SMD LED 17-21 Tiefrot Datenblatt - Größe 1,6x0,8x0,6mm - Spannung 1,75-2,35V - Leistung 60mW - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt die Spezifikationen einer oberflächenmontierbaren Tiefrot-LED im kompakten 17-21-Gehäuse. Diese Komponente ist für die moderne Elektronikmontage konzipiert und bietet eine erhebliche Reduzierung von Größe und Gewicht im Vergleich zu herkömmlichen LEDs mit Anschlussdrähten. Ihre Hauptvorteile sind die Ermöglichung kleinerer Leiterplatten (PCB)-Designs, eine höhere Bauteildichte und letztlich ein Beitrag zu kompakteren und leichteren Endgeräten.

1.1 Kernmerkmale und Konformität

Die LED wird auf 8-mm-Band geliefert, das auf eine 7-Zoll-Rolle aufgewickelt ist, wodurch sie vollständig mit automatischen Bestückungsgeräten kompatibel ist. Sie ist für Infrarot (IR)- und Dampfphasen-Reflow-Lötverfahren qualifiziert. Das Bauteil ist ein monochromer Typ, der tiefrotes Licht emittiert. Es ist aus bleifreien Materialien gefertigt und entspricht wichtigen Umwelt- und Sicherheitsvorschriften, einschließlich der EU-RoHS-Richtlinie, der EU-REACH-Verordnung und halogenfreien Anforderungen (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm).

1.2 Zielanwendungen

Diese LED eignet sich für verschiedene Anzeige- und Hintergrundbeleuchtungsanwendungen. Typische Einsatzgebiete sind die Hintergrundbeleuchtung von Instrumententafeln und Schaltern, Statusanzeigen und Tastaturbeleuchtung in Telekommunikationsgeräten wie Telefonen und Faxgeräten, flache Hintergrundbeleuchtung für LCDs und allgemeine Anzeigeanwendungen, bei denen eine kleine, zuverlässige rote Lichtquelle benötigt wird.

2. Technische Parameter: Detaillierte objektive Interpretation

Die folgenden Abschnitte bieten eine detaillierte, objektive Analyse der elektrischen, optischen und thermischen Eigenschaften der LED basierend auf den Datenblattparametern. Alle Werte sind bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C angegeben, sofern nicht anders angegeben.

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Grenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb unter oder bei diesen Bedingungen ist nicht garantiert und sollte im Schaltungsdesign vermieden werden.

• Sperrspannung (VR):5V. Das Überschreiten dieser Spannung in Sperrrichtung kann zum Durchbruch des Übergangs führen.
• Dauer-Durchlassstrom (IF):25 mA. Dies ist der maximale Gleichstrom, der für einen zuverlässigen Langzeitbetrieb empfohlen wird.
• Spitzen-Durchlassstrom (IFP):60 mA. Dies ist nur unter gepulsten Bedingungen mit einem Tastverhältnis von 1/10 bei 1 kHz zulässig. Nicht für Dauerbetrieb.
• Verlustleistung (Pd):60 mW. Dies ist die maximale Leistung, die das Gehäuse ohne Überschreiten seiner thermischen Grenzen abführen kann.
• Elektrostatische Entladung (ESD) Human Body Model (HBM):2000V. Dies gibt die Empfindlichkeit des Bauteils gegenüber statischer Elektrizität an; es müssen geeignete ESD-Handhabungsverfahren befolgt werden.
• Betriebstemperatur (Topr):-40°C bis +85°C. Der Umgebungstemperaturbereich, in dem das Bauteil betrieben werden kann.
• Lagertemperatur (Tstg):-40°C bis +90°C. Der Temperaturbereich für die Lagerung des Bauteils im stromlosen Zustand.
• Löttemperatur (Tsol):Für Reflow-Löten ist eine Spitzentemperatur von 260°C für maximal 10 Sekunden spezifiziert. Für Handlöten sollte die Lötspitzentemperatur 350°C nicht überschreiten, maximal 3 Sekunden pro Anschluss.

