SMD-LED 19-21 Brilliant Yellow Datenblatt - 2.0x1.25x1.1mm - Spannung 1.7-2.2V - Leistung 60mW - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die 19-21 SMD-LED ist ein kompaktes, oberflächenmontierbares Bauteil, das für Anwendungen konzipiert ist, die ein leuchtkräftiges gelbes Signal oder eine Hintergrundbeleuchtung erfordern. Durch die Nutzung von AlGaInP-Chip-Technologie liefert sie eine hohe Lichtstärke auf minimaler Grundfläche. Ihre Hauptvorteile umfassen erhebliche Platzersparnis auf Leiterplatten, Kompatibilität mit automatisierten Bestückungsprozessen sowie die Einhaltung moderner Umwelt- und Sicherheitsstandards wie RoHS, REACH und halogenfreie Anforderungen.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Der entscheidende Vorteil dieses Bauteils ist seine extrem geringe Größe (2,0 mm x 1,25 mm x 1,1 mm), die eine höhere Packungsdichte ermöglicht und den Entwurf kleinerer, kompakterer Elektronikgeräte erlaubt. Sein geringes Gewicht macht es ideal für Miniatur- und tragbare Anwendungen. Das Bauteil ist auf 8-mm-Tape auf einer 7-Zoll-Rolle verpackt und damit voll kompatibel mit Hochgeschwindigkeits-Automatikbestückungsanlagen. Zu den Zielmärkten zählen Automobilelektronik (z.B. Armaturenbrett- und Schalter-Hintergrundbeleuchtung), Telekommunikation (z.B. Anzeigelampen in Telefonen und Faxgeräten), Unterhaltungselektronik für LCD-Hintergrundbeleuchtung und universelle Signalgeber-Anwendungen.

2. Vertiefung der technischen Parameter

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Analyse der wichtigsten technischen Parameter des Bauteils, wie in den Tabellen für Absolute Maximalwerte und Elektro-Optische Eigenschaften definiert.

2.1 Elektrische und thermische Parameter

Die Absolute Maximalwerte definieren die Betriebsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden auftreten können. Das Bauteil hat eine maximale Sperrspannung (VR) von 5 V, was betont, dass es nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt ist. Der Dauer-Durchlassstrom (IF) ist mit 25 mA spezifiziert, wobei ein Spitzen-Durchlassstrom (IFP) von 60 mA unter gepulsten Bedingungen zulässig ist (Tastverhältnis 1/10 bei 1 kHz). Die maximale Verlustleistung (Pd) beträgt 60 mW. Der Betriebstemperaturbereich ist von -40 °C bis +85 °C spezifiziert, mit einem etwas weiteren Lagertemperaturbereich von -40 °C bis +90 °C. Das Bauteil hält Standard-Lötwärmeprofile für bleifreies Reflow-Löten mit einer Spitzentemperatur von 260 °C für bis zu 10 Sekunden aus.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Die Kernleistung wird unter typischen Bedingungen (Ta=25 °C, IF=5 mA) definiert. Die Lichtstärke (Iv) hat einen typischen Bereich von 11,5 mcd bis 28,5 mcd, abhängig vom spezifischen Bin. Der Abstrahlwinkel (2θ1/2) ist mit 100 Grad weit und sorgt für eine breite, gleichmäßige Ausleuchtung. Die dominante Wellenlänge (λd) liegt im gelben Spektrum, konkret zwischen 585,5 nm und 594,5 nm, mit einer typischen Spitzenwellenlänge (λp) um 591 nm. Die spektrale Bandbreite (Δλ) beträgt etwa 15 nm. Die Durchlassspannung (VF) ist relativ niedrig und liegt bei 5 mA zwischen 1,70 V und 2,20 V. Der Sperrstrom (IR) ist garantiert unter 10 μA bei der maximalen Sperrspannung von 5 V.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um Konsistenz in der Produktion und im Anwendungsdesign sicherzustellen, werden die LEDs anhand von drei Schlüsselparametern sortiert: Lichtstärke, dominante Wellenlänge und Durchlassspannung.

