SMD LED 19-219 Brilliantgelb Datenblatt - Größe 1,6x0,8x0,65mm - Durchlassspannung 1,7-2,2V - Lichtstärke 18-45mcd - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die 19-219 ist eine oberflächenmontierbare (SMD) LED, die ein brillantes Gelb emittiert. Sie basiert auf AlGaInP-Chip-Technologie und ist in klarem Harz vergossen. Ihre Hauptvorteile umfassen eine kompakte Bauform, Kompatibilität mit automatisierten Bestückungsprozessen sowie die Einhaltung moderner Umwelt- und Sicherheitsstandards wie RoHS, REACH und halogenfreie Anforderungen.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die deutlich kleinere Größe im Vergleich zu bedrahteten LEDs ermöglicht eine höhere Packungsdichte auf Leiterplatten (PCBs), was zu reduzierter Gesamtgröße und Gewicht der Geräte führt. Dies macht sie besonders geeignet für Miniatur- und platzbeschränkte Anwendungen. Das Bauteil ist auf 8-mm-Trägerband gewickelt, das auf einer 7-Zoll-Rolle geliefert wird, und erleichtert so die Hochgeschwindigkeits-Bestückung. Die primären Zielmärkte sind Konsumelektronik, Automotive-Innenraum, Telekommunikationsgeräte und allgemeine Anzeigeanwendungen, die zuverlässige, kompakte Beleuchtung erfordern.

2. Technische Parameter im Detail

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Analyse der spezifizierten elektrischen, optischen und thermischen Schlüsselparameter der 19-219 LED.

2.1 Absolute Grenzwerte

Die absoluten Grenzwerte definieren die Limits, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Dies sind keine Betriebsbedingungen.

• Sperrspannung (V_R):5V. Das Überschreiten dieser Spannung in Sperrrichtung kann zum Sperrschichtdurchbruch führen.
• Dauer-Durchlassstrom (I_F):25 mA. Der maximal zulässige kontinuierliche Gleichstrom.
• Spitzen-Durchlassstrom (I_FP):60 mA. Dieser ist nur unter gepulsten Bedingungen zulässig (Tastverhältnis 1/10 bei 1 kHz), um transiente Stromspitzen zu bewältigen.
• Verlustleistung (P_d):60 mW. Die maximale Leistung, die das Gehäuse abführen kann, berechnet als V_F* I_F.
• Elektrostatische Entladung (ESD) Human Body Model (HBM):2000V. Zeigt eine moderate ESD-Robustheit an; Standard-ESD-Handhabungsvorkehrungen sind dennoch erforderlich.
• Betriebstemperatur (T_opr):-40°C bis +85°C. Der Umgebungstemperaturbereich, in dem der Betrieb spezifiziert ist.
• Lagertemperatur (T_stg):-40°C bis +90°C.
• Löttemperatur:Das Bauteil hält Reflow-Lötprozesse mit einer Spitzentemperatur von 260°C für bis zu 10 Sekunden oder Handlötung bei 350°C für bis zu 3 Sekunden pro Anschluss stand.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Diese Parameter werden unter Standardtestbedingungen von I_F= 5 mA und T_a= 25°C gemessen, sofern nicht anders angegeben. Sie repräsentieren typische Werte.

• Lichtstärke (I_v):18 bis 45 Millicandela (mcd). Diese große Bandbreite wird durch ein Binning-System verwaltet (siehe Abschnitt 3). Die Toleranz beträgt ±11%.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):130 Grad (typisch). Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte ihres Spitzenwertes abfällt, was auf ein breites Abstrahlverhalten hinweist.
• Spitzenwellenlänge (λ_p):591 nm (typisch). Die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsverteilung maximal ist.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):585,5 bis 594,5 nm. Diese definiert die wahrgenommene Farbe (Gelb) und unterliegt ebenfalls dem Binning. Die Toleranz beträgt ±1 nm.
• Spektrale Bandbreite (Δλ):15 nm (typisch). Die Breite des emittierten Spektrums bei halber Maximalintensität.
• Durchlassspannung (V_F):1,7 bis 2,2 V bei 5 mA. Diese Bandbreite wird durch Spannungs-Binning verwaltet. Die Toleranz beträgt ±0,05V.
• Sperrstrom (I_R):10 μA (max) bei V_R= 5V.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um Farb- und Helligkeitskonsistenz in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs basierend auf Schlüsselparametern in Bins sortiert.

3.1 Lichtstärke-Binning

Die Bins werden durch Minimal- und Maximalwerte der Lichtstärke bei I_F=5mA definiert.

