SMD LED 17-21/R6C-AP1Q2L/3T Datenblatt - Größe 1,6x0,8x0,6mm - Spannung 1,7-2,3V - Brillantes Rot - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die 17-21/R6C-AP1Q2L/3T ist eine oberflächenmontierbare (SMD) LED, die auf AIGaInP-Halbleitertechnologie basiert und ein brillantes rotes Licht erzeugt. Diese Komponente ist für Leiterplattenanwendungen mit hoher Packungsdichte konzipiert, bei denen Platz und Gewicht kritische Einschränkungen darstellen. Ihre Hauptvorteile sind ein deutlich reduzierter Platzbedarf im Vergleich zu bedrahteten LEDs, was kompaktere Board-Designs, eine höhere Packungsdichte und letztendlich kleinere Endgeräte ermöglicht. Die leichte Bauweise macht sie besonders geeignet für Miniatur- und tragbare elektronische Geräte.

Die LED ist auf 8 mm breitem Band verpackt, das auf einer Rolle mit 7 Zoll Durchmesser aufgewickelt ist, und ist somit voll kompatibel mit standardmäßigen automatischen Bestückungsanlagen. Sie ist bleifrei formuliert und entspricht den wichtigsten Umweltvorschriften, einschließlich RoHS, EU REACH und halogenfreien Standards (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm). Das Bauteil ist sowohl mit Infrarot- als auch mit Dampfphasen-Reflow-Lötverfahren kompatibel.

2. Detaillierte technische Spezifikationen

2.1 Absolute Maximalwerte

Das Bauteil ist für den Betrieb unter den folgenden absoluten Maximalbedingungen ausgelegt, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden führen kann. Alle Werte sind bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C angegeben.

• Sperrspannung (VR):5 V. Das Überschreiten dieser Spannung in Sperrrichtung kann zum Durchbruch des Übergangs führen.
• Dauer-Durchlassstrom (IF):25 mA. Dies ist der maximale Gleichstrom für einen zuverlässigen Betrieb.
• Spitzen-Durchlassstrom (IFP):60 mA. Dieser Wert gilt unter gepulsten Bedingungen mit einem Tastverhältnis von 1/10 bei 1 kHz.
• Verlustleistung (Pd):60 mW. Dies ist die maximale Leistung, die das Gehäuse abführen kann.
• Elektrostatische Entladung (ESD) Human Body Model (HBM):2000 V. Während der Montage sind geeignete ESD-Handhabungsverfahren erforderlich.
• Betriebstemperaturbereich (Topr):-40°C bis +85°C.
• Lagertemperaturbereich (Tstg):-40°C bis +90°C.
• Löttemperatur (Tsol):Das Bauteil hält Reflow-Löten mit einer Spitzentemperatur von 260°C für 10 Sekunden oder Handlöten bei 350°C für 3 Sekunden pro Anschluss stand.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Die wichtigsten Leistungsparameter werden bei Ta=25°C und einem Standard-Prüfstrom von IF=20 mA gemessen. Diese definieren das Kern-Lichtausgangs- und elektrische Verhalten der LED.

• Lichtstärke (Iv):Reicht von einem Minimum von 45,0 mcd bis zu einem Maximum von 112,0 mcd. Der typische Wert liegt je nach spezifischem Bincode innerhalb dieses Bereichs.
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):Ein typisch weiter Abstrahlwinkel von 140 Grad, der eine breite, gleichmäßige Ausleuchtung bietet.
• Spitzenwellenlänge (λp):Typischerweise 632 nm, was die Wellenlänge angibt, bei der die spektrale Leistungsverteilung am höchsten ist.
• Dominante Wellenlänge (λd):Reicht von 617,5 nm bis 633,5 nm. Dies ist die Einzelwellenlängen-Wahrnehmung der LED-Farbe durch das menschliche Auge und ein kritischer Parameter für die Farbkonstanz.
• Spektrale Bandbreite (Δλ):Typischerweise 20 nm, definiert die spektrale Reinheit des emittierten roten Lichts.
• Durchlassspannung (VF):Reicht von 1,7 V bis 2,3 V bei IF=20mA. Dieser Parameter ist entscheidend für den Schaltungsentwurf und die Berechnung des Vorwiderstands.
• Sperrstrom (IR):Maximal 10 μA bei einer angelegten Sperrspannung von 5V. Das Bauteil ist nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt.

