SMD LED 19-218/GHC-YR1S2M/3T Datenblatt - Brillantgrün - 20mA - 3,2V typ. - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt detailliert die technischen Spezifikationen einer oberflächenmontierbaren (SMD) LED, die brillantgrünes Licht emittiert. Das Bauteil ist für die Hochdichtemontage auf Leiterplatten (PCBs) konzipiert und bietet Vorteile bei der Miniaturisierung und in automatisierten Bestückungsprozessen.

1.1 Kernmerkmale und Vorteile

Die LED wird auf 8-mm-Trägerband geliefert, das auf einer Rolle mit 7 Zoll Durchmesser aufgewickelt ist, wodurch sie mit Standard-Automatikbestückungsgeräten kompatibel ist. Sie eignet sich sowohl für Infrarot- als auch für Dampfphasen-Reflow-Lötverfahren. Es handelt sich um eine einfarbige (monochrome) LED. Das Produkt entspricht Umweltvorschriften: Es ist bleifrei (Pb-frei), entspricht der RoHS-Richtlinie, erfüllt die EU-REACH-Verordnung und erfüllt halogenfreie Anforderungen (Brom <900 ppm, Chlor <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm).

Das kompakte SMD-Gehäuse ermöglicht im Vergleich zu herkömmlichen Bauteilen mit Anschlussrahmen erhebliche Designvorteile. Dazu gehören reduzierter Leiterplattenplatz, höhere Bauteilpackungsdichte, minimierte Lageranforderungen und letztlich das Potenzial für kleinere Endprodukte. Die geringe Masse des Gehäuses macht es auch ideal für Miniatur- und tragbare Anwendungen.

1.2 Zielanwendungen

Diese LED eignet sich für verschiedene Anzeige- und Hintergrundbeleuchtungsfunktionen, darunter:

• Instrumententafel- und Schalterhintergrundbeleuchtung in Automobil- oder Industrie-Steuerungen.
• Statusanzeigen und Tastaturbeleuchtung in Telekommunikationsgeräten wie Telefonen und Faxgeräten.
• Flache Hintergrundbeleuchtung für Flüssigkristallanzeigen (LCDs), Schalter und Symbole.
• Allgemeine Anzeigeanwendungen.

2. Technische Spezifikationen

2.1 Bauteilauswahl und Material

Der LED-Chip ist aus Indium-Gallium-Nitrid (InGaN)-Halbleitermaterial aufgebaut, das eine brillantgrüne Lichtfarbe erzeugt. Das Vergussharz ist wasserklar.

2.2 Absolute Maximalwerte

Die folgenden Werte definieren die Grenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb unter oder bei diesen Bedingungen ist nicht garantiert.

• Sperrspannung (V_R):5 V
• Durchlassstrom (I_F):25 mA (Dauerbetrieb)
• Spitzendurchlassstrom (I_FP):100 mA (Tastverhältnis 1/10 @ 1 kHz)
• Verlustleistung (P_d):110 mW
• Elektrostatische Entladung (ESD) Human Body Model (HBM):150 V
• Betriebstemperatur (T_opr):-40°C bis +85°C
• Lagertemperatur (T_stg):-40°C bis +90°C
• Löttemperatur (T_sol):
  • Reflow-Löten: 260°C Spitze für maximal 10 Sekunden.
  • Handlöten: 350°C für maximal 3 Sekunden.

2.3 Elektro-optische Eigenschaften

Diese Parameter sind bei einer Umgebungstemperatur von 25°C spezifiziert und stellen typische Betriebswerte dar.

• Lichtstärke (I_v):112 - 285 mcd (gemessen bei I_F= 20 mA). Toleranz ist ±11%.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):120 Grad (typisch).
• Spitzenwellenlänge (λ_p):518 nm (typisch).
• Dominante Wellenlänge (λ_d):520 - 535 nm. Toleranz ist ±1 nm.
• Spektrale Strahlungsbandbreite (Δλ):20 nm (typisch).
• Durchlassspannung (V_F):2,75 - 3,95 V (bei I_F= 20 mA). Toleranz ist ±0,05 V.
• Sperrstrom (I_R):50 μA maximal (bei V_R= 5 V).

