SMD LED 91-21SYGC/S530-XX/XXX Datenblatt - 2.0x1.25x1.1mm - 2.0V - 40mW - Brilliant Yellow Green - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die 91-21-Serie ist eine oberflächenmontierbare (SMD) LED, die für moderne, kompakte elektronische Anwendungen konzipiert ist. Diese Komponente nutzt AlGaInP-Halbleitertechnologie, um ein brillantes gelbgrünes Licht zu erzeugen, das in klarem Harz eingekapselt ist. Ihr primäres Designziel ist die Ermöglichung von Miniaturisierung und hochdichten Leiterplattenlayouts bei gleichbleibend zuverlässiger Leistung.

1.1 Kernvorteile und Produktpositionierung

Der Hauptvorteil der 91-21-LED ist ihr deutlich reduzierter Platzbedarf im Vergleich zu herkömmlichen bedrahteten Bauteilen. Dies ermöglicht kleinere Leiterplatten (PCB)-Designs, eine höhere Bauteildichte, geringeren Lagerplatzbedarf und trägt letztlich zur Entwicklung kleinerer Endgeräte bei. Ihr geringes Gewicht macht sie besonders geeignet für Miniatur- und tragbare Anwendungen. Darüber hinaus ist die Komponente für die Kompatibilität mit automatischen Bestückungsanlagen ausgelegt, was eine hohe Platziergenauigkeit und Fertigungseffizienz gewährleistet.

1.2 Zielmarkt und Anwendungen

Diese LED richtet sich an eine breite Palette von Verbraucher-, Industrie- und Büroelektronik, die kompakte, zuverlässige Anzeige- oder Hintergrundbeleuchtungslösungen benötigt. Typische Anwendungsszenarien umfassen, sind aber nicht beschränkt auf:

• Statusanzeigen für Innenraumgeräte.
• Hintergrundbeleuchtung für LCD-Panels, Folientastaturen und Bedienfeldsymbole.
• Anzeige- und Hintergrundbeleuchtungsfunktionen in Geräten der Büroautomatisierung (z.B. Drucker, Scanner).
• Batteriestatusanzeigen und Tastaturbeleuchtung in tragbaren, batteriebetriebenen Geräten.
• Anzeigelampen und Display-Hintergrundbeleuchtung in Audio-/Video-Geräten.
• Armaturenbrett- und Schalterbeleuchtung im Automobil- oder Bedienfeldbereich.
• Anzeige- und Hintergrundbeleuchtungsfunktionen in Telekommunikationsgeräten wie Telefonen und Faxgeräten.

2. Technische Spezifikationen und detaillierte Interpretation

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte Aufschlüsselung der elektrischen, optischen und thermischen Parameter, die die Betriebsgrenzen und die Leistung der LED definieren.

2.1 Absolute Grenzwerte

Diese Grenzwerte definieren die Belastungsgrenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Ein Betrieb an oder nahe diesen Grenzen wird für längere Zeit nicht empfohlen.

• Sperrspannung (V_R)): 5 V. Das Überschreiten dieser Spannung in Sperrrichtung kann zum Durchbruch des Übergangs führen.
• Dauer-Vorwärtsstrom (I_F)): 20 mA. Dies ist der empfohlene maximale Gleichstrom-Betriebsstrom.
• Spitzen-Vorwärtsstrom (I_FP)): 60 mA. Nur unter Impulsbedingungen zulässig (Tastverhältnis 1/10 @ 1 kHz).
• Verlustleistung (P_d)): 60 mW. Die maximale Leistung, die das Gehäuse abführen kann, berechnet als V_F* I_F.
• Betriebstemperatur (T_opr)): -40°C bis +85°C. Der Umgebungstemperaturbereich für zuverlässigen Betrieb.
• Lagertemperatur (T_stg)): -40°C bis +100°C.
• Elektrostatische Entladung (ESD): Hält 2000 V (Human Body Model) stand. Richtige ESD-Handhabungsverfahren sind unerlässlich.
• Löttemperatur: Reflow: 260°C Spitze für max. 10 Sekunden. Handlötung: 350°C für max. 3 Sekunden pro Anschluss.

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

Diese Parameter beschreiben die typische Leistung der LED unter festgelegten Testbedingungen.