Wichtige Hinweise:Die Toleranzen sind mit ±11% für die Lichtstärke, ±1nm für die dominante Wellenlänge und ±0,05V für die Durchlassspannung angegeben. Die Sperrspannungsbedingung dient nur zum IR-Test; die LED sollte nicht in Sperrrichtung betrieben werden.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um eine konsistente Leistung in der Produktion zu gewährleisten, werden LEDs nach Schlüsselparametern in Bins sortiert. Dies ermöglicht es Designern, Bauteile auszuwählen, die spezifische Anwendungsanforderungen an Helligkeit und Farbe erfüllen.

3.1 Binning der Lichtstärke

Binning bei IF=20mA. Der Bincode (z.B. P1, Q2) definiert die minimale und maximale Lichtstärke.

• P1:45,0 - 57,0 mcd
• P2:57,0 - 72,0 mcd
• Q1:72,0 - 90,0 mcd
• Q2:90,0 - 112,0 mcd

3.2 Binning der dominanten Wellenlänge

Binning bei IF=20mA. Der Bincode (E4-E7) definiert den Farbort der roten Emission.

• E4:617,5 - 621,5 nm
• E5:621,5 - 625,5 nm
• E6:625,5 - 629,5 nm
• E7:629,5 - 633,5 nm

3.3 Binning der Durchlassspannung

Binning bei IF=20mA. Der Bincode (19-24) definiert die elektrischen Eigenschaften für das Netzteil-Design.

• 19:1,7 - 1,8 V
• 20:1,8 - 1,9 V
• 21:1,9 - 2,0 V
• 22:2,0 - 2,1 V
• 23:2,1 - 2,2 V
• 24:2,2 - 2,3 V

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere charakteristische Kurven, die das Verhalten des Bauteils unter verschiedenen Bedingungen veranschaulichen. Diese sind für ein robustes Systemdesign unerlässlich.

4.1 Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Diese Kurve zeigt einen im Allgemeinen linearen Zusammenhang zwischen Durchlassstrom (IF) und relativer Lichtstärke bis zum maximalen Nennstrom. Sie bestätigt, dass die Lichtausgabe innerhalb des Betriebsbereichs direkt proportional zum Treiberstrom ist.

4.2 Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur

Die Kurve zeigt die Temperaturabhängigkeit der Lichtausgabe. Die Lichtstärke nimmt typischerweise mit steigender Umgebungstemperatur (Ta) ab, insbesondere oberhalb der Raumtemperatur. Diese Derating muss in Anwendungen mit hohen Umgebungstemperaturen oder schlechtem Wärmemanagement berücksichtigt werden.

4.3 Durchlassstrom-Derating-Kurve

Dieses Diagramm definiert den maximal zulässigen Dauer-Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur. Mit steigender Temperatur muss der maximal zulässige Strom reduziert werden, um innerhalb der Verlustleistungsgrenzen des Bauteils zu bleiben, thermisches Durchgehen zu verhindern und die Langzeitzuverlässigkeit sicherzustellen.

4.4 Spektralverteilung

Die spektrale Ausgangskurve zeigt einen schmalen, einzelnen Peak um 632 nm, charakteristisch für AIGaInP-basierte rote LEDs. Die typische Bandbreite von 20 nm weist auf eine gute Farbsättigung hin.

4.5 Durchlassspannung vs. Durchlassstrom

Diese IV-Kurve zeigt die für eine Diode typische exponentielle Beziehung. Die Durchlassspannung steigt mit dem Strom, und ihr Wert bei 20mA ist der Schlüsselparameter, der für Binning und Schaltungsdesign verwendet wird.

