°C. Die Kontaktzeit pro Anschluss sollte 3 Sekunden nicht überschreiten, mit einem Intervall von mindestens 2 Sekunden zwischen dem Löten jedes Anschlusses. Die Lötkolbenleistung sollte 25W oder weniger betragen, um thermischen Schock zu vermeiden.

6.3 Lagerung und Feuchtigkeitsempfindlichkeit

Die LEDs sind in feuchtigkeitsbeständigen Barrieretüten mit Trockenmittel verpackt.

- Öffnen Sie die Tüte erst bei Gebrauchsbereitschaft.

- Nach dem Öffnen sollten unbenutzte LEDs bei ≤30°C und ≤60 % relativer Luftfeuchtigkeit gelagert werden.

- Die "Floor Life" nach dem Öffnen der Tüte beträgt 168 Stunden (7 Tage).

- Wird die Floor Life überschritten oder zeigt das Trockenmittel Feuchtigkeitseintritt an, ist vor der Verwendung ein Ausheizen bei 60±5°C für 24 Stunden erforderlich.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Verpackungsspezifikationen

Die LEDs werden auf 8 mm breitem, geprägtem Trägerband geliefert, das auf 7-Zoll-Spulen aufgewickelt ist. Jede Spule enthält 2000 Stück. Detaillierte Abmessungen für Spule und Trägerband werden für die Einrichtung automatischer Zuführungen bereitgestellt.

7.2 Etiketteninformationen

Das Spulenetikett enthält wichtige Informationen für Rückverfolgbarkeit und Identifikation: Kundenteilenummer (CPN), Teilenummer (P/N), Packmenge (QTY) und die spezifischen Bin-Codes für Lichtstärke (CAT), dominante Wellenlänge (HUE) und Durchlassspannung (REF) zusammen mit der Losnummer.

8. Anwendungshinweise und Designüberlegungen

8.1 Strombegrenzung

Kritisch:Ein externer strombegrenzender Widerstand muss immer in Reihe mit der LED geschaltet werden. Die Durchlassspannung hat einen negativen Temperaturkoeffizienten und eine Produktionstoleranz. Ein direkter Anschluss an eine Spannungsquelle, selbst knapp über dem typischen VF, kann einen großen, unkontrollierten Stromstoß verursachen, der zum sofortigen Ausfall führt.

8.2 PCB-Layout

Stellen Sie sicher, dass das PCB-Land-Pattern dem empfohlenen Footprint entspricht. Sorgen Sie für eine ausreichende Kupferfläche zur Wärmeableitung, insbesondere bei Betrieb mit hohen Strömen oder in hohen Umgebungstemperaturen. Vermeiden Sie mechanische Belastung des LED-Gehäuses während und nach dem Löten.

8.3 ESD-Vorsichtsmaßnahmen

Die Baugruppe hat eine ESD-Empfindlichkeitsklasse von 150V (Human Body Model). Während der Montage und Handhabung sollten Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen befolgt werden.

9. Konformität und Umweltinformationen

Das Produkt entspricht wichtigen Umweltvorschriften:

- RoHS:Das Produkt ist bleifrei und entspricht der Richtlinie zur Beschränkung gefährlicher Stoffe.

- REACH:Entspricht der EU-Verordnung zur Registrierung, Bewertung, Zulassung und Beschränkung chemischer Stoffe.

- Halogenfrei:Entspricht halogenfreien Anforderungen (Brom <900 ppm, Chlor <900 ppm, Br+Cl <1500 ppm).

10. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

10.1 Warum ist meine LED beim Einschalten sofort ausgefallen?

Die häufigste Ursache ist das Fehlen eines in Reihe geschalteten strombegrenzenden Widerstands. LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Ein direkter Anschluss an eine Spannungsquelle verursacht übermäßigen Stromfluss. Verwenden Sie stets einen Widerstand, der basierend auf der Versorgungsspannung, der Durchlassspannung der LED (verwenden Sie zur Sicherheit den maximalen Bin-Wert) und dem gewünschten Betriebsstrom berechnet wird.

