SMD LED 22-23/R6GHBHC-A01/2C Datenblatt - Mehrfarbig - Spannung 2,0-3,7V - Leistung 60-95mW - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die 22-23 Serie ist eine kompakte, mehrfarbige Oberflächenmontage-LED (SMD), die für moderne elektronische Anwendungen entwickelt wurde, die Miniaturisierung und hohe Zuverlässigkeit erfordern. Diese Komponente ist deutlich kleiner als herkömmliche LEDs mit Anschlussrahmen und ermöglicht so eine erhebliche Verringerung der Leiterplattengröße (PCB) und des gesamten Geräte-Footprints. Ihre leichte Bauweise macht sie besonders geeignet für platzbeschränkte und tragbare Geräte.

Die Serie wird in drei verschiedenen Farbvarianten angeboten, die jeweils auf unterschiedlichen Halbleitermaterialien basieren: Brilliant Rot (R6, AlGaInP), Brilliant Grün (GH, InGaN) und Blau (BH, InGaN). Alle Varianten werden in einem wasserklaren Harzgehäuse geliefert. Das Produkt entspricht vollständig den bleifreien (RoHS) Fertigungsanforderungen und ist mit Standard-Infrarot- und Dampfphasen-Reflow-Lötverfahren kompatibel, was die einfache Integration in automatisierte Fertigungslinien erleichtert. Es wird auf 8 mm breitem Trägerband verpackt, das auf Spulen mit 7 Zoll Durchmesser aufgewickelt ist.

2. Technische Parameter: Detaillierte objektive Interpretation

2.1 Absolute Grenzwerte

Die absoluten Grenzwerte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Dies sind keine empfohlenen Betriebsbedingungen.

• Sperrspannung (V_R):5V für alle Typen. Das Überschreiten dieser Spannung in Sperrrichtung kann zum Sperrschichtdurchbruch führen.
• Durchlassstrom (I_F):Der maximale kontinuierliche Gleichstrom-Durchlassstrom beträgt für alle R6-, GH- und BH-Typen 25mA.
• Spitzendurchlassstrom (I_FP):Der maximal zulässige gepulste Durchlassstrom, spezifiziert bei einem Tastverhältnis von 1/10 und einer Frequenz von 1kHz, variiert: 60mA für R6, 95mA für GH und 100mA für BH. Dieser Parameter ist für gepulste Betriebsanwendungen entscheidend.
• Verlustleistung (P_d):Die maximale Leistung, die das Bauteil abführen kann, beträgt 60mW für R6 und 95mW für GH und BH. Diese Grenze wird durch die thermischen Eigenschaften des Gehäuses bestimmt.
• Betriebs- & Lagertemperatur:Das Bauteil ist für den Betrieb von -40°C bis +85°C ausgelegt und kann von -40°C bis +90°C gelagert werden.
• Elektrostatische Entladung (ESD):Alle Varianten haben eine ESD-Festigkeit von 2000V (Human Body Model), was auf eine Standard-ESD-Empfindlichkeit hinweist. Angemessene ESD-Handhabungsvorkehrungen sind erforderlich.
• Löttemperatur:Das Bauteil hält Reflow-Löten mit einer Spitzentemperatur von 260°C für 10 Sekunden oder Handlöten bei 350°C für 3 Sekunden stand.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Diese Parameter werden bei einem Durchlassstrom (I_F) von 20mA und einer Umgebungstemperatur (T_a) von 25°C gemessen, was typischen Betriebsbedingungen entspricht.

