SMD LED 12-21 Tiefrot 1206 Gehäuse Datenblatt - Abmessungen 3,2x1,6x1,1mm - Spannung 1,75-2,35V - Leistung 60mW - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die 12-21 SMD LED ist ein kompaktes, oberflächenmontierbares Bauteil, das für hochdichte elektronische Baugruppen konzipiert ist. Sie nutzt AlGaInP-Chip-Technologie und emittiert ein tiefrotes Licht mit einer typischen dominanten Wellenlänge von 650 nm. Ihr Hauptvorteil liegt im deutlich reduzierten Platzbedarf im Vergleich zu herkömmlichen bedrahteten LEDs, was eine Miniaturisierung von Endprodukten ermöglicht. Das Bauteil ist auf 8-mm-Trägerband in 7-Zoll-Spulen verpackt und damit voll kompatibel mit schnellen automatischen Bestückungs- und Lötgeräten. Es handelt sich um ein einfarbiges, bleifreies Bauteil, das mit RoHS, EU REACH und halogenfreien Standards (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm) konform ist.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Das miniaturisierte 1206-Gehäuseformat (ca. 3,2 mm x 1,6 mm) ermöglicht kleinere Leiterplatten (PCB)-Designs, eine höhere Bauteildichte und reduzierte Lager- und Versandkosten. Ihr geringes Gewicht macht sie ideal für tragbare und platzbeschränkte Anwendungen. Zu den wichtigsten Zielmärkten gehören Konsumelektronik, Industriesteuerungen und Automobilinnenräume, insbesondere für Hintergrundbeleuchtungsfunktionen in Instrumententafeln, Schalterpanels und Folientastaturen. Sie eignet sich auch für Statusanzeigen in Telekommunikationsgeräten (z. B. Telefone, Faxgeräte) und allgemeine Indikatoranwendungen.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Interpretation der im Datenblatt definierten wichtigen elektrischen, optischen und thermischen Parameter.

2.1 Absolute Grenzwerte

Diese Grenzwerte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb unter oder an diesen Grenzen wird nicht garantiert.

• Sperrspannung (V_R):5 V. Das Überschreiten dieser Spannung in Sperrrichtung kann zum Durchbruch des Übergangs führen.
• Dauer-Durchlassstrom (I_F):25 mA. Der Gleichstrom, der kontinuierlich angelegt werden kann.
• Spitzen-Durchlassstrom (I_FP):60 mA (Tastverhältnis 1/10, 1 kHz). Dieser Grenzwert gilt für gepulsten Betrieb, um die durchschnittliche Verlustleistung zu reduzieren.
• Verlustleistung (P_d):60 mW bei T_a=25°C. Die maximal zulässige Verlustleistung, berechnet als V_F* I_F. Dieser Grenzwert verringert sich mit steigender Umgebungstemperatur.
• Elektrostatische Entladung (ESD):2000 V (Human Body Model). Zeigt eine moderate ESD-Empfindlichkeit an; geeignete Handhabungsverfahren sind erforderlich.
• Betriebs- & Lagertemperatur:-40°C bis +85°C (Betrieb), -40°C bis +90°C (Lagerung). Spezifiziert den Umgebungsbereich für zuverlässigen Betrieb und nicht betriebsbereite Lagerung.
• Löttemperatur:Reflow: 260°C Spitze für max. 10 Sekunden. Handlöten: 350°C für max. 3 Sekunden pro Anschluss. Kritisch für die Prozesskontrolle bei der Montage.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Gemessen bei T_a=25°C und I_F=20 mA, dies sind die typischen Leistungsparameter.

