SMD LED 19-213 Brilliant Yellow Green Datenblatt - Gehäuse 2.0x1.25x0.8mm - Spannung 2.0V - Leistung 60mW - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die 19-213 ist eine oberflächenmontierbare (SMD) LED für moderne, kompakte Elektronikanwendungen. Sie nutzt einen AlGaInP (Aluminium-Gallium-Indium-Phosphid) Halbleiterchip zur Erzeugung eines brillanten gelbgrünen Lichts. Der Hauptvorteil dieser Komponente ist ihre Miniaturbauform, die eine erhebliche Verkleinerung der Leiterplatten (PCB) und der Gesamtgeräteabmessungen ermöglicht. Ihre leichte Bauweise macht sie zudem für Anwendungen geeignet, bei denen Platz und Gewicht kritische Einschränkungen darstellen. Die LED ist auf 8-mm-Trägerband gewickelt, das auf einer 7-Zoll (178 mm) Rolle geliefert wird, und ist somit voll kompatibel mit schnellen automatischen Bestückungsanlagen. Es handelt sich um eine einfarbige, bleifreie (Pb-freie) Komponente, die den wichtigsten Umweltvorschriften entspricht, einschließlich RoHS, EU REACH und halogenfreien Standards (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm).

2. Detaillierte technische Spezifikationen

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Grenzen, bei deren Überschreitung dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb unter diesen Bedingungen ist nicht garantiert. Die absoluten Maximalwerte sind bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C angegeben. Die maximale Sperrspannung (VR) beträgt 5V. Der Dauer-Durchlassstrom (IF) darf 25 mA nicht überschreiten. Für Pulsbetrieb ist ein Spitzen-Durchlassstrom (IFP) von 60 mA bei einem Tastverhältnis von 1/10 und 1 kHz zulässig. Die maximale Verlustleistung (Pd) beträgt 60 mW. Das Bauteil hält einer elektrostatischen Entladung (ESD) von 2000V gemäß Human Body Model (HBM) stand. Der Betriebstemperaturbereich (Topr) reicht von -40°C bis +85°C, während der Lagertemperaturbereich (Tstg) etwas weiter ist, von -40°C bis +90°C. Für das Löten ist ein Reflow-Profil mit einer Spitzentemperatur von 260°C für 10 Sekunden spezifiziert, oder Handlötung bei 350°C für maximal 3 Sekunden.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Die typische Leistung wird bei Ta=25°C und einem Durchlassstrom (IF) von 20 mA gemessen. Die Lichtstärke (Iv) hat einen typischen Bereich, der durch Bin-Codes definiert ist, mit einem Minimum von 45,0 mcd und einem Maximum von 112,0 mcd. Der Abstrahlwinkel (2θ1/2), bei dem die Intensität die Hälfte des Achswerts beträgt, beträgt breite 120 Grad. Die Spitzenwellenlänge (λp) beträgt typischerweise 575 nm, und die dominante Wellenlänge (λd) reicht von 569,5 nm bis 577,5 nm, kategorisiert in spezifische Bins. Die spektrale Bandbreite (Δλ) beträgt etwa 20 nm. Die Durchlassspannung (VF) beträgt typisch 2,0V mit einem Maximum von 2,35V. Der Sperrstrom (IR) beträgt maximal 10 μA bei einer angelegten Sperrspannung (VR) von 5V. Es ist entscheidend zu beachten, dass das Bauteil nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt ist; die VR-Angabe gilt nur für Testbedingungen bei der Messung von IR.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um Konsistenz in Helligkeit und Farbe zu gewährleisten, werden die LEDs basierend auf Schlüsselparametern in Bins sortiert.

3.1 Lichtstärke-Binning

Die Lichtausbeute wird bei IF=20mA in vier Bins (P1, P2, Q1, Q2) kategorisiert. Bin P1 umfasst 45,0 bis 57,0 mcd, P2 von 57,0 bis 72,0 mcd, Q1 von 72,0 bis 90,0 mcd und Q2 von 90,0 bis 112,0 mcd. Für die Lichtstärke gilt eine Toleranz von ±11%.

3.2 Binning der dominanten Wellenlänge

Die Farbe, definiert durch die dominante Wellenlänge, wird bei IF=20mA in vier Bins (C16, C17, C18, C19) sortiert. Bin C16 reicht von 569,5 bis 571,5 nm, C17 von 571,5 bis 573,5 nm, C18 von 573,5 bis 575,5 nm und C19 von 575,5 bis 577,5 nm. Für die dominante Wellenlänge wird eine enge Toleranz von ±1nm eingehalten.

