SMD LED 19-21 Dunkelrot Datenblatt - Abmessungen 2,0x1,25x0,8mm - Spannung 1,75-2,35V - Leistung 60mW - Technische Dokumentation

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt detailliert die Spezifikationen einer Oberflächenmontage-LED (SMD) im Gehäuseformat 19-21, die ein dunkelrotes Licht emittiert. Diese Komponente ist für moderne Elektronikfertigungsprozesse konzipiert und bietet einen kompakten Platzbedarf sowie zuverlässige Leistung für verschiedene Anzeige- und Hintergrundbeleuchtungsanwendungen.

1.1 Kernvorteile und Produktpositionierung

Der primäre Vorteil dieser 19-21 SMD LED ist ihre deutlich reduzierte Größe im Vergleich zu herkömmlichen LED-Bauformen mit Anschlussdrähten. Diese Miniaturisierung ermöglicht mehrere Schlüsselvorteile für Produktdesigner:

• Kleinere Leiterplattengröße:Ermöglicht kompaktere PCB-Designs.
• Höhere Packungsdichte:Mehr Bauteile können auf einer gegebenen Fläche platziert werden.
• Reduzierter Lagerplatz:Kleinere Komponenten benötigen weniger Lagerraum.
• Leichtbauweise:Ideal für tragbare und Miniaturanwendungen, bei denen Gewicht ein kritischer Faktor ist.
• Kompatibilität:Das Bauteil ist auf 8-mm-Tape auf einer Rolle mit 7 Zoll Durchmesser verpackt, was eine vollständige Kompatibilität mit Standard-Bestückungsautomaten für die Serienfertigung gewährleistet.

Das Produkt ist als universelle Anzeige- und Hintergrundbeleuchtungslösung positioniert, die besonders für Anwendungen geeignet ist, bei denen Platz und Gewicht entscheidend sind.

1.2 Zielmarkt und Anwendungen

Diese LED ist für ein breites Spektrum elektronischer Anwendungen konzipiert. Zu den wichtigsten Zielmärkten gehören:

• Automobil-Innenraum:Hintergrundbeleuchtung für Armaturenbrettinstrumente, Schalter und Bedienfelder.
• Telekommunikation:Statusanzeigen und Tastaturbeleuchtung in Telefonen, Faxgeräten und anderen Kommunikationsgeräten.
• Unterhaltungselektronik:Flache Hintergrundbeleuchtung für LCD-Displays, Symbolbeleuchtung und Schalterbeleuchtung.
• Allgemeine Anzeigeanwendungen:Jede Anwendung, die eine zuverlässige, kompakte rote Status- oder Anzeigeleuchte erfordert.

2. Detaillierte technische Spezifikationen

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Analyse der technischen Parameter der LED. Das Verständnis dieser Grenzwerte ist für einen zuverlässigen Schaltungsentwurf entscheidend.

2.1 Absolute Grenzwerte

Diese Grenzwerte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb unter oder an diesen Grenzwerten ist nicht garantiert und sollte für langfristige Zuverlässigkeit vermieden werden.

• Sperrspannung (V_R):5V. Das Überschreiten dieser Spannung in Sperrrichtung kann einen sofortigen Sperrschichtdurchbruch verursachen.
• Dauer-Durchlassstrom (I_F):25mA. Der maximale Gleichstrom für Dauerbetrieb.
• Spitzen-Durchlassstrom (I_FP):60mA (Tastverhältnis 1/10 @ 1kHz). Dieser Grenzwert gilt nur für gepulsten Betrieb und darf selbst kurzzeitig im Gleichstrombetrieb nicht überschritten werden.
• Verlustleistung (P_d):60mW. Die maximale Leistung, die das Gehäuse als Wärme abführen kann, berechnet als V_F* I_F.
• Elektrostatische Entladung (ESD) Human Body Model (HBM):2000V. Gibt ein Maß für die Empfindlichkeit des Bauteils gegenüber statischer Elektrizität an. Einhaltung der ESD-Handhabungsvorschriften ist zwingend erforderlich.
• Betriebstemperatur (T_opr):-40°C bis +85°C. Der Umgebungstemperaturbereich, in dem der Betrieb des Bauteils spezifiziert ist.
• Lagertemperatur (T_stg):-40°C bis +90°C.
• Löttemperatur:
  • Reflow-Löten: 260°C Spitzentemperatur für maximal 10 Sekunden.
  • Handlöten: 350°C an der Lötspitze für maximal 3 Sekunden pro Anschluss.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften (Ta=25°C)

Dies sind die typischen Leistungsparameter, gemessen unter Standardtestbedingungen (25°C Umgebung, I_F=5mA).

