SMD LED 17-21 Brilliantgelb Datenblatt - Gehäuse 1.6x0.8x0.6mm - Spannung 1.75-2.35V - Leistung 60mW - Technische Dokumentation

1. Produktübersicht

Die 17-21 SMD LED ist ein kompaktes, oberflächenmontierbares Bauteil, das für hochdichte Anwendungen entwickelt wurde, die eine brillantgelbe Lichtquelle erfordern. Ihr Hauptvorteil liegt im deutlich reduzierten Platzbedarf im Vergleich zu herkömmlichen LEDs mit Anschlussrahmen, was kleinere Leiterplatten (PCB)-Designs, eine höhere Bauteildichte und letztlich kompaktere Endgeräte ermöglicht. Die leichte Bauweise macht sie zudem ideal für Miniatur- und tragbare Anwendungen, bei denen Gewicht und Platz kritische Einschränkungen darstellen.

Diese LED ist ein monochromatischer Typ, der ein brillantgelbes Licht emittiert. Sie ist aus AlGaInP (Aluminium-Gallium-Indium-Phosphid)-Halbleitermaterial aufgebaut, das für seine hohe Effizienz und Farbreinheit im gelb-roten Spektrum bekannt ist. Das Bauteil ist in klarem Harz eingekapselt, um eine maximale Lichtausbeute zu gewährleisten. Es entspricht vollständig der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe), den EU-REACH-Verordnungen und ist halogenfrei, wodurch strenge Umweltstandards erfüllt werden (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm). Das Produkt wird auf 8-mm-Trägerbändern auf Spulen mit 7 Zoll Durchmesser geliefert, was eine vollständige Kompatibilität mit automatischen Bestückungsanlagen und Standard-Lötverfahren wie Infrarot- oder Dampfphasenreflow-Löten gewährleistet.

2. Vertiefung der technischen Parameter

2.1 Absolute Grenzwerte

Diese Grenzwerte definieren die Belastungsgrenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Ein Betrieb unter oder an diesen Grenzen ist nicht garantiert und sollte für eine zuverlässige Leistung vermieden werden.

• Sperrspannung (VR):5 V. Das Überschreiten dieser Spannung in Sperrrichtung kann zum Durchbruch des pn-Übergangs führen.
• Dauer-Durchlassstrom (IF):25 mA. Der maximale Gleichstrom, der kontinuierlich angelegt werden darf.
• Spitzen-Durchlassstrom (IFP):60 mA. Dies ist der maximale gepulste Durchlassstrom, der nur bei einem Tastverhältnis von 1/10 bei 1 kHz zulässig ist. Dieser Grenzwert ist für Multiplexing oder kurze Überstrombedingungen nützlich.
• Verlustleistung (Pd):60 mW. Die maximale Leistung, die das Gehäuse abführen kann, berechnet als Durchlassspannung (VF) multipliziert mit dem Durchlassstrom (IF).
• Elektrostatische Entladung (ESD) Human Body Model (HBM):2000 V. Dies gibt die Empfindlichkeit des Bauteils gegenüber statischer Elektrizität an. Richtige ESD-Handhabungsverfahren sind zwingend erforderlich.
• Betriebstemperatur (Topr):-40 bis +85 °C. Der Umgebungstemperaturbereich, in dem der Betrieb des Bauteils spezifiziert ist.
• Lagertemperatur (Tstg):-40 bis +90 °C.
• Löttemperatur (Tsol):Für Reflow-Löten wird eine Spitzentemperatur von 260°C für maximal 10 Sekunden spezifiziert. Für Handlötung sollte die Lötspitzentemperatur 350°C nicht überschreiten, mit einer maximalen Kontaktzeit von 3 Sekunden pro Anschluss.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Diese Parameter werden bei einer Sperrschichttemperatur (Tj) von 25°C und einem Durchlassstrom von 20 mA gemessen, was der Standardtestbedingung entspricht.

