SMD LED 19-237/R6GHBHC-A04/2T Datenblatt - Gehäuse 2.0x1.4x0.9mm - Spannung 1.7-3.0V - Mehrfarbig - Technisches Dokument auf Deutsch

1. Produktübersicht

Die 19-237 Serie ist eine kompakte, mehrfarbige Oberflächenmontage-LED (SMD), die für moderne elektronische Anwendungen entwickelt wurde, die Miniaturisierung und hohe Zuverlässigkeit erfordern. Diese Komponente ist deutlich kleiner als herkömmliche LED-Typen mit Anschlussrahmen, was eine erhebliche Verringerung des Platzbedarfs auf der Leiterplatte, eine höhere Packungsdichte und minimierte Lageranforderungen ermöglicht. Ihr leichtes Design macht sie besonders geeignet für platzbeschränkte und tragbare Geräte.

1.1 Kernmerkmale und Vorteile

Die wichtigsten Merkmale dieser Produktfamilie sind ihre Kompatibilität mit Standard-8mm-Tape auf 7-Zoll-Durchmesser-Spulen, was sie vollständig für automatisierte Bestückungsanlagen geeignet macht. Sie ist für Infrarot- und Dampfphasen-Reflow-Lötprozesse ausgelegt, die in der Serienfertigung von Elektronik Standard sind. Die Serie wird in einer mehrfarbigen Konfiguration (Rot, Grün, Blau) angeboten und ist als bleifreies und RoHS-konformes Produkt hergestellt, was die Einhaltung von Umweltvorschriften gewährleistet.

Die primären Vorteile ergeben sich aus ihrem miniaturisierten SMD-Gehäuse. Dies führt direkt zu kleineren Endproduktabmessungen, höherer Bauteildichte auf Leiterplatten und einer allgemeinen Verringerung der Größe und des Gewichts der Endgeräte. Diese Eigenschaften sind entscheidend für Anwendungen in der Unterhaltungselektronik, in Automobil-Innenräumen und in Kommunikationsgeräten.

2. Tiefgehende Analyse der technischen Parameter

Ein gründliches Verständnis der elektrischen und optischen Spezifikationen ist für eine zuverlässige Schaltungsauslegung und Leistungsvorhersage unerlässlich.

2.1 Absolute Grenzwerte

Diese Grenzwerte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Sie sind nicht für den Normalbetrieb vorgesehen.

• Sperrspannung (V_R):5V. Das Überschreiten dieser Spannung in Sperrrichtung kann zum Durchbruch des Übergangs führen.
• Dauer-Durchlassstrom (I_F):25 mA für alle Farbtypen.
• Spitzen-Durchlassstrom (I_FP):Variiert je nach Chip: 60 mA für Rot (R6), 100 mA für Grün (GH) und Blau (BH). Dieser Wert ist bei einem Tastverhältnis von 1/10 und einer Frequenz von 1 kHz spezifiziert.
• Verlustleistung (P_d):60 mW für Rot (R6), 95 mW für Grün (GH) und Blau (BH). Diese Grenze ist entscheidend für das thermische Management.
• Elektrostatische Entladung (ESD) Human Body Model (HBM):2000V für Rot (R6), 150V für Grün (GH) und Blau (BH). Dies zeigt, dass der Rote Chip robuster gegenüber ESD ist, während die Grün- und Blau-Chips strengere Handhabungsvorkehrungen erfordern.
• Betriebs- & Lagertemperatur:-40°C bis +85°C (Betrieb), -40°C bis +90°C (Lagerung).
• Löttemperatur:Reflow-Löten bei maximal 260°C für 10 Sekunden; Handlöten bei maximal 350°C für 3 Sekunden.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften bei 25°C

Dies sind die typischen Leistungsparameter, gemessen unter Standardtestbedingungen (T_a=25°C, I_F=5mA).