3. Erklärung des Binning-Systems

Um Farb- und Helligkeitskonstanz in der Produktion zu gewährleisten, werden LEDs anhand von Schlüsselparametern in Bins sortiert. Dies ermöglicht es Entwicklern, Bauteile entsprechend spezifischer Anwendungsanforderungen auszuwählen.

3.1 Lichtstärke-Binning

LEDs werden anhand ihrer gemessenen Lichtstärke bei 20 mA in vier Bins (R1, R2, S1, S2) kategorisiert.

• R1:112 - 140 mcd
• R2:140 - 180 mcd
• S1:180 - 225 mcd
• S2:225 - 285 mcd

3.2 Binning der dominanten Wellenlänge

Die dominante Wellenlänge, die mit der wahrgenommenen Farbe korreliert, wird in drei Gruppen (X, Y, Z) eingeteilt.

• X:520 - 525 nm
• Y:525 - 530 nm
• Z:530 - 535 nm

3.3 Durchlassspannungs-Binning

Die Durchlassspannung wird innerhalb der Gruppe M in vier Codes (5, 6, 7, 8) eingeteilt. Dies ist wichtig für den Entwurf von Strombegrenzungsschaltungen.

• 5:2,75 - 3,05 V
• 6:3,05 - 3,35 V
• 7:3,35 - 3,65 V
• 8:3,65 - 3,95 V

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere Kennlinien, die das Verhalten des Bauteils unter verschiedenen Bedingungen veranschaulichen. Diese sind entscheidend für einen robusten Schaltungsentwurf.

4.1 Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur

Diese Kurve zeigt, wie die Lichtleistung mit steigender Umgebungstemperatur abnimmt. Entwickler müssen diese thermische Entlastung berücksichtigen, insbesondere in Hochtemperaturumgebungen oder Hochleistungsanwendungen, um ausreichende Helligkeit sicherzustellen.

4.2 Durchlassstrom-Entlastungskurve

Dieses Diagramm definiert den maximal zulässigen Dauer-Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur. Mit steigender Temperatur sinkt der maximal sichere Strom, um Überhitzung zu verhindern und langfristige Zuverlässigkeit zu gewährleisten. Der absolute Maximalwert von 25 mA gilt nur bei oder unter 25°C Umgebungstemperatur.

4.3 Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Diese Kurve zeigt die nichtlineare Beziehung zwischen Treiberstrom und Lichtleistung. Während ein höherer Strom die Helligkeit steigert, erhöht er auch die Verlustleistung und die Sperrschichttemperatur, was Effizienz und Lebensdauer beeinflusst.

4.4 Spektralverteilung

Die spektrale Ausgangskurve zeigt die Intensität des emittierten Lichts über verschiedene Wellenlängen, zentriert um die Spitzenwellenlänge von etwa 518 nm. Die schmale Bandbreite ist charakteristisch für InGaN-basierte grüne LEDs.

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

Diese grundlegende Kurve zeigt die exponentielle Beziehung zwischen Spannung und Strom in einer Diode. Die "Kniespannung" ist der Punkt, an dem die Leitung signifikant beginnt. Die Steigung im Arbeitsbereich zeigt den dynamischen Widerstand.

4.6 Abstrahlcharakteristik

Das Polardiagramm veranschaulicht die räumliche Verteilung der Lichtintensität. Der 120-Grad-Abstrahlwinkel zeigt ein breites, lambert-ähnliches Abstrahlmuster, das für Flächenbeleuchtung und Anzeigen mit großem Betrachtungswinkel geeignet ist.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Das Datenblatt enthält eine detaillierte Maßzeichnung des LED-Gehäuses. Kritische Abmessungen umfassen Gehäuselänge, -breite, -höhe und die Positionierung der Kathoden-/Anodenanschlüsse. Alle nicht spezifizierten Toleranzen betragen ±0,1 mm.

5.2 Empfohlene Lötflächengeometrie

Ein vorgeschlagenes Footprint für die Leiterplatte wird bereitgestellt, um zuverlässiges Löten und mechanische Stabilität zu gewährleisten. Die empfohlenen Lötflächenabmessungen dienen als Referenz; Entwickler sollten sie basierend auf ihrem spezifischen Leiterplattenfertigungsprozess und thermischen Anforderungen anpassen.