2.2 Elektro-optische Kenngrößen

Diese Parameter definieren die Lichtausgabe und das elektrische Verhalten der LED unter normalen Betriebsbedingungen (IF=20mA, Ta=25°C).

• Lichtstärke (Iv):Reicht von mindestens 36,00 mcd bis maximal 90,00 mcd. Der typische Wert ist nicht angegeben, was darauf hinweist, dass die Leistung durch ein Binning-System gesteuert wird (siehe Abschnitt 3).
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):Der typische volle Abstrahlwinkel bei halber Intensität beträgt 140 Grad, was ein breites Abstrahlmuster bietet.
• Spitzenwellenlänge (λp):Die typische Wellenlänge, bei der die optische Leistungsabgabe maximal ist, beträgt 639 Nanometer (nm), was sie in den tiefroten Bereich des Spektrums einordnet.
• Dominierende Wellenlänge (λd):Die wahrgenommene Farbwellenlänge reicht von 625,5 nm bis 637,5 nm. Auch dies wird durch Binning gesteuert.
• Spektrale Bandbreite (Δλ):Die typische volle Halbwertsbreite (FWHM) des Emissionsspektrums beträgt 20 nm.
• Durchlassspannung (VF):Liegt bei 20mA zwischen 1,75V und 2,35V. Dieser Parameter wird gebinnt.
• Sperrstrom (IR):Maximal 10 μA bei einer Sperrspannung von 5V. Das Datenblatt weist ausdrücklich darauf hin, dass das Bauteil nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt ist; dieser Testparameter dient nur der Qualitätssicherung.

Wichtige Hinweise:Das Datenblatt spezifiziert Fertigungstoleranzen: Lichtstärke (±11%), dominierende Wellenlänge (±1nm) und Durchlassspannung (±0,1V). Diese gelten für die gebinnten Werte.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um Konsistenz in der Massenproduktion zu gewährleisten, werden LEDs nach wichtigen Leistungsparametern sortiert (gebinnt). Dies ermöglicht es Designern, Bauteile auszuwählen, die spezifische Helligkeits- und Farbanforderungen für ihre Anwendung erfüllen.

3.1 Binning der Lichtstärke

LEDs werden basierend auf ihrer gemessenen Lichtstärke bei IF=20mA in vier Bins (N2, P1, P2, Q1) kategorisiert. Beispielsweise hat eine LED des Q1-Bins eine Intensität zwischen 72,00 und 90,00 mcd.

3.2 Binning der dominierenden Wellenlänge

Die wahrgenommene Farbe (Farbton) wird durch drei Wellenlängen-Bins (E6, E7, E8) gesteuert. Eine LED des E6-Bins hat eine dominierende Wellenlänge zwischen 625,50 nm und 629,50 nm, was einen leicht anderen Rottönung im Vergleich zu einem E8-Bin (633,50 nm bis 637,50 nm) ergibt.

3.3 Binning der Durchlassspannung

Die Durchlassspannung wird in drei Gruppen (0, 1, 2) gebinnt. Dies ist entscheidend für den Entwurf von Strombegrenzungsschaltungen, insbesondere beim Betrieb mehrerer LEDs in Reihe, um eine gleichmäßige Stromverteilung sicherzustellen. Eine LED des Bins 0 hat eine VF zwischen 1,75V und 1,95V, während eine LED des Bins 2 zwischen 2,15V und 2,35V liegt.

4. Analyse der Kennlinien

Während der bereitgestellte PDF-Auszug auf einen Abschnitt für "Typische elektro-optische Kennlinien" hinweist, sind die spezifischen Graphen (z.B. IV-Kurve, relative Intensität vs. Strom, relative Intensität vs. Temperatur, spektrale Verteilung) im Textinhalt nicht enthalten. In einem vollständigen Datenblatt sind diese Kurven für das Design unerlässlich. Sie zeigen typischerweise:

• Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (IV-Kurve):Zeigt den nichtlinearen Zusammenhang und hilft, den dynamischen Widerstand und die erforderliche Treiberspannung für einen bestimmten Strom zu bestimmen.
• Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom:Zeigt, wie die Lichtausgabe mit dem Strom zunimmt, oft mit Sättigungseffekten bei höheren Strömen.
• Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Zeigt die Abnahme der Lichtausgabe mit steigender Sperrschichttemperatur, was für das thermische Management entscheidend ist.
• Normalisierte spektrale Verteilung:Ein Graph, der die relative Intensität über der Wellenlänge aufträgt und visuell die Spitzenwellenlänge (639nm) und die spektrale Bandbreite (20nm) bestätigt.

