SMD LED 15-21/S3C-AP1Q2/2T Datenblatt - Rötlich Orange - 2.0V - 60mW - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt detailliert die Spezifikationen einer kompakten, leistungsstarken Oberflächenmontage-LED (SMD). Das Bauteil ist für moderne Elektronik-Montageprozesse konzipiert und bietet eine ausgewogene Kombination aus Lichtausbeute, Zuverlässigkeit und einfacher Integration in platzbeschränkten Anwendungen.

1.1 Kernvorteile und Produktpositionierung

Der primäre Vorteil dieser LED ist ihr winziger Bauraum, der eine erhebliche Verkleinerung der Leiterplatte (PCB) und eine höhere Bauteildichte ermöglicht. Dies führt zu kompakteren Endproduktdesigns. Die Komponente ist leicht und daher besonders für tragbare und miniaturisierte elektronische Geräte geeignet. Sie wird auf 8-mm-Trägerband geliefert, das auf einer Rolle mit 7 Zoll (178 mm) Durchmesser aufgewickelt ist, was die Kompatibilität mit Standard-Automatikbestückungsanlagen in der Serienfertigung gewährleistet.

1.2 Zielmarkt und Anwendungen

Diese LED ist vielseitig und zielt auf mehrere wichtige Anwendungsbereiche ab. Ihr Hauptanwendungsgebiet ist die Hintergrundbeleuchtung, insbesondere für Instrumententafeln, Schalter und Symbole. Sie eignet sich auch hervorragend für Telekommunikationsgeräte, wo sie als Statusanzeigen und Hintergrundbeleuchtung in Geräten wie Telefonen und Faxgeräten dient. Darüber hinaus kann sie für die flache Hintergrundbeleuchtung kleiner LCD-Panels und für allgemeine Indikatoranwendungen verwendet werden, bei denen ein rötlich-oranges Signal erforderlich ist.

2. Vertiefung der technischen Parameter

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Analyse der wichtigsten elektrischen, optischen und thermischen Parameter der LED, wie sie unter Standardtestbedingungen (Ta=25°C) definiert sind.

2.1 Absolute Grenzwerte

Die absoluten Grenzwerte definieren die Belastungsgrenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Diese Werte sind nicht für den Normalbetrieb vorgesehen.

• Sperrspannung (V_R):5 V. Das Überschreiten dieser Spannung in Sperrrichtung kann zum Durchbruch des Übergangs führen.
• Dauer-Durchlassstrom (I_F):25 mA. Der maximale Gleichstrom für einen zuverlässigen Langzeitbetrieb.
• Spitzen-Durchlassstrom (I_FP):60 mA (Tastverhältnis 1/10 @ 1kHz). Dieser Wert erlaubt kurze Pulse mit höherem Strom, was für Multiplexing oder gepulste Betriebsarten nützlich ist.
• Verlustleistung (P_d):60 mW. Die maximale Leistung, die das Bauteil als Wärme abführen kann, ohne seine thermischen Grenzen zu überschreiten.
• Elektrostatische Entladung (ESD) Human Body Model (HBM):2000 V. Dies weist auf eine moderate ESD-Robustheit hin; dennoch werden ordnungsgemäße Handhabungsverfahren empfohlen.
• Betriebstemperatur (T_opr):-40°C bis +85°C. Der Umgebungstemperaturbereich, in dem das Bauteil spezifikationsgemäß funktionieren soll.
• Lagertemperatur (T_stg):-40°C bis +90°C.
• Löttemperatur:Das Bauteil kann Reflow-Löten mit einer Spitzentemperatur von 260°C für bis zu 10 Sekunden oder Handlöten bei 350°C für bis zu 3 Sekunden pro Anschluss überstehen.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Diese Parameter definieren die Leistung der LED unter typischen Betriebsbedingungen (I_F=20mA, Ta=25°C).

