SMD LED 17-21 Brilliant Orange Datenblatt - Gehäuse 2.0x1.25x0.8mm - Spannung 1.75-2.35V - Leistung 60mW - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die 17-21/S2C-AP1Q2B/3T ist eine oberflächenmontierbare (SMD) LED für hochintegrierte elektronische Baugruppen. Ihre Hauptfunktion ist die Bereitstellung einer brillant orangefarbenen Anzeige oder Hintergrundbeleuchtung. Der Kernvorteil dieser Komponente liegt in ihrem winzigen Bauraum von etwa 2,0 mm x 1,25 mm, was im Vergleich zu herkömmlichen bedrahteten LEDs erhebliche Platzersparnisse auf Leiterplatten (PCBs) ermöglicht. Diese Größenreduzierung trägt direkt zu kompakteren Endproduktdesigns, geringeren Lageranforderungen für Bauteile und einer höheren Packungsdichte auf Montagespulen und Leiterplatten bei. Das Bauteil ist mit einem AIGaInP (Aluminium-Gallium-Indium-Phosphid) Halbleiterchip aufgebaut, der in einer wasserklaren Harzlinse eingekapselt ist. Diese Materialkombination ist für die Erzeugung der charakteristischen brillant orangefarbenen Lichtfarbe verantwortlich. Das Produkt entspricht vollständig modernen Umweltvorschriften: Es ist bleifrei, RoHS-konform, EU REACH-konform und halogenfrei (Brom <900ppm, Chlor <900ppm, Br+Cl < 1500ppm). Es wird auf 8-mm-Tape geliefert, das auf Spulen mit 7 Zoll Durchmesser aufgewickelt ist, und ist damit voll kompatibel mit schnellen automatischen Bestückungsanlagen.

2. Detaillierte technische Spezifikationen

2.1 Absolute Maximalwerte

Das Bauteil ist für einen zuverlässigen Betrieb innerhalb spezifizierter elektrischer und thermischer Grenzwerte ausgelegt. Das Überschreiten dieser absoluten Maximalwerte kann dauerhafte Schäden verursachen. Die maximale Sperrspannung (VR) beträgt 5V. Der Dauerstrom in Durchlassrichtung (IF) sollte 25mA nicht überschreiten. Für gepulsten Betrieb ist ein Spitzenstrom in Durchlassrichtung (IFP) von 60mA bei einem Tastverhältnis von 1/10 und 1kHz zulässig. Die maximale Verlustleistung (Pd) des Gehäuses ist auf 60mW begrenzt. Das Bauteil hält einer elektrostatischen Entladung (ESD) von 2000V gemäß Human Body Model (HBM) stand. Der Betriebstemperaturbereich (Topr) liegt zwischen -40°C und +85°C, während der Lagerungstemperaturbereich (Tstg) mit -40°C bis +90°C etwas weiter ist. Für die Lötung hält es Reflow-Profile mit einer Spitzentemperatur von 260°C für bis zu 10 Sekunden oder Handlötung bei 350°C für maximal 3 Sekunden pro Anschluss aus.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Die wichtigsten Leistungsparameter werden unter Standardtestbedingungen bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C und einem Durchlassstrom (IF) von 20mA gemessen. Die Lichtstärke (Iv) hat einen typischen Bereich von 45,00 mcd bis 112,00 mcd, der in spezifische Bins kategorisiert ist. Der Abstrahlwinkel (2θ1/2), definiert als der volle Winkel bei halber Intensität, beträgt typischerweise 140 Grad und bietet ein breites Abstrahlmuster, das für viele Anzeigeanwendungen geeignet ist. Die spektralen Eigenschaften sind durch eine Spitzenwellenlänge (λp) von 611 nm und einen Bereich der dominanten Wellenlänge (λd) von 600,50 nm bis 612,50 nm definiert. Die spektrale Bandbreite (Δλ) beträgt etwa 17 nm. Die zum Betrieb der LED bei 20mA erforderliche Durchlassspannung (VF) liegt zwischen 1,75V und 2,35V und ist ebenfalls in Bins organisiert. Der Sperrstrom (IR) ist garantiert kleiner als 10 μA bei einer angelegten Sperrspannung von 5V, obwohl das Bauteil nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt ist.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um Farb- und Helligkeitskonstanz in der Produktion sicherzustellen, werden die LEDs anhand von drei Schlüsselparametern sortiert: Lichtstärke, dominante Wellenlänge und Durchlassspannung.

