Inhaltsverzeichnis
- 1. Produktübersicht
- 2. Detaillierte Betrachtung der technischen Parameter
- 2.1 Absolute Grenzwerte
- 2.2 Elektro-optische Eigenschaften
- 3. Binning System Explanation
- 3.1 Luminous Intensity Binning
- 3.2 Dominant Wavelength Binning
- 3.3 Forward Voltage Binning
- 4. Performance Curve Analysis
- 4.1 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kennlinie)
- 4.2 Relative Luminous Intensity vs. Ambient Temperature
- 4.3 Relative Luminous Intensity vs. Forward Current
- 4.4 Spektralverteilung
- 4.5 Durchlassstrom-Derating-Kurve
- 4.6 Strahlungsdiagramm
- 5. Mechanical and Packaging Information
- 5.1 Package Dimensions
- 5.2 Feuchtigkeitsbeständige Verpackung und Spuleninformationen
- 6. Löt- und Montagerichtlinien
- 6.1 Lagerung und Handhabung
- 6.2 Reflow-Lötprofil (bleifrei)
- 6.3 Handlötung
- 7. Anwendungsvorschläge
- 7.1 Typische Anwendungsszenarien
- 7.2 Designüberlegungen und Vorsichtsmaßnahmen
- 8. Technischer Vergleich und Differenzierung
- 9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)
- 9.1 Warum ist ein strombegrenzender Widerstand unbedingt erforderlich?
- 9.2 Kann ich diese LED mit einer 3,3V- oder 5V-Versorgung betreiben?
- 9.3 Was passiert, wenn ich die LED kontinuierlich mit ihrem Spitzenstrom (60 mA) betreibe?
- 9.4 Wie interpretiere ich die Bin-Codes auf der Spulenkennzeichnung?
- 9.5 Warum sind das Lagerungs- und Backverfahren so wichtig?
- 10. Praktischer Entwurf und Anwendungsfall
- 10.1 Entwurf eines Multi-LED-Statusanzeigepanels
- 11. Einführung in das Betriebsprinzip
- 12. Technologietrends und Kontext
1. Produktübersicht
Das 19-213/G6W-FN1P1B/3T ist eine oberflächenmontierbare (SMD) LED für hochverdichtete elektronische Baugruppen. Ihr kompaktes Bauformat ermöglicht kleinere Leiterplatten (PCB)-Designs, reduziert Lageranforderungen und trägt letztlich zur Miniaturisierung von Endgeräten bei. Die leichte Bauweise macht sie besonders geeignet für Anwendungen, bei denen Platz und Gewicht kritische Einschränkungen darstellen.
Diese LED ist ein Einfarbtyp, der ein brillantes gelbgrünes Licht emittiert. Sie ist aus AlGaInP (Aluminium-Gallium-Indium-Phosphid)-Halbleitermaterial aufgebaut, das für seine hohe Effizienz im gelb-roten Wellenlängenspektrum bekannt ist. Das Bauteil ist in einem wasserdiffundierten Harzgehäuse untergebracht, das zu einem großen Betrachtungswinkel beiträgt.
The product is compliant with key environmental and safety standards, including being Pb-free (lead-free), RoHS compliant, EU REACH compliant, and Halogen Free, with bromine (Br) and chlorine (Cl) content strictly controlled below specified limits (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm).
2. Detaillierte Betrachtung der technischen Parameter
2.1 Absolute Grenzwerte
Die absoluten Maximalwerte definieren die Grenzen, bei deren Überschreitung dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Diese Werte gelten bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C und sollten unter keinen Betriebsbedingungen überschritten werden.
- Sperrspannung (VR): 5 V. Das Anlegen einer höheren Spannung in Sperrrichtung kann zum Durchbruch des Übergangs führen.
- Dauer-Durchlassstrom (IF): 25 mA. Dies ist der maximale Gleichstrom, der kontinuierlich durch die LED fließen kann.
- Spitzen-Durchlassstrom (IFP): 60 mA. Diese Angabe gilt unter gepulsten Bedingungen mit einem Tastverhältnis von 1/10 bei 1 kHz. Sie ermöglicht höhere Momentanströme für kurze Dauer, wie z.B. in Multiplex-Schaltungen.
- Verlustleistung (Pd): 60 mW. Dies ist die maximale Leistung, die das Bauteil als Wärme abführen kann. Eine Überschreitung dieses Grenzwerts kann zu Überhitzung und einer verkürzten Lebensdauer führen.
- Betriebstemperatur (Topr): -40°C bis +85°C. Die LED ist für den Betrieb innerhalb dieses Umgebungstemperaturbereichs ausgelegt.
