SMD LED 19-22/R6GHC-C02/2T Datenblatt - 2.0x1.6x0.8mm - Rot/Grün - 5mA - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die 19-22/R6GHC-C02/2T ist eine kompakte, oberflächenmontierbare (SMD) LED, die für hochdichte elektronische Baugruppen konzipiert ist. Diese Komponente vereint zwei verschiedene LED-Chip-Technologien in einem einzigen Gehäuse: einen AlGaInP-Chip für brillante rote Emission (bezeichnet als R6) und einen InGaN-Chip für brillante grüne Emission (bezeichnet als GH). Diese Mehrfarben-Konfiguration bietet Designflexibilität auf minimaler Grundfläche.

Der Hauptvorteil dieser LED ist ihre deutlich reduzierte Größe im Vergleich zu herkömmlichen Bauteilen mit Anschlussbeinen. Diese Miniaturisierung ermöglicht kleinere Leiterplatten (PCB)-Designs, eine höhere Bauteilpackungsdichte, reduzierte Lageranforderungen und trägt letztlich zur Entwicklung kompakterer Endgeräte bei. Ihr geringes Gewicht macht sie zudem zur idealen Wahl für Miniatur- und tragbare Anwendungen, bei denen Platz und Gewicht kritische Einschränkungen sind.

Das Bauteil wird auf industrieüblichen 8-mm-Bändern auf 7-Zoll-Rollen geliefert, was die Kompatibilität mit schnellen automatischen Bestückungsgeräten gewährleistet. Es ist bleifrei formuliert und entspricht wichtigen Umweltvorschriften wie RoHS, EU REACH und halogenfreien Standards (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm).

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Absolute Grenzwerte

Ein Betrieb des Bauteils außerhalb dieser Grenzwerte kann dauerhafte Schäden verursachen. Alle Werte gelten bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C.

• Sperrspannung (VR):5 V (maximal). Das Bauteil ist nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt; dieser Wert dient hauptsächlich zur Prüfung des Sperrstroms (IR).
• Dauer-Durchlassstrom (IF):25 mA für beide Chips, R6 (rot) und GH (grün).
• Spitzen-Durchlassstrom (IFP):Angewendet mit einem Tastverhältnis von 1/10 bei 1 kHz. Der R6-Chip kann 60 mA verkraften, während der GH-Chip für 100 mA ausgelegt ist. Dieser Parameter ist für Pulsbetriebsanwendungen entscheidend.
• Verlustleistung (Pd):Die maximal zulässige Verlustleistung beträgt 60 mW für den R6-Chip und 95 mW für den GH-Chip. Dies ist ein kritischer Parameter für das thermische Management.
• Elektrostatische Entladung (ESD) Human Body Model (HBM):Der R6-Chip bietet einen robusten ESD-Schutz bis zu 2000V, während der GH-Chip mit einer Festigkeit von 150V empfindlicher ist. Richtige ESD-Handhabungsverfahren sind unerlässlich, insbesondere für den grünen Chip.
• 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.
• Löttemperatur:Für Reflow-Löten wird eine Spitzentemperatur von 260°C für maximal 10 Sekunden spezifiziert. Für Handlöten darf die Lötspitzentemperatur 350°C für maximal 3 Sekunden pro Anschluss nicht überschreiten.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Diese Parameter definieren die Lichtausgabe und das elektrische Verhalten unter normalen Betriebsbedingungen (Ta=25°C, IF=5mA, sofern nicht anders angegeben).

• Lichtstärke (Iv):Der R6 (rote) Chip hat eine typische Intensität von 20,0 mcd (min. 14,5 mcd). Der GH (grüne) Chip hat eine typische Intensität von 65,0 mcd (min. 45,0 mcd). Es gilt eine Toleranz von ±11%.
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):Ein weiter Abstrahlwinkel von 130 Grad ist für dieses Gehäuse typisch und sorgt für eine breite Ausleuchtung.
• Wellenlänge:
  • R6 (Rot):Die Spitzenwellenlänge (λp) beträgt 632 nm. Die dominante Wellenlänge (λd) liegt im Bereich von 617,5 nm bis 629,5 nm, mit einer Toleranz von ±1 nm. Die spektrale Bandbreite (Δλ) beträgt 20 nm.
  • GH (Grün):Die Spitzenwellenlänge (λp) beträgt 518 nm. Die dominante Wellenlänge (λd) liegt im Bereich von 517,5 nm bis 533,5 nm, mit einer Toleranz von ±1 nm. Die spektrale Bandbreite (Δλ) beträgt 35 nm.
• Durchlassspannung (VF):
  • R6 (Rot):Typisch 1,9 V, maximal 2,3 V bei 5mA.
  • GH (Grün):Typisch 2,9 V, maximal 3,4 V bei 5mA.
• Sperrstrom (IR):Gemessen bei VR=5V. Maximal 10 μA für R6 und 50 μA für GH.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Die LEDs werden basierend auf ihrer dominanten Wellenlänge sortiert (gebinnt), um Farbkonsistenz innerhalb einer Anwendung sicherzustellen.

