Inhaltsverzeichnis
- 1. Produktübersicht
- 2. Technische Spezifikationen und tiefgehende objektive Interpretation
- 2.1 Absolute Grenzwerte
- 2.2 Elektro-optische Kennwerte
- 3. Erläuterung des Binning-Systems
- 3.1 Binning der Lichtstärke
- 3.2 Binning der dominierenden Wellenlänge
- 3.3 Binning der Flussspannung
- 4. Analyse der Kennlinien
- 5. Mechanische und Gehäuseinformationen
- 5.1 Gehäuseabmessungen
- 5.2 Polaritätskennzeichnung
- 6. Löt- und Montagerichtlinien
- 6.1 Strombegrenzung
- 6.2 Lagerung und Feuchtigkeitssensitivität
- 6.3 Reflow-Lötprofil
- 6.4 Handlöten und Nacharbeit
- 7. Verpackungs- und Bestellinformationen
- 7.1 Rolle und Band-Spezifikationen
- 7.2 Etiketteninformationen
- 8. Anwendungsvorschläge
- 8.1 Typische Anwendungsszenarien
- 8.2 Designüberlegungen
- 9. Technischer Vergleich und Differenzierung
- 10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)
- 11. Praktische Anwendungsfallstudie
- 12. Einführung in das technische Prinzip
- 13. Branchentrends und Entwicklungen
1. Produktübersicht
Die 17-21 SMD LED ist ein Bauteil für die Oberflächenmontage, das für hochdichte Leiterplattenanwendungen konzipiert ist. Sie nutzt AlGaInP-Halbleitertechnologie, um ein brillantgelbes Licht zu erzeugen. Der Hauptvorteil dieser Komponente ist ihr winziger Bauraum von 1,6 mm x 0,8 mm x 0,6 mm, was im Vergleich zu herkömmlichen bedrahteten LEDs erhebliche Platzersparnisse auf der Leiterplatte ermöglicht. Diese Größenreduzierung trägt direkt zu kleineren Endproduktdesigns, geringeren Lageranforderungen für Bauteile und einer höheren Packungsdichte auf Leiterplatten bei. Das Bauteil ist zudem leicht, was es ideal für tragbare und miniaturisierte elektronische Anwendungen macht, bei denen Gewicht ein kritischer Faktor ist.
Die LED wird als Einfarben-Typ klassifiziert und ist aus bleifreien (Pb-freien) Materialien gefertigt. Sie entspricht den wichtigsten Umwelt- und Sicherheitsvorschriften, einschließlich der EU-RoHS-Richtlinie, der EU-REACH-Verordnung und ist als halogenfrei eingestuft, wobei der Brom- (Br) und Chlorgehalt (Cl) jeweils unter 900 ppm und deren Summe unter 1500 ppm liegt. Das Produkt wird auf 8-mm-Bändern geliefert, die auf 7-Zoll-Rollen (178 mm Durchmesser) aufgewickelt sind, wodurch es vollständig mit standardmäßigen automatischen Bestückungsgeräten kompatibel ist. Es ist außerdem so ausgelegt, dass es gängigen Lötprozessen, einschließlich Infrarot- und Dampfphasenreflow, standhält.
2. Technische Spezifikationen und tiefgehende objektive Interpretation
2.1 Absolute Grenzwerte
Die absoluten Grenzwerte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Diese Werte sind nicht für den Normalbetrieb vorgesehen.
- Sperrspannung (VR):5V. Das Überschreiten dieser Spannung in Sperrrichtung kann zum Durchbruch des Übergangs führen.
- Flussstrom (IF):25mA Gleichstrom. Dies ist der maximale Dauerstrom, der für einen zuverlässigen Betrieb empfohlen wird.
- Spitzen-Flussstrom (IFP):60mA. Dieser Wert gilt unter gepulsten Bedingungen mit einem Tastverhältnis von 1/10 bei 1kHz. Er ermöglicht kurze Perioden höherer Helligkeit, sollte aber nicht für den Dauerbetrieb verwendet werden.
- Verlustleistung (Pd):60mW. Dies ist die maximale Leistung, die das Gehäuse bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C als Wärme abführen kann. Bei höheren Temperaturen kann eine Entlastung erforderlich sein.
- Elektrostatische Entladung (ESD):2000V (Human Body Model). Dies weist auf eine mittlere ESD-Empfindlichkeit hin. Richtige ESD-Handhabungsverfahren sind während der Montage und Handhabung unerlässlich.
