SMD LED 15-21/GHC-YR2U1/3T Datenblatt - 2.0x1.25x0.8mm - 3.3V - 95mW - Brillantgrün - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die 15-21/GHC-YR2U1/3T ist eine oberflächenmontierbare (SMD) Leuchtdiode (LED) für moderne, kompakte elektronische Anwendungen. Diese Komponente stellt einen bedeutenden Fortschritt gegenüber herkömmlichen LED-Bauformen mit Anschlussdrähten dar und bietet erhebliche Vorteile hinsichtlich der Leiterplattenflächennutzung und der allgemeinen Systemminiaturisierung.

Der Kernvorteil dieser LED liegt in ihrem winzigen Bauraum. Ihre deutlich kleinere Größe im Vergleich zu Durchsteckkomponenten ermöglicht es Entwicklern, höhere Packungsdichten auf Leiterplatten (PCBs) zu erreichen. Dies führt direkt zu reduzierten Leiterplattenabmessungen, minimierten Lageranforderungen für Bauteile und letztendlich zur Herstellung kleinerer und leichterer Endgeräte. Die inhärent leichte Bauweise des SMD-Gehäuses macht sie zur idealen Wahl für Anwendungen, bei denen Gewicht und Platz kritische Einschränkungen darstellen.

Diese LED ist eine einfarbige Type, die ein brillantes grünes Licht emittiert. Sie ist aus umweltfreundlichen Materialien gefertigt, bleifrei und entspricht den RoHS-, EU REACH- und halogenfreien Standards (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm). Sie wird auf industrieüblichen 8-mm-Trägerbändern auf 7-Zoll-Durchmesser-Spulen geliefert, was die Kompatibilität mit schnellen automatischen Bestückungsanlagen gewährleistet. Das Bauteil ist zudem für Standard-Lötverfahren wie Infrarot- und Dampfphasenreflow-Löten ausgelegt.

2. Detaillierte Betrachtung der technischen Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Das Verständnis der absoluten Maximalwerte ist entscheidend für die langfristige Zuverlässigkeit und die Vermeidung von katastrophalen Ausfällen. Diese Werte geben die Grenzen an, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann.

• Durchlassstrom (IF):25 mA. Dies ist der maximale kontinuierliche Gleichstrom, der unter normalen Betriebsbedingungen an die LED angelegt werden darf.
• Spitzendurchlassstrom (IFP):50 mA. Dieser Wert gilt unter gepulsten Bedingungen mit einem Tastverhältnis von 1/10 bei 1 kHz. Eine Überschreitung des Dauerstromwerts ist nur unter diesen spezifischen gepulsten Bedingungen zulässig.
• Verlustleistung (Pd):95 mW. Dies ist die maximale Leistung, die das Bauteil bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C als Wärme abführen kann. Dieser Wert wird bei höheren Umgebungstemperaturen abgesenkt (Derating).
• Elektrostatische Entladung (ESD):150 V (Human Body Model). Während der Montage und Handhabung müssen geeignete ESD-Schutzmaßnahmen eingehalten werden, um Schäden durch statische Elektrizität zu verhindern.
• Betriebstemperatur (Topr):-40°C bis +85°C. Die Funktionsfähigkeit des Bauteils ist innerhalb dieses Umgebungstemperaturbereichs garantiert.
• Lagertemperatur (Tstg):-40°C bis +90°C. Das Bauteil kann innerhalb dieses Temperaturbereichs gelagert werden, wenn es nicht unter Spannung steht.
• Löttemperatur (Tsol):Das Bauteil hält Reflow-Lötprozesse mit einer Spitzentemperatur von 260°C für bis zu 10 Sekunden stand. Beim Handlöten darf die Temperatur der Lötspitze 350°C nicht überschreiten, und die Kontaktzeit sollte auf 3 Sekunden pro Anschluss begrenzt werden.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Die elektro-optischen Eigenschaften definieren die Lichtausgabe und das elektrische Verhalten der LED unter festgelegten Testbedingungen (Ta=25°C, IF=20mA, sofern nicht anders angegeben). Dies sind die Schlüsselparameter für das Design und die Leistungsüberprüfung.