• Lichtstärke (I_v)): Gemessen bei I_F= 20 mA. Verfügbar in mehreren Klassen (E1 bis E4), mit typischen Werten von 198 mcd bis 630 mcd. Es gilt eine Toleranz von ±11%.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2)): 25 Grad. Dies definiert den Winkelbereich, in dem die Lichtstärke mindestens die Hälfte der Spitzenlichtstärke beträgt.
• Spitzenwellenlänge (λ_p)): 575 nm (typisch). Die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsverteilung maximal ist.
• Dominante Wellenlänge (λ_d)): 573 nm (typisch) mit einer Toleranz von ±1 nm. Dies ist die einzelne Wellenlänge, die das menschliche Auge als Farbe des Lichts wahrnimmt.
• Spektrale Bandbreite (Δλ): 20 nm (typisch). Die Breite des emittierten Spektrums bei halber maximaler Intensität.
• Flussspannung (V_F)): 2,0 V (typisch), im Bereich von 1,7 V bis 2,4 V bei I_F= 20 mA, mit einer Toleranz von ±0,1V auf den typischen Wert.
• Sperrstrom (I_R)): 10 μA (maximal) bei V_R= 5 V.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Produkt wird in verschiedene Leistungsklassen eingeteilt, um Konsistenz im Anwendungsdesign zu gewährleisten. Der Auswahlleitfaden zeigt die primären Binning-Parameter an.

3.1 Lichtstärke-Binning (CAT)

Die Lichtausbeute wird in Klassen von E1 bis E4 sortiert, wie in der Tabelle der elektro-optischen Eigenschaften detailliert aufgeführt. Entwickler müssen die geeignete Klasse basierend auf der für ihre Anwendung erforderlichen Helligkeit auswählen, wobei die angegebenen Mindest- und typischen Werte zu berücksichtigen sind.

3.2 Wellenlängen-Binning (HUE)

Die dominante Wellenlänge wird auf eine enge Toleranz von ±1 nm um den typischen Wert von 573 nm kontrolliert. Dies gewährleistet eine sehr konsistente Farbwahrnehmung über verschiedene Produktionschargen und Einheiten hinweg.

3.3 Flussspannungs-Binning (REF)

Die Flussspannung wird ebenfalls klassifiziert, mit einem typischen Wert von 2,0V und einer Toleranz von ±0,1V. Diese Information ist entscheidend für den Entwurf der strombegrenzenden Schaltung, insbesondere in batteriebetriebenen Anwendungen, wo der Spannungsspielraum begrenzt ist.

4. Analyse der Leistungskurven

Während spezifische grafische Kurven im Datenblatt referenziert werden, basiert die folgende Analyse auf dem Standardverhalten von LEDs und den bereitgestellten Parametern.

4.1 Vorwärtsstrom vs. Flussspannung (I-V-Kurve)

Die LED zeigt eine typische Flussspannung von 2,0V bei 20mA. Wie alle Dioden hat die V_Feinen negativen Temperaturkoeffizienten, was bedeutet, dass sie mit steigender Sperrschichttemperatur leicht abnimmt. Der spezifizierte V_F-Bereich (1,7V-2,4V) muss im Treiberdesign berücksichtigt werden, um eine ordnungsgemäße Stromregelung sicherzustellen.

4.2 Lichtstärke vs. Vorwärtsstrom

Die Lichtstärke ist innerhalb des Betriebsbereichs annähernd proportional zum Vorwärtsstrom. Ein Betrieb über dem absoluten Maximalstrom (20mA DC) erhöht die Lichtausbeute, erzeugt aber auch mehr Wärme, was möglicherweise zu beschleunigtem Lichtstromrückgang oder katastrophalem Ausfall führen kann.

4.3 Temperatureigenschaften

Die Lichtausbeute der LED nimmt typischerweise mit steigender Sperrschichttemperatur ab. Der breite Betriebstemperaturbereich (-40°C bis +85°C) deutet auf eine robuste Leistung hin, aber Entwickler sollten das thermische Management berücksichtigen, wenn bei hohen Umgebungstemperaturen oder hohen Treiberströmen gearbeitet wird, um eine gleichbleibende Helligkeit aufrechtzuerhalten.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen (91-21)

Die Komponente hat einen kompakten SMD-Fußabdruck. Wichtige Abmessungen (in mm) beinhalten eine typische Gehäusegröße. Die Kathode ist typischerweise durch eine Markierung oder eine spezifische Pad-Geometrie gekennzeichnet (z.B. eine Kerbe oder eine grüne Markierung, wie in der Etikettenerklärung angegeben). Präzise Maßzeichnungen sind im Datenblatt für das PCB-Land-Pattern-Design enthalten.

5.2 Polaritätskennzeichnung

Die korrekte Polarität ist entscheidend. Das Datenblatt zeigt Polaritätskennzeichnungen auf dem Gehäuse an. Die Kathode ist typischerweise markiert. Entwickler müssen sicherstellen, dass der PCB-Fußabdruck dieser Ausrichtung entspricht.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Die Einhaltung dieser Richtlinien ist für die Zuverlässigkeit und zur Vermeidung von Schäden während des Montageprozesses unerlässlich.