- Lagertemperatur (Tstg): -40°C bis +90°C. Das Gerät kann innerhalb dieses Bereichs gelagert werden, wenn es nicht in Betrieb ist.
- Electrostatic Discharge (ESD) Human Body Model (HBM): 2000 V. Dies gibt die Empfindlichkeit der LED gegenüber statischer Elektrizität an. Während der Montage und Handhabung müssen ordnungsgemäße ESD-Schutzmaßnahmen eingehalten werden.
- Löttemperatur (Tsol): Das Gerät kann eine Reflow-Lötung bei 260°C für maximal 10 Sekunden oder eine Handlötung bei 350°C für maximal 3 Sekunden pro Anschluss aushalten.
2.2 Elektro-optische Eigenschaften
Die elektrooptischen Eigenschaften werden bei Ta=25°C und einem IF von 20 mA gemessen, was den typischen Testbedingungen entspricht. Diese Parameter definieren die Lichtausgabe und das elektrische Verhalten der LED.
- Lichtstärke (Iv): Sie reicht von einem Minimum von 28,5 mcd bis zu einem Maximum von 57,0 mcd. Der tatsächliche Wert wird durch den Binning-Prozess bestimmt (siehe Abschnitt 3). Für die Lichtstärke gilt eine Toleranz von ±11 %.
- Abstrahlwinkel (2θ1/2): Typischerweise 130 Grad. Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke die Hälfte der Intensität bei 0 Grad (auf der Achse) beträgt. Der weite Betrachtungswinkel resultiert aus dem wasserdiffundierenden Harz, was es für Anwendungen geeignet macht, die eine breite Ausleuchtung erfordern.
- Spitzenwellenlänge (λp): Typischerweise 575 nm. Dies ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsverteilung des emittierten Lichts ihr Maximum erreicht.
- Dominante Wellenlänge (λd): Liegt im Bereich von 570,0 nm bis 574,5 nm. Dies ist die einzelne Wellenlänge, die das menschliche Auge wahrnimmt und die Farbe des emittierten Lichts am besten wiedergibt. Die Toleranz beträgt ±1 nm.
- Spectrum Radiation Bandwidth (Δλ): Typischerweise 20 nm. Dieser Parameter gibt die spektrale Breite des emittierten Lichts an, gemessen bei halber Maximalintensität (Full Width at Half Maximum - FWHM).
- Durchlassspannung (VF): Liegt im Bereich von 1,75 V bis 2,35 V bei IF=20mA. Der genaue Wert wird durch die Spannungsklasse bestimmt (siehe Abschnitt 3). Eine Toleranz von ±0,1V gilt.
- Sperrstrom (IR): Maximal 10 μA bei einer angelegten Sperrspannung (VR) von 5V. Es ist entscheidend zu beachten, dass dieses Bauteil nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt ist; dieser Testzustand dient ausschließlich der Charakterisierung.
3. Binning System Explanation
Um Konsistenz in Farbe und Helligkeit zu gewährleisten, werden LEDs anhand von Schlüsselparametern in Bins sortiert. Dies ermöglicht es Designern, Bauteile auszuwählen, die spezifische Anwendungsanforderungen an Gleichmäßigkeit erfüllen.
3.1 Luminous Intensity Binning
LEDs werden basierend auf ihrer gemessenen Lichtstärke bei IF=20mA in drei Bins (N1, N2, P1) kategorisiert.
- Bin N1: 28,5 mcd (Min) bis 36,0 mcd (Max)
- Bin N2: 36,0 mcd (Min) bis 45,0 mcd (Max)
- Bin P1: 45.0 mcd (Min) bis 57.0 mcd (Max)
Die Auswahl einer engeren Binklasse (z.B. nur P1) stellt sicher, dass alle LEDs in einem Array eine sehr ähnliche Helligkeit aufweisen.
3.2 Dominant Wavelength Binning
LEDs werden in drei Bins (CC2, CC3, CC4) sortiert, um den präzisen Farbton des gelb-grünen Lichts zu steuern.
- Bin CC2: 570,0 nm (Min) bis 571,5 nm (Max)
- Bin CC3: 571,5 nm (Min) bis 573,0 nm (Max)
- Bin CC4: 573.0 nm (Min) bis 574.5 nm (Max)
Diese Binning ist entscheidend für Anwendungen, bei denen Farbkonstanz von größter Bedeutung ist, wie z.B. bei Multi-LED-Anzeigen oder Hintergrundbeleuchtungseinheiten.
3.3 Forward Voltage Binning
LEDs werden in drei Spannungsgruppen (0, 1, 2) eingeteilt, um das Design der Stromversorgung und die Stromanpassung in Serien-/Parallelschaltungen zu handhaben.
