SMD-LED mit Diffusorlinse, Zweifarbig (Rot/Grün) - Gehäuseabmessungen - Durchlassspannung 1,8-2,4V - Verlustleistung 72mW - Datenblatt

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt die Spezifikationen einer oberflächenmontierbaren (SMD) Leuchtdiode (LED) mit einer Zweifarben-Konfiguration (Rot und Grün) in einem einzigen Gehäuse. Das Bauteil verfügt über eine diffuse Linse, die eine breitere und gleichmäßigere Lichtverteilung ermöglicht und es somit für Anwendungen geeignet macht, die Anzeigefunktionen oder Hintergrundbeleuchtung mit Farbunterscheidung erfordern. Die LED ist mit AlInGaP-Technologie (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) für beide Farbchips aufgebaut, die für ihre Effizienz und Helligkeit bekannt ist. Sie ist für die Kompatibilität mit automatischen Bestückungsanlagen und Standard-Lötverfahren mittels Infrarot-Rückflusslöten ausgelegt und passt sich damit modernen Elektronikfertigungsprozessen an.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Absolute Grenzwerte

Die absoluten Grenzwerte definieren die Belastungsgrenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Diese Werte gelten bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C. Für die roten und grünen Chips beträgt der zulässige kontinuierliche Gleichstrom-Vorwärtsstrom 30 mA. Der Spitzen-Vorwärtsstrom unter gepulsten Bedingungen (1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Pulsbreite) liegt bei 80 mA. Die maximal zulässige Sperrspannung beträgt 5 V. Die gesamte Verlustleistung pro Chip beträgt 72 mW. Der Betriebstemperaturbereich des Bauteils liegt zwischen -40°C und +85°C, die Lagertemperatur zwischen -40°C und +100°C.

2.2 Elektrische und optische Kenngrößen

Die wichtigsten Leistungsparameter werden bei Ta=25°C und einem Standard-Prüfstrom (IF) von 20 mA gemessen.

• Lichtstärke (Iv):Für den roten Chip beträgt die minimale Lichtstärke 112,0 mcd, die maximale 280,0 mcd. Der grüne Chip hat ein Minimum von 71,0 mcd und ein Maximum von 224,0 mcd. Ein typischer Wert wird nicht angegeben, was darauf hindeutet, dass die Leistung durch Binning gesteuert wird.
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):Der typische volle Abstrahlwinkel beträgt 120 Grad. Das bedeutet, der Winkel, bei dem die Intensität auf die Hälfte des Achswerts abfällt, beträgt 60 Grad. Dieser große Winkel ist charakteristisch für eine diffuse Linse.
• Wellenlänge:Der rote Chip hat eine typische Spitzen-Emissionswellenlänge (λP) von 639 nm und eine dominante Wellenlänge (λd) von 631 nm. Der grüne Chip hat eine typische λP von 574 nm und λd von 571 nm. Die spektrale Halbwertsbreite (Δλ) beträgt 20 nm für Rot und 15 nm für Grün.
• Durchlassspannung (VF):Die Durchlassspannung für beide Farben liegt bei 20 mA zwischen einem Minimum von 1,8 V und einem Maximum von 2,4 V, mit einer angegebenen Toleranz von ±0,1 V.
• Sperrstrom (IR):Der maximale Sperrstrom beträgt 10 μA bei einer angelegten Sperrspannung (VR) von 5 V.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um Konsistenz in Anwendungen zu gewährleisten, werden die LEDs nach ihrer Lichtstärke in Bins sortiert. Dies ermöglicht es Entwicklern, Bauteile auszuwählen, die spezifische Helligkeitsanforderungen erfüllen.

3.1 Binning für die rote Farbe

Die Lichtstärke für den roten Chip ist in vier Bins kategorisiert: R1 (112,0-140,0 mcd), R2 (140,0-180,0 mcd), S1 (180,0-224,0 mcd) und S2 (224,0-280,0 mcd).

3.2 Binning für die grüne Farbe

Der grüne Chip verwendet fünf Bins: Q1 (71,0-90,0 mcd), Q2 (90,0-112,0 mcd), R1 (112,0-140,0 mcd), R2 (140,0-180,0 mcd) und S1 (180,0-224,0 mcd). Auf jedes Lichtstärke-Bin wird eine Toleranz von ±11 % angewendet.