6. Etikett- und Verpackungsinformationen

6.1 Etikettenerklärung

Das Rollenetikett enthält mehrere Codes für Rückverfolgbarkeit und Identifikation:

• CPN:Kundenspezifische Artikelnummer.
• P/N:Hersteller-Artikelnummer (z.B. 19-218/GHC-YR1S2M/3T).
• QTY:Packungsmenge.
• CAT:Lichtstärke-Klasse (z.B. R1, S2).
• HUE:Farbortkoordinaten & Dominante-Wellenlängen-Klasse (z.B. X, Y, Z).
• REF:Durchlassspannungs-Klasse (z.B. 5, 6, 7, 8).
• LOT No:Fertigungslosnummer für die Rückverfolgbarkeit.

6.2 Rollen- und Bandabmessungen

Die Abmessungen des Trägerbands und der Rolle mit 7 Zoll Durchmesser sind angegeben. Die Standardbeladungsmenge beträgt 3000 Stück pro Rolle.

6.3 Feuchtigkeitsbeständige Verpackung

Die LEDs sind in einer Feuchtigkeitssperrbeutel (Aluminium-Feuchtigkeitsschutzbeutel) zusammen mit einem Trockenmittel verpackt, um Umgebungsfeuchtigkeit zu absorbieren. Ein Etikett auf dem Beutel zeigt die Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe (MSL) und Handhabungsanweisungen an. Diese Verpackung ist entscheidend für Bauteile, die empfindlich gegenüber feuchtigkeitsbedingten Schäden während des Reflow-Lötens ("Popcorning") sind.

7. Löt- und Bestückungsrichtlinien

7.1 Kritische Vorsichtsmaßnahmen

Überstromschutz:LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Ein externer strombegrenzender Widerstandmussin Reihe geschaltet werden. Eine kleine Änderung der Durchlassspannung kann eine große Änderung des Stroms verursachen, was möglicherweise zu sofortigem Ausfall (Durchbrennen) führt.

7.2 Lagerung und Handhabung

• Öffnen Sie den Feuchtigkeitsschutzbeutel erst, wenn die Bauteile einsatzbereit sind.
• Vor dem Öffnen: Lagern bei ≤30°C und ≤90% relativer Luftfeuchtigkeit (RLF).
• Nach dem Öffnen: Die "Floor Life" (Zeit, die Bauteile der Umgebungsluft in der Fabrik ausgesetzt sein können) beträgt 1 Jahr bei ≤30°C und ≤60% RLF. Nicht verwendete Teile sollten in einer feuchtigkeitsgeschützten Verpackung mit Trockenmittel wieder versiegelt werden.
• Wenn der Trockenmittel-Indikator die Farbe geändert hat oder die Lagerzeit überschritten ist, ist eine Trocknung erforderlich: 60 ±5°C für 24 Stunden.

7.3 Lötbedingungen

Reflow-Lötprofil (bleifrei):

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

Reflow-Löten sollte nicht mehr als zweimal durchgeführt werden. Vermeiden Sie mechanische Belastung der LED während des Erhitzens und verziehen Sie die Leiterplatte nach dem Löten nicht.

Handlöten:Verwenden Sie einen Lötkolben mit einer Spitzentemperatur <350°C für nicht mehr als 3 Sekunden pro Anschluss. Die Leistung des Lötkolbens sollte 25W oder weniger betragen. Lassen Sie zwischen dem Löten jedes Anschlusses ein Intervall von mindestens 2 Sekunden. Handlöten birgt ein höheres Risiko für thermische Schäden.

Reparatur:Eine Reparatur nach dem Löten wird nicht empfohlen. Falls unvermeidbar, verwenden Sie einen Zweispitzen-Lötkolben, um beide Anschlüsse gleichzeitig zu erhitzen und das Bauteil gleichmäßig anzuheben, um Beschädigungen der Lötflächen oder der LED selbst zu vermeiden. Überprüfen Sie die Funktionalität des Bauteils nach jeder Reparatur.