• Lichtstärke (I_v):28,5 bis 72,0 mcd (Millicandela). Die wahrgenommene Helligkeit der LED. Der große Bereich wird durch ein Binning-System verwaltet (siehe Abschnitt 3).
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):120 Grad (typisch). Dieser breite Winkel bietet ein breites Abstrahlmuster, das für Hintergrundbeleuchtung und diffuse Indikatoranwendungen geeignet ist.
• Spitzenwellenlänge (λ_p):650 nm (typisch). Die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsverteilung maximal ist.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):629,5 bis 645,5 nm. Dies ist die Einzelwellenlängen-Wahrnehmung der LED-Farbe durch das menschliche Auge, die ebenfalls durch Binning verwaltet wird.
• Spektrale Bandbreite (Δλ):20 nm (typisch). Die Breite des emittierten Spektrums bei halber maximaler Intensität (FWHM).
• Flussspannung (V_F):1,75 bis 2,35 V bei I_F=20 mA. Der Spannungsabfall über der LED im Betrieb. Eine niedrigere V_Fkann die Systemeffizienz verbessern.
• Sperrstrom (I_R):10 μA max. bei V_R=5 V. Ein kleiner Leckstrom, wenn das Bauteil in Sperrrichtung vorgespannt ist.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um Farb- und Helligkeitskonsistenz in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs in Bins sortiert. Die 12-21 LED verwendet drei unabhängige Binning-Kriterien.

3.1 Binning der Lichtstärke

LEDs werden basierend auf ihrer gemessenen Lichtstärke bei 20 mA in vier Bins (N1, N2, P1, P2) kategorisiert. Dies ermöglicht es Designern, einen für ihre Anwendung geeigneten Helligkeitsgrad auszuwählen und ein einheitliches Erscheinungsbild in Multi-LED-Arrays sicherzustellen.

• Bin N1:28,5 - 36,0 mcd
• Bin N2:36,0 - 45,0 mcd
• Bin P1:45,0 - 57,0 mcd
• Bin P2:57,0 - 72,0 mcd

3.2 Binning der dominanten Wellenlänge

Die Farbkonsistenz wird durch das Binning der dominanten Wellenlänge in vier Codes (E7, E8, E9, E10) gesteuert. Dies ist entscheidend für Anwendungen, bei denen eine präzise Farbabstimmung erforderlich ist.

• Bin E7:629,5 - 633,5 nm
• Bin E8:633,5 - 637,5 nm
• Bin E9:637,5 - 641,5 nm
• Bin E10:641,5 - 645,5 nm

3.3 Binning der Flussspannung

Die Flussspannung wird gebinnt, um die Berechnung des strombegrenzenden Widerstands zu erleichtern und die Verlustleistung in Reihenschaltungen zu managen. Drei Bins (0, 1, 2) sind definiert.

• Bin 0:1,75 - 1,95 V
• Bin 1:1,95 - 2,15 V
• Bin 2:2,15 - 2,35 V

4. Analyse der Leistungskurven

Während spezifische Graphen im bereitgestellten Text nicht detailliert sind, würden typische Leistungskurven für eine solche LED die folgenden Beziehungen umfassen, die für das Design kritisch sind:

• I-V (Strom-Spannungs)-Kurve:Zeigt die exponentielle Beziehung zwischen Flussspannung und Strom. Die Kniespannung liegt bei etwa 1,8 V. Ein strombegrenzender Widerstand ist zwingend erforderlich, da ein leichter Spannungsanstieg über V_Fhinaus einen großen, möglicherweise zerstörerischen Stromanstieg verursacht.
• Lichtstärke vs. Durchlassstrom:Die Intensität steigt bis zum maximalen Grenzwert annähernd linear mit dem Strom. Ein Betrieb über I_F=20 mA hinaus erhöht die Helligkeit, aber auch die Verlustleistung und die Sperrschichttemperatur.
• Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Die Intensität nimmt typischerweise mit steigender Umgebungstemperatur aufgrund reduzierter interner Quanteneffizienz und anderer thermischer Effekte ab. Dies ist eine wichtige Überlegung für Hochtemperaturumgebungen.
• Spektrale Verteilung:Eine Darstellung der relativen Intensität gegenüber der Wellenlänge zeigt einen Peak bei etwa 650 nm mit einer FWHM von ~20 nm und bestätigt den tiefroten Farbpunkt.
• Flussspannung vs. Temperatur: V_Fhat einen negativen Temperaturkoeffizienten, was bedeutet, dass sie mit steigender Sperrschichttemperatur abnimmt. Dies kann die Stabilität der Konstantstrom-Ansteuerung beeinflussen.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen und Zeichnung