• Lichtstärke (I_v):Rot (R6): 18,0-57,0 mcd; Grün (GH): 28,5-112 mcd; Blau (BH): 11,5-28,5 mcd. Die grüne Variante bietet die höchste typische Ausgangsleistung.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):120 Grad, typisch. Dieser breite Abstrahlwinkel eignet sich für Anzeige- und Hintergrundbeleuchtungsanwendungen.
• Spitzenwellenlänge (λ_p):Rot: 632 nm; Grün: 518 nm; Blau: 468 nm.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):Rot: 613-627 nm; Grün: 520-530 nm; Blau: 465-475 nm. Dies ist die vom menschlichen Auge wahrgenommene Farbe.
• Spektrale Bandbreite (Δλ):Rot: 20 nm; Grün: 35 nm; Blau: 25 nm. Dies gibt Aufschluss über die spektrale Reinheit des emittierten Lichts.
• Durchlassspannung (V_F):Rot: 1,7-2,2V; Grün & Blau: 2,6-3,0V. Die niedrigere V_Fder roten LED ist auf das unterschiedliche Halbleitermaterial (AlGaInP vs. InGaN) zurückzuführen.
• Sperrstrom (I_R):Gemessen bei V_R=5V. Rot: max. 10 μA; Grün: max. 50 μA; Blau: max. 50 μA.

Hinweis zu Toleranzen:Die Lichtstärke hat eine Toleranz von ±11%, die dominante Wellenlänge ±1nm und die Durchlassspannung ±0,1V. Diese müssen im Design berücksichtigt werden.

3. Erklärung des Binning-Systems

Die LEDs werden basierend auf Schlüsselparametern sortiert (gebinned), um die Konsistenz innerhalb einer Produktionscharge sicherzustellen. Dies ermöglicht es Entwicklern, Bauteile auszuwählen, die spezifische Helligkeits- und elektrische Anforderungen erfüllen.

3.1 Lichtstärke-Binning

Jede Farbe hat spezifische Bin-Codes, die einen Bereich der Lichtstärke bei I_F=5mA definieren.

• Rot (R6):Bin M (18,0-28,5 mcd), N (28,5-45,0 mcd), P (45,0-57,0 mcd).
• Grün (GH):Bin N (28,5-45,0 mcd), P (45,0-72,0 mcd), Q (72,0-112 mcd).
• Blau (BH):Bin L (11,5-18,0 mcd), M (18,0-28,5 mcd).

3.2 Durchlassspannungs-Binning (nur Grün & Blau)

Für die grünen (GH) und blauen (BH) LEDs wird zusätzlich ein Binning der Durchlassspannung durchgeführt.

• Bin 1: V_F= 2,6 - 2,8V
• Bin 2: V_F= 2,8 - 3,0V

Dieses Spannungs-Binning ist entscheidend für Anwendungen, bei denen ein gleichmäßiger Stromverbrauch oder die Batterielebensdauer eine Rolle spielen, insbesondere wenn mehrere LEDs parallel geschaltet sind.

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält Kennlinien für jeden LED-Typ (R6, GH, BH), die die Leistung unter variierenden Bedingungen veranschaulichen.

4.1 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kennlinie)

Die Kurven zeigen den exponentiellen Zusammenhang zwischen Strom und Spannung. Die rote LED (R6) hat eine niedrigere Kniespannung (~1,8V) im Vergleich zu den grünen und blauen LEDs (~3,0V), was mit ihren Materialunterschieden übereinstimmt. Diese Kurve ist für die Auslegung der strombegrenzenden Schaltung wesentlich.

4.2 Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Dieses Diagramm zeigt, dass die Lichtausbeute im typischen Arbeitsbereich (bis ~20mA) annähernd linear mit dem Strom ansteigt. Ein Betrieb über dem empfohlenen Dauerstrom verringert jedoch aufgrund erhöhter Wärme den Wirkungsgrad und die Lebensdauer.

4.3 Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur

Alle LEDs zeigen einen Rückgang der Lichtausbeute bei steigender Umgebungstemperatur. Die Leistungsminderung ist erheblich; die Ausgangsleistung kann um über 50% sinken, wenn die Temperatur den maximalen Betriebsgrenzwert (+85°C) erreicht. Ein geeignetes thermisches Design auf der Leiterplatte ist notwendig, um eine konstante Helligkeit zu gewährleisten.