3.1 R6 (Rot) Wellenlängen-Binning

• Bin-Code 1:617,5 nm ≤ λd < 621,5 nm
• Bin-Code 2:621,5 nm ≤ λd < 625,5 nm
• Bin-Code 3:625,5 nm ≤ λd ≤ 629,5 nm

3.2 GH (Grün) Wellenlängen-Binning

• Bin-Code 1:517,5 nm ≤ λd < 525,5 nm
• Bin-Code 2:525,5 nm ≤ λd ≤ 533,5 nm

Diese Binning-Information ist für Designer entscheidend, die eine präzise Farbabstimmung über mehrere LEDs in einer Anzeige oder einem Indikatorpanel benötigen.

4. Analyse der Kennlinien

4.1 R6 (Roter Chip) Eigenschaften

Die bereitgestellten Kurven veranschaulichen wichtige Zusammenhänge:

• Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom:Zeigt den nichtlinearen Anstieg der Lichtausgabe mit dem Strom. Ein Betrieb über den empfohlenen 5mA kann eine höhere Intensität ergeben, beeinträchtigt jedoch Effizienz und Lebensdauer.
• Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Demonstriert den negativen Temperaturkoeffizienten der Lichtausgabe. Die Lichtstärke nimmt mit steigender Sperrschichttemperatur ab, was ein grundlegendes Verhalten von LED-Halbleitern ist.
• Durchlassspannung vs. Durchlassstrom:Zeigt die Dioden-Kennlinie (I-V-Kurve).
• Spitzenwellenlänge vs. Umgebungstemperatur:Zeigt eine leichte Verschiebung der emittierten Wellenlänge mit der Temperatur.

4.2 GH (Grüner Chip) Eigenschaften

Die Kurven für den grünen Chip umfassen:

• Spektralverteilung:Eine Darstellung der relativen Intensität gegenüber der Wellenlänge, zentriert um 518 nm mit einer definierten Bandbreite.
• Durchlassspannung vs. Durchlassstrom:Ähnlich wie beim roten Chip, jedoch mit einer höheren Kniespannung, typisch für InGaN-basierte grüne LEDs.
• Strombelastbarkeitskurve:Eine wichtige Grafik, die den maximal zulässigen Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur zeigt. Mit steigender Temperatur muss der maximale Strom reduziert werden, um Überhitzung zu verhindern und die Zuverlässigkeit sicherzustellen.
• Abstrahldiagramm:Veranschaulicht die räumliche Verteilung der Lichtintensität und bestätigt den 130-Grad-Abstrahlwinkel.
• Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom & Umgebungstemperatur:Diese Kurven zeigen gemeinsam, wie die Lichtausgabe sowohl vom Treiberstrom als auch von der Betriebstemperatur abhängt.

5. Mechanische & Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Das 19-22 SMD-Gehäuse hat folgende Hauptabmessungen (Toleranz ±0,1mm):

• Länge: 2,0 mm
• Breite: 1,6 mm
• Höhe: 0,8 mm
• Anschlussabstand (Raster): 1,5 mm
• Die Lötflächengröße und -form sind für zuverlässiges Löten definiert.

Eine detaillierte Maßzeichnung ist im Datenblatt für das PCB-Footprint-Design enthalten.

5.2 Polaritätskennzeichnung

Das Gehäuse weist eine Polaritätsmarkierung auf, typischerweise eine Kerbe oder ein Punkt auf der Kathodenseite, um die korrekte Ausrichtung während der Bestückung sicherzustellen. Die Kathode ist auch mit einer spezifischen Lötflächenform im empfohlenen Footprint verbunden.

