SMD-LED Datenblatt - Rot Diffus AlInGaP - 120° Abstrahlwinkel - 2,0V typ. - 72mW Leistung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt detailliert die Spezifikationen einer SMD-LED (Surface-Mount Device) mit diffuser Linse und einer AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) Lichtquelle, die rotes Licht emittiert. Diese LEDs sind für automatisierte Leiterplattenbestückungsprozesse (PCB) ausgelegt und eignen sich ideal für Anwendungen, bei denen Platz knapp ist und eine Serienfertigung erforderlich ist.

1.1 Kernvorteile und Zielmärkte

Die Hauptvorteile dieses Bauteils sind seine Kompatibilität mit automatischen Bestückungsgeräten und Infrarot (IR) Reflow-Lötprozessen, die in der modernen Elektronikfertigung Standard sind. Es ist auf 8-mm-Trägerband gewickelt, das auf 7-Zoll (178 mm) Spulen aufgewickelt ist, was eine effiziente Handhabung und Montage ermöglicht. Das Bauteil ist RoHS-konform und erfüllt damit Umweltvorschriften. Die Zielanwendungen umfassen ein breites Spektrum an Konsum- und Industrielektronik, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Telekommunikationsgeräte (z.B. schnurlose und Mobiltelefone), Büroautomatisierungsgeräte (z.B. Notebook-Computer), Netzwerksysteme, Haushaltsgeräte und Innenschilder. Es wird häufig für Statusanzeigen, symbolische Beleuchtung und Frontpanel-Hintergrundbeleuchtung verwendet.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Ein Betrieb des Bauteils über diese Grenzwerte hinaus kann dauerhafte Schäden verursachen. Wichtige Grenzwerte bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C sind:

• Verlustleistung (Pd):72 mW. Dies ist die maximale Leistung, die das LED-Gehäuse sicher als Wärme abführen kann.
• Dauer-Durchlassstrom (IF):30 mA DC. Der maximale stationäre Strom für einen zuverlässigen Betrieb.
• Spitzen-Durchlassstrom:80 mA, nur unter gepulsten Bedingungen zulässig (1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Pulsbreite).
• Betriebstemperaturbereich:-40°C bis +85°C.
• Lagertemperaturbereich:-40°C bis +100°C.

2.2 Elektrische und optische Kenngrößen

Die typische Leistung wird bei Ta=25°C und einem Durchlassstrom (IF) von 20 mA gemessen, sofern nicht anders angegeben.

• Lichtstärke (Iv):Reicht von einem Minimum von 90,0 mcd bis zu einem Maximum von 280,0 mcd. Der tatsächliche Wert wird durch den Bin-Code bestimmt (siehe Abschnitt 3).
• Abstrahlwinkel (2θ½):120 Grad (typisch). Dieser weite Abstrahlwinkel, charakteristisch für eine diffuse Linse, stellt sicher, dass das Licht über einen großen Bereich gestreut wird, anstatt stark gerichtet zu sein.
• Dominante Wellenlänge (λd):631 nm (typisch), mit einer Toleranz von ±1 nm. Dieser Parameter definiert die wahrgenommene Farbe (Rot). Die Spitzenemissionswellenlänge (λp) beträgt typischerweise 639 nm.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):Etwa 15 nm, was die spektrale Reinheit des roten Lichts angibt.
• Durchlassspannung (VF):2,0 V (typisch), maximal 2,4 V bei 20 mA. Die Toleranz beträgt ±0,1 V.
• Sperrstrom (IR):Maximal 10 µA bei einer Sperrspannung (VR) von 5V. Es ist kritisch zu beachten, dass dieses Bauteil nicht für den Betrieb unter Sperrvorspannung ausgelegt ist; diese Testbedingung dient nur der Charakterisierung.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um eine gleichmäßige Helligkeit über Produktionschargen hinweg sicherzustellen, werden die LEDs nach ihrer bei 20 mA gemessenen Lichtstärke in Bins sortiert.