- Gruppe 0: 1,75 V (Min.) bis 1,95 V (Max.)
- Bin 1: 1,95 V (Min.) bis 2,15 V (Max.)
- Bin 2: 2.15 V (Min) bis 2.35 V (Max)
Die Verwendung von LEDs aus derselben Spannungsgruppe vereinfacht die Berechnung des strombegrenzenden Widerstands und verbessert die Gleichmäßigkeit des Treiberstroms.
4. Performance Curve Analysis
Das Datenblatt enthält mehrere charakteristische Kurven, die das Verhalten der LED unter verschiedenen Bedingungen veranschaulichen. Das Verständnis dieser Kurven ist entscheidend für ein robustes Schaltungsdesign.
4.1 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kennlinie)
Die I-V-Kennlinie zeigt den exponentiellen Zusammenhang zwischen Strom und Spannung. Bei dieser LED liegt die Durchlassspannung bei einem typischen Betriebsstrom von 20 mA, abhängig vom Bin, zwischen 1,75 V und 2,35 V. Die Kurve verdeutlicht die Bedeutung der Verwendung einer strombegrenzenden Einrichtung (Widerstand oder Konstantstromtreiber) anstelle einer Konstantspannungsquelle, da bereits ein geringer Spannungsanstieg einen großen, potenziell schädlichen Stromanstieg verursachen kann.
4.2 Relative Luminous Intensity vs. Ambient Temperature
Diese Kurve zeigt die Temperaturabhängigkeit der Lichtleistung. Die Lichtstärke nimmt typischerweise mit steigender Umgebungstemperatur ab. Beispielsweise kann die Lichtleistung bei der maximalen Betriebstemperatur von +85°C deutlich geringer sein als bei 25°C. Entwickler müssen diese Entlastung in Anwendungen berücksichtigen, die bei hohen Umgebungstemperaturen arbeiten, um sicherzustellen, dass eine ausreichende Helligkeit erhalten bleibt.
4.3 Relative Luminous Intensity vs. Forward Current
Dieses Diagramm zeigt, dass die Lichtleistung mit dem Durchlassstrom zunimmt, die Beziehung jedoch nicht vollkommen linear ist, insbesondere bei höheren Strömen. Ein Betrieb über dem empfohlenen Dauerstrom (25 mA) kann zu abnehmenden Zuwächsen an Helligkeit führen, während gleichzeitig die Wärmeentwicklung deutlich zunimmt und der Lichtstromrückgang beschleunigt wird.
4.4 Spektralverteilung
Die spektrale Verteilungskurve bestätigt die monochromatische Natur der LED mit einem einzelnen Peak bei etwa 575 nm (gelb-grün) und einer typischen Halbwertsbreite (FWHM) von 20 nm. Die schmale Bandbreite ist charakteristisch für AlGaInP-basierte LEDs.
4.5 Durchlassstrom-Derating-Kurve
Diese kritische Kurve gibt den maximal zulässigen Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur vor. Mit steigender Temperatur muss der maximal erlaubte Strom reduziert werden, um innerhalb der Verlustleistungs- und thermischen Grenzen des Bauteils zu bleiben. Für einen zuverlässigen Langzeitbetrieb muss die Derating-Kurve strikt eingehalten werden.
4.6 Strahlungsdiagramm
Das Strahlungsdiagramm (oder die räumliche Verteilung) ist für ein diffuses Gehäuse typischerweise lambertisch oder nahezu lambertisch, was den weiten Betrachtungswinkel von 130 Grad bestätigt. Dieses Muster ist ideal für Anwendungen, die eine gleichmäßige, großflächige Ausleuchtung anstelle eines fokussierten Strahls erfordern.
5. Mechanical and Packaging Information
5.1 Package Dimensions
Die LED verfügt über einen kompakten SMD-Fußabdruck. Wichtige Abmessungen (in mm, Toleranz ±0,1 mm, sofern nicht anders angegeben) umfassen:
- Gesamtlänge: 2,0 mm
- Gesamtbreite: 1,25 mm
- Gesamthöhe: 1,1 mm
- Die Abmessungen und Abstände der Anschlüsse (Terminals) werden für das Design des PCB-Landmusters bereitgestellt.
Die Kathode ist typischerweise durch eine Markierung auf dem Gehäuse oder eine spezifische Pad-Geometrie (z.B. eine Kerbe oder eine grüne Markierung) gekennzeichnet. Designer müssen die detaillierte Maßzeichnung konsultieren, um die Polarität korrekt zu identifizieren und das Lötpad-Layout zu gestalten.