- Betriebstemperatur (Topr):-40°C bis +85°C. Das Bauteil ist für Anwendungen im industriellen Temperaturbereich ausgelegt.
- Lagertemperatur (Tstg):-40°C bis +90°C.
- Löttemperatur:Das Bauteil hält Reflow-Lötprozesse mit einer Spitzentemperatur von 260°C für bis zu 10 Sekunden stand. Beim Handlöten sollte die Lötspitzentemperatur 350°C nicht überschreiten und die Kontaktzeit pro Anschluss auf 3 Sekunden begrenzt werden.
2.2 Elektro-optische Kennwerte
Diese Parameter werden unter Standardtestbedingungen von Ta=25°C und IF=20mA gemessen, sofern nicht anders angegeben. Sie definieren die optische und elektrische Leistung der LED.
- Lichtstärke (Iv):Reicht von einem Minimum von 28,50 mcd bis zu einem Maximum von 72,00 mcd. Der typische Wert liegt innerhalb dieses Bereichs. Für die Lichtstärke gilt eine Toleranz von ±11%.
- Abstrahlwinkel (2θ1/2):Typischerweise 140 Grad. Dieser breite Abstrahlwinkel macht die LED für Anwendungen geeignet, die eine breite Ausleuchtung oder Sichtbarkeit aus mehreren Winkeln erfordern.
- Spitzenwellenlänge (λp):Typischerweise 591 nm. Dies ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsverteilung maximal ist.
- Dominante Wellenlänge (λd):Reicht von 585,50 nm bis 591,50 nm. Dies ist die einzelne Wellenlänge, die das menschliche Auge wahrnimmt und die der Farbe des LED-Lichts entspricht. Eine enge Toleranz von ±1 nm ist spezifiziert.
- Spektrale Bandbreite (Δλ):Typischerweise 15 nm. Dies definiert die Breite des emittierten Spektrums bei halber Maximalintensität (FWHM).
- Flussspannung (VF):Reicht von 1,75V bis 2,35V bei IF=20mA. Eine Toleranz von ±0,1V wird angegeben. Dieser Parameter ist entscheidend für den Entwurf der Strombegrenzungsschaltung.
- Sperrstrom (IR):Maximal 10 μA bei VR=5V. Das Datenblatt stellt ausdrücklich klar, dass das Bauteil nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt ist; dieser Test dient nur der Charakterisierung.
3. Erläuterung des Binning-Systems
Um die Konsistenz in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs anhand wichtiger Parameter in Bins sortiert. Dies ermöglicht es Designern, Bauteile auszuwählen, die spezifische Leistungskriterien für ihre Anwendung erfüllen.
3.1 Binning der Lichtstärke
LEDs werden anhand ihrer gemessenen Lichtstärke bei 20mA in vier Bins (N1, N2, P1, P2) kategorisiert.
- N1:28,50 - 36,00 mcd
- N2:36,00 - 45,00 mcd
- P1:45,00 - 57,00 mcd
- P2:57,00 - 72,00 mcd
3.2 Binning der dominierenden Wellenlänge
Die Farbe (Farbton) wird durch die Sortierung der dominierenden Wellenlänge in zwei Gruppen gesteuert.
- D3:585,50 - 588,50 nm
- D4:588,50 - 591,50 nm
3.3 Binning der Flussspannung
Die Flussspannung wird gebinnt, um die Netzteilauslegung zu unterstützen und LEDs mit ähnlichen elektrischen Eigenschaften zu gruppieren.
- Bin 0:1,75 - 1,95 V
- Bin 1:1,95 - 2,15 V
- Bin 2:2,15 - 2,35 V
Die Kombination dieser Bincodes (z.B. CAT für Intensität, HUE für Wellenlänge, REF für Spannung) wird typischerweise auf dem Produktverpackungsetikett angegeben, was eine präzise Bauteilauswahl ermöglicht.
4. Analyse der Kennlinien
Das Datenblatt verweist auf typische elektro-optische Kennlinien. Obwohl die spezifischen Grafiken im Text nicht enthalten sind, würden Standardkurven für solche LEDs typischerweise Folgendes umfassen:
- Relative Lichtstärke vs. Flussstrom:Diese Kurve zeigt, wie die Lichtleistung mit dem Strom zunimmt, üblicherweise bei höheren Strömen aufgrund von Erwärmungseffekten in einem sublinearen Verlauf.