• Lichtstärke (I_v):Die typische Lichtleistung variiert je nach Typ erheblich: R6 (45-180mcd), GH (112-450mcd), BH (28,5-112mcd). Die GH (Grün)-Variante bietet die höchste typische Leistung.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):Ein weiter Abstrahlwinkel von 120 Grad ist für alle Farben typisch und bietet ein breites Abstrahlmuster, das für Indikator- und Hintergrundbeleuchtungsanwendungen geeignet ist.
• Spitzen- & dominante Wellenlänge (λ_p, λ_d):Definiert die Farbe des emittierten Lichts. Typische Werte sind: R6 (λ_p632nm, λ_d615-630nm), GH (λ_p518nm, λ_d510-540nm), BH (λ_p468nm, λ_d460-480nm).
• Durchlassspannung (V_F):Der Spannungsabfall über der LED bei 20mA. R6-LEDs haben eine niedrigere typische V_Fvon 2,0V (min 1,7V, max 2,4V), während GH- und BH-Typen eine höhere typische V_Fvon 3,3V (min 2,7V, max 3,7V) aufweisen. Dies ist ein Schlüsselparameter für die Treiberschaltungsauslegung und die Leistungsaufnahmeberechnung.
• Sperrstrom (I_R):Der Leckstrom bei Anlegen von 5V in Sperrrichtung ist für den R6-Typ mit maximal 10μA spezifiziert.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um Farb- und Helligkeitskonsistenz in der Produktion sicherzustellen, werden die LEDs anhand ihrer Lichtstärke bei I_F= 20mA in Bins sortiert. Jede Farbvariante hat ihre eigene Binning-Struktur.

• R6 (Rot):Bins P (45,0-72,0 mcd), Q (72,0-112 mcd), R (112-180 mcd).
• GH (Grün):Bins R (112-180 mcd), S (180-285 mcd), T (285-450 mcd).
• BH (Blau):Bins N (28,5-45,0 mcd), P (45,0-72,0 mcd), Q (72,0-112 mcd).

Das Datenblatt gibt eine Lichtstärketoleranz von ±11% innerhalb jedes Bins an. Für eine präzise Farbabstimmung werden auch die dominante Wellenlänge und die Durchlassspannung mit Toleranzen von ±1nm bzw. ±0,1V kontrolliert. Diese werden typischerweise durch HUE- und REF-Codes auf dem Verpackungsetikett angezeigt.

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält typische Kennlinien für jeden LED-Typ (R6, GH, BH), die für das Verständnis des Bauteilverhaltens unter nicht standardmäßigen Bedingungen wesentlich sind.

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

Die Kurven zeigen den exponentiellen Zusammenhang zwischen Strom und Spannung. Die R6 (Rot)-LED hat eine niedrigere Kniespannung (~1,8V) im Vergleich zu den GH/Grün- und BH/Blau-LEDs (~3,0V), was mit ihren unterschiedlichen Halbleitermaterialien (AlGaInP vs. InGaN) übereinstimmt. Diese Grafik ist entscheidend für die Auswahl eines geeigneten strombegrenzenden Widerstands oder Konstantstromtriebers.

4.2 Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Diese Diagramme zeigen, dass die Lichtleistung über einen erheblichen Bereich annähernd linear mit dem Strom ansteigt. Ein Betrieb über den absoluten Grenzwerten hinaus verringert jedoch die Lebensdauer und kann zum Ausfall führen. Die Kurven helfen Entwicklern, den Treiberstrom für die gewünschte Helligkeit zu optimieren und gleichzeitig die Zuverlässigkeit zu gewährleisten.

4.3 Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur

Alle LED-Typen zeigen einen Rückgang der Lichtleistung bei steigender Umgebungstemperatur. Die Ausgangsleistung ist typischerweise bei 25°C auf 100% normiert. Die Abnahmerate variiert, aber das Verständnis dieser thermischen Derating-Kurve ist entscheidend für Anwendungen, die über einen weiten Temperaturbereich arbeiten (z.B. Automobilarmaturenbretter), um sicherzustellen, dass bei hohen Temperaturen ausreichende Helligkeit erhalten bleibt.

