SMD LED 19-237B Serie Datenblatt - Gehäuse 2.0x1.6x0.9mm - Spannung 1.7-3.3V - Mehrfarbig - Technische Dokumentation

1. Produktübersicht

Die 19-237B Serie ist eine kompakte, mehrfarbige Oberflächenmontage-LED (SMD), die für moderne elektronische Anwendungen entwickelt wurde, die Miniaturisierung und hohe Zuverlässigkeit erfordern. Diese Komponente stellt einen bedeutenden Fortschritt gegenüber herkömmlichen LED-Typen mit Anschlussbeinen dar und ermöglicht eine erhebliche Reduzierung der benötigten Leiterplattenfläche, eine höhere Bauteilpackungsdichte und trägt letztlich zur Entwicklung kleinerer und leichterer Endgeräte bei. Ihr geringes Gewicht macht sie besonders geeignet für Anwendungen, bei denen Platz und Gewicht kritische Einschränkungen darstellen.

1.1 Kernvorteile und Produktpositionierung

Die Hauptvorteile der 19-237B SMD LED ergeben sich aus ihrem miniaturisierten Bauraum und der Oberflächenmontagetechnologie. Das Bauteil wird auf 8 mm breitem Trägerband geliefert, das auf 7-Zoll-Spulen aufgewickelt ist, und gewährleistet so volle Kompatibilität mit automatischen Bestückungsanlagen, die in der Serienfertigung Standard sind. Diese Kompatibilität rationalisiert den Fertigungsprozess, reduziert die Bestückungszeit und minimiert das Potenzial für menschliche Fehler. Darüber hinaus ist das Bauteil für Infrarot- (IR) und Dampfphasen-Lötverfahren (Reflow) qualifiziert, was Flexibilität bei der Fertigungslinienkonfiguration bietet. Ein wesentliches Merkmal ist die Mehrfarbfähigkeit innerhalb eines einzigen Gehäuse-Footprints, die durch unterschiedliche Halbleiter-Chipmaterialien ermöglicht wird. Das Produkt wird außerdem bleifrei hergestellt und ist so ausgelegt, dass es den Anforderungen der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe) entspricht, was globalen Umwelt- und regulatorischen Anforderungen Rechnung trägt.

1.2 Zielmarkt und Anwendungen

Die 19-237B ist für ein breites Spektrum von Konsumgüter-, Industrie- und Kommunikationselektronik ausgelegt. Ihre primären Anwendungsbereiche umfassen die Hintergrundbeleuchtung von Instrumententafeln und Membranschaltern, um eine gleichmäßige Ausleuchtung zu gewährleisten. In Telekommunikationsgeräten dient sie als Statusanzeigen und Tastatur-Hintergrundbeleuchtung in Geräten wie Telefonen und Faxgeräten. Sie eignet sich auch gut als flache Hintergrundbeleuchtungsquelle für Flüssigkristallanzeigen (LCDs), Schaltpaneelen und Symbolen. Schließlich macht ihr universelles Design sie zu einer vielseitigen Wahl für verschiedene Anzeige- und Beleuchtungsaufgaben mit geringer Leistung in zahlreichen Branchen.

2. Technische Parameter im Detail

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Analyse der im Datenblatt spezifizierten elektrischen, optischen und thermischen Parameter, die für einen zuverlässigen Schaltungsentwurf und die Systemintegration entscheidend sind.

2.1 Absolute Grenzwerte

Die absoluten Grenzwerte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Dies sind keine Betriebsbedingungen. Für die 19-237B Serie sind alle Grenzwerte bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C spezifiziert. Die maximale Sperrspannung (V_R) beträgt 5V für alle Farbtypen. Der maximale Dauer-Durchlassstrom (I_F) beträgt 25 mA. Der Spitzen-Durchlassstrom (I_FP), anwendbar bei einem Tastverhältnis von 1/10 und einer Frequenz von 1 kHz, variiert: 60 mA für den R6 (Rot) Chip und 100 mA für die GH (Grün) und BH (Blau) Chips. Die maximale Verlustleistung (P_d) beträgt 60 mW für R6 und 95 mW für GH/BH. Die elektrostatische Entladungsfestigkeit (ESD) nach dem Human Body Model (HBM) beträgt 2000V für R6 und 1500V für GH/BH, was darauf hindeutet, dass der rote Chip einen etwas robusteren ESD-Schutz haben könnte. Der Betriebstemperaturbereich (T_opr) reicht von -40°C bis +85°C, und der Lagertemperaturbereich (T_stg) von -40°C bis +90°C. Das Löttemperaturprofil ist kritisch: Für Reflow-Löten kann das Bauteil 260°C für 10 Sekunden aushalten; für Handlöten liegt die Grenze bei 350°C für 3 Sekunden.