6.1 Reflow-Lötprofil (bleifrei)

Ein empfohlenes Temperaturprofil wird bereitgestellt:

• Vorwärmen: 150-200°C für 60-120 Sekunden.
• Zeit über Liquidus (217°C): 60-150 Sekunden.
• Spitzentemperatur: Maximal 260°C, maximal 10 Sekunden gehalten.
• Zeit über 255°C: Maximal 30 Sekunden.
• Aufheiz-/Abkühlrate: Maximal 3°C/Sek. (Aufheizen), 6°C/Sek. (Abkühlen).

6.2 Handlötung

Wenn Handlötung unvermeidbar ist, verwenden Sie einen Lötkolben mit einer Spitzentemperatur unter 350°C, wobei die Wärme auf jeden Anschluss für nicht mehr als 3 Sekunden aufgebracht wird. Verwenden Sie einen Niedrigleistungskolben (≤25W) und lassen Sie zwischen dem Löten jedes Anschlusses ein Intervall von mindestens 2 Sekunden, um thermischen Schock zu vermeiden.

6.3 Feuchtigkeitsempfindlichkeit und Lagerung

Die LEDs sind in feuchtigkeitsdichten Beuteln verpackt.

• Vor dem Öffnen: Lagern bei ≤30°C und ≤90% relativer Luftfeuchtigkeit.
• Nach dem Öffnen: Die "Bodenlebensdauer" beträgt 72 Stunden bei ≤30°C und ≤60% relativer Luftfeuchtigkeit. Unbenutzte Teile müssen in einer feuchtigkeitsdichten Verpackung mit Trockenmittel wieder versiegelt werden.
• Trocknen (Baking): Wenn die Lagerzeit überschritten wird oder das Trockenmittel Feuchtigkeit anzeigt, vor der Verwendung bei 60±5°C für 24 Stunden trocknen.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Standardverpackung

Das Bauteil wird auf 12 mm breiten, geprägten Trägerbändern auf 7-Zoll-Durchmesser-Spulen geliefert, die mit automatischen Bestückungsanlagen kompatibel sind. Auch Schüttgutverpackungen mit 1000 Stück pro Beutel sind erhältlich.

7.2 Etikettenerklärung

Das Spulen- oder Verpackungsetikett enthält mehrere wichtige Kennzeichnungen:

• CPN: Kundenspezifische Artikelnummer.
• P/N: Hersteller-Artikelnummer (z.B. 91-21SYGC/S530-XX/XXX).
• LOT No.: Rückverfolgbare Fertigungslosnummer.
• QTY: Stückzahl in der Verpackung.
• CAT, HUE, REF: Codes für Lichtstärke-, dominante Wellenlängen- und Flussspannungsklassen.

8. Anwendungsdesign-Überlegungen

8.1 Strombegrenzung ist obligatorisch

Ein externer strombegrenzender Widerstand ist unbedingt erforderlich. Die exponentielle I-V-Charakteristik der LED bedeutet, dass eine kleine Erhöhung der Flussspannung einen großen, möglicherweise zerstörerischen Anstieg des Stroms verursachen kann. Der Widerstandswert (R) kann mit dem Ohmschen Gesetz berechnet werden: R = (V_versorgung- V_F) / I_F. Verwenden Sie stets den maximalen V_F-Wert aus dem Datenblatt für ein konservatives Design, das sicherstellt, dass I_Funter ungünstigsten Bedingungen 20mA nicht überschreitet.

8.2 Thermomanagement

Obwohl die Verlustleistung gering ist (max. 60mW), ist es eine gute Praxis, für ausreichende Wärmeableitung über die PCB-Pads zu sorgen, insbesondere in Umgebungen mit hoher Umgebungstemperatur oder beim Betrieb mit maximalem Strom. Dies hilft, eine stabile Lichtausbeute und langfristige Zuverlässigkeit aufrechtzuerhalten.

8.3 ESD-Schutz

Mit einer ESD-Festigkeit von 2000V sind Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen während der Handhabung und Montage notwendig. In rauen Umgebungen kann die Integration einer transiente Spannungsunterdrückung auf empfindlichen Leitungen in der Endanwendung erforderlich sein.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die 91-21-LED unterscheidet sich durch die Kombination eines sehr kleinen 2,0x1,25mm-Fußabdrucks, einer für ihre Größe relativ hohen Lichtstärke (bis zu 630 mcd typ.) und der spezifischen Brilliant Yellow Green-Farbe, die vom AlGaInP-Chipmaterial erzeugt wird. Im Vergleich zu älteren bedrahteten LEDs bietet sie enorme Platzersparnis. Im Vergleich zu anderen SMD-LEDs sind ihre Hauptvorteile das klare Harz für maximale Lichtauskopplung und der klar definierte Abstrahlwinkel, was sie sowohl für Anzeige- als auch Hintergrundbeleuchtungsaufgaben geeignet macht, bei denen ein gerichteter Strahl vorteilhaft ist.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