5.2 Feuchtigkeitsbeständige Verpackung und Spuleninformationen
Die LEDs werden in feuchtigkeitsbeständiger Verpackung geliefert, um Schäden durch Umgebungsluftfeuchtigkeit zu verhindern, was für die Einhaltung des MSL (Moisture Sensitivity Level) entscheidend ist.
- Verpackung: Die Bauteile sind auf 8 mm breiter Trägerbahn verpackt und auf einer 7-Zoll-Spule aufgewickelt.
- Menge: 3000 Stück pro Spule.
- Feuchtigkeitssperrbeutel: Die Rolle ist zusammen mit einem Trockenmittel und einer Feuchtigkeitsanzeigekarte in einem aluminiumbeschichteten Feuchtigkeitsschutzbeutel versiegelt.
- Etiketteninformationen: Das Rollenetikett enthält wichtige Informationen wie Teilenummer (P/N), Menge (QTY) und die spezifischen Binning-Codes für Lichtstärke (CAT), dominante Wellenlänge (HUE) und Durchlassspannung (REF).
6. Löt- und Montagerichtlinien
Sorgfältige Handhabung und Lötung sind für die Zuverlässigkeit unerlässlich.
6.1 Lagerung und Handhabung
- Die Feuchtigkeitsschutztüte erst unmittelbar vor der Verwendung öffnen.
- Nach dem Öffnen sollten unbenutzte LEDs bei ≤30°C und ≤60% relativer Luftfeuchtigkeit gelagert werden.
- Die "Floor Life" nach dem Öffnen der Verpackung beträgt 168 Stunden (7 Tage). Wird diese überschritten oder zeigt der Trockenmittel-Indikator Sättigung an, müssen die LEDs vor der Verwendung 24 Stunden lang bei 60 ±5°C getrocknet werden.
- Bei der Handhabung sind stets die ESD-Schutzmaßnahmen (Electrostatic Discharge) zu beachten.
6.2 Reflow-Lötprofil (bleifrei)
Das empfohlene Reflow-Profil ist entscheidend für bleifreie (SAC) Lötlegierungen.
- Vorwärmen: 150-200°C für 60-120 Sekunden.
- Time Above Liquidus (TAL): 60-150 Sekunden über 217°C.
- Peak Temperature: Maximal 260°C, maximal 10 Sekunden gehalten.
- Rampenraten: Maximale Aufheizrate von 6°C/s bis zum Peak; maximale Abkühlrate von 3°C/s.
- Wichtig: Reflow-Löten sollte nicht mehr als zweimal am selben Bauteil durchgeführt werden.
6.3 Handlötung
Falls eine manuelle Reparatur erforderlich ist, ist äußerste Vorsicht geboten:
- Verwenden Sie einen Lötkolben mit einer Spitzentemperatur ≤350°C.
- Wenden Sie an jedem Anschluss für ≤3 Sekunden Hitze an.
- Verwenden Sie einen Lötkolben mit geringer Leistung (≤25W).
- Lassen Sie zwischen dem Löten jedes Anschlusses mindestens 2 Sekunden Abstand, um thermische Schocks zu vermeiden.
- Zum Entfernen wird ein Lötkolben mit Doppelspitze empfohlen, um beide Anschlüsse gleichzeitig zu erhitzen und mechanische Belastung der LED zu vermeiden.
7. Anwendungsvorschläge
7.1 Typische Anwendungsszenarien
- Hintergrundbeleuchtung: Ideal für die Hintergrundbeleuchtung von Schaltern, Symbolen und kleinen Armaturenbrett-Anzeigen in der Automobil- und Unterhaltungselektronik.
- Statusanzeigen: Ideal für Strom-, Verbindungs- oder Statusanzeigen in Telekommunikationsgeräten (Telefone, Faxgeräte), Netzwerkhardware und industriellen Steuerpaneelen.
- Allgemeine Beleuchtung: Geeignet für einfache allgemeine Anzeigezwecke in einer Vielzahl elektronischer Geräte.
- LCD-Flachrückbeleuchtung: Kann in Arrays verwendet werden, um kleine monochrome LCD-Displays von der Seite zu beleuchten.
7.2 Designüberlegungen und Vorsichtsmaßnahmen
- Strombegrenzung ist zwingend erforderlich: Ein externer strombegrenzender Widerstand oder eine Konstantstromquelle MUSS immer in Reihe mit der LED geschaltet werden. Die exponentielle I-V-Kennlinie bedeutet, dass eine kleine Spannungsänderung eine große Stromänderung verursacht, die die LED sofort zerstören kann.
