SMD LED 18-225A/R6GHW-B01/3T Datenblatt - Gehäuse 3.2x1.6x1.3mm - Spannung 2.0V/3.3V - Brillantes Rot/Grün - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die 18-225A Serie stellt eine kompakte, leistungsstarke Oberflächenmontage-LED (SMD) Lösung dar. Dieses Datenblatt behandelt zwei primäre Chipmaterialvarianten: R6 (AlGaInP) für brillante Rot-Emission und GH (InGaN) für brillante Grün-Emission. Das Bauteil ist in weißem, diffundierendem Harz vergossen. Sein Kernvorteil liegt im deutlich reduzierten Platzbedarf im Vergleich zu herkömmlichen LED-Typen mit Anschlussbeinen, was eine höhere Packungsdichte auf Leiterplatten, geringeren Lagerplatzbedarf und letztlich die Miniaturisierung von Endgeräten ermöglicht. Die leichte Bauweise macht es zudem ideal für Anwendungen, bei denen Platz und Gewicht kritische Einschränkungen darstellen.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Ein Betrieb des Bauteils außerhalb dieser Grenzen kann dauerhafte Schäden verursachen. Die Werte sind bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C spezifiziert.

• Sperrspannung (V_R):5 V (für R6 und GH). Eine Überschreitung kann zum Sperrschichtdurchbruch führen.
• Durchlassstrom (I_F):25 mA (Dauerbetrieb DC für R6 und GH).
• Spitzen-Durchlassstrom (I_FP):60 mA für R6, 100 mA für GH. Spezifiziert bei einem Tastverhältnis von 1/10 und einer Frequenz von 1 kHz, geeignet für gepulsten Betrieb.
• Verlustleistung (P_d):60 mW für R6, 95 mW für GH. Dies ist die maximal zulässige Leistung, die das Gehäuse ohne Überschreiten seiner thermischen Grenzen abführen kann.
• Elektrostatische Entladung (ESD) Human Body Model (HBM):2000 V für R6, 150 V für GH. Die GH (InGaN)-Variante ist empfindlicher gegenüber ESD und erfordert strengere Handhabungsvorkehrungen.
• Betriebstemperatur (T_opr):-40°C bis +85°C. Dies definiert den Umgebungstemperaturbereich für einen zuverlässigen Betrieb.
• Lagertemperatur (T_stg):-40°C bis +90°C.
• Löttemperatur (T_sol):Reflow-Löten: Spitzentemperatur 260°C maximal 10 Sekunden. Handlöten: 350°C maximal 3 Sekunden.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Diese Parameter werden bei Ta=25°C und einem Standard-Prüfstrom von I_F=10mA gemessen, sofern nicht anders angegeben. Sie definieren die Lichtausgabe und das elektrische Verhalten der LED.

• Lichtstärke (I_v):R6: 28,5 bis 72,0 mcd (typisch). GH: 72,0 bis 180 mcd (typisch). Der GH-Chip erzeugt unter gleichen Ansteuerbedingungen eine deutlich höhere Lichtstärke.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):130 Grad (typisch). Dieser weite Abstrahlwinkel ist charakteristisch für das weiße, diffundierende Harzgehäuse und bietet ein lambertstrahlerähnliches Abstrahlmuster, das für Flächenbeleuchtung und Indikatoren geeignet ist.
• Spitzenwellenlänge (λ_p):R6: 632 nm (typisch). GH: 518 nm (typisch). Dies ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsverteilung maximal ist.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):R6: 615-625 nm. GH: 520-535 nm. Dies ist die vom menschlichen Auge wahrgenommene Einfarbigkeit der LED-Farbe. Toleranzen sind ±1nm.
• Spektrale Strahlungsbandbreite (Δλ):R6: 20 nm (typisch). GH: 35 nm (typisch). Dies zeigt die spektrale Reinheit; eine kleinere Bandbreite bedeutet eine gesättigtere Farbe.
• Durchlassspannung (V_F):R6: 1,7-2,4 V (Typisch 2,0V). GH: 2,7-3,7 V (Typisch 3,3V). Der Spannungsabfall ist eine Funktion der Bandlücke des Halbleitermaterials. Toleranz ist ±0,10V.
• Sperrstrom (I_R):R6: 10 μA max bei V_R=5V. GH: 50 μA max bei V_R=5V.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Die LEDs werden basierend auf wichtigen optischen Parametern sortiert (gebinnt), um die Konsistenz innerhalb einer Produktionscharge und für Designzwecke sicherzustellen.