• Lichtstärke (I_v):45,0 mcd (Min), 112,0 mcd (Max). Der typische Wert liegt innerhalb dieses breiten Bereichs, der durch ein Binning-System verwaltet wird (siehe Abschnitt 3). Der Abstrahlwinkel (2θ_1/2) beträgt typischerweise 130 Grad und sorgt für ein breites, diffuses Abstrahlmuster.
• Spektrale Eigenschaften:
  • Spitzenwellenlänge (λ_p):Typischerweise 621 nm.
  • Dominante Wellenlänge (λ_d):605,5 nm (Min), 625,5 nm (Max). Dies ist die vom menschlichen Auge wahrgenommene Wellenlänge und unterliegt ebenfalls dem Binning.
  • Spektrale Bandbreite (Δλ):Typischerweise 18 nm, definiert die Reinheit der Farbe.
• Elektrische Eigenschaften:
  • Durchlassspannung (V_F):1,70 V (Min), 2,00 V (Typ), 2,40 V (Max) bei I_F=20mA. Diese relativ niedrige Spannung ist charakteristisch für die AlGaInP-Materialtechnologie.
  • Sperrstrom (I_R):10 μA (Max) bei V_R=5V. Ein kritischer Hinweis besagt, dass das Bauteil nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt ist; dieser Testparameter dient nur zur Charakterisierung des Leckstroms.

2.3 Thermische Betrachtungen

Die LED-Leistung ist stark temperaturabhängig. Die Stromreduzierkurve ist für das Design essenziell. Wenn die Umgebungstemperatur (T_a) über 25°C steigt, muss der maximal zulässige Dauer-Durchlassstrom linear reduziert werden, um Überhitzung und beschleunigten Alterungsprozess zu verhindern. Die Reduzierkurve liefert den spezifischen Zusammenhang und stellt sicher, dass die Sperrschichttemperatur innerhalb sicherer Grenzen bleibt.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um Konsistenz in der Serienfertigung zu gewährleisten, werden LEDs basierend auf Schlüsselparametern sortiert (gebinned). Dies ermöglicht es Designern, Bauteile auszuwählen, die spezifische Anwendungsanforderungen an Helligkeit und Farbe erfüllen.

3.1 Binning der Lichtstärke

Die Lichtausbeute wird in vier Bins (P1, P2, Q1, Q2) kategorisiert, die jeweils einen spezifischen Bereich von 45,0 mcd bis 112,0 mcd abdecken. Beispielsweise enthält Bin Q2 LEDs mit einer Lichtstärke zwischen 90,0 und 112,0 mcd. Innerhalb jedes Bins gilt eine Toleranz von ±11%.

3.2 Binning der dominanten Wellenlänge

Die Farbe (dominante Wellenlänge) wird in fünf Bins (E1 bis E5) sortiert, die in etwa 4-nm-Schritten von 605,5 nm bis 625,5 nm reichen. Bin E4 beispielsweise deckt 617,5 bis 621,5 nm ab. Innerhalb jedes Wellenlängen-Bins wird eine engere Toleranz von ±1 nm eingehalten.

3.3 Binning der Durchlassspannung

Das Datenblatt gibt eine Durchlassspannungstoleranz von ±0,1V an, obwohl eine spezifische Binning-Tabelle für V_Fim Auszug nicht bereitgestellt wird. Diese enge Toleranz hilft bei der Auslegung konsistenter Stromtreiberschaltungen.

4. Analyse der Leistungskurven

Grafische Daten bieten einen tieferen Einblick in das Verhalten der LED unter variierenden Bedingungen.

4.1 Spektrale Verteilung

Die Spektrenkurve zeigt einen einzelnen, klar definierten Peak um 621 nm, was die rötlich-orange Emission des AlGaInP-Chipmaterials bestätigt. Die schmale Bandbreite deutet auf eine gute Farbsättigung hin.

4.2 Abstrahlcharakteristik

Das Polardiagramm veranschaulicht die räumliche Lichtverteilung. Der typische 130-Grad-Abstrahlwinkel wird bestätigt und zeigt ein nahezu lambertisches (Kosinus-) Abstrahlmuster, bei dem die Intensität bei 0 Grad (senkrecht zum Chip) am höchsten ist und zu den Seiten hin allmählich abnimmt.

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

Diese Kurve zeigt die für eine Diode typische exponentielle Beziehung. Die Spannung steigt bei sehr niedrigen Strömen stark an und nimmt dann im normalen Arbeitsbereich (etwa 2,0 V bei 20 mA) linearer zu.

4.4 Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Dieses Diagramm zeigt, dass die Lichtausbeute im Arbeitsbereich etwa proportional zum Durchlassstrom ist, obwohl der Wirkungsgrad bei sehr hohen Strömen aufgrund erhöhter Wärmeentwicklung leicht sinken kann.