10.2 Kann ich diese LED im Freien verwenden?

Der Betriebstemperaturbereich von -40°C bis +85°C deckt viele Außenbedingungen ab. Die primäre Einschränkung für den Außeneinsatz ist jedoch oft die Beständigkeit des Gehäuses gegen Feuchtigkeit und UV-Strahlung, die für diese standardmäßige kommerzielle Komponente nicht spezifiziert ist. Für raue Umgebungen sollten speziell für den Außen- oder Automobileinsatz ausgelegte Bauteile in Betracht gezogen werden.

10.3 Wie interpretiere ich die Bin-Codes auf dem Etikett?

Die Bin-Codes (z.B. ZQ1R1N) entsprechen der spezifischen Leistungssortierung. "Q1" gibt das Lichtstärke-Bin (72-90 mcd) an, "R1" ist Teil der internen Produktkennung, und "N" kann sich auf andere Eigenschaften beziehen. Die Etikettenfelder CAT, HUE und REF geben explizit die Bins für Lichtstärke, dominante Wellenlänge bzw. Durchlassspannung an.

10.4 Ist Reparatur/Nacharbeit nach dem Löten erlaubt?

Reparatur wird nicht empfohlen. Falls unbedingt erforderlich, verwenden Sie einen Zweispitzen-Lötkolben, um beide Anschlüsse gleichzeitig zu erhitzen und mechanische Belastung der Lötstellen oder des LED-Gehäuses zu vermeiden. Überprüfen Sie nach jeder Nacharbeit stets, ob die Eigenschaften der LED nicht beeinträchtigt wurden.

11. Design- und Anwendungsfallstudie

11.1 Entwurf einer Statusanzeigetafel

Betrachten Sie eine Steuerungstafel, die mehrere blaue Statusanzeigen erfordert. Mit der 15-21 LED können Konstrukteure hochdichte Layouts erreichen. Für ein 5V-System wird ein Reihenwiderstandswert berechnet. Unter Verwendung der maximalen VF aus Bin 14 (3,7V) und einem Zielstrom von 15 mA (unterhalb der 20 mA Max. für längere Lebensdauer) beträgt der Widerstandswert R = (5V - 3,7V) / 0,015A ≈ 87 Ohm. Ein Standardwiderstand von 91 Ohm oder 100 Ohm wäre geeignet. Der große Abstrahlwinkel von 130 Grad gewährleistet die Sichtbarkeit aus verschiedenen Blickwinkeln. Die Verfahren zur Feuchtigkeitsempfindlichkeit müssen während der Montage befolgt werden, wenn die PCBs nicht unmittelbar nach dem Öffnen der Tüte gelötet werden.

12. Einführung in das technische Prinzip

Diese LED basiert auf einem Indium-Gallium-Nitrid (InGaN)-Halbleiterchip. Wird eine Durchlassspannung angelegt, rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich des Halbleiters und setzen Energie in Form von Photonen frei. Die spezifische Zusammensetzung der InGaN-Legierung bestimmt die Bandlückenenergie, die wiederum die Wellenlänge des emittierten Lichts definiert – in diesem Fall blau. Der Chip ist in einer klaren Harzlinse eingekapselt, die den Die schützt, mechanische Stabilität bietet und den Lichtausgangsstrahl formt.

13. Branchentrends und Kontext

Das 15-21-Gehäuse repräsentiert eine ausgereifte Bauform auf dem SMD-LED-Markt. Aktuelle Branchentrends zielen auf noch kleinere Gehäuse (z.B. 0402, 0201 metrische Größen) für Ultra-Miniaturisierung, höhere Effizienz (mehr Lumen pro Watt) und verbesserte Farbkonstanz (engeres Binning) ab. Es besteht auch ein starker Fokus auf verbesserte Zuverlässigkeit unter höheren Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen für Automobil- und Industrieanwendungen. Diese Baugruppe eignet sich gut für Anwendungen, bei denen eine bewährte, kostengünstige und leicht verfügbare blaue Lichtquelle benötigt wird, die Größe, Leistung und Fertigungsfreundlichkeit in Einklang bringt.