SMD LED 19-21/S2C-AL2M2VY/3T Datenblatt - Größe 2.0x1.25x0.8mm - Spannung 1.7-2.2V - Farbe Brilliant Orange - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die 19-21/S2C-AL2M2VY/3T ist eine oberflächenmontierbare (SMD) LED, die auf AlGaInP-Chip-Technologie basiert und eine brillante orange Farbe emittiert. Diese Komponente ist für moderne, kompakte Elektronikbaugruppen konzipiert und bietet erhebliche Vorteile bei der Leiterplattenflächennutzung und in automatisierten Fertigungsprozessen.

1.1 Kernvorteile und Produktpositionierung

Der primäre Vorteil dieser LED ist ihr winziger Platzbedarf. Da sie deutlich kleiner ist als herkömmliche LEDs mit Anschlussrahmen, ermöglicht sie den Entwurf kleinerer Leiterplatten (PCBs), eine höhere Bauteildichte, geringeren Lagerplatzbedarf und letztlich die Herstellung kompakterer Endgeräte. Ihr geringes Gewicht macht sie zudem zur idealen Wahl für Anwendungen, bei denen Größe und Gewicht kritische Einschränkungen darstellen.

Diese LED ist eine einfarbige, bleifreie (Pb-freie) Type und entspricht den wichtigsten Umwelt- und Sicherheitsvorschriften, einschließlich RoHS, EU REACH und halogenfreien Standards (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm). Sie wird auf 8-mm-Bändern auf 7-Zoll-Rollen geliefert und ist damit voll kompatibel mit Standard-Automatikbestückungsgeräten in der Elektronikserienfertigung. Die Komponente ist außerdem sowohl mit Infrarot- als auch mit Dampfphasen-Reflow-Lötverfahren kompatibel.

2. Technische Spezifikationen und detaillierte Erläuterung

2.1 Absolute Grenzwerte

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

• Sperrspannung (V_R):5V. Das Überschreiten dieser Spannung in Sperrrichtung kann zum Sperrschichtdurchbruch führen.
• Flussstrom (I_F):25mA (Dauerbetrieb).
• Spitzen-Flussstrom (I_FP):60mA (bei einem Tastverhältnis von 1/10 und einer Frequenz von 1kHz). Dieser Grenzwert gilt nur für den Pulsbetrieb.
• Verlustleistung (P_d):60mW. Dies ist die maximale Leistung, die das Gehäuse ohne Überschreiten seiner thermischen Grenzen abführen kann.
• Elektrostatische Entladung (ESD) Human Body Model (HBM):2000V. Dies weist auf eine moderate ESD-Empfindlichkeit hin; geeignete ESD-Handhabungsverfahren sind erforderlich.
• Betriebstemperatur (T_opr):-40°C bis +85°C. Das Bauteil ist für Anwendungen im industriellen Temperaturbereich ausgelegt.
• Lagertemperatur (T_stg):-40°C bis +90°C.
• Löttemperatur:Für Reflow-Lötung wird eine Spitzentemperatur von 260°C für maximal 10 Sekunden spezifiziert. Für Handlötung sollte die Lötspitzentemperatur 350°C pro Anschluss für maximal 3 Sekunden nicht überschreiten.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Diese Parameter werden unter Standardtestbedingungen bei einer Umgebungstemperatur (T_a) von 25°C und einem Flussstrom (I_F) von 5mA gemessen, sofern nicht anders angegeben.

• Lichtstärke (I_v):Reicht von mindestens 14,5 mcd bis maximal 28,5 mcd. Der typische Wert liegt innerhalb dieses Bereichs. Es gilt eine Toleranz von ±11%.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):Der Halbwertswinkel beträgt typischerweise 100 Grad, was auf ein breites Abstrahlverhalten hinweist.
• Spitzenwellenlänge (λ_p):Typischerweise 611 nm.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):Reicht von 600,5 nm bis 612,5 nm, mit einer Toleranz von ±1 nm. Dieser Parameter definiert die wahrgenommene Farbe.
• Spektrale Bandbreite (Δλ):Typischerweise 17 nm, gemessen bei halber Spitzenintensität (Halbwertsbreite).
• Flussspannung (V_F):Reicht von 1,70V bis 2,20V bei I_F=5mA, mit einer Toleranz von ±0,05V.
• Sperrstrom (I_R):Maximal 10 μA bei einer angelegten Sperrspannung (V_R) von 5V.Wichtiger Hinweis:Das Bauteil ist nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt; diese Testbedingung dient nur der Charakterisierung des Leckstroms.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um Farb- und Helligkeitskonstanz in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs anhand wichtiger Parameter in Bins sortiert.