3.1 Binning der Lichtstärke

Die Bin-Codes und ihre entsprechenden Intensitätsbereiche sind wie folgt. Die Toleranz innerhalb jedes Bins beträgt ±11%.

• Q2:90,0 – 112,0 mcd
• R1:112,0 – 140,0 mcd
• R2:140,0 – 180,0 mcd
• S1:180,0 – 224,0 mcd
• S2:224,0 – 280,0 mcd

Dieses System ermöglicht es Entwicklern, die passende Helligkeitsklasse für ihre spezifische Anwendung auszuwählen und dabei Leistung und Kosten abzuwägen.

4. Analyse der Kennlinien

Während spezifische grafische Daten im Datenblatt referenziert sind, können die typischen Zusammenhänge beschrieben werden:

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

Das AlInGaP-Material zeigt eine charakteristische I-V-Kennlinie, bei der die Durchlassspannung logarithmisch mit dem Strom ansteigt. Die typische Vf von 2,0V bei 20mA ist ein Schlüsselparameter für das Treiberschaltungsdesign.

4.2 Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Die Lichtausbeute (Lichtstärke) ist innerhalb des empfohlenen Betriebsbereichs annähernd proportional zum Durchlassstrom. Das Überschreiten des maximalen DC-Stroms führt nicht zu proportionalen Helligkeitssteigerungen und riskiert eine Beschädigung des Bauteils.

4.3 Spektrale Verteilung

Das Emissionsspektrum ist um 631 nm (dominante Wellenlänge) zentriert mit einer typischen Halbwertsbreite von 15 nm, was eine gesättigte rote Farbe erzeugt.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen und Polarität

Das Bauteil entspricht einem standardmäßigen EIA-Gehäusefußabdruck. Detaillierte Maßzeichnungen sind im Datenblatt angegeben, alle Maße sind in Millimetern mit einer allgemeinen Toleranz von ±0,2 mm. Die Kathode ist typischerweise durch eine Markierung auf dem Gehäuse oder eine spezifische Pad-Geometrie auf dem Band gekennzeichnet. Das empfohlene PCB-Lötpad-Layout für Infrarot- oder Dampfphasen-Reflow-Lötung ist ebenfalls spezifiziert, um eine ordnungsgemäße Lötstellenbildung und mechanische Stabilität sicherzustellen.

5.2 Tape-and-Reel-Verpackung

Die LEDs werden in geprägter Trägerband mit einem Schutzdeckband geliefert, aufgewickelt auf 7-Zoll (178 mm) Spulen. Jede Spule enthält 2000 Stück. Die Verpackung folgt den ANSI/EIA 481-Spezifikationen. Wichtige Hinweise sind: leere Bauteiltaschen sind versiegelt, und maximal zwei aufeinanderfolgende fehlende Bauteile ("Lampen") sind pro Spule erlaubt.

6. Löt- und Bestückungsrichtlinien

6.1 IR-Reflow-Lötprofil

Ein vorgeschlagenes Temperaturprofil, das mit J-STD-020B für bleifreie (Pb-freie) Prozesse konform ist, wird bereitgestellt. Kritische Parameter sind:

• Vorwärmen:150°C bis 200°C.
• Vorwärmzeit:Maximal 120 Sekunden.
• Spitzentemperatur:Maximal 260°C.
• Zeit oberhalb Liquidus:Es wird empfohlen, den Spezifikationen des Lotpastenherstellers und den JEDEC-Richtlinien zu folgen.

Da Leiterplattendesign, Bauteildichte und Ofeneigenschaften variieren, sollte dieses Profil als generisches Ziel verwendet und für die spezifische Fertigungslinie feinabgestimmt werden.

6.2 Manuelles Löten (Lötkolben)

Wenn manuelle Nacharbeit erforderlich ist, sollte die Lötspitzentemperatur 300°C nicht überschreiten und die Kontaktzeit auf maximal 3 Sekunden pro Lötstelle begrenzt werden. Nachlöten sollte nur einmal durchgeführt werden.