4.5 Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur

Dies ist eine kritische Kurve, die thermisches Quenchen zeigt. Mit steigender Umgebungstemperatur nimmt die Lichtstärke ab. Die Ausgangsleistung kann erheblich sinken, wenn die Temperatur sich dem maximalen Betriebslimit nähert, ein Schlüsselfaktor für Designs in heißen Umgebungen.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die LED entspricht dem "15-21" SMD-Gehäuse. Detaillierte Maßzeichnungen geben Länge, Breite, Höhe und Anschlusspositionen mit einer Standardtoleranz von ±0,1 mm an, sofern nicht anders vermerkt. Diese Informationen sind entscheidend für das PCB-Footprint-Design und Freigabeprüfungen.

5.2 Polaritätskennzeichnung

Eine klare Kathodenmarkierung ist auf dem Gehäuse angegeben, was für die korrekte Ausrichtung während der Montage unerlässlich ist. Ein Einbau der LED in umgekehrter Polarität verhindert das Leuchten und kann sie einer Sperrspannungsbelastung aussetzen.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Eine ordnungsgemäße Handhabung ist für die Zuverlässigkeit von entscheidender Bedeutung.

6.1 Strombegrenzung

Ein externer strombegrenzender Widerstand ist zwingend erforderlich. Die exponentielle I-V-Charakteristik der LED bedeutet, dass eine kleine Spannungserhöhung einen großen, möglicherweise zerstörerischen Stromanstieg verursachen kann. Der Widerstand legt den Arbeitspunkt fest.

6.2 Feuchteempfindlichkeit und Lagerung

Die Bauteile sind in einer feuchtigkeitsbeständigen Sperrbeutel mit Trockenmittel verpackt. Der Beutel sollte erst geöffnet werden, wenn die Teile verwendet werden sollen. Nach dem Öffnen müssen unbenutzte LEDs unter Bedingungen von 30°C/60% relativer Luftfeuchtigkeit oder weniger gelagert und innerhalb von 168 Stunden (7 Tagen) verwendet werden. Bei Überschreitung ist vor dem Reflow-Löten ein Ausheizen bei 60±5°C für 24 Stunden erforderlich, um "Popcorning"-Schäden während des Lötens zu verhindern.

6.3 Reflow-Lötprofil

Ein detailliertes bleifreies Reflow-Profil wird bereitgestellt:

• Vorwärmen:150-200°C für 60-120 Sekunden.
• Zeit oberhalb Liquidus (217°C):60-150 Sekunden.
• Spitzentemperatur:Maximal 260°C, nicht länger als 10 Sekunden gehalten.
• Aufheiz-/Abkühlraten:Maximal 6°C/Sek. bzw. 3°C/Sek.

Reflow sollte nicht öfter als zweimal durchgeführt werden. Spannungen auf das LED-Gehäuse während des Erhitzens sollten vermieden werden.

6.4 Handlöten und Nacharbeit

Falls Handlöten notwendig ist, muss die Lötspitzentemperatur unter 350°C liegen, pro Anschluss nicht länger als 3 Sekunden angewendet werden, unter Verwendung eines Lötkolbens mit geringer Leistung (<25W). Eine Abkühlpause von >2 Sekunden zwischen den Anschlüssen ist erforderlich. Nacharbeit wird dringend abgeraten. Falls unvermeidbar, muss ein spezieller Doppelspitzen-Lötkolben verwendet werden, um beide Anschlüsse gleichzeitig zu erhitzen und so mechanische Belastungen der Lötstellen zu verhindern. Das Potenzial für thermische Schäden während der Nacharbeit muss vorab bewertet werden.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Verpackungsspezifikationen

Die LEDs werden in geprägter Trägerband mit spezifizierten Abmessungen für die Taschen und Transportlöcher geliefert. Das Band ist auf eine Standardrolle mit 7 Zoll (178 mm) Durchmesser aufgewickelt. Jede Rolle enthält 2000 Stück.

7.2 Rolle und Etikettendetails

Abmessungen für die leere Rolle werden angegeben. Das Rollenetikett enthält wichtige Informationen:

• Kunden-Teilenummer (CPN)
• Hersteller-Teilenummer (P/N): 15-21/S3C-AP1Q2/2T
• Packmenge (QTY)
• Lichtstärkenklasse (CAT)
• Farbort/Dominante Wellenlängenklasse (HUE)
• Durchlassspannungsklasse (REF)
• Losnummer (LOT No.)