• Lichtstärke (Iv):Reicht von einem Minimum von 57,00 mcd bis zu einem Maximum von 112,00 mcd. Der typische Wert liegt innerhalb dieses Bereichs. Für die Lichtstärke gilt eine Toleranz von ±11%.
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):Der typische volle Abstrahlwinkel bei halber Intensität beträgt 140 Grad, was ein breites Abstrahlmuster für Hintergrundbeleuchtungen und Indikatoranwendungen bietet.
• Spitzenwellenlänge (λp):Die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsverteilung maximal ist. Der typische Wert beträgt 591 nm, was sie in den brillantgelben Bereich einordnet.
• Dominante Wellenlänge (λd):Liegt im Bereich von 585,50 nm bis 591,50 nm. Dies ist die einzelne Wellenlänge, die das menschliche Auge wahrnimmt und die der Farbe der LED-Ausgabe entspricht. Eine enge Toleranz von ±1 nm ist spezifiziert.
• Spektrale Bandbreite (Δλ):Die typische Halbwertsbreite (FWHM) des Emissionsspektrums beträgt 15 nm, was auf eine relativ schmale und reine Farbemission hinweist.
• Durchlassspannung (VF):Liegt bei 20 mA im Bereich von 1,75 V bis 2,35 V. Eine Toleranz von ±0,1 V ist spezifiziert. Dieser Parameter ist entscheidend für das Design der strombegrenzenden Schaltung.
• Sperrstrom (IR):Maximal 10 µA bei einer angelegten Sperrspannung von 5V. Es ist wichtig zu beachten, dass dieses Bauteil nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt ist; diese Testbedingung dient nur der Charakterisierung.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um die Konsistenz in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs basierend auf wichtigen Leistungsparametern in Bins sortiert. Dies ermöglicht es Designern, Bauteile auszuwählen, die spezifische Anforderungen an Helligkeit, Farbe und elektrische Eigenschaften erfüllen.

3.1 Binning der Lichtstärke

Sortiert bei IF=20mA. Drei Bins sind definiert: P2 (57,00-72,00 mcd), Q1 (72,00-90,00 mcd) und Q2 (90,00-112,00 mcd). Dies ermöglicht eine Auswahl basierend auf den erforderlichen Helligkeitsstufen.

3.2 Binning der dominanten Wellenlänge

Sortiert bei IF=20mA. Zwei Bins sind definiert: D3 (585,50-588,50 nm) und D4 (588,50-591,50 nm). Diese enge Kontrolle stellt eine minimale Farbvariation innerhalb einer Anwendung sicher.

3.3 Binning der Durchlassspannung

Sortiert bei IF=20mA. Drei Bins sind definiert: 0 (1,75-1,95 V), 1 (1,95-2,15 V) und 2 (2,15-2,35 V). Die Auswahl von LEDs aus demselben Spannungs-Bin kann helfen, eine gleichmäßigere Helligkeit bei Ansteuerung durch eine Konstantspannungsquelle zu erreichen oder die Berechnung des strombegrenzenden Widerstands zu vereinfachen.

4. Analyse der Leistungskurven

Während spezifische grafische Kurven im bereitgestellten Text nicht detailliert sind, würden typische elektro-optische Eigenschaften für solche LEDs mehrere Schlüsselbeziehungen umfassen. DieStrom-Spannungs-Kennlinie (I-V-Kurve)würde die exponentielle Beziehung zeigen, wobei die Durchlassspannung mit Strom und Temperatur ansteigt. DieLichtstärke-Durchlassstrom-Kennlinie (I-L-Kurve)wäre typischerweise im Betriebsbereich nahezu linear und zeigt, dass die Lichtausgabe direkt proportional zum Strom ist. DieLichtstärke-Umgebungstemperatur-Kennliniewürde eine Abnahme der Ausgabe bei steigender Temperatur zeigen, eine Eigenschaft aller LEDs. DasSpektrale Verteilungsdiagrammwürde einen einzelnen Peak bei etwa 591 nm mit einer Halbwertsbreite von etwa 15 nm zeigen und damit die schmalbandige gelbe Emission bestätigen. Das Verständnis dieser Kurven ist für das thermische Management und das Design der Treiberschaltung wesentlich, um eine konsistente Leistung über den gesamten Betriebstemperaturbereich aufrechtzuerhalten.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die 17-21 SMD LED hat ein kompaktes Oberflächenmontagegehäuse. Wichtige Abmessungen (mit einer Standardtoleranz von ±0,1 mm, sofern nicht anders angegeben) umfassen eine Länge von 1,6 mm, eine Breite von 0,8 mm und eine Höhe von 0,6 mm. Das Gehäuse verfügt über eine Kathodenmarkierung zur korrekten Polungserkennung während der Montage. Präzise Empfehlungen für das Lötflächenbild (Footprint) sollten aus der detaillierten Maßzeichnung abgeleitet werden, um eine korrekte Lötung und Ausrichtung sicherzustellen.