Designer sollten das vollständige Datenblatt mit Graphen konsultieren, um das Verhalten der LED unter nicht standardmäßigen Bedingungen (unterschiedliche Ströme oder Temperaturen) genau zu modellieren.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen und Polarität

Die LED verwendet den standardmäßigen 17-21 SMD-Gehäusefußabdruck. Die Schlüsselabmessungen (in Millimetern) sind entscheidend für das Design des PCB-Landmusters. Das Gehäuse hat eine markierte Kathode zur Polarisationsidentifikation. Ein typisches Landmuster hätte zwei Pads für Anode und Kathode, mit der empfohlenen Lötpadgröße und -abstand, um ein korrektes Löten und mechanische Stabilität zu gewährleisten. Die genauen Abmessungen sollten der "Gehäuseabmessungs"-Zeichnung im Datenblatt entnommen werden.

5.2 Feuchtesensitivität und Verpackung

Das Bauteil ist in einer feuchtigkeitsbeständigen Sperrbeutel mit Trockenmittel verpackt, um die Aufnahme von Luftfeuchtigkeit zu verhindern, die während des Hochtemperatur-Reflow-Lötprozesses zu "Popcorning" (Gehäuserissen) führen kann. Das Etikett auf der Beutel enthält wichtige Informationen für Rückverfolgbarkeit und Anwendung: Kundenteilenummer (CPN), Produktnummer (P/N), Packmenge (QTY) und die spezifischen Bincodes für Lichtstärke (CAT), dominierende Wellenlänge (HUE) und Durchlassspannung (REF).

5.3 Rolle und Band-Spezifikationen

Die Bauteile werden auf geprägter Trägerband geliefert, das auf eine 7-Zoll-Rolle aufgewickelt ist. Die Bandabmessungen (Taschengröße, Teilung) und Rollenabmessungen (Nabendurchmesser, Flanschdurchmesser) sind standardisiert, um mit automatischen Bestückungsgeräten kompatibel zu sein. Die bestückte Menge ist mit 3000 Stück pro Rolle angegeben.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Die Einhaltung dieser Richtlinien ist für die Ausbeute bei der Montage und die Langzeitzuverlässigkeit entscheidend.

6.1 Lagerung und Handhabung

• Öffnen Sie die feuchtigkeitsdichte Beutel erst, wenn Sie bereit zur Verwendung sind.
• Nach dem Öffnen sollten unbenutzte LEDs bei ≤30°C und ≤60% relativer Luftfeuchtigkeit (RH) gelagert werden.
• Die "Bodenlebensdauer" nach dem Öffnen der Beutel beträgt 168 Stunden (7 Tage). Unbenutzte Teile nach dieser Zeit müssen vor der Verwendung erneut getrocknet (60±5°C für 24 Stunden) und mit frischem Trockenmittel neu verpackt werden.
• Befolgen Sie stets ESD-sichere Handhabungsverfahren.

6.2 Reflow-Lötprofil

Ein bleifreies Reflow-Profil ist spezifiziert. Wichtige Parameter sind:

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

Kritische Regel:Reflow-Löten sollte nicht mehr als zweimal an derselben LED durchgeführt werden.

6.3 Handlöten und Nacharbeit

Wenn Handlöten unvermeidbar ist, verwenden Sie einen Lötkolben mit einer Spitzentemperatur ≤350°C und wenden Sie Wärme für ≤3 Sekunden an jedem Anschluss an. Verwenden Sie einen Niedrigleistungskolben (≤25W) und lassen Sie ein Abkühlintervall von ≥2 Sekunden zwischen den Anschlüssen. Das Datenblatt rät von einer Nacharbeit nach dem Löten der LED dringend ab. Wenn unbedingt erforderlich, muss ein spezieller Doppelspitzen-Lötkolben verwendet werden, um beim Entfernen beide Anschlüsse gleichzeitig zu erhitzen, um mechanische Belastung zu vermeiden, und die Auswirkung auf die LED-Eigenschaften muss überprüft werden.

