SMD LED 15-215/G7C-BN1P2B/2T Spezifikation - Brillantes Gelbgrün - 20mA - 2,35V Max - Technisches Datenblatt

1. Produktübersicht

Die 15-215/G7C-BN1P2B/2T ist eine oberflächenmontierbare (SMD) LED, die einen AlGaInP-Halbleiterchip (Aluminium-Gallium-Indium-Phosphid) nutzt, um ein brillantes gelbgrünes Licht zu emittieren. Diese LED zeichnet sich durch ihre kompakte Bauform aus, die kleinere Leiterplatten (PCB)-Designs, eine höhere Bauteildichte und letztlich die Entwicklung miniaturisierterer Elektronikgeräte ermöglicht. Ihr geringes Gewicht erhöht zudem die Eignung für Anwendungen, bei denen Platz und Gewicht kritische Einschränkungen darstellen.

Das Bauteil ist auf 8 mm breitem Trägerband verpackt, das auf eine 7-Zoll-Spule aufgewickelt ist, und ist somit voll kompatibel mit standardmäßigen automatischen Bestückungsanlagen. Es ist für den Einsatz mit Infrarot- und Dampfphasen-Reflow-Lötverfahren ausgelegt. Das Produkt entspricht wichtigen Umwelt- und Sicherheitsvorschriften: Es ist bleifrei (Pb-frei), erfüllt die EU-RoHS-Richtlinie, die EU-REACH-Verordnung und entspricht halogenfreien Standards (Brom <900 ppm, Chlor <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm).

2. Vertiefung der technischen Parameter

2.1 Absolute Grenzwerte

Die absoluten Grenzwerte definieren die Limits, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Diese Werte gelten bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C. Die maximale Sperrspannung (VR) beträgt 5V. Der maximale Dauerstrom (IF) beträgt 25 mA. Für gepulsten Betrieb ist ein Spitzenstrom (IFP) von 60 mA bei einem Tastverhältnis von 1/10 und 1 kHz zulässig. Die maximale Verlustleistung (Pd) beträgt 60 mW. Das Bauteil hält einer elektrostatischen Entladung (ESD) von 2000V gemäß Human Body Model (HBM) stand. Der Betriebstemperaturbereich (Topr) liegt zwischen -40°C und +85°C, der Lagertemperaturbereich (Tstg) zwischen -40°C und +90°C. Beim Löten hält es einer Reflow-Lötung bei 260°C für 10 Sekunden oder einer Handlötung bei 350°C für maximal 3 Sekunden stand.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Die Kernleistung wird unter Standardtestbedingungen (Ta=25°C, IF=20mA) definiert. Die Lichtstärke (Iv) hat einen typischen Bereich. Das Bauteil verfügt über einen breiten Abstrahlwinkel (2θ1/2) von etwa 140 Grad. Die Spitzenwellenlänge (λp) liegt bei etwa 575 nm, die dominante Wellenlänge (λd) im Bereich von 567,5 nm bis 575,5 nm. Die spektrale Bandbreite (Δλ) beträgt typischerweise 20 nm. Die Flussspannung (VF) liegt zwischen 1,75V und 2,35V. Der Sperrstrom (IR) beträgt maximal 10 μA bei einer angelegten Sperrspannung (VR) von 5V. Es ist entscheidend zu beachten, dass das Bauteil nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt ist; die VR-Angabe dient ausschließlich zum Testen des IR-Parameters.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um die Konsistenz in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs anhand wichtiger Parameter in Bins (Sortierklassen) sortiert. Dies ermöglicht es Designern, Bauteile auszuwählen, die spezifische Leistungskriterien für ihre Anwendung erfüllen.

3.1 Binning der Lichtstärke

Die Lichtstärke wird in vier Bins (N1, N2, P1, P2) kategorisiert, gemessen bei IF=20mA. Die Bins definieren Mindest- und Höchstwerte, um ein bestimmtes Helligkeitsniveau zu garantieren. Designer müssen eine zusätzliche Toleranz von ±11% auf die Lichtstärke innerhalb eines Bins berücksichtigen.

3.2 Binning der dominanten Wellenlänge

Die Farbe, definiert durch die dominante Wellenlänge, wird in vier Bins (C15, C16, C17, C18) sortiert, die jeweils einen 2 nm-Bereich von 567,5 nm bis 575,5 nm abdecken. Innerhalb eines Bins gilt eine Toleranz von ±1 nm für die dominante Wellenlänge.