Diese Rückverfolgbarkeit ist für die Qualitätskontrolle und das Abgleichen von Komponenten in der Produktion unerlässlich.

8. Anwendungshinweise und Designüberlegungen

8.1 Schaltungsdesign

Verwenden Sie stets einen Reihenwiderstand, um den Durchlassstrom einzustellen. Berechnen Sie den Widerstandswert mit R = (V_Versorgung- V_F) / I_F, wobei V_Fals Maximalwert (2,4 V) aus dem Datenblatt herangezogen werden sollte, um sicherzustellen, dass der Strom unter ungünstigsten Bedingungen das Limit nicht überschreitet. Berücksichtigen Sie die Belastbarkeit des Widerstands (P = I_F²* R).

8.2 Thermomanagement

Obwohl das Gehäuse klein ist, ist eine effektive Wärmeableitung über die Leiterplatte wichtig, um Helligkeit und Lebensdauer zu erhalten, insbesondere in Umgebungen mit hoher Umgebungstemperatur oder bei Betrieb nahe dem Maximalstrom. Verwenden Sie die Reduzierkurve, um den sicheren Betriebsstrom für die maximal erwartete Umgebungstemperatur Ihrer Anwendung zu bestimmen. Sorgen Sie für ausreichende Kupferfläche um die LED-Pads auf der Leiterplatte, um als Wärmeverteiler zu dienen.

8.3 Optische Integration

Der breite 130-Grad-Abstrahlwinkel macht diese LED für Anwendungen geeignet, die eine breite, gleichmäßige Ausleuchtung ohne Sekundäroptik erfordern. Für stärker gebündeltes Licht können externe Linsen oder Lichtleiter erforderlich sein. Das wasserklare Harz gewährleistet eine minimale Lichtabsorption innerhalb des Gehäuses selbst.

9. Konformität und Materialinformationen

Das Produkt entspricht mehreren wichtigen Umwelt- und Sicherheitsrichtlinien, was ein bedeutender Vorteil für die moderne Elektronikfertigung ist. Es ist bestätigt bleifrei (Pb-free) und entspricht damit der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe). Es erfüllt auch die EU-REACH-Verordnung zu chemischen Stoffen. Darüber hinaus erfüllt es halogenfreie Anforderungen, wobei der Brom- (Br) und Chlorgehalt (Cl) jeweils unter 900 ppm liegt und deren Summe unter 1500 ppm, was die Umweltauswirkungen bei der Entsorgung reduziert.

10. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu traditionellen Durchsteck- oder größeren SMD-LEDs ist der Hauptunterscheidungsfaktor dieses 15-21-Gehäuses seine außergewöhnliche Miniaturisierung, die kompakte Designs der nächsten Generation ermöglicht. Die Verwendung von AlGaInP-Halbleitermaterial liefert effizientes rötlich-oranges Licht mit guter Farbstabilität über Temperatur und Lebensdauer, oft besser als ältere Technologien wie GaAsP. Die Kombination aus breitem Abstrahlwinkel, robuster SMT-Kompatibilität und vollständiger Umweltkonformität macht sie zu einer modernen, zuverlässigen Wahl für kostenbewusste, serientaugliche Anwendungen, bei denen Leiterplattenfläche knapp ist.

11. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

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

Unter Verwendung des maximalen V_Fvon 2,4 V und einem Ziel-I_Fvon 20 mA: R = (5V - 2,4V) / 0,020A = 130 Ohm. Der nächstgelegene Standardwert von 130Ω oder 150Ω wäre geeignet. Die Verlustleistung des Widerstands wäre P = (0,020)²* 130 = 0,052W, daher ist ein Standard-1/8W (0,125W) Widerstand ausreichend.

11.2 Kann ich diese LED ohne einen strombegrenzenden Widerstand betreiben, wenn meine Versorgungsspannung mit VF übereinstimmt?_F?

No.Dies wird dringend abgeraten. Die Durchlassspannung hat eine Toleranz (1,7 V bis 2,4 V) und variiert mit der Temperatur. Eine feste Versorgungsspannung von z.B. 2,0 V könnte in einer LED mit niedrigem V_Fzu übermäßigem Strom führen, was zu schnellem Ausfall führt. Ein Reihenwiderstand ist für einen stabilen, sicheren Betrieb unerlässlich.

