SMD LED 19-213/Y2C-CQ1 R2/3T Datenblatt - Brillantgelb - 20mA - 2.2V typ. - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die 19-213/Y2C-CQ1 R2/3T ist eine oberflächenmontierbare (SMD) LED, die für hochintegrierte elektronische Baugruppen konzipiert ist. Es handelt sich um einen monochromen Typ, der ein brillantgelbes Licht emittiert und aus AlGaInP-Halbleitermaterial aufgebaut ist, das in klarem Harz eingekapselt ist. Diese Komponente ist deutlich kleiner als herkömmliche LEDs mit Anschlussrahmen, ermöglicht eine erhebliche Reduzierung des PCB-Footprints, erhöhte Packungsdichte und trägt letztlich zur Miniaturisierung von Endgeräten bei. Ihr leichtes Bauprinzip macht sie besonders geeignet für Anwendungen, bei denen Platz und Gewicht kritische Einschränkungen darstellen.

1.1 Kernmerkmale und Vorteile

Die Hauptvorteile dieser LED ergeben sich aus ihrem SMD-Gehäuse und ihrer Materialzusammensetzung. Zu den wichtigsten Merkmalen gehört die Kompatibilität mit Standard-8mm-Trägerbändern auf 7-Zoll-Durchmesser-Spulen, was eine vollständige Kompatibilität mit automatischen Bestückungsanlagen gewährleistet. Sie ist für den Einsatz mit Infrarot- und Dampfphasen-Reflow-Lötverfahren ausgelegt und entspricht damit modernen Hochvolumen-Fertigungstechniken. Das Bauteil ist bleifrei (Pb-frei) und erfüllt die wichtigsten Umwelt- und Sicherheitsvorschriften, einschließlich RoHS, EU REACH und halogenfreien Standards (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm). Das Produkt selbst wird innerhalb der RoHS-konformen Spezifikationen gehalten.

1.2 Zielanwendungen

Diese LED ist vielseitig einsetzbar und findet in verschiedenen Beleuchtungs- und Anzeigefunktionen Verwendung. Typische Anwendungen sind die Hintergrundbeleuchtung von Instrumententafel-Displays und Schaltern. In Telekommunikationsgeräten dient sie als Anzeige- oder Hintergrundbeleuchtung für Geräte wie Telefone und Faxgeräte. Sie eignet sich auch für die flache Hintergrundbeleuchtung von LCDs, Schaltern und Symbolen. Ihr universelles Design macht sie zu einer zuverlässigen Wahl für eine breite Palette von Konsum- und Industrie-Elektronikprodukten, die einen kompakten, hellgelben Indikator benötigen.

2. Technische Spezifikationen und objektive Interpretation

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Analyse der Betriebsgrenzen und Leistungsmerkmale des Bauteils unter Standardtestbedingungen (Ta=25°C).

2.1 Absolute Grenzwerte

Diese Grenzwerte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb unter oder an diesen Grenzen wird nicht garantiert. Die maximale Sperrspannung (VR) beträgt 5V. Der Dauer-Durchlassstrom (IF) sollte 25 mA nicht überschreiten. Für den Impulsbetrieb ist ein Spitzen-Durchlassstrom (IFP) von 60 mA bei einem Tastverhältnis von 1/10 bei 1 kHz zulässig. Die maximale Verlustleistung (Pd) beträgt 60 mW. Das Bauteil hält einer elektrostatischen Entladung (ESD) von 2000V gemäß Human Body Model (HBM) stand. Der Betriebstemperaturbereich (Topr) reicht von -40°C bis +85°C, während der Lagerungstemperaturbereich (Tstg) mit -40°C bis +90°C etwas weiter ist. Löttemperaturgrenzen sind für Reflow (260°C für max. 10 Sekunden) und Handlötung (350°C für max. 3 Sekunden an der Spitze) spezifiziert.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Diese Parameter definieren die Lichtausgabe und elektrische Leistung unter typischen Betriebsbedingungen (IF=20mA, Ta=25°C). Die Lichtstärke (Iv) hat einen typischen Bereich, wobei spezifische Minimal- und Maximalwerte durch das Binning-System definiert sind. Der Abstrahlwinkel (2θ1/2) beträgt typischerweise 120 Grad, was auf ein breites Abstrahlmuster hinweist. Die Spitzenwellenlänge (λp) liegt bei etwa 591 nm, und die dominante Wellenlänge (λd) reicht von 585,5 nm bis 591,5 nm, was die wahrgenommene gelbe Farbe definiert. Die spektrale Bandbreite (Δλ) beträgt etwa 15 nm. Die Durchlassspannung (VF) misst typischerweise 2,20V, mit einem Bereich von 1,70V bis 2,40V. Der Sperrstrom (IR) ist sehr niedrig, mit einem Maximum von 10 μA bei VR=5V. Es ist kritisch zu beachten, dass das Bauteil nicht für den Betrieb unter Sperrvorspannung ausgelegt ist; die VR-Bewertung gilt nur für die IR-Testbedingung.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um Farb- und Helligkeitskonsistenz in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs in Bins sortiert. Dieses Bauteil verwendet zwei unabhängige Binning-Parameter.