3.1 Lichtstärke-Bins

Die Lichtausbeute wird bei IF=20mA in vier Bins (P1, P2, Q1, Q2) kategorisiert. Der P1-Bin deckt den Bereich von 45,00 mcd bis 57,00 mcd ab. P2 deckt 57,00 mcd bis 72,00 mcd ab. Q1 deckt 72,00 mcd bis 90,00 mcd ab. Der höchste Ausgangsbin, Q2, deckt 90,00 mcd bis 112,00 mcd ab. Innerhalb jedes Bins gilt eine Toleranz von ±11%.

3.2 Bins für dominante Wellenlänge

Die dominante Wellenlänge, die die wahrgenommene Farbe definiert, wird in vier Bins (D8, D9, D10, D11) sortiert. D8 reicht von 600,50 nm bis 603,50 nm. D9 reicht von 603,50 nm bis 606,50 nm. D10 reicht von 606,50 nm bis 609,50 nm. D11 reicht von 609,50 nm bis 612,50 nm. Es wird eine Toleranz von ±1nm angegeben.

3.3 Durchlassspannungs-Bins

Der Durchlassspannungsabfall wird in drei Bins (0, 1, 2) sortiert, um die Schaltungsauslegung, insbesondere die Berechnung des Vorwiderstands, zu unterstützen. Bin 0 deckt 1,75V bis 1,95V ab. Bin 1 deckt 1,95V bis 2,15V ab. Bin 2 deckt 2,15V bis 2,35V ab. Eine Toleranz von ±0,1V wird angegeben.

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere charakteristische Kurven, die für das Verständnis des LED-Verhaltens unter verschiedenen Bedingungen wesentlich sind.

4.1 Abstrahlcharakteristik

Das Abstrahldiagramm zeigt die räumliche Verteilung der Lichtintensität. Die Charakteristik ist typischerweise lambertisch oder nahezu lambertisch, wobei die relative Intensität über dem Betrachtungswinkel aufgetragen ist. Der 140-Grad-Abstrahlwinkel bestätigt eine breite, diffuse Abstrahlung, die für Flächenbeleuchtung oder Anzeigen mit großer Sichtbarkeit geeignet ist.

4.2 Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Diese Kurve veranschaulicht die nichtlineare Beziehung zwischen Treiberstrom und Lichtausbeute. Die Lichtstärke steigt mit dem Strom an, wird aber schließlich sättigen. Ein Betrieb deutlich über den empfohlenen 20mA kann zu verringerter Effizienz und beschleunigter Alterung führen.

4.3 Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur

Dieses Diagramm ist entscheidend für das thermische Management. Die Lichtausbeute nimmt mit steigender Umgebungstemperatur ab. Bei der maximalen Betriebstemperatur von +85°C kann die Ausbeute beispielsweise deutlich niedriger sein als bei 25°C. Dies muss in Designs berücksichtigt werden, bei denen eine gleichmäßige Helligkeit über einen Temperaturbereich erforderlich ist.

4.4 Derating-Kurve für den Durchlassstrom

Diese Kurve definiert den maximal zulässigen Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur. Mit steigender Temperatur sinkt der maximal sichere Strom, um die 60mW-Verlustleistungsgrenze nicht zu überschreiten und die Sperrschichttemperatur zu managen, was die Langzeitzuverlässigkeit sicherstellt.

4.5 Durchlassspannung vs. Durchlassstrom

Diese IV (Strom-Spannungs)-Kennlinie zeigt die für eine Diode typische exponentielle Beziehung. Die Kenntnis dieser Kurve hilft bei der Auslegung einer geeigneten strombegrenzenden Schaltung.