• Bin M1:18,0 - 22,5 mcd
• Bin M2:22,5 - 28,5 mcd
• Bin N1:28,2 - 36,0 mcd
• Bin N2:36,0 - 45,0 mcd

3.2 Dominante Wellenlänge-Binning

LEDs werden nach ihrer präzisen dominanten Wellenlänge gruppiert, um Farbgleichmäßigkeit zu gewährleisten.

• Gruppe A, Bin D3:585,5 nm
• Gruppe A, Bin D4:588,5 nm
• Gruppe A, Bin D5:591,5 nm

3.3 Durchlassspannungs-Binning

Sortiert in 0,1V-Schritten, um die Schaltungsauslegung zu unterstützen, insbesondere für die Berechnung des Vorwiderstands und das Power-Management.

• Bin 19:1,7 - 1,8 V
• Bin 20:1,8 - 1,9 V
• Bin 21:1,9 - 2,0 V
• Bin 22:2,0 - 2,1 V
• Bin 23:2,1 - 2,2 V

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere charakteristische Kurven, die entscheidend für das Verständnis des Bauteilverhaltens unter verschiedenen Betriebsbedingungen sind.

4.1 Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Diese Kurve zeigt, dass die Lichtleistung mit dem Strom ansteigt, jedoch nicht linear. Bei sehr niedrigen Strömen ist der Anstieg steil, bei höheren Strömen neigt er aufgrund von Effizienzabfall und thermischen Effekten zur Sättigung. Dies unterstreicht die Bedeutung, die LED bei ihrem spezifizierten Strom für optimale Helligkeit und Lebensdauer zu betreiben.

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

Die I-V-Kennlinie ist exponentiell, typisch für eine Diode. Eine kleine Änderung der Durchlassspannung führt zu einer großen Änderung des Durchlassstroms. Dies unterstreicht die kritische Notwendigkeit eines Konstantstrom-Treibers oder eines genau berechneten Vorwiderstands, um thermisches Durchgehen und Bauteilversagen zu verhindern.

4.3 Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur

Die LED-Lichtleistung nimmt mit steigender Sperrschichttemperatur ab. Diese Kurve quantifiziert die Entlastung und zeigt, dass die Lichtstärke erheblich sinken kann, wenn die Umgebungstemperatur die maximale Betriebsgrenze erreicht. Ein effektives thermisches Management auf der Leiterplatte ist für eine konstante Helligkeit unerlässlich.

4.4 Durchlassstrom-Entlastungskurve

Dieses Diagramm definiert den maximal zulässigen kontinuierlichen Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur. Um die Zuverlässigkeit zu gewährleisten, muss der Durchlassstrom bei hohen Umgebungstemperaturen reduziert werden, um die Sperrschichttemperatur innerhalb sicherer Grenzen zu halten.

4.5 Spektrale Verteilung und Abstrahlcharakteristik

Das Spektrum bestätigt die monochromatische Gelb-Emission um 591 nm. Das Abstrahldiagramm zeigt das lambertähnliche Abstrahlverhalten mit einem breiten Abstrahlwinkel von 130 Grad, geeignet für Anwendungen, die eine großflächige Ausleuchtung erfordern.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Das Bauteil hat einen kompakten Footprint. Wichtige Abmessungen (in mm) sind: Länge: 1,6 ±0,1, Breite: 0,8 ±0,1, Höhe: 0,65 ±0,1. Die Kathode ist durch eine spezifische Pad-Geometrie oder Markierung auf der Gehäuseunterseite gekennzeichnet.

5.2 Empfohlene Lötpad-Anordnung

Ein empfohlenes Land Pattern für das Leiterplattendesign wird bereitgestellt, mit Abmessungen für Anoden- und Kathoden-Pads. Das Design umfasst thermische Entlastung und korrekten Abstand für zuverlässiges Löten und mechanische Stabilität. Ingenieure sollten dieses Pattern basierend auf ihrem spezifischen Leiterplattenfertigungsprozess und thermischen Anforderungen anpassen.

6. Löt- und Bestückungsrichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil

Ein bleifreies Reflow-Profil wird spezifiziert: Vorwärmen: 150-200°C für 60-120s; Zeit über Liquidus (217°C): 60-150s; Spitzentemperatur: max. 260°C für max. 10 Sekunden. Die maximalen Aufheiz- und Abkühlraten sind ebenfalls definiert, um thermische Belastung zu minimieren.

6.2 Kritische Vorsichtsmaßnahmen

• Strombegrenzung:Ein externer strombegrenzender Widerstand ist zwingend erforderlich. Die exponentielle I-V-Charakteristik der LED bedeutet, dass bereits geringe Schwankungen der Versorgungsspannung zerstörerische Stromspitzen verursachen können.
• Reflow-Zyklen:Die LED darf nicht mehr als zwei Reflow-Lötzyklen ausgesetzt werden.
• Mechanische Belastung:Vermeiden Sie mechanische Belastung des LED-Gehäuses während des Lötens oder der Platinenhandhabung. Verbiegen Sie die Leiterplatte nach der Bestückung nicht.
• Handlöten:Falls erforderlich, verwenden Sie eine temperaturgeregelte Lötspitze (<350°C) mit einer Leistung kleiner 25W. Begrenzen Sie die Kontaktzeit auf 3 Sekunden pro Anschluss mit ausreichenden Abkühlintervallen zwischen den Pins.