3.1 Lichtstärke-Binning

Die Lichtausgabe wird bei einem Betriebsstrom von 20mA in vier Bins (Q1, Q2, R1, R2) kategorisiert. Das Q1-Bin deckt den Bereich von 72,0 mcd bis 90,0 mcd ab. Q2 umfasst 90,0 mcd bis 112,0 mcd. R1 deckt 112,0 mcd bis 140,0 mcd ab. Das Bin mit der höchsten Ausgangsleistung, R2, reicht von 140,0 mcd bis 180,0 mcd. Für die Lichtstärke innerhalb jedes Bins gilt eine Toleranz von ±11%.

3.2 Binning der dominanten Wellenlänge

Die Farbe (dominante Wellenlänge) wird in zwei Bins (D3 und D4) sortiert, um Farbtonvariationen zu kontrollieren. Das D3-Bin umfasst LEDs mit einer dominanten Wellenlänge zwischen 585,5 nm und 588,5 nm. Das D4-Bin umfasst solche von 588,5 nm bis 591,5 nm. Für die dominante Wellenlänge ist eine Toleranz von ±1 nm spezifiziert.

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere Kennlinien, die das Verhalten des Bauteils unter variierenden Bedingungen veranschaulichen. Diese sind für Schaltungsentwurf und thermisches Management unerlässlich.

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

Diese Kurve zeigt die Beziehung zwischen dem durch die LED fließenden Strom und dem Spannungsabfall über ihr. Sie ist nichtlinear, typisch für eine Diode. Die Kurve ermöglicht es Konstrukteuren, die Betriebsspannung für einen gegebenen Treiberstrom zu bestimmen, was für die Auswahl geeigneter strombegrenzender Widerstände oder den Entwurf von Konstantstromtreibern entscheidend ist.

4.2 Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur

Dieses Diagramm zeigt die Temperaturabhängigkeit der Lichtausgabe. Mit steigender Umgebungstemperatur (Ta) nimmt die Lichtstärke typischerweise ab. Diese Eigenschaft ist für Anwendungen in erhöhten Temperaturumgebungen von entscheidender Bedeutung, da sie möglicherweise optische oder elektrische Kompensation erfordert, um eine gleichbleibende Helligkeit aufrechtzuerhalten.

4.3 Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Diese Darstellung zeigt, wie sich die Lichtausgabe mit dem Treiberstrom skaliert. Während ein steigender Strom im Allgemeinen die Helligkeit erhöht, ist die Beziehung nicht perfekt linear, und der Wirkungsgrad kann bei sehr hohen Strömen sinken. Sie informiert auch über die Durchlassstrom-Derating-Kurve, die den maximal zulässigen Dauerstrom in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur zeigt, um innerhalb der Verlustleistungsgrenzen zu bleiben.

4.4 Spektrale Verteilung und Abstrahlcharakteristik

Die spektrale Verteilungskurve trägt die relative Intensität gegen die Wellenlänge auf, bestätigt die Spitzen- und dominante Wellenlänge und zeigt die Form des emittierten Lichtspektrums. Das Abstrahldiagramm (Polardiagramm) stellt den 120-Grad-Abstrahlwinkel visuell dar und zeigt, wie die Lichtintensität räumlich verteilt ist.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

Präzise mechanische Daten sind für PCB-Layout und Montage erforderlich.

5.1 Gehäuseabmessungen

Das Datenblatt enthält eine detaillierte Maßzeichnung des LED-Gehäuses. Alle nicht spezifizierten Toleranzen betragen ±0,1 mm. Konstrukteure müssen auf diese Zeichnung verweisen, um das korrekte Land Pattern (Footprint) auf der Leiterplatte zu erstellen und so eine ordnungsgemäße Lötung und Ausrichtung sicherzustellen.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Eine ordnungsgemäße Handhabung ist für die Zuverlässigkeit entscheidend. Dieses Bauteil ist feuchtigkeitsempfindlich und erfordert spezifische Lötprofile.