4.4 Durchlassstrom-Leistungsminderungskurve

Diese kritische Kurve gibt den maximal zulässigen Dauer-Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur vor. Um die Zuverlässigkeit zu gewährleisten, muss der Betriebsstrom reduziert werden, wenn die Umgebungstemperatur über 25°C steigt.

4.5 Spektrale Verteilung

Die Diagramme zeigen die relative Intensität des emittierten Lichts über die Wellenlängen. Sie bestätigen die Spitzen- und dominante Wellenlänge und zeigen die spektrale Bandbreite, die die Farbreinheit beeinflusst.

4.6 Abstrahldiagramm (Abstrahlwinkel-Muster)

Die Polardiagramme visualisieren die räumliche Verteilung der Lichtintensität und bestätigen den 120-Grad-Abstrahlwinkel. Das Muster ist annähernd lambertisch, d.h. die Intensität ist bei direkter Betrachtung am höchsten und nimmt bei größeren Winkeln ab.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die LED ist in einem kompakten Oberflächenmontage-Gehäuse untergebracht mit folgenden Hauptabmessungen (in mm): Länge: 2,0 ±0,2, Breite: 1,4 ±0,2, Höhe: 0,9. Die Kathode ist durch eine Markierung auf dem Gehäuse gekennzeichnet. Die Abmessungszeichnung enthält kritische Merkmale wie die Linsenform und die Anschlusslagen.

5.2 Vorgeschlagenes Pad-Layout und Polaritätskennzeichnung

Ein vorgeschlagenes Leiterplatten-Land Pattern (Pad-Layout) wird als Referenz angegeben: Pad-Breite: 0,8mm, Pad-Länge: 1,35mm, Abstand zwischen Pads: 0,35mm. Entwicklern wird empfohlen, dies basierend auf ihrem spezifischen Bestückungsprozess und thermischen Anforderungen anzupassen. Eine klare Kennzeichnung der Anoden- und Kathoden-Pads ist entscheidend, um eine Installation in Sperrrichtung zu verhindern.

6. Löt- und Bestückungsrichtlinien

Die Einhaltung der Lötvorschriften ist für die langfristige Zuverlässigkeit und zur Vermeidung von Schäden an der LED-Epoxidlinse oder dem Halbleiterchip von entscheidender Bedeutung.

• Reflow-Löten:Maximale Spitzentemperatur von 260°C für eine Dauer von nicht mehr als 10 Sekunden. Ein Standard-bleifreies Reflow-Profil ist anwendbar.
• Handlöten:Falls erforderlich, sollte die Lötspitzentemperatur 350°C nicht überschreiten und die Kontaktzeit pro Anschluss auf 3 Sekunden begrenzt werden. Verwenden Sie nach Möglichkeit einen Kühlkörper.
• Lagerung:Die Bauteile sind in feuchtigkeitsbeständigen Beuteln verpackt. Nach dem Öffnen sollten sie innerhalb einer bestimmten Zeitspanne verwendet oder gemäß IPC-Standards getrocknet werden, wenn sie der Umgebungsfeuchtigkeit ausgesetzt waren, um "Popcorning" während des Reflow-Lötens zu verhindern.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

Das Produkt wird auf 8mm breitem, geprägtem Trägertape geliefert, das auf 7-Zoll-Durchmesser-Spulen aufgewickelt ist und mit automatisierten Bestückungsgeräten kompatibel ist. Die Spule hat Standardabmessungen: Spulen-Außendurchmesser: 180,0mm, Spulenbreite: 12,4mm, Nabenlochdurchmesser: 44,0mm.

Das Etikett auf der Spule enthält wesentliche Informationen für Rückverfolgbarkeit und Identifikation, einschließlich Feldern für Artikelnummer, Menge, Lichtstärke-Klasse (CAT), Farbort/Wellenlängen-Klasse (HUE), Durchlassspannungs-Klasse (REF) und Losnummer. Die spezifische Teilenummer 19-237/R6GHBHC-A04/2T folgt einem Codierungssystem, das die Serie, Farbmischung (R6=Rot, GH=Grün, BH=Blau) und wahrscheinlich Binning- oder Variantencodes angibt.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

• Hintergrundbeleuchtung:Ideal für die Hintergrundbeleuchtung von Schaltern, Symbolen und kleinen LCD-Panels in Automobil-Armaturenbrettern, Industrie-Steuerungen und Haushaltsgeräten.
• Statusanzeigen:Perfekt für Strom-, Verbindungs- und Funktionsstatusanzeigen in Telekommunikationsgeräten (Telefone, Faxe, Router), Computer-Peripheriegeräten und medizinischen Geräten.
• Allgemeine Beleuchtung:Geeignet für jede Anwendung, die eine kleine, zuverlässige, energieeffiziente farbige Lichtquelle erfordert.