3.1 Lichtstärke-Binning

Die Lichtstärke wird in vier Bins kategorisiert: L1 (11,5-14,5 mcd), L2 (14,5-18,0 mcd), M1 (18,0-22,5 mcd) und M2 (22,5-28,5 mcd). Dies ermöglicht es Konstrukteuren, einen für ihre Anwendung passenden Helligkeitsgrad auszuwählen und so visuelle Gleichmäßigkeit über mehrere Bauteile in einem Produkt hinweg sicherzustellen.

3.2 Binning der dominanten Wellenlänge

Die Farbe (Farbton) wird über Bins für die dominante Wellenlänge gesteuert: D3 (585,5-588,5 nm), D4 (588,5-591,5 nm) und D5 (591,5-594,5 nm). Diese enge Toleranz von ±1 nm ist entscheidend für Anwendungen, bei denen Farbkonstanz wichtig ist, wie z.B. in Multi-LED-Hintergrundbeleuchtungs-Arrays oder Statusanzeigen, die einer spezifischen Markenfarbe entsprechen müssen.

3.3 Binning der Durchlassspannung

Die Durchlassspannung wird in 0,1-V-Schritten von 1,70 V bis 2,20 V gebinnt, mit den Codes 19 bis 23. Die Kenntnis des spezifischen Spannungs-Bins ist für den Entwurf des strombegrenzenden Widerstandsnetzwerks essenziell, da sie direkt den durch die LED fließenden Strom und damit deren Helligkeit und Leistungsaufnahme beeinflusst. Die Toleranz für VF innerhalb eines Bins beträgt ±0,05 V.

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere Kennlinien, die das Verhalten des Bauteils unter variierenden Bedingungen veranschaulichen und für einen robusten Schaltungsentwurf kritisch sind.

4.1 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (IV-Kennlinie)

Die IV-Kennlinie zeigt den nichtlinearen Zusammenhang zwischen Durchlassstrom und Durchlassspannung. Bei dieser LED steigt die Spannung nach Überschreiten der Einschaltspannung steil an. Beim typischen Betriebsstrom von 5 mA liegt die Spannung zwischen 1,7 V und 2,2 V. Konstrukteure müssen diese Kurve nutzen, um sicherzustellen, dass die Treiberschaltung einen stabilen Strom (nicht Spannung) liefert, um eine gleichmäßige Helligkeit zu erreichen.

4.2 Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur

Diese Kurve zeigt die Temperaturabhängigkeit der Lichtausbeute. Die Lichtstärke nimmt mit steigender Umgebungstemperatur ab. Die Ausgabe bleibt von -40 °C bis etwa 25 °C relativ stabil, zeigt aber einen merklichen Rückgang, wenn die Temperatur die maximale Betriebsgrenze von +85 °C erreicht. Diese Eigenschaft muss in Entwürfen für Hochtemperaturumgebungen berücksichtigt werden, was ggf. eine Entlastung oder thermische Maßnahmen erfordert.

4.3 Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Diese Kurve zeigt, dass die Lichtausbeute mit dem Durchlassstrom zunimmt, jedoch nicht perfekt linear, insbesondere bei höheren Strömen. Sie unterstreicht auch die Bedeutung des absoluten Maximalwerts für den Dauerstrom (25 mA). Betrieb in der Nähe oder über diesem Grenzwert kann zu beschleunigtem Degradieren, reduzierter Lebensdauer und potenziellem Ausfall führen.

4.4 Spektrale Verteilung und Abstrahlcharakteristik

Das Spektralverteilungsdiagramm bestätigt die monochromatische gelbe Ausgabe mit einem zentralen Peak um 591 nm. Das Abstrahldiagramm veranschaulicht die räumliche Lichtverteilung und zeigt den 100-Grad-Abstrahlwinkel, bei dem die Intensität auf die Hälfte des Spitzenwerts abfällt. Dieses Muster ist wichtig, um zu verstehen, wie das Licht in der finalen Anwendung aus verschiedenen Blickwinkeln wahrgenommen wird.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen und Toleranzen

Die LED ist in einem standardmäßigen 19-21 SMD-Gehäuse untergebracht. Die Hauptabmessungen sind: Länge 2,0 mm, Breite 1,25 mm und Höhe 1,1 mm. Die Anschlussabmessungen und -abstände sind für zuverlässiges Lößen ausgelegt. Alle nicht spezifizierten Toleranzen betragen ±0,1 mm. Eine Kathodenmarkierung ist auf dem Gehäuse klar angegeben, um die korrekte Polungsorientierung während der Montage zu gewährleisten.