11.3 Warum ist die Lagerzeit nach dem Öffnen der Packung auf 7 Tage begrenzt?

SMD-Gehäuse können Feuchtigkeit aus der Luft aufnehmen. Während des Hochtemperatur-Reflow-Lötprozesses kann diese eingeschlossene Feuchtigkeit schnell verdampfen und einen Innendruck erzeugen, der zur Delamination des Gehäuses oder zum Riss des Chips ("Popcorning") führen kann. Die 7-Tage-Grenze und das Ausheizverfahren sind kritische Qualitätskontrollen, um diesen Fehlermodus zu verhindern.

11.4 Wie interpretiere ich die Bincodes (z.B. Q2, E4) auf dem Etikett?

Die Bincodes geben die Leistungsgruppe der LEDs auf dieser Rolle an. "Q2" zeigt hochhelle LEDs (90-112 mcd) an. "E4" zeigt eine dominante Wellenlänge im Bereich von 617,5-621,5 nm an. Die Verwendung von Teilen aus demselben Bin stellt Konsistenz in Helligkeit und Farbe über Ihr Produkt hinweg sicher.

12. Praktische Design- und Anwendungsbeispiele

12.1 Schalterbeleuchtung im Armaturenbrett

In einem Automobil-Armaturenbrett benötigen mehrere Schalter eine gleichmäßige, zuverlässige Hintergrundbeleuchtung. Mehrere dieser LEDs können hinter einer lichtdurchlässigen Schalterkappe platziert werden. Ihr breiter Abstrahlwinkel sorgt für eine gleichmäßige Ausleuchtung der Schalteroberfläche. Die niedrige Betriebsspannung ermöglicht es, sie direkt aus den geregelten 5V- oder 3,3V-Systemen des Fahrzeugs mit einfachen Widerstandsnetzwerken zu betreiben. Der hohe Betriebstemperaturbereich (-40°C bis +85°C) ist für die Automobilumgebung geeignet.

12.2 Statusanzeige an einem Netzwerkgerät

Für eine "Link-Aktivitäts"- oder "Stromversorgungs"-Anzeige an einem Router oder Modem bietet eine einzelne LED ein klares visuelles Signal. Die rötlich-orange Farbe ist sehr gut sichtbar. Die Komponente kann von einem GPIO-Pin eines Mikrocontrollers angesteuert werden. Ein Reihenwiderstand wird zwischen den GPIO-Pin und die LED-Anode geschaltet, die Kathode wird mit Masse verbunden. Die Mikrocontroller-Firmware kann den Pin schalten, um konstante oder blinkende Muster zu erzeugen. Das SMD-Format ermöglicht ein sehr flaches Design auf der Frontplatten-Leiterplatte.

13. Funktionsprinzip

Diese LED basiert auf einem Halbleiterchip aus Aluminium-Gallium-Indium-Phosphid (AlGaInP). Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, werden Elektronen und Löcher in den aktiven Bereich des Halbleiterübergangs injiziert. Wenn diese Ladungsträger rekombinieren, geben sie Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Zusammensetzung der AlGaInP-Legierung bestimmt die Bandlückenenergie, die wiederum die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts definiert – in diesem Fall im rötlich-orangen Spektrum (605-625 nm). Das im Chip erzeugte Licht wird durch die Oberseite extrahiert und durch die wasserklare Epoxidharzlinse des Gehäuses geformt.

14. Technologietrends

Der allgemeine Trend in der Indikator- und Hintergrundbeleuchtungs-LED-Technologie geht weiterhin in Richtung höherer Effizienz (mehr Lichtausbeute pro elektrischer Leistungseinheit), zunehmender Miniaturisierung über Gehäuse wie 15-21 hinaus und breiterer Farbgamuts. Ein weiterer starker Fokus liegt auf der Verbesserung von Zuverlässigkeit und Lebensdauer unter rauen Bedingungen wie höherer Temperatur und Luftfeuchtigkeit. Die Integration von Steuerelektronik, wie Konstantstromtreiber oder Pulsweitenmodulations-(PWM)-Controller, direkt in das LED-Gehäuse ist ein weiterer sich entwickelnder Trend, der die Schaltungsauslegung für den Endanwender vereinfacht. Darüber hinaus treibt das Streben nach Nachhaltigkeit Fortschritte bei Materialien voran, um immer strengere Umweltvorschriften über RoHS und REACH hinaus zu erfüllen.