6. Löt- & Bestückungsrichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil

Ein bleifreies Reflow-Profil wird spezifiziert:

• Vorwärmen:150–200°C für 60–120 Sekunden.
• Zeit oberhalb Liquidus (217°C):60–150 Sekunden.
• Spitzentemperatur:Maximal 260°C.
• Zeit innerhalb 5°C der Spitze:Maximal 10 Sekunden.
• Aufheizrate:Maximal 6°C/Sekunde.
• Zeit oberhalb 255°C:Maximal 30 Sekunden.
• Abkühlrate:Maximal 3°C/Sekunde.

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

6.2 Lager- & Handhabungshinweise

• Feuchtigkeitsempfindlichkeit:Die Bauteile sind in einer feuchtigkeitsbeständigen Sperrbeutel mit Trockenmittel verpackt. Der Beutel darf erst geöffnet werden, wenn die Komponenten einsatzbereit sind.
• Standzeit:Nach dem Öffnen sollten die LEDs innerhalb von 168 Stunden (7 Tagen) verwendet werden, wenn sie bei ≤30°C und ≤60% relativer Luftfeuchtigkeit gelagert werden. Nicht verwendete Teile müssen wieder versiegelt werden.
• Trocknen (Baking):Wenn die Expositionszeit überschritten wird oder das Trockenmittel Feuchtigkeitseintritt anzeigt, ist vor dem Reflow-Löten ein Trocknen bei 60 ±5°C für 24 Stunden erforderlich.
• Strombegrenzung:Ein externer strombegrenzender Widerstand ist zwingend erforderlich. LEDs zeigen eine exponentielle Strom-Spannungs-Beziehung, sodass eine kleine Spannungserhöhung einen großen, zerstörerischen Stromstoß verursachen kann.
• Mechanische Belastung:Vermeiden Sie es, während des Lötens oder in der endgültigen Anwendung Druck auf den LED-Körper auszuüben. Verbiegen Sie die Leiterplatte nach der Bestückung nicht.

7. Verpackungs- & Bestellinformationen

7.1 Rolle und Band-Spezifikationen

Das Produkt wird in einem feuchtigkeitsbeständigen Verpackungssystem geliefert:

• Trägerband:8 mm Breite, mit Taschen für das 19-22 Gehäuse.
• Rolle:Standard 7-Zoll-Durchmesser-Rolle.
• Stückzahl pro Rolle:2000 Stück.
• Rollenabmessungen:Außendurchmesser, Naben- bzw. Hubscheibendurchmesser und Breite sind für die Kompatibilität mit automatischen Bestückungsgeräten spezifiziert.

7.2 Etiketteninformationen

Das Rollenetikett enthält wichtige Informationen für Rückverfolgbarkeit und Anwendung:

• Kunden-Produktnummer (CPN)
• Produktnummer (P/N)
• Packmenge (QTY)
• Lichtstärke-Klasse (CAT)
• Farbort- & Wellenlängen-Klasse (HUE)
• Durchlassspannungs-Klasse (REF)
• Losnummer (LOT No)

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

• Hintergrundbeleuchtung:Ideal für Armaturenbrett-Indikatoren, Schalterbeleuchtung und Symbol-Hintergrundbeleuchtung aufgrund ihrer geringen Größe und des weiten Abstrahlwinkels.
• Telekommunikationsgeräte:Statusanzeigen und Tastatur-Hintergrundbeleuchtung in Telefonen, Faxgeräten und anderen Kommunikationsgeräten.
• LCD-Flachbild-Hintergrundbeleuchtung:Kann in Arrays verwendet werden, um Kanten- oder Direkthintergrundbeleuchtung für kleine LCD-Panels bereitzustellen.
• Allgemeine Zweckanzeige:Netzstatus-, Modusauswahl- und Warnanzeigen in einer Vielzahl von Consumer-, Industrie- und Automotive-Elektronikgeräten.

8.2 Designüberlegungen

• Treiber-Schaltung:Verwenden Sie stets einen Vorwiderstand, um den Durchlassstrom einzustellen. Berechnen Sie den Widerstandswert basierend auf der Versorgungsspannung (Vs), der Durchlassspannung der LED (VF) und dem gewünschten Strom (IF): R = (Vs - VF) / IF. Verwenden Sie für ein konservatives Design den maximalen VF-Wert aus dem Datenblatt.
• Thermisches Management:Obwohl klein, muss die Verlustleistung (Pd) berücksichtigt werden, insbesondere bei hohen Umgebungstemperaturen oder in geschlossenen Räumen. Halten Sie sich an die Strombelastbarkeitskurve für den GH-Chip. Sorgen Sie für ausreichende Kupferfläche auf der Leiterplatte zur Wärmeableitung.
• ESD-Schutz:Implementieren Sie ESD-Schutz auf den Eingangsleitungen, wenn der Bestückungsprozess oder die Endnutzungsumgebung ein ESD-Risiko darstellt, insbesondere für den GH-Chip.
• Optisches Design:Der weite 130-Grad-Abstrahlwinkel bietet breites, diffuses Licht. Für fokussierteres Licht können externe Linsen oder Lichtleiter erforderlich sein.

