SMD LED 19-21/Y2C-CP1Q2B/3T Datenblatt - Abmessungen 2.0x1.25x0.8mm - Spannung 1.75-2.35V - Farbe Brillantgelb - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die 19-21/Y2C-CP1Q2B/3T ist eine Oberflächenmontage-LED (SMD), die für moderne elektronische Anwendungen konzipiert ist, die kompakte Bauweise und zuverlässige Leistung erfordern. Diese Komponente nutzt einen AlGaInP-Halbleiterchip (Aluminium-Gallium-Indium-Phosphid), um ein brillantgelbes Licht zu erzeugen. Die LED ist in einem wasserklaren Kunststoffgehäuse vergossen, was die Lichtauskopplung verbessert und Umweltschutz bietet. Ihre Hauptvorteile sind ein deutlich reduzierter Platzbedarf im Vergleich zu herkömmlichen LEDs mit Anschlussdrähten, was eine höhere Packungsdichte auf Leiterplatten (PCBs) ermöglicht, geringere Lageranforderungen und letztlich zur Miniaturisierung von Endgeräten beiträgt. Die leichte Bauweise macht sie zudem ideal für tragbare und miniaturisierte Anwendungen.

1.1 Hauptmerkmale und Konformität

• Verpackt auf 8-mm-Tape, aufgewickelt auf einer 7-Zoll-Rolle, für die Kompatibilität mit automatischen Bestückungsanlagen.
• Konzipiert für die Verwendung mit Standard-Infrarot- (IR) und Dampfphasen-Reflow-Lötverfahren.
• Einfarbiger Typ, der brillantgelbes Licht emittiert.
• Konstruiert mit bleifreien Materialien.
• Das Produkt entspricht der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe).
• Konformität mit den EU REACH-Verordnungen (Registrierung, Bewertung, Zulassung und Beschränkung chemischer Stoffe).
• Halogenfreie Konstruktion mit Grenzwerten für Brom (Br) und Chlor (Cl) von jeweils <900 ppm und einem kombinierten Gesamtwert von <1500 ppm.

2. Detaillierte technische Spezifikationen

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Grenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb unter diesen Bedingungen ist nicht garantiert. Alle Werte gelten bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C.

• 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 kann.
• Spitzen-Durchlassstrom (IFP):60 mA. Dies ist der maximale gepulste Durchlassstrom, der nur bei einem Tastverhältnis von 1/10 und einer Frequenz von 1 kHz zulässig ist. Er ist entscheidend für Anwendungen mit kurzen, hochintensiven Blitzen.
• Verlustleistung (Pd):60 mW. Die maximale Leistung, die das Bauteil als Wärme abführen kann, berechnet als Durchlassspannung (VF) multipliziert mit Durchlassstrom (IF).
• Elektrostatische Entladung (ESD) Human Body Model (HBM):2000 V. Dieser Wert gibt die Empfindlichkeit der LED gegenüber statischer Elektrizität an. Während der Montage und Handhabung müssen geeignete ESD-Schutzmaßnahmen befolgt werden.
• Betriebstemperaturbereich (Topr):-40°C bis +85°C. Der Umgebungstemperaturbereich, für den das Bauteil ausgelegt ist.
• Lagertemperaturbereich (Tstg):-40°C 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, und zwar für maximal 3 Sekunden pro Anschluss.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Diese Parameter definieren die Leistung der LED unter normalen Betriebsbedingungen, typischerweise gemessen bei Ta=25°C und IF=20mA, sofern nicht anders angegeben.