4.6 Strahlungsdiagramm

Das Polardiagramm veranschaulicht die räumliche Verteilung der Lichtintensität und bestätigt den weiten Abstrahlwinkel von 140 Grad. 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 17-21 SMD LED hat ein kompaktes rechteckiges Gehäuse. Wichtige Abmessungen (in mm, Toleranz ±0,1 mm sofern nicht anders angegeben) umfassen eine Bauteillänge von 1,6 mm, eine Breite von 0,8 mm und eine Höhe von 0,6 mm. Das Datenblatt enthält eine detaillierte Zeichnung, die alle kritischen Abmessungen zeigt, einschließlich Pad-Abständen und Empfehlungen für Lötflächen.

5.2 Polaritätskennzeichnung

Die Kathode ist auf dem Gehäuse deutlich markiert. Die korrekte Polaritätsausrichtung ist während des Leiterplattenlayouts und der Montage entscheidend, um einen ordnungsgemäßen Betrieb zu gewährleisten. Das Diagramm im Datenblatt zeigt die Position dieser Markierung relativ zur Gehäusegeometrie.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Überstromschutz

Ein externer strombegrenzender Widerstand ist zwingend erforderlich. Die Durchlassspannung hat einen negativen Temperaturkoeffizienten, was bedeutet, dass VF sinkt, wenn sich der Übergang erwärmt. Bei einer Konstantspannungsversorgung kann dies zu einem schnellen Stromanstieg führen. Dies kann thermisches Durchgehen und Bauteilversagen verursachen. Ein Reihenwiderstand sorgt für einen linearen, stabilen Stromantrieb.

6.2 Lagerung und Feuchtigkeitssensitivität

Die LEDs sind in einem feuchtigkeitsbeständigen Schutzbeutel mit Trockenmittel verpackt, um Feuchtigkeitsaufnahme zu verhindern, die während des Reflow-Lötens zu "Popcorning" (Gehäuserissen) führen kann.

• Öffnen Sie den Beutel erst bei Gebrauchsbereitschaft.
• Nach dem Öffnen innerhalb von 168 Stunden (7 Tagen) verwenden, wenn bei ≤30°C und ≤60% relativer Luftfeuchtigkeit gelagert.
• Wenn nicht innerhalb dieser Frist verwendet oder wenn der Trockenmittel-Indikator Sättigung anzeigt, müssen die Bauteile vor der Verwendung 24 Stunden bei 60 ±5°C getrocknet werden.

6.3 Reflow-Lötprofil

Ein bleifreies Reflow-Profil ist vorgegeben:

• Vorwärmen:150-200°C für 60-120 Sekunden.
• Zeit oberhalb Liquidus (TAL):60-150 Sekunden oberhalb 217°C.
• Spitzentemperatur:Maximal 260°C, maximal 10 Sekunden gehalten.
• Aufheizrate:Maximal 6°C/Sek. bis 255°C, dann maximal 3°C/Sek. bis zur Spitze.
• Reflow-Löten sollte nicht mehr als zweimal durchgeführt werden.
• Vermeiden Sie mechanische Belastung des Gehäuses während des Aufheizens und Abkühlens.

6.4 Handlöten und Reparatur

Falls Handlöten erforderlich ist, verwenden Sie einen Lötkolben mit einer Spitzentemperatur <350°C, erwärmen Sie jeden Anschluss für <3 Sekunden und verwenden Sie einen Kolben mit einer Leistung von <25W. Halten Sie zwischen dem Löten jedes Anschlusses mindestens 2 Sekunden Abstand. Eine Reparatur nach dem ersten Löten wird dringend abgeraten. Falls absolut unvermeidbar, verwenden Sie einen Doppelspitzen-Lötkolben, um beide Anschlüsse gleichzeitig zu erwärmen und die Komponente anzuheben, um die Lötstellen nicht zu belasten. Überprüfen Sie die Bauteilfunktionalität nach jedem Reparaturversuch.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Spezifikationen für Rolle und Band

Die Bauteile werden in geprägter Trägerbandverpackung auf Rollen mit 7 Zoll Durchmesser geliefert. Die Bandbreite beträgt 8 mm. Jede Rolle enthält 3000 Stück. Detaillierte Zeichnungen für Rollenabmessungen, Trägerbandtaschenabmessungen und Deckband-Spezifikationen werden bereitgestellt, um die Kompatibilität mit automatischen Bestückungsanlagen sicherzustellen.

