SMD LED 17-21/T1D-KQ1R2B5Y/3T Datenblatt - Gehäuse 1.6x0.8x0.6mm - Spannung 2.7-3.1V - Leistung 40mW - Reines Weiß - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die 17-21/T1D-KQ1R2B5Y/3T ist eine kompakte, oberflächenmontierbare (SMD) LED, die für moderne elektronische Anwendungen entwickelt wurde, die Miniaturisierung und hohe Zuverlässigkeit erfordern. Diese einfarbige LED emittiert ein reines weißes Licht, das durch einen InGaN-Chip erzeugt wird, der in ein gelbes diffuses Harz eingekapselt ist. Ihr Hauptvorteil liegt in ihrem deutlich reduzierten Platzbedarf im Vergleich zu herkömmlichen LEDs mit Anschlussrahmen, was eine höhere Bauteildichte auf Leiterplatten (PCBs) ermöglicht, den benötigten Lagerplatz für Geräte reduziert und letztendlich zur Entwicklung kleinerer, leichterer Endgeräte beiträgt. Das Bauteil ist vollständig RoHS-konform, entspricht den EU REACH-Verordnungen und wird als halogenfreies Produkt hergestellt, wobei der Brom- und Chlorgehalt streng unter den Industriestandards kontrolliert wird.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Das Designkonzept der 17-21 SMD LED zielt auf die Ermöglichung von Miniaturisierung ab. Ihre kleinen physikalischen Abmessungen bedeuten direkt weniger benötigten Platz auf der Leiterplatte, was Designern erlaubt, kompaktere Produkte zu entwickeln. Das geringe Gewicht des Gehäuses macht es besonders geeignet für tragbare und Miniaturanwendungen, bei denen jedes Gramm zählt. Das Bauteil wird auf 8-mm-Trägerbahnen geliefert, die auf 7-Zoll-Spulen aufgewickelt sind, was die Kompatibilität mit schnellen, automatisierten Bestückungsgeräten sicherstellt – ein entscheidender Faktor für die Massenproduktion. Seine Kompatibilität mit Infrarot- und Dampfphasen-Reflow-Lötprozessen bietet Flexibilität in der Fertigung. Die primären Zielmärkte umfassen Unterhaltungselektronik, Automobilinnenräume (insbesondere Armaturenbrett- und Schalter-Hintergrundbeleuchtung), Telekommunikationsgeräte für Statusanzeigen und allgemeine Hintergrundbeleuchtung für LCDs und Bedienfelder.

2. Technische Parameter im Detail

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Analyse der im Datenblatt definierten Schlüsselparameter für Elektrik, Optik und Wärme und erklärt deren Bedeutung für Schaltungsdesign und Zuverlässigkeit.

2.1 Absolute Maximalwerte

Die absoluten Maximalwerte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden an der LED auftreten können. Dies sind keine Bedingungen für den Normalbetrieb, sondern Schwellenwerte, die niemals überschritten werden dürfen.