10.1 Welchen Widerstandswert sollte ich mit einer 5V-Versorgung verwenden?

Unter Verwendung der Formel R = (V_versorgung- V_F) / I_Fund unter Annahme eines ungünstigsten Falls V_Fvon 2,4V und einem Ziel-I_Fvon 20mA: R = (5V - 2,4V) / 0,02A = 130 Ohm. Der nächsthöhere Standardwert (z.B. 150 Ohm) würde einen Sicherheitsspielraum bieten, was zu einem Strom von etwa 17,3mA führt.

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

No.Dies würde die LED mit hoher Wahrscheinlichkeit zerstören. Die Flussspannung ist kein fester Wert, sondern eine Eigenschaft des Diodenübergangs. Eine auf den typischen V_F-Wert (2,0V) eingestellte Konstantspannungsquelle regelt den Strom nicht, und geringfügige Schwankungen oder Temperaturänderungen führen zu unkontrolliertem Stromfluss.

10.3 Wie identifiziere ich die Kathode?

Beziehen Sie sich auf die Gehäusezeichnung im Datenblatt. Die Kathode ist typischerweise durch eine grüne Markierung auf der Oberseite oder Seite des Gehäuses oder durch ein bestimmtes Merkmal im Pad-Layout gekennzeichnet (z.B. das Kathodenpad kann quadratisch sein, während die Anode rund ist, oder umgekehrt).

11. Praktisches Design- und Anwendungsbeispiel

Szenario: Entwurf einer Niedrigbatterieanzeige für ein tragbares Gerät.Das Gerät verwendet eine geregelte 3,3V-Versorgung. Das Ziel ist, dass eine LED hell aufleuchtet, wenn die Batterie schwach ist. Eine 91-21-LED aus der E3-Klasse (400-630 mcd) wird für gute Sichtbarkeit ausgewählt. Berechnung: R = (3,3V - 2,4V) / 0,02A = 45 Ohm. Ein 47-Ohm-Standardwiderstand wird gewählt. Der GPIO-Pin des Mikrocontrollers, konfiguriert als Open-Drain-Ausgang, zieht den Strom auf Masse, um die LED einzuschalten. Die kompakte Größe der 91-21 ermöglicht es ihr, in einen sehr kleinen Bereich auf der überfüllten Leiterplatte des tragbaren Geräts zu passen.

12. Funktionsprinzip

Die LED arbeitet nach dem Prinzip der Elektrolumineszenz in einem Halbleiter-p-n-Übergang. Das Chipmaterial ist Aluminium-Gallium-Indium-Phosphid (AlGaInP). Wenn eine Flussspannung angelegt wird, die die Diffusionsspannung des Übergangs überschreitet, werden Elektronen aus dem n-Typ-Bereich und Löcher aus dem p-Typ-Bereich in den aktiven Bereich injiziert, wo sie rekombinieren. Dieses Rekombinationsereignis setzt Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Zusammensetzung der AlGaInP-Legierung bestimmt die Bandlückenenergie, die wiederum die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts definiert, in diesem Fall Brilliant Yellow Green (~573 nm). Das klare Epoxidharz-Einkapselungsmaterial schützt den Chip und wirkt als Linse, die das Licht in den spezifizierten 25-Grad-Abstrahlwinkel formt.

13. Technologietrends

Die 91-21-LED repräsentiert eine ausgereifte und zuverlässige Technologie innerhalb des breiteren Trends der Elektronikminiaturisierung. Die laufende Entwicklung bei SMD-LEDs konzentriert sich auf mehrere Schlüsselbereiche: Steigerung der Lichtausbeute (mehr Licht pro Watt elektrischer Eingangsleistung), Verbesserung der Farbkonstanz und des Farbwiedergabeindex (CRI) für Beleuchtungsanwendungen, Entwicklung immer kleinerer Gehäusegrößen (z.B. 01005, Micro-LEDs) und Verbesserung der Zuverlässigkeit unter höheren Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen. Darüber hinaus ist die Integration von Steuerelektronik direkt mit dem LED-Chip (z.B. IC-gesteuerte LEDs) ein wachsender Trend für intelligente Beleuchtungsanwendungen. Die 91-21, mit ihrem Fokus auf eine spezifische Farbe und kompakte Anzeige-/Hintergrundbeleuchtungsrolle, bleibt eine grundlegende und weit verbreitete Komponente in dieser sich entwickelnden Landschaft.