• Lichtstärke (Iv):Liegt im Bereich von mindestens 45,0 mcd bis maximal 112,0 mcd. Der typische Wert liegt innerhalb dieses Bereichs basierend auf dem Binning-Code (siehe Abschnitt 3).
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):Etwa 100 Grad. Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke die Hälfte der Lichtstärke bei 0 Grad (auf der Achse) beträgt.
• Spitzenwellenlänge (λp):Typischerweise etwa 591 nm. Dies ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsverteilung ihr Maximum erreicht.
• Farbwert (λd):Liegt im Bereich von 585,5 nm bis 591,5 nm. Dies ist die einzelne Wellenlänge, die vom menschlichen Auge wahrgenommen wird und der Farbe des LED-Lichts entspricht.
• Spektrale Bandbreite (Δλ):Typischerweise 15 nm. Dies ist die Breite des Spektrums bei halber Maximalintensität (Full Width at Half Maximum - FWHM).
• Durchlassspannung (VF):Liegt im Bereich von 1,75 V bis 2,35 V. Der Spannungsabfall über der LED beim Betrieb mit dem spezifizierten Durchlassstrom.
• Sperrstrom (IR):Maximal 10 μA bei einer angelegten Sperrspannung von 5V. Das Bauteil ist nicht für den Betrieb in Sperrrichtung vorgesehen.

Wichtige Hinweise:Toleranzen sind mit ±11% für die Lichtstärke, ±1nm für die Farbwertwellenlänge und ±0,1V für die Durchlassspannung angegeben. Der Sperrspannungs-Nennwert gilt nur für die IR-Testbedingung.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um eine konsistente Farbe und Helligkeit in der Produktion zu gewährleisten, werden LEDs basierend auf Schlüsselparametern sortiert.

3.1 Binning der Lichtstärke

Die Bins definieren die minimale und maximale Lichtstärke bei IF=20mA.

P1: 45,0 - 57,0 mcd

P2: 57,0 - 72,0 mcd

Q1: 72,0 - 90,0 mcd

Q2: 90,0 - 112,0 mcd

3.2 Binning der Farbwertwellenlänge

Die Bins definieren die Farbkonstanz.

D3: 585,5 - 588,5 nm

D4: 588,5 - 591,5 nm

3.3 Binning der Durchlassspannung

Die Bins unterstützen den Schaltungsentwurf für die Stromregelung.

0: 1,75 - 1,95 V

1: 1,95 - 2,15 V

2: 2,15 - 2,35 V

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere für den Entwurf wesentliche Kennlinien.

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

Diese Kurve zeigt den exponentiellen Zusammenhang zwischen Strom und Spannung. Eine kleine Erhöhung der Spannung über die Schwellenspannung hinaus verursacht einen großen Anstieg des Stroms. Dies unterstreicht die kritische Notwendigkeit eines strombegrenzenden Widerstands oder einer Konstantstromquelle in der Anwendungsschaltung, um thermisches Durchgehen und Bauteilversagen zu verhindern.

4.2 Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur

Die Lichtleistung einer LED nimmt mit steigender Sperrschichttemperatur ab. Die Kurve zeigt typischerweise einen allmählichen Rückgang der Intensität von niedrigen Temperaturen bis etwa 25°C, gefolgt von einem ausgeprägteren Rückgang bei höheren Umgebungstemperaturen. Dies muss in Designs berücksichtigt werden, bei denen die LED in erhöhten Temperaturumgebungen arbeitet, um ausreichende Helligkeit sicherzustellen.

4.3 Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Diese Kurve zeigt, dass die Lichtleistung mit dem Durchlassstrom zunimmt, jedoch nicht linear. Der Wirkungsgrad (Lumen pro Watt) erreicht oft seinen Höhepunkt bei einem Strom, der unterhalb des absoluten Maximalwerts liegt. Ein Betrieb über diesem optimalen Punkt reduziert den Wirkungsgrad und erzeugt mehr Wärme.

4.4 Spektrale Verteilung

Das Diagramm stellt die relative Intensität über der Wellenlänge dar und zeigt einen einzelnen Peak im gelben Bereich (~591 nm) mit einer typischen Bandbreite von 15 nm, was ihre monochromatische Natur bestätigt.

4.5 Abstrahlcharakteristik

Ein Polardiagramm veranschaulicht die räumliche Lichtverteilung. Das 19-21-Gehäuse zeigt typischerweise ein lambertisches oder nahezu lambertisches Muster, das einen breiten, gleichmäßigen Betrachtungswinkel bietet, der sich für Indikator- und Hintergrundbeleuchtungsanwendungen eignet.