4.6 Spektralverteilung

Das Diagramm der spektralen Leistungsverteilung zeigt die Intensität des emittierten Lichts über die Wellenlängen, zentriert um das 611-nm-Maximum. Die schmale Bandbreite (~17 nm) weist auf eine relativ reine Orangefarbe hin.

5. Mechanische & Verpackungsinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die LED hat ein kompaktes rechteckiges Gehäuse. Zu den Hauptabmessungen gehören Gesamtlänge, -breite und -höhe. Die Kathode ist durch eine spezifische Markierung auf dem Gehäuse gekennzeichnet, was für die korrekte Ausrichtung während der Montage entscheidend ist. Alle nicht spezifizierten Toleranzen betragen typischerweise ±0,1 mm.

5.2 Spule, Tape und feuchtigkeitsempfindliche Verpackung

Die Bauteile werden in feuchtigkeitsbeständiger Verpackung geliefert. Sie sind in einem Trägertape mit spezifischen Taschenabmessungen untergebracht, das auf eine Spule mit 7 Zoll Durchmesser aufgewickelt ist. Jede Spule enthält 3000 Stück. Die Verpackung enthält ein Trockenmittel und ist in einer aluminiumbeschichteten Feuchtigkeitsschutzfolie versiegelt. Etiketten auf der Folie liefern wichtige Informationen: Kundenteilenummer (CPN), Artikelnummer (P/N), Packmenge (QTY), Lichtstärkenklasse (CAT), Farbton/Dominante-Wellenlängen-Klasse (HUE), Durchlassspannungsklasse (REF) und Losnummer (LOT No).

6. Löt- & Montagerichtlinien

6.1 Lager- und Handhabungshinweise

Die LEDs sind feuchtigkeitsempfindliche Bauteile (MSD). Die ungeöffnete Feuchtigkeitsschutzfolie darf erst geöffnet werden, wenn die Bauteile verwendet werden sollen. Nach dem Öffnen sollten unbenutzte LEDs bei Bedingungen von 30°C oder weniger und 60% relativer Luftfeuchtigkeit oder weniger gelagert werden. Die "Floor Life" nach dem Öffnen der Folie beträgt 168 Stunden (7 Tage). Wenn Bauteile diese Zeit überschreiten oder sich der Trockenmittel-Indikator verfärbt hat, ist vor der Verwendung eine Trocknung bei 60 ±5°C für 24 Stunden erforderlich, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und "Popcorning" während des Reflow-Lötens zu verhindern.

6.2 Reflow-Lötprofil

Es wird ein bleifreies Reflow-Lötprofil spezifiziert. Wichtige Parameter sind: eine Vorwärmphase zwischen 150-200°C für 60-120 Sekunden; eine Zeit oberhalb der Liquidustemperatur (217°C) von 60-150 Sekunden; eine Spitzentemperatur von maximal 260°C, die maximal 10 Sekunden gehalten wird; maximale Aufheiz- und Abkühlraten. Reflow-Lötvorgänge sollten nicht mehr als zweimal am selben Bauteil durchgeführt werden.

6.3 Handlötung & Nacharbeit

Falls Handlötung notwendig ist, ist äußerste Vorsicht geboten. Die Lötspitzentemperatur sollte unter 350°C liegen und an jedem Anschluss nicht länger als 3 Sekunden angewendet werden. Die Lötkolbenleistung sollte 25W oder weniger betragen. Zwischen dem Löten jedes Anschlusses sollte ein Mindestintervall von 2 Sekunden eingehalten werden. Nacharbeit wird dringend abgeraten. Falls unvermeidbar, sollte ein Zweispitzen-Lötkolben verwendet werden, um beide Anschlüsse gleichzeitig zu erhitzen und mechanische Belastung der Lötstellen zu vermeiden. Das Schadensrisiko für die LED während der Nacharbeit ist hoch.

6.4 Schaltungsauslegung

Ein externer Vorwiderstand ist zwingend erforderlich. Die Durchlassspannung der LED hat einen negativen Temperaturkoeffizienten, d.h. sie sinkt mit steigender Temperatur. Ohne einen Serienwiderstand könnte ein kleiner Anstieg der Versorgungsspannung oder ein Absinken von VF zu einem großen, möglicherweise zerstörerischen Anstieg des Durchlassstroms führen. Der Widerstandswert muss basierend auf der Versorgungsspannung, dem Durchlassspannungs-Bin der LED und dem gewünschten Betriebsstrom (typischerweise 20mA oder weniger) berechnet werden.