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt verweist auf typische elektrische und optische Kennlinien. Obwohl die spezifischen Grafiken im Text nicht enthalten sind, zeigen solche Kurven typischerweise den Zusammenhang zwischen Vorwärtsstrom und Durchlassspannung (IV-Kennlinie), die Änderung der Lichtstärke mit dem Vorwärtsstrom, die Temperaturabhängigkeit von Durchlassspannung und Lichtstärke sowie die spektrale Leistungsverteilung. Die Analyse dieser Kurven ist entscheidend, um das Verhalten des Bauteils unter nicht standardmäßigen Bedingungen, wie z. B. unterschiedlichen Treiberströmen oder Umgebungstemperaturen, zu verstehen.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Bauteilabmessungen und Pinbelegung

Die LED entspricht einem EIA-Standard-Gehäuse. Die spezifische Maßzeichnung wird referenziert. Die Pinbelegung für die Zweifarben-LED ist wie folgt: Die Pins 1 und 2 sind dem roten Chip zugeordnet, die Pins 3 und 4 dem grünen Chip. Alle Maße sind in Millimetern angegeben, mit einer allgemeinen Toleranz von ±0,2 mm, sofern nicht anders angegeben.

5.2 Verpackung auf Band und Rolle

Die Bauteile werden auf 8 mm breitem Band auf Rollen mit 7 Zoll Durchmesser geliefert, kompatibel mit der automatischen Bestückung. Jede Rolle enthält 2000 Stück. Die Verpackung folgt den EIA-481-1-B-Spezifikationen. Hinweise spezifizieren, dass leere Taschen versiegelt sind, die Mindestbestellmenge für Restposten 500 Stück beträgt und maximal zwei aufeinanderfolgende fehlende Bauteile pro Rolle zulässig sind.

6. Löt- und Montagehinweise

6.1 Lötprofil für Rückflusslöten

Für bleifreie Lötprozesse wird ein Infrarot-Rückflussprofil empfohlen, das mit J-STD-020B konform ist. Zu den wichtigsten Parametern gehören eine Vorwärmtemperatur von 150-200°C, eine Vorwärmzeit von maximal 120 Sekunden, eine Spitzentemperatur von maximal 260°C und eine Zeit oberhalb der Liquidus-Temperatur (oder auf Spitzentemperatur) von maximal 10 Sekunden. Das Rückflusslöten sollte maximal zweimal durchgeführt werden.

6.2 Handlöten

Bei Verwendung eines Lötkolbens sollte die Lötspitzentemperatur 300°C nicht überschreiten und die Lötzeit pro Anschluss auf maximal 3 Sekunden begrenzt sein. Handlöten sollte nur einmal durchgeführt werden.

6.3 Lagerung und Handhabung

Für ungeöffnete feuchtigkeitsgeschützte Beutel mit Trockenmittel sollten LEDs bei ≤30°C und ≤70 % relativer Luftfeuchtigkeit gelagert und innerhalb eines Jahres verwendet werden. Nach dem Öffnen sollte die Lagerumgebung ≤30°C und ≤60 % relative Luftfeuchtigkeit betragen. Bauteile, die aus ihrer Originalverpackung entnommen wurden, sollten innerhalb von 168 Stunden einem IR-Rückflusslötprozess unterzogen werden. Für eine Lagerung über diesen Zeitraum hinaus wird empfohlen, sie vor der Montage etwa 48 Stunden bei ca. 60°C zu trocknen (baken).

6.4 Reinigung

Falls eine Reinigung erforderlich ist, sollten nur spezifizierte Lösungsmittel wie Ethylalkohol oder Isopropylalkohol verwendet werden. Die LED sollte bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute eingetaucht werden. Nicht spezifizierte Chemikalien müssen vermieden werden, da sie das Gehäuse beschädigen können.

7. Anwendungsvorschläge

7.1 Typische Anwendungsszenarien

Diese Zweifarben-LED eignet sich gut für Statusanzeigen, Strom-/Ladeanzeigen, Hintergrundbeleuchtung für Symbole oder Piktogramme, die zwei Farbzustände erfordern (z. B. Ein/Aus, Aktiv/Standby, Gehen/Warten), sowie für Displays in Unterhaltungselektronik. Die diffuse Linse macht sie ideal für Anwendungen, bei denen ein großer Betrachtungswinkel und weiches, nicht blendendes Licht gewünscht sind.

7.2 Designüberlegungen

Ansteuerungsmethode:LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Um eine gleichmäßige Helligkeit zu gewährleisten, insbesondere wenn mehrere LEDs parallel geschaltet sind, muss ein Vorwiderstand in Reihe mit jeder LED oder jedem Farbkanal verwendet werden. Der Widerstandswert wird basierend auf der Versorgungsspannung (Vcc), dem gewünschten Vorwärtsstrom (IF, typischerweise 20 mA) und der Durchlassspannung (VF) der LED berechnet: R = (Vcc - VF) / IF.

Wärmemanagement:Obwohl die Verlustleistung relativ gering ist, ist es eine gute Praxis, für eine ausreichende Wärmeableitung durch das PCB-Layout zu sorgen, insbesondere in Umgebungen mit hoher Umgebungstemperatur oder beim Betrieb nahe der Grenzwerte.

