SMD LED 19-137/R6GHBHC-A01/2T Datenblatt - Mehrfarbig - 20mA - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die 19-137 Serie ist eine kompakte, oberflächenmontierbare LED, die für hochdichte Anwendungen konzipiert ist. Ihre kleine Bauform ermöglicht eine signifikante Reduzierung der Leiterplattengröße und des Geräte-Footprints. Die Serie ist in mehreren Farben (brillantes Rot, Grün und Blau) erhältlich, die unterschiedliche Halbleitermaterialien verwenden, und bietet damit Designflexibilität für verschiedene Anzeige- und Hintergrundbeleuchtungsanforderungen.

1.1 Kernvorteile

• Miniaturisierung:Deutlich kleiner als bedrahtete LEDs, ermöglicht höhere Packungsdichte und kleinere Endprodukte.
• Leichtgewicht:Ideal für Miniatur- und tragbare Anwendungen.
• Kompatibilität:Verpackt in 8mm-Tape auf 7-Zoll-Spulen für die Kompatibilität mit automatischen Bestückungsgeräten.
• Robuste Prozesskompatibilität:Geeignet für Infrarot- und Dampfphasen-Reflow-Lötprozesse.
• Umweltkonformität:Bleifrei und RoHS-konform. Enthält ESD-Schutz (2000V HBM).

1.2 Zielanwendungen

• Hintergrundbeleuchtung für Armaturenbretter, Schalter und Symbole.
• Anzeigen für Telekommunikationsgeräte (Telefone, Faxgeräte).
• Flache Hintergrundbeleuchtung für LCD-Panels.
• Allgemeine Anzeigeanwendungen.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Alle Parameter sind bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C spezifiziert. Das Überschreiten dieser Grenzwerte kann dauerhafte Schäden verursachen.

• Sperrspannung (V_R):5V
• Dauer-Durchlassstrom (I_F):25 mA
• Spitzen-Durchlassstrom (I_FP):60 mA (R6/Rot), 100 mA (GH/Grün, BH/Blau) bei 1/10 Tastverhältnis, 1kHz.
• Verlustleistung (P_d):60 mW (R6), 95 mW (GH, BH).
• Betriebstemperatur (T_opr):-40°C bis +85°C
• Lagertemperatur (T_stg):-40°C bis +90°C
• Löttemperatur:Reflow: 260°C für 30 Sekunden. Handlöten: 350°C für 3 Sekunden.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Gemessen bei Ta=25°C und I_F=20mA, sofern nicht anders angegeben. Typische Werte dienen der Referenz; das Design sollte auf den Minimal-/Maximalspezifikationen basieren.

Hinweis zu Toleranzen:Lichtstärke (±11%), Dominante Wellenlänge (±1nm), Durchlassspannung (±0,10V).

3. Erklärung des Binning-Systems

Die LEDs werden basierend auf der Lichtstärke bei I_F=20mA in Bins sortiert, um die Konsistenz innerhalb einer Produktionscharge sicherzustellen.

3.1 Binning der Lichtstärke

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

Dieses Binning ermöglicht es Designern, die geeignete Helligkeitsklasse für ihre Anwendung auszuwählen und so Kosten und Leistung in Einklang zu bringen.

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt enthält typische Kennlinien für jede Farbvariante (R6, GH, BH). Diese Kurven sind wesentlich, um das Verhalten des Bauteils unter verschiedenen Betriebsbedingungen zu verstehen.

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

Die Kurven zeigen den exponentiellen Zusammenhang zwischen Strom und Spannung. Die rote LED (R6) hat eine deutlich niedrigere typische Durchlassspannung (~2,0V) im Vergleich zu den grünen und blauen LEDs (~3,3V), bedingt durch die unterschiedlichen Halbleitermaterialien (AlGaInP vs. InGaN). Dies ist ein kritischer Parameter für das Treiberschaltungs-Design und die Leistungsaufnahmeberechnung.