7.2 Etikettenerklärung

Das Rollenetikett enthält mehrere wichtige Kennungen:

• CPN:Kundenspezifische Teilenummer (optional).
• P/N:Vollständige Hersteller-Teilenummer (z.B. 17-21/R6C-AP1Q2L/3T).
• QTY:Packungsmenge pro Rolle (3000 STK).
• CAT:Lichtstärke-Bin-Rang (z.B. Q2).
• HUE:Farbort/Dominante Wellenlänge-Bin-Rang (z.B. E6).
• REF:Durchlassspannung-Bin-Rang (z.B. 21).
• LOT No:Rückverfolgbare Fertigungslosnummer.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

• Hintergrundbeleuchtung:Ideal für Armaturenbrett-Anzeigen, Schalterbeleuchtung und Symbol-Hintergrundbeleuchtung aufgrund ihrer geringen Größe und gleichmäßigen Abstrahlcharakteristik.
• Telekommunikationsgeräte:Statusanzeigen und Tastatur-Hintergrundbeleuchtung in Telefonen, Faxgeräten und anderen Kommunikationsgeräten.
• LCD-Flach-Hintergrundbeleuchtung:Kann in Arrays für kleine, flache LCD-Displays verwendet werden.
• Allgemeine Indikatoranwendung:Netzstatus, Modusanzeige und Warnsignale in einer Vielzahl von Konsum- und Industrie-Elektronikgeräten.

8.2 Designüberlegungen

• Stromversorgung:Verwenden Sie stets eine Konstantstromquelle oder eine Spannungsquelle mit einem Reihenwiderstand. Berechnen Sie den Widerstandswert mit R = (Versorgungsspannung - VF) / IF, wobei Sie das maximale VF aus dem Bin oder Datenblatt verwenden, um sicherzustellen, dass der Strom unter ungünstigsten Bedingungen 20mA (oder den gewählten Arbeitspunkt) nicht überschreitet.
• Wärmemanagement:Obwohl das Gehäuse klein ist, sorgen Sie für ausreichende Kupferfläche auf der Leiterplatte oder thermische Durchkontaktierungen, wenn bei hohen Umgebungstemperaturen oder nahe dem Maximalstrom betrieben wird, um die Sperrschichttemperatur innerhalb der Grenzen zu halten.
• Optisches Design:Der weite Abstrahlwinkel von 140 Grad bietet eine breite Ausleuchtung. Für fokussiertes Licht können externe Linsen oder Lichtleiter erforderlich sein.
• ESD-Schutz:Implementieren Sie während der Handhabung und Montage Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen. Erwägen Sie, auf den Eingangsleitungen eine transiente Spannungsunterdrückung hinzuzufügen, wenn die LED mit benutzerzugänglichen Anschlüssen verbunden ist.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Das 17-21 Gehäuse bietet deutliche Vorteile im Bereich der Indikator-LEDs.

• Vergleich mit bedrahteten LEDs (z.B. 3mm, 5mm):Der Hauptvorteil ist der drastisch reduzierte Platzbedarf und die geringere Höhe, was moderne, miniaturisierte Designs ermöglicht. Es entfällt auch die manuelle Einsteckmontage sowie das Schneiden/Biegen von Anschlüssen, was die automatisierte Montage vereinfacht.
• Vergleich mit anderen SMD-LEDs (z.B. 0402, 0603):Das 17-21 Gehäuse (1,6x0,8mm) ist etwas größer als die kleinsten Chip-LEDs, was die Handhabung und manuelle Lötung bei Bedarf erleichtern kann, während es dennoch sehr kompakt ist. Es kann aufgrund einer möglicherweise größeren Chipgröße im Gehäuse auch eine höhere Lichtausgabe bieten.
• Materialtechnologie (AIGaInP):Im Vergleich zu älteren Technologien wie GaAsP bietet AIGaInP bei gleichem Eingangsstrom einen höheren Wirkungsgrad, eine hellere Ausgangsleistung und eine bessere Farbreinheit (gesättigtes Rot).