3.1 Binning der Lichtstärke

Gebinnt bei I_F= 5mA.

• L2:14,5 mcd bis 18,0 mcd
• M1:18,0 mcd bis 22,5 mcd
• M2:22,5 mcd bis 28,5 mcd

3.2 Binning der dominanten Wellenlänge

Gebinnt bei I_F= 5mA.

• D8:600,5 nm bis 603,5 nm
• D9:603,5 nm bis 606,5 nm
• D10:606,5 nm bis 609,5 nm
• D11:609,5 nm bis 612,5 nm

3.3 Binning der Flussspannung

Gebinnt bei I_F= 5mA.

• 19:1,70V bis 1,80V
• 20:1,80V bis 1,90V
• 21:1,90V bis 2,00V
• 22:2,00V bis 2,10V
• 23:2,10V bis 2,20V

Der Produktcode "19-21" in der Artikelnummer bezieht sich wahrscheinlich auf spezifische Bins aus diesen Kategorien (z.B. V_FBin 19-21).

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere typische Kennlinien, die für das Design entscheidend sind.

4.1 Spektrale Verteilung

Die Kurve zeigt einen einzelnen, dominanten Peak bei etwa 611 nm, was für AlGaInP-basierte orange LEDs charakteristisch ist. Die schmale Bandbreite (typ. 17 nm) führt zu einer gesättigten, reinen Orangefarbe.

4.2 Relative Lichtstärke vs. Flussstrom

Diese Kurve ist bei niedrigeren Strömen im Allgemeinen linear, zeigt jedoch bei steigendem Strom Sättigungseffekte. Sie ist entscheidend für die Bestimmung des benötigten Treiberstroms, um eine gewünschte Helligkeit zu erreichen.

4.3 Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur

Die Lichtstärke nimmt mit steigender Umgebungstemperatur ab. Diese Kurve ist kritisch für Anwendungen über einen weiten Temperaturbereich, da sie es Entwicklern ermöglicht, die erwartete Ausgangsleistung zu reduzieren oder in der Treiberschaltung zu kompensieren.

4.4 Derating-Kurve für den Flussstrom

Dieses Diagramm zeigt den maximal zulässigen Dauer-Flussstrom in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur. Bei steigender Temperatur muss der maximale Strom reduziert werden, um innerhalb der Verlustleistungsgrenzen des Bauteils zu bleiben und einen thermischen Durchbruch zu verhindern.

4.5 Flussspannung vs. Flussstrom (I-V-Kennlinie)

Diese Standard-Diodenkennlinie zeigt den exponentiellen Zusammenhang. Die Flussspannung hat einen negativen Temperaturkoeffizienten, d.h. sie nimmt mit steigender Sperrschichttemperatur leicht ab.

4.6 Abstrahlcharakteristik

Das Polardiagramm bestätigt das breite, lambertähnliche Abstrahlverhalten mit einem typischen Abstrahlwinkel von 100 Grad, was eine gleichmäßige Ausleuchtung über einen großen Bereich bietet.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die 19-21 SMD LED hat ein kompaktes rechteckiges Gehäuse. Wichtige Abmessungen (in mm, Toleranz ±0,1mm sofern nicht anders angegeben) umfassen eine Baugröße von etwa 2,0 mm Länge und 1,25 mm Breite bei einer Höhe von etwa 0,8 mm. Die detaillierte Zeichnung gibt die Lage der Lötpads, die Abstandshöhe und die Position der Kathodenkennzeichnung an.

5.2 Polaritätskennzeichnung

Eine klare Kathodenmarkierung ist auf dem Gehäuse und in der Abmessungszeichnung angegeben. Während der Bestückung muss die korrekte Polarität beachtet werden, um Schäden durch Sperrspannung zu vermeiden.