4.2 Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Die Lichtstärke steigt mit dem Durchlassstrom, jedoch nicht linear. Die Kurven zeigen, dass die Intensität bei höheren Strömen zur Sättigung neigt. Der Betrieb bei den empfohlenen 20mA bietet eine gute Balance zwischen Helligkeit und Effizienz/Lebensdauer. Das Überschreiten des maximalen Dauerstroms (25mA) wird nicht empfohlen, da es den Degradationsprozess beschleunigen kann.

4.3 Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur

Die Lichtleistung von LEDs ist temperaturabhängig. Die Kurven zeigen einen Rückgang der Lichtstärke mit steigender Umgebungstemperatur. Bei der roten LED (R6) ist der Rückgang bei höheren Temperaturen ausgeprägter als bei den grünen/blauen (GH/BH) LEDs. Diese thermische Derating muss in Designs berücksichtigt werden, in denen hohe Umgebungstemperaturen oder schlechtes Wärmemanagement erwartet werden.

4.4 Durchlassstrom-Derating-Kurve

Diese Kurve gibt den maximal zulässigen Dauer-Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur vor. Um die Zuverlässigkeit zu gewährleisten, muss der Durchlassstrom bei Betrieb über 25°C reduziert werden. Die Einhaltung dieser Kurve ist zwingend erforderlich, um Überhitzung und vorzeitigen Ausfall zu verhindern.

4.5 Spektrale Verteilung

Die Spektren zeigen die für LEDs charakteristischen schmalen Emissionsbanden. Rot (R6) hat ein Maximum bei etwa 632nm, Grün (GH) bei etwa 518nm und Blau (BH) bei etwa 468nm. Die spektrale Bandbreite (Δλ) beträgt etwa 20nm für Rot, 35nm für Grün und 25nm für Blau, was auf die Farbreinheit hinweist.

4.6 Abstrahlcharakteristik

Die Polardiagramme bestätigen ein breites, lambertisches Abstrahlverhalten mit einem typischen Betrachtungswinkel von 120 Grad. Dies sorgt für eine breite, gleichmäßige Ausleuchtung, die für Hintergrundbeleuchtungen und Anzeigeanwendungen geeignet ist, bei denen große Betrachtungswinkel erforderlich sind.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Das SMD-Gehäuse ist für die Standard-Pick-and-Place-Montage ausgelegt. Wichtige Abmessungen (in mm) umfassen die Bauteilgröße, Anschlussabstand und Gesamthöhe. Alle nicht spezifizierten Toleranzen sind ±0,1mm. Der genaue Footprint und das empfohlene Pad-Layout sollten aus der detaillierten Maßzeichnung abgeleitet werden, um ein korrektes Löten und Ausrichten sicherzustellen.

6. Löt- und Montagerichtlinien

• Reflow-Löten:Es wird eine maximale Spitzentemperatur von 260°C für 30 Sekunden spezifiziert. Standard-Bleifrei-Reflow-Profile (IPC/JEDEC J-STD-020) sind anwendbar.
• Handlöten:Falls erforderlich, ist eine maximale Lötspitzentemperatur von 350°C für 3 Sekunden zulässig. Verwenden Sie minimale Wärme, um die Kunststofflinse oder interne Bondverbindungen nicht zu beschädigen.
• ESD-Vorsichtsmaßnahmen:Obwohl das Bauteil über einen 2000V HBM-Schutz verfügt, sollten während der Montage Standard-ESD-Handhabungsverfahren eingehalten werden.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Verpackungsspezifikationen

Die Bauteile werden in feuchtigkeitsbeständiger Verpackung geliefert.

• Trägerband:8mm Breite, auf 7-Zoll-Spulen.
• Menge pro Spule:2000 Stück.
• Feuchtigkeitsschutz:Verpackt mit Trockenmittel in einer aluminiumbeschichteten Feuchtigkeitsschutztüte.