• Lichtstärke (I_v):7,2 mcd (Min) bis 18,0 mcd (Max). Die tatsächliche Ausgabe wird gebinnt (siehe Abschnitt 3).
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):100 Grad (typisch). Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte ihres Spitzenwertes abfällt.
• Spitzenwellenlänge (λ_p):639 nm (typisch). Die Wellenlänge, bei der die spektrale Emission am stärksten ist.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):625,5 nm (Min) bis 637,5 nm (Max). Dies ist die vom menschlichen Auge wahrgenommene Einzelwellenlänge, die die Farbe definiert. Sie wird ebenfalls gebinnt.
• Spektrale Bandbreite (Δλ):20 nm (typisch). Die Breite des Emissionsspektrums bei halber Maximalintensität.
• Durchlassspannung (V_F):1,75V (Min) bis 2,35V (Max) bei I_F=5mA. Dieser Parameter hat eine enge Toleranz von ±0,1V und wird gebinnt.
• Sperrstrom (I_R):10 μA (Max) bei V_R=5V. Es ist kritisch zu beachten, dass das Bauteilnicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt ist; dieser Test dient nur der Charakterisierung des Leckstroms.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um eine konsistente Farbe und Helligkeit in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs basierend auf Schlüsselparametern in Bins sortiert. Dies ermöglicht es Designern, Bauteile auszuwählen, die spezifische Anwendungsanforderungen erfüllen.

3.1 Lichtstärke-Binning

LEDs werden basierend auf ihrer Lichtausbeute bei 5mA in vier Bins (K1, K2, L1, L2) kategorisiert.

• K1:7,2 - 9,0 mcd
• K2:9,0 - 11,5 mcd
• L1:11,5 - 14,5 mcd
• L2:14,5 - 18,0 mcd

Innerhalb jedes Bins gilt eine Toleranz von ±11%.

3.2 Binning der dominanten Wellenlänge

Die Farbe (Farbton) wird durch das Binning der dominanten Wellenlänge in drei Bereiche (E6, E7, E8) gesteuert.

• E6:625,5 - 629,5 nm
• E7:629,5 - 633,5 nm
• E8:633,5 - 637,5 nm

Innerhalb jedes Bins gilt eine Toleranz von ±1nm.

3.3 Binning der Durchlassspannung

Um den Stromregelungsentwurf, insbesondere bei parallel geschalteten Strings, zu unterstützen, wird die Durchlassspannung gebinnt.

• Bin 0:1,75 - 1,95 V
• Bin 1:1,95 - 2,15 V
• Bin 2:2,15 - 2,35 V

Innerhalb jedes Bins gilt eine Toleranz von ±0,1V.

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere charakteristische Kurven, die für das Verständnis des LED-Verhaltens unter nicht standardmäßigen Bedingungen wesentlich sind.

4.1 Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur

Diese Kurve zeigt, dass die Lichtstärke mit steigender Umgebungstemperatur abnimmt. Dies ist eine grundlegende Eigenschaft von Halbleiterlichtquellen aufgrund der reduzierten internen Quanteneffizienz bei höheren Temperaturen. Designer müssen die erwartete Lichtausbeute reduzieren, wenn die LED in einer Hochtemperaturumgebung betrieben wird.

4.2 Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Die Beziehung zwischen Strom (I_F) und Lichtausbeute ist bei niedrigeren Strömen im Allgemeinen linear, kann jedoch bei höheren Strömen aufgrund von Erwärmung und Effizienzabfall sublinear werden. Ein Betrieb über dem empfohlenen Strom führt nicht zu proportionalen Helligkeitssteigerungen und verkürzt die Lebensdauer.

4.3 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kennlinie)

Dies ist die grundlegende Diodenkennlinie. Die Kurve zeigt eine exponentielle Beziehung. Eine kleine Änderung der Spannung führt zu einer großen Änderung des Stroms, was die kritische Notwendigkeit einer strombegrenzenden Schaltung (z.B. einen Vorwiderstand oder Konstantstromtreiber) hervorhebt, um thermisches Durchgehen und Zerstörung zu verhindern.