8. Anwendungshinweise und Designüberlegungen

8.1 Schaltungsentwurf

Verwenden Sie stets einen Reihenwiderstand, um den Durchlassstrom zu begrenzen. Berechnen Sie den Widerstandswert mit dem Ohmschen Gesetz: R = (V_versorgung- V_F) / I_F. Verwenden Sie den maximalen V_F-Wert aus dem Bin oder Datenblatt, um sicherzustellen, dass der Strom unter ungünstigsten Bedingungen die Grenzwerte nicht überschreitet. Berücksichtigen Sie die Belastbarkeit des Widerstands (P = I_F²* R). Zum Treiben mehrerer LEDs ist eine Reihenschaltung für den Stromabgleich vorzuziehen, erfordert jedoch eine höhere Versorgungsspannung. Parallelschaltungen erfordern individuelle strombegrenzende Widerstände für jede LED, um ungleiche Stromverteilung zu verhindern.

8.2 Thermomanagement

Obwohl es sich um ein kleines SMD-Bauteil handelt, ist Thermomanagement für Langlebigkeit und stabile Leistung entscheidend. Die Entlastungskurven zeigen deutlich den Leistungsverlust mit der Temperatur. Sorgen Sie für ausreichende Kupferfläche auf der Leiterplatte (thermische Entlastungspads) zur Wärmeableitung, insbesondere bei Betrieb nahe der maximalen Stromwerte oder in hohen Umgebungstemperaturen. Vermeiden Sie es, LEDs in der Nähe anderer wärmeerzeugender Bauteile zu platzieren.

8.3 Optische Integration

Der breite 120-Grad-Abstrahlwinkel macht diese LED für Anwendungen geeignet, die breite Ausleuchtung erfordern. Für gerichteteres Licht können externe Linsen oder Lichtleiter erforderlich sein. Das wasserklare Harz bietet eine neutrale Grundfarbe für Anwendungen, bei denen die LED möglicherweise mit Farbfiltern oder Diffusoren verwendet wird.

9. Technischer Vergleich und Positionierung

Diese InGaN-basierte grüne LED bietet eine typische Lösung im Markt für SMD-Indikator-LEDs. Ihre wichtigsten Unterscheidungsmerkmale sind die Einhaltung moderner Umweltstandards (Halogenfrei, REACH) und ihre Spezifikation für bleifreie Reflow-Prozesse. Die bereitgestellten Binning-Informationen bieten ein Maß an Farb- und Helligkeitskonstanz, das für Multi-LED-Arrays oder Displays wichtig ist. Die Kombination aus relativ hoher Lichtstärke (bis zu 285 mcd bei 20mA) und einem standardmäßigen SMD-Footprint macht sie zu einer vielseitigen Wahl für sowohl Indikator- als auch einfache Hintergrundbeleuchtungsaufgaben. Entwickler sollten das Durchlassspannungs-Binning und die Lichtstärke-Bins mit anwendungsspezifischen Anforderungen an Spannungsreserve und Helligkeitsgleichmäßigkeit vergleichen.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F: Was ist der Zweck der Binning-Codes?

A: Binning gewährleistet elektrische und optische Konsistenz. Beispielsweise stellt die Verwendung von LEDs aus demselben V_F-Bin eine gleichmäßige Helligkeit sicher, wenn sie von einem gemeinsamen strombegrenzenden Widerstand angesteuert werden. Die Verwendung von LEDs aus demselben Wellenlängen-Bin gewährleistet Farbabgleich.

F: Kann ich diese LED ohne strombegrenzenden Widerstand betreiben, wenn meine Stromversorgung genau 3,2V liefert?

A: Nein. Die Durchlassspannung hat einen Bereich (2,75V-3,95V). Eine Versorgung mit 3,2V könnte bei einer LED mit niedrigem V_F zu übermäßigem Strom führen und damit zum Ausfall. Ein Reihenwiderstand ist bei Konstantspannungsansteuerung immer zwingend erforderlich.

F: Wie ist die Angabe "Spitzendurchlassstrom" von 100mA zu interpretieren?