2.2 Elektro-optische Kennwerte

Die elektro-optischen Kennwerte werden bei Ta=25°C und einem Standard-Prüfstrom (I_F) von 5mA gemessen und liefern die wesentlichen Leistungskennzahlen für den Entwurf.

• Lichtstärke (I_v):Dies ist die wahrgenommene Lichtleistung pro Raumwinkeleinheit. Die typischen Bereiche sind: R6: 18,0-57,0 mcd; GH: 28,5-112 mcd; BH: 11,5-28,5 mcd. Die grüne Variante bietet typischerweise die höchste Ausgangsleistung.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):Der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke die Hälfte der maximalen Intensität beträgt. Er beträgt typischerweise 120 Grad, was auf ein breites, diffuses Abstrahlmuster hindeutet, das für Flächenbeleuchtung und Anzeigen geeignet ist.
• Spitzenwellenlänge (λ_p):Die Wellenlänge, bei der die spektrale Emission maximal ist. Typische Werte sind: R6: 632 nm; GH: 518 nm; BH: 468 nm.
• Farbwert (dominante Wellenlänge, λ_d):Die einzelne Wellenlänge, die vom menschlichen Auge wahrgenommen wird und der Farbe der LED entspricht. Bereiche: R6: 613-627 nm; GH: 520-535 nm; BH: 465-475 nm. Toleranzen sind ±1nm.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):Die spektrale Breite bei halber Maximalintensität. Typisch: R6: 20 nm; GH: 35 nm; BH: 25 nm. Eine größere Bandbreite, wie bei Grün, kann die Farbreinheit beeinflussen.
• Durchlassspannung (V_F):Der Spannungsabfall über der LED beim Prüfstrom. Bereiche: R6: 1,7-2,2 V; GH: 2,6-3,3 V; BH: 2,6-3,3 V. Toleranz ist ±0,10V. Dieser Parameter ist entscheidend für die Berechnung des Vorwiderstands.
• Sperrstrom (I_R):Der Leckstrom bei einer Sperrspannung von 5V. Max.: R6: 10 μA; GH/BH: 50 μA.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Datenblatt definiert ein Binning-System zur Kategorisierung von LEDs basierend auf wichtigen optischen Parametern, um Konsistenz in der Massenproduktion sicherzustellen. Entwickler müssen Bins spezifizieren, um Farb- und Helligkeitsgleichmäßigkeit in ihrer Anwendung zu garantieren.

3.1 Lichtstärke-Binning

LEDs werden basierend auf ihrer gemessenen Lichtstärke bei I_F=5mA in Bins sortiert.

• R6 (Rot):Bins M (18,0-28,5 mcd), N (28,5-45,0 mcd), P (45,0-57,0 mcd).
• GH (Grün):Bins N (28,5-45,0 mcd), P (45,0-72,0 mcd), Q (72,0-112 mcd).
• BH (Blau):Bins L (11,5-18,0 mcd), M (18,0-28,5 mcd).

Die Toleranz für die Lichtstärke innerhalb eines Bins beträgt ±11%.

3.2 Farbwert-Binning (für GH Grün)

Für die GH (Grün) LED wird ein zusätzliches Binning für den Farbwert bereitgestellt: Bin 1 (520-525 nm), Bin 2 (525-530 nm), Bin 3 (530-535 nm). Die Toleranz beträgt ±1nm. Dies ermöglicht eine präzise Farbauswahl, die in Anwendungen wie Statusanzeigen, bei denen die Farbbedeutung standardisiert ist, entscheidend ist.

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt enthält typische Kennlinien für jede LED-Farbe (R6, GH, BH), die für das Verständnis des Bauteilverhaltens unter nicht standardmäßigen Bedingungen von unschätzbarem Wert sind.

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

Die Kurven zeigen den exponentiellen Zusammenhang zwischen Durchlassstrom und Durchlassspannung. Für alle Farben steigt die Spannung mit dem Strom. Die rote (R6) LED hat bei einem gegebenen Strom eine deutlich niedrigere Durchlassspannung im Vergleich zu den grünen und blauen LEDs, was charakteristisch für die unterschiedlichen Halbleitermaterialien (AlGaInP vs. InGaN) ist. Dieser Unterschied muss im Treiberschaltungsentwurf berücksichtigt werden, insbesondere in mehrfarbigen Arrays.

