SMD LED 15-13D/R6GHBHC-A01/2T Datenblatt - 1.5x1.3x0.8mm - 2.0-3.7V - 20-25mA - Rot/Grün/Blau - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die 15-13D ist eine kompakte, oberflächenmontierbare (SMD) LED, die für moderne elektronische Anwendungen entwickelt wurde, die Miniaturisierung und hohe Zuverlässigkeit erfordern. Diese Serie bietet drei verschiedene Farboptionen basierend auf unterschiedlichen Halbleitermaterialien: Brillantes Rot (R6, AlGaInP), Brillantes Grün (GH, InGaN) und Blau (BH, InGaN). Das Bauteil wird auf 8-mm-Tape geliefert, das auf einer 7-Zoll-Spule aufgewickelt ist, wodurch es vollständig mit schnellen automatischen Bestückungsanlagen kompatibel ist.

Der Hauptvorteil dieser LED ist ihr deutlich reduzierter Platzbedarf im Vergleich zu herkömmlichen Gehäusen mit Anschlussbeinen. Dies ermöglicht es Konstrukteuren, eine höhere Bauteildichte auf Leiterplatten (PCBs) zu erreichen, was zu kleineren Gesamtplattengrößen und letztendlich kompakteren Endprodukten führt. Die leichte Bauweise macht sie zudem ideal für tragbare und Miniaturanwendungen, bei denen Gewicht und Platz kritische Einschränkungen darstellen.

Das Produkt wird bleifrei (Pb-frei) hergestellt, entspricht den EU-Richtlinien RoHS und REACH und erfüllt halogenfreie Anforderungen (Brom <900 ppm, Chlor <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm). Es wird zudem unter ESD-sicheren (Elektrostatische Entladung) Prozessen gefertigt, was die Handhabungszuverlässigkeit erhöht.

2. Detaillierte technische Spezifikationen

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Grenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Ein Betrieb unter diesen Bedingungen ist nicht garantiert.

• Sperrspannung (VR):Maximal 5V für alle Farbtypen. Eine Überschreitung kann zum Durchbruch der Sperrschicht führen.
• Durchlassstrom (IF):25 mA für R6 (Rot) und GH (Grün); 20 mA für BH (Blau). Dies ist der maximale kontinuierliche Gleichstrom.
• Spitzendurchlassstrom (IFP):Anwendbar unter gepulsten Bedingungen (1/10 Tastverhältnis @ 1kHz). R6: 60 mA; GH & BH: 100 mA.
• Verlustleistung (Pd):Die maximale Leistung, die das Gehäuse abführen kann. R6: 60 mW; GH: 95 mW; BH: 75 mW. Berechnet als IF * VF.
• Elektrostatische Entladung (ESD) HBM:Alle Varianten sind für 2000V Human Body Model ausgelegt, was eine gute inhärente ESD-Robustheit für die Standardhandhabung anzeigt.
• Betriebs- & Lagertemperatur:-40°C bis +85°C für den Betrieb; -40°C bis +90°C für die Lagerung.
• Löttemperatur:Reflow-Lötspitzentemperatur: 260°C für maximal 10 Sekunden. Handlöten: 350°C für maximal 3 Sekunden pro Anschluss.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften (Ta=25°C)

Dies sind die typischen Leistungsparameter, die unter Standardtestbedingungen gemessen wurden (IF=20mA, sofern nicht anders angegeben).