Die LED entspricht einem standardmäßigen 1206 (3216 metrisch) SMD-Fußabdruck. Wichtige Abmessungen (in mm, Toleranz ±0,1 mm sofern nicht anders angegeben) umfassen: Gesamtlänge (3,2), Breite (1,6) und Höhe (1,1). Die Zeichnung spezifiziert die Kathoden-Kennzeichnung, typischerweise einen grünen Streifen oder eine abgeschrägte Ecke am Gehäuse. Die empfohlenen Landmuster (Lötpad)-Abmessungen auf der Leiterplatte sind entscheidend für zuverlässiges Löten und sind normalerweise etwas größer als die Bauteilanschlüsse, um eine ordnungsgemäße Lötnaht zu bilden.

5.2 Polaritätskennzeichnung

Die korrekte Ausrichtung ist entscheidend. Die Kathode ist auf dem Bauteil markiert. Das Datenblatt-Diagramm muss konsultiert werden, um diese Markierung zu identifizieren (z. B. ein farbiger Streifen, eine Kerbe). Falsche Polarität verhindert, dass die LED leuchtet, und das Anlegen einer Sperrspannung über 5 V kann sie beschädigen.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil

Die LED ist mit Infrarot- und Dampfphasen-Reflow kompatibel. Ein bleifreies (Pb-free) Temperaturprofil ist spezifiziert:

• Vorwärmen:150-200°C für 60-120 Sekunden. Graduelles Erwärmen, um thermischen Schock zu minimieren.
• Zeit oberhalb Liquidus (217°C):60-150 Sekunden.
• Spitzentemperatur:260°C maximal, nicht länger als 10 Sekunden gehalten.
• Maximale Aufheizrate:3°C/Sekunde.
• Maximale Abkühlrate:6°C/Sekunde.

Kritischer Hinweis:Reflow-Löten sollte nicht mehr als zweimal durchgeführt werden, um übermäßige thermische Belastung des Gehäuses und der Bonddrähte zu vermeiden.

6.2 Handlöt-Anleitung

Falls manuelle Reparatur notwendig ist:

• Verwenden Sie einen Lötkolben mit einer Spitzentemperatur < 350°C.
• Wenden Sie Wärme an jeden Anschluss für < 3 Sekunden an.
• Verwenden Sie einen Kolben mit einer Leistung < 25 W.
• Halten Sie ein Minimum von 2 Sekunden Intervall zwischen dem Löten jedes Anschlusses ein.
• Für die Entfernung wird ein Zwei-Spitzen-Lötkolben empfohlen, um beide Anschlüsse gleichzeitig zu erhitzen und mechanische Belastung zu vermeiden.

Handlöten birgt ein höheres Risiko für thermische Schäden und sollte in der Produktion vermieden werden.

6.3 Lagerung und Feuchtigkeitsempfindlichkeit

Das Bauteil ist in einer feuchtigkeitsbeständigen Tasche mit Trockenmittel verpackt.