4.2 Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Diese Diagramme zeigen, dass die Lichtstärke im typischen Arbeitsbereich (bis ~20mA) annähernd linear mit dem Durchlassstrom ansteigt. Der Wirkungsgrad (Lumen pro Watt) kann jedoch bei einem bestimmten Strom seinen Höhepunkt erreichen und dann aufgrund von Erwärmung und anderen Effekten abnehmen. Entwickler sollten nicht davon ausgehen, dass die Helligkeit unbegrenzt linear skaliert.

4.3 Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur

Dies ist eine kritische Kurve für das Wärmemanagement. Die Lichtstärke für alle Farben nimmt mit steigender Umgebungstemperatur ab. Die Entlastung ist erheblich, insbesondere für die grünen und blauen InGaN-basierten LEDs, die im Allgemeinen temperaturempfindlicher sind als AlGaInP rote LEDs. Dies erfordert Kühlkörper oder Stromentlastung in Hochtemperaturumgebungen, um Helligkeit und Lebensdauer aufrechtzuerhalten.

4.4 Durchlassstrom-Entlastungskurve

Diese Kurve spezifiziert den maximal zulässigen Dauer-Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur. Mit steigender Temperatur muss der maximal zulässige Strom reduziert werden, um ein Überschreiten der Verlustleistungsgrenze des Bauteils und thermisches Durchgehen zu verhindern. Die Einhaltung dieser Kurve ist für die Zuverlässigkeit unerlässlich.

4.5 Spektralverteilung

Die Spektraldiagramme zeigen die relative Intensität des emittierten Lichts über die Wellenlängen. Die rote LED (R6) hat einen schmaleren, definierteren Peak um 632 nm. Die grüne (GH) hat einen breiteren Peak um 518 nm und die blaue (BH) einen Peak um 468 nm. Form und Breite dieser Spektren beeinflussen die Farbwiedergabe und -reinheit des Lichts.

4.6 Abstrahldiagramm

Die polaren Abstrahldiagramme veranschaulichen die räumliche Lichtverteilung. Die bereitgestellten Diagramme für jede Farbe zeigen ein typisches lambertisches oder nahezu lambertisches Muster, konsistent mit dem 120-Grad-Abstrahlwinkel. Die Intensität ist bei 0 Grad (senkrecht zur LED-Oberfläche) am höchsten und nimmt zu den Rändern hin ab.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die 19-237B LED hat ein kompaktes rechteckiges Gehäuse. Wichtige Abmessungen (in mm) sind: Länge: 2,0 ±0,2, Breite: 1,6 ±0,2, Höhe: 0,9 ±0,1. Die Kathode ist durch eine Markierung auf dem Gehäuse gekennzeichnet. Eine detaillierte Maßzeichnung wird bereitgestellt, einschließlich Anschlussabstand und Lötpad-Geometrie.

5.2 Vorgeschlagenes Pad-Layout und Polaritätskennzeichnung

Ein vorgeschlagenes Land Pattern (Footprint) für den Leiterplattenentwurf ist als Referenz enthalten, mit Abmessungen von 1,4mm x 0,8mm für die Pads. Das Datenblatt weist ausdrücklich darauf hin, dass dies ein Vorschlag ist und Entwickler ihn basierend auf ihrem spezifischen Bestückungsprozess und Zuverlässigkeitsanforderungen anpassen sollten. Eine klare Polaritätskennzeichnung (Anodenmarkierung) ist auf der Gehäuseoberseite dargestellt, um eine falsche Platzierung zu verhindern.

6. Löt- und Bestückungsrichtlinien

Eine ordnungsgemäße Handhabung und Lötung ist für SMD-Bauteile entscheidend. Die 19-237B ist für Standard-Reflow-Lötprofile mit einer Spitzentemperatur von 260°C für maximal 10 Sekunden ausgelegt. Für manuelle Reparaturen ist Handlöten mit einer Lötspitze bei 350°C für bis zu 3 Sekunden zulässig. Es ist entscheidend, diese Richtlinien einzuhalten, um Schäden am LED-Chip oder am Kunststoffgehäuse durch übermäßige Hitze zu verhindern. Das Bauteil sollte bis zur Verwendung in seiner original feuchtigkeitsbeständigen Verpackung gelagert werden. Wenn es Umgebungsfeuchtigkeit außerhalb der Spezifikationen ausgesetzt war, kann vor dem Reflow ein Trocknungsprozess (Backen) erforderlich sein, um "Popcorning" (Gehäuserissbildung durch Dampfdruck während des Lötens) zu verhindern.