4.6 Derating-Kurve für den Durchlassstrom

Diese Kurve gibt den maximal zulässigen Dauer-Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur vor. Mit steigender Umgebungstemperatur muss der maximal sichere Strom reduziert werden, um die Sperrschichttemperatur innerhalb der Grenzen zu halten und einen beschleunigten Alterungsprozess zu verhindern.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die 19-21 SMD LED hat einen kompakten rechteckigen Bauraum. Wichtige Abmessungen (in mm, Toleranz ±0,1 mm sofern nicht anders angegeben) umfassen eine Gehäuselänge von etwa 2,0 mm, eine Breite von 1,25 mm und eine Höhe von 0,8 mm. Das Gehäuse verfügt über zwei Anoden- und Kathodenanschlüsse auf der Unterseite zum Löten. Eine Kathodenkennzeichnung ist auf dem Gehäuse deutlich angegeben, was für die korrekte Ausrichtung auf der Leiterplatte entscheidend ist.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Stromschutz

Ein externer Strombegrenzungsmechanismus (Widerstand oder Treiber-IC) ist zwingend erforderlich. Die exponentielle I-V-Charakteristik der LED bedeutet, dass geringe Schwankungen der Versorgungsspannung große Stromspitzen verursachen können, die zu sofortigem Ausfall führen.

6.2 Lagerung und Feuchtigkeitssensitivität

Die LEDs sind in einer feuchtigkeitsbeständigen Barrieretüte mit Trockenmittel verpackt.

- Öffnen Sie die Tüte erst unmittelbar vor der Verwendung.

- 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 dem Reflow-Löten ein Ausheizen bei 60±5°C für 24 Stunden erforderlich, um "Popcorn"-Schäden zu verhindern.

6.3 Reflow-Lötprofil

Ein bleifreies (Pb-free) Reflow-Profil ist spezifiziert:

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

- Zeit über Liquidus (217°C): 60-150 Sekunden.

- Spitzentemperatur: Maximal 260°C, für nicht mehr als 10 Sekunden.

- Aufheizrate: Maximal 6°C/Sek. bis 255°C.

- Abkühlrate: Maximal 3°C/Sek.

- Der Reflow-Vorgang sollte nicht mehr als zweimal durchgeführt werden.

6.4 Handlöten und Nacharbeit

Falls Handlöten erforderlich ist, verwenden Sie einen Lötkolben mit einer Spitzentemperatur ≤350°C, wenden Sie die Hitze für ≤3 Sekunden pro Anschluss an und verwenden Sie einen Lötkolben mit einer Leistung ≤25W. Lassen Sie eine Abkühlpause von mindestens 2 Sekunden zwischen den Anschlüssen. Nacharbeit wird dringend abgeraten. Falls unvermeidbar, sollte zum Entfernen ein Zweispitzen-Lötkolben verwendet werden, um beide Anschlüsse gleichzeitig zu erhitzen und mechanische Belastung des Gehäuses zu vermeiden. Überprüfen Sie die Bauteilfunktionalität nach jeder Nacharbeit.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Tape-and-Reel-Spezifikationen

Die Bauteile werden in geprägter Trägerfolie mit einer Breite von 8 mm geliefert, aufgewickelt auf einer Standard-7-Zoll-Rolle (178 mm Durchmesser). Jede Rolle enthält 3000 Stück. Detaillierte Abmessungen für die Taschen der Trägerfolie und die Rolle werden bereitgestellt, um die Kompatibilität mit automatischen Zuführern sicherzustellen.

7.2 Etikettenerklärung

Das Rollenetikett enthält wichtige Informationen für die Rückverfolgbarkeit und korrekte Anwendung:

- CPN:Kundenspezifische Artikelnummer (falls vergeben).

- P/N:Hersteller-Artikelnummer (z.B. 19-21/Y2C-CP1Q2B/3T).

- QTY:Stückzahl auf der Rolle.

- CAT:Lichtstärke-Binning-Code (z.B. P1, Q2).

- HUE:Farbwert-/Farbwertwellenlänge-Binning-Code (z.B. D3, D4).