• Vor dem Öffnen:Lagern bei ≤30°C und ≤90 % r.F.
• Nach dem Öffnen (Bodenlebensdauer):1 Jahr bei ≤30°C und ≤60 % r.F. Unbenutzte Bauteile müssen in einer feuchtigkeitsdichten Tasche wieder versiegelt werden.
• Trocknen (Backen):Wenn der Trockenmittel-Indikator die Farbe ändert oder die Lagerzeit überschritten wird, backen Sie die Bauteile vor der Verwendung bei 60 ±5°C für 24 Stunden, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und "Popcorning" während des Reflow zu verhindern.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Verpackungsspezifikationen

Die LEDs werden auf geprägtem Trägerband auf Spulen mit 7 Zoll Durchmesser geliefert. Jede Spule enthält 2000 Stück. Die Bandabmessungen (Taschengröße, Teilung) sind spezifiziert, um die Kompatibilität mit automatischen Zuführern sicherzustellen. Die Spule hat spezifische Naben-, Flansch- und Außenabmessungen für die Montage auf Bestückungsautomaten.

7.2 Etikettenerklärung

Das Spulenetikett enthält kritische Informationen für Rückverfolgbarkeit und korrekte Anwendung:

• P/N:Vollständige Produktnummer (z. B. 12-21/R8C-AN1P2B/2D).
• QTY:Menge auf der Spule.
• CAT (oder Lichtstärke-Rang):Der Lichtstärke-Bin-Code (z. B. P1).
• HUE (Farbort/Wellenlängen-Rang):Der dominante Wellenlängen-Bin-Code (z. B. E9).
• REF (Flussspannungs-Rang):Der Spannungs-Bin-Code (z. B. 1).
• LOT No:Fertigungslosnummer für Qualitätsverfolgung.

8. Anwendungsdesign-Empfehlungen

8.1 Typische Anwendungsschaltungen

Die gebräuchlichste Ansteuerungsmethode ist ein Reihen-Strombegrenzungswiderstand. Der Widerstandswert (R_s) wird mit dem Ohmschen Gesetz berechnet: R_s= (V_Versorgung- V_F) / I_F. Die Verwendung der maximalen V_Faus dem Bin (z. B. 2,35 V für Bin 2) stellt sicher, dass auch bei ungünstigster LED-Streuung ausreichend Strom fließt. Für eine 5-V-Versorgung und I_F=20 mA: R_s= (5 - 2,35) / 0,02 = 132,5 Ω. Ein Standard-130-Ω- oder 150-Ω-Widerstand wäre geeignet. Die Leistungsaufnahme des Widerstands sollte mindestens (I_F²* R_s) betragen.

8.2 Designüberlegungen und Vorsichtsmaßnahmen

• Strombegrenzung ist zwingend erforderlich:Wie in den "Vorsichtsmaßnahmen" betont, ist ein externer Strombegrenzungsmechanismus (Widerstand oder Konstantstromtreiber) absolut erforderlich. Direkter Anschluss an eine Spannungsquelle zerstört die LED.
• Thermisches Management:Während eine einzelne LED nur ~60 mW verbraucht, erfordern hochdichte Arrays oder Betrieb bei hohen Umgebungstemperaturen Aufmerksamkeit auf das PCB-Layout für die Wärmeableitung. Vermeiden Sie die Platzierung in der Nähe anderer Wärmequellen.
• ESD-Schutz:Implementieren Sie ESD-sichere Handhabungsverfahren während der Montage. Schaltungseitiger ESD-Schutz kann in sensiblen Umgebungen notwendig sein.
• Optisches Design:Der 120-Grad-Abstrahlwinkel bietet breite Abdeckung. Für fokussiertes Licht wären Sekundäroptiken (Linsen) erforderlich. Das wasserklare Harzgehäuse ist für Anwendungen geeignet, bei denen die Chipfarbe akzeptabel ist oder wenn externe Diffusoren verwendet werden.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu älteren bedrahteten (z. B. 3 mm, 5 mm) roten LEDs bietet die 12-21 SMD LED:

• Größenreduzierung:Deutlich kleinerer Platzbedarf und Bauhöhe, ermöglicht moderne miniaturisierte Designs.
• Automatisierungskompatibilität:Konzipiert für die Oberflächenmontage in hohen Stückzahlen und zu niedrigen Kosten.
• Verbesserte Zuverlässigkeit:SMD-Gehäuse haben oft bessere Wärmeleitpfade zur Leiterplatte und keine gebogenen Anschlüsse, die Spannungen verursachen können.
• Im Vergleich zu einigen anderen SMD-roten LEDs (z. B. solchen, die InGaN für Rot verwenden) bietet die AlGaInP-Technologie typischerweise höhere Effizienz und gesättigtere Farbe im Rot/Orange-Spektrum.