• Sperrspannung (VR): 5V- Das Anlegen einer Sperrvorspannung größer als 5V kann einen sofortigen Sperrschichtdurchbruch verursachen. Das Datenblatt weist ausdrücklich darauf hin, dass das Bauteil nicht für den Sperrbetrieb ausgelegt ist; dieser Wert gilt hauptsächlich für die IR (Sperrstrom)-Testbedingung. In der Anwendung ist oft ein externer Schaltungsschutz (z.B. eine parallel geschaltete Diode) erforderlich, wenn eine Sperrspannung möglich ist.
• Flussstrom (IF): 10mA- Dies ist der maximale empfohlene kontinuierliche Gleichstrom für einen zuverlässigen Langzeitbetrieb. Das Überschreiten dieses Stroms erhöht die Sperrschichttemperatur, beschleunigt den Lichtstromrückgang und verkürzt die Lebensdauer des Bauteils erheblich.
• Spitzen-Flussstrom (IFP): 100mA- Die LED kann kurze Stromimpulse (mit einem Tastverhältnis von 1/10 bei 1kHz) bis zu 100mA verkraften. Dies ist relevant für gepulsten Betrieb oder momentane Spitzenströme, sollte aber nicht für die Berechnung der stationären Verlustleistung verwendet werden.
• Verlustleistung (Pd): 40mW- Dies ist die maximale Leistung, die das Gehäuse bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C als Wärme abführen kann. Die tatsächliche Verlustleistung wird als Flussspannung (VF) * Flussstrom (IF) berechnet. Der Betrieb in der Nähe oder über dieser Grenze erfordert ein sorgfältiges Wärmemanagement.
• Betriebs- & Lagertemperatur:Das Bauteil ist für den Betrieb von -40°C bis +85°C ausgelegt und kann von -40°C bis +90°C gelagert werden. Dieser weite Bereich macht es für Automobil- und Industrieumgebungen geeignet.
• Löttemperatur:Es werden zwei Profile spezifiziert: 260°C für 10 Sekunden für Reflow-Löten (typisch für bleifreie Prozesse) und 350°C für 3 Sekunden für Handlöten. Die Einhaltung dieser Grenzen ist entscheidend, um Schäden an der internen Die-Bond-Verbindung oder dem Kunststoffgehäuse zu verhindern.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Diese Parameter werden unter Standardtestbedingungen (Ta=25°C, IF=5mA) gemessen und definieren die Leistung der LED.

• Lichtstärke (Iv): 72,0 - 180,0 mcd (Typisch)- Dies ist die Menge an sichtbarem Licht, die in eine bestimmte Richtung abgegeben wird. Der sehr große Bereich (72 bis 180 mcd) zeigt an, dass die LEDs basierend auf dem gemessenen Ausgang in verschiedene "Bins" sortiert werden, was in einem späteren Abschnitt detailliert beschrieben wird. Der Teststrom von 5mA liegt unterhalb des Maximalwerts und bietet einen Sicherheitsspielraum für die Messung.
• Abstrahlwinkel (2θ1/2): 150° (Typisch)- Dies ist der Winkel, bei dem die Lichtstärke halb so groß ist wie bei 0° (auf der Achse). Ein Abstrahlwinkel von 150° ist sehr breit und erzeugt ein diffuses, lambertstrahlerähnliches Abstrahlmuster, das sich für Flächenbeleuchtung und Hintergrundbeleuchtung eignet, bei der eine gleichmäßige Lichtverteilung gewünscht ist, anstatt eines fokussierten Strahls.
• Flussspannung (VF): 2,7V - 3,1V (Max)- Dies ist der Spannungsabfall über der LED, wenn sie mit dem Teststrom von 5mA betrieben wird. Die Variation ist auf Toleranzen im Halbleiterprozess zurückzuführen und wird ebenfalls durch Binning verwaltet. Ein strombegrenzender Widerstand muss immer in Reihe mit der LED geschaltet werden, um den Betriebsstrom einzustellen, da VF kein fester Wert ist.
• Sperrstrom (IR): 50 μA (Max)- Dies ist der Leckstrom, wenn eine Sperrvorspannung von 5V angelegt wird. Er ist bei einem intakten Bauteil typischerweise sehr klein.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um Konsistenz in der Massenproduktion sicherzustellen, werden LEDs getestet und in Leistungsgruppen oder "Bins" sortiert. Die 17-21/T1D-KQ1R2B5Y/3T verwendet ein Multi-Parameter-Binning-System, wie durch den Code "KQ1R2B5Y" angezeigt.

3.1 Binning der Lichtstärke

Die Lichtstärke wird in vier verschiedene Bins (Q1, Q2, R1, R2) sortiert. Bei der Spezifikation oder Bestellung zeigt das "R2" in der Artikelnummer das ausgewählte Bin an.