3.1 Binning der Lichtstärke

R6 (Rot):

• Bin N: 28,5 - 45,0 mcd
• Bin P: 45,0 - 72,0 mcd

GH (Grün):

• Bin Q1: 72,0 - 90,0 mcd
• Bin Q2: 90,0 - 112 mcd
• Bin R1: 112 - 140 mcd
• Bin R2: 140 - 180 mcd

Toleranz für Lichtstärke ist ±11%.

3.2 Binning der dominanten Wellenlänge (nur GH Grün)

Die grünen LEDs werden zusätzlich nach dominanter Wellenlänge gebinnt, um die Farbkonsistenz zu steuern.

• Bin 1: 520 - 525 nm
• Bin 2: 525 - 530 nm
• Bin 3: 530 - 535 nm

Toleranz für dominante Wellenlänge ist ±1nm.

4. Analyse der Leistungskurven

4.1 Eigenschaften R6 (AlGaInP Rot)

Die bereitgestellten Kurven veranschaulichen wichtige Zusammenhänge:

• Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kurve):Zeigt den exponentiellen Zusammenhang. Die Durchlassspannung steigt mit dem Strom und nimmt mit steigender Temperatur leicht ab.
• Lichtstärke vs. Durchlassstrom:Die Lichtausgabe steigt im normalen Betriebsbereich linear mit dem Strom, bevor Sättigungseffekte auftreten.
• Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Die Lichtausgabe nimmt mit steigender Umgebungstemperatur aufgrund reduzierter interner Quanteneffizienz und erhöhter nichtstrahlender Rekombination ab. Diese Entlastung ist für das thermische Management entscheidend.
• Entlastungskurve für Durchlassstrom:Spezifiziert den maximal zulässigen Dauer-Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur. Der Strom muss bei höheren Temperaturen reduziert werden, um innerhalb der Verlustleistungsgrenze zu bleiben.
• Spektralverteilung:Zeigt das Emissionsmaximum bei etwa 632 nm mit einer typischen Bandbreite von 20 nm.
• Abstrahldiagramm:Zeigt die räumliche Intensitätsverteilung und bestätigt den weiten 130-Grad-Abstrahlwinkel mit einem nahezu lambertstrahlerähnlichen Muster.

4.2 Eigenschaften GH (InGaN Grün)

Die GH-Kurven zeigen ähnliche Zusammenhänge, aber mit unterschiedlichen quantitativen Werten:

• Höhere Durchlassspannung (typisch 3,3V vs. 2,0V für R6).
• Andere Temperaturabhängigkeit von Lichtstärke und Durchlassspannung.
• Spektrum zentriert um 518 nm mit einer breiteren 35 nm Bandbreite.
• Ein anderes Entlastungsprofil für den Durchlassstrom aufgrund der unterschiedlichen Verlustleistungsbewertung (95 mW vs. 60 mW).

5. Mechanische & Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Das SMD-Gehäuse hat folgende Hauptabmessungen (in mm, Toleranz ±0,1mm sofern nicht anders angegeben):

• Länge: 3,2 mm
• Breite: 1,6 mm
• Höhe: 1,3 mm ±0,2 mm
• Anschlussbreite: 0,4 mm ±0,15 mm
• Anschlusslänge: 0,7 mm ±0,1 mm
• Anschlussabstand: 1,6 mm

5.2 Polaritätskennzeichnung und Lötpad-Design

Die Kathode ist markiert. Ein empfohlenes Lötpad-Layout mit den Abmessungen: Pad-Breite 0,8mm, Länge 0,8mm, mit einem 0,4mm Abstand zwischen den Pads wird bereitgestellt. Dies ist ein Vorschlag; das Pad-Design sollte basierend auf dem spezifischen Leiterplattenherstellungsprozess und thermischen Anforderungen optimiert werden. Das Dokument betont, dass die Pad-Abmessung basierend auf individuellen Anforderungen angepasst werden kann.

6. Löt- & Montagerichtlinien

6.1 Lötprozess

Das Bauteil ist mit Infrarot- und Dampfphasen-Reflow-Prozessen kompatibel. Ein bleifreies Reflow-Lötprofil wird spezifiziert:

• Vorwärmen: 150-200°C für 60-120 Sekunden.
• Zeit oberhalb der Liquidus-Temperatur (217°C): 60-150 Sekunden.
• Spitzentemperatur: maximal 260°C.
• Zeit innerhalb von 5°C der Spitze: maximal 10 Sekunden.
• Aufheizrate: maximal 3°C/Sek.
• Abkühlrate: maximal 6°C/Sek.

