SMD LED 27-21/GHC-YR1S2M/3C Datenblatt - 2.0x1.25x0.8mm - 3.95V Max - 95mW - Brillantgrün - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die 27-21 SMD LED ist ein kompaktes, oberflächenmontierbares Bauteil, das für hochintegrierte elektronische Baugruppen konzipiert ist. Ihr Hauptvorteil liegt im deutlich reduzierten Platzbedarf im Vergleich zu herkömmlichen LEDs mit Anschlussrahmen. Dies ermöglicht kleinere Leiterplatten (PCB)-Designs, eine höhere Bauteilpackungsdichte und letztlich kompaktere Endgeräte. Das Bauteil ist leichtgewichtig und daher besonders geeignet für Miniatur- und platzbeschränkte Anwendungen.

Die Kerntechnologie nutzt einen InGaN (Indiumgalliumnitrid)-Halbleiterchip, der in klarem Harz eingekapselt ist und ein brillantes grünes Licht emittiert. Es handelt sich um eine einfarbige LED, die in einer für Standard-Automatikbestückungsgeräte kompatiblen Form geliefert wird. Das Produkt entspricht den wichtigsten Umwelt- und Sicherheitsrichtlinien: Es ist bleifrei, RoHS-konform, EU REACH-konform und halogenfrei (mit Brom <900 ppm, Chlor <900 ppm und Br+Cl < 1500 ppm).

1.1 Hauptmerkmale und Vorteile

• Miniaturisierung:Ermöglicht kleinere Leiterplattendesigns und höhere Packungsdichte.
• Automatisierungstauglich:Verpackt auf 8-mm-Trägerband auf 7-Zoll-Spulen für die Kompatibilität mit automatischen Bestückungssystemen.
• Robuste Prozesskompatibilität:Geeignet für Infrarot- und Dampfphasen-Reflow-Lötprozesse.
• Umweltkonformität:Einhaltung der Standards für bleifrei, RoHS, REACH und halogenfrei.

2. Vertiefung der technischen Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Grenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Ein Betrieb bei oder über diesen Grenzen ist nicht garantiert.

• Sperrspannung (V_R):5 V - Die maximal zulässige Spannung in Sperrrichtung.
• Durchlassstrom (I_F):25 mA - Der maximal zulässige kontinuierliche Gleichstrom-Durchlassstrom.
• Spitzen-Durchlassstrom (I_FP):100 mA - Der maximal zulässige gepulste Durchlassstrom, erlaubt bei einem Tastverhältnis von 1/10 und einer Frequenz von 1 kHz.
• Verlustleistung (P_d):95 mW - Die maximale Leistung, die das Bauteil bei einer Umgebungstemperatur (T_a) von 25°C abführen kann.
• Elektrostatische Entladung (ESD) Human Body Model (HBM):150 V - Zeigt eine moderate Empfindlichkeit gegenüber ESD an; es sind geeignete Handhabungsverfahren erforderlich.
• Betriebstemperatur (T_opr):-40°C bis +85°C - Der Umgebungstemperaturbereich für einen zuverlässigen Betrieb.
• Lagertemperatur (T_stg):-40°C bis +90°C.
• Löttemperatur (T_sol):Reflow: 260°C Spitze für max. 10 Sekunden. Handlöten: 350°C für max. 3 Sekunden pro Anschluss.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Diese Parameter werden unter Standardtestbedingungen von T_a=25°C und I_F=20 mA gemessen, sofern nicht anders angegeben. Sie definieren die optische und elektrische Leistung der LED.