7. Lagerung und Handhabungshinweise

7.1 Lagerbedingungen

• Versiegelte Verpackung:Lagern bei ≤ 30°C und ≤ 70% relativer Luftfeuchtigkeit (RH). Die Haltbarkeit beträgt ein Jahr bei Lagerung in der original feuchtigkeitsgeschützten Beutel mit Trockenmittel.
• Geöffnete Verpackung:Bauteile, die der Umgebungsluft ausgesetzt sind, sollten bei ≤ 30°C und ≤ 60% RH gelagert werden. Es wird dringend empfohlen, den IR-Reflow-Prozess innerhalb von 168 Stunden (7 Tagen) nach dem Öffnen des Beutels abzuschließen.
• Verlängerte Lagerung (außerhalb des Beutels):Für eine Lagerung über 168 Stunden hinaus, legen Sie die Bauteile in einen verschlossenen Behälter mit Trockenmittel oder in einen Stickstoff-Exsikkator. Bauteile, die länger als 168 Stunden außerhalb des Beutels gelagert wurden, erfordern vor dem Löten ein Ausheizen bei etwa 60°C für mindestens 48 Stunden, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und "Popcorning" während des Reflows zu verhindern.

7.2 Reinigung

Wenn nach dem Löten eine Reinigung erforderlich ist, verwenden Sie nur alkoholbasierte Lösungsmittel wie Isopropylalkohol (IPA) oder Ethylalkohol. Tauchen Sie die LED bei normaler Raumtemperatur für weniger als eine Minute ein. Verwenden Sie keine nicht spezifizierten chemischen Reiniger, da diese die Epoxidlinse oder das Gehäuse beschädigen können.

8. Anwendungsdesign-Überlegungen

8.1 Treiberschaltungsdesign

LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Um eine gleichmäßige Helligkeit beim Ansteuern mehrerer LEDs sicherzustellen, ist es unerlässlich, einen strombegrenzenden Widerstand in Reihe mit jeder LED zu verwenden. Das direkte Parallelschalten von LEDs ohne individuelle Widerstände wird nicht empfohlen, da geringe Unterschiede in der Durchlassspannung (Vf) zwischen den Bauteilen zu erheblichen Stromungleichgewichten führen können, was zu ungleichmäßiger Helligkeit und potenziellem Überstrom in einigen LEDs führt. Das Datenblatt zeigt die empfohlene Schaltung (Schaltung A) mit einem Reihenwiderstand für jede LED.

8.2 Thermomanagement

Obwohl die Verlustleistung relativ gering ist (72 mW), ist die Aufrechterhaltung der LED-Sperrschichttemperatur innerhalb des spezifizierten Bereichs entscheidend für die Langzeitzuverlässigkeit und stabile Lichtausbeute. Stellen Sie sicher, dass ausreichend PCB-Kupferfläche oder thermische Durchkontaktierungen verwendet werden, wenn die LED bei oder nahe ihrem maximalen Stromwert betrieben wird, insbesondere in Umgebungen mit hoher Umgebungstemperatur.

8.3 Anwendungsbereich und Einschränkungen

Dieses Bauteil ist für den Einsatz in Standard-Elektronikgeräten vorgesehen. Es ist nicht für Anwendungen ausgelegt oder qualifiziert, bei denen hohe Zuverlässigkeit für die Sicherheit entscheidend ist, wie z.B. in der Luftfahrt, Verkehrssteuerung, medizinischen Lebenserhaltungssystemen oder Sicherheitsvorrichtungen. Für solche Anwendungen ist eine Konsultation mit dem Hersteller bezüglich speziell qualifizierter Bauteile zwingend erforderlich.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu älteren LED-Technologien bieten AlInGaP-LEDs eine höhere Effizienz und bessere Farbsättigung für rote und bernsteinfarbene Töne. Das diffuse Linsengehäuse bietet einen weiten Abstrahlwinkel von 120 Grad, was für Anwendungen vorteilhaft ist, die eine breite Flächenausleuchtung oder Sichtbarkeit aus mehreren Winkeln erfordern, im Gegensatz zu schmalwinkligen LEDs für fokussierte Strahlen. Die Kompatibilität mit Standard-IR-Reflow-Prozessen unterscheidet es von LEDs, die manuelles Löten oder Wellenlötung erfordern, und ermöglicht eine kostengünstige, schnelle Bestückung.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