Polarität und Platzierung:Die korrekte Ausrichtung gemäß dem Pinbelegungsdiagramm ist entscheidend. Das empfohlene Layout der Lötpads auf der Leiterplatte sollte eingehalten werden, um ein einwandfreies Löten und mechanische Stabilität zu gewährleisten.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die wichtigsten Unterscheidungsmerkmale dieses Bauteils sind seine Zweifarben-Fähigkeit in einem einzigen SMD-Gehäuse, was im Vergleich zur Verwendung von zwei einzelnen LEDs Leiterplattenfläche spart. Die Verwendung von AlInGaP-Technologie bietet typischerweise eine höhere Effizienz und bessere Leistungsstabilität über Temperatur im Vergleich zu einigen anderen Materialsystemen für rote und bernsteinfarbene LEDs. Der durch die diffuse Linse erreichte Abstrahlwinkel von 120 Grad bietet eine breitere Sichtbarkeit. Die Konformität mit RoHS und die Kompatibilität mit bleifreien Lötprozessen machen es für die moderne, umweltbewusste Fertigung geeignet.

9. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F: Kann ich die roten und grünen Chips gleichzeitig ansteuern, um eine gelbe/orangefarbene Farbe zu erzeugen?

A: Während dies elektrisch möglich ist, erfordert das Mischen der Farben durch gleichzeitiges Ansteuern beider Chips eine sorgfältige Stromregelung, um einen bestimmten Farbort zu erreichen. Das Datenblatt enthält keine Spezifikationen für Mischfarben, daher können die Ergebnisse variieren. Für gezieltes Farbmischen wird eine dedizierte RGB-LED mit charakterisierten Farbkoordinaten empfohlen.

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) wird aus dem CIE-Farbdiagramm abgeleitet und repräsentiert die einzelne Wellenlänge des Spektrums, die der wahrgenommenen Farbe der LED entspricht. λd ist für die Farbangabe in Display-Anwendungen relevanter.

F: Wie wähle ich das richtige Bin für meine Anwendung aus?

A: Wählen Sie ein Bin basierend auf der für Ihr Design unter ungünstigsten Bedingungen (z. B. maximale Durchlassspannung, hohe Temperatur) erforderlichen Mindesthelligkeit. Die Verwendung eines Bins mit einer höheren Mindestintensität bietet einen Design-Sicherheitsabstand. Konsistenz über mehrere Einheiten in einem Produkt wird durch die Spezifikation eines einzelnen Bin-Codes erreicht.

10. Praktisches Anwendungsbeispiel

Szenario: Zweifarben-Statusanzeige für ein tragbares Gerät

In einem tragbaren medizinischen Monitor kann diese LED verwendet werden, um den Batteriestatus anzuzeigen. Wenn der Akku geladen wird, leuchtet die grüne LED. Bei niedrigem Akkustand leuchtet die rote LED. Ein Mikrocontroller-GPIO-Pin kann jede Farbe über eine einfache Transistorschalterschaltung mit einem Vorwiderstand steuern. Der große Abstrahlwinkel stellt sicher, dass der Status aus verschiedenen Blickwinkeln sichtbar ist. Das Design muss den Unterschied in der Durchlassspannung berücksichtigen und sicherstellen, dass der Vorwiderstand für jede Farbe separat berechnet wird, wenn sie von der gleichen Spannungsversorgung angesteuert werden, obwohl ihre VF-Bereiche in diesem Fall ähnlich sind.

11. Einführung in das Funktionsprinzip

Die Lichtemission in einer AlInGaP-LED basiert auf Elektrolumineszenz. Wenn eine Durchlassspannung an 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 spezifische Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts wird durch die Bandlückenenergie der Halbleitermaterialien im aktiven Bereich bestimmt. Eine diffuse Linse, typischerweise aus Epoxid oder Silikon mit Streupartikeln, ist über dem Chip geformt. Diese Linse streut das Licht und verbreitert das Emissionsmuster von einem schmalen Strahl zu einer breiten, lambertstrahlerähnlichen Verteilung, wodurch der effektive Betrachtungswinkel vergrößert wird.

12. Technologietrends

Der allgemeine Trend bei SMD-Anzeige-LEDs geht weiterhin in Richtung höherer Effizienz (mehr Lumen pro Watt), was die gleiche Helligkeit bei niedrigeren Strömen ermöglicht und so den Stromverbrauch und die Wärmeentwicklung reduziert. Es gibt auch einen Trend zur Miniaturisierung bei gleichzeitiger Beibehaltung oder Verbesserung der optischen Leistung. Eine verbesserte Zuverlässigkeit unter rauen Umweltbedingungen (Temperatur, Feuchtigkeit) ist ein ständiger Fokus. Darüber hinaus wird die Integration mehrerer Farben und sogar eingebauter Steuer-ICs (wie adressierbare RGB-LEDs) innerhalb standardisierter Gehäuseabmessungen immer häufiger, was mehr Funktionalität pro Flächeneinheit auf der Leiterplatte bietet.