• Lichtstärke (I_v):112 bis 285 mcd (Millicandela). Ein typischer Wert ist nicht angegeben, was darauf hinweist, dass die Leistung durch das später beschriebene Binning-System gesteuert wird.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):130 Grad (typisch). Dieser breite Abstrahlwinkel macht sie geeignet für Anzeige- und Hintergrundbeleuchtungsanwendungen, bei denen die Sichtbarkeit aus verschiedenen Winkeln wichtig ist.
• Spitzenwellenlänge (λ_p):518 nm (typisch). Die Wellenlänge, bei der die spektrale Emission am stärksten ist.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):520 bis 535 nm. Dies ist die vom menschlichen Auge wahrgenommene Einzelwellenlänge der LED-Farbe.
• Spektrale Bandbreite (Δλ):35 nm (typisch). Die Breite des emittierten Spektrums bei halber Maximalintensität (FWHM).
• Durchlassspannung (V_F):2,75 bis 3,95 V bei I_F=20 mA. Dieser Bereich ist entscheidend für den Schaltungsentwurf, insbesondere für die Berechnung des Vorwiderstands.
• Sperrstrom (I_R):50 μA (max) bei V_R=5V.

Wichtige Hinweise:Das Datenblatt spezifiziert Toleranzen für Schlüsselparameter: Lichtstärke (±11%), dominante Wellenlänge (±1 nm) und Durchlassspannung (±0,1 V). Es wird ausdrücklich gewarnt, dass der Sperrspannungszustand nur für Testzwecke dient und die LED nicht in Sperrrichtung betrieben werden sollte.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um eine konsistente Farbe und Helligkeit in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs nach Leistungsklassen sortiert. Dieses Bauteil verwendet ein dreidimensionales Binning-System.

3.1 Lichtstärke-Binning

Die Klassen werden durch die Codes R1, R2, S1 und S2 definiert, mit minimalen und maximalen Lichtstärkewerten gemessen bei I_F=20 mA.

• R1:112 - 140 mcd
• R2:140 - 180 mcd
• S1:180 - 225 mcd
• S2:225 - 285 mcd

3.2 Binning der dominanten Wellenlänge

Die Klassen werden durch die Codes X, Y und Z definiert, die den präzisen Grünton steuern.

• X:520 - 525 nm
• Y:525 - 530 nm
• Z:530 - 535 nm

3.3 Binning der Durchlassspannung

Die Klassen werden durch die Codes 5, 6, 7 und 8 definiert, was für den Entwurf gleichmäßiger Stromtreiberschaltungen entscheidend ist, insbesondere wenn mehrere LEDs parallel geschaltet sind.

• 5:2,75 - 3,05 V
• 6:3,05 - 3,35 V
• 7:3,35 - 3,65 V
• 8:3,65 - 3,95 V

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt verweist auf typische elektro-optische Kennlinien, die für das Verständnis des Bauteilverhaltens unter nicht-standardisierten Bedingungen wesentlich sind. Obwohl die spezifischen Graphen im bereitgestellten Text nicht detailliert sind, umfassen sie typischerweise:

• Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Zeigt, wie die Lichtleistung mit steigender Sperrschichttemperatur abnimmt. Dies ist entscheidend für das thermische Management in Hochleistungs- oder Hochtemperaturanwendungen.
• Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom:Veranschaulicht die nichtlineare Beziehung zwischen Treiberstrom und Lichtleistung. Ein Betrieb über dem empfohlenen Strom führt zu verminderter Effizienz und beschleunigtem Degradationsprozess.
• Durchlassspannung vs. Durchlassstrom (I-V-Kennlinie):Demonstriert die exponentielle Beziehung und unterstreicht die Notwendigkeit einer strombegrenzenden Schaltung. Eine kleine Erhöhung der Spannung kann einen großen, potenziell zerstörerischen, Anstieg des Stroms verursachen.
• Spektrale Verteilung:Ein Graph der relativen Intensität gegenüber der Wellenlänge, der das Maximum bei ~518 nm und die ~35 nm Bandbreite zeigt und den brillantgrünen Farbpunkt bestätigt.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die 27-21 SMD LED hat ein kompaktes, rechteckiges Gehäuse. Wichtige Abmessungen (in mm, mit einer allgemeinen Toleranz von ±0,1 mm, sofern nicht anders angegeben) umfassen Gesamtlänge, -breite und -höhe sowie den Abstand und die Größe der Lötpads. Diese Abmessungen sind entscheidend für das Design des PCB-Landmusters, um ein korrektes Löten und Ausrichten zu gewährleisten. Die Polarität wird durch eine Markierung auf dem Gehäuse angezeigt, die mit der entsprechenden Markierung auf dem PCB-Footprint ausgerichtet sein muss.