- Flussspannung vs. Flussstrom:Dies ist die Dioden-I-V-Kennlinie, die den exponentiellen Zusammenhang zeigt.
- Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Diese Kurve zeigt den thermischen Löschungseffekt, bei dem die Lichtleistung mit steigender Sperrschichttemperatur abnimmt.
- Spektrale Leistungsverteilung:Eine Darstellung, die die Intensität des emittierten Lichts über die Wellenlängen zeigt, zentriert um die Spitzenwellenlänge von 591 nm mit einer typischen Bandbreite von 15 nm.
Diese Kurven sind wesentlich, um das Verhalten des Bauteils unter nicht standardmäßigen Bedingungen (unterschiedliche Ströme oder Temperaturen) zu verstehen und die Treiberschaltung für Effizienz und Langlebigkeit zu optimieren.
5. Mechanische und Gehäuseinformationen
5.1 Gehäuseabmessungen
Die 17-21 SMD LED hat ein kompaktes rechteckiges Gehäuse. Wichtige Abmessungen (in mm) sind eine Gehäuselänge von 1,6, eine Breite von 0,8 und eine Höhe von 0,6. Die Anschlussflächen sind für zuverlässiges Löten ausgelegt. Eine Kathodenkennzeichnung ist auf dem Gehäuse vorhanden, was für die korrekte Ausrichtung während der Montage entscheidend ist. Alle nicht spezifizierten Toleranzen betragen ±0,1 mm.
5.2 Polaritätskennzeichnung
Die korrekte Polarität ist für den Betrieb der LED entscheidend. Das Gehäuse verfügt über eine deutliche Markierung zur Identifizierung des Kathodenanschlusses (-). Designer müssen sicherstellen, dass der Leiterplatten-Footprint eine entsprechende Markierung enthält und dass die Montageprozesse das Bauteil korrekt ausrichten.
6. Löt- und Montagerichtlinien
Eine ordnungsgemäße Handhabung ist entscheidend, um die Zuverlässigkeit und Leistung des Bauteils zu erhalten.
6.1 Strombegrenzung
Ein externer strombegrenzender Widerstand ist zwingend erforderlich. Die exponentielle I-V-Kennlinie der LED bedeutet, dass eine kleine Spannungserhöhung einen großen, möglicherweise zerstörerischen Stromanstieg verursachen kann. Der Widerstandswert sollte basierend auf der Versorgungsspannung, der Flussspannung der LED (unter Verwendung des Maximalwerts aus dem Bin oder Datenblatt zur Sicherheit) und dem gewünschten Flussstrom (nicht mehr als 25 mA Dauerstrom) berechnet werden.
6.2 Lagerung und Feuchtigkeitssensitivität
Das Produkt ist in einem feuchtigkeitsbeständigen Beutel mit Trockenmittel verpackt. Um feuchtigkeitsbedingte Schäden während des Reflow-Lötens ("Popcorning") zu verhindern, müssen folgende Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden:
- Öffnen Sie den feuchtigkeitsdichten Beutel erst, wenn Sie bereit zur Verwendung sind.
- Nach dem Öffnen verwenden Sie die Bauteile innerhalb von 168 Stunden (7 Tagen), wenn sie bei Bedingungen ≤30°C und ≤60% relativer Luftfeuchtigkeit gelagert werden.
- Wenn die Expositionszeit überschritten wird oder das Trockenmittel Sättigung anzeigt, ist vor dem Reflow-Löten ein Ausheizen bei 60±5°C für 24 Stunden erforderlich.
6.3 Reflow-Lötprofil
Ein bleifreies (Pb-freies) Reflow-Profil ist spezifiziert:
- Vorwärmen:150-200°C für 60-120 Sekunden.
- Zeit über Liquidus (217°C):60-150 Sekunden.
- Spitzentemperatur:Maximal 260°C, maximal 10 Sekunden gehalten.
- Aufheizrate:Maximal 6°C/Sekunde bis 255°C.
- Abkühlrate:Maximal 3°C/Sekunde.
Der Reflow-Vorgang sollte nicht mehr als zweimal durchgeführt werden. Vermeiden Sie mechanische Belastung des Gehäuses während des Erhitzens und verziehen Sie die Leiterplatte nach dem Löten nicht.