7. Anwendungsvorschläge und Designüberlegungen

7.1 Strombegrenzung ist zwingend erforderlich

LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Das Datenblatt warnt ausdrücklich davor, dass ein Reihenstrombegrenzungswiderstandzwingendverwendet werden muss. Die Durchlassspannung hat einen negativen Temperaturkoeffizienten, und eine kleine Änderung kann aufgrund der exponentiellen IV-Charakteristik der Diode zu einer großen Stromänderung führen, was möglicherweise zu thermischem Durchgehen und Ausfall führt.

7.2 Thermales Management

Obwohl das Gehäuse klein ist, muss die Verlustleistungsgrenze von 60mW eingehalten werden. Betrieb bei hohen Umgebungstemperaturen oder hohen Strömen verringert die Lichtausgabe und Lebensdauer. Sorgen Sie für ausreichende PCB-Kupferfläche oder thermische Durchkontaktierungen, wenn in der Nähe der Maximalwerte gearbeitet wird.

7.3 Optisches Design

Der 140° Abstrahlwinkel bietet ein breites, diffuses Lichtmuster, das sich für Flächenbeleuchtung oder Anzeigen eignet, die aus verschiedenen Blickwinkeln sichtbar sein müssen. Für fokussierteres Licht wären externe Linsen oder Reflektoren erforderlich.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Das primäre Unterscheidungsmerkmal dieser 17-21 Tiefrot-LED ist die Kombination aus einem spezifischen Halbleitermaterial (AIGaInP) und einem sehr kompakten oberflächenmontierbaren Gehäuse.

• vs. Ältere Durchsteck-LEDs:Bietet enorme Platzersparnis, Gewichtsreduzierung und Kompatibilität mit Hochgeschwindigkeits-Automontage, was zu geringeren Gesamtfertigungskosten führt.
• vs. Andere SMD-Rot-LEDs:Die Verwendung von AIGaInP-Technologie bietet typischerweise eine höhere Effizienz und bessere Leistungsstabilität über die Temperatur im Vergleich zu einigen anderen Materialsystemen für rote Emission. Die spezifische 639nm Spitze/tiefrote Farbe kann aufgrund ihrer visuellen Unterscheidbarkeit oder ihrer Wirksamkeit in bestimmten Sensoranwendungen gewählt werden.
• vs. Größere SMD-Gehäuse (z.B. 3528, 5050):Das 17-21-Gehäuse ist deutlich kleiner und ermöglicht ultraminiaturisierte Designs, jedoch im Allgemeinen mit einer geringeren Gesamtlichtleistung aufgrund seiner kleineren Chipgröße und thermischen Grenzen.

8.1 Funktionsprinzip

Licht wird durch einen Prozess namens Elektrolumineszenz innerhalb des AIGaInP (Aluminium-Gallium-Indium-Phosphid)-Halbleiterchips erzeugt. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, werden Elektronen und Löcher in den aktiven Bereich des Halbleiterübergangs injiziert. Wenn diese Ladungsträger rekombinieren, setzen sie Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Zusammensetzung der AIGaInP-Legierung bestimmt die Bandlückenenergie, die direkt die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts definiert – in diesem Fall tiefrot bei etwa 639 nm.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Kann ich diese LED direkt von einer 3,3V- oder 5V-Logikversorgung betreiben?

A: Nein. Sie müssen immer einen Reihenstrombegrenzungswiderstand verwenden. Der erforderliche Widerstandswert wird mit dem Ohmschen Gesetz berechnet: R = (V_Versorgung - VF_LED) / I_gewünscht. Unter Verwendung der maximalen VF (2,35V) für ein konservatives Design mit 3,3V Versorgung und 20mA Ziel: R = (3,3 - 2,35) / 0,02 = 47,5Ω. Ein Standard-47Ω- oder 51Ω-Widerstand wäre geeignet.