7. Lagerung und Handhabung

Das Bauteil ist feuchtigkeitsempfindlich (MSL).

• Vor dem Öffnen:Lagern bei ≤30°C und ≤90% relativer Luftfeuchtigkeit (RH).
• Nach dem Öffnen:Die "Floor Life" unter ≤30°C/≤60% RH beträgt 1 Jahr. Unbenutzte Bauteile müssen in ihrer feuchtigkeitsdichten Beutel mit Trockenmittel wieder versiegelt werden.
• Trocknen (Baking):Wenn die Lagerzeit überschritten wurde oder der Trockenmittel-Indikator Feuchtigkeit anzeigt, trocknen Sie die Bauteile vor der Verwendung bei 60 ±5°C für 24 Stunden, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und "Popcorning" während des Reflow-Lötens zu verhindern.

8. Verpackungs- und Bestellinformationen

Die Standardverpackung ist 3000 Stück pro Rolle auf 8-mm-Trägerband. Die Rollenabmessungen werden für die Einrichtung automatischer Bestückungsgeräte angegeben. Das Etikett auf der Rolle enthält Informationen wie Artikelnummer, Menge, Lichtstärke-Bin (CAT), dominante Wellenlänge-Bin (HUE), Durchlassspannungs-Bin (REF) und Losnummer.

9. Anwendungsvorschläge

9.1 Typische Anwendungsszenarien

• Automotive-Innenraum:Hintergrundbeleuchtung für Armaturenbrettinstrumente, Schalter und Bedienfelder.
• Telekommunikation:Statusanzeigen und Tastaturbeleuchtung in Telefonen und Faxgeräten.
• Konsumelektronik:Flache Hintergrundbeleuchtung für kleine LCDs, Schalterbeleuchtung und symbolische Anzeigen.
• Allgemeine Anzeigezwecke:Netzstatus, Modusauswahl und Warnanzeigen in verschiedenen elektronischen Geräten.

9.2 Design-Überlegungen

• Ansteuerschaltung:Verwenden Sie stets einen Vorwiderstand oder Konstantstromtreiber. Berechnen Sie den Widerstandswert mit R = (V_versorgung- V_F) / I_F, unter Berücksichtigung des ungünstigsten V_F-Werts aus dem Binning-Bereich.
• Thermisches Management:Obwohl es sich um ein Niedrigleistungsbauteil handelt, sorgen Sie bei Betrieb bei hohen Umgebungstemperaturen oder nahe dem Maximalstrom für ausreichende Kupferflächen auf der Leiterplatte oder thermische Durchkontaktierungen, um Lichtleistung und Lebensdauer zu erhalten.
• Optisches Design:Der breite Abstrahlwinkel eignet sich für die direkte Betrachtung. Für fokussiertes Licht kann eine externe Linse erforderlich sein.

10. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die primäre Differenzierung der 19-219 LED liegt in der Kombination aus sehr kleinem 1608-Gehäuse (1,6x0,8mm) mit einer für ihre Klasse relativ hohen Lichtstärke (bis zu 45 mcd). Die Verwendung von AlGaInP-Technologie ermöglicht eine effiziente Gelb-Emission. Ihre Konformität mit halogenfreien und strengen RoHS/REACH-Standards macht sie für globale Märkte mit strengen Umweltvorschriften geeignet. Im Vergleich zu größeren bedrahteten LEDs ermöglicht sie signifikante Miniaturisierung und Kosteneinsparungen durch automatisierte Bestückung.

11. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Warum ist ein strombegrenzender Widerstand absolut notwendig?

A: Die Durchlassspannung der LED hat einen negativen Temperaturkoeffizienten und eine enge Fertigungstoleranz. Ohne Widerstand kann ein kleiner Anstieg der Versorgungsspannung oder ein Abfall von V_Fdurch Erwärmung dazu führen, dass der Strom unkontrolliert ansteigt und sofortiger Ausfall eintritt.

F: Kann ich diese LED kontinuierlich mit 20mA betreiben?

A: Ja, der maximale Dauer-Durchlassstrom beträgt 25 mA. Betrieb bei 20mA liegt innerhalb der Spezifikation, aber Sie müssen die Umgebungstemperatur unter Verwendung der Entlastungskurve berücksichtigen. Bei hohen Umgebungstemperaturen ist der maximal zulässige Strom niedriger.