7.2 Etikettenerklärung

Das Spulenetikett enthält wichtige Informationen für die Rückverfolgbarkeit und korrekte Anwendung:

• P/N:Produktnummer (z.B. 19-137/R6GHBHC-A01/2T).
• QTY:Packungsmenge.
• CAT:Lichtstärke-Klasse (Bin-Code).
• HUE:Farbortkoordinaten & Dominante-Wellenlängen-Klasse.
• REF:Durchlassspannungs-Klasse.
• LOT No:Fertigungslosnummer für die Rückverfolgbarkeit.

8. Anwendungsdesign-Überlegungen

8.1 Treiberschaltungs-Design

Aufgrund der exponentiellen I-V-Kennlinie der Diode ist eine Stromregelung (keine Spannungsregelung) für eine stabile Lichtleistung unerlässlich. Ein einfacher Vorwiderstand kann für kostengünstige Anwendungen mit stabiler Versorgungsspannung verwendet werden. Für optimale Leistung und Effizienz, insbesondere bei variierenden Versorgungsspannungen oder Temperaturen, wird ein Konstantstromtreiber empfohlen. Der Durchlassspannungsunterschied zwischen roten (~2,0V) und grünen/blauen (~3,3V) LEDs muss beim Entwurf von Schaltungen für mehrfarbige Arrays berücksichtigt werden.

8.2 Wärmemanagement

Obwohl SMD LEDs effizient sind, wird ein Teil der Eingangsleistung in Wärme umgewandelt. Die Derating-Kurve zeigt deutlich den Einfluss der Temperatur. Für einen zuverlässigen Betrieb, insbesondere bei hohen Umgebungstemperaturen oder hohen Treiberströmen, muss eine ausreichende PCB-Kupferfläche oder andere Kühlmethoden verwendet werden, um die Sperrschichttemperatur innerhalb sicherer Grenzen zu halten. Ein schlechtes thermisches Design führt zu reduzierter Lichtleistung und verkürzter Lebensdauer.

8.3 Optisches Design

Der 120-Grad-Betrachtungswinkel bietet eine breite Abdeckung. Für Anwendungen, die stärker gebündeltes Licht erfordern, können Sekundäroptiken (Linsen, Lichtleiter) notwendig sein. Die wasserklare Harzfarbe dieser LEDs eignet sich für Anwendungen, bei denen die wahre emittierte Farbe ohne Verfärbung durch das Gehäuse gewünscht wird.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Das wichtigste Unterscheidungsmerkmal dieser Serie ist ihre Mehrfarbfähigkeit innerhalb eines einzigen Gehäuse-Footprints, ermöglicht durch verschiedene Chipmaterialien (AlGaInP für Rot, InGaN für Grün/Blau). Im Vergleich zu älteren bedrahteten LEDs bietet das SMD-Format erhebliche Platzersparnis, eine bessere Eignung für die automatisierte Montage und typischerweise eine verbesserte Zuverlässigkeit aufgrund fehlender Biegespannung an den Anschlüssen. Die Integration von ESD-Schutz und die Konformität mit RoHS- und bleifreien Lötstandards machen sie für die moderne Elektronikfertigung geeignet.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

10.1 Kann ich diese LED mit 30mA für mehr Helligkeit betreiben?

Nein. Der Absolute Maximalwert für den Dauer-Durchlassstrom (I_F) beträgt 25mA. Ein Betrieb mit 30mA überschreitet diesen Wert und riskiert einen sofortigen oder langfristigen Schaden am Bauteil. Für höhere Helligkeit wählen Sie eine LED aus einem Bin mit höherer Lichtstärke oder ziehen Sie ein anderes LED-Modell in Betracht, das für höhere Ströme ausgelegt ist.