5.2 Polungserkennung

Die korrekte Polung ist für den Betrieb des Bauteils unerlässlich. Das Gehäuse enthält eine deutliche Kathodenmarkierung. Das Einsetzen der LED in umgekehrter Polung verhindert das Leuchten und kann, wenn die Sperrspannung den absoluten Grenzwert von 5V überschreitet, zu dauerhaften Schäden führen.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil

Das Bauteil ist mit bleifreien (Pb-freien) Reflow-Lötverfahren kompatibel. Das empfohlene Temperaturprofil umfasst: 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 für höchstens 10 Sekunden gehalten wird; und maximale Aufheiz- und Abkühlraten von 6°C/Sek. bzw. 3°C/Sek. Das Reflow-Löten sollte nicht mehr als zweimal durchgeführt werden. Spannungen am LED-Gehäuse während des Erhitzens und Verzug der Leiterplatte nach dem Löten müssen vermieden werden.

6.2 Handlötung

Falls Handlötung notwendig ist, muss äußerste Vorsicht walten. Die Lötspitzentemperatur sollte unter 350°C liegen, und die Kontaktzeit mit jedem Anschluss sollte 3 Sekunden nicht überschreiten. Ein Lötkolben mit geringer Leistung (<25W) wird empfohlen. Zwischen dem Löten jedes Anschlusses sollte ein Intervall von mindestens 2 Sekunden eingehalten werden. Handlötung birgt ein höheres Risiko für thermische Schäden.

6.3 Lagerung und Feuchtigkeitssensitivität

Die LEDs sind in feuchtigkeitsbeständigen Barrieretüten mit Trockenmittel verpackt. Die Tüte darf erst geöffnet werden, wenn die Bauteile verwendet werden sollen. Nach dem Öffnen sollten unbenutzte LEDs bei 30°C oder weniger und 60% relativer Luftfeuchtigkeit oder weniger gelagert werden. Die "Floor Life" nach dem Öffnen beträgt 168 Stunden (7 Tage). Wird diese Zeit überschritten oder zeigt der Trockenmittelindikator Sättigung an, müssen die Bauteile vor der Verwendung 24 Stunden lang bei 60 ± 5°C getrocknet (gebaket) werden, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und "Popcorning" während des Reflow-Lötens zu verhindern.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

Die Standardverpackung besteht aus 3000 Stück pro Spule. Die Abmessungen des Trägerbands und der Spule sind spezifiziert, um die Kompatibilität mit automatischen Bestückungsanlagen sicherzustellen. Das Verpackungsetikett enthält wichtige Informationen für die Rückverfolgbarkeit und korrekte Anwendung: Kundenteilenummer (CPN), Teilenummer (P/N), Packmenge (QTY), Lichtstärkenklasse (CAT), Farbort-/Dominante-Wellenlängen-Klasse (HUE), Durchlassspannungsklasse (REF) und Losnummer (LOT No).