5.2 Polaritätskennzeichnung

Die korrekte Polarität ist für den Betrieb des Bauteils unerlässlich. Die Gehäusezeichnung im Datenblatt zeigt den Kathoden- (negativen) Anschluss, typischerweise mit einer visuellen Markierung wie einer Kerbe, einem Punkt oder einer abgeschrägten Kante am Gehäuse. Das PCB-Footprint-Design muss diese Markierung berücksichtigen, um Bestückungsfehler zu vermeiden.

6. Löt- und Bestückungsrichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil

Das Bauteil ist mit bleifreien Reflow-Prozessen kompatibel. Das empfohlene Temperaturprofil ist entscheidend, um thermischen Schock und Schäden zu verhindern:

• Vorwärmen:150–200°C für 60–120 Sekunden.
• Zeit über Liquidus (TAL):60–150 Sekunden über 217°C.
• Spitzentemperatur:260°C maximal, nicht länger als 10 Sekunden gehalten.
• Aufheizrate:Maximal 6°C pro Sekunde.
• Zeit über 255°C:Maximal 30 Sekunden.
• Abkühlrate:Maximal 3°C pro Sekunde.

Kritische Einschränkung:Reflow-Löten sollte nicht mehr als zweimal am selben Bauteil durchgeführt werden.

6.2 Handlöten

Falls Handlöten notwendig ist, ist äußerste Vorsicht geboten:

• Verwenden Sie einen Lötkolben mit einer Spitzentemperatur unter 350°C.
• Begrenzen Sie die Kontaktzeit auf 3 Sekunden oder weniger pro Anschluss.
• Verwenden Sie einen Lötkolben mit einer Leistung von 25W oder weniger.
• Halten Sie zwischen dem Löten jedes Anschlusses ein Mindestintervall von 2 Sekunden ein, um Abkühlung zu ermöglichen.

6.3 Lagerung und Feuchtigkeitssensitivität

Die LEDs sind in feuchtigkeitsbeständigen Barrieretüten mit Trockenmittel verpackt.

• Vor dem Öffnen:Lagern bei ≤30°C und ≤60% relativer Luftfeuchtigkeit.
• Bodenlebensdauer:Nach dem Öffnen der feuchtigkeitsdichten Tüte müssen die Bauteile innerhalb von 168 Stunden (7 Tagen) verwendet werden.
• Nachtrocknen:Wird die Bodenlebensdauer überschritten oder ändert der Trockenmittelindikator die Farbe, ist vor dem Reflow-Löten ein Ausheizen bei 60 ±5°C für 24 Stunden erforderlich.

6.4 Reparatur und Nacharbeit

Eine Reparatur nach dem Löten wird dringend abgeraten. Falls unvermeidbar, muss ein spezieller Doppelspitzen-Lötkolben verwendet werden, um beide Anschlüsse gleichzeitig zu erhitzen und mechanische Belastungen der Lötstellen zu verhindern. Das Risiko, die LED während der Reparatur zu beschädigen, ist hoch und sollte vorab bewertet werden.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Verpackungsspezifikationen

Das Bauteil wird im Tape-and-Reel-Format für die automatische Bestückung geliefert.

• Trägerbandbreite:8 mm.
• Spulendurchmesser:7 Zoll.
• Stückzahl pro Spule:3000 Stück.
• Feuchtigkeitssensitivitätsstufe (MSL):Impliziert durch die 7-tägige Bodenlebensdauer und die Back-Anforderungen, entspricht typischerweise MSL 3.