• Lichtstärke (Iv):Reicht von einem Minimum von 140,0 mcd bis zu einem Maximum von 565,0 mcd, wobei der typische Wert vom spezifischen Binning abhängt. Die Toleranz für die Lichtstärke beträgt ±11%.
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):130 Grad (typisch). Dieser große Abstrahlwinkel deutet auf ein lambertisches oder nahezu lambertisches Abstrahlverhalten hin, was für Anwendungen geeignet ist, die eine großflächige Ausleuchtung erfordern.
• Spitzenwellenlänge (λp):518 nm (typisch). Dies ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsverteilung ihr Maximum erreicht.
• Farbwert (λd):Liegt im Bereich von 520 nm bis 535 nm. Dies ist die einzelne Wellenlänge, die vom menschlichen Auge wahrgenommen wird und der Farbe des emittierten Lichts entspricht. Die Toleranz beträgt ±1 nm.
• Spektrale Bandbreite (Δλ):35 nm (typisch). Dies ist die Breite des emittierten Spektrums, gemessen bei halber Maximalintensität (Full Width at Half Maximum - FWHM).
• Durchlassspannung (VF):Liegt im Bereich von 2,7V (min) bis 3,7V (max), mit einem typischen Wert von 3,3V bei 20mA. Dieser Parameter ist entscheidend für die Auslegung der strombegrenzenden Schaltung.
• Sperrstrom (IR):Maximal 50 μA bei einer angelegten Sperrspannung (VR) von 5V. Es ist kritisch zu beachten, dass dieses Bauteil nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt ist; diese Testbedingung dient nur der Charakterisierung.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um Farb- und Helligkeitskonstanz in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs anhand von Schlüsselparametern in Bins sortiert. Die 15-21/GHC-YR2U1/3T verwendet ein zweidimensionales Binning-System.

3.1 Binning der Lichtstärke

Die Lichtstärke wird in sechs verschiedene Bins (R2, S1, S2, T1, T2, U1) sortiert, die jeweils einen spezifischen Bereich von minimaler und maximaler Intensität in Millicandela (mcd) bei IF=20mA definieren. Beispielsweise repräsentiert Bin U1 den höchsten Intensitätsbereich von 450,0 bis 565,0 mcd, während Bin R2 den niedrigsten Bereich von 140,0 bis 180,0 mcd darstellt. Der Produktcode \"YR2U1\" gibt spezifische Bins für den Farbwert (Y) und die Lichtstärke (U1) an.

3.2 Binning des Farbwerts

Der Farbwert, der die wahrgenommene Farbe definiert, wird in drei Bins (X, Y, Z) sortiert. Bin X umfasst 520,0-525,0 nm, Bin Y umfasst 525,0-530,0 nm und Bin Z umfasst 530,0-535,0 nm. Dies stellt sicher, dass LEDs aus demselben Wellenlängen-Bin visuell farbkonsistent erscheinen.

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere Kennlinien, die das Verhalten des Bauteils unter variierenden Bedingungen veranschaulichen. Diese sind für das fortgeschrittene thermische und optische Design unerlässlich.

• Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kennlinie):Diese Kurve zeigt die exponentielle Beziehung zwischen Strom und Spannung. Sie wird verwendet, um den Arbeitspunkt zu bestimmen und geeignete strombegrenzende Widerstände oder Treiber zu dimensionieren.
• Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom:Dieses Diagramm zeigt, wie die Lichtausgabe mit dem Treiberstrom zunimmt. Es zeigt typischerweise eine sublineare Beziehung, wobei der Wirkungsgrad bei sehr hohen Strömen abnehmen kann.
• Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Diese kritische Kurve zeigt die Absenkung der Lichtausgabe mit steigender Sperrschichttemperatur. Die Lichtstärke nimmt typischerweise mit steigender Temperatur ab, was in Designs, die bei hohen Umgebungstemperaturen arbeiten, berücksichtigt werden muss.
• Derating-Kurve für den Durchlassstrom:Dieses Diagramm definiert den maximal zulässigen kontinuierlichen Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur. Mit steigender Temperatur muss der maximale Strom reduziert werden, um innerhalb der Verlustleistungsgrenzen des Bauteils zu bleiben.
• Spektralverteilung:Diese Darstellung zeigt die relative optische Leistung in Abhängigkeit von der Wellenlänge, zentriert um die Spitzenwellenlänge von 518 nm mit einer typischen Bandbreite von 35 nm.
• Abstrahlcharakteristik:Dieses Polardiagramm veranschaulicht die räumliche Verteilung der Lichtintensität und bestätigt den 130-Grad-Abstrahlwinkel.