6.4 Handlöten und Nacharbeit
Wenn Handlöten notwendig ist, verwenden Sie einen Lötkolben mit einer Spitzentemperatur ≤350°C und einer Leistung ≤25W. Die Kontaktzeit pro Anschluss muss ≤3 Sekunden betragen. Lassen Sie zwischen dem Löten jedes Anschlusses eine Abkühlpause von mindestens 2 Sekunden. Nacharbeit wird dringend abgeraten. Falls unvermeidbar, muss ein spezieller Doppelspitzen-Lötkolben verwendet werden, um beide Anschlüsse gleichzeitig zu erhitzen und thermische Belastung des Siliziumchips zu verhindern. Die Auswirkung der Nacharbeit auf die LED-Eigenschaften muss vorab überprüft werden.
7. Verpackungs- und Bestellinformationen
7.1 Rolle und Band-Spezifikationen
Die LEDs werden in geprägter Trägerbandverpackung mit Taschen für das 17-21 Gehäuse geliefert. Die Bandbreite beträgt 8 mm, aufgewickelt auf einer Standard-7-Zoll-Rolle (178 mm Durchmesser). Jede Rolle enthält 3000 Stück. Detaillierte Abmessungen für Rolle und Trägerband sind im Datenblatt für die Kompatibilität mit automatischen Zuführern angegeben.
7.2 Etiketteninformationen
Das Verpackungsetikett enthält mehrere wichtige Codes:
- P/N:Produktnummer (z.B. 17-21/Y2C-CN1P2B/3T).
- QTY:Packungsmenge (3000 Stück/Rolle).
- CAT:Lichtstärke-Klasse (z.B. N1, P2).
- HUE:Farbart/Dominante Wellenlängen-Klasse (z.B. D3, D4).
- REF:Flussspannungs-Klasse (z.B. 0, 1, 2).
- LOT No:Rückverfolgbare Losnummer.
8. Anwendungsvorschläge
8.1 Typische Anwendungsszenarien
- Hintergrundbeleuchtung:Ideal für die Hintergrundbeleuchtung von Anzeigen, Symbolen und Schaltern in Automobilarmaturenbrettern, Unterhaltungselektronik und industriellen Bedienfeldern.
- Statusanzeigen:Perfekt für Strom-, Verbindungs- und Statusanzeigen in Telekommunikationsgeräten (Telefone, Faxgeräte), Netzwerkhardware und Haushaltsgeräten.
- LCD-Flachhintergrundbeleuchtung:Kann in Arrays verwendet werden, um eine gleichmäßige Hintergrundbeleuchtung für kleine monochrome oder segmentierte LCD-Displays bereitzustellen.
- Allgemeine Anzeigezwecke:Geeignet für jede Anwendung, die einen hellen, zuverlässigen und kompakten visuellen Indikator erfordert.
8.2 Designüberlegungen
- Treiber-Schaltung:Verwenden Sie stets einen Konstantstromtreiber oder eine Spannungsquelle mit einem Reihenwiderstand. Berücksichtigen Sie das Binning der Flussspannung bei der Berechnung der Widerstandswerte, um eine gleichmäßige Helligkeit über verschiedene Produktionschargen hinweg sicherzustellen.
- Wärmemanagement:Obwohl die Leistung gering ist, sorgen Sie für ausreichende Kupferfläche auf der Leiterplatte oder thermische Durchkontaktierungen, wenn bei hohen Umgebungstemperaturen oder nahe dem Maximalstrom gearbeitet wird, um die Sperrschichttemperatur zu managen und Lichtleistung sowie Lebensdauer aufrechtzuerhalten.
- ESD-Schutz:Integrieren Sie ESD-Schutzdioden auf empfindlichen Leitungen, wenn sich die LED an einer exponierten Stelle befindet (z.B. eine Frontplattenanzeige).
- Optisches Design:Der breite 140-Grad-Abstrahlwinkel kann Lichtleiter oder Diffusoren erfordern, wenn ein fokussierterer Strahl benötigt wird. Für optimale Sichtbarkeit berücksichtigen Sie den Kontrast zum Hintergrund.
9. Technischer Vergleich und Differenzierung
Die 17-21 LED bietet spezifische Vorteile in ihrer Kategorie:
- Verglichen mit größeren SMD LEDs (z.B. 3528, 5050):Die 17-21 bietet einen deutlich kleineren Bauraum und ermöglicht ultraminiaturisierte Designs. Der Kompromiss ist im Allgemeinen eine geringere maximale Lichtleistung und Leistungsaufnahme.
- Verglichen mit bedrahteten LEDs:Sie eliminiert die Notwendigkeit der Durchsteckmontage, ermöglicht vollautomatische Bestückung, reduziert die Leiterplattengröße und verbessert die mechanische Robustheit, da keine gebogenen Anschlussdrähte vorhanden sind.