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

Unter Verwendung des Ohmschen Gesetzes (R = (Vversorgung - Vf_LED) / I_LED) und unter Annahme einer typischen Vf von 2,0V und einem gewünschten Strom von 20 mA: R = (5V - 2,0V) / 0,020A = 150 Ohm. Ein Standard-150-Ω-Widerstand wäre geeignet. Berechnen Sie stets mit der maximal möglichen Vf (2,4V), um sicherzustellen, dass der Strom unter ungünstigsten Bedingungen den Maximalwert nicht überschreitet.

10.2 Kann ich diese LED mit höheren Strömen pulsen, um hellere Blitze zu erzeugen?

Ja, das Datenblatt gibt einen Spitzen-Durchlassstrom von 80 mA unter gepulsten Bedingungen an (1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Pulsbreite). Dies kann verwendet werden, um eine höhere momentane Helligkeit für Stroboskop- oder Indikatoranwendungen zu erreichen, aber der zeitliche Mittelwert des Stroms darf nicht dazu führen, dass die Verlustleistung 72 mW überschreitet.

10.3 Wie interpretiere ich den Bin-Code auf meiner Bestellung?

Der Bin-Code (z.B. R2, S1) entspricht dem Lichtstärkebereich. Bei der Bestellung stellt die Angabe eines Bin-Codes sicher, dass Sie LEDs mit einer Helligkeit innerhalb dieses spezifischen Bereichs erhalten, was für die Konsistenz im Erscheinungsbild Ihres Produkts wichtig ist.

11. Praktisches Design- und Anwendungsbeispiel

11.1 Entwurf eines Status-Anzeigepanels

Betrachten Sie einen Router mit mehreren Status-LEDs. Unter Verwendung dieser SMD-LED würde der Entwickler:

1. Die passende Helligkeits-Bin (z.B. R2 für mittlere Helligkeit) basierend auf der erforderlichen Sichtbarkeit auswählen.
2. Das PCB-Layout unter Verwendung der empfohlenen Pad-Abmessungen entwerfen, um eine ordnungsgemäße Lötung und Ausrichtung sicherzustellen.
3. Für jede LED einen Reihenstrombegrenzungswiderstand basierend auf der Systemversorgungsspannung (z.B. 3,3V oder 5V) berechnen und platzieren.
4. Während der Bestückung dem empfohlenen IR-Reflow-Profil folgen.
5. Wenn die bestückte Leiterplatte gereinigt werden muss, nur Isopropylalkohol verwenden.

Dieser Ansatz gewährleistet zuverlässige, gleichmäßige und langlebige Anzeigelichter.

12. Funktionsprinzip

Diese LED basiert auf AlInGaP-Halbleitermaterial. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die die Einschaltspannung der Diode überschreitet, rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich des Halbleiters und setzen Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Zusammensetzung der AlInGaP-Schichten bestimmt die Bandlückenenergie, die wiederum die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts definiert – in diesem Fall Rot bei etwa 631 nm. Die diffuse Epoxidlinse enthält Streupartikel, die die Richtung der emittierten Photonen randomisieren und so einen weiten, gleichmäßigen Abstrahlwinkel anstelle eines schmalen Strahls erzeugen.

13. Technologietrends

Der allgemeine Trend in der SMD-LED-Technologie geht weiterhin in Richtung höherer Lichtausbeute (mehr Lichtleistung pro Watt elektrischer Eingangsleistung), verbesserter Farbwiedergabe und kleinerer Gehäusegrößen, die höhere Packungsdichten ermöglichen. Es gibt auch einen Fokus auf die Verbesserung der Zuverlässigkeit unter höheren Temperatur- und Strombetriebsbedingungen. Die weit verbreitete Einführung bleifreier Lötverfahren und RoHS-Konformität, wie bei diesem Bauteil zu sehen, bleibt eine Standardanforderung in der globalen Elektronikfertigung.