7.2 Etikettenerklärung

Das Spulenetikett enthält wichtige Informationen für die Rückverfolgbarkeit und korrekte Anwendung:

• P/N:Produktnummer (z.B. 27-21/GHC-YR1S2M/3C).
• CAT:Lichtstärke-Klasse (z.B. S2).
• HUE:Farbortkoordinaten & Dominante Wellenlängen-Klasse (z.B. Y).
• REF:Durchlassspannungs-Klasse (z.B. 6).
• LOT No:Herstellungslosnummer für die Rückverfolgbarkeit.

8. Anwendungsvorschläge und Designüberlegungen

8.1 Typische Anwendungsszenarien

• Hintergrundbeleuchtung:Ideal für Armaturenbrett-Anzeigen, Schalterbeleuchtung und flache Hintergrundbeleuchtung für LCDs und Symbole aufgrund des breiten Abstrahlwinkels und der gleichmäßigen Farbe.
• Telekommunikationsgeräte:Statusanzeigen und Tastaturbeleuchtung in Geräten wie Telefonen und Faxgeräten.
• Allgemeine Anzeigezwecke:Jede Anwendung, die eine kompakte, zuverlässige, hellgrüne Anzeige erfordert.

8.2 Kritische Designüberlegungen

1. Strombegrenzung ist zwingend erforderlich:LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Ein externer Vorwiderstand muss immer in Reihe mit der LED geschaltet werden. Der Wert wird mit dem Ohmschen Gesetz berechnet: R = (V_versorgung- V_F) / I_F. Verwenden Sie den maximalen V_F-Wert aus der Klasse oder dem Datenblatt, um sicherzustellen, dass der Strom unter ungünstigsten Bedingungen 25 mA nicht überschreitet.
2. Thermisches Management:Obwohl die Verlustleistung gering ist, ist die Aufrechterhaltung einer niedrigen Sperrschichttemperatur der Schlüssel für langfristige Zuverlässigkeit und stabile Lichtleistung. Sorgen Sie für ausreichende PCB-Kupferfläche oder Wärmeleitungen, wenn bei hohen Umgebungstemperaturen oder nahe dem Maximalstrom betrieben wird.
3. ESD-Schutz:Implementieren Sie während der Handhabung und Bestückung Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen. Erwägen Sie das Hinzufügen von Transientenspannungsunterdrückungs- (TVS) Dioden oder Widerständen auf empfindlichen Leitungen, wenn die Anwendungsumgebung anfällig für statische Entladungen ist.
4. Binning für Gleichmäßigkeit:Für Anwendungen, die ein einheitliches Erscheinungsbild erfordern (z.B. Multi-LED-Arrays), geben Sie enge Klassen für Lichtstärke (CAT) und dominante Wellenlänge (HUE) an. Die Verwendung von LEDs aus demselben Herstellungslos (LOT No.) verbessert die Gleichmäßigkeit weiter.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die 27-21 SMD LED unterscheidet sich hauptsächlich durch ihre ausgewogene Kombination aus Größe, Leistung und Zuverlässigkeitsmerkmalen.

• Vergleich mit größeren LEDs mit Anschlussrahmen:Bietet eine drastische Reduzierung des Platzbedarfs und des Gewichts und ermöglicht so moderne miniaturisierte Designs. Das SMD-Format ermöglicht eine schnellere, zuverlässigere automatische Bestückung.
• Vergleich mit anderen SMD-Grün-LEDs:Die spezifische Kombination aus einem 130-Grad-Abstrahlwinkel, einer brillantgrünen Farbe vom InGaN-Chip und umfassender Umweltkonformität (Halogenfrei, REACH) macht sie für ein breites Spektrum von Verbraucher- und Industrieanwendungen geeignet, bei denen diese Faktoren priorisiert werden.
• Integrierte Konformität:Die vorgegebene Konformität mit wichtigen globalen Vorschriften (RoHS, REACH, Halogenfrei) reduziert den Qualifizierungsaufwand für Integratoren und bietet einen erheblichen Vorteil in regulierten Märkten.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F1: Warum ist ein Vorwiderstand absolut notwendig?