7. Anwendungsvorschläge

7.1 Typische Anwendungsszenarien

Die brillant orangefarbene Lichtfarbe und die kleine Bauform machen diese LED für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet: Hintergrundbeleuchtung für Instrumententafeln, Schalter und Symbole; Statusanzeigen in Telekommunikationsgeräten wie Telefonen und Faxgeräten; Allgemeine Anzeigelampen in Unterhaltungselektronik, Industrie-Steuerungen und Automobil-Innenräumen; Flache Hintergrundbeleuchtung für kleine LCD-Panels.

7.2 Designüberlegungen

Bei der Integration dieser LED müssen Entwickler mehrere Faktoren berücksichtigen:Stromversorgung:Immer eine Konstantstromquelle oder eine Spannungsquelle mit einem Serienwiderstand verwenden.Thermisches Management:Ausreichende Kupferfläche auf der Leiterplatte oder Wärmeableitungen sicherstellen, wenn bei hohen Umgebungstemperaturen oder nahe dem Maximalstrom betrieben wird, um die Sperrschichttemperatur zu managen.Optische Auslegung:Der breite Abstrahlwinkel kann Lichtleiter oder Diffusoren erfordern, um das Licht für spezifische Anwendungen zu formen.ESD-Schutz:Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen während der Handhabung und Montage implementieren, da die 2000V-HBM-Bewertung, obwohl robust, in unkontrollierten Umgebungen überschritten werden kann.

8. Technischer Vergleich & Differenzierung

Im Vergleich zu älteren Durchsteck-LED-Technologien bietet diese SMD-LED erhebliche Vorteile: eine Reduzierung der Leiterplattenfläche um über 70%, Kompatibilität mit vollautomatischer Montage, was die Arbeitskosten senkt, und verbesserte Zuverlässigkeit aufgrund fehlender gebogener Anschlussdrähte. Innerhalb des SMD-LED-Marktes sind ihre Hauptunterscheidungsmerkmale die Verwendung von AIGaInP-Technologie für hocheffizientes orangefarbenes Licht (überlegen zu gefilterten oder gefärbten LEDs), die spezifische Einhaltung halogenfreier Anforderungen und eine detaillierte Binning-Struktur, die eine präzise Farb- und Helligkeitsabstimmung in Produktionsläufen ermöglicht. Die Kombination aus einer relativ hohen Lichtstärke für ihre Größe und einer niedrigen Durchlassspannung trägt zu einer guten Gesamtleistungseffizienz bei.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Welchen Widerstandswert sollte ich bei einer 5V-Versorgung verwenden?

A: Der Wert hängt vom Durchlassspannungs-Bin (VF) der LED ab. Unter Verwendung des ungünstigsten Falls (niedrigste VF) von 1,75V und einem Zielstrom von 20mA: R = (Versorgungsspannung - Vf) / If = (5V - 1,75V) / 0,02A = 162,5 Ohm. Ein Standardwiderstand von 160 oder 180 Ohm wäre geeignet. Berechnen Sie den Wert immer für das spezifische VF-Bin, das Sie verwenden, und überprüfen Sie die Verlustleistung im Widerstand.

F: Kann ich diese LED mit einem PWM-Signal zum Dimmen ansteuern?

A: Ja, Pulsweitenmodulation (PWM) ist eine effektive Methode zum Dimmen von LEDs. Stellen Sie sicher, dass der Spitzenstrom in jedem Puls die 60mA-Bewertung nicht überschreitet und der Durchschnittsstrom über die Zeit die 25mA-Dauerstrom-Bewertung nicht überschreitet. Eine Frequenz von 100Hz bis 1kHz ist typisch.

F: Warum ist die Lagerzeit nach dem Öffnen der Folie auf 7 Tage begrenzt?