- Thermomanagement: Obwohl das Gehäuse klein ist, erzeugt die Verlustleistung (bis zu 60 mW) Wärme. Sorgen Sie für ausreichende Kupferflächen auf der Leiterplatte oder verwenden Sie Wärmeleitungen, insbesondere bei Betrieb in hoher Umgebungstemperatur oder nahe dem maximalen Strom.
- Optisches Design: Der weite Betrachtungswinkel von 130 Grad sorgt für eine breite Abstrahlung. Für gerichteteres Licht können externe Linsen oder Lichtleiter erforderlich sein.
- Binning für Konsistenz: Für Multi-LED-Anwendungen (Arrays, Hintergrundbeleuchtungen) sind enge Bins für die dominante Wellenlänge (HUE) und die Lichtstärke (CAT) zu spezifizieren, um eine einheitliche Farbe und Helligkeit zu erreichen.
- Mechanische Belastung vermeiden: Biegen Sie die Leiterplatte im Bereich der gelöteten LED nicht und üben Sie keine Kraft darauf aus, da dies den Halbleiterchip oder die Bonddrähte im Gehäuse beschädigen kann.
8. Technischer Vergleich und Differenzierung
Die 19-213 LED bietet in ihrer Kategorie mehrere wesentliche Vorteile:
- Größen-Vorteil: Sein Bauraum von 2,0 x 1,25 mm ist deutlich kleiner als bei herkömmlichen bedrahteten LEDs (z.B. 3 mm oder 5 mm rund), was eine höhere Bauteildichte auf Leiterplatten ermöglicht.
- Großer Betrachtungswinkel: Der 130-Grad-Winkel aus einem wasserdiffundierenden Gehäuse ist vielen klarlinsigen SMD-LEDs überlegen und bietet gleichmäßigere Beleuchtung über eine größere Fläche ohne sekundäre Optik.
- Umweltkonformität: Volle Konformität mit RoHS, REACH und halogenfreien Standards macht es für die neuesten globalen Umweltvorschriften und anspruchsvolle Anwendungen wie Fahrzeuginnenräume geeignet.
- Robuste Binning: Eine klar definierte 3x3x3-Binning-Matrix (Intensität, Wellenlänge, Spannung) gibt Entwicklern präzise Kontrolle über die optischen und elektrischen Eigenschaften ihres Endprodukts, was die Ausbeute und Konsistenz verbessert.
- Kompatibilität: Auf Standard-8-mm-Trägerband verpackt und kompatibel mit automatischen Bestückungsautomaten, lässt es sich nahtlos in hochvolumige automatisierte Fertigungslinien integrieren.
9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)
9.1 Warum ist ein strombegrenzender Widerstand unbedingt erforderlich?
Die Durchlassspannung der LED hat einen Bereich (1,75 V–2,35 V) und einen negativen Temperaturkoeffizienten (VF sinkt bei steigender Temperatur). Bei direkter Verbindung mit einer Spannungsquelle, die auch nur geringfügig über ihrer VF liegt, steigt der Strom unkontrolliert an, begrenzt nur durch den parasitären Widerstand der Schaltung, was mit hoher Wahrscheinlichkeit den absoluten Maximalwert von 25 mA überschreitet und sofortigen Ausfall verursacht. Der Widerstand legt einen vorhersagbaren und sicheren Betriebsstrom fest.
9.2 Kann ich diese LED mit einer 3,3V- oder 5V-Versorgung betreiben?
Ja, aber Sie müssen einen Vorwiderstand verwenden. Beispielsweise bei einer 3,3-V-Versorgung und einem Zielstrom von 20 mA, unter Annahme einer typischen VF von 2,1 V: R = (Vsupply - VF) / IF = (3,3 V - 2,1 V) / 0,020 A = 60 Ohm. Sie würden den nächstgelegenen Standardwert (z. B. 62 Ohm) wählen und den tatsächlichen Strom sowie die Verlustleistung am Widerstand berechnen. Verwenden Sie für ein konservatives Design stets den maximalen VF-Wert aus der Bin, um sicherzustellen, dass der Strom nicht zu niedrig wird, oder den minimalen VF-Wert, um sicherzustellen, dass er nicht zu hoch wird.
9.3 Was passiert, wenn ich die LED kontinuierlich mit ihrem Spitzenstrom (60 mA) betreibe?
Ein kontinuierlicher Betrieb mit dem für Impulse spezifizierten Spitzenstrom verletzt die absoluten Maximalwerte. Dies führt zu schwerer Überhitzung, beschleunigt den Lichtstromrückgang dramatisch (die LED wird schnell dunkler) und wird mit hoher Wahrscheinlichkeit in kurzer Zeit zu einem katastrophalen Ausfall führen. Der 60mA-Wert gilt ausschließlich für sehr kurze Impulse.