6. Löt- und Bestückungsrichtlinien

6.1 Strombegrenzung

Zwingend erforderlich:Ein externer strombegrenzender Widerstand oder eine Konstantstromquelle muss immer in Reihe mit der LED geschaltet werden. Die Flussspannung der LED hat einen steilen Knick; eine kleine Erhöhung der Versorgungsspannung kann einen großen, möglicherweise zerstörerischen Stromanstieg verursachen.

6.2 Lagerung und Feuchtigkeitssensitivität

Die LEDs sind in einer feuchtigkeitsbeständigen Sperrbeutel mit Trockenmittel verpackt.

1. Den Beutel erst unmittelbar vor der Verwendung öffnen.
2. Nach dem Öffnen sollten unbenutzte LEDs bei ≤30°C und ≤60% relativer Luftfeuchtigkeit gelagert werden.
3. Die "Bodenlebensdauer" nach dem Öffnen des Beutels beträgt 168 Stunden (7 Tage).
4. Wird die Expositionszeit überschritten oder hat sich der Trockenmittel-Indikator verfärbt, müssen die Bauteile vor der Reflow-Lötung 24 Stunden bei 60°C ±5°C getrocknet (gebacken) werden, um "Popcorning"-Schäden zu verhindern.

6.3 Reflow-Lötprofil

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

• Vorwärmen:150-200°C für 60-120 Sekunden.
• Zeit über Liquidus (TAL):Über 217°C für 60-150 Sekunden.
• Spitzentemperatur:Maximal 260°C, maximal 10 Sekunden gehalten.
• Aufheizrate:Maximal 6°C/Sekunde.
• Abkühlrate:Maximal 3°C/Sekunde.

Reflow-Lötung sollte nicht mehr als zweimal durchgeführt werden. Vermeiden Sie mechanische Belastung der LED während des Erhitzens und verziehen Sie die Leiterplatte nach dem Löten nicht.

6.4 Handlötung und Nacharbeit

Falls Handlötung notwendig ist, verwenden Sie einen Lötkolben mit einer Spitzentemperatur <350°C, erwärmen Sie jeden Anschluss für ≤3 Sekunden und verwenden Sie einen Lötkolben mit einer Leistung <25W. Lassen Sie eine Abkühlpause von >2 Sekunden zwischen den Anschlüssen. Nacharbeit wird dringend abgeraten. Falls unbedingt erforderlich, verwenden Sie einen Doppelspitzen-Lötkolben, um beide Anschlüsse gleichzeitig zu erhitzen und die Komponente anzuheben, um Padschäden zu vermeiden. Überprüfen Sie die LED-Funktionalität nach jeder Nacharbeit.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Spezifikationen für Rolle und Band

Die LEDs werden in geprägter Trägerband auf 7-Zoll-Rollen geliefert. Die Bandbreite beträgt 8 mm. Jede Rolle enthält 3000 Stück. Detaillierte Abmessungen für die Trägerbandtaschen und die Rolle sind im Datenblatt angegeben.

7.2 Etikettenerklärung

Das Rollenetikett enthält mehrere wichtige Felder:

• CPN:Kunden-Produktnummer
• P/N:Hersteller-Produktnummer (z.B. 19-21/S2C-AL2M2VY/3T)
• QTY:Packmenge
• CAT:Lichtstärke-Rang (Bin-Code, z.B. M1)
• HUE:Farbort & Dominante Wellenlänge Rang (Bin-Code, z.B. D10)
• REF:Flussspannung Rang (Bin-Code, z.B. 20)
• LOT No:Fertigungslosnummer für die Rückverfolgbarkeit.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

• Automobil-Innenraum:Hintergrundbeleuchtung für Armaturenbrett-Anzeigen, Schalter und Bedienfelder.
• Telekommunikationsgeräte:Statusanzeigen und Tastatur-Hintergrundbeleuchtung in Telefonen, Faxgeräten und Netzwerkhardware.
• Unterhaltungselektronik:Flache Hintergrundbeleuchtung für kleine LCD-Displays, Schalterbeleuchtung und symbolische Anzeigen.
• Allgemeine Anzeigezwecke:Netzstatus, Betriebsmodusanzeige und Warnsignale in einer Vielzahl elektronischer Geräte.