F: Warum wird die Lichtstärke als Bereich mit Bins angegeben?

A: Aufgrund inhärenter Schwankungen im Halbleiterfertigungsprozess haben einzelne LEDs leicht unterschiedliche Leistungen. Binning sortiert sie in Gruppen mit garantierten Minimal- und Maximalwerten, was es Designern ermöglicht, die geeignete Helligkeitsklasse für ihre Kosten- und Leistungsanforderungen auszuwählen.

F: Was passiert, wenn ich die 7-tägige Bodenlebensdauer nach dem Öffnen der Beutel überschreite?

A: Die aufgenommene Feuchtigkeit kann sich während des Reflow-Lötens in Dampf verwandeln und möglicherweise interne Delamination oder Risse verursachen. Die Teile müssen vor der Verwendung durch Trocknen bei 60°C für 24 Stunden rekonfektioniert werden.

F: Ist diese LED für die Armaturenbrettbeleuchtung in Fahrzeugen geeignet?

A: Während "Armaturenbrett-Hintergrundbeleuchtung" als Anwendung aufgeführt ist, enthält das Datenblatt einen Abschnitt "Anwendungseinschränkungen". Es wird darauf hingewiesen, dass Hochzuverlässigkeitsanwendungen wie automobilen Sicherheitssystemen möglicherweise ein anderes, strenger qualifiziertes Produkt erfordern. Für nicht-kritische Armaturenbrettbeleuchtung mag sie geeignet sein, aber für sicherheitskritische Anzeigen sollte ein Produkt beschafft werden, das speziell nach Automobilstandards (z.B. AEC-Q102) qualifiziert ist.

10. Praktischer Design- und Anwendungsfall

Szenario: Entwurf eines kompakten Statusanzeigepanels.Ein Designer benötigt mehrere tiefrote Status-LEDs auf einer dicht bestückten Steuerplatine. Er wählt diese 17-21 LED aufgrund ihrer geringen Größe. Er spezifiziert den Q1-Helligkeitsbin und den E7-Wellenlängenbin, um eine helle, einheitliche Farbe über alle Anzeigen hinweg sicherzustellen. Im PCB-Layout verwendet er das empfohlene Landmuster aus dem Datenblatt. Er entwirft die Treiberschaltung mit einem 3,3V-Regler, einem 51Ω-Strombegrenzungswiderstand für jede LED (resultierend in ~18-20mA) und platziert kleine thermische Entlastungspads. Während der Montage stellt er sicher, dass die werksversiegelte Rolle innerhalb der Bodenlebensdauer verwendet wird und folgt dem spezifizierten Reflow-Profil. Dies führt zu einem zuverlässigen, kompakten Anzeigesystem.

11. Technologietrends

Der allgemeine Trend in der LED-Technologie, auch für Anzeigen, geht in mehrere Schlüsselbereiche:

• Erhöhte Effizienz:Laufende Verbesserungen in der Materialwissenschaft zielen darauf ab, mehr Licht (Lumen) pro Einheit elektrischer Eingangsleistung (Watt) zu erzeugen, um Energieverbrauch und thermische Belastung zu reduzieren.
• Miniaturisierung:Gehäuse werden weiter schrumpfen (z.B. von 17-21 zu noch kleineren Footprints wie 10-05), um immer kleinere elektronische Geräte zu ermöglichen.
• Höhere Zuverlässigkeit und Robustheit:Verbesserungen bei Gehäusematerialien und Die-Attach-Technologien erhöhen die Lebensdauer und Widerstandsfähigkeit gegen thermische Zyklen und Feuchtigkeit.
• Integration:Es gibt einen Trend zur Integration mehrerer LEDs (z.B. RGB), Steuer-ICs und sogar passiver Bauteile in einzelne, intelligentere Modulgehäuse.
• Standardisierung und Konformität:Strengere und weiter verbreitete Umweltvorschriften (RoHS, REACH, halogenfrei) treiben weiterhin Materialänderungen in der gesamten Branche voran.