9.4 Wie interpretiere ich die Bin-Codes auf der Spulenkennzeichnung?
Das Etikett enthält Codes wie CAT:N2, HUE:CC3, REF:1. Dies bedeutet, dass alle LEDs auf dieser Rolle eine Lichtstärke zwischen 36,0 und 45,0 mcd (N2), eine dominante Wellenlänge zwischen 571,5 und 573,0 nm (CC3) und eine Durchlassspannung zwischen 1,95 und 2,15 V (1) aufweisen. Sie können diese genauen Bins bei der Bestellung angeben, um die Leistungskonsistenz für Ihre Anwendung zu garantieren.
9.5 Warum sind das Lagerungs- und Backverfahren so wichtig?
SMD-Gehäuse können Feuchtigkeit aus der Luft aufnehmen. Während des Hochtemperatur-Reflow-Lötprozesses verwandelt sich diese eingeschlossene Feuchtigkeit schnell in Dampf und erzeugt enormen Innendruck. Dies kann zu "Popcorning" führen – der Delamination des Epoxidharzes vom Leadframe oder sogar zum Riss des Siliziumchips. Die feuchtigkeitsbeständige Verpackung und die strengen Regeln zur Lagerdauer/Trocknung verhindern diesen Fehlermodus.
10. Praktischer Entwurf und Anwendungsfall
10.1 Entwurf eines Multi-LED-Statusanzeigepanels
Szenario: Entwurf eines Bedienfelds mit 10 identischen gelb-grünen Statusanzeigen.
Entwurfsschritte:
- Specify Bins: Um sicherzustellen, dass alle 10 LEDs identisch aussehen, geben Sie für die Lichtstärke (z.B. P1: 45-57mcd) und die dominante Wellenlänge (z.B. CC3: 571.5-573.0nm) jeweils einen einzigen, engen Bin an. Dies kann etwas mehr kosten, garantiert jedoch visuelle Gleichmäßigkeit.
- Circuit Design: Planung, jede LED unabhängig über einen eigenen strombegrenzenden Widerstand von einer gemeinsamen 5V-Schiene anzusteuern. Dies vermeidet Probleme der ungleichen Stromaufteilung, die bei Parallelschaltungen auftreten können. Berechnung des Widerstandswerts unter Verwendung der maximalen VF aus der spezifizierten Spannungsgruppe (z.B. Bin 1 Max VF=2,15V). R = (5V - 2,15V) / 0,020A = 142,5Ω. Verwendung eines 150Ω-Standardwiderstands. Der tatsächliche IF beträgt ~19mA, was sicher ist und einen leichten Spielraum bietet.
- PCB-Layout: Die LEDs mit einheitlicher Ausrichtung platzieren. Unter der thermischen Lötfläche der LED (falls vorhanden) oder um ihre Anschlüsse herum eine kleine Kupferfläche vorsehen, um die Wärmeableitung zu unterstützen, insbesondere wenn das Panel in einer warmen Umgebung betrieben wird.
- Montage: Befolgen Sie das Reflow-Profil genau. Inspizieren Sie nach der Montage unter schwacher Vergrößerung visuell auf korrekte Lötpastenwulste und Ausrichtung.
11. Einführung in das Betriebsprinzip
Diese LED arbeitet nach dem Prinzip der Elektrolumineszenz in einem Halbleiter-pn-Übergang. Die aktive Region besteht aus AlGaInP (Aluminiumgalliumindiumphosphid). Wird eine Vorwärtsspannung angelegt, die das innere Potenzial des Übergangs übersteigt, werden Elektronen aus dem n-dotierten Bereich und Löcher aus dem p-dotierten Bereich in die aktive Region injiziert. Dort rekombinieren sie und setzen Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Zusammensetzung der AlGaInP-Legierung bestimmt die Bandlückenenergie, die direkt der Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts entspricht – in diesem Fall etwa 575 nm (gelb-grün). Das wasserdiffundierte Harzgehäuse streut das Licht und verbreitert das Abstrahlmuster, um den weiten Betrachtungswinkel von 130 Grad zu erreichen.