8.2 Designüberlegungen

1. Treiber-Schaltung:Immer eine Konstantstromquelle oder eine Spannungsquelle mit einem Reihenwiderstand implementieren. Den Widerstandswert mit R = (V_Versorgung- V_F) / I_F berechnen, wobei V_F für ein robustes Design aus dem maximalen Bin-Wert (2,2V) gewählt werden sollte.
2. Thermisches Management:Obwohl die Leistung gering ist, sollte bei Betrieb bei hohen Umgebungstemperaturen oder nahe dem Maximalstrom eine ausreichende PCB-Kupferfläche oder Wärmeleitungen unter den LED-Pads sichergestellt werden, um die Wärme abzuführen und die Lichtausgangsstabilität zu erhalten.
3. Optisches Design:Der breite 100-Grad-Abstrahlwinkel macht sie für Anwendungen geeignet, die eine großflächige Ausleuchtung ohne Sekundäroptik erfordern. Für fokussierte Strahlen kann eine Linse erforderlich sein.
4. ESD-Schutz:Integrieren Sie ESD-Schutzdioden auf empfindlichen Signalleitungen, wenn sich die LED an einer benutzerzugänglichen Stelle befindet, da das Bauteil eine 2kV HBM-Bewertung hat.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu älteren Durchsteck-LED-Technologien bietet die 19-21 SMD LED:

• Größenreduzierung:Deutlich kleinerer Platzbedarf und Bauhöhe.
• Fertigungseffizienz:Ermöglicht vollautomatisierte, schnelle Bestückung.
• Leistung:AlGaInP-Technologie bietet hohe Effizienz und gute Farbsättigung im orangen/roten Spektrum.
• Zuverlässigkeit:Die feste SMD-Bauweise ist im Allgemeinen robuster gegen Vibrationen und mechanische Stöße als Bauteile mit Bonddrähten zu einem Anschlussrahmen.

Im Vergleich zu einigen anderen SMD-Orangefarben-LEDs ermöglicht die spezifische Binning-Struktur (Lichtstärke, dominante Wellenlänge, Flussspannung) dieses Bauteils eine engere systemweite Farb- und Helligkeitsabstimmung, wenn mehrere LEDs in einem Array verwendet werden.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQs)

F: Was ist der Unterschied zwischen Spitzenwellenlänge und dominanter Wellenlänge?

A: Spitzenwellenlänge (λ_p) ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsverteilung maximal ist. Dominante Wellenlänge (λ_d) ist die einzelne Wellenlänge monochromatischen Lichts, die der wahrgenommenen Farbe der LED entspricht. Bei LEDs mit symmetrischem Spektrum liegen sie oft nahe beieinander, aber λ_d ist für die Farbangabe relevanter.

F: Kann ich diese LED mit 20mA dauerhaft betreiben?

A: Ja, der absolute maximale Dauer-Flussstrom beträgt 25mA, daher liegt 20mA innerhalb der Spezifikation. Sie müssen jedoch die Derating-Kurve konsultieren, wenn die Umgebungstemperatur deutlich über 25°C liegt, und für eine ordnungsgemäße Wärmeableitung sorgen.

F: Warum beträgt die Sperrspannungsfestigkeit nur 5V?

A: Diese LED ist nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt. Die 5V-Bewertung ist eine Testbedingung zur Messung des Leckstroms (I_R). Im Schaltungsentwurf müssen Sie sicherstellen, dass die LED niemals einer Sperrspannung ausgesetzt wird, typischerweise durch korrekte Ausrichtung oder durch Parallelschaltung einer Schutzdiode (antiparallel), falls die Anwendung dies erfordert.

F: Wie interpretiere ich die Artikelnummer 19-21/S2C-AL2M2VY/3T?

A: Während die vollständige Entschlüsselung proprietär sein kann, ist ein gängiges Muster: "19-21" deutet wahrscheinlich auf den Flussspannungs-Bin-Bereich hin, "S2C" bezieht sich möglicherweise auf die Gehäusegröße/-form (2,0x1,25mm), "AL2M2VY" kodiert wahrscheinlich das Chipmaterial (AlGaInP), die Farbe (Brilliant Orange) und andere Attribute, und "3T" kann die Band-und-Rolle-Verpackung anzeigen.

11. Praktische Design-Fallstudie

Szenario:Entwurf eines Clusters aus drei orangefarbenen Statusanzeigen für ein Verbrauchergerät, das mit einer 5V-Schiene versorgt wird. Ziel ist eine gleichmäßige Helligkeit und Farbe.