Kritische Hinweise:Reflow-Löten sollte nicht mehr als zweimal durchgeführt werden. Während des Erhitzens sollte keine mechanische Belastung auf den LED-Körper ausgeübt werden. Die Leiterplatte sollte nach dem Löten nicht verziehen.

6.2 Lagerung und Feuchtigkeitsempfindlichkeit

Die Bauteile sind in feuchtigkeitsbeständigen Barrieretüten mit Trockenmittel verpackt.

• Vor dem Öffnen:Lagern bei ≤30°C und ≤90% relativer Luftfeuchtigkeit (RLF).
• Nach dem Öffnen:Die "Bodenlebensdauer" beträgt 1 Jahr bei ≤30°C und ≤60% RLF. Unbenutzte Teile müssen in einer feuchtigkeitsdichten Verpackung wieder versiegelt werden.
• Trocknen (Baking):Wenn sich der Trockenmittel-Indikator ändert oder die Lagerzeit überschritten wird, vor der Verwendung bei 60±5°C für 24 Stunden trocknen, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und den "Popcorn"-Effekt während des Reflow zu verhindern.

7. Verpackungs- & Bestellinformationen

7.1 Spezifikationen für Rolle und Band

Die LEDs werden auf 8mm breitem, geprägtem Trägerband auf Rollen mit 7 Zoll Durchmesser geliefert. Die Füllmenge beträgt 3000 Stück pro Rolle. Detaillierte Abmessungen für Rolle und Trägerband sind im Datenblatt angegeben.

7.2 Etikettenerklärung

Das Rollenetikett enthält mehrere Codes:

• P/N: Produktnummer (z.B. 18-225A/R6GHW-B01/3T).
• QTY: Packungsmenge.
• CAT: Lichtstärkeklasse (Bin-Code, z.B. P, R1).
• HUE: Farbortkoordinaten & Dominante Wellenlängenklasse (z.B. Bin 2).
• REF: Durchlassspannungsklasse.
• LOT No: Rückverfolgbare Losnummer.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

Wie im Datenblatt aufgeführt:

• Hintergrundbeleuchtung für Automobilarmaturenbretter und Schalter.
• Telekommunikationsgeräte: Statusanzeigen und Tastatur-Hintergrundbeleuchtung in Telefonen und Faxgeräten.
• Flache Hintergrundbeleuchtung für kleine LCDs, Schalter und Symbole.
• Allgemeine Zweckanzeige und Statusleuchten in Unterhaltungselektronik, Industrie-Steuerungen und Haushaltsgeräten.

8.2 Kritische Designüberlegungen

Strombegrenzung:Ein externer strombegrenzender Widerstand istabsolut zwingend erforderlich. Die Durchlassspannung der LED hat einen negativen Temperaturkoeffizienten und eine enge Toleranz. Eine kleine Erhöhung der Versorgungsspannung kann einen großen, potenziell zerstörerischen Anstieg des Durchlassstroms verursachen. Der Widerstandswert muss basierend auf der Versorgungsspannung (V_CC), der typischen Durchlassspannung der LED (V_F) und dem gewünschten Durchlassstrom (I_F) berechnet werden: R = (V_CC- V_F) / I_F. Thermisches Management:Obwohl es sich um ein kleines SMD-Bauteil handelt, muss die Verlustleistung (bis zu 95mW für GH) berücksichtigt werden, insbesondere bei hohen Umgebungstemperaturen. Halten Sie sich an die Entlastungskurve für den Durchlassstrom. Sorgen Sie für ausreichende Kupferfläche auf der Leiterplatte (unter Verwendung des thermischen Pad-Designs), um Wärme von der LED-Sperrschicht abzuleiten.ESD-Schutz:Implementieren Sie Standard-ESD-Handhabungsverfahren, insbesondere für die empfindlichere GH (InGaN)-Variante. Erwägen Sie den Einsatz von ESD-Schutzbauteilen auf empfindlichen Leitungen, wenn sich die LED in einem benutzerzugänglichen Bereich befindet.