3.3 Binning der Flussspannung

Die Flussspannung wird in drei Bins (0, 1, 2) gruppiert, die jeweils einen 0,2V-Bereich von 1,75V bis 2,35V umfassen. Innerhalb eines Bins gilt eine Toleranz von ±0,1V für die Flussspannung. Dieses Binning ist entscheidend für den Entwurf konsistenter Stromtreiberschaltungen, insbesondere wenn mehrere LEDs parallel geschaltet sind.

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere Kennlinien, die das Verhalten des Bauteils unter variierenden Bedingungen veranschaulichen. DieRelative Lichtstärke vs. Durchlassstrom-Kurve zeigt, wie die Lichtleistung mit dem Strom ansteigt, typischerweise bei höheren Strömen aufgrund von Erwärmung und Effizienzabfall in sublinearer Weise. DieStromreduzierungskurve (Derating-Kurve)ist für das thermische Management essenziell; sie zeigt, dass der maximal zulässige Durchlassstrom reduziert werden muss, wenn die Umgebungstemperatur über 25°C steigt, um eine Überschreitung der maximalen Sperrschichttemperatur und der Verlustleistungsgrenzen zu verhindern. DasSpektrum-Diagramm stellt die relative Strahlungsleistung als Funktion der Wellenlänge dar, zentriert um 575 nm mit der charakteristischen 20 nm Bandbreite. DieStrom-Spannungs-Kennlinie (I-V-Kurve)zeigt die für eine Diode typische exponentielle Beziehung; ein kleiner Spannungsanstieg führt zu einem großen Stromanstieg, was die Notwendigkeit einer strombegrenzenden Schaltung unterstreicht. DasAbstrahldiagramm(Polardiagramm) stellt die räumliche Verteilung der Lichtintensität visuell dar und bestätigt den 140-Grad-Abstrahlwinkel.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

Die Gehäusezeichnung liefert kritische Abmessungen für das PCB-Footprint-Design. Wichtige Maße sind die Gesamtlänge und -breite, die Größe und Position der Lötpads sowie die Bauteilhöhe. Die Toleranzen betragen typischerweise ±0,1 mm, sofern nicht anders angegeben. Die Polarität ist auf dem Bauteil selbst angegeben und muss korrekt mit der entsprechenden Polungsmarkierung auf dem PCB-Footprint ausgerichtet werden, um einen ordnungsgemäßen Betrieb zu gewährleisten.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Sachgemäße Handhabung und Lötung sind für die Zuverlässigkeit entscheidend. Das Bauteil wird in feuchtigkeitsempfindlicher Verpackung geliefert. Der Beutel darf erst geöffnet werden, wenn die Bauteile verwendungsbereit sind. Nach dem Öffnen sollten die LEDs bei ≤30°C und ≤60% relativer Luftfeuchtigkeit gelagert und innerhalb von 168 Stunden (7 Tagen) verwendet werden. Wird diese Zeit überschritten oder zeigt der Trockenmittelindikator Sättigung an, ist vor der Verwendung ein Trocknungsprozess (Baking) bei 60±5°C für 24 Stunden erforderlich.

Für bleifreies Reflow-Löten muss ein spezifisches Temperaturprofil eingehalten werden: Vorwärmen zwischen 150-200°C für 60-120 Sekunden, eine Zeit oberhalb der Liquidustemperatur (217°C) von 60-150 Sekunden, eine Spitzentemperatur von maximal 260°C, die höchstens 10 Sekunden gehalten wird, und kontrollierte Abkühlraten. Das Reflow-Löten sollte nicht öfter als zweimal durchgeführt werden. Beim Handlöten muss die Lötspitzentemperatur unter 350°C liegen, die Kontaktzeit pro Anschluss 3 Sekunden nicht überschreiten, und zwischen dem Löten der einzelnen Anschlüsse sollte ein geeigneter Abstand eingehalten werden. Eine Reparatur nach dem ersten Löten ist nicht empfehlenswert. Falls unvermeidbar, sollte ein spezieller Doppelkopflötkolben verwendet werden, um beide Anschlüsse gleichzeitig zu erhitzen und mechanische Belastung zu vermeiden.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

Die LEDs werden in einem feuchtigkeitsresistenten Verpackungssystem geliefert. Sie werden in Trägerband eingelegt, das dann auf eine 7-Zoll-Spule aufgewickelt wird. Jede Spule enthält 2000 Stück. Die Spule wird zusammen mit Trockenmittel in einen aluminiumbeschichteten Feuchtigkeitsschutzbeutel vakuumversiegelt. Das Etikett auf dem Beutel enthält wesentliche Informationen für Rückverfolgbarkeit und Identifikation, einschließlich der Produktnummer, Menge und der spezifischen Bin-Codes für Lichtstärke (CAT), dominante Wellenlänge (HUE) und Flussspannung (REF).