• Lichtstärke (Iv):Die Lichtausbeute in Millicandela (mcd). R6: 90-140 mcd; GH: 112-180 mcd; BH: 45-70 mcd. Es gilt eine Toleranz von ±11%.
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):Etwa 120 Grad, was einen weiten Abstrahlwinkel des emittierten Lichts bietet.
• Spitzenwellenlänge (λp):Die Wellenlänge, bei der die Emissionsintensität am höchsten ist. R6: 632 nm (Rot); GH: 518 nm (Grün); BH: 468 nm (Blau).
• Dominante Wellenlänge (λd):Die vom menschlichen Auge wahrgenommene Einzelwellenlänge. R6: 624 nm; GH: 525 nm; BH: 470 nm.
• Spektrale Bandbreite (Δλ):Die Breite des Emissionsspektrums bei halber Maximalintensität. R6: 20 nm; GH: 35 nm; BH: 25 nm.
• Durchlassspannung (VF):Der Spannungsabfall über der LED beim Teststrom. R6: 1,70-2,40V (typ. 2,00V); GH & BH: 2,70-3,70V (typ. 3,30V). Die Toleranz beträgt ±0,05V.
• Sperrstrom (IR):Leckstrom bei VR=5V. R6: Max. 10 μA; GH & BH: Nicht anwendbar (NA).

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Datenblatt zeigt, dass das Produkt ein Binning-System verwendet, um LEDs basierend auf Schlüsselparametern zu kategorisieren und so die Konsistenz innerhalb einer Charge sicherzustellen. Die Etikettenerklärung auf der Verpackung erwähnt spezifische Ränge:

• CAT (Lichtstärke-Rang):Gruppiert LEDs basierend auf ihrer gemessenen Lichtstärkeausgabe.
• HUE (Farbortkoordinaten & Dominante Wellenlänge Rang):Sortiert LEDs nach ihrem Farbpunkt oder ihrer dominanten Wellenlänge, um Farbvariationen in einer Anordnung zu minimieren.
• REF (Durchlassspannungs-Rang):Klassifiziert LEDs nach ihrem Durchlassspannungsabfall, was für die Stromanpassung in Reihen- oder Parallelschaltungen wichtig ist.

Konstrukteure sollten für eine detaillierte Auswahl spezifische Binning-Diagramme des Herstellers konsultieren, wenn Farb- oder Intensitätsabgleich für die Anwendung kritisch ist.

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt bietet typische Kennlinien für jeden LED-Typ (R6, GH, BH). Diese Graphen sind wesentlich, um das Bauteilverhalten unter nicht-standardisierten Bedingungen zu verstehen.

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

Diese Kurve zeigt die exponentielle Beziehung zwischen Strom und Spannung. Die "Knie"-Spannung ist der Punkt, an dem die LED signifikant zu leuchten beginnt. Die angegebenen typischen VF-Werte werden bei 20mA gemessen. Konstrukteure nutzen diese Kurve, um geeignete strombegrenzende Widerstände auszuwählen.

4.2 Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Dieser Graph zeigt, dass die Lichtausbeute im Allgemeinen proportional zum Durchlassstrom ist, aber bei sehr hohen Strömen aufgrund thermischer und Effizienzeffekte sublinear werden kann. Er ist entscheidend für die Bestimmung des benötigten Treiberstroms, um eine gewünschte Helligkeit zu erreichen.

4.3 Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur

Die LED-Lichtausbeute nimmt ab, wenn die Sperrschichttemperatur steigt. Diese Derating-Kurve ist für Anwendungen in erhöhten Temperaturumgebungen von entscheidender Bedeutung. Sie zeigt den Prozentsatz der verbleibenden relativen Lichtstärke bei steigender Umgebungstemperatur.

4.4 Derating-Kurve für Durchlassstrom

Um Überhitzung zu verhindern, muss der maximal zulässige kontinuierliche Durchlassstrom reduziert werden, wenn die Umgebungstemperatur steigt. Diese Kurve gibt den sicheren Betriebsbereich (SOA) für das Bauteil über seinen Temperaturbereich an.

4.5 Spektrale Verteilung

Diese Darstellung zeigt die relative Intensität des emittierten Lichts über das Wellenlängenspektrum. Sie bestätigt die Spitzen- und dominante Wellenlänge und veranschaulicht die spektrale Reinheit (Schmalheit) der emittierten Farbe.