12. Technologietrends und Kontext
SMD-LEDs wie die 19-213 verkörpern den anhaltenden Trend in der Optoelektronik hin zu Miniaturisierung, erhöhter Zuverlässigkeit und Kompatibilität mit automatisierten, hochvolumigen Fertigungsprozessen. Der Wechsel von Durchsteck- zu Oberflächenmontagegehäusen wurde durch den Bedarf an kleineren, leichteren und robusteren elektronischen Baugruppen vorangetrieben. Die Verwendung von AlGaInP-Material bietet hohe Effizienz und ausgezeichnete Farbsättigung im Bereich von Amber bis Rot. Zukünftige Trends bei dieser Geräteklasse könnten weitere Größenreduzierung, Steigerungen der Lichtausbeute (mehr Lichtleistung pro elektrischem Watt) und verbesserte thermische Leistungsfähigkeit der Gehäuse umfassen, um höhere Treiberströme und Helligkeit bei immer kleinerer Baugröße zu ermöglichen. Die Betonung der Umweltkonformität (RoHS, halogenfrei) ist ebenfalls ein dauerhafter und wachsender Trend in der gesamten Elektronikindustrie.
LED-Spezifikations-Terminologie
Vollständige Erklärung der LED-Fachbegriffe
Photoelektrische Leistung
| Begriff | Einheit/Darstellung | Einfache Erklärung | Warum wichtig |
|---|---|---|---|
| Lichtausbeute | lm/W (Lumen pro Watt) | Lichtausbeute pro Watt Strom, höher bedeutet energieeffizienter. | Bestimmt direkt die Energieeffizienzklasse und die Stromkosten. |
| Luminous Flux | lm (Lumen) | Gesamtes von der Lichtquelle abgegebenes Licht, allgemein als "Helligkeit" bezeichnet. | Bestimmt, ob das Licht hell genug ist. |
| Betrachtungswinkel | ° (Grad), z.B. 120° | Winkel, bei dem die Lichtintensität auf die Hälfte abfällt, bestimmt die Strahlbreite. | Beeinflusst den Ausleuchtungsbereich und die Gleichmäßigkeit. |
| CCT (Farbtemperatur) | K (Kelvin), z.B. 2700K/6500K | Wärme/Kühle des Lichts, niedrigere Werte gelblich/warm, höhere weißlich/kühl. | Bestimmt die Lichtatmosphäre und geeignete Anwendungsszenarien. |
| CRI / Ra | Einheitenlos, 0–100 | Fähigkeit, Objektfarben genau wiederzugeben, Ra≥80 ist gut. | Beeinflusst die Farbauthentizität, wird an anspruchsvollen Orten wie Einkaufszentren und Museen verwendet. |
| SDCM | MacAdam-Ellipsenschritte, z.B. "5-step" | Farbkonsistenzmetrik, kleinere Schritte bedeuten eine konsistentere Farbe. | Gewährleistet eine einheitliche Farbe innerhalb derselben LED-Charge. |
| Dominant Wavelength | nm (Nanometer), z.B. 620nm (rot) | Wellenlänge, die der Farbe farbiger LEDs entspricht. | Bestimmt den Farbton von roten, gelben, grünen monochromen LEDs. |
| Spektrale Verteilung | Wellenlänge vs. Intensitätskurve | Zeigt die Intensitätsverteilung über die Wellenlängen. | Beeinflusst Farbwiedergabe und Qualität. |
Elektrische Parameter
| Begriff | Symbol | Einfache Erklärung | Design Considerations |
|---|---|---|---|
| Forward Voltage | Vf | Minimale Spannung zum Einschalten der LED, ähnlich einer "Startschwelle". | Treiberspannung muss ≥Vf sein, Spannungen addieren sich bei in Reihe geschalteten LEDs. |
| Forward Current | If | Stromwert für den normalen LED-Betrieb. | Usually constant current drive, current determines brightness & lifespan. |
| Maximaler Impulsstrom | Ifp | Spitzenstrom, der für kurze Zeit toleriert werden kann, wird zum Dimmen oder Blinken verwendet. | Pulse width & duty cycle must be strictly controlled to avoid damage. |
| Sperrspannung | Vr | Maximale Sperrspannung, die die LED aushalten kann; eine Überschreitung kann zum Durchbruch führen. | Die Schaltung muss einen umgekehrten Anschluss oder Spannungsspitzen verhindern. |
| Thermal Resistance | Rth (°C/W) | Widerstand gegen Wärmeübertragung vom Chip zum Lot, je niedriger, desto besser. | Hoher Wärmewiderstand erfordert eine stärkere Wärmeableitung. |
| ESD-Immunität | V (HBM), z.B. 1000V | Fähigkeit, elektrostatischen Entladungen standzuhalten, höhere Werte bedeuten geringere Anfälligkeit. | Antistatische Maßnahmen in der Produktion erforderlich, insbesondere für empfindliche LEDs. |