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

Die brillante gelbgrüne Farbe und das SMD-Format machen diese LED für verschiedene Anzeige- und Hintergrundbeleuchtungsaufgaben geeignet. Hauptanwendungen sind die Hintergrundbeleuchtung von Instrumententafeln und Folientastaturen, Statusanzeigen und Tastaturbeleuchtung in Telekommunikationsgeräten wie Telefonen und Faxgeräten sowie flache Hintergrundbeleuchtung für kleine LCD-Panels, Schalter und Symbole. Ihr universeller Charakter ermöglicht auch den Einsatz in Unterhaltungselektronik, Industrie-Steuerungen und tragbaren Geräten.

8.2 Designüberlegungen

Stromversorgung:Ein externer strombegrenzender Widerstand ist zwingend erforderlich. Die exponentielle I-V-Kennlinie bedeutet, dass selbst eine kleine Schwankung der Versorgungsspannung eine große, möglicherweise zerstörerische Änderung des Durchlassstroms verursachen kann. Der Widerstandswert muss basierend auf der Versorgungsspannung, der Flussspannung der LED (unter Berücksichtigung des Bins und der Toleranz) und dem gewünschten Betriebsstrom (nicht mehr als 25 mA Dauerstrom) berechnet werden.
Thermisches Management:Obwohl die Verlustleistung gering ist, ist ein ordnungsgemäßes PCB-Layout wichtig. Sorgen Sie für ausreichende Kupferfläche um die Lötpads herum, die als Kühlkörper wirkt, insbesondere bei Betrieb bei hohen Umgebungstemperaturen oder nahe dem Maximalstrom. Halten Sie sich an die Stromreduzierungskurve.
ESD-Schutz:Obwohl für 2000V HBM ausgelegt, sollten während der Handhabung und Montage Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen beachtet werden.

9. Technischer Vergleich & Differenzierung

Im Vergleich zu traditionellen bedrahteten LEDs bietet dieser SMD-Typ erhebliche Vorteile in Größe, Gewicht und Eignung für die automatisierte Montage, was zu niedrigeren Gesamtfertigungskosten führt. Innerhalb der SMD-LED-Landschaft bietet die Verwendung von AlGaInP-Material für gelbgrüne Emission typischerweise eine höhere Lichtausbeute und bessere Farbsättigung als ältere Technologien wie GaP. Der breite 140-Grad-Abstrahlwinkel ist ein Schlüsselmerkmal für Anwendungen, die eine weite Sichtbarkeit erfordern, im Gegensatz zu LEDs mit engerem Winkel für fokussierte Beleuchtung. Die Einhaltung moderner Umweltstandards (RoHS, halogenfrei) ist eine Grundvoraussetzung für die meisten zeitgenössischen Elektronikprodukte.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Welchen Widerstandswert sollte ich bei einer 5V-Versorgung verwenden?
A: Sie müssen die maximale Flussspannung aus dem Bin verwenden (z.B. 2,35V aus Bin 2) und den gewünschten Strom (z.B. 20mA). Nach dem Ohmschen Gesetz: R = (Versorgungsspannung - Vf) / If = (5V - 2,35V) / 0,020A = 132,5 Ohm. Ein Standardwiderstand von 130 oder 150 Ohm wäre geeignet, wobei sicherzustellen ist, dass der Strom auch beim minimalen Vf 25 mA nicht überschreitet.

F: Kann ich diese LED ohne strombegrenzenden Widerstand mit einer Konstantspannungsquelle betreiben?
A: Nein. Dies würde die LED aufgrund des unkontrollierten Stromflusses infolge der exponentiellen I-V-Kennlinie der Diode mit hoher Wahrscheinlichkeit zerstören.