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere charakteristische Kurven, die für Schaltungsdesign und thermisches Management wesentlich sind.

4.1 Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Diese Kurve zeigt, wie die Lichtausbeute mit dem Durchlassstrom zunimmt. Sie ist nichtlinear, und Entwickler müssen auf dieses Diagramm verweisen, um den geeigneten Betriebsstrom für die gewünschte Helligkeit auszuwählen und sicherzustellen, dass die absoluten Maximalwerte nicht überschritten werden.

4.2 Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur

Dieses Diagramm veranschaulicht die thermische Degradation der Lichtausbeute. Mit steigender Umgebungstemperatur nimmt der Lichtwirkungsgrad ab. Dies ist kritisch für Anwendungen in erhöhten Temperaturumgebungen, da es optische oder elektrische Kompensation erforderlich machen kann.

4.3 Durchlassspannung vs. Durchlassstrom

Die IV (Strom-Spannungs-) Kennlinie ist grundlegend für den Entwurf der strombegrenzenden Schaltung. Sie zeigt die exponentielle Beziehung und hilft bei der Berechnung des notwendigen Vorwiderstandswerts oder der Spezifikationen für Konstantstromtreiber.

4.4 Spektrale Verteilung

Die spektrale Leistungsverteilungskurve bestätigt die monochromatische Natur der LED und zeigt einen einzelnen Peak um 575 nm, der ihre brillante gelbgrüne Farbe definiert.

4.5 Abstrahlcharakteristik

Das Polardiagramm zeigt die räumliche Verteilung der Lichtintensität. Der 120° Abstrahlwinkel wird hier bestätigt und zeigt ein nahezu lambertisches Abstrahlverhalten, das für die Flächenausleuchtung geeignet ist.

4.6 Derating-Kurve für den Durchlassstrom

Dies ist wohl die wichtigste Kurve für die Zuverlässigkeit. Sie zeigt den maximal zulässigen Dauer-Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur. Mit steigender Temperatur muss der maximale Strom reduziert werden, um innerhalb des sicheren Betriebsbereichs und der Verlustleistungsgrenzen des Bauteils zu bleiben.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die LED hat ein kompaktes SMD-Gehäuse. Wichtige Abmessungen sind eine Bauteillänge von 2,0 mm, eine Breite von 1,25 mm und eine Höhe von 0,8 mm. Die Anoden- und Kathodenanschlüsse sind klar gekennzeichnet. Alle nicht spezifizierten Toleranzen betragen ±0,1 mm. Die Maßzeichnung ist wesentlich für die Erstellung des PCB-Land Patterns (Footprint) in CAD-Software.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil

Für bleifreies Löten muss ein spezifisches Temperaturprofil eingehalten werden. Die Vorwärmzone sollte zwischen 150°C und 200°C für 60-120 Sekunden liegen. Die Zeit über der Liquidustemperatur des Lotes (217°C) sollte 60-150 Sekunden betragen. Die Spitzentemperatur darf 260°C nicht überschreiten, und die Zeit innerhalb von 5°C dieser Spitze sollte maximal 10 Sekunden betragen. Die maximale Aufheizrate beträgt 3°C/Sekunde, und die maximale Abkühlrate beträgt 6°C/Sekunde. Reflow-Löten sollte nicht mehr als zweimal durchgeführt werden.

6.2 Handlötung

Wenn Handlötung unvermeidbar ist, muss die Lötspitzentemperatur unter 350°C liegen, und die Kontaktzeit pro Anschluss darf 3 Sekunden nicht überschreiten. Ein Lötkolben mit geringer Leistung (≤25W) wird empfohlen. Zwischen dem Löten jedes Anschlusses sollte ein Mindestintervall von 2 Sekunden eingehalten werden, um thermischen Schock zu vermeiden.

6.3 Lagerung und Feuchtigkeitssensitivität

Die Bauteile sind in einer feuchtigkeitsbeständigen Tasche mit Trockenmittel verpackt. Die Tasche darf erst geöffnet werden, wenn die Teile verwendungsbereit sind. Nach dem Öffnen müssen unbenutzte LEDs bei ≤30°C und ≤60% relativer Luftfeuchtigkeit (RH) gelagert und innerhalb von 168 Stunden (7 Tagen) verwendet werden. Wird dieses Fenster überschritten oder ändert der Trockenmittelindikator seine Farbe, ist vor der Verwendung eine Trocknung bei 60±5°C für 24 Stunden erforderlich.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Rollen- und Band-Spezifikationen

Die LEDs werden auf geprägtem Trägerband auf einer Rolle mit 7 Zoll (178 mm) Durchmesser geliefert. Die Rollenbreite beträgt 13,0 mm und der Naben- bzw. Kern-Durchmesser 44,4 mm. Jede Rolle enthält 3000 Stück. Die Taschenabmessungen des Trägerbands sind so gestaltet, dass sie das 2,0x1,25 mm Gehäuse sicher halten.