9. Technischer Vergleich & Differenzierung

Die 18-225A Serie bietet einen klaren Vorteil gegenüber größeren, bedrahteten LEDs in Bezug auf Leiterplattenplatz und Kompatibilität mit automatisierter Montage. Innerhalb der SMD-LED-Landschaft sind ihre Hauptunterscheidungsmerkmale:

• Weiter Abstrahlwinkel (130°):Das weiße, diffundierende Harz bietet ein sehr breites und gleichmäßiges Abstrahlmuster, ideal für Anwendungen, die Weitwinkelsichtbarkeit anstelle eines fokussierten Strahls erfordern.
• Duale Chipmaterial-Optionen:Das Angebot von sowohl AlGaInP (R6) als auch InGaN (GH) im gleichen Gehäuse-Footprint bietet Designflexibilität für Rot/Grün-Indikatorpaare oder Mehrfarbenanwendungen.
• Detailliertes Binning:Die Bereitstellung mehrerer Lichtstärke- und Wellenlängen-Bins ermöglicht es Designern, Bauteile für Anwendungen auszuwählen, die enge Helligkeits- oder Farbkonsistenz erfordern.
• Robuste Reflow-Kompatibilität:Klar definierte bleifreie Reflow-Profile und Informationen zur Handhabung der Feuchtigkeitsempfindlichkeit unterstützen moderne, hochvolumige Fertigungsprozesse.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F1: Kann ich diese LED direkt von einer 5V- oder 3,3V-Logikversorgung ansteuern?A:No.Sie müssen immer einen Reihenstrombegrenzungswiderstand verwenden. Zum Beispiel mit einer 5V-Versorgung und einer grünen LED (V_F~3,3V) bei I_F=20mA: R = (5V - 3,3V) / 0,020A = 85 Ohm. Verwenden Sie den nächsten Normwert (z.B. 82 oder 100 Ohm) und überprüfen Sie den tatsächlichen Strom und die Verlustleistung.

F2: Warum ist die ESD-Bewertung für die grüne LED (GH) niedriger als für die rote (R6)?A: Dies ist eine grundlegende Materialeigenschaft. InGaN-basierte LEDs (blau, grün, weiß) haben im Allgemeinen niedrigere ESD-Festigkeiten im Vergleich zu AlGaInP-basierten LEDs (rot, bernstein). Dies erfordert eine vorsichtigere Handhabung der grünen Variante.

F3: Was bedeutet die "weiße, diffundierende" Harzfarbe für die Lichtausgabe?A: Das diffundierende Harz streut das vom Chip emittierte Licht, erzeugt einen breiteren, gleichmäßigeren Abstrahlwinkel (130°) und verleiht der nicht betriebenen LED ein weißes Erscheinungsbild. Es mildert die Lichtausgabe, macht sie weniger punktförmig und eignet sich besser für Flächenbeleuchtung.

F4: Wie interpretiere ich die Bin-Codes bei der Bestellung?A: Geben Sie die erforderlichen CAT (Helligkeit) und HUE (Farbe für Grün) Bin-Codes basierend auf der Toleranz Ihrer Anwendung für Helligkeitsschwankungen und Farbverschiebung an. Für nicht-kritische Indikatoren kann ein weiterer Bin akzeptabel und kostengünstig sein. Für Hintergrundbeleuchtungs-Arrays, bei denen Gleichmäßigkeit entscheidend ist, ist die Angabe eines engen Bins entscheidend.

11. Design-in Fallstudie

Szenario:Entwurf eines kompakten Bedienfelds mit Mehrfachstatusanzeigen.Anforderung:Rot für "Fehler", Grün für "Bereit". Der Platz ist extrem begrenzt. Die Anzeigen müssen aus einem weiten Winkel klar sichtbar sein. Der Montageprozess verwendet automatisierte SMD-Bestückung und Reflow-Löten.Lösungsimplementierung:

1. Bauteilauswahl:Verwendung von 18-225A/R6 für rot und 18-225A/GH für grün. Der identische 3,2x1,6mm Footprint vereinfacht das Leiterplattenlayout.
2. Schaltungsdesign:Für einen 3,3V-Systembus:
   • Rote LED: R = (3,3V - 2,0V) / 0,010A = 130 Ohm. Verwenden Sie 130Ω oder 120Ω Widerstand. Leistung in R: (1,3V^2)/130Ω ≈ 13mW.
   • Grüne LED: R = (3,3V - 3,3V) / 0,010A = 0 Ohm. Dies ist problematisch. Eine 3,3V-Versorgung liegt bei der typischen V_F der grünen LED, lässt also keinen Spannungsabstand für den Widerstand. Lösung: a) Einen niedrigeren Strom verwenden (z.B. 5mA), b) Eine höhere Versorgungsspannung für den LED-Stromkreis verwenden, oder c) Einen Konstantstromtreiber verwenden.
3. Leiterplattenlayout:Platzieren Sie die LEDs nahe dem Rand des Bedienfelds. Verwenden Sie die empfohlenen oder leicht größeren Lötpads, die mit einer kleinen Kupferfläche zur Wärmeableitung verbunden sind. Stellen Sie sicher, dass die Polarisationsmarkierungen auf der Lötstoppmaske mit der Kathodenmarkierung auf der LED übereinstimmen.
4. Fertigung:Programmieren Sie die Bestückungsmaschine für die 3,2x1,6mm Bauteilgröße. Befolgen Sie das spezifizierte Reflow-Profil genau. Lagern Sie geöffnete Rollen in Trockenschränken, wenn sie nicht sofort verwendet werden.
5. Binning:Für dieses Bedienfeld mit mehreren identischen Anzeigen, geben Sie eine einzelne Helligkeits-Bin-Klasse an (z.B. CAT P für rot, CAT R1 für grün), um ein einheitliches Erscheinungsbild über alle Einheiten sicherzustellen.