- Verglichen mit anderen gelben LEDs:Die Verwendung von AlGaInP-Technologie bietet typischerweise eine höhere Lichtausbeute und bessere Farbsättigung für gelbe und bernsteinfarbene Töne im Vergleich zu älteren Technologien wie GaAsP auf GaP.
- Wesentliche Unterscheidungsmerkmale:Ihre Kombination aus einem sehr kleinen Bauraum von 1,6x0,8 mm, einem breiten 140-Grad-Abstrahlwinkel, der Einhaltung von halogenfreien und anderen Umweltstandards sowie detailliertem Binning für Farb- und Intensitätskonsistenz.
10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)
F1: Welchen Widerstandswert sollte ich mit einer 5V-Versorgung verwenden?
A: Unter Verwendung der maximalen VF von 2,35V (aus Bin 2) und einem Ziel-IF von 20mA zur Sicherheit: R = (Versorgungsspannung - VF) / IF = (5V - 2,35V) / 0,020A = 132,5 Ohm. Verwenden Sie den nächstgelegenen Standardwert (z.B. 130 oder 150 Ohm). Überprüfen Sie stets den tatsächlichen Strom im Schaltkreis.
F2: Kann ich diese LED mit 30mA für höhere Helligkeit betreiben?
A: Nein. Der absolute Grenzwert für den Dauer-Flussstrom (IF) beträgt 25mA. Der Betrieb mit 30mA überschreitet diesen Wert, was die Zuverlässigkeit und Lebensdauer verringert und aufgrund von Überhitzung zu sofortigem Ausfall führen kann.
F3: Der Abstrahlwinkel beträgt 140 Grad. Wie erhalte ich einen stärker fokussierten Strahl?
A: Sie müssten eine externe optische Komponente verwenden, wie z.B. eine Linse über der LED. Das native Gehäuse emittiert ein breites, lambertisches Abstrahlmuster.
F4: Mein automatisches optisches Inspektionssystem (AOI) hat Probleme mit der Kathodenmarkierung. Gibt es eine empfohlene Methode zur Identifizierung der Polarität auf der Leiterplatte?
A: Ja. Der Leiterplatten-Footprint sollte eine Lötstoppmasken- oder Kupfermarkierung enthalten, die der Kathodenmarkierung des Gehäuses entspricht. Stellen Sie sicher, dass das Vision-System der Bestückungsmaschine so programmiert ist, dass es diese Asymmetrie erkennt. Siehe die Gehäuseabmessungszeichnung für die genaue Position der Markierung.
F5: Muss ich die Bauteile ausheizen, wenn der Beutel 10 Tage offen war?
A: Ja. Die Spezifikation gibt eine "Bodenlebensdauer" von 168 Stunden (7 Tagen) nach dem Öffnen der Feuchtigkeitssperrbeutel an. Da 10 Tage (240 Stunden) dies überschreiten, müssen Sie vor dem Reflow-Löten der LEDs eine Ausheizbehandlung (60±5°C für 24 Stunden) durchführen, um feuchtigkeitsbedingte Schäden zu verhindern.
11. Praktische Anwendungsfallstudie
Szenario: Entwurf eines kompakten Mehrfachstatus-Anzeigepanels für ein tragbares Medizingerät.
Anforderungen:Das Gerät benötigt 6 unabhängige Statusanzeigen (Strom, Batterie schwach, Bluetooth, Fehler, Modus A, Modus B) auf einem sehr begrenzten Platz auf der Frontplatte. Die Anzeigen müssen unter verschiedenen Lichtverhältnissen klar sichtbar sein, minimalen Strom verbrauchen und der Reinigung mit Desinfektionsmitteln standhalten.
Design-Umsetzung:
- Bauteilauswahl:Die 17-21 Brillantgelb-LED wird für alle Anzeigen aufgrund ihrer geringen Größe (ermöglicht die Platzierung von 6 LEDs in einer Reihe mit Abstand), ihrer guten Helligkeit und ihres breiten Abstrahlwinkels gewählt, der die Sichtbarkeit aus verschiedenen Winkeln sicherstellt.