A1: Die I-V-Kennlinie einer LED ist exponentiell. Eine kleine Erhöhung der Durchlassspannung über den typischen Wert hinaus verursacht einen sehr großen Anstieg des Stroms, der sofort den absoluten Maximalwert von 25 mA überschreiten und das Bauteil zerstören kann. Der Widerstand sorgt für einen linearen, vorhersehbaren Spannungsabfall, um den Strom zu stabilisieren.

F2: Kann ich diese LED mit einer 3,3V-Versorgung ohne Widerstand betreiben?

A2: Nein. Selbst wenn 3,3V innerhalb des V_F-Bereichs (2,75-3,95V) liegt, ist die tatsächliche V_F einer bestimmten LED ohne Binning nicht bekannt. Eine 3,3V-Versorgung könnte 3,3V direkt an eine LED mit einer V_F von 3,0V anlegen und einen übermäßigen Strom verursachen. Verwenden Sie immer einen Vorwiderstand in Reihe.

F3: Was passiert, wenn ich die 7-tägige Bodenlebensdauer nach dem Öffnen der Tüte überschreite?

A3: Das Kunststoffgehäuse nimmt Feuchtigkeit auf. Während des Reflow-Lötens kann sich diese Feuchtigkeit schnell ausdehnen und zu innerer Delamination oder \"Popcorning\" führen, was das Gehäuse zum Reißen bringt und zum Ausfall führt. Ein Ausheizen bei 60°C für 24 Stunden entfernt diese aufgenommene Feuchtigkeit.

F4: Warum ist Reflow auf zwei Zyklen begrenzt?

A4: Jeder Reflow-Zyklus setzt das Bauteil erheblichem thermischem Stress aus. Mehrere Zyklen können die internen Bonddrähte verschlechtern, Lötstellen schwächen oder den Halbleiterchip selbst beschädigen, was die Zuverlässigkeit verringert.

11. Praktische Anwendungsfallstudie

Szenario: Entwurf eines Multi-Anzeige-Statuspanels für ein Unterhaltungselektronikgerät.