12. Einführung in das Technologieprinzip

LEDs sind Halbleiterdioden, die Licht durch Elektrolumineszenz emittieren. Wenn eine Durchlassspannung an den p-n-Übergang angelegt wird, werden Elektronen und Löcher in den aktiven Bereich injiziert, wo sie rekombinieren. Die bei dieser Rekombination freigesetzte Energie wird als Photonen (Licht) emittiert. Die Farbe (Wellenlänge) des emittierten Lichts wird durch die Bandlückenenergie des im aktiven Bereich verwendeten Halbleitermaterials bestimmt.

• R6 (AlGaInP):Aluminium-Gallium-Indium-Phosphid ist ein Materialsystem, das zur Herstellung hocheffizienter LEDs im roten, orangen und bernsteinfarbenen Spektrum verwendet wird. Es hat eine direkte Bandlücke, die für effiziente Lichtemission geeignet ist.
• GH (InGaN):Indium-Gallium-Nitrid ist das Materialsystem für blaue, grüne und weiße LEDs. Durch Variation des Indiumgehalts kann die Bandlücke eingestellt werden. Das Erreichen hocheffizienter Grünemission ("Grünlücke") war historisch eine Herausforderung in diesem Materialsystem.

Das Licht vom winzigen Halbleiterchip wird in einem Epoxid- oder Silikonharzgehäuse eingekapselt. Das "weiße, diffundierende" Harz enthält Streupartikel, die die Richtung der Photonen randomisieren und so das breite, gleichmäßige Abstrahlmuster erzeugen. Das Gehäuse bietet auch mechanischen Schutz, elektrische Kontakte und unterstützt die Wärmeableitung.

13. Branchentrends

Der SMD-LED-Markt entwickelt sich weiter, angetrieben durch die Nachfrage nach Miniaturisierung, höherer Effizienz und niedrigeren Kosten. Trends, die für Bauteile wie die 18-225A relevant sind, umfassen:

• Erhöhte Effizienz:Fortlaufende Verbesserungen in der epitaktischen Schichtabscheidung und Chip-Design führen zu höherer Lichtausbeute (mehr Lichtausgabe pro elektrischem Watt), was entweder hellere Indikatoren oder geringeren Stromverbrauch ermöglicht.
• Verbesserte Farbkonsistenz:Fortschritte in der Fertigungskontrolle und ausgefeiltere Binning-Strategien ermöglichen engere Farb- und Helligkeitstoleranzen, was für Anwendungen wie Hintergrundbeleuchtungs-Arrays und Vollfarbdisplays entscheidend ist.
• Erweiterter Farbraum:Die Entwicklung neuer Leuchtstoffe und Schmalbandemitter (wie Quantenpunkte) ermöglicht LEDs mit gesättigteren Farben und erweitert den erreichbaren Farbraum für Displays.
• Integration:Der Trend zur Integration mehrerer LED-Chips (RGB, RGBW), Steuer-ICs und sogar passiver Bauteile in ein einziges Gehäusemodul setzt sich fort und vereinfacht die Endproduktmontage.
• Fokus auf Zuverlässigkeit:Da LEDs in Automobil-, Industrie- und Medizinmärkte vordringen, wird vermehrt Wert auf Langzeit-Zuverlässigkeitsdaten, Fehlermodusanalyse und Qualifizierung unter rauen Umweltbedingungen (hohe Temperatur, Feuchtigkeit, thermisches Zyklieren) gelegt.

Während neuere, kleinere Gehäuseformate (z.B. 0201, 01005) existieren, bleibt der 3,2x1,6mm Footprint ein beliebter und robuster Arbeitstier für allgemeine Indikator- und Hintergrundbeleuchtungsanwendungen und bietet eine gute Balance aus Größe, Helligkeit, einfacher Handhabung und thermischer Leistung.