5.2 Polungskennzeichnung und Lötflächenentwurf

Die korrekte Polung ist für den Betrieb des Bauteils essenziell. Das Gehäuse weist eine deutliche Kathodenmarkierung auf. Das empfohlene Leiterplatten-Pad-Layout (Footprint) sollte den Gehäuseanschlüssen entsprechen, mit angemessener Lötstopplacköffnung, um sicherzustellen, dass sich während des Reflow-Lötens eine zuverlässige Lötnaht bildet, die sowohl elektrische Verbindung als auch mechanische Festigkeit bietet.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Sachgemäße Handhabung und Lötung sind entscheidend für die Aufrechterhaltung der Zuverlässigkeit und Leistung des Bauteils.

6.1 Reflow-Lötparameter

Das Bauteil ist mit Infrarot- und Dampfphasen-Reflow-Prozessen kompatibel. Für bleifreies Löten wird ein spezifisches Temperaturprofil empfohlen: Vorwärmen zwischen 150-200 °C für 60-120 Sekunden, Zeit oberhalb der Liquidustemperatur (217 °C) für 60-150 Sekunden, mit einer Spitzentemperatur von maximal 260 °C für höchstens 10 Sekunden. Die maximalen Aufheiz- und Abkühlraten sollten 6 °C/s bzw. 3 °C/s betragen. Der Reflow-Vorgang sollte nicht mehr als zweimal durchgeführt werden.

6.2 Handlötung und Reparatur

Falls Handlötung notwendig ist, ist äußerste Vorsicht geboten. Die Lötspitzentemperatur sollte unter 350 °C liegen und an jedem Anschluss für nicht mehr als 3 Sekunden angewendet werden. Die Leistung des Lötkolbens sollte 25 W oder weniger betragen. Zwischen dem Löten jedes Anschlusses sollte eine Abkühlpause von mindestens 2 Sekunden eingehalten werden. Eine Reparatur nach dem Erstlöten wird dringend abgeraten. Falls unvermeidbar, muss ein spezieller Doppelspitzen-Lötkolben verwendet werden, um beide Anschlüsse gleichzeitig zu erhitzen und mechanische Belastung des Gehäuses zu vermeiden.

6.3 Lagerung und Feuchtigkeitsempfindlichkeit

Die LEDs sind in einer feuchtigkeitsbeständigen Sperrbeutel mit Trockenmittel verpackt. Der Beutel darf erst geöffnet werden, wenn die Bauteile einsatzbereit sind. Nach dem Öffnen sollten unbenutzte LEDs bei ≤30 °C und ≤60 % relativer Luftfeuchtigkeit gelagert und innerhalb von 168 Stunden (7 Tagen) verwendet werden. Wird dieses Zeitfenster überschritten oder zeigt der Trockenmittel-Indikator Sättigung an, müssen die Bauteile vor der Verwendung 24 Stunden bei 60±5 °C getrocknet (gebakt) werden, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und "Popcorning" während des Reflow-Lötens zu verhindern.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Rollen- und Tape-Spezifikationen

Die Bauteile werden auf geprägter Trägerfolie mit einer Breite von 8 mm geliefert, aufgewickelt auf einer Standard-7-Zoll-(178 mm)-Rolle. Jede Rolle enthält 3000 Stück. Detaillierte Abmessungen für die Rolle, die Trägerfolie und die Deckfolie sind angegeben, um die Kompatibilität mit den Zuführungen automatisierter Bestückungsanlagen sicherzustellen.

7.2 Etikettenerklärung und feuchtigkeitsbeständige Verpackung

Das Rollenetikett enthält kritische Informationen für Rückverfolgbarkeit und korrekte Anwendung: Produktnummer (P/N), Packungsmenge (QTY), Lichtstärke-Klasse (CAT), Klasse der dominanten Wellenlänge (HUE) und Durchlassspannungs-Klasse (REF). Die feuchtigkeitsdichte Verpackung besteht aus einem Aluminium-Laminatbeutel, der die Rolle und ein Trockenmittelpäckchen enthält, mit einem externen Feuchtigkeitsindikator-Etikett.