- REF:Durchlassspannungs-Binning-Code (z.B. 0, 1, 2).

- LOT No:Fertigungslosnummer für die Qualitätsverfolgung.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

• Hintergrundbeleuchtung:Ideal für die Hintergrundbeleuchtung von Symbolen, Schaltern und kleinen Bereichen auf Armaturenbrettern, Bedienfeldern und Unterhaltungselektronik.
• Statusanzeigen:Perfekt für Strom-, Verbindungs- oder Funktionsstatusanzeigen in Telekommunikationsgeräten (Telefone, Faxe), Netzwerkhardware und Industrie-Steuerungen.
• Allgemeine Zwecke der Anzeige:Geeignet für jede Anwendung, die ein kompaktes, helles, gelbes visuelles Signal erfordert.

8.2 Designüberlegungen

• Stromversorgung:Verwenden Sie stets einen Vorwiderstand oder eine Konstantstromquelle. Berechnen Sie den Widerstandswert mit R = (Versorgungsspannung - VF) / IF, wobei VF aus dem Maximalwert im Bin oder Datenblatt gewählt werden sollte, um sicherzustellen, dass der Strom unter ungünstigsten Bedingungen die Grenzwerte nicht überschreitet.
• Wärmemanagement:Obwohl das Gehäuse klein ist, sorgen Sie für ausreichende Kupferfläche auf der Leiterplatte oder thermische Durchkontaktierungen unter dem Wärmepad (falls vorhanden), um Wärme abzuleiten, insbesondere bei Betrieb nahe der Maximalwerte oder in hohen Umgebungstemperaturen.
• ESD-Schutz:Implementieren Sie ESD-Schutz auf den Eingangsleitungen, wenn die LED an einem benutzerzugänglichen Ort ist. Verwenden Sie während der Handhabung und Montage geerdete Arbeitsplätze und Handgelenkbänder.
• Optisches Design:Der breite Abstrahlwinkel macht sie für Anwendungen geeignet, die eine große Sichtbarkeit erfordern. Für fokussiertes Licht können externe Linsen oder Lichtleiter erforderlich sein.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die 19-21/Y2C-CP1Q2B/3T bietet mehrere Vorteile in ihrer Kategorie:

Größenvorteil:Ihr Bauraum von 2,0x1,25mm ist deutlich kleiner als bei herkömmlichen 3mm- oder 5mm-Durchsteck-LEDs und ermöglicht dichtere Leiterplattenlayouts.

Materialtechnologie:Die Verwendung von AlGaInP-Halbleitermaterial bietet im Vergleich zu älteren Technologien einen hohen Wirkungsgrad und eine ausgezeichnete Farbreinheit im gelben/orangen/roten Spektrum.

Zuverlässigkeit:Die SMD-Bauweise und die robuste Verpackung tragen zu guter mechanischer Stabilität und Vibrationsbeständigkeit bei.

Konformität:Volle Konformität mit RoHS, REACH und halogenfreien Standards macht sie für globale Märkte mit strengen Umweltvorschriften geeignet.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F1: Was ist der Zweck der Binning-Codes?

A1: Binning gewährleistet Farb- und Helligkeitskonstanz innerhalb eines Produktionsloses. Für Anwendungen, die ein einheitliches Erscheinungsbild erfordern (z.B. Multi-LED-Arrays), wird die Spezifikation enger Bins oder die Bestellung aus demselben Los empfohlen.

F2: Kann ich diese LED direkt von einer 3,3V- oder 5V-Logikversorgung betreiben?

A2: Nein. Sie müssen stets einen strombegrenzenden Widerstand verwenden. Zum Beispiel, bei einer 3,3V-Versorgung und einer typischen VF von 2,0V bei 20mA, wäre der Widerstandswert (3,3V - 2,0V) / 0,020A = 65 Ohm. Ein Standard-68-Ohm-Widerstand wäre geeignet.

F3: Warum gibt es eine strikte Floor Life von 7 Tagen nach dem Öffnen der Feuchtigkeitsschutztüte?