4.4 Durchlassstrom-Derating-Kurve

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

4.5 Spektralverteilung

Das Spektraldiagramm bestätigt die monochromatische Natur dieser auf AlGaInP basierenden LED und zeigt einen schmalen Emissionspeak um 639 nm, der einer tiefroten Farbe entspricht. Die 20 nm Bandbreite zeigt die spektrale Reinheit an.

4.6 Abstrahlcharakteristik

Das Polardiagramm veranschaulicht den 100-Grad-Abstrahlwinkel. Die Intensität ist bei 0 Grad (senkrecht zur LED-Oberfläche) am höchsten und nimmt symmetrisch zu den Rändern hin ab, entsprechend einem nahezu lambertischen Muster, das für diesen Gehäusetyp typisch ist.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die 19-21 SMD LED hat folgende Hauptabmessungen (Toleranz ±0,1mm, sofern nicht anders angegeben):

• Länge:2,0 mm
• Breite:1,25 mm
• Höhe:0,8 mm

Eine Kathodenmarkierung ist auf dem Gehäuse deutlich angegeben, um die korrekte Polungsorientierung während der Montage zu gewährleisten.

5.2 Lötflächen-Design und Polarität

Die empfohlene Lötflächengeometrie (Land Pattern) ist in der Abmessungszeichnung angegeben. Die korrekte Identifizierung der Kathode (typischerweise durch einen grünlichen Farbton, eine Kerbe oder eine abgeschrägte Ecke gekennzeichnet) ist entscheidend, um eine falsche Polung beim Löten zu verhindern.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Die Einhaltung dieser Richtlinien ist entscheidend für die Zuverlässigkeit der Lötstellen und die Vermeidung von Schäden an der LED.

6.1 Reflow-Lötprofil (bleifrei)

Das empfohlene Temperaturprofil ist entscheidend für bleifreie (SAC) Lötlegierungen:

• Vorwärmen:150-200°C für 60-120 Sekunden. Dies erwärmt die Leiterplatte allmählich, um thermischen Schock zu minimieren.
• Zeit oberhalb Liquidus (217°C):60-150 Sekunden.
• Spitzentemperatur:260°C maximal.
• Zeit innerhalb 5°C der Spitze:10 Sekunden maximal.
• Maximale Aufheizrate:6°C/Sekunde.
• Maximale Abkühlrate:3°C/Sekunde.
• Reflow-Limit:Das Bauteil sollte nicht mehr als zweimal dem Reflow-Löten unterzogen werden.

6.2 Vorsichtsmaßnahmen beim Handlöten

Falls Handlöten notwendig ist, ist äußerste Vorsicht geboten:

• Verwenden Sie einen temperaturgeregelten Lötkolben mit maximal 350°C.
• Begrenzen Sie die Kontaktzeit auf 3 Sekunden pro Anschluss.
• Verwenden Sie einen Lötkolben mit einer Leistung von 25W oder weniger.
• Halten Sie eine Mindestkühlpause von 2 Sekunden zwischen dem Löten jedes Anschlusses ein.
• Vermeiden Sie mechanische Belastung des LED-Gehäuses während des Erhitzens.

6.3 Nacharbeit und Reparatur

Reparaturen nach dem Löten werden dringend abgeraten. Falls absolut unvermeidbar, muss ein spezieller Doppelspitzen-Lötkolben verwendet werden, um beide Anschlüsse gleichzeitig zu erhitzen, damit die Komponente ohne Verdrehen angehoben werden kann. Das Schadensrisiko ist hoch, und die Eigenschaften der LED sollten nach jeder Nacharbeit überprüft werden.

7. Lagerung und Feuchtigkeitssensitivität

Diese Komponente ist feuchtigkeitsempfindlich. Unsachgemäße Handhabung kann zu \"Popcorning\" (Gehäuserissbildung) während des Reflow-Lötens aufgrund rascher Dampfausdehnung führen.

7.1 Lagerbedingungen

• Öffnen Sie die feuchtigkeitsdichte Barrieretüte erst, wenn die Komponenten einsatzbereit sind.
• Nach dem Öffnen: Lagern bei ≤30°C und ≤60% relativer Luftfeuchtigkeit (RLF).
• Bodenlebensdauer:Verwendung innerhalb von 168 Stunden (7 Tagen) nach Öffnen der Tüte.
• Falls nicht innerhalb dieser Zeit verwendet, erneut mit Trockenmittel versiegeln oder nachtrocknen.

7.2 Nachtrocknungsanweisungen

Falls der Trockenmittel-Indikator die Farbe geändert hat oder die Bodenlebensdauer überschritten wurde, trocknen Sie die Komponenten vor der Verwendung, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen.