Thermal Management & Reliability
| Begriff | Schlüsselkennzahl | Einfache Erklärung | Auswirkung |
|---|---|---|---|
| Sperrschichttemperatur | Tj (°C) | Tatsächliche Betriebstemperatur innerhalb des LED-Chips. | Jede Reduzierung um 10°C kann die Lebensdauer verdoppeln; zu hohe Temperaturen verursachen Lichtabfall und Farbverschiebung. |
| Lumen Depreciation | L70 / L80 (Stunden) | Zeit bis die Helligkeit auf 70% oder 80% des Anfangswerts abfällt. | Definiert direkt die "Lebensdauer" der LED. |
| Lichtstromerhalt | % (z.B. 70%) | Prozentsatz der Helligkeit, die nach einer bestimmten Zeit erhalten bleibt. | Zeigt die Helligkeitserhaltung bei langfristiger Nutzung an. |
| Color Shift | Δu′v′ oder MacAdam-Ellipse | Grad der Farbveränderung während der Nutzung. | Beeinflusst die Farbkonstanz in Beleuchtungsszenen. |
| Thermal Aging | Materialdegradation | Verschlechterung aufgrund langfristiger hoher Temperaturen. | Kann zu Helligkeitsabfall, Farbveränderung oder Unterbrechungsfehler führen. |
Packaging & Materials
| Begriff | Häufige Arten | Einfache Erklärung | Features & Applications |
|---|---|---|---|
| Gehäusetyp | EMC, PPA, Keramik | Gehäusematerial schützt den Chip und bietet eine optische/thermische Schnittstelle. | EMC: gute Wärmebeständigkeit, niedrige Kosten; Keramik: bessere Wärmeableitung, längere Lebensdauer. |
| Chip-Struktur | Front, Flip-Chip | Anordnung der Chip-Elektroden. | Flip-Chip: Bessere Wärmeableitung, höhere Effizienz für Hochleistungsanwendungen. |
| Phosphor Coating | YAG, Silicate, Nitride | Deckt den blauen Chip ab, wandelt einen Teil in Gelb/Rot um, mischt zu Weiß. | Unterschiedliche Leuchtstoffe beeinflussen Effizienz, CCT und CRI. |
| Linse/Optik | Flach, Mikrolinse, TIR | Optische Struktur auf der Oberfläche zur Steuerung der Lichtverteilung. | Bestimmt den Betrachtungswinkel und die Lichtverteilungskurve. |
Quality Control & Binning
| Begriff | Binning-Inhalt | Einfache Erklärung | Zweck |
|---|---|---|---|
| Luminous Flux Bin | Code z.B. 2G, 2H | Nach Helligkeit gruppiert, jede Gruppe hat minimale/maximale Lumenwerte. | Gewährleistet gleichmäßige Helligkeit innerhalb derselben Charge. |
| Voltage Bin | Code z.B. 6W, 6X | Gruppiert nach Durchlassspannungsbereich. | Erleichtert die Treiberauswahl, verbessert die Systemeffizienz. |
| Farbbehälter | 5-step MacAdam ellipse | Nach Farbkoordinaten gruppiert, um einen engen Bereich sicherzustellen. | Gewährleistet Farbkonstanz und vermeidet ungleichmäßige Farbgebung innerhalb des Leuchtkörpers. |
| CCT Bin | 2700K, 3000K usw. | Nach CCT gruppiert, jede mit entsprechendem Koordinatenbereich. | Erfüllt unterschiedliche CCT-Anforderungen für verschiedene Szenen. |
Testing & Certification
| Begriff | Standard/Test | Einfache Erklärung | Bedeutung |
|---|---|---|---|
| LM-80 | Lumen-Erhaltungsprüfung | Langzeitbeleuchtung bei konstanter Temperatur, Aufzeichnung des Helligkeitsabfalls. | Dient zur Abschätzung der LED-Lebensdauer (mit TM-21). |
| TM-21 | Lebensdauerabschätzungsstandard | Schätzt die Lebensdauer unter realen Bedingungen auf Basis von LM-80-Daten. | Bietet eine wissenschaftliche Lebensdauervorhersage. |
| IESNA | Illuminating Engineering Society | Umfasst optische, elektrische und thermische Prüfverfahren. | Branchenweit anerkannte Testgrundlage. |
| RoHS / REACH | Umweltzertifizierung | Stellt sicher, dass keine schädlichen Substanzen (Blei, Quecksilber) enthalten sind. | Internationale Marktzugangsvoraussetzung. |
| ENERGY STAR / DLC | Energieeffizienzzertifizierung | Energieeffizienz- und Leistungszertifizierung für Beleuchtung. | Wird in der öffentlichen Beschaffung und in Förderprogrammen eingesetzt und steigert die Wettbewerbsfähigkeit. |