1. Anforderung:10 einheitliche brillantgrüne LEDs für \"Eingeschaltet\"- und \"Modus aktiv\"-Anzeigen.
2. Entwurfsschritte:
   • Schaltungsentwurf:Eine 5V-Versorgung ist verfügbar. Unter Verwendung der maximalen V_F von 3,95V und eines Ziel-I_F von 20 mA, berechne R = (5V - 3,95V) / 0,02A = 52,5Ω. Wähle den nächstgelegenen Standardwert (z.B. 56Ω). Berechne den tatsächlichen Strom neu: I_F= (5V - 3,2V_typ) / 56Ω ≈ 32 mA (zu hoch). Wiederhole die Berechnung mit einem realistischeren typischen V_F von 3,2V: R = (5V - 3,2V) / 0,02A = 90Ω. Dies ergibt einen sicheren Strom zwischen 17,8 mA (bei V_F=3,95V) und 20 mA (bei V_F=3,2V). Ein 91Ω- oder 100Ω-Widerstand ist eine gute Wahl.
   • PCB-Layout:Platziere LEDs mit korrekter Polarisationsausrichtung. Biete ausreichend Abstand für den 130-Grad-Abstrahlkegel, wenn die Anzeigen aus einem Winkel betrachtet werden.
   • Beschaffung:Gebe enge Klassen an den Distributor an: z.B. CAT=S2 (225-285 mcd) und HUE=Y (525-530 nm), um Helligkeits- und Farbkonsistenz über alle 10 Anzeigen sicherzustellen. Die Anforderung von Teilen aus demselben LOT No. ist ratsam.
   • Bestückung:Befolge das Reflow-Profil genau. Verwende die LEDs innerhalb von 7 Tagen nach dem Öffnen der versiegelten Tüte.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Leuchtdioden (LEDs) sind Halbleiterbauteile, die elektrische Energie direkt in Licht umwandeln, durch einen Prozess namens Elektrolumineszenz. Das Herzstück der 27-21 LED ist ein Chip aus InGaN (Indiumgalliumnitrid)-Halbleitermaterialien. Wenn eine Durchlassspannung an den P-N-Übergang dieses Halbleiters angelegt wird, rekombinieren Elektronen aus dem N-Typ-Material mit Löchern aus dem P-Typ-Material im aktiven Bereich. Diese Rekombination setzt Energie in Form von Photonen (Lichtteilchen) frei. Die spezifische Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts wird durch die Bandlückenenergie des Halbleitermaterials bestimmt. InGaN hat eine Bandlücke, die Licht im blau-grünen Spektrum entspricht. In diesem Bauteil ist die Zusammensetzung auf die Erzeugung von brillantgrünem Licht mit einer Spitzenwellenlänge um 518 nm abgestimmt. Das klare Epoxidharz-Einkapselungsmaterial schützt den Chip und wirkt auch als Linse, die das Licht in den spezifizierten 130-Grad-Abstrahlwinkel formt.

13. Technologietrends und Kontext

Die 27-21 LED repräsentiert eine ausgereifte und weit verbreitete Technologie innerhalb der breiteren Entwicklung der Festkörperbeleuchtung. Wichtige Trends, die dieses Produktsegment beeinflussen, sind:

• Fortgesetzte Miniaturisierung:Das Streben nach kleineren, dünneren und funktionsreicheren elektronischen Geräten treibt die Entwicklung immer kleinerer LED-Gehäuse (z.B. 0201, 01005 Größen) bei gleichbleibender oder verbesserter optischer Leistung voran.
• Verbesserte Effizienz und Leuchtdichte:Laufende Verbesserungen in der epitaktischen Schichtabscheidung und im Chipdesign führen zu höherer Lichtausbeute (mehr Lichtleistung pro elektrischer Eingangsleistung), was einen geringeren Stromverbrauch oder höhere Helligkeit bei gleicher Gehäusegröße ermöglicht.
• Farbkonsistenz und fortschrittliches Binning:Anforderungen aus Display- und Automobilanwendungen treiben engere Binning-Toleranzen und den Einsatz ausgefeilterer Multiparameter-Binning-Verfahren voran (z.B. Kombination von Lichtstrom, Wellenlänge und Durchlassspannung in einem einzigen Code), um perfekte Gleichmäßigkeit in großen Arrays zu erreichen.
• Integration von Funktionalität:Ein Trend zur Integration von Steuerschaltungen (wie Konstantstromtreiber) oder mehrfarbigen Chips (RGB) in ein einziges Gehäuse, um den Systementwurf zu vereinfachen und den Platzbedarf auf der Leiterplatte zu reduzieren.
• Zuverlässigkeit und Eignung für raue Umgebungen:Entwicklung von LEDs mit verbesserter Leistung bei hohen Temperaturen und unter hoher Luftfeuchtigkeit, was ihre Verwendung in Automobil-, Industrie- und Außenanwendungen erweitert. Die in diesem Datenblatt hervorgehobene Umweltkonformität (Halogenfrei, REACH) ist eine direkte Reaktion auf globale regulatorische Trends.

Während die 27-21 ein Standardbauteil ist, spiegelt ihr Design diese Branchenanforderungen an Zuverlässigkeit, Konformität und Leistung in einem kompakten, automatisierbaren Format wider.