6.1 Lagerung und Feuchtigkeitsempfindlichkeit

Die LEDs sind in einer feuchtigkeitsbeständigen Tasche mit Trockenmittel verpackt. Die Tasche darf erst geöffnet werden, wenn die Bauteile einsatzbereit sind. Nach dem Öffnen sollten unbenutzte LEDs bei ≤30°C und ≤60% relativer Luftfeuchtigkeit gelagert werden. Die "Floor Life" nach dem Öffnen beträgt 168 Stunden (7 Tage). Wird diese Zeit überschritten oder zeigt der Trockenmittel-Indikator Sättigung an, ist vor der Verwendung eine Trocknung bei 60 ±5°C für 24 Stunden erforderlich.

6.2 Reflow-Lötprofil

Ein bleifreies (Pb-freies) Reflow-Profil ist spezifiziert. Zu den wichtigsten Parametern gehören eine Vorwärmphase zwischen 150-200°C für 60-120 Sekunden, eine Zeit oberhalb der Liquidus-Temperatur (217°C) von 60-150 Sekunden, eine Spitzentemperatur von maximal 260°C, die für höchstens 10 Sekunden gehalten wird, sowie kontrollierte Aufheiz- und Abkühlraten (max. 6°C/Sek. bzw. 3°C/Sek.). Das Reflow-Löten sollte nicht mehr als zweimal durchgeführt werden. Spannungen am LED-Körper während des Erhitzens und Leiterplattenverzug nach dem Löten müssen vermieden werden.

6.3 Handlötung und Reparatur

Falls Handlötung erforderlich ist, muss die Lötspitzentemperatur unter 350°C liegen und pro Anschluss nicht länger als 3 Sekunden angewendet werden. Ein Lötkolben mit geringer Leistung (<25W) wird empfohlen, mit einer Pause von mindestens 2 Sekunden zwischen dem Löten jedes Anschlusses. Eine Reparatur nach der Erstlötung wird nicht empfohlen. Falls unvermeidbar, sollte ein Zweispitzen-Lötkolben verwendet werden, um beide Anschlüsse gleichzeitig zu erhitzen und thermische Spannungen zu minimieren. Das potenzielle Schadensrisiko muss vorab bewertet werden.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

Das Bauteil wird in industrieüblicher Verpackung für die automatisierte Montage geliefert.

7.1 Spulen- und Band-Spezifikationen

Die LEDs werden auf 8 mm breiten Trägerbändern geliefert, die auf Spulen mit 7 Zoll Durchmesser aufgewickelt sind. Jede Spule enthält 3000 Stück. Detaillierte Maßzeichnungen für das Trägerband und die Spule werden bereitgestellt, mit Standardtoleranzen von ±0,1 mm, sofern nicht anders angegeben.

7.2 Etikettenerklärung

Das Verpackungsetikett enthält mehrere wichtige Kennungen: CPN (Kunden-Produktnummer), P/N (Produktnummer), QTY (Packungsmenge), CAT (Lichtstärke-Klasse/Bin), HUE (Farbwertkoordinaten & Dominante Wellenlänge-Klasse/Bin), REF (Durchlassspannung-Klasse) und LOT No (Losnummer für Rückverfolgbarkeit).

8. Anwendungsdesign-Überlegungen

8.1 Schaltungsschutz

Eine grundlegende Designregel ist die zwingende Verwendung eines Reihen-Strombegrenzungswiderstands. Die Durchlassspannung einer LED hat einen negativen Temperaturkoeffizienten und Produktionsschwankungen. Ein leichter Anstieg der Versorgungsspannung kann einen großen, möglicherweise zerstörerischen Anstieg des Durchlassstroms verursachen, wenn dieser nicht durch einen Widerstand oder einen Konstantstromtreiber begrenzt wird.

8.2 Thermomanagement

Obwohl es sich um eine kleine SMD-Komponente handelt, müssen die Verlustleistung (max. 60 mW) und das Derating des Durchlassstroms mit der Umgebungstemperatur berücksichtigt werden. Eine ausreichende PCB-Kupferfläche um die thermischen Pads (falls vorhanden) oder eine allgemeine Plattenkühlung kann in Hochtemperatur- oder Hochstromanwendungen erforderlich sein, um Leistung und Lebensdauer aufrechtzuerhalten.

8.3 Optisches Design

Der breite 120-Grad-Abstrahlwinkel macht diese LED geeignet für Anwendungen, die eine breite Ausleuchtung oder Sichtbarkeit aus mehreren Winkeln erfordern. Für fokussiertes Licht wären Sekundäroptiken (Linsen) erforderlich. Das klare Harzgehäuse ist optimal für Anwendungen, bei denen die wahre Chipfarbe ohne Diffusion gewünscht ist.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

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

A: Unter Verwendung des Ohmschen Gesetzes (R = (Vversorgung - Vf) / If) und typischer Werte (Vf=2,2V, If=20mA) ergibt sich R = (5 - 2,2) / 0,02 = 140 Ohm. Ein Standard-150-Ohm-Widerstand wäre ein sicherer Ausgangspunkt, aber die minimale Vf (1,7V) sollte überprüft werden, um sicherzustellen, dass der Strom den Maximalwert nicht überschreitet.