8. Anwendungsvorschläge und Entwurfsüberlegungen

8.1 Typische Anwendungsszenarien

Diese LED eignet sich gut für eine Vielzahl von Niederleistungs-Signalgeber- und Hintergrundbeleuchtungsaufgaben. Hauptanwendungen umfassen Hintergrundbeleuchtung für Automobil-Armaturenbretter und Schalter, Statusanzeigen in Telekommunikationsgeräten (Telefone, Faxgeräte), flache Hintergrundbeleuchtung für kleine LCD-Panels und Folientastaturen sowie universelle Anzeigelampen in Konsum- und Industrie-Elektronik.

8.2 Kritische Entwurfsüberlegungen

Strombegrenzung:Ein externer strombegrenzender Widerstand ist zwingend erforderlich. Die Durchlassspannung hat einen negativen Temperaturkoeffizienten, d.h. sie sinkt mit steigender Temperatur. Eine Konstantspannungsquelle ohne Vorwiderstand würde zu thermischem Durchgehen und schnellem Ausfall führen. Der Widerstandswert muss basierend auf der Versorgungsspannung, dem Durchlassspannungs-Bin der LED und dem gewünschten Betriebsstrom (der 25 mA Dauerstrom nicht überschreiten sollte) berechnet werden.
Thermisches Management:Obwohl das Bauteil eine geringe Verlustleistung hat, sollte das Leiterplatten-Layout dennoch die Wärmeableitung berücksichtigen, insbesondere in hochdichten Arrays oder Umgebungen mit hoher Umgebungstemperatur. Sorgen Sie für ausreichende Kupferfläche um die Lötpads herum, die als Kühlkörper dient.
ESD-Schutz:Das Bauteil hat eine ESD-Festigkeit von 2000 V (Human Body Model). Während der Handhabung und Montage sollten Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen beachtet werden, um latente Schäden zu verhindern.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu traditionellen Durchsteck-LED-Gehäusen bietet das 19-21 SMD-Format erhebliche Vorteile: eine drastisch reduzierte Grundfläche und Bauhöhe, Eignung für vollautomatische Bestückung, was zu niedrigeren Fertigungskosten führt, und verbesserte Zuverlässigkeit aufgrund fehlender gebogener Anschlussbeine. Innerhalb der Kategorie der SMD-Gelb-LEDs differenziert sich dieses spezifische Bauteil durch seine leuchtkräftige gelbe Farbe aus dem AlGaInP-Materialsystem (oft heller und gesättigter als ältere Technologien), einen weiten 100-Grad-Abstrahlwinkel und umfassende Umweltkonformität (RoHS, REACH, halogenfrei). Seine detaillierte Binning-Struktur ermöglicht eine hochpräzise Auswahl für farb- und helligkeitskritische Anwendungen.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Kann ich diese LED direkt von einer 3,3-V- oder 5-V-Logikversorgung ansteuern?
A: Nein. Sie müssen immer einen Vorwiderstand in Reihe schalten. Zum Beispiel bei einer 5-V-Versorgung und einer LED aus dem VF=2,0-V-Bin für 20 mA: R = (5 V - 2,0 V) / 0,020 A = 150 Ohm. Ein Widerstand ist für einen zuverlässigen Betrieb unabdingbar.
F: Wie interpretiere ich die Bin-Codes auf dem Etikett (z.B. CAT: M1, HUE: D4, REF: 20)?
A: Dies spezifiziert die exakte Leistungsuntergruppe. CAT:M1 bedeutet Lichtstärke zwischen 18,0-22,5 mcd. HUE:D4 bedeutet dominante Wellenlänge zwischen 588,5-591,5 nm. REF:20 bedeutet Durchlassspannung zwischen 1,80-1,90 V.
F: Das Datenblatt zeigt eine Sperrspannungsfestigkeit von 5 V. Kann ich sie in einer AC-Schaltung oder mit Verpolungsschutz verwenden?
A: Die 5-V-Festigkeit dient nur zum Testen des Sperrstroms (IR). Das Bauteil ist nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt. Es sollte nur in Durchlassrichtung in DC-Schaltungen verwendet werden. Für AC- oder bipolare Anwendungen ist ein externer Gleichrichter oder Schutzdiode erforderlich.
F: Was passiert, wenn ich die 7-tägige Bodenlebensdauer nach Öffnen der Feuchtigkeitssperrbeutel überschreite?
A: Die Bauteile absorbieren Feuchtigkeit aus der Luft. Wenn sie ohne Trocknen gelötet werden, kann diese Feuchtigkeit während des Reflow-Lötens schnell verdampfen und innere Delamination oder Risse ("Popcorning") verursachen. Sie müssen die Bauteile vor der Verwendung 24 Stunden bei 60 °C trocknen (backen), um die Feuchtigkeit auszutreiben.