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

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

Unter Verwendung des maximalen VF von 2,3V (aus Bin 24) und einem Ziel-IF von 20mA zur Sicherheit: R = (5V - 2,3V) / 0,020A = 135 Ohm. Die nächstgelegenen Standardwerte sind 130 oder 150 Ohm. Die Nennleistung des Widerstands sollte mindestens P = I^2 * R = (0,02^2)*150 = 0,06W betragen, daher ist ein 1/8W (0,125W) Widerstand ausreichend.

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

Nein. Der absolute Maximalwert für den Dauer-Durchlassstrom beträgt 25 mA. Ein Betrieb mit 30 mA überschreitet diesen Wert, was die Zuverlässigkeit verringert, den Lichtstromrückgang beschleunigt und zu sofortigem Ausfall führen kann. Für höhere Helligkeit wählen Sie eine LED aus einem höheren Lichtstärke-Bin (z.B. Q2) oder eine Produktserie, die für höheren Strom ausgelegt ist.

10.3 Warum gibt es eine 7-Tage-Frist nach dem Öffnen der Feuchtigkeitsschutzbeutel?

Das Kunststoff-Gehäusematerial kann Feuchtigkeit aus der Luft aufnehmen. Während des Hochtemperatur-Reflow-Lötprozesses verwandelt sich diese aufgenommene Feuchtigkeit schnell in Dampf und erzeugt einen Innendruck, der das Gehäuse delaminieren oder die Epoxidlinse reißen lassen kann ("Popcorning"). Die 7-Tage-Frist unter kontrollierter Luftfeuchtigkeit stellt sicher, dass die Feuchtigkeitsaufnahme unter einem kritischen Niveau bleibt.

10.4 Was bedeutet der Bincode "R6C-AP1Q2L/3T" in der Teilenummer?

Während die vollständige Entschlüsselung proprietär sein kann, kodiert er typischerweise die Produktserie (17-21), die Farbe (R für Rot, 6C wahrscheinlich die spezifische Farbart) und die Leistungs-Bins für Intensität, Wellenlänge und Spannung (impliziert durch Q2, etc.). Das "3T" kann sich auf die Bandverpackung beziehen. Für genaues Binning beziehen Sie sich auf die CAT-, HUE- und REF-Codes auf dem Rollenetikett.

11. Praktischer Design- und Anwendungsfall

Szenario: Entwurf eines Multi-Indikator-Statuspanels für ein tragbares Medizingerät.

Das Gerät benötigt 5 unabhängige rote Status-LEDs (Batterie schwach, Laden, Fehler, Modus 1, Modus 2) auf einer dicht bestückten Hauptplatine. Der Platz ist extrem begrenzt und das Gerät muss leicht sein.

Lösungsimplementierung:

1. Bauteilauswahl:Die 17-21/R6C-AP1Q2L/3T LED wird aufgrund ihres ultra-kompakten Platzbedarfs von 1,6x0,8mm gewählt, der im Vergleich zu größeren Alternativen wertvollen Boardplatz spart.
2. Schaltungsdesign:Der System-Mikrocontroller arbeitet mit 3,3V. Unter Verwendung eines typischen VF von 2,0V (Bin 21) und einem Design-IF von 15mA, um eine lange Lebensdauer zu gewährleisten und geringe Temperaturschwankungen zu berücksichtigen: R = (3,3V - 2,0V) / 0,015A = 86,7 Ohm. Ein 82 Ohm 1% Widerstand wird gewählt, was zu einem leicht höheren IF von ~16mA führt, das deutlich unter der 25mA-Grenze liegt.
3. Leiterplattenlayout:Die LEDs werden mit einem Mittenabstand von 3,0 mm platziert, was eine klare visuelle Trennung ermöglicht. Das Kathoden-Pad ist mit dem Mikrocontroller-GPIO-Pin (als Open-Drain-Ausgang konfiguriert) verbunden, um die LED ein-/auszuschalten. Das Anoden-Pad ist über den strombegrenzenden Widerstand mit 3,3V verbunden. Unter der LED wird ein kleiner Freiraum eingehalten, um ein Hochsteigen von Lötzinn zu verhindern.
4. Montage:Die LEDs werden auf 8 mm Bandrollen geliefert, die mit der Bestückungsmaschine kompatibel sind. Das bleifreie Reflow-Profil aus Abschnitt 6.3 wird in den Ofen programmiert. Die Fertigungshalle befolgt die Feuchtigkeitskontrollverfahren und trocknet eine Rolle, die mehr als 7 Tage vor der Produktionscharge für eine Stichprobenprüfung geöffnet worden war.
5. Ergebnis:Ein zuverlässiger, heller und konsistenter Satz von Statusanzeigen wird auf minimaler Fläche erreicht, was zur Gesamtminiaturisierung und Zuverlässigkeit des finalen Medizingeräts beiträgt.

12. Einführung in das Technologieprinzip

Diese LED basiert auf Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AIGaInP)-Halbleitermaterial, das auf einem Substrat gewachsen wird. Wenn eine Durchlassspannung an den p-n-Übergang angelegt wird, werden Elektronen aus dem n-dotierten Bereich und Löcher aus dem p-dotierten Bereich in den aktiven Bereich injiziert. Wenn diese Ladungsträger rekombinieren, setzen sie Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Wellenlänge des emittierten Lichts – in diesem Fall brillantes Rot um 632 nm – wird durch die Bandlückenenergie der AIGaInP-Legierungszusammensetzung bestimmt. Durch sorgfältige Kontrolle der Verhältnisse von Aluminium, Indium, Gallium und Phosphor während des Kristallwachstums können Hersteller die Bandlücke einstellen, um spezifische Farben im roten, orangen und gelben Spektrum mit hohem Wirkungsgrad und hoher Farbreinheit zu erzeugen. Das Epoxidharzgehäuse dient zum Schutz des empfindlichen Halbleiterchips, fungiert als Linse zur Formung des Lichtstrahls (was den 140-Grad-Abstrahlwinkel ergibt) und bietet die mechanische Struktur für die Lötung.

13. Branchentrends und Entwicklungen

Der Trend bei Indikator- und Hintergrundbeleuchtungs-LEDs geht weiterhin stark in Richtung Miniaturisierung, erhöhter Effizienz und höherer Zuverlässigkeit. Gehäuse wie das 17-21 sind Teil dieser Entwicklung und schlagen eine Brücke zwischen den kleinsten Chip-Scale-Packages und größeren, traditionelleren SMDs. Es wird zunehmend Wert auf engere Binning-Toleranzen sowohl für Farbe als auch für Lichtstrom gelegt, um den Anforderungen von Anwendungen mit einheitlichem Erscheinungsbild, wie Indikator-Arrays und Hintergrundbeleuchtungspanels, gerecht zu werden. Darüber hinaus ist das Streben nach höherer Effizienz (mehr Lumen pro Watt) konstant und treibt die Materialwissenschaft an, um die interne Quanteneffizienz und die Lichtextraktion aus dem Gehäuse zu verbessern. Integration ist ein weiterer Trend, wobei Multi-LED-Packages und LEDs mit integrierten ICs zur Steuerung oder zum Schutz immer häufiger werden, obwohl diskrete Bauteile wie die 17-21 für flexible, kosteneffektive Designs unverzichtbar bleiben. Die Einhaltung von Umweltvorschriften (RoHS, REACH, halogenfrei) ist inzwischen eine Standardanforderung in der gesamten Branche, wie in den Spezifikationen dieser Komponente widergespiegelt.