8. Anwendungsempfehlungen

8.1 Typische Anwendungsszenarien

• Hintergrundbeleuchtung:Ideal für Instrumententafel-Anzeigen, Schalter-Hintergrundbeleuchtung und flache Hintergrundbeleuchtungen für LCDs und Symbole aufgrund des breiten Abstrahlwinkels und der gleichmäßigen Lichtausgabe.
• Telekommunikationsgeräte:Geeignet als Statusanzeigen und Tastatur-Hintergrundbeleuchtungen in Telefonen und Faxgeräten.
• Allgemeine Anzeige:Kann in einer Vielzahl von Unterhaltungselektronik, Industrie-Steuerungen und Geräten verwendet werden, wo ein hellgelber Indikator benötigt wird.

8.2 Design-Überlegungen

Strombegrenzung:Ein externer strombegrenzender Widerstand ist zwingend erforderlich. LEDs sind stromgesteuerte Bauteile, und eine kleine Änderung der Durchlassspannung kann eine große Stromänderung verursachen, was möglicherweise zu thermischem Durchgehen und Ausfall führt. Der Widerstandswert (R) kann mit dem Ohmschen Gesetz berechnet werden: R = (Versorgungsspannung - VF) / IF, wobei VF die Durchlassspannung der LED beim gewünschten Strom IF ist. Immer für die maximal spezifizierte VF dimensionieren, um sicherzustellen, dass der Strom das Limit nicht überschreitet.Thermisches Management:Obwohl die Verlustleistung gering ist, ist die Aufrechterhaltung einer niedrigen Sperrschichttemperatur der Schlüssel zur langfristigen Zuverlässigkeit und stabilen Lichtausgabe. Sorgen Sie für ausreichende Kupferfläche auf der Leiterplatte oder thermische Durchkontaktierungen, wenn bei hohen Umgebungstemperaturen oder nahe dem maximalen Strom betrieben wird.ESD-Schutz:Implementieren Sie geeignete ESD-Schutzmaßnahmen in der Schaltung und während der Handhabung, da das Bauteil für 2000V HBM ausgelegt ist.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die primäre Differenzierung der 17-21 LED liegt in der Kombination eines sehr kleinen Formfaktors (1,6x0,8mm) mit den Leistungsmerkmalen der AlGaInP-Technologie. Im Vergleich zu älteren gelben Durchsteck-LEDs bietet sie eine massive Reduzierung des Platzbedarfs auf der Platine und des Gewichts. Im Vergleich zu anderen gelben SMD-LEDs bietet ihre spezifische Binning-Struktur für Lichtstärke (P2, Q1, Q2), dominante Wellenlänge (D3, D4) und Durchlassspannung (0, 1, 2) Designern ein hohes Maß an Kontrolle über die Konsistenz der visuellen und elektrischen Leistung ihres Endprodukts. Der breite 140-Grad-Abstrahlwinkel ist ein Schlüsselvorteil für Hintergrundbeleuchtungsanwendungen gegenüber Bauteilen mit engerem Winkel.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQs)

F: Was ist die Hauptursache für LED-Ausfälle in der Anwendung?

A: Die häufigste Ursache ist Überstrom aufgrund unzureichender oder fehlender Strombegrenzungsschaltung oder dem Betrieb der LED von einer ungeregelten Spannungsquelle. Thermische Überlastung durch übermäßige Löt-Hitze oder Betrieb bei hoher Umgebungstemperatur ist ein weiterer Hauptfaktor.

F: Kann ich diese LED direkt von einer 3,3V- oder 5V-Logikversorgung ansteuern?

A: Nein. Sie müssen immer einen Reihen-Strombegrenzungswiderstand verwenden. Zum Beispiel, bei einer 5V-Versorgung und einer typischen VF von 2,0V bei 20mA, wäre der erforderliche Widerstand (5V - 2,0V) / 0,02A = 150 Ohm. Immer für die maximale VF berechnen, um einen sicheren Strom zu gewährleisten.

F: Warum sind die Lagerungs- und Trocknungsinformationen so wichtig?