7. Verpackung und Bestellinformationen

Die LEDs werden in feuchtigkeitsbeständiger Verpackung auf geprägter Trägerband geliefert. Die Bandabmessungen sind spezifiziert. Die Spule hat einen Standarddurchmesser von 7 Zoll. Ein Etikett auf der Spule liefert wichtige Informationen für Rückverfolgbarkeit und Verifizierung: Kunden-Teilenummer (CPN), Hersteller-Teilenummer (P/N), Packmenge (QTY), Lichtstärke-Klasse (CAT), Farbwert-Klasse (HUE), Durchlassspannungs-Klasse (REF) und Losnummer (LOT No). Dieses Kennzeichnungssystem gewährleistet korrekten Materialfluss und Bestandskontrolle.

8. Anwendungsvorschläge und Entwurfsüberlegungen

Beim Entwurf mit der 19-237B LED müssen mehrere Faktoren berücksichtigt werden. Erstens: Verwenden Sie stets einen Vorwiderstand in Reihe mit der LED. Berechnen Sie den Widerstandswert basierend auf der Versorgungsspannung (V_supply), der Durchlassspannung der LED (V_F – verwenden Sie den Maximalwert für Zuverlässigkeit) und dem gewünschten Durchlassstrom (I_F). Formel: R = (V_supply - V_F) / I_F. Berücksichtigen Sie die Belastbarkeit des Widerstands. Zweitens: Berücksichtigen Sie thermische Effekte. Wenn die Anwendung bei hohen Umgebungstemperaturen arbeitet, entlasten Sie den Durchlassstrom gemäß der bereitgestellten Kurve, um Lebensdauer und stabile Lichtausbeute aufrechtzuerhalten. Drittens: Für mehrfarbige oder Array-Anwendungen spezifizieren Sie enge Binning-Codes (CAT, HUE), um visuelle Gleichmäßigkeit über alle LEDs hinweg sicherzustellen. Viertens: Stellen Sie sicher, dass das Leiterplatten-Pad-Design ausreichende Lötnaht und mechanische Festigkeit bietet. Schließlich: Berücksichtigen Sie den Abstrahlwinkel (120°) beim Entwurf von Lichtleitern oder Linsen für die Anwendung.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu größeren, bedrahteten LEDs ist der Hauptvorteil der 19-237B ihr miniaturisierter SMD-Bauraum, der automatisierte Bestückung und Produktminiaturisierung ermöglicht. Innerhalb der SMD LED-Landschaft sind ihre wichtigsten Unterscheidungsmerkmale ihre spezifische Gehäusegröße von 2,0x1,6mm, der breite Abstrahlwinkel von 120 Grad und die Verfügbarkeit von drei verschiedenen Grundfarben (Rot, Grün, Blau) innerhalb eines einzigen Gehäuse-Outlines. Die unterschiedliche Verlustleistungsbewertung (60mW für Rot, 95mW für Grün/Blau) und die unterschiedlichen ESD-Bewertungen unterscheiden sie ebenfalls von generischen Angeboten. Ihre Kompatibilität mit Standard-IR/Dampfphasen-Reflow und die klare Binning-Struktur machen sie sowohl für Prototyping als auch für serienmäßige, qualitätsbewusste Produktion geeignet.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Was ist der Unterschied zwischen Spitzenwellenlänge und Farbwert?

A: Die Spitzenwellenlänge (λ_p) ist die physikalische Wellenlänge, bei der die LED die meiste optische Leistung emittiert. Der Farbwert (λ_d) ist die wahrgenommene einzelne Wellenlänge, die der Farbe entspricht, die das menschliche Auge sieht. Sie sind oft nahe beieinander, aber nicht identisch, insbesondere bei LEDs mit breitem Spektrum.

F: Warum ist die Durchlassspannung für die rote LED anders als für die grüne und blaue?

A: Die Durchlassspannung wird durch die Bandlückenenergie des Halbleitermaterials bestimmt. Rote LEDs verwenden typischerweise AlGaInP, das eine niedrigere Bandlücke (~1,8-2,0 eV) hat als das für grüne und blaue LEDs verwendete InGaN (~2,4-3,4 eV). Eine höhere Bandlücke erfordert eine höhere Spannung, um Elektronen darüber zu "schieben".