F: Wie beeinflusst die Temperatur die Helligkeit?
A: Die Lichtstärke nimmt typischerweise mit steigender Sperrschichttemperatur ab. Die Reduzierungskurve (Derating) spiegelt dies indirekt wider, indem sie bei hohen Umgebungstemperaturen niedrigere Ströme vorschreibt, um Überhitzung zu verhindern, die Effizienz und Lebensdauer weiter verringern würde.

F: Was ist der Unterschied zwischen Spitzenwellenlänge und dominanter Wellenlänge?
A: Die Spitzenwellenlänge (λp) ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsverteilung maximal ist. Die dominante Wellenlänge (λd) ist die einzelne Wellenlänge monochromatischen Lichts, die der wahrgenommenen Farbe der LED entspricht. Für einen schmalbandigen Emitter wie diesen liegen sie oft nahe beieinander, aber λd ist für die Farbangabe relevanter.

11. Praktischer Design- und Anwendungsfall

Fall: Entwurf eines Mehrfach-LED-Statusanzeigepanels.Ein Designer erstellt ein Bedienpanel mit 10 gelbgrünen Statusanzeigen. Um eine gleichmäßige Helligkeit zu gewährleisten, sollten LEDs aus demselben Lichtstärke-Bin spezifiziert werden (z.B. alle P1). Um ein einheitliches Farbbild zu gewährleisten, sollten LEDs aus demselben dominanten Wellenlängen-Bin spezifiziert werden (z.B. alle C17). Um die Treiberschaltung zu vereinfachen und eine gleichmäßige Stromverteilung bei parallel geschalteten LEDs sicherzustellen, wird dringend empfohlen, LEDs aus demselben Flussspannungs-Bin zu spezifizieren (z.B. alle 1). Die Treiberschaltung würde aus einem Spannungsregler (z.B. 5V) und einem einzelnen strombegrenzenden Widerstand pro LED (oder einer dedizierten LED-Treiber-IC für bessere Steuerung und Dimmfähigkeit) bestehen. Das PCB-Layout würde die LEDs gruppieren, aber ausreichende Kupferflächen für die Wärmeableitung vorsehen, insbesondere wenn sie über längere Zeit gleichzeitig leuchten sollen.

12. Funktionsprinzip

Diese LED arbeitet nach dem Prinzip der Elektrolumineszenz in einem Halbleiter-p-n-Übergang. Wird eine Flussspannung angelegt, injizieren Elektronen aus der n-dotierten AlGaInP-Region über den Übergang in die p-dotierte Region, und Löcher werden in die entgegengesetzte Richtung injiziert. Diese Ladungsträger rekombinieren im aktiven Bereich nahe dem Übergang. In einem Halbleiter mit direktem Bandabstand wie AlGaInP setzt diese Rekombination Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Zusammensetzung der Aluminium-, Gallium-, Indium- und Phosphid-Atome bestimmt die Bandabstandsenergie, die direkt die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts vorgibt – in diesem Fall brillantes Gelbgrün (~575 nm). Das Epoxidharz-Gehäuse dient zum Schutz des Halbleiterchips, zur Formung des Lichtstrahls (Erzeugung des 140-Grad-Winkels) und zur Bereitstellung mechanischer Stabilität.

13. Entwicklungstrends

Der allgemeine Trend bei SMD-LEDs wie dieser geht weiterhin in Richtung höherer Lichtausbeute (mehr Lichtleistung pro elektrischem Watt), verbesserter Farbkonstanz und engerer Binning-Toleranzen sowie erhöhter Zuverlässigkeit unter rauen Umweltbedingungen. Die Gehäusetechnik entwickelt sich weiter, um noch kleinere Footprints und niedrigere Bauhöhen bei gleichbleibender oder verbesserter thermischer Leistung zu ermöglichen. Es gibt auch einen starken Trend hin zu vollspektraler Abstimmbarkeit und intelligenten, adressierbaren LEDs, die mit Steuerschaltungen integriert sind. Die zugrundeliegende Materialwissenschaft für AlGaInP-LEDs ist ausgereift, aber laufende Forschung konzentriert sich auf die Optimierung der Effizienz bei höheren Stromdichten und die Verbesserung der Lebensdauer. Die Betonung der Umweltkonformität (halogenfrei, RoHS) ist inzwischen Standard und wird weiterhin eine Grundvoraussetzung für alle elektronischen Bauteile sein.