- Schaltungsentwurf:Eine gemeinsame 3,3V-Schiene wird verwendet. Unter Verwendung der typischen VF von 2,0V und IF=15mA (für einen Kompromiss zwischen Helligkeit und Stromsparen) wird der strombegrenzende Widerstand berechnet: R = (3,3V - 2,0V) / 0,015A ≈ 87 Ohm. Ein 91-Ohm-Widerstand mit 1% Toleranz wird für jede LED ausgewählt, um eine gleichmäßige Helligkeit sicherzustellen.
- Leiterplatten-Layout:Die LEDs werden mit einem Abstand von 3 mm platziert. Der Leiterplatten-Footprint ist gemäß dem empfohlenen Pad-Layout des Datenblatts entworfen, mit einem klaren Lötstoppmaskenpunkt neben dem Kathodenpad. Eine kleine Massefläche um die LEDs herum wird weggelassen, um das Löten und Reinigen zu vereinfachen.
- Frontplatten-Design:Die Frontplatte hat 1,2 mm große Öffnungen, die auf jede LED ausgerichtet sind. Eine dünne, milchig-weiße Diffusorfolie wird hinter der Platte angebracht, um den Hotspot der LED zu mildern und einen gleichmäßig beleuchteten Punkt zu erzeugen.
- Softwaresteuerung:Der Mikrocontroller steuert jede LED über einen GPIO-Pin, der als Open-Drain-Ausgang mit deaktiviertem internem Pull-Up konfiguriert ist und den Strom durch das LED/Widerstand-Paar zur Masse zieht.
- Ergebnis:Ein sauberes, professionell aussehendes Anzeigepanel, das alle Größen-, Sichtbarkeits- und Zuverlässigkeitsanforderungen erfüllt. Das konsistente Binning (Angabe von CAT=P1 oder höher, HUE=D4) in der Stückliste stellt sicher, dass alle Einheiten eine einheitliche Farbe und Helligkeit aufweisen.
12. Einführung in das technische Prinzip
Die 17-21 LED basiert auf Aluminium-Gallium-Indium-Phosphid (AlGaInP)-Halbleitermaterial, das auf einem Substrat gewachsen wird. Wenn eine Flussspannung angelegt wird, die die Durchlassspannung der Diode (ca. 1,8V) überschreitet, werden Elektronen und Löcher aus den n- bzw. p-dotierten Schichten in das aktive Gebiet injiziert. Diese Ladungsträger rekombinieren strahlend und setzen Energie in Form von Photonen frei. Die spezifische Zusammensetzung der AlGaInP-Legierung bestimmt die Bandlückenenergie, die direkt die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts definiert. Für Brillantgelb ist die Spitzenwellenlänge auf etwa 591 nm ausgelegt. Das wasserklare Epoxidharz-Gehäuse schützt den Halbleiterchip, wirkt als Linse zur Formung des Lichts (trägt zum 140-Grad-Abstrahlwinkel bei) und kann Leuchtstoffe oder Farbstoffe enthalten, obwohl es bei diesem Einfarben-Typ wahrscheinlich unmodifiziert ist, um die Farbreinheit zu bewahren.
13. Branchentrends und Entwicklungen
Der Markt für miniaturisierte SMD LEDs wie die 17-21 entwickelt sich weiter. Wichtige Trends, die dieses Produktsegment beeinflussen, sind:
- Erhöhte Effizienz:Fortlaufende Verbesserungen in der Materialwissenschaft und Chipdesign zielen darauf ab, eine höhere Lichtausbeute (mehr Lichtleistung pro elektrischer Leistungseinheit) aus denselben oder kleineren Gehäusegrößen zu erzielen.
- Verbesserte Zuverlässigkeit:Anforderungen aus Automobil- und Industrieanwendungen treiben Verbesserungen in der Hochtemperaturleistung, Feuchtigkeitsbeständigkeit und Langlebigkeit voran.
- Engeres Farb-Binning:Anwendungen, die eine präzise Farbabstimmung erfordern, wie z.B. Mehrfach-LED-Anzeigen oder Hintergrundbeleuchtungs-Arrays, drängen Hersteller zu engeren Binning-Toleranzen für dominante Wellenlänge und Lichtstärke.
- Integration:Ein Trend zur Integration mehrerer LED-Chips, strombegrenzender Widerstände oder sogar Steuer-ICs in ein einziges Gehäusemodul, um den Schaltungsentwurf für Endanwender zu vereinfachen und Leiterplattenplatz zu sparen.
- Umweltkonformität:Vorschriften wie RoHS und REACH werden strenger und globaler, wodurch vollständige Materialdeklarationen und halogenfreie Konformität zu Standarderwartungen werden, nicht zu Unterscheidungsmerkmalen.