8.2 Designüberlegungen und Hinweise

• Strombegrenzung:Verwenden Sie stets einen Reihen-Strombegrenzungswiderstand oder eine Konstantstromquelle. Berechnen Sie den Widerstandswert basierend auf der Versorgungsspannung, der Durchlassspannung der LED (verwenden Sie max. V_Ffür ein sicheres Design) und dem gewünschten Durchlassstrom (z.B. 5-20mA).
• Thermisches Management:Obwohl die Leistung gering ist, muss die Wärmeableitung berücksichtigt werden, insbesondere bei höheren Strömen oder hohen Umgebungstemperaturen. Sorgen Sie für ausreichende Kupferfläche auf der Leiterplatte, die mit dem thermischen Pad (falls vorhanden) oder den Anschlüssen der LED verbunden ist.
• ESD-Schutz:Implementieren Sie ESD-Schutzmaßnahmen auf den Leiterplatten-Eingangsleitungen und wenden Sie geeignete Handhabungsverfahren während der Montage an, insbesondere für die grünen und blauen Varianten, die eine niedrigere ESD-Festigkeit aufweisen.
• Optisches Design:Der breite 120-Grad-Abstrahlwinkel bietet gute Sichtbarkeit außerhalb der Achse. Für fokussiertes Licht können externe Linsen oder Lichtleiter erforderlich sein.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die 19-237 Serie unterscheidet sich durch die Kombination eines sehr kompakten Platzbedarfs (2,0x1,4mm), eines standardisierten Gehäuses mit breitem Abstrahlwinkel und der Verfügbarkeit von drei Grundfarben innerhalb einer einzigen Produktfamilie. Im Vergleich zu größeren SMD-LEDs oder Durchsteck-LEDs bietet sie überlegene Platzersparnis. Die Bereitstellung detaillierter Binning-Daten sowohl für Lichtstärke als auch Durchlassspannung (für Grün/Blau) gibt Entwicklern eine größere Kontrolle über Farbkonsistenz und elektrische Leistung in ihren Endprodukten, was ein entscheidender Vorteil in Anwendungen ist, die ein einheitliches Erscheinungsbild oder präzises Strommanagement erfordern.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F1: Kann ich diese LED dauerhaft mit 25mA betreiben?

A1: Obwohl der absolute Grenzwert 25mA beträgt, erzeugt der Dauerbetrieb bei diesem Strom maximale Wärme und kann die Lebensdauer verkürzen. Für optimale Zuverlässigkeit und Effizienz sollte für einen typischen Betriebsstrom von 5-20mA ausgelegt werden, wie in den Spezifikationstabellen verwendet, und die Leistungsminderungskurve für den Durchlassstrom bei erhöhten Temperaturen beachtet werden.

F2: Warum ist die ESD-Festigkeit für die rote LED anders als für die grüne und blaue?

A2: Die unterschiedlichen Halbleitermaterialien (AlGaInP für Rot, InGaN für Grün/Blau) haben inhärente Unterschiede in ihrer Empfindlichkeit gegenüber elektrostatischer Entladung. Die auf InGaN basierenden Chips sind im Allgemeinen anfälliger, was strengere Handhabung erfordert (150V HBM vs. 2000V HBM).

F3: Wie interpretiere ich die Binning-Codes bei der Bestellung?

A3: Geben Sie das gewünschte Lichtstärke-Bin an (z.B. "GH in Bin Q" für das hellste Grün) und für Grün/Blau das Durchlassspannungs-Bin (z.B. "BH in Bin M, V_FBin 1"). Dies stellt sicher, dass Sie LEDs mit Leistungswerten innerhalb der spezifizierten engen Bereiche erhalten.