4.6 Strahlungsdiagramm (Abstrahlcharakteristik)

Ein Polardiagramm, das die räumliche Verteilung der Lichtintensität veranschaulicht. Die 15-13D hat ein typisches lambertisches oder Weitwinkel-Muster, wobei die Intensität mit zunehmendem Winkel von der Mittelachse abnimmt und bei etwa ±60 Grad (120 Grad Gesamtabstrahlwinkel) die halbe Intensität erreicht.

5. Mechanische & Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Das 15-13D-Gehäuse hat Nennabmessungen von 1,5mm (Länge) x 1,3mm (Breite) x 0,8mm (Höhe). Die Toleranzen betragen typischerweise ±0,1mm, sofern nicht anders angegeben. Das Bauteil verfügt auf der Oberseite des Gehäuses über eine Anodenmarkierung (typischerweise eine Kerbe, einen grünen Punkt oder einen anderen Indikator) zur Polarisationserkennung. Ein vorgeschlagenes PCB-Land Pattern (Pad-Layout) wird bereitgestellt, aber Konstrukteuren wird empfohlen, es basierend auf ihrem spezifischen PCB-Fertigungsprozess und thermischen/mechanischen Anforderungen anzupassen.

5.2 Polarisationserkennung

Die korrekte Polarität ist für den LED-Betrieb unerlässlich. Das Gehäuse enthält eine visuelle Markierung, die den Anodenanschluss (+) kennzeichnet. Während des PCB-Designs und der Montage muss diese Markierung mit dem entsprechenden Anodenpad auf dem Board-Layout ausgerichtet werden, um die korrekte Ausrichtung sicherzustellen.

6. Löt- & Montagerichtlinien

6.1 Feuchtigkeitsempfindlichkeit und Lagerung

Die LEDs sind in einer feuchtigkeitsbeständigen Sperrbeutel mit Trockenmittel verpackt, um Feuchtigkeitsaufnahme zu verhindern, die während des Reflow-Lötens zu "Popcorning" (Gehäuserissen) führen kann.

• Den Beutel erst öffnen, wenn die Teile verwendet werden sollen.
• Nach dem Öffnen sollten unbenutzte Teile bei ≤30°C und ≤60% relativer Luftfeuchtigkeit gelagert werden.
• Die "Floor Life" nach dem Öffnen des Beutels beträgt 168 Stunden (7 Tage).
• Wird diese überschritten oder hat sich der Trockenmittelindikator verfärbt, ist vor dem Löten ein Ausheizen bei 60±5°C für 24 Stunden erforderlich.

6.2 Reflow-Lötprofil (bleifrei)

Ein empfohlenes Temperaturprofil für bleifreies Lot (z.B. SAC305) wird bereitgestellt:

• Vorwärmen:150-200°C für 60-120 Sekunden.
• Zeit oberhalb der Liquidus-Temperatur (TAL):>217°C für 60-150 Sekunden.
• Spitzentemperatur:Maximal 260°C, nicht länger als 10 Sekunden gehalten.
• Aufheizrate:Maximal 3°C/Sek. bis 255°C, dann max. 6°C/Sek. bis zur Spitze.
• Abkühlrate:Kontrolliert, um thermischen Schock zu vermeiden.

Kritischer Hinweis:Reflow-Löten sollte nicht mehr als zweimal an derselben LED-Baugruppe durchgeführt werden.

6.3 Vorsichtsmaßnahmen beim Handlöten

Falls manuelles Löten notwendig ist, ist äußerste Vorsicht geboten:

• Verwenden Sie einen Lötkolben mit einer Spitzentemperatur <350°C.
• Begrenzen Sie die Kontaktzeit auf ≤3 Sekunden pro Anschluss.
• Verwenden Sie einen Kolben mit einer Leistung ≤25W.
• Lassen Sie zwischen dem Löten jedes Anschlusses ein Minimum von 2 Sekunden Intervall, um Wärmeansammlung zu verhindern.
• Vermeiden Sie während des Lötens mechanische Belastung des LED-Gehäuses.