Bauteile wie die 17-21 stellen eine ausgereifte und optimierte Lösung für grundlegende Anzeigeanforderungen dar, wobei zukünftige Iterationen sich wahrscheinlich eher auf die oben genannten Trends konzentrieren als auf radikale Änderungen der Bauform in dieser ultraminiaturisierten Klasse.
LED-Spezifikations-Terminologie
Vollständige Erklärung der LED-Technikbegriffe
Photoelektrische Leistung
| Begriff | Einheit/Darstellung | Einfache Erklärung | Warum wichtig |
|---|---|---|---|
| Lichtausbeute | lm/W (Lumen pro Watt) | Lichtausgang pro Watt Strom, höher bedeutet energieeffizienter. | Bestimmt direkt den Energieeffizienzgrad und Stromkosten. |
| Lichtstrom | lm (Lumen) | Gesamtlicht, das von der Quelle emittiert wird, allgemein "Helligkeit" genannt. | Bestimmt, ob das Licht hell genug ist. |
| Betrachtungswinkel | ° (Grad), z.B. 120° | Winkel, bei dem die Lichtintensität auf die Hälfte abfällt, bestimmt die Strahlbreite. | Beeinflusst Beleuchtungsbereich und Gleichmäßigkeit. |
| Farbtemperatur | K (Kelvin), z.B. 2700K/6500K | Wärme/Kühle des Lichts, niedrigere Werte gelblich/warm, höhere weißlich/kühl. | Bestimmt Beleuchtungsatmosphäre und geeignete Szenarien. |
| Farbwiedergabeindex | Einheitenlos, 0–100 | Fähigkeit, Objektfarben genau wiederzugeben, Ra≥80 ist gut. | Beeinflusst Farbauthentizität, wird an anspruchsvollen Orten wie Einkaufszentren, Museen verwendet. |
| Farborttoleranz | MacAdam-Ellipsenschritte, z.B. "5-Schritt" | Metrik für Farbkonsistenz, kleinere Schritte bedeuten konsistentere Farbe. | Sichert einheitliche Farbe über dieselbe Charge von LEDs. |
| Dominante Wellenlänge | nm (Nanometer), z.B. 620nm (rot) | Wellenlänge, die der Farbe farbiger LEDs entspricht. | Bestimmt Farbton von roten, gelben, grünen monochromen LEDs. |
| Spektralverteilung | Wellenlänge vs. Intensitätskurve | Zeigt Intensitätsverteilung über Wellenlängen. | Beeinflusst Farbwiedergabe und Farbqualität. |
Elektrische Parameter
| Begriff | Symbol | Einfache Erklärung | Design-Überlegungen |
|---|---|---|---|
| Flussspannung | Vf | Mindestspannung zum Einschalten der LED, wie "Startschwelle". | Treiberspannung muss ≥ Vf sein, Spannungen addieren sich für serielle LEDs. |
| Flussstrom | If | Stromwert für normalen LED-Betrieb. | Normalerweise Konstantstromantrieb, Strom bestimmt Helligkeit & Lebensdauer. |
| Max. Pulsstrom | Ifp | Spitzenstrom, der für kurze Zeit erträglich ist, wird für Dimmen oder Blinken verwendet. | Pulsbreite & Tastverhältnis müssen streng kontrolliert werden, um Schäden zu vermeiden. |
| Sperrspannung | Vr | Maximale Sperrspannung, die die LED aushalten kann, darüber kann es zum Durchbruch kommen. | Schaltung muss verhindern, dass umgekehrte Verbindung oder Spannungsspitzen auftreten. |
| Wärmewiderstand | Rth (°C/W) | Widerstand gegen Wärmeübertragung vom Chip zum Lötpunkt, niedriger ist besser. | Hoher Wärmewiderstand erfordert stärkere Wärmeableitung. |
| ESD-Immunität | V (HBM), z.B. 1000V | Fähigkeit, elektrostatische Entladung zu widerstehen, höher bedeutet weniger anfällig. | In der Produktion sind antistatische Maßnahmen erforderlich, insbesondere für empfindliche LEDs. |
Wärmemanagement & Zuverlässigkeit
| Begriff | Schlüsselmetrik | Einfache Erklärung | Auswirkung |
|---|---|---|---|