4.4 Derating-Kurve für den Durchlassstrom

Diese Kurve gibt den maximal zulässigen kontinuierlichen Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur vor. Mit steigender Temperatur sinkt der maximal sichere Strom, um zu verhindern, dass die Verlustleistungsgrenze des Bauteils überschritten wird und ein thermisches Durchgehen verursacht wird. Die Einhaltung dieser Kurve ist für einen zuverlässigen Betrieb zwingend erforderlich.

4.5 Spektralverteilung

Die Graphen zeigen die relative Intensität des emittierten Lichts über verschiedene Wellenlängen. Sie zeigen die für LEDs typischen schmalen Emissionsbanden, die um ihre Spitzenwellenlänge (λ_p) zentriert sind. Die spektrale Bandbreite (Δλ) wird in der Tabelle angegeben (z.B. 20nm für R6).

4.6 Strahlungsdiagramm

Diese Polardiagramme veranschaulichen die räumliche Verteilung der Lichtstärke und bestätigen den 120-Grad-Abstrahlwinkel. Das Muster ist im Allgemeinen lambertisch (kosinusähnlich), was für LEDs mit einer einfachen Kuppellinse üblich ist.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die LED hat einen kompakten SMD-Footprint. Wichtige Abmessungen (in mm, Toleranz ±0,1mm sofern nicht anders angegeben) umfassen eine Gehäusegröße von ca. 2,0mm x 2,0mm mit einer typischen Höhe. Eine detaillierte Maßzeichnung wird bereitgestellt, die die Positionen der Anoden- und Kathoden-Pads zeigt.

5.2 Pad-Design und Polaritätsidentifikation

Ein empfohlenes PCB-Land-Pattern (Pad-Layout) ist als Referenz enthalten, obwohl Entwickler aufgefordert werden, es basierend auf ihren spezifischen Prozessanforderungen anzupassen. Die Kathodenseite der LED ist auf dem Gehäuse selbst deutlich mit einer grünen Maskenmarkierung gekennzeichnet, was für die korrekte Ausrichtung während der Montage wesentlich ist.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Das Bauteil ist mit Standard-Infrarot- und Dampfphasen-Reflow-Lötverfahren kompatibel. Der kritische Parameter ist die Spitzenlöttemperatur, die 260°C für nicht mehr als 10 Sekunden nicht überschreiten darf. Für Handlöten sollte die Lötspitzentemperatur auf 350°C für maximal 3 Sekunden begrenzt werden. Diese Grenzwerte verhindern Schäden an der internen Struktur der LED und der Epoxidlinse. Die Bauteile sind feuchtigkeitsempfindlich und werden in feuchtigkeitsbeständiger Verpackung mit Trockenmittel geliefert. Wenn die Verpackung geöffnet wird, sollten Standard-MSG (Moisture Sensitivity Level)-Handhabungsverfahren befolgt werden, um "Popcorning" während des Reflow zu vermeiden.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

Die LEDs werden auf geprägtem Trägerband mit einer Breite von 8 mm geliefert, das auf Spulen mit 7 Zoll Durchmesser aufgewickelt ist. Jede Spule enthält 2000 Stück. Die Verpackung umfasst einen feuchtigkeitsdichten Aluminiumbeutel mit Trockenmittel. Das Spulenetikett enthält wichtige Informationen für die Rückverfolgbarkeit und die Bin-Auswahl, einschließlich Codes für den Lichtstärkerang (CAT), den dominanten Wellenlängenrang (HUE) und den Durchlassspannungsrang (REF) sowie die Artikelnummer (P/N), die Losnummer und die Menge.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

• Hintergrundbeleuchtung:Ideal für die Hintergrundbeleuchtung von Symbolen, Schaltern und kleinen LCD-Panels in Unterhaltungselektronik, Automobilarmaturenbrettern und Industrie-Bedienfeldern.
• Statusanzeigen:Perfekt für Strom-, Verbindungs- und Modusanzeigen in Telekommunikationsgeräten (Telefone, Faxgeräte), Computerperipheriegeräten und Haushaltsgeräten.
• Allgemeine Beleuchtung:Geeignet für dekorative Beleuchtung, Akzentbeleuchtung und andere Anwendungen, bei denen kompakte Größe und niedriger Stromverbrauch Priorität haben.