6.4 Nacharbeit und Reparatur

Eine Reparatur nach dem ersten Löten wird dringend abgeraten. Falls unvermeidbar, sollte ein spezieller Doppelspitzen-Lötkolben verwendet werden, um beide Anschlüsse gleichzeitig zu erhitzen und so die thermische Belastung des LED-Chips und der Bonddrähte zu minimieren. Das Potenzial für eine Beschädigung der LED-Eigenschaften muss vorab bewertet werden.

7. Verpackungs- & Bestellinformationen

7.1 Tape-and-Reel-Spezifikationen

Die Bauteile werden in geprägter Trägerbahn mit auf das 15-13D-Gehäuse zugeschnittenen Abmessungen geliefert. Das Tape wird auf eine Standard-7-Zoll (178mm) Spule aufgewickelt. Jede Spule enthält 2000 Stück. Detaillierte Spulen-, Trägerbahn- und Pocket-Abmessungen sind im Datenblatt angegeben, mit Standardtoleranzen von ±0,1mm.

7.2 Etikett und Feuchtigkeitssperrbeutel

Der äußere feuchtigkeitsdichte Beutel enthält ein Etikett mit wichtigen Informationen: Kundenteilenummer (CPN), Herstellertypnummer (P/N), Menge (QTY) und die Binning-Codes für Lichtstärke (CAT), Farbort (HUE) und Durchlassspannung (REF). Eine Losnummer (LOT No.) ist zur Rückverfolgbarkeit enthalten.

8. Anwendungsempfehlungen

8.1 Typische Anwendungsszenarien

• Hintergrundbeleuchtung:Armaturenbrett-Anzeigen, Schalterbeleuchtung, Tastatur-Hintergrundbeleuchtung.
• Telekommunikationsgeräte:Statusanzeigen an Telefonen, Faxgeräten, Routern und Modems.
• LCD-Flachbild-Hintergrundbeleuchtung:Randbeleuchtung für kleine monochrome oder farbige LCD-Displays.
• Allgemeine Indikatorverwendung:Netzstatus, Betriebsmodusanzeige, Warnsignale in Unterhaltungselektronik, Haushaltsgeräten und Industrie-Steuerungen.

8.2 Kritische Designüberlegungen

• Strombegrenzung:Ein externer Reihenwiderstand ist ZWINGEND erforderlich, um den Durchlassstrom zu begrenzen. Die exponentielle I-V-Charakteristik der LED bedeutet, dass eine kleine Spannungserhöhung einen großen, zerstörerischen Stromstoß verursachen kann. Der Widerstandswert wird berechnet als R = (Versorgungsspannung - VF) / IF.
• Thermisches Management:Obwohl das Gehäuse klein ist, muss die Verlustleistung (Pd) berücksichtigt werden, insbesondere bei hohen Umgebungstemperaturen oder Treiberströmen. Sorgen Sie für ausreichende PCB-Kupferfläche oder thermische Durchkontaktierungen, wenn nahe den Maximalwerten gearbeitet wird.
• ESD-Schutz:Obwohl für 2000V HBM ausgelegt, ist die Implementierung von ESD-Schutz auf empfindlichen Eingangsleitungen oder die Verwendung von ESD-sicheren Handhabungsverfahren in der Produktion als gute Praxis anzusehen.
• Wellenlöten:Das Datenblatt spezifiziert nur Reflow- und Handlöten. Wellenlöten wird für diese Art von SMD-LED aufgrund übermäßiger thermischer Belastung generell nicht empfohlen.
• Platinenverbiegung:Vermeiden Sie das Biegen oder Verformen der Leiterplatte, nachdem die LEDs gelötet wurden, da dies die Lötstellen und das LED-Gehäuse selbst belasten kann.