Designschritte:

1. Stromauswahl:Wählen Sie I_F= 10mA für einen guten Kompromiss zwischen Helligkeit und Lebensdauer, deutlich unter dem Maximum von 25mA.
2. Spannungsberechnung:Verwenden Sie für ein konservatives Design den maximalen V_F-Wert aus dem Datenblatt (2,20V). Reihenwiderstand R = (5V - 2,20V) / 0,010A = 280Ω. Der nächstgelegene Standard-E24-Wert ist 270Ω oder 300Ω. Die Wahl von 270Ω ergibt I_F≈ (5-2,2)/270 = 10,37mA.
3. Leistung am Widerstand:P = I²² * R = (0,01037)² * 270 ≈ 0,029W. Ein Standard-1/10W (0,1W) Widerstand ist mehr als ausreichend.²* 270 ≈ 0.029W. A standard 1/10W (0.1W) resistor is more than sufficient.
4. Sicherstellung der Gleichmäßigkeit:Um ein einheitliches Erscheinungsbild zu erreichen, geben Sie beim Bestellen enge Binning-Anforderungen an: Fordern Sie alle LEDs aus demselben Bin für die dominante Wellenlänge (z.B. D10) und demselben Lichtstärke-Bin (z.B. M1) an. Die Verwendung einzelner Widerstände für jede LED (anstatt eines Widerstands für alle parallel) kompensiert kleine V_F-Schwankungen und stellt gleichen Strom sicher.
5. Layout:Platzieren Sie die LEDs mit ausreichendem Abstand, um thermische Kopplung zu verhindern. Befolgen Sie das empfohlene Pad-Layout aus der Abmessungszeichnung für zuverlässiges Löten.

12. Einführung in das Technologieprinzip

Die 19-21 LED basiert auf AlGaInP (Aluminium-Gallium-Indium-Phosphid) Halbleitermaterial. Dieser Verbindungshalbleiter ermöglicht das für eine effiziente Lichtemission im orangen, roten und gelben Spektralbereich notwendige direkte Bandlücken-Engineering. Wird eine Flussspannung an den p-n-Übergang angelegt, werden Elektronen und Löcher in den aktiven Bereich injiziert, wo sie rekombinieren und Energie in Form von Photonen freisetzen. Das spezifische Verhältnis von Aluminium, Gallium und Indium im Kristallgitter bestimmt die Bandlückenenergie und damit die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts. Das wasserklare Harzgehäuse schützt den Chip und fungiert als Primärlinse, die das emittierte Licht in das breite Abstrahlverhalten formt.

13. Branchentrends und Entwicklungen

Der Markt für SMD-LEDs wie die 19-21 entwickelt sich weiter. Wichtige Trends sind:

• Erhöhte Effizienz:Fortschritte in der Materialwissenschaft und im Chipdesign führen zu höherer Lichtausbeute (mehr Licht pro elektrischem Watt), was niedrigere Treiberströme und geringeren Systemstromverbrauch ermöglicht.
• Miniaturisierung:Das Streben nach kleineren Geräten treibt die Gehäusegrößen noch weiter unter die der 19-21 (z.B. 1608, 1005 metrische Größen), bei gleichbleibender oder verbesserter Leistung.
• Verbesserte Zuverlässigkeit und Lebensdauer:Verbesserungen bei Verpackungsmaterialien, Die-Attach und Bonddrahtverbindungen (oder Flip-Chip-Designs) verlängern die Betriebslebensdauer und verbessern die Leistung unter Hochtemperatur- und Hochfeuchtigkeitsbedingungen.
• Intelligente Integration:Ein breiterer Trend beinhaltet die Integration von Steuerschaltungen, wie Konstantstromtreiber oder sogar adressierbare Controller (wie WS2812), direkt in das LED-Gehäuse, was den Systementwurf für komplexe Lichteffekte vereinfacht.
• Nachhaltigkeit:Der Fokus auf halogenfreie, bleifreie und REACH-konforme Materialien, wie in diesem Datenblatt zu sehen, ist eine Standardanforderung der Branche, die durch globale Umweltvorschriften vorangetrieben wird.

Während die grundlegende AlGaInP-Technologie für Orange/Rot ausgereift ist, stellen diese Verpackungs- und Integrationstrends sicher, dass Komponenten wie die 19-21 relevant bleiben und sich weiter verbessern.