5. Mechanische und Verpackungsinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die LED hat einen kompakten SMD-Bauraum. Zu den Hauptabmessungen gehören eine Gehäuselänge von ca. 2,0 mm, eine Breite von 1,25 mm und eine Höhe von 0,8 mm. Das Datenblatt enthält eine detaillierte Maßzeichnung einschließlich Pads-Layout, Gesamtmaßen und der Position der Kathodenmarkierung. Die Toleranzen betragen typischerweise ±0,1 mm, sofern nicht anders angegeben. Die Kathode ist zur korrekten Ausrichtung auf der Leiterplatte eindeutig markiert.

5.2 Verpackungsspezifikationen

Das Bauteil wird in feuchtigkeitsbeständiger Verpackung geliefert, um Schäden durch Umgebungsfeuchtigkeit während der Lagerung zu verhindern. Die Komponenten sind in Trägerbänder mit für das 15-21-Gehäuse dimensionierten Taschen eingelegt. Diese Trägerbänder sind auf eine Standard-7-Zoll-Durchmesser-Spule aufgewickelt. Jede Spule enthält 3000 Stück. Die Verpackung enthält ein Trockenmittel und ist in einer aluminiumbeschichteten Feuchtigkeitsschutztüte versiegelt. Das Etikett auf der Tüte enthält wichtige Informationen wie die Artikelnummer (P/N), die Menge (QTY), den Lichtstärkenrang (CAT), den Farb-/Wellenlängenrang (HUE), den Durchlassspannungsrang (REF) und die Losnummer (LOT No).

6. Löt- und Montagerichtlinien

Eine sachgemäße Handhabung und Lötung sind für die Zuverlässigkeit von entscheidender Bedeutung. Wichtige Vorsichtsmaßnahmen umfassen:

• Strombegrenzung:Ein externer strombegrenzender Widerstand ist zwingend erforderlich. Die exponentielle I-V-Kennlinie der LED bedeutet, dass eine kleine Spannungsänderung einen großen Stromstoß verursachen kann, der zu einem sofortigen Ausfall führt.
• Feuchtigkeitssensitivität:Das Bauteil ist in einer Feuchtigkeitssperrbeutel verpackt. Nach dem Öffnen müssen die LEDs innerhalb von 168 Stunden (7 Tagen) verwendet werden, wenn sie bei Bedingungen ≤30°C und ≤60% relativer Luftfeuchtigkeit gelagert werden. Nicht verwendete Teile sollten mit Trockenmittel neu verpackt werden. Wenn die Expositionszeit überschritten wurde oder der Trockenmittel-Indikator die Farbe geändert hat, ist vor dem Reflow-Löten ein Ausheizen bei 60±5°C für 24 Stunden erforderlich.
• Reflow-Lötprofil:Ein bleifreies (Pb-free) Reflow-Profil ist vorgegeben. Zu den wichtigsten Parametern gehören eine Vorwärmphase zwischen 150-200°C für 60-120 Sekunden, eine Zeit oberhalb der Liquidustemperatur (217°C) von 60-150 Sekunden und eine Spitzentemperatur von maximal 260°C für höchstens 10 Sekunden. Die maximale Aufheizrate beträgt 6°C/Sekunde und die maximale Abkühlrate 3°C/Sekunde. Der Reflow-Vorgang sollte nicht mehr als zweimal durchgeführt werden.
• Handlöten:Falls manuelle Reparaturen notwendig sind, verwenden Sie einen Lötkolben mit einer Spitzentemperatur unter 350°C. Die Kontaktzeit pro Anschluss muss weniger als 3 Sekunden betragen, und für das Entfernen wird ein Doppelspitzen-Lötkolben empfohlen, um mechanische Belastungen zu vermeiden. Die Lötkolbenleistung sollte 25W oder weniger betragen.