A3: SMD-Gehäuse können Feuchtigkeit aus der Atmosphäre aufnehmen. Während des Hochtemperatur-Relfow-Lötprozesses kann diese eingeschlossene Feuchtigkeit schnell verdampfen und innere Delamination oder Risse ("Popcorn-Effekt") verursachen, die das Bauteil zerstören.

F4: Wie identifiziere ich die Kathode?

A4: Das Gehäuse hat eine deutliche Kathodenmarkierung. Beim 19-21-Gehäuse ist dies typischerweise ein grüner Strich, eine Kerbe oder eine abgeschrägte Ecke auf der Seite des Kathodenanschlusses. Konsultieren Sie stets die Gehäusezeichnung für die spezifische Kennzeichnung.

11. Praktische Design-Fallstudie

Szenario:Entwurf eines kompakten Statusanzeigepanels mit 10 gelben LEDs für ein tragbares Medizingerät.

Entwurfsschritte:

1. Schaltungsentwurf:Verwenden Sie eine gemeinsame 3,3V-Schiene. Berechnen Sie den ungünstigsten Vorwiderstand: R = (3,3V - 2,35V_{max VF}) / 0,020A = 47,5 Ohm. Wählen Sie einen Standard-47-Ohm-, 1/10W-Widerstand. Dies stellt sicher, dass der Strom selbst bei minimaler VF der LED 20,2 mA nie überschreitet.

2. Leiterplattenlayout:Platzieren Sie die LEDs mit einem Mittenabstand von mindestens 5 mm für individuelle Sichtbarkeit. Fügen Sie eine kleine Kupferfläche hinzu, die mit den Kathodenpads verbunden ist, um die Wärmeableitung zu unterstützen. Fügen Sie Lötstopplack-Umrisslinien und Polarisierungsmarkierungen (+ für Anode, - oder Kathodensymbol für Kathode) für eine klare Montage hinzu.

3. Montage:Bestellen Sie alle LEDs aus demselben Lichtstärke-Bin (z.B. Q1) und Farbwert-Bin (z.B. D4), um eine einheitliche Helligkeit und Farbe zu gewährleisten. Planen Sie die Leiterplattenmontage so, dass die LEDs unmittelbar nach dem Öffnen der Feuchtigkeitsschutztüte verwendet werden.

4. Prüfung:Überprüfen Sie die Durchlassspannung und Lichtleistung einer Stichprobe vom Panel unter den ausgelegten Betriebsbedingungen.

12. Funktionsprinzip

Die Lichtemission in dieser LED basiert auf Elektrolumineszenz in einem Halbleiter-pn-Übergang aus AlGaInP. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die das eingebaute Potenzial des Übergangs überschreitet, 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 AlGaInP-Legierung bestimmt die Wellenlänge des emittierten Lichts, die in diesem Fall im gelben Spektrum (~591 nm) liegt. Das wasserklare Epoxidharz-Vergussmaterial schützt den Chip, bietet mechanische Unterstützung und formt das Lichtaustrittsmuster.

13. Technologietrends

Der Trend bei SMD-LEDs wie der 19-21-Serie geht weiterhin in Richtung:

Erhöhter Wirkungsgrad:Fortlaufende Verbesserungen in der epitaktischen Schichtabscheidung und im Chipdesign führen zu höheren Lumen pro Watt (lm/W), was den Stromverbrauch bei gleicher Lichtleistung reduziert.

Miniaturisierung:Noch kleinere Gehäusegrößen (z.B. 1,0x0,5mm) werden für ultrakompakte Geräte entwickelt.

Verbesserte Zuverlässigkeit:Verbesserte Verpackungsmaterialien und -prozesse führen zu längeren Betriebslebensdauern und besserer Leistung unter hoher Temperatur und Feuchtigkeit.

Intelligente Integration:Der breitere Markt verzeichnet ein Wachstum bei LEDs mit integrierten Treibern oder Steuerschaltungen, obwohl Standard-Diskretkomponenten wie die 19-21 für kostengünstige, hochvolumige Indikator- und Hintergrundbeleuchtungsanwendungen unverzichtbar bleiben.