9. Technischer Vergleich & Differenzierung

Die 15-13D-Serie differenziert sich durch die Kombination eines sehr kleinen 1,5x1,3mm Platzbedarfs mit einer relativ hohen Lichtstärke für ihre Größe, insbesondere bei den grünen und roten Varianten. Der weite 120-Grad-Abstrahlwinkel eignet sich für Anwendungen, die breite Sichtbarkeit erfordern. Ihre Kompatibilität mit der Standard-SMD-Montage und bleifreien Reflow-Prozessen macht sie mit moderner, umweltkonformer Fertigung kompatibel. Im Vergleich zu größeren SMD-LEDs (z.B. 0603, 0805) bietet sie Platzersparnis, erfordert aber möglicherweise präzisere Bestückungsgeräte. Im Vergleich zu Chip-Scale-Gehäusen bietet sie eine robustere, verkapselte Struktur, die einfacher zu handhaben und zuverlässig zu löten ist.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQs)

10.1 Welchen Widerstandswert sollte ich mit einer 5V-Versorgung für die grüne LED verwenden?

Unter Verwendung typischer Werte: Vsupply = 5V, VF (GH, typ.) = 3,3V, IF = 20mA. R = (5V - 3,3V) / 0,020A = 85 Ohm. Der nächstgelegene Standardwert wäre 82 oder 91 Ohm. Berechnen Sie den Wert stets neu unter Verwendung der min/max VF aus dem Datenblatt, um sicherzustellen, dass der Strom unter allen Bedingungen innerhalb der Grenzen bleibt.

10.2 Kann ich diese LED ohne einen strombegrenzenden Widerstand mit einer Konstantspannungsquelle betreiben?

No.Dies wird die LED mit hoher Wahrscheinlichkeit zerstören. LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Eine Konstantspannungsquelle kann den Strom durch die hochgradig nichtlineare Sperrschicht der LED nicht regeln. Ein Reihenwiderstand oder, für bessere Leistung, eine Konstantstrom-Treiberschaltung ist erforderlich.

10.3 Warum ist der maximale Durchlassstrom für die blaue (BH) LED unterschiedlich?

Der niedrigere maximale Dauerstrom (20mA vs. 25mA für Rot/Grün) ist wahrscheinlich auf Unterschiede in der internen Halbleiterstruktur (InGaN für Blau/Grün vs. AlGaInP für Rot) und deren damit verbundenen thermischen Eigenschaften und Effizienz bei höheren Stromdichten zurückzuführen, was zu einer niedrigeren Verlustleistungsbewertung (Pd) für die blaue Variante führt.

10.4 Wie interpretiere ich die Lichtstärketoleranz von ±11%?

Dies bedeutet, dass die tatsächlich gemessene Lichtstärke einer einzelnen LED aus einer Produktionscharge um ±11% vom typischen oder Nennwert im Datenblatt abweichen kann. Beispielsweise könnte eine grüne LED mit einer typischen Iv von 180 mcd irgendwo zwischen etwa 160 mcd und 200 mcd messen. Für Anwendungen, die gleichmäßige Helligkeit erfordern, ist die Auswahl von LEDs aus einem engen Bin (CAT-Code) notwendig.

10.5 Ist diese LED für Automobil-Innenraumbeleuchtung geeignet?

Obwohl sie in einigen nicht-kritischen Automobil-Innenraumanwendungen (wie Schalter-Hintergrundbeleuchtung) verwendet werden könnte, enthält das Datenblatt einen spezifischen Anwendungseinschränkungshinweis, der von der Verwendung in "hochzuverlässigen Anwendungen wie Militär/Luft- und Raumfahrt, Automobilsicherheitssystemen und medizinischen Geräten" abrät. Für jede Automobilanwendung, insbesondere sicherheitsrelevante, muss ein Bauteil verwendet werden, das speziell für Automobil-Standards (z.B. AEC-Q102) qualifiziert ist.

11. Design- und Anwendungs-Fallstudie

Szenario: Entwurf eines Multi-Status-Indikatorpanels für einen Consumer-Router.

Ein Konstrukteur muss Netz (Grün), Internetaktivität (Blinkend Grün) und Ethernet-Verbindung (Bernstein/Rot) anzeigen. Der Platz ist begrenzt. Er wählt eine 15-13D/GH (Grün) für Netz, eine für Internet (vom MCU geblinkt) und eine 15-13D/R6 (Rot) für den Ethernet-Indikator (Bernstein kann durch Betreiben einer roten LED mit niedrigerem Strom oder einen Diffusor angenähert werden).