A: Das Kunststoffgehäusematerial kann Feuchtigkeit aus der Luft aufnehmen. Während des Hochtemperatur-Reflow-Lötprozesses kann diese eingeschlossene Feuchtigkeit sich rasch zu Dampf ausdehnen und innere Delamination oder Risse ("Popcorning") verursachen, die das Bauteil zerstören. Die 7-Tage-Grenze basiert auf der Feuchtigkeitssensitivitätsstufe (MSL) des Gehäuses.

F: Wie beeinflusst die Temperatur die Lichtausbeute?

A: Die Lichtausbeute hat einen negativen Temperaturkoeffizienten. Mit steigender Sperrschichttemperatur nimmt der Lichtwirkungsgrad ab, was bei gleichem Treiberstrom zu einer geringeren Lichtausbeute führt. Die Kennlinien in Abschnitt 4 quantifizieren diesen Zusammenhang, der für Anwendungen in heißen Umgebungen entscheidend ist.

10. Design- und Anwendungs-Fallstudie

Szenario: Auslegung eines Multi-Indikator-Statuspanels für einen Industrie-Controller.Das Panel benötigt 20 identische brillant orangefarbene LEDs, um verschiedene Systemzustände anzuzeigen. Um ein einheitliches Erscheinungsbild zu gewährleisten, ist die Spezifikation von LEDs aus demselben Lichtstärke-Bin (z.B. Q1) und demselben dominanten Wellenlängen-Bin (z.B. D10) wesentlich. Das Leiterplattenlayout muss korrekt dimensionierte Pads gemäß der Gehäusezeichnung und einen Vorwiderstand für jede LED enthalten, berechnet basierend auf der 3,3V-Logikversorgung des Systems und dem gewählten VF-Bin. Um die Montage zu vereinfachen, sollte das Design das Tape-and-Reel-Format direkt mit automatischen Bestückungsgeräten nutzen. Der Fertigungsprozess muss das Reflow-Profil einhalten und die 7-tägige Floor Life für die geöffnete Spule managen, um feuchtigkeitsbedingte Ausbeuteverluste zu verhindern. Eine thermische Analyse sollte bestätigen, dass die Platzierung von 20 LEDs in unmittelbarer Nähe keine lokale Erwärmung verursacht, die den maximal zulässigen Strom herabsetzen würde.

11. Einführung in das Funktionsprinzip

Die Lichtemission in dieser LED basiert auf Elektrolumineszenz in einem Halbleiter-p-n-Übergang aus AIGaInP (Aluminium-Gallium-Indium-Phosphid). Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die das eingebaute Potenzial des Übergangs übersteigt, werden Elektronen aus dem n-dotierten Bereich und Löcher aus dem p-dotierten Bereich in den aktiven Bereich injiziert. Dort rekombinieren sie und setzen Energie in Form von Photonen frei. Die spezifische Bandlückenenergie der AIGaInP-Legierung bestimmt die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts, die in diesem Fall im orangefarbenen Spektrum (~611 nm) liegt. Das wasserklare Epoxidharz-Einkapselungsmaterial schützt den Halbleiterchip, bietet mechanische Stabilität und wirkt als Linse, um das Lichtabstrahlmuster zu formen.

12. Technologietrends

Der allgemeine Trend bei SMD-Indikator-LEDs geht weiterhin in Richtung höherer Effizienz (mehr Lumen oder Millicandela pro Watt), kleinerer Gehäusegrößen für erhöhte Dichte und verbesserter Farbkonstanz durch engere Binning-Toleranzen. Es gibt auch einen starken Trend zu höherer Zuverlässigkeit und längerer Lebensdauer unter einem breiteren Spektrum von Umgebungsbedingungen, einschließlich Betrieb bei höheren Temperaturen für Automobil- und Industrieanwendungen. Die Integration von Funktionen wie eingebauten Vorwiderständen oder Schutzdioden im selben Gehäuse ist eine weitere laufende Entwicklung, um die Schaltungsauslegung zu vereinfachen und weiteren Leiterplattenplatz zu sparen. Umweltkonformität, einschließlich halogenfreier Materialien und vollständiger RoHS-Konformität, ist zu einer Standardanforderung geworden und kein Differenzierungsmerkmal mehr.