9. Technischer Vergleich & Differenzierung

Die 19-22/R6GHC-C02/2T bietet mehrere wesentliche Vorteile in ihrer Klasse:

• Dual-Chip-/Mehrfarben-Fähigkeit:Die Integration von Rot und Grün in einem Gehäuse spart im Vergleich zur Verwendung von zwei separaten Einfarben-LEDs Leiterplattenfläche, vereinfacht das Design und die Bestückung.
• Kompakte Grundfläche:Die Grundfläche von 2,0 x 1,6 mm gehört zu den kleineren SMD-LED-Gehäusen und ermöglicht hochdichte Layouts.
• Robuster Roter Chip:Der AlGaInP-basierte R6-Chip bietet eine hohe ESD-Festigkeit (2000V HBM), was die Zuverlässigkeit bei Handhabung und Betrieb erhöht.
• Umweltkonformität:Volle Konformität mit RoHS, REACH und halogenfreien Standards erfüllt strenge globale regulatorische Anforderungen für moderne Elektronik.
• Automatisierungsfreundlich:Band- und Rollenverpackung sowie Kompatibilität mit IR-/Dampfphasen-Reflow unterstützen kostengünstige, hochvolumige Fertigung.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

10.1 Kann ich diese LED direkt an eine 5V-Versorgung ohne Vorwiderstand anschließen?

Nein, das würde die LED zerstören.LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Das direkte Anschließen einer 5V-Versorgung an die LED (insbesondere den roten Chip mit einer typischen VF von 1,9V) verursacht einen Strom, der den maximalen Nennwert von 25mA weit überschreitet und zum sofortigen Ausfall führt. Ein externer strombegrenzender Widerstand ist absolut zwingend erforderlich.

10.2 Warum ist die ESD-Festigkeit für den roten und grünen Chip unterschiedlich?

Der Unterschied liegt in den zugrundeliegenden Halbleitermaterialien. AlGaInP (rot)-Strukturen sind im Allgemeinen robuster gegen elektrostatische Entladung als InGaN (grün/blau)-Strukturen. Dies ist eine grundlegende Materialeigenschaft. Sie erfordert eine sorgfältige ESD-Handhabung, insbesondere beim Umgang mit dem grünen Chip.

10.3 Was bedeutet die "Binning"-Information für mein Design?

Binning stellt Farbkonsistenz sicher. Wenn Ihre Anwendung erfordert, dass mehrere LEDs farblich identisch erscheinen (z.B. eine Indikatorleiste), sollten Sie LEDs aus demselben Wellenlängen-Bin-Code (HUE) spezifizieren. Das Mischen von Bins kann zu sichtbar unterschiedlichen Rottönen oder Grüntönen führen.

10.4 Wie oft kann ich dieses Bauteil reflowlöten?

Das Datenblatt spezifiziert maximal zwei Reflow-Lötzyklen. Jeder thermische Zyklus induziert Belastungen auf den internen Die-Attach und die Bonddrähte. Das Überschreiten von zwei Zyklen erhöht das Risiko latenter Zuverlässigkeitsausfälle.

11. Praktische Design-Fallstudie

Szenario:Entwurf einer Zweifarben- (Rot/Grün) Statusanzeige für ein tragbares Gerät, das von einer 3,3V-Schiene versorgt wird.

Designschritte:

1. Auswahl:Die 19-22/R6GHC-C02/2T wird aufgrund ihrer Zweifarben-Fähigkeit und geringen Größe gewählt.
2. Schaltungsdesign:Zwei unabhängige Treiberschaltungen werden benötigt (eine für die rote Anode, eine für die grüne Anode, gemeinsame Kathode).
3. Widerstandsberechnung:
   • Für Rot (R6, Ziel IF=5mA, zur Sicherheit max. VF=2,3V verwenden): R_rot = (3,3V - 2,3V) / 0,005A = 200 Ω. Einen Standard-200-Ω- oder 220-Ω-Widerstand verwenden.
   • Für Grün (GH, Ziel IF=5mA, max. VF=3,4V verwenden): R_grün = (3,3V - 3,4V) / 0,005A = -20 Ω. Diese Berechnung zeigt, dass 3,3V nicht ausreichen, um den grünen Chip mit 5mA zu betreiben (VF typ. ist 2,9V, aber max. ist 3,4V). Die Versorgungsspannung muss größer als die Durchlassspannung der LED sein. Für die grüne LED wäre eine höhere Versorgungsspannung (z.B. 5V) oder ein niedrigerer Treiberstrom erforderlich.
4. PCB-Layout:Platzieren Sie die LED nahe am Platinenrand, wenn es sich um einen Indikator handelt. Verwenden Sie das empfohlene Lötflächenlayout aus der Maßzeichnung des Datenblatts. Fügen Sie eine kleine thermische Entlastung auf der Kathodenlötfläche hinzu, um das Löten zu erleichtern und gleichzeitig einen Wärmeübergang zu gewährleisten.
5. Softwaresteuerung:Der Mikrocontroller kann die rote und grüne Anode unabhängig steuern, um Rot, Grün oder (durch schnelles Wechseln) eine bernsteinfarbene/gelbe Farbe anzuzeigen.

Dieser Fall unterstreicht die Bedeutung, die Versorgungsspannung gegen die Durchlassspannungsanforderungen zu prüfen, insbesondere für grüne und blaue LEDs, die eine höhere VF haben.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Leuchtdioden (LEDs) sind Halbleiter-p-n-Übergangsbauteile, die Licht durch einen Prozess namens Elektrolumineszenz emittieren. Wenn eine Durchlassspannung über den p-n-Übergang angelegt wird, werden Elektronen aus dem n-dotierten Bereich und Löcher aus dem p-dotierten Bereich in den aktiven Bereich injiziert. Wenn diese Ladungsträger (Elektronen und Löcher) rekombinieren, setzen sie Energie frei. In traditionellen Halbleitern wie Silizium wird diese Energie hauptsächlich als Wärme freigesetzt. In den direkten Bandlücken-Halbleitermaterialien, die in LEDs verwendet werden (AlGaInP für rot/orange/gelb, InGaN für grün/blau/weiß), wird ein erheblicher Teil dieser Energie als Photonen (Licht) freigesetzt. Die spezifische Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts wird durch die Bandlückenenergie des Halbleitermaterials bestimmt, die durch seine präzise chemische Zusammensetzung gesteuert wird. Das 19-22-Bauteil beherbergt zwei solcher p-n-Übergänge aus verschiedenen Materialien in einem Gehäuse, was zwei verschiedene Emissionsfarben ermöglicht.

13. Technologietrends

Die LED-Industrie entwickelt sich weiterhin entlang mehrerer wichtiger Trends, die für Komponenten wie die 19-22 SMD LED relevant sind:

• Erhöhte Effizienz:Fortlaufende Verbesserungen der internen Quanteneffizienz (IQE) und der Lichtextraktionstechniken führen zu höherer Lichtstärke (mcd) bei gleichem Eingangsstrom oder gleicher Ausgabe bei geringerem Stromverbrauch.
• Miniaturisierung:Das Streben nach kleineren Endprodukten treibt LED-Gehäuse zu immer kleineren Grundflächen und niedrigeren Bauhöhen, entsprechend Trends wie 1,6x0,8mm und 1,0x0,5mm Gehäusen.
• Verbesserte Farbkonsistenz & Binning:Fortschritte in der epitaktischen Schichtabscheidung und Fertigungskontrolle reduzieren die natürliche Variation in Wellenlänge und Intensität, was zu engeren Bins und weniger Sortierbedarf führt oder eine präzisere Farbmischung in RGB-Anwendungen ermöglicht.
• Erhöhte Zuverlässigkeit & Robustheit:Die Forschung konzentriert sich auf die Verbesserung der Lebensdauer unter Hochtemperaturbetrieb und die Erhöhung der ESD-Toleranz, insbesondere für empfindliche InGaN-basierte grüne und blaue Chips.
• Integrierte Lösungen:Ein Trend hin zu LEDs mit eingebauten strombegrenzenden Widerständen, Schutzdioden oder sogar Treiber-ICs ("Smart LEDs"), um Schaltungsdesign zu vereinfachen und Leiterplattenfläche zu sparen.

Die 19-22 LED repräsentiert ein ausgereiftes, weit verbreitetes Gehäuseformat, das Leistung, Größe und Kosten für eine Vielzahl von Indikator- und Hintergrundbeleuchtungsanwendungen in Einklang bringt.