A: Dies ist ein gepulster Stromwert (1/10 Tastverhältnis bei 1kHz). Er sollte nicht für Dauerbetrieb verwendet werden. Der kontinuierliche Gleichstrom darf 25mA nicht überschreiten.

F: Warum ist feuchtigkeitsempfindliche Verpackung wichtig?

A: In das Kunststoffgehäuse eingedrungene Feuchtigkeit kann während des Hochtemperatur-Reflow-Lötprozesses schnell verdampfen und innere Delamination, Risse oder "Popcorning" verursachen, was das Bauteil zerstört.

11. Design-Anwendungsbeispiel

Szenario: Entwurf eines Statusanzeigepanels mit 10 gleichmäßig hellen grünen LEDs.

1. Stromeinstellung:Wählen Sie einen Treiberstrom. Für einen Kompromiss zwischen Helligkeit und Langlebigkeit wählen Sie I_F= 20 mA.
2. Spannungs-Bin-Auswahl:Um gleichmäßige Helligkeit mit einem einzigen Strombegrenzungswiderstandswert zu gewährleisten, spezifizieren Sie LEDs aus demselben Durchlassspannungs-Bin (z.B. Bin 6: 3,05-3,35V). Verwenden Sie den maximalen V_F-Wert aus diesem Bin (3,35V) für die ungünstigste Widerstandsberechnung.
3. Helligkeits-Bin-Auswahl:Spezifizieren Sie die erforderliche Lichtstärke-Klasse (z.B. S1: 180-225 mcd), um ein Mindesthelligkeitsniveau zu garantieren.
4. Schaltungsentwurf:Mit einer 5V-Versorgung (V_versorgung) berechnen Sie den Reihenwiderstand: R = (5V - 3,35V) / 0,020A = 82,5Ω. Verwenden Sie den nächstgelegenen Normwert, 82Ω. Widerstandsleistung: P = (0,020A)²* 82Ω = 0,0328W. Ein Standard-1/10W (0,1W) Widerstand ist ausreichend.
5. Layout:Platzieren Sie die LEDs auf der Leiterplatte unter Verwendung der empfohlenen Lötflächengeometrie. Schließen Sie alle LEDs parallel an, jede mit ihrem eigenen 82Ω Reihenwiderstand, um Stromungleichgewicht zu verhindern.
6. Bestückung:Befolgen Sie die Reflow-Profil-Richtlinien. Lagern Sie geöffnete Rollen in einem Trockenschrank, wenn sie nicht sofort verwendet werden.

12. Funktionsprinzip

Diese LED ist ein Halbleiter-Photonikbauteil. Ihr Kern ist ein Chip aus InGaN (Indium-Gallium-Nitrid)-Materialien, der einen p-n-Übergang bildet. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die die Schwellenspannung des Übergangs überschreitet, werden Elektronen und Löcher über den Übergang injiziert. Wenn diese Ladungsträger rekombinieren, setzen sie Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Zusammensetzung der InGaN-Legierung bestimmt die Bandlückenenergie, die direkt der Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts entspricht – in diesem Fall brillantgrün (~518-535 nm). Das wasserklare Epoxidharz verkapselt den Chip, bietet mechanischen Schutz, formt die Abstrahlcharakteristik und dient als Brechungsmedium.

13. Technologietrends

Die Entwicklung von SMD-LEDs wie dieser wird von Trends in der Elektronikminiaturisierung, Automatisierung und Energieeffizienz vorangetrieben. Es gibt einen kontinuierlichen Drang zu höherer Lichtausbeute (mehr Lichtleistung pro elektrischem Watt), was die Systemeffizienz verbessert und die thermische Belastung reduziert. Fortschritte in der Phosphortechnologie und Chipdesign erweitern den Farbraum und die Farbwiedergabeeigenschaften von LEDs. Darüber hinaus ist Integration ein Schlüsseltrend, wobei Multi-Chip-Packages (RGB, Weiß) und sogar Treiber-ICs in einzelnen Modulen kombiniert werden. Die Betonung auf Umweltkonformität (Halogenfrei, REACH) und hochzuverlässigen Fertigungsprozessen für Automobil- und Industrieanwendungen prägt weiterhin Bauteilspezifikationen und Testanforderungen.