8.2 Designüberlegungen

• Strombegrenzung:Verwenden Sie immer einen Reihenwiderstand oder einen Konstantstromtreiber, um den Durchlassstrom auf den gewünschten Wert zu begrenzen (z.B. 20mA für typische Spezifikationen). Berechnen Sie den Widerstandswert mit R = (V_Versorgung- V_F) / I_F.
• Thermisches Management:Obwohl die Leistung gering ist, stellen Sie bei Betrieb bei hohen Umgebungstemperaturen oder nahe dem maximalen Strom ausreichend Kupferfläche auf der Leiterplatte oder thermische Durchkontaktierungen sicher, um die Sperrschichttemperatur innerhalb sicherer Grenzen zu halten.
• ESD-Schutz:Implementieren Sie ESD-Schutz auf den Eingangsleitungen, wenn sich die LED an einem benutzerzugänglichen Ort befindet, da die 2000V HBM-Festigkeit moderat ist.
• Optisches Design:Der weite Abstrahlwinkel kann Lichtleiter oder Diffusoren erfordern, um in Hintergrundbeleuchtungsanwendungen eine gleichmäßige Ausleuchtung zu erreichen.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Der Hauptvorteil der 22-23 Serie liegt in der Kombination eines sehr kleinen Formfaktors (ermöglicht hochdichte Leiterplattenlayouts) und der Verfügbarkeit von drei verschiedenen, hellen Farben in einem einzigen Gehäuseumriss. Im Vergleich zu größeren Durchsteck-LEDs bietet sie erhebliche Platz- und Gewichtseinsparungen. Die Verwendung von InGaN-Technologie für Grün und Blau bietet eine höhere Effizienz und Helligkeit als ältere Technologien. Ihre Kompatibilität mit automatischer Bestückung und Reflow-Löten rationalisiert die Fertigung und reduziert die Montagekosten im Vergleich zur manuellen Bestückung.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

10.1 Was ist der Unterschied zwischen Spitzenwellenlänge und dominanter Wellenlänge?

Die Spitzenwellenlänge (λ_p) ist die einzelne Wellenlänge, bei der das Emissionsspektrum seine maximale Intensität hat. Die dominante Wellenlänge (λ_d) ist die einzelne Wellenlänge von monochromatischem Licht, die der wahrgenommenen Farbe der LED-Ausgabe entspricht. λ_dist für die Farbangabe in Anwendungen relevanter.

10.2 Kann ich die LED direkt mit einer 5V-Versorgung betreiben?

Nein. Das direkte Anlegen von 5V an die LED (insbesondere den roten Typ mit einer V_Fvon ~2,0V) würde einen übermäßigen Stromfluss verursachen und das Bauteil sofort zerstören. Ein Strombegrenzungsmechanismus (Widerstand oder Regler) ist immer erforderlich.

10.3 Warum sind die Durchlassspannungen für Rot im Vergleich zu Grün/Blau unterschiedlich?

Die Durchlassspannung wird durch die Bandlückenenergie des Halbleitermaterials bestimmt. AlGaInP (Rot) hat eine kleinere Bandlücke als InGaN (Grün/Blau), was zu einer niedrigeren benötigten Durchlassspannung für die Emission führt.

10.4 Wie interpretiere ich die Bin-Codes (CAT, HUE, REF) auf dem Etikett?

Diese Codes ermöglichen es Ihnen, LEDs mit streng kontrollierten Parametern auszuwählen. CAT entspricht dem Lichtstärke-Bin (z.B. P, Q, R für Rot). HUE entspricht dem dominanten Wellenlängen-Bin. REF entspricht dem Durchlassspannungs-Bin. Die Verwendung von LEDs aus demselben Bin gewährleistet Konsistenz in Helligkeit und Farbe in Ihrem Produkt.