• Temperatur:60°C ±5°C
• Dauer:24 Stunden
• Hinweis:Stellen Sie sicher, dass die Trocknungstemperatur die maximale Lagertemperatur (90°C) nicht überschreitet.

8. Verpackungs- und Bestellinformationen

8.1 Verpackungsspezifikationen

• Trägerband:8 mm Breite.
• Rollenmaß:7 Zoll Durchmesser.
• Menge pro Rolle:3000 Stück.
• Verpackung:Komponenten sind in einer aluminiumbeschichteten Feuchtigkeitsschutztüte mit Trockenmittel und einer Feuchtigkeitsindikatorkarte versiegelt.

8.2 Etikettenerklärung

Das Rollenetikett enthält wichtige Informationen für Rückverfolgbarkeit und Identifikation:

• CPN:Kundenspezifische Artikelnummer (falls vergeben).
• P/N:Hersteller-Artikelnummer (z.B. 19-21/R7C-AK1L2BY/3T).
• QTY:Verpackungsmenge auf der Rolle.
• CAT:Lichtstärke-Bin-Code (z.B. K1, L2).
• HUE:Dominante Wellenlänge/Farbton-Bin-Code (z.B. E6, E7).
• REF:Durchlassspannungs-Bin-Code (z.B. 0, 1, 2).
• LOT No:Fertigungslosnummer für die Rückverfolgbarkeit.

9. Anwendungsdesign-Überlegungen

9.1 Strombegrenzung ist zwingend erforderlich

Dies ist die wichtigste Designregel. Die LED muss mit einem Konstantstrom betrieben werden oder einen Vorwiderstand haben, der basierend auf der Versorgungsspannung (V_supply), der Durchlassspannung der LED (V_Faus ihrem Bin) und dem gewünschten Strom (I_F≤ 25mA) berechnet wird. Die Formel für den Widerstand lautet: R = (V_supply- V_F) / I_F. Ohne dies führt eine kleine Erhöhung der Versorgungsspannung zu einem großen, möglicherweise zerstörerischen Anstieg des Stroms.

9.2 Thermomanagement

Obwohl das Gehäuse klein ist, erzeugt die Verlustleistung (bis zu 60mW) Wärme. Sorgen Sie für ausreichende Kupferfläche auf der Leiterplatte (thermische Entlastungspads) um die Lötflächen herum, um die Wärmeabfuhr zu unterstützen, insbesondere bei Betrieb nahe dem Maximalstrom oder in hohen Umgebungstemperaturen. Siehe Derating-Kurve.

9.3 ESD-Schutz

Mit einer ESD HBM-Bewertung von 2000V hat dieses Bauteil eine moderate Empfindlichkeit. Implementieren Sie ESD-Schutz auf Eingangsleitungen, wenn diese Benutzerkontakt ausgesetzt sind, und befolgen Sie stets Standard-ESD-sichere Handhabungsverfahren während Montage und Prototypenbau.

10. Technischer Vergleich und Differenzierung

Das 19-21 Gehäuse bietet eine spezifische Balance aus Größe und Leistung.

• vs. Größere SMD LEDs (z.B. 3528):Die 19-21 ist deutlich kleiner, spart Leiterplattenplatz, hat aber typischerweise niedrigere Maximalstrom- und Lichtausbeutewerte.
• vs. Kleinere SMD LEDs (z.B. 0402):Die 19-21 ist einfacher von Hand zu handhaben und zu löten, bietet eine höhere Leistungsfähigkeit und hat oft einen breiteren Abstrahlwinkel.
• vs. Durchsteck-LEDs:Das SMD-Format macht gebohrte Löcher überflüssig, ermöglicht automatisierte Montage, reduziert das Gewicht und ermöglicht eine viel höhere Bauteildichte auf der Leiterplatte.
• AlGaInP-Technologie:Dieses Materialsystem ist für hohe Effizienz im roten/orangen/bernsteinfarbenen Bereich bekannt und bietet im Vergleich zu älteren Technologien gute Helligkeit und Farbstabilität.

11. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

11.1 Kann ich diese LED direkt an einer 3,3V- oder 5V-Versorgung betreiben?

No.Sie müssen einen Vorwiderstand zur Strombegrenzung verwenden. Zum Beispiel mit einer 5V-Versorgung und einer LED mit V_Fvon 2,0V bei 20mA: R = (5V - 2,0V) / 0,020A = 150 Ω. Ein 150Ω-Widerstand ist erforderlich.