• Bin Q1:72,0 - 90,0 mcd
• Bin Q2:90,0 - 112,0 mcd
• Bin R1:112,0 - 140,0 mcd
• Bin R2:140,0 - 180,0 mcd

Dies ermöglicht es Designern, einen für ihre Anwendung geeigneten Helligkeitsgrad zu wählen, wobei höhere Bins typischerweise dort verwendet werden, wo maximale Lichtausbeute entscheidend ist.

3.2 Binning der Flussspannung

Die Flussspannung wird in 0,1V-Schritten von 2,7V bis 3,1V gebinnt. Das "B5" in der Artikelnummer entspricht einem dieser Bins. Das Abgleichen von VF-Bins in einem Design kann helfen, eine gleichmäßige Stromaufteilung sicherzustellen, wenn mehrere LEDs parallel geschaltet sind.

• Bin 29:2,7 - 2,8V
• Bin 30:2,8 - 2,9V
• Bin 31:2,9 - 3,0V
• Bin 32:3,0 - 3,1V

3.3 Binning der Farbkoordinaten

Die Farbe des weißen Lichts wird durch seine Farbkoordinaten (x, y) im CIE-1931-Diagramm definiert. Das Datenblatt definiert vier viereckige Bins (3, 4, 5, 6) in diesem Diagramm. Das "Y" in der Artikelnummer bezieht sich wahrscheinlich auf das gelbe diffuse Harz und das zugehörige Farb-Bin (z.B. Bin 5). Die spezifizierte Toleranz beträgt ±0,01 in beiden x- und y-Koordinaten, was eine Standardtoleranz für weiße LEDs ist und eine konsistente Farbwahrnehmung innerhalb einer Charge sicherstellt.

4. Mechanische und Gehäuseinformationen

4.1 Gehäuseabmessungen

Die 17-21 SMD LED hat ein kompaktes rechteckiges Gehäuse. Wichtige Abmessungen (in mm) umfassen eine typische Bauteilgröße von etwa 1,6 mm Länge und 0,8 mm Breite bei einer Höhe von etwa 0,6 mm. Die genauen Abmessungen, einschließlich der Lage der Lötpads und Toleranzen (±0,1 mm, sofern nicht anders angegeben), sind in der detaillierten Gehäusezeichnung angegeben. Die Kathode ist deutlich markiert, was für die korrekte Ausrichtung während der Montage entscheidend ist. Die kleine Größe erfordert ein präzises Design der PCB-Pads, um ein korrektes Löten und mechanische Stabilität zu gewährleisten.

4.2 Verpackung und Handhabung

Die Bauteile werden in feuchtigkeitsempfindlicher (MSD) Verpackung geliefert. Sie werden auf geprägter Trägerbahn (8 mm Teilung) geliefert, die auf 7-Zoll-Spulen aufgewickelt ist, mit 3000 Stück pro Spule. Die Verpackung enthält ein Trockenmittel und ist in einer aluminiumbeschichteten Feuchtigkeitsschutztüte versiegelt. Das Spulenetikett enthält wichtige Informationen: Kundenteilenummer (CPN), Herstellertypnummer (P/N), Menge (QTY) und die spezifischen Bincodes für Lichtstärke (CAT), Farbton (HUE) und Flussspannung (REF).

5. Löt- und Montagerichtlinien

Eine ordnungsgemäße Handhabung und Lötung ist entscheidend für die Zuverlässigkeit von SMD-Bauteilen.

5.1 Lagerung und Feuchtigkeitsempfindlichkeit

Die LED ist feuchtigkeitsempfindlich (MSL-Klassifizierung impliziert). Die Tüte sollte nicht geöffnet werden, bis die Bauteile einsatzbereit sind. Nach dem Öffnen müssen unbenutzte LEDs bei ≤30°C und ≤60% relativer Luftfeuchtigkeit gelagert und innerhalb von 168 Stunden (7 Tagen) verwendet werden. Wird dieses Zeitfenster überschritten oder zeigt das Trockenmittel Sättigung an, ist vor der Verwendung ein Ausheizen bei 60±5°C für 24 Stunden erforderlich, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und ein "Popcorning" während des Reflow-Lötens zu verhindern.