F: Kann ich diese LED mit einem 3,3V-Mikrocontroller-Pin ansteuern?

A: Ja, aber der Wirkungsgrad wird niedriger sein. Bei Vf typ=2,2V und einer 3,3V-Versorgung beträgt der Spannungsabfall über dem Widerstand nur 1,1V. Um 20mA zu erreichen, ist R = 1,1 / 0,02 = 55 Ohm erforderlich. Stellen Sie sicher, dass der Mikrocontroller-Pin den erforderlichen Strom liefern/aufnehmen kann.

F: Warum ist der Lagerungstemperaturbereich breiter als der Betriebsbereich?

A: Der Betriebsbereich berücksichtigt das aktive Halbleiterverhalten, die Lichtausgabe und die Langzeitzuverlässigkeit unter elektrischer Belastung. Der Lagerbereich gilt für passive Komponenten, bei denen nur die Materialintegrität und Feuchtigkeitsaufnahme von Belang sind, was einen etwas breiteren Temperaturbereich zulässt.

F: Worauf bezieht sich die Farbe "Brillantgelb"?

A: Sie beschreibt den spezifischen Farbton, der durch das AlGaInP-Halbleitermaterial erzeugt wird, entsprechend einer dominanten Wellenlänge im Bereich von 585-592 nm. Es handelt sich um ein gesättigtes, reines Gelb im Vergleich zu breitbandigeren oder phosphorkonvertierten Gelbtönen.

10. Design- und Anwendungs-Fallstudie

Szenario: Entwurf eines Statusanzeigepanels für ein Konsumgerät.Ein Designer benötigt mehrere helle, einheitliche gelbe Indikatoren auf einer dicht bestückten Leiterplatte. Die 19-213 LED wird aufgrund ihrer geringen Größe, Kompatibilität mit der Automatenbestückung und klaren Binning für Helligkeit (R1-Bin für hohe Helligkeit gewählt) und Wellenlänge (D4-Bin für einheitliche Farbe) ausgewählt. Das PCB-Layout verwendet die genauen Gehäuseabmessungen aus dem Datenblatt. Eine 5V-Schiene ist verfügbar, daher wird ein 150-Ohm-0805-Widerstand in Reihe mit jeder LED platziert, basierend auf der typischen Vf berechnet. Der Montagebetrieb wird angewiesen, das spezifizierte Reflow-Profil einzuhalten und die Spulen zu trocknen, wenn die Feuchtigkeitssperrbeutel vor der Verwendung länger als 48 Stunden geöffnet waren. Der breite Abstrahlwinkel stellt sicher, dass die Indikatoren im Endprodukt aus verschiedenen Blickwinkeln sichtbar sind.

11. Einführung in das technische Prinzip

Diese LED basiert auf einem AlGaInP (Aluminium-Gallium-Indium-Phosphid) Halbleiterchip. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich des Halbleiters und setzen Energie in Form von Photonen frei. Die spezifische Zusammensetzung der AlGaInP-Legierung bestimmt die Bandlückenenergie, die direkt der Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts entspricht – in diesem Fall Gelb (~591 nm). Der Chip ist in einem Oberflächenmontagegehäuse mit leitfähigem Epoxidharz oder Lot montiert und mit Bonddrähten an die Gehäuseanschlüsse verbunden. Er wird dann in einem klaren Epoxid- oder Silikonharz eingekapselt, das den Chip schützt, als Linse zur Formung der Lichtausgabe dient und mechanische Stabilität bietet.

12. Technologietrends und Kontext

SMD-LEDs wie die 19-213 repräsentieren den Industriestandard für Anzeige- und Hintergrundbeleuchtungsanwendungen und haben aufgrund der Fertigungseffizienz und Größe weitgehend Durchsteck-LEDs ersetzt. Die Verwendung von AlGaInP-Material bietet hohe Effizienz und Farbreinheit im roten, orangen und gelben Spektrum. Aktuelle Trends in der breiteren LED-Industrie konzentrieren sich weiterhin auf die Steigerung der Lichtausbeute (Lumen pro Watt), die Verbesserung der Farbwiedergabe, weitere Miniaturisierung (z.B. Chip-Scale-Packages) und die Erhöhung der Zuverlässigkeit unter höherer Temperatur und Stromdichte. Für Standard-Anzeigeanwendungen ist die Technologie ausgereift, wobei der Schwerpunkt auf kostenoptimierter Fertigung, strengem Binning für Konsistenz und der Einhaltung sich entwickelnder Umweltvorschriften (halogenfrei, geringerer CO2-Fußabdruck) liegt.