F: Wie interpretiere ich die Binning-Codes (CAT, HUE, REF) auf dem Spulenetikett?

A: Diese Codes entsprechen den im Datenblatt definierten Leistungs-Bins. "CAT" ist das Lichtstärke-Bin (z.B. N, P, Q für Grün). "HUE" ist das Farbwert-/Farbton-Bin (z.B. 1, 2, 3 für Grün). "REF" ist das Durchlassspannungs-Bin. Die Spezifikation dieser Codes stellt sicher, dass Sie LEDs mit eng gruppierten Eigenschaften erhalten.

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

A: Der absolute Grenzwert für den Dauer-Durchlassstrom (I_F) beträgt 25 mA. Daher liegt 20mA innerhalb der Spezifikation. Sie müssen jedoch überprüfen, ob die resultierende Verlustleistung (P_d = V_F * I_F) die bewerteten 60 mW (R6) oder 95 mW (GH/BH) nicht überschreitet, insbesondere bei hohen Umgebungstemperaturen, indem Sie die Entlastungskurve konsultieren.

11. Praktische Entwurfs-Fallstudie

Szenario: Entwurf einer mehrfarbigen Statusanzeige für ein Konsumgerät.Das Gerät benötigt eine einzige dreifarbige Anzeige (Rot/Grün/Blau), um Netzbetrieb, Standby und Fehlerzustände anzuzeigen. Unter Verwendung der 19-237B Serie würde ein Entwickler drei LEDs (R6, GH, BH) in unmittelbarer Nähe auf der Leiterplatte platzieren. Um Farbkonsistenz sicherzustellen, würden sie enge Bins spezifizieren: z.B. CAT=P für alle, um ähnlich hohe Helligkeit zu erhalten, und HUE=2 für die grüne LED, um einen spezifischen Farbton zu erhalten. Sie würden drei separate Treiberschaltungen entwerfen, jede mit einem Vorwiderstand, der für die spezifische V_F jeder Farbe berechnet ist (z.B. 1,8V für Rot, 3,0V für Grün/Blau bei einer 5V-Versorgung und 10mA). Sie würden außerdem sicherstellen, dass das Leiterplattenlayout ausreichende Wärmeableitung bietet und den vorgeschlagenen Pad-Abmessungen folgt, um eine zuverlässige Lötung während der automatischen Bestückung zu erleichtern.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Leuchtdioden (LEDs) sind Halbleiterbauelemente, die Licht durch Elektrolumineszenz emittieren. Wenn eine Durchlassspannung an den p-n-Übergang angelegt wird, rekombinieren Elektronen aus dem n-dotierten Material mit Löchern aus dem p-dotierten Material im aktiven Bereich. Diese Rekombination setzt Energie in Form von Photonen (Lichtteilchen) frei. Die Farbe (Wellenlänge) des emittierten Lichts wird durch die Bandlückenenergie des im aktiven Bereich verwendeten Halbleitermaterials bestimmt. Die 19-237B verwendet AlGaInP für rote Emission und InGaN für grüne und blaue Emission. Das Kunststoffgehäuse dient dazu, den empfindlichen Halbleiterchip zu schützen, die Lichtausgabe zu formen (Linse) und die elektrischen Kontakte für die Oberflächenmontage bereitzustellen.

13. Technologietrends

Der SMD LED-Markt entwickelt sich weiterhin in Richtung höherer Effizienz (mehr Lumen pro Watt), erhöhter Leistungsdichte und noch kleinerer Gehäusegrößen. Es gibt einen starken Trend zu verbesserter Farbwiedergabe und Konsistenz (engeres Binning). Darüber hinaus wird die Integration von Steuerelektronik, wie Konstantstromtreiber oder Pulsweitenmodulations-(PWM)-Controller, direkt in das LED-Gehäuse ("Smart LEDs") immer häufiger. Umweltvorschriften treiben weiterhin die Eliminierung gefährlicher Stoffe und Verbesserungen der Recyclingfähigkeit voran. Die in der 19-237B verkörperten Prinzipien – Miniaturisierung, Automatisierungskompatibilität und Mehrfarbfähigkeit – bleiben zentral für diese fortlaufenden Entwicklungen in der Festkörperbeleuchtungs- und Anzeigetechnologie.