5.2 Lötprozess

Reflow-Löten:Ein bleifreies Reflow-Profil mit einer Spitzentemperatur von 260°C für bis zu 10 Sekunden ist spezifiziert. Das Bauteil sollte nicht mehr als zwei Reflow-Zyklen durchlaufen. Spannungen am LED-Gehäuse während der Erwärmung müssen vermieden werden.

Handlöten:Falls erforderlich, kann Handlöten mit einer Lötspitzentemperatur ≤350°C für ≤3 Sekunden pro Anschluss mit einem Niedrigleistungslötkolben (≤25W) durchgeführt werden. Ein Kühlintervall von >2 Sekunden zwischen den Anschlüssen wird empfohlen. Das Datenblatt warnt ausdrücklich, dass Handlöten oft zu Beschädigungen führt.

Reparatur:Eine Reparatur nach dem Löten wird nicht empfohlen. Falls unvermeidbar, muss ein spezieller Doppelspitzen-Lötkolben verwendet werden, um beide Anschlüsse gleichzeitig zu erhitzen und so thermische Belastung des Dies zu verhindern. Die Auswirkung auf die LED-Eigenschaften muss vorab bewertet werden.

6. Anwendungsvorschläge und Designüberlegungen

6.1 Typische Anwendungsszenarien

• Hintergrundbeleuchtung:Ideal für Armaturenbrett-Instrumentengruppen, Folientastschalter, Tastaturen und Symbole aufgrund des breiten Abstrahlwinkels und der gleichmäßigen Lichtverteilung.
• Statusanzeigen:Perfekt für Strom-, Verbindungs- oder Funktionsstatusleuchten in Telekommunikationsgeräten (Telefone, Faxgeräte), Unterhaltungselektronik und Industrie-Steuerungen.
• LCD-Hintergrundbeleuchtung:Kann für randbeleuchtete oder direkt beleuchtete Hintergrundbeleuchtung in kleinen monochromen oder farbigen LCD-Displays verwendet werden.
• Allgemeine Anzeigezwecke:Jede Anwendung, die eine kompakte, zuverlässige, helle weiße Anzeigeleuchte erfordert.

6.2 Kritische Designüberlegungen

1. Strombegrenzung ist zwingend erforderlich:Eine LED ist ein stromgesteuertes Bauteil. Ein Vorwiderstand muss immer verwendet werden, um den Flussstrom einzustellen. Das Datenblatt warnt, dass ohne ihn eine kleine Änderung der Versorgungsspannung eine große, zerstörerische Änderung des Stroms verursachen kann. Der Widerstandswert wird mit dem Ohmschen Gesetz berechnet: R = (V_Versorgung - VF_LED) / I_gewünscht. Verwenden Sie für ein konservatives Design immer den maximalen VF-Wert aus dem Bin oder Datenblatt.
2. Wärmemanagement:Obwohl das Gehäuse klein ist, erzeugt die Verlustleistung (bis zu 40mW) Wärme. Für Dauerbetrieb bei hohen Strömen (nahe 10mA) muss sichergestellt werden, dass die Leiterplatte ausreichende Wärmeableitung bietet, insbesondere wenn mehrere LEDs gruppiert sind. Hohe Sperrschichttemperaturen verringern die Lichtausbeute und Lebensdauer.
3. ESD-Schutz:Das Bauteil hat eine ESD HBM-Bewertung von 150V, was relativ niedrig ist. Während der Handhabung und Montage sollten Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen befolgt werden.
4. Optisches Design:Der 150° Abstrahlwinkel und das gelbe diffuse Harz erzeugen einen weichen, breiten Strahl. Für fokussierte Beleuchtung wären externe Linsen oder Lichtleiter erforderlich. Das diffuse Harz hilft, ein gleichmäßiges Erscheinungsbild zu erreichen, wenn es hinter einer Diffusorscheibe verwendet wird.