7. Anwendungsvorschläge

7.1 Typische Anwendungsszenarien

Die brillantgrüne Farbe und die kompakte Größe machen diese LED für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet:

• Hintergrundbeleuchtung:Ideal für die Hintergrundbeleuchtung von Symbolen, Schaltern und Anzeigen in Automobilarmaturenbrettern, Unterhaltungselektronik und industriellen Bedienfeldern.
• Telekommunikationsgeräte:Verwendung als Statusanzeigen und Tastaturbeleuchtungen in Telefonen, Faxgeräten und Netzwerkhardware.
• LCD-Flachbild-Hintergrundbeleuchtung:Kann in Arrays verwendet werden, um Kantenbeleuchtung oder direkte Hintergrundbeleuchtung für kleine monochrome oder farbige LCD-Displays bereitzustellen.
• Allgemeine Anzeige:Jede Anwendung, die eine helle, zuverlässige und kompakte Statusanzeige erfordert.

7.2 Designüberlegungen

• Thermisches Management:Obwohl die Verlustleistung gering ist, ist die Aufrechterhaltung einer niedrigen Sperrschichttemperatur der Schlüssel zur Maximierung der Lichtausbeute und Lebensdauer. Sorgen Sie für ausreichende Kupferflächen auf der Leiterplatte oder thermische Durchkontaktierungen, wenn bei hohen Umgebungstemperaturen oder hohen Treiberströmen gearbeitet wird.
• Stromtreiberschaltung:Verwenden Sie stets eine Konstantstromquelle oder eine Spannungsquelle mit einem in Reihe geschalteten strombegrenzenden Widerstand. Berechnen Sie den Widerstandswert basierend auf der Versorgungsspannung (Vs), der Durchlassspannung der LED (VF, verwenden Sie für Sicherheit den Maximalwert) und dem gewünschten Durchlassstrom (IF): R = (Vs - VF) / IF.
• Optisches Design:Der große 130-Grad-Abstrahlwinkel bietet eine breite Ausleuchtung. Für fokussiertes Licht können externe Linsen oder Lichtleiter erforderlich sein.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die primäre Differenzierung der 15-21 SMD LED liegt in ihrer Kombination aus sehr kleinem Bauformat (2,0x1,25mm) und relativ hoher Lichtstärke (bis zu 565 mcd für den U1-Bin). Im Vergleich zu größeren SMD-LEDs (z.B. 3528, 5050) spart sie erheblich Leiterplattenfläche. Im Vergleich zu noch kleineren Chip-Scale-Packages bietet sie aufgrund ihres definierten Gehäuses mit lötbaren Anschlüssen eine einfachere Handhabung und Lötbarkeit. Die Verwendung von InGaN-Technologie für brillantes Grün bietet im Vergleich zu älteren Technologien eine höhere Effizienz und bessere Farbsättigung. Ihre Konformität mit strengen Umweltstandards (RoHS, REACH, halogenfrei) macht sie für globale Märkte mit strengen regulatorischen Anforderungen geeignet.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Welchen Widerstandswert sollte ich bei einer 5V-Versorgung verwenden?

A: Unter Verwendung des maximalen VF von 3,7V und einem Ziel-IF von 20mA: R = (5V - 3,7V) / 0,020A = 65 Ohm. Verwenden Sie den nächsthöheren Standardwert, z.B. 68 Ohm, um sicherzustellen, dass der Strom 20mA nicht überschreitet.

F: Kann ich diese LED mit 30mA für höhere Helligkeit betreiben?