Umsetzung:Die MCU-GPIO-Pins sind 3,3V. Für die grünen LEDs (VF typ. 3,3V) ist der Spannungsabfall nahezu gleich der Versorgungsspannung, was wenig Spielraum für einen Widerstand lässt. Der Konstrukteur könnte einen niedrigeren Strom (z.B. 10mA) verwenden, um ausreichende Helligkeit bei sicherer Einschaltung zu erreichen, und berechnet R = (3,3V - 3,3V)/0,01A = 0 Ohm. Dies ist problematisch. Stattdessen würde er einen Transistor oder einen GPIO-Pin im Stromsenken-Modus verwenden, der mit der LED-Kathode verbunden ist, während die Anode über einen geeigneten Widerstand an eine höhere Spannungsschiene (z.B. 5V) angeschlossen wird. Dieser Fall unterstreicht die Bedeutung der Anpassung der Treiberschaltungsspannung an die VF der LED.

12. Funktionsprinzip

Leuchtdioden (LEDs) sind Halbleiter-pn-Übergangsbauteile, die Licht durch einen Prozess namens Elektrolumineszenz emittieren. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, werden Elektronen aus dem n-dotierten Bereich und Löcher aus dem p-dotierten Bereich über den Übergang injiziert. Diese Ladungsträger rekombinieren im aktiven Bereich nahe dem Übergang. Für effiziente LEDs erfolgt diese Rekombination in einem Halbleitermaterial mit direktem Bandabstand. Die während der Rekombination freigesetzte Energie wird als Photon (Lichtteilchen) emittiert. Die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts wird durch die Bandabstandsenergie (Eg) des Halbleitermaterials bestimmt: E = hc/λ, wobei h das Plancksche Wirkungsquantum, c die Lichtgeschwindigkeit und λ die Wellenlänge ist. Die 15-13D verwendet AlGaInP für rotes Licht (größerer Bandabstand für niedrigere Energie/längere Wellenlänge) und InGaN für grünes und blaues Licht (kleinerer Bandabstand für höhere Energie/kürzere Wellenlänge). Die Epoxidharzlinse formt die Lichtausgabe und bietet Umweltschutz.

13. Technologietrends

Die 15-13D repräsentiert eine ausgereifte SMD-LED-Technologie. Allgemeine Trends im Markt für Indikator-LEDs gehen weiterhin in Richtung:

• Weitere Miniaturisierung:Noch kleinere Gehäuse (z.B. 1,0x0,5mm, Chip-Scale) bei gleichbleibender oder verbesserter Lichtausbeute.
• Höhere Effizienz:Verbesserte Lumen pro Watt (lm/W) oder Millicandela pro Milliampere (mcd/mA), was den Stromverbrauch für eine gegebene Helligkeit reduziert.
• Erhöhte Zuverlässigkeit und Robustheit:Höhere maximale Sperrschichttemperaturen, verbesserte Feuchtigkeitsbeständigkeit und bessere Leistung unter Hochtemperatur-Lebensdauertests (HTOL).
• Integrierte Lösungen:LEDs mit eingebauten strombegrenzenden Widerständen, Schutzdioden (ESD, Verpolung) oder sogar Treiber-ICs in einem einzigen Gehäuse.
• Erweiterter Farbraum und Konsistenz:Engeres Binning für Farbe und Intensität, um den Anforderungen von Vollfarbdisplays und Indikator-Arrays gerecht zu werden, bei denen visuelle Gleichmäßigkeit kritisch ist.

Während neuere Gehäuse existieren, bleibt die 15-13D eine zuverlässige und weit verbreitete Standardkomponente für allgemeine Indikatoranwendungen, bei denen ihre Balance aus Größe, Leistung und Kosten optimal ist.