11. Praktisches Design- und Anwendungsbeispiel

Szenario: Entwurf einer Multi-Status-Anzeige für ein tragbares Gerät.Ein Entwickler benötigt kompakte, stromsparende LEDs, um Ladezustand (rot), voll geladen (grün) und Bluetooth-Aktivität (blau) anzuzeigen. Die 22-23 Serie ist eine ideale Wahl. Man würde:

1. Die R6-, GH- und BH-Varianten auswählen.
2. Eine Leiterplatte mit drei separaten Treiberschaltungen entwerfen. Für eine 3,3V-Systemversorgung die Reihenwiderstände berechnen: R_rot= (3,3V - 2,0V) / 0,020A = 65Ω (68Ω Standard verwenden). R_grün/blau= (3,3V - 3,3V) / 0,020A = 0Ω. Dies zeigt, dass die Versorgungsspannung bei der typischen V_Fliegt, was einen Konstantstromtreiber oder eine leicht höhere Versorgungsspannung für einen stabilen Betrieb mit einem Widerstand erfordert.
3. Die LEDs gemäß dem empfohlenen Pad-Layout auf der Platine platzieren und die korrekte Polaritätsausrichtung über die grüne Maskenmarkierung sicherstellen.
4. Den Mikrocontroller so programmieren, dass er die LEDs über seine GPIO-Pins mit 20mA ansteuert (mit entsprechender Stromsenken/-quellenfähigkeit).
5. Die Helligkeitsgleichmäßigkeit überprüfen, indem während der Beschaffung derselbe Lichtstärke-Bin spezifiziert wird (z.B. Q für Rot/Blau, R für Grün).

12. Prinzipielle Einführung

Leuchtdioden (LEDs) sind Halbleiterbauelemente, die Licht emittieren, wenn ein elektrischer Strom durch sie fließt. Dieses Phänomen, genannt Elektrolumineszenz, tritt auf, wenn sich Elektronen mit Löchern innerhalb des Bauteils rekombinieren und Energie in Form von Photonen freisetzen. Die Farbe (Wellenlänge) des emittierten Lichts wird durch die Bandlückenenergie des im aktiven Bereich verwendeten Halbleitermaterials bestimmt. Die 22-23 Serie verwendet AlGaInP (Aluminiumgalliumindiumphosphid) für rotes Licht und InGaN (Indiumgalliumnitrid) für grünes und blaues Licht. Diese Verbindungshalbleiter ermöglichen eine effiziente Lichterzeugung über das gesamte sichtbare Spektrum. Das SMD-Gehäuse verkapselt den winzigen Halbleiterchip in einem klaren Epoxidharz, das als Linse wirkt, die Lichtausgabe formt und mechanischen und Umweltschutz bietet.

13. Entwicklungstrends

Der allgemeine Trend bei SMD-LEDs wie der 22-23 Serie geht zu immer höherer Lichtausbeute (mehr Lichtleistung pro Watt elektrischer Eingangsleistung), verbessertem Farbwiedergabeindex und erhöhter Zuverlässigkeit bei höheren Betriebstemperaturen. Die Gehäusetechnik entwickelt sich weiter, um Licht effizienter zu extrahieren und die Wärme von immer leistungsstärkeren Chips abzuführen. Es gibt auch einen starken Trend zur Miniaturisierung, wobei noch kleinere Gehäuse-Footprints für ultrakompakte Geräte zum Standard werden. Darüber hinaus ist die Integration von Steuerelektronik (z.B. Konstantstromtreiber, PWM-Controller) direkt in das LED-Gehäuse ein wachsender Trend, der die Schaltungsauslegung für den Endbenutzer vereinfacht. Die zugrundeliegende Materialwissenschaft schreitet weiter voran, erweitert die Grenzen der Effizienz und ermöglicht neue Wellenlängenbereiche.