A: Nein. Der absolute Maximalwert für den kontinuierlichen Durchlassstrom (IF) beträgt 25 mA. Eine Überschreitung dieses Werts riskiert einen sofortigen oder langfristigen Schaden am Bauteil. Für höhere Helligkeit wählen Sie eine LED aus einem höheren Lichtstärke-Bin (z.B. T2 oder U1).

F: Die Tüte ist seit 10 Tagen geöffnet. Kann ich die LEDs noch verwenden?

A: Nicht direkt für das Reflow-Löten. Sie müssen zunächst ein Ausheizen bei 60±5°C für 24 Stunden durchführen, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und \"Popcorning\"-Schäden während des Reflow-Lötens zu verhindern.

F: Wie identifiziere ich die Kathode?

A: Das Gehäuse hat eine deutliche Kathodenmarkierung, wie in der Maßzeichnung dargestellt. Auf dem Leiterplatten-Footprint ist das Kathodenpad typischerweise in der Bestückungsdrucklage gekennzeichnet.

10. Praktisches Design- und Anwendungsbeispiel

Fallbeispiel: Entwurf eines Multi-Indikator-Statuspanels

Ein Entwickler entwirft ein kompaktes Bedienfeld mit 12 Statusanzeigen. Der Platz ist extrem begrenzt. Durch die Auswahl der 15-21 LED können die Anzeigen auf einem 0,1-Zoll (2,54mm) Raster platziert werden. Er wählt den U1-Helligkeits-Bin für hohe Sichtbarkeit. Er entwirft die Leiterplatte mit einer gemeinsamen 5V-Schiene. Für jede LED platziert er einen 68-Ohm-0603-Widerstand in Reihe. Er erstellt eine thermische Entlastungsverbindung am Kathodenpad, um das Löten zu erleichtern, stellt aber eine solide Masseebenenverbindung für die Wärmeableitung sicher. Während der Montage befolgt er die Feuchtigkeitshandhabungsvorschriften und verwendet das spezifizierte Reflow-Profil. Das Ergebnis ist ein helles, zuverlässiges und dicht gepacktes Anzeigepanel, das alle Größen- und Leistungsanforderungen erfüllt.

11. Einführung in das technische Prinzip

Diese LED basiert auf InGaN (Indiumgalliumnitrid)-Halbleitertechnologie. Wenn eine Durchlassspannung an den p-n-Übergang angelegt wird, werden Elektronen und Löcher in die aktive Zone injiziert. Ihre Rekombination setzt Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Zusammensetzung der InGaN-Legierung in der aktiven Schicht bestimmt die Bandlückenenergie, die direkt die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts definiert – in diesem Fall brillantes Grün bei ~518 nm. Das wasserklare Harzgehäuse schützt den Halbleiterchip und fungiert als Primärlinse, die hilft, das 130-Grad-Abstrahlverhalten zu formen. Das SMD-Gehäuse bietet mechanischen Schutz, elektrische Anschlüsse und einen Wärmeleitpfad vom Chip zur Leiterplatte.

12. Technologietrends und Entwicklungen

Der Trend bei SMD-LEDs wie der 15-21 geht weiterhin in Richtung höherer Effizienz (mehr Lumen pro Watt), verbesserter Farbkonstanz durch engere Binning-Bereiche und erhöhter Zuverlässigkeit. Es gibt auch einen Trend zu noch kleineren Gehäusegrößen (z.B. Chip-Scale-Packages) bei gleichbleibender oder verbesserter optischer Leistung. Die breite Einführung der InGaN-Technologie hat hochhelle grüne und blaue LEDs ermöglicht, die historisch schwieriger herzustellen waren als rote LEDs. Zukünftige Entwicklungen könnten integrierte Treiber oder Steuerschaltungen innerhalb des Gehäuses sowie Fortschritte bei Materialien umfassen, um die Effizienz bei hohen Temperaturen weiter zu verbessern und die Betriebslebensdauer zu verlängern. Die Betonung von Umweltkonformität und nachhaltigen Fertigungsprozessen ist ebenfalls ein anhaltender und wachsender Trend in der gesamten Branche.