11.2 Warum ist die Lichtstärke bei 5mA statt bei maximal 25mA spezifiziert?

5mA ist eine Standardtestbedingung, die einen konsistenten Vergleich zwischen verschiedenen LED-Modellen und Bins ermöglicht. Sie können sie bei höheren Strömen (bis zu 25mA) für höhere Helligkeit betreiben, müssen sich jedoch auf die Kurve \"Lichtstärke vs. Durchlassstrom\" beziehen und sicherstellen, dass thermische Grenzwerte nicht überschritten werden.

11.3 Was bedeuten die Bin-Codes (z.B. K1, E7, 1) für mein Design?

Wenn Ihre Anwendung eine konsistente Helligkeit über mehrere LEDs hinweg erfordert, sollten Sie ein enges Lichtstärke-Bin angeben (z.B. nur L1). Wenn Farbkonsistenz kritisch ist, geben Sie ein enges Wellenlängen-Bin an (z.B. nur E7). Für Designs, bei denen LEDs parallel geschaltet sind, hilft die Angabe eines engen Durchlassspannungs-Bins (z.B. nur 1), eine gleichmäßigere Stromaufteilung sicherzustellen.

11.4 Im Datenblatt steht \"nicht für Sperrbetrieb ausgelegt\". Was bedeutet das?

Es bedeutet, dass die LEDniemalsabsichtlich mit der Kathode auf einem höheren Potenzial als die Anode betrieben werden sollte. Die 5V-Sperrspannungsbewertung ist einmaximal überlebbarerGrenzwert für versehentliche transiente Ereignisse, kein Betriebszustand. Dauerhafte Schäden sind wahrscheinlich, wenn während des Normalbetriebs Sperrspannung angelegt wird.

12. Design- und Anwendungsfallstudie

Szenario:Entwurf eines kompakten Automobilschalters mit roter Hintergrundbeleuchtung.

1. Bauteilauswahl:Die 19-21 Dunkelrot-LED wird aufgrund ihrer kleinen Größe, geeigneten Helligkeit und Kompatibilität mit automatisierter Montage gewählt.
2. Schaltungsentwurf:Das 12V-Bordnetz des Fahrzeugs wird genutzt. Ein Vorwiderstand wird berechnet. Angenommen ein Durchlassspannungs-Bin von 2,0V und ein gewünschter Strom von 15mA für ausreichende Helligkeit und lange Lebensdauer: R = (12V - 2,0V) / 0,015A ≈ 667 Ω. Ein Standard-680-Ω, 1/8W-Widerstand wird gewählt.
3. PCB-Layout:Der kompakte 19-21 Footprint wird unter der Schalterkuppel platziert. Eine kleine zusätzliche Kupferfläche wird zu den Lötflächen für die Wärmeableitung hinzugefügt.
4. Fertigung:LEDs aus Bin L1 (für konsistente Helligkeit) und E7 (für konsistente Farbe) werden auf 7-Zoll-Rollen für automatisierte Bestückung bestellt.
5. Montage:Die versiegelte Rolle wird innerhalb ihrer 7-tägigen Bodenlebensdauer verwendet. Die Leiterplatte durchläuft einen einzelnen Reflow-Durchgang unter Verwendung des spezifizierten bleifreien Profils.
6. Ergebnis:Eine zuverlässige, gleichmäßig beleuchtete Schalter-Hintergrundbeleuchtung mit langer Betriebslebensdauer.

13. Einführung in das Technologieprinzip

Diese LED basiert auf AlGaInP (Aluminium-Gallium-Indium-Phosphid) Halbleitermaterial, das auf einem Substrat gewachsen wird. Wenn eine Durchlassspannung an den p-n-Übergang angelegt wird, werden Elektronen und Löcher in den aktiven Bereich injiziert, wo sie rekombinieren. In einem Halbleiter mit direkter Bandlücke wie AlGaInP setzt diese Rekombination Energie hauptsächlich in Form von Photonen (Licht) frei. Das spezifische Verhältnis von Aluminium, Gallium und Indium im Kristallgitter bestimmt die Bandlückenenergie, die direkt die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts definiert – in diesem Fall Dunkelrot (~639 nm). Die wasserklare Harzlinse verkapselt den Chip und formt das emittierte Licht in den spezifizierten 100-Grad-Abstrahlwinkel.

LED-Spezifikations-Terminologie

Vollständige Erklärung der LED-Technikbegriffe