SMD LED Gelb Diffundiert AlInGaP Spezifikation - 120-Grad Betrachtungswinkel - 1,8-2,4V Durchlassspannung - 72mW Verlustleistung - Technisches Datenblatt

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt die Spezifikationen einer oberflächenmontierbaren (SMD) Leuchtdiode (LED), die auf dem Halbleitermaterial Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP) basiert und diffundiertes gelbes Licht emittiert. Das Bauteil ist für die automatisierte Leiterplattenbestückung konzipiert und zeichnet sich durch seine minimale Bauform aus, was es für platzbeschränkte Anwendungen in einem breiten Spektrum elektronischer Geräte geeignet macht.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die Hauptvorteile dieser LED umfassen ihre Konformität mit der RoHS-Richtlinie, Kompatibilität mit automatischen Bestückungsgeräten und Eignung für IR-Reflow-Lötprozesse. Sie wird auf industrieüblichen 8-mm-Trägerbändern auf 7-Zoll-Rollen geliefert, was die Serienfertigung erleichtert. Das Bauteil ist gemäß JEDEC Level 3 für Feuchtigkeitssensitivität vorkonditioniert. Zielanwendungen erstrecken sich auf Telekommunikationsinfrastruktur, Büroautomatisierungsgeräte, Haushaltsgeräte, Industrie-Bedienpanels und Indoor-Beschilderung. Spezifische Anwendungen sind Statusanzeigen, symbolische Beleuchtung und Frontpanel-Hintergrundbeleuchtung.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Ein umfassendes Verständnis der Betriebsgrenzen und der Leistung des Bauteils unter Standardbedingungen ist für einen zuverlässigen Schaltungsentwurf entscheidend.

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Ein Betrieb unter oder an diesen Grenzen wird nicht garantiert. Alle Werte gelten bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C.

• Verlustleistung (Pd):72 mW. Dies ist die maximal zulässige Leistung, die das Bauteil als Wärme abführen kann.
• Spitzen-Durchlassstrom (I_F(peak)):80 mA. Dieser Strom ist nur unter gepulsten Bedingungen mit einem Tastverhältnis von 1/10 und einer Pulsbreite von 0,1 ms zulässig.
• Dauer-Durchlassstrom (I_F):30 mA DC. Dies ist der maximal empfohlene Strom für den Dauerbetrieb.
• Betriebstemperaturbereich:-40°C bis +85°C.
• Lagertemperaturbereich:-40°C bis +100°C.

2.2 Elektrische und optische Kenngrößen

Diese Parameter definieren die typische Leistung des Bauteils unter normalen Betriebsbedingungen, gemessen bei Ta=25°C und einem Prüfstrom (I_F) von 20mA, sofern nicht anders angegeben.

• Lichtstärke (I_V):Reicht von mindestens 140,0 mcd bis maximal 450,0 mcd. Der typische Wert liegt innerhalb dieses Bereichs. Die Intensität wird mit einer Sensor- und Filterkombination gemessen, die der photopischen (CIE) Augenempfindlichkeitskurve entspricht.
• Betrachtungswinkel (2θ_1/2):120 Grad (typisch). Dieser weite Betrachtungswinkel, definiert als der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte ihres axialen Wertes abfällt, resultiert aus der diffundierten Linse und bietet ein breites, gleichmäßiges Beleuchtungsmuster, das für Anzeigeanwendungen geeignet ist.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_P):Etwa 592 nm (typisch). Dies ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsverteilung ihr Maximum erreicht.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):Spezifiziert zwischen 584,5 nm und 594,5 nm. Dies ist die einzelne Wellenlänge, die vom menschlichen Auge als Farbe (Gelb) wahrgenommen wird und aus den CIE-Farbkoordinaten abgeleitet wird.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):Etwa 15 nm (typisch). Dies gibt die spektrale Reinheit oder Bandbreite des emittierten Lichts an.
• Durchlassspannung (V_F):Liegt bei 20mA zwischen 1,8 V (min) und 2,4 V (max). Der typische Wert liegt innerhalb dieses Bereichs. Dieser Parameter ist entscheidend für den Treiberentwurf und die Stromversorgungsauswahl.
• Sperrstrom (I_R):Maximal 10 μA bei einer angelegten Sperrspannung (V_R) von 5V. Es ist kritisch zu beachten, dass das Bauteil nicht für den Betrieb unter Sperrspannung ausgelegt ist; diese Prüfbedingung dient nur der Charakterisierung.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um die Konsistenz in der Produktion sicherzustellen und es Entwicklern zu ermöglichen, LEDs mit eng gruppierten Eigenschaften auszuwählen, werden die Bauteile basierend auf Schlüsselparametern in Bins sortiert.

3.1 Binning der Durchlassspannung (V_f)

Einheiten sind in Volt (V), gemessen bei I_F= 20mA. Jedes Bin hat eine Toleranz von ±0,1V.

• Bin D2:1,8V (Min) bis 2,0V (Max)
• Bin D3:2,0V (Min) bis 2,2V (Max)
• Bin D4:2,2V (Min) bis 2,4V (Max)

3.2 Binning der Lichtstärke (I_V)

Einheiten sind in Millicandela (mcd), gemessen bei I_F= 20mA. Die Toleranz jedes Bins beträgt ±11%.

• Bin R2:140,0 mcd bis 180,0 mcd
• Bin S1:180,0 mcd bis 224,0 mcd
• Bin S2:224,0 mcd bis 280,0 mcd
• Bin T1:280,0 mcd bis 355,0 mcd
• Bin T2:355,0 mcd bis 450,0 mcd

3.3 Binning der dominanten Wellenlänge (W_d)

Einheiten sind in Nanometern (nm), gemessen bei I_F= 20mA. Die Toleranz für jedes Bin beträgt ±1nm.

• Bin H:584,5 nm bis 587,0 nm
• Bin J:587,0 nm bis 589,5 nm
• Bin K:589,5 nm bis 592,0 nm
• Bin L:592,0 nm bis 594,5 nm

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält typische Kennlinien, die die Beziehung zwischen verschiedenen Parametern veranschaulichen. Diese Kurven sind wesentlich, um das Bauteilverhalten unter nicht standardmäßigen