A: SMD-Gehäuse können Feuchtigkeit aus der Luft aufnehmen. Während des Hochtemperatur-Relflow-Lötprozesses kann diese eingeschlossene Feuchtigkeit schnell verdampfen und einen Innendruck erzeugen, der das Epoxidharzgehäuse zum Platzen bringen kann ("Popcorning"), was zu sofortigem oder latentem Ausfall führt.

F: Wie interpretiere ich die Bin-Codes auf dem Etikett?

A: Der CAT-Code entspricht dem Lichtstärke-Bin (z.B. Q1), der HUE-Code dem dominanten Wellenlängen-Bin (z.B. D4) und der REF-Code dem Durchlassspannungs-Bin (z.B. 1). Die Auswahl von Bauteilen mit denselben Bin-Codes stellt eine minimale Variation innerhalb einer Produktionscharge sicher.

11. Praktisches Design- und Anwendungsbeispiel

Fall: Design einer Statusanzeigetafel mit gleichmäßiger Helligkeit.Ein Designer erstellt ein Bedienfeld mit 20 gelben LED-Anzeigen. Um sicherzustellen, dass alle LEDs gleich hell erscheinen, spezifiziert er LEDs aus demselben Lichtstärke-Bin (z.B. alle aus dem Q1-Bin: 72-90 mcd). Um das Treiberschaltungsdesign zu vereinfachen und einen konsistenten Strom zu gewährleisten, spezifiziert er auch LEDs aus demselben Durchlassspannungs-Bin (z.B. alle aus Bin 1: 1,95-2,15V). Er berechnet einen einzelnen Strombegrenzungswiderstandswert unter Verwendung der maximalen VF aus diesem Bin (2,15V), um sicherzustellen, dass keine LED 20mA überschreitet, selbst bei Toleranzen der Versorgungsspannung. Der breite 140-Grad-Abstrahlwinkel stellt sicher, dass die Anzeigen von verschiedenen Bedienerpositionen aus sichtbar sind. Das kleine 17-21-Gehäuse ermöglicht es, die Anzeigen sehr eng beieinander auf einer dichten Leiterplatte zu platzieren.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Leuchtdioden (LEDs) sind Halbleiterbauteile, die Licht durch Elektrolumineszenz emittieren. Wenn eine Durchlassspannung an den pn-Übergang angelegt wird, rekombinieren Elektronen aus dem n-dotierten Material mit Löchern aus dem p-dotierten Material im aktiven Bereich. Für diese spezielle brillantgelbe LED ist das Halbleitermaterial AlGaInP. Die Bandlücke dieses Verbindungshalbleiters bestimmt die Wellenlänge (Farbe) der emittierten Photonen. In diesem Fall ist die Bandlücke so ausgelegt, dass Photonen mit einer Wellenlänge um 591 nm erzeugt werden, die das menschliche Auge als brillantgelb wahrnimmt. Das klare Epoxidharz-Einkapselungsmaterial schützt den Halbleiterchip und wirkt als Linse, die das Licht in den spezifizierten 140-Grad-Abstrahlwinkel formt.

13. Technologietrends

Der Trend bei Indikator- und Hintergrundbeleuchtungs-LEDs geht weiterhin in Richtung höherer Effizienz (mehr Lichtausbeute pro Einheit elektrischer Leistung), kleinerer Gehäusegrößen für noch kompaktere Geräte und verbesserter Farbkonstanz und -stabilität über Temperatur und Lebensdauer. Es gibt auch einen starken Trend zur breiteren Einführung umweltfreundlicher Materialien und Fertigungsprozesse, wie die RoHS-, REACH- und Halogenfrei-Konformität dieses Produkts zeigt. Integration, wie die Einbindung des strombegrenzenden Widerstands oder von Schutzdioden in das LED-Gehäuse selbst, ist ein weiterer anhaltender Trend, um das Schaltungsdesign zu vereinfachen und Leiterplattenplatz zu sparen. Für gelbe LEDs bleibt AlGaInP die dominante Hochleistungs-Materialtechnologie, mit laufenden Verbesserungen der epitaktischen Wachstumsprozesse, um eine bessere Effizienz und engere Wellenlängensteuerung zu erzielen.