11. Praktische Entwurfs- und Anwendungsfallstudie

Szenario: Entwurf eines Multi-LED-Statuspanels für ein Industrieanlagengerät.Das Panel benötigt 10 einheitliche gelbe Anzeigen. Um visuelle Gleichmäßigkeit sicherzustellen, spezifiziert der Konstrukteur LEDs aus demselben Lichtstärke-Bin (z.B. M1) und demselben Bin für die dominante Wellenlänge (z.B. D4). Aus dem Durchlassspannungs-Bin (z.B. 20) berechnet der Konstrukteur einen präzisen Vorwiderstandswert für eine 12-V-Versorgungsschiene, um die gewünschte Helligkeit bei 15 mA zu erreichen, deutlich unter dem Maximum von 25 mA. Das Leiterplatten-Layout platziert die LEDs mit ausreichendem Abstand zur Wärmeableitung und verwendet ein lötstopplackdefiniertes Pad, um die Größe der Lötnaht zu kontrollieren. Der Bestücker befolgt die Feuchtigkeitshandhabungsverfahren, verwendet das empfohlene Reflow-Profil und führt eine automatisierte optische Inspektion durch, um korrekte Platzierung und Polung zu überprüfen.

12. Einführung in das Technologieprinzip

Diese LED basiert auf AlGaInP (Aluminium-Gallium-Indium-Phosphid)-Halbleitermaterial, das auf einem Substrat gewachsen wird. Wenn eine Durchlassspannung an den p-n-Übergang angelegt wird, werden Elektronen und Löcher in den aktiven Bereich injiziert, wo sie rekombinieren. In AlGaInP setzt diese Rekombination hauptsächlich Energie in Form von Photonen im gelben/orangen/roten Teil des sichtbaren Spektrums frei, abhängig von der genauen Legierungszusammensetzung. Die "wasserklare" Harzlinse ist nicht phosphorkonvertiert; das gelbe Licht wird direkt vom Halbleiterchip selbst emittiert, was zu hoher Farbreinheit und Effizienz führt. Die Gehäusestruktur schützt den empfindlichen Halbleiterchip und beinhaltet eine geformte Epoxidharzlinse, die das Licht in das spezifizierte Abstrahlmuster formt.

13. Technologietrends und Entwicklungen

Der allgemeine Trend bei SMD-LEDs wie dem 19-21-Gehäuse geht zu immer höherer Lichtausbeute (mehr Lichtausbeute pro Watt elektrischer Eingangsleistung), erreicht durch Verbesserungen im Chip-Design, der epitaktischen Schichtabscheidung und der Lichtextraktion aus dem Gehäuse. Es gibt auch einen kontinuierlichen Drang zu verbesserter Farbkonstanz und engeren Binning-Toleranzen, um den Anforderungen von High-End-Display- und Automobilanwendungen gerecht zu werden. Die Gehäusetechnologie entwickelt sich weiter, um die Zuverlässigkeit unter höheren Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen zu verbessern. Darüber hinaus spiegelt der branchenweite Wechsel zu bleifreien, halogenfreien und REACH-konformen Materialien, wie bei diesem Bauteil zu sehen, die wachsende Bedeutung von Umweltverträglichkeit und regulatorischer Konformität in der Elektronikbauteilfertigung wider.