F4: Was ist der Unterschied zwischen Spitzenwellenlänge und dominanter Wellenlänge?

A4: Die Spitzenwellenlänge (λ_p) ist die Wellenlänge, bei der die emittierte optische Leistung maximal ist. Die dominante Wellenlänge (λ_d) ist die einzelne Wellenlänge von monochromatischem Licht, die der wahrgenommenen Farbe der LED entspricht. λ_d ist für die Farbspezifikation relevanter.

11. Design- und Anwendungsfallstudie

Szenario: Entwicklung eines Mehrfach-Statusanzeigepanels für ein tragbares medizinisches Gerät.

Das Panel benötigt rote (Fehler), grüne (Bereit) und blaue (Aktiv) Anzeigen. Die 19-237 Serie wird aufgrund ihrer geringen Größe ausgewählt, sodass drei LEDs auf engstem Raum Platz finden. Der Entwickler wählt:

- R6 in Bin N für eine konsistente mittlere Helligkeit in Rot.

- GH in Bin P, V_F Bin 1 für helles Grün mit geringerem Spannungsabfall, um den Stromversorgungsbeschränkungen gerecht zu werden.

- BH in Bin M, V_F Bin 1 für Blau.

Es wird eine einzelne 3,3V-Versorgungsschiene verwendet. Separate Strombegrenzungswiderstände werden für jede Farbe berechnet: ein kleinerer Widerstand für die rote LED (niedrigere V_F) und größere, identische Widerstände für die grünen und blauen LEDs (ähnliche V_F). Das Leiterplattenlayout enthält ein kleines thermisches Entlastungspad, das mit jedem Kathodenanschluss verbunden ist, um die Wärmeableitung zu unterstützen. ESD-Schutzdioden sind auf den Signalleitungen zu den LED-Treibern platziert.

12. Einführung in das Technologieprinzip

Die Lichtemission in diesen LEDs basiert auf Elektrolumineszenz in Halbleitermaterialien. Wenn eine Durchlassspannung über den p-n-Übergang angelegt wird, werden Elektronen und Löcher in den aktiven Bereich injiziert. Ihre Rekombination setzt Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die Farbe des Lichts wird durch die Bandlückenenergie des Halbleitermaterials bestimmt:

- Rot (R6):Verwendet einen AlGaInP (Aluminium-Gallium-Indium-Phosphid) Verbindungshalbleiter, der eine Bandlücke für rotes/oranges Licht aufweist.

- Grün & Blau (GH, BH):Verwendet InGaN (Indium-Gallium-Nitrid) mit unterschiedlichen Indium/Gallium-Verhältnissen, um die Bandlücke für grünes bzw. blaues Licht einzustellen. Die Realisierung effizienter blauer und grüner Emission mit InGaN war ein bedeutender technologischer Fortschritt.

13. Branchentrends und Entwicklungen

Der Markt für SMD-LEDs wie die 19-237 Serie wird weiterhin von der Nachfrage nach Miniaturisierung, Energieeffizienz und hoher Zuverlässigkeit in allen Elektroniksektoren angetrieben. Trends umfassen:

- Erhöhte Effizienz:Fortschritte in der Materialwissenschaft und der epitaktischen Schichtabscheidung führen zu höherer Lichtausbeute (mehr Lichtleistung pro elektrischem Watt).

- Verbesserte Farbkonsistenz:Engere Binning-Toleranzen und fortschrittliche Fertigungskontrollen gewährleisten eine bessere Farbgleichmäßigkeit innerhalb und zwischen Produktionschargen.

- Erhöhte Zuverlässigkeit:Verbesserungen bei Gehäusematerialien (Epoxid, Silikon) und Chip-Bonding-Technologien führen zu längeren Betriebslebensdauern und besserer Leistung bei hoher Temperatur und Feuchtigkeit.

- Integration:Ein Trend zur Integration mehrerer LED-Chips (RGB, RGBW) in ein einziges Gehäuse für Vollfarbanwendungen, obwohl diskrete Bauteile wie die 19-237 für kostengünstige Einzelfarblösungen unverzichtbar bleiben.