7. Technischer Vergleich und Differenzierung

Das 17-21-Gehäuse gehört zur Kategorie der sehr kleinen SMD-LEDs. Seine wichtigsten Unterscheidungsmerkmale sind die Kombination einer relativ hohen Lichtstärke (bis zu 180 mcd) mit einem extrem kleinen Platzbedarf (1,6x0,8mm). Im Vergleich zu größeren SMD-LEDs (z.B. 3528, 5050) bietet es überlegene Platzersparnis, kann aber eine geringere Gesamtlichtausbeute oder Leistungsfähigkeit haben. Im Vergleich zu noch kleineren Chip-LEDs bietet es aufgrund seiner verpackten Form und integrierten Linse eine einfachere Handhabung. Das explizite Binning für Intensität, Spannung und Farbton bietet ein Maß an Leistungskonsistenz, das für Anwendungen mit gleichmäßigem Erscheinungsbild, wie z.B. Hintergrundbeleuchtungsarrays, entscheidend ist.

8. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Warum ist der Flussstrom auf 10mA begrenzt, wenn er 100mA-Impulse verkraften kann?

A: Der 10mA-Wert gilt für den Dauerbetrieb und gewährleistet langfristige Zuverlässigkeit und die spezifizierte optische Leistung. Der 100mA-Impulswert gilt für kurze Dauer (z.B. 0,1ms alle 1ms). Dauerbetrieb bei hohem Strom erhöht die Sperrschichttemperatur, was zu beschleunigtem Abbau des Leuchtstoffs und des Halbleiters führt und vorzeitiges Abdunkeln oder Ausfall verursacht.

F: Wie wähle ich den richtigen strombegrenzenden Widerstand?

A: Verwenden Sie die Formel R = (V_Versorgung - VF) / IF. Für eine 5V-Versorgung und einen Zielstrom von 5mA, unter Verwendung des maximalen VF von 3,1V zur Sicherheit: R = (5 - 3,1) / 0,005 = 380 Ohm. Der nächstgelegene Standardwert (390 Ohm) wäre eine gute Wahl. Überprüfen Sie immer die Belastbarkeit des Widerstands: P = I^2 * R.

F: Kann ich diese LED direkt von einem Mikrocontroller-GPIO-Pin ansteuern?

A: Möglich, aber mit Vorsicht. Ein typischer GPIO-Pin kann 20-25mA liefern/aufnehmen. Sie müssen einen Vorwiderstand einbauen. Stellen Sie außerdem sicher, dass die Ausgangsspannung des Mikrocontrollers hoch genug ist, um die VF der LED (2,7-3,1V) zu überwinden. Ein 3,3V-Mikrocontroller könnte am unteren Ende des VF-Bereichs funktionieren, aber eine 5V-Versorgung ist zuverlässiger. Schließen Sie die LED niemals direkt zwischen den Pin und Masse ohne Widerstand an.

F: Was bedeuten "bleifrei" und "halogenfrei" für meine Anwendung?

A: "Bleifrei" bedeutet, dass die lötbaren Oberflächen kein Blei enthalten und Umweltvorschriften wie RoHS entsprechen. "Halogenfrei" (Br <900ppm, Cl <900ppm, Br+Cl <1500ppm) bedeutet, dass das Kunststoffgehäusematerial minimale Halogene enthält, was die Emission giftiger Dämpfe reduziert, wenn das Bauteil extremer Hitze oder Feuer ausgesetzt ist, und so das Umwelt- und Sicherheitsprofil verbessert.