Ihr primärer Kompromiss ist der Bedarf an präziseren Leiterplattenfertigungs- und Montageprozessen im Vergleich zu bedrahteten Bauteilen.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

10.1 Welchen Widerstand sollte ich bei einer 3,3-V-Versorgung verwenden?

Unter Verwendung der maximalen V_Fvon 2,35 V und dem Ziel-I_Fvon 20 mA: R = (3,3 - 2,35) / 0,02 = 47,5 Ω. Verwenden Sie einen Standard-47-Ω-Widerstand. Strom überprüfen: I = (3,3 - 2,0[typisch]) / 47 ≈ 27,7 mA, was über dem Dauerstromgrenzwert von 25 mA liegt. Um auf der sicheren Seite zu sein, wählen Sie einen 68-Ω-Widerstand: I = (3,3 - 2,0) / 68 ≈ 19,1 mA, was innerhalb der Spezifikation liegt.

10.2 Kann ich diese LED mit einem PWM-Signal zur Helligkeitssteuerung ansteuern?

Ja. Pulsweitenmodulation (PWM) ist eine ausgezeichnete Methode zum Dimmen von LEDs. Stellen Sie sicher, dass der Spitzenstrom in jedem Puls die absoluten Grenzwerte nicht überschreitet (I_FP= 60 mA für Pulse mit 10 % Tastverhältnis). Die Frequenz sollte hoch genug sein, um sichtbares Flackern zu vermeiden (typischerweise >100 Hz).

10.3 Warum sind die Lagerungs- und Trocknungsinformationen so wichtig?

SMD-Kunststoffgehäuse können Feuchtigkeit aus der Luft aufnehmen. Während des Hochtemperatur-Reflow-Lötprozesses kann diese eingeschlossene Feuchtigkeit schnell verdampfen und internen Druck erzeugen, der das Gehäuse delaminieren oder den Chip reißen lassen kann ("Popcorning"). Die Lagerungsbedingungen und das Trocknungsverfahren verhindern diesen Fehlermodus.

10.4 Wie interpretiere ich die Bin-Codes bei der Bestellung?

Für ein konsistentes Erscheinungsbild in einem Produkt geben Sie die gewünschten Bins für Lichtstärke (CAT), dominante Wellenlänge (HUE) und optional Flussspannung (REF) an. Zum Beispiel stellt die Anforderung "CAT=P1, HUE=E9" sicher, dass alle LEDs ähnliche Helligkeit und einen sehr spezifischen Farbton von Tiefrot haben. Wenn nicht angegeben, erhalten Sie möglicherweise eine Mischung aus der Produktion.

11. Praktische Anwendungsbeispiele

11.1 Automobil-Armaturenbrett-Schalter-Hintergrundbeleuchtung

In dieser Anwendung werden mehrere 12-21 LEDs hinter lichtdurchlässigen Schalterkappen oder Symbolen auf einem Armaturenbrett platziert. Der breite 120-Grad-Abstrahlwinkel sorgt für gleichmäßige Ausleuchtung des Symbols. Sie werden typischerweise in parallelen Strings angesteuert, jeder mit seinem eigenen strombegrenzenden Widerstand, vom 12-V-Bordnetz des Fahrzeugs (über einen Spannungsregler). Der Betriebstemperaturbereich von -40°C bis +85°C ist für die Automobilinnenraumumgebung geeignet. Konsistenz in der Wellenlänge (HUE-Bin) ist hier entscheidend, um die Farbe anderer Innenraumbeleuchtung abzustimmen.