10.2 Warum ist die Durchlassspannung für die rote LED anders?

Die Durchlassspannung ist eine grundlegende Eigenschaft der Bandlückenenergie des Halbleitermaterials. Rote LEDs in dieser Serie verwenden AlGaInP, das eine niedrigere Bandlückenenergie hat als das für die grünen und blauen LEDs verwendete InGaN. Eine niedrigere Bandlücke bedeutet eine niedrigere Durchlassspannung, die benötigt wird, um die Diode "einzuschalten" und Lichtemission zu verursachen.

10.3 Was bedeutet der "Bin-Code" und warum ist er wichtig?

Aufgrund von Fertigungsschwankungen werden LEDs nach der Produktion basierend auf Schlüsselparametern wie Lichtstärke und Farbe sortiert (gebinned). Der Bin-Code (z.B. R, S, T für Grün) spezifiziert den garantierten Minimal- und Maximalausgang für diese Gruppe. Für ein einheitliches Erscheinungsbild in einer Anwendung (z.B. eine Multi-LED-Anzeige) ist es entscheidend, LEDs aus demselben oder benachbarten Bins zu verwenden.

11. Praktische Design-Fallstudie

Szenario:Entwurf eines Statusanzeigepanels mit roten, grünen und blauen LEDs für ein Konsumgerät.

1. Stromeinstellung:Wählen Sie einen Treiberstrom von 20mA, was der Standardtestbedingung entspricht und eine gute Leistungsbalance bietet.
2. Strombegrenzungswiderstände:Annahme einer 5V-Versorgung (V_CC):
   • Für Rot (V_F~2,0V): R = (5V - 2,0V) / 0,020A = 150Ω. Verwenden Sie den nächstgelegenen Normwert (z.B. 150Ω oder 160Ω).
   • Für Grün/Blau (V_F~3,3V): R = (5V - 3,3V) / 0,020A = 85Ω. Verwenden Sie 82Ω oder 91Ω.
3. Helligkeitsabgleich:Überprüfen Sie die Lichtstärke-Bins. Um eine wahrgenommene Helligkeitsparität zu erreichen (die Empfindlichkeit des menschlichen Auges variiert je nach Farbe), müssen Sie möglicherweise unterschiedliche Bins auswählen oder die Ströme leicht anpassen. Beispielsweise könnte eine blaue LED aus dem Q-Bin (72-112 mcd) bei gleichem Strom dunkler erscheinen als eine grüne LED aus dem T-Bin (285-450 mcd).
4. Thermische Überlegung:Wenn sich das Panel in einem geschlossenen Raum befindet, der warm wird, konsultieren Sie die Derating-Kurve. Bei 60°C Umgebungstemperatur ist der maximal zulässige Dauerstrom deutlich niedriger als 25mA. Möglicherweise müssen Sie den Treiberstrom reduzieren oder die Belüftung verbessern.

12. Funktionsprinzip

Leuchtdioden (LEDs) sind Halbleiterbauelemente, die Licht durch Elektrolumineszenz emittieren. Wenn eine Durchlassspannung an den p-n-Übergang angelegt wird, rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich. 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: AlGaInP für Rot/Orange und InGaN für Grün, Blau und Weiß.

13. Technologietrends

Der SMD-LED-Markt entwickelt sich weiterhin in Richtung höherer Effizienz (mehr Lumen pro Watt), erhöhter Leistungsdichte und verbessertem Farbwiedergabeindex. Die Miniaturisierung bleibt ein Schlüsseltrend und ermöglicht immer kleinere und höher auflösende Displays und Beleuchtungsarrays. Es gibt auch einen starken Fokus auf die Verbesserung der Zuverlässigkeit und Lebensdauer unter verschiedenen Betriebsbedingungen. Die weit verbreitete Einführung der InGaN-Technologie war entscheidend für die Realisierung hochheller grüner und blauer LEDs, die für Vollfarbdisplays und weiße LED-Beleuchtung (oft durch Kombination einer blauen LED mit einem Leuchtstoff erzeugt) unerlässlich sind.