9. Praktisches Design- und Anwendungsbeispiel

Szenario: Entwurf einer hintergrundbeleuchteten Tastatur für ein Medizingerät.

Das Design erfordert 12 weiße Anzeigeleuchten hinter Silikon-Gummikappen. Der Platz auf der doppelseitigen Leiterplatte ist extrem begrenzt. Die 17-21 LED wird aufgrund ihres minimalen Platzbedarfs ausgewählt. Der Designer wählt das R2-Lichtstärke-Bin, um gute Sichtbarkeit in einer hell beleuchteten Umgebung sicherzustellen. Alle LEDs werden aus demselben VF-Bin (z.B. 30) spezifiziert, um gleichmäßige Helligkeit zu fördern, wenn sie in einer Parallelschaltung betrieben werden, die von einem einzelnen strombegrenzenden Widerstand pro Parallelzweig angetrieben wird (nicht ein einzelner Widerstand für alle 12). Das PCB-Layout platziert die Wärmeableitungspads gemäß der Datenblattzeichnung. Der Montagebetrieb wird angewiesen, das spezifizierte Reflow-Profil einzuhalten und die Bauteile bis unmittelbar vor der Platzierung in der versiegelten Tüte zu lassen. Nach der Montage sorgt der breite 150° Abstrahlwinkel für eine gleichmäßige Ausleuchtung jeder Taste ohne Hotspots.

10. Funktionsprinzip und Technologietrends

10.1 Grundlegendes Funktionsprinzip

Dies ist eine phosphorkonvertierte weiße LED. Der Kern ist ein Halbleiterchip aus Indiumgalliumnitrid (InGaN), der bei Vorwärtsspannung (Elektrolumineszenz) Licht im blauen oder nahen ultravioletten Spektrum emittiert. Dieses Primärlicht wird dann von einer Phosphorschicht absorbiert – in diesem Fall ein gelb emittierender Phosphor, der im diffusen Harz-Einkapselungsmaterial suspendiert ist. Der Phosphor emittiert Licht bei längeren Wellenlängen (gelb) neu. Die Kombination des nicht konvertierten blauen Lichts vom Chip und des konvertierten gelben Lichts vom Phosphor führt zur Wahrnehmung von "weißem" Licht. Der genaue Farbton (kaltweiß, reinweiß, warmweiß) wird durch die Zusammensetzung und Menge des verwendeten Phosphors bestimmt, die während der Herstellung gesteuert wird, um die spezifizierten Farbkoordinaten-Bins zu treffen.

10.2 Objektive Technologietrends

Der allgemeine Trend in der SMD-LED-Technologie verfolgt weiterhin mehrere Hauptziele:Erhöhte Effizienz (lm/W):Verbesserung der Lichtausbeute pro Einheit elektrischer Leistung, Reduzierung des Energieverbrauchs und der thermischen Belastung.Höhere Zuverlässigkeit und Lebensdauer:Verbesserung von Materialien und Gehäusen, um höheren Temperaturen und mehr Betriebsstunden mit minimalem Lichtstromrückgang standzuhalten.Verbesserte Farbkonstanz und Farbwiedergabe:Engere Binning-Toleranzen und die Entwicklung von Phosphoren, die höhere Farbwiedergabeindex (CRI)-Werte für natürlicher aussehendes weißes Licht bieten.Weitere Miniaturisierung:Die Entwicklung noch kleinerer Gehäuseabmessungen bei gleichbleibender oder steigender Lichtausbeute.Integrierte Lösungen:Die Zunahme von LEDs mit eingebauten Stromreglern, Controllern oder mehreren Chips in einem einzigen Gehäuse, um den Schaltungsentwurf zu vereinfachen. Die 17-21 LED repräsentiert einen ausgereiften, kosteneffektiven Punkt in dieser fortschreitenden Entwicklung, optimiert für zuverlässige Leistung in platzbeschränkten, hochvolumigen Anwendungen.