11.2 Statusanzeige an einem Netzwerkrouter

Eine einzelne LED kann verwendet werden, um die Stromversorgung oder Netzwerkaktivität anzuzeigen. Sie wird von einem GPIO-Pin eines Mikrocontrollers angesteuert. Die Schaltung enthält einen Reihenwiderstand (berechnet für den 3,3-V- oder 5-V-Ausgang des MCU) und möglicherweise einen Transistor, wenn der MCU-Pin nicht direkt 20 mA liefern kann. Die tiefrote Farbe ist sehr gut sichtbar. Das SMD-Gehäuse ermöglicht es, sie sehr nah an einem kleinen Anzeigefenster am Gehäuse des Routers zu platzieren.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Die 12-21 LED ist ein halbleiterbasiertes photonisches Bauteil. Ihr Kern ist ein Chip aus AlGaInP (Aluminium-Gallium-Indium-Phosphid)-Materialien. Wenn eine Flussspannung angelegt wird, die das Dioden-Übergangspotential (∼1,8 V) überschreitet, werden Elektronen und Löcher in den aktiven Bereich injiziert, wo sie rekombinieren. In diesem Materialsystem wird ein signifikanter Teil dieser Rekombinationsenergie als Photonen (Licht) anstelle von Wärme freigesetzt. Die spezifische Zusammensetzung der AlGaInP-Schichten bestimmt die Bandlückenenergie, die direkt die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts definiert – in diesem Fall Tiefrot um 650 nm. Das wasserklare Epoxidharzgehäuse verkapselt den Chip, bietet mechanischen Schutz und wirkt als Primärlinse, die das Licht in das 120-Grad-Muster formt.

13. Technologietrends und Kontext

Die 1206 SMD LED repräsentiert eine ausgereifte und weit verbreitete Gehäusetechnologie. Aktuelle Trends in der LED-Gehäusetechnik bewegen sich hin zu noch kleineren Bauformen (z. B. 0805, 0603, 0402) für Ultra-Miniaturisierung und höhere Dichte in Arrays. Es gibt auch einen starken Trend hin zu Chip-Scale-Packages (CSP), die das traditionelle Kunststoffgehäuse eliminieren, um minimale Größe und optimale thermische Leistung zu erreichen. Für Rot-Emission bleibt AlGaInP zwar hocheffizient, aber Entwicklungen in phosphorkonvertierten LEDs und neuen Halbleitermaterialien gehen weiter. Darüber hinaus wird die Integration von Steuerelektronik (z. B. Konstantstromtreiber, PWM-Controller) direkt in das LED-Gehäuse ("Smart LEDs") für fortschrittliche Beleuchtungsanwendungen immer häufiger. Die 12-21 LED befindet sich in einem etablierten, kostenoptimierten Segment des Marktes, geschätzt für ihre Zuverlässigkeit, Einfachheit und Kompatibilität mit Standard-SMT-Prozessen.

14. Haftungsausschluss für Anwendungseinschränkungen

Dieses Produkt ist für allgemeine kommerzielle und industrielle Anwendungen konzipiert. Es ist nicht speziell qualifiziert oder garantiert für den Einsatz in hochzuverlässigen oder sicherheitskritischen Systemen wie:

• Militärischer oder Luft- und Raumfahrtausrüstung
• Automobil-Sicherheitssystemen (z. B. Bremslichter, Airbag-Steuerungen)
• Medizinischen lebenserhaltenden Geräten

In solchen Anwendungen sind andere Produkte mit erweiterten Temperaturbereichen, erweiterten Zuverlässigkeitstests und anderen Qualifizierungsprozessen erforderlich. Die Spezifikationen in diesem Dokument garantieren die Leistung nur innerhalb der angegebenen Grenzen und für das Bauteil als einzelne Einheit. Die Systemleistung und -zuverlässigkeit liegen in der Verantwortung des Endprodukt-Designers.