| Sperrschichttemperatur | Tj (°C) | Tatsächliche Betriebstemperatur im LED-Chip. | Jede Reduzierung um 10°C kann die Lebensdauer verdoppeln; zu hoch verursacht Lichtabfall, Farbverschiebung. |
| Lichtstromrückgang | L70 / L80 (Stunden) | Zeit, bis die Helligkeit auf 70% oder 80% des Anfangswerts sinkt. | Definiert direkt die "Nutzungsdauer" der LED. |
| Lichtstromerhaltung | % (z.B. 70%) | Prozentsatz der nach Zeit verbleibenden Helligkeit. | Gibt die Fähigkeit an, die Helligkeit über die langfristige Nutzung zu erhalten. |
| Farbverschiebung | Δu′v′ oder MacAdam-Ellipse | Grad der Farbänderung während der Verwendung. | Beeinflusst die Farbkonsistenz in Beleuchtungsszenen. |
| Thermisches Altern | Materialabbau | Verschlechterung aufgrund langfristig hoher Temperatur. | Kann zu Helligkeitsabfall, Farbänderung oder Leiterunterbrechung führen. |
Verpackung & Materialien
| Begriff | Gängige Typen | Einfache Erklärung | Merkmale & Anwendungen |
|---|---|---|---|
| Gehäusetyp | EMC, PPA, Keramik | Chip schützendes Gehäusematerial, bietet optische/thermische Schnittstelle. | EMC: gute Wärmebeständigkeit, niedrige Kosten; Keramik: bessere Wärmeableitung, längere Lebensdauer. |
| Chip-Struktur | Front, Flip-Chip | Chip-Elektrodenanordnung. | Flip-Chip: bessere Wärmeableitung, höhere Effizienz, für Hochleistung. |
| Phosphorbeschichtung | YAG, Silikat, Nitrid | Bedeckt den blauen Chip, wandelt einen Teil in gelb/rot um, mischt zu weiß. | Verschiedene Phosphore beeinflussen Effizienz, CCT und CRI. |
| Linse/Optik | Flach, Mikrolinse, TIR | Optische Struktur auf der Oberfläche, die die Lichtverteilung steuert. | Bestimmt den Betrachtungswinkel und die Lichtverteilungskurve. |
Qualitätskontrolle & Binning
| Begriff | Binning-Inhalt | Einfache Erklärung | Zweck |
|---|---|---|---|
| Lichtstrom-Bin | Code z.B. 2G, 2H | Nach Helligkeit gruppiert, jede Gruppe hat Mindest-/Maximal-Lumenwerte. | Sichert einheitliche Helligkeit in derselben Charge. |
| Spannungs-Bin | Code z.B. 6W, 6X | Nach Flussspannungsbereich gruppiert. | Erleichtert Treiberabgleich, verbessert Systemeffizienz. |
| Farb-Bin | 5-Schritt MacAdam-Ellipse | Nach Farbkoordinaten gruppiert, sichert engen Bereich. | Garantiert Farbkonsistenz, vermeidet ungleichmäßige Farbe innerhalb der Leuchte. |
| CCT-Bin | 2700K, 3000K usw. | Nach CCT gruppiert, jede hat entsprechenden Koordinatenbereich. | Erfüllt verschiedene Szenario-CCT-Anforderungen. |
Prüfung & Zertifizierung
| Begriff | Standard/Test | Einfache Erklärung | Bedeutung |
|---|---|---|---|
| LM-80 | Lichtstromerhaltungstest | Langzeitbeleuchtung bei konstanter Temperatur, Aufzeichnung von Helligkeitsabfall. | Wird zur Schätzung der LED-Lebensdauer (mit TM-21) verwendet. |
| TM-21 | Lebensdauerschätzstandard | Schätzt Lebensdauer unter tatsächlichen Bedingungen basierend auf LM-80-Daten. | Bietet wissenschaftliche Lebensdauervorhersage. |
| IESNA | Beleuchtungstechnische Gesellschaft | Deckt optische, elektrische, thermische Testmethoden ab. | Industrieanerkannte Testbasis. |
| RoHS / REACH | Umweltzertifizierung | Stellt sicher, dass keine schädlichen Substanzen (Blei, Quecksilber) enthalten sind. | Marktzugangsvoraussetzung international. |
| ENERGY STAR / DLC | Energieeffizienzzertifizierung | Energieeffizienz- und Leistungszertifizierung für Beleuchtungsprodukte. | Wird in staatlichen Beschaffungen, Subventionsprogrammen verwendet, steigert Wettbewerbsfähigkeit. |