7.2 Etiketteninformationen

Das Verpackungsetikett enthält kritische Informationen für Rückverfolgbarkeit und korrekte Anwendung: Kundenteilenummer (CPN), Artikelnummer (P/N), Packmenge (QTY), Lichtstärkenklasse (CAT), Farbort-/Dominante-Wellenlängen-Klasse (HUE), Durchlassspannungsklasse (REF) und Losnummer (LOT No).

8. Anwendungsempfehlungen

8.1 Typische Anwendungen

Die brillante gelbgrüne Farbe und der weite Abstrahlwinkel machen diese LED ideal für Statusanzeigen und Hintergrundbeleuchtung. Häufige Anwendungen sind Hintergrundbeleuchtung für Instrumententafeln und Schalter, Anzeige- und Tastaturbeleuchtung in Telekommunikationsgeräten wie Telefonen und Faxgeräten, flache Hintergrundbeleuchtung für kleine LCDs und Symbole sowie allgemeine Indikatoranwendungen.

8.2 Design-Überlegungen

Strombegrenzung:Ein externer strombegrenzender Widerstand ist zwingend erforderlich. Die exponentielle IV-Kennlinie bedeutet, dass eine kleine Spannungsänderung einen großen, schädlichen Stromanstieg verursachen kann. Der Widerstandswert muss basierend auf der Versorgungsspannung, der typischen Durchlassspannung der LED (2,0V) und dem gewünschten Betriebsstrom (≤25 mA) berechnet werden.

Thermisches Management:Obwohl das Gehäuse klein ist, muss die Verlustleistung (bis zu 60 mW) berücksichtigt werden, insbesondere bei hohen Umgebungstemperaturen oder in geschlossenen Räumen. Die Derating-Kurve muss konsultiert werden. Eine ausreichende Kupferfläche auf der Leiterplatte um die Pads herum kann bei der Wärmeableitung helfen.

ESD-Schutz:Obwohl für 2000V HBM ausgelegt, sollten während der Montage Standard-ESD-Handhabungsvorsichtsmaßnahmen beachtet werden.

Optisches Design:Der 120° Abstrahlwinkel bietet eine breite Abdeckung. Für fokussiertes Licht wären Sekundäroptiken (Linsen) erforderlich. Die wasserklare Harzlinse bietet eine gute Lichteinkopplung.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu älteren Durchsteck-LED-Gehäusen bietet dieser SMD-Typ einen drastisch reduzierten Platzbedarf und Bauhöhe und ermöglicht so moderne miniaturisierte Designs. Die AlGaInP-Technologie bietet hohe Effizienz und gesättigte Farbe im gelbgrünen Spektrum. Der weite 120° Abstrahlwinkel ist ein entscheidender Vorteil gegenüber LEDs mit engerem Winkel für Anwendungen, die breite Sichtbarkeit erfordern. Die Konformität mit RoHS, REACH und halogenfreien Standards stellt sicher, dass sie strenge globale Umweltanforderungen für Elektronikprodukte erfüllt.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F: Kann ich diese LED ohne einen Vorwiderstand betreiben?

A: Nein. Das Datenblatt warnt ausdrücklich davor, dass bereits eine geringe Spannungsverschiebung zu einer großen Stromänderung führt, die zum Durchbrennen führt. Ein strombegrenzender Widerstand oder ein Konstantstromtreiber ist unerlässlich.

F: Was passiert, wenn ich die 7-tägige Bodenlebensdauer nach dem Öffnen der feuchtigkeitsdichten Tasche überschreite?

A: Die LEDs können Feuchtigkeit aufnehmen, was zu Popcorn-Rissen oder Delamination während des Reflow-Lötens führen kann. Sie müssen vor der Verwendung bei 60±5°C für 24 Stunden getrocknet werden.

F: Kann ich diese für eine Sperrspannungsanzeige verwenden?

A: Nein. Das Bauteil ist nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt. Die 5V-Sperrspannungsangabe gilt nur für Testbedingungen bei der Messung des Leckstroms (IR).