F: Was bedeuten die Bin-Codes (M1, D4, 21) für mein Design?

A: Sie gewährleisten Konsistenz innerhalb einer Produktionscharge. Beispielsweise stellen LEDs aus demselben Lichtstärke-Bin (z.B. N2) eine gleichmäßige Helligkeit in einer Anordnung sicher. Die Verwendung desselben Spannungs-Bins vereinfacht die Berechnung des Vorwiderstands. Für kritische Farbanwendungen ist die Spezifikation des dominanten Wellenlänge-Bins (z.B. D4) wesentlich.

F: Wie ist die 1-jährige Floor Life zu interpretieren?

A: Sobald der feuchtigkeitsdichte Beutel geöffnet ist, können die Bauteile Luftfeuchtigkeit aufnehmen. Wenn sie nicht innerhalb eines Jahres unter kontrollierten Bedingungen (30°C/60% RH) verwendet werden, müssen sie vor dem Reflow-Löten erneut getrocknet werden, um interne Gehäuseschäden durch schnelle Dampfausdehnung zu verhindern.

12. Praktisches Design- und Anwendungsbeispiel

Beispiel: Entwurf einer Statusanzeigetafel mit 10 einheitlichen gelben LEDs.

1. Spezifikation:Ziel-Durchlassstrom I_F= 10 mA für einen Kompromiss aus Helligkeit und Lebensdauer. Versorgungsspannung V_versorgung= 5V.
2. Binning-Auswahl:Um visuelle Gleichmäßigkeit zu gewährleisten, spezifizieren Sie LEDs aus einem einzigen Lichtstärke-Bin (z.B. N1: 28,2-36,0 mcd) und einem einzigen dominanten Wellenlänge-Bin (z.B. D4: 588,5 nm).
3. Widerstandsberechnung:Verwenden Sie für ein konservatives Design die maximale Durchlassspannung aus dem gewählten Spannungs-Bin. Bei Verwendung von Bin 22 (V_{F_max}= 2,1V), R = (5V - 2,1V) / 0,01A = 290 Ω. Der nächstgelegene Standardwert (300 Ω) ergibt I_F≈ 9,7 mA, was sicher und innerhalb des Ziels liegt.
4. Leiterplattenlayout:Platzieren Sie die LEDs mit dem empfohlenen Pad-Layout. Integrieren Sie eine kleine Kupferfläche, die mit den Kathoden-Pads verbunden ist, für eine leichte thermische Verbesserung. Stellen Sie sicher, dass die strombegrenzenden Widerstände nahe den LED-Anoden platziert sind.
5. Bestückung:Befolgen Sie das spezifizierte Reflow-Profil. Prüfen Sie nach der Bestückung unter geringer Vergrößerung auf korrekte Lötfüllungen und Ausrichtung.

13. Einführung in das Funktionsprinzip

Die Lichtemission dieser LED basiert auf dem Prinzip der Elektrolumineszenz in einem Halbleiter-p-n-Übergang. Das Chipmaterial ist Aluminium-Gallium-Indium-Phosphid (AlGaInP). Bei Anlegen einer Durchlassspannung werden Elektronen aus dem n-dotierten Bereich und Löcher aus dem p-dotierten Bereich in die aktive Zone injiziert, wo sie rekombinieren. Die bei dieser Rekombination freigesetzte Energie wird als Photonen (Licht) emittiert. Die spezifische Zusammensetzung der AlGaInP-Legierung bestimmt die Bandlückenenergie, die direkt die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts definiert – in diesem Fall brillantes Gelb (~591 nm). Das klare Epoxidharz-Vergussmaterial schützt den Chip und wirkt als Linse, die das Abstrahlverhalten formt.

14. Technologietrends und Kontext

Die 19-219 LED repräsentiert eine ausgereifte SMD-LED-Technologie. Aktuelle Branchentrends bei Anzeige-LEDs konzentrieren sich weiterhin auf mehrere für dieses Produkt relevante Bereiche: weitere Miniaturisierung (z.B. 1005-, 0402-Gehäuse), erhöhte Lichtausbeute (mehr Lichtleistung pro elektrischer Eingangsleistung) und verbesserte Zuverlässigkeit unter rauen Bedingungen (höhere Temperatur, Feuchtigkeit). Es gibt auch einen starken Trend zu breiteren spektralen Optionen innerhalb einer Gehäusegröße und verbesserter Farbkonsistenz durch engere Binning-Toleranzen. Die in diesem Datenblatt hervorgehobene Umweltkonformität (Halogenfrei, REACH) ist mittlerweile eine Standarderwartung für Komponenten auf globalen Märkten und spiegelt die Reaktion der Industrie auf regulatorische und Nachhaltigkeitsanforderungen wider.