F: Wie interpretiere ich die Bin-Codes (P1, C17 usw.) auf dem Etikett?

A: Diese Codes geben den garantierten Bereich für die Lichtstärke (P1, P2, Q1, Q2) und die dominante Wellenlänge (C16-C19) an. Entwickler sollten das geeignete Bin entsprechend den Helligkeits- und Farbkonsistenzanforderungen ihrer Anwendung auswählen.

11. Praktische Design-Fallstudie

Betrachten Sie den Entwurf einer Statusanzeige für ein tragbares Verbrauchergerät, das mit einer 3,3V-Schiene versorgt wird. Das Ziel ist ein klar sichtbares brillantes gelbgrünes Licht.

Schritt 1 - Stromauswahl:Für eine mittlere Helligkeit wird ein Betriebsstrom von 15 mA gewählt, deutlich unter dem Maximum von 25 mA.

Schritt 2 - Widerstandsberechnung:Verwendung des Ohmschen Gesetzes: R = (V_Versorgung - Vf_LED) / I_LED. Mit V_Versorgung = 3,3V, Vf_typisch = 2,0V und I_LED = 0,015 A ergibt sich R = (3,3 - 2,0) / 0,015 = 86,67 Ω. Der nächstgelegene Standardwert von 91 Ω oder 82 Ω kann gewählt werden, wobei sich der Strom leicht anpasst.

Schritt 3 - Leistungsbewertung des Widerstands:Die im Widerstand dissipierte Leistung P_R = I²R = (0,015)² * 91 = 0,0205 W. Ein Standard-1/10W (0,1W) Widerstand ist mehr als ausreichend.

Schritt 4 - Thermische Überprüfung:Die Verlustleistung des Bauteils P_LED = Vf * I = 2,0V * 0,015A = 30 mW. Gemäß der Derating-Kurve liegt der zulässige Strom bei einer erwarteten maximalen Umgebungstemperatur von 50°C immer noch über 25 mA, daher sind 15 mA sicher.

Schritt 5 - PCB-Layout:Es wird ein Footprint erstellt, der dem 2,0x1,25mm-Gehäuse entspricht. Kleine thermische Entlastungsanschlüsse an eine moderate Kupferfläche können das Löten und die Wärmeableitung unterstützen, ohne als großer Kühlkörper zu wirken, der den Reflow erschweren könnte.

12. Funktionsprinzip

Diese LED arbeitet nach dem Prinzip der Elektrolumineszenz in einem Halbleiter-p-n-Übergang. Das aktive Gebiet besteht aus AlGaInP. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die das eingebaute Potenzial des Übergangs übersteigt, werden Elektronen aus dem n-Typ-Gebiet und Löcher aus dem p-Typ-Gebiet in das aktive Gebiet injiziert. Dort rekombinieren sie und setzen Energie in Form von Photonen frei. Die spezifische Bandlückenenergie der AlGaInP-Legierung bestimmt die Wellenlänge des emittierten Lichts, in diesem Fall entsprechend Brilliant Yellow Green (~575 nm). Das wasserklare Epoxidharz-Gehäuse schützt den Halbleiterchip, bietet mechanische Stabilität und formt den Lichtausgangsstrahl auf den spezifizierten 120-Grad-Abstrahlwinkel.

13. Technologietrends

Die Entwicklung von SMD-LEDs wie der 19-213 ist Teil des breiteren Trends in der Elektronik hin zu Miniaturisierung, erhöhter Zuverlässigkeit und automatisierter Montage. Die AlGaInP-Technologie stellt eine ausgereifte und effiziente Lösung zur Herstellung von hochhellen roten, orangen, gelben und grünen LEDs dar. Laufende Forschung in Halbleitermaterialien, wie weitere Verfeinerungen im epitaktischen Wachstum und Phosphor-Konversion für breitere Spektren, treibt weiterhin die Grenzen von Effizienz, Farbwiedergabe und Leistungsdichte voran. Darüber hinaus konzentrieren sich Verpackungsinnovationen auf die Verbesserung des thermischen Managements, um höhere Treiberströme bei immer kleineren Bauformen zu ermöglichen, sowie auf die Erhöhung der Zuverlässigkeit unter rauen Umweltbedingungen. Die Integration von Treiberelektronik und mehrfarbigen Chips in einzelne Gehäuse (z.B. RGB-LEDs) ist ein weiterer bedeutender Trend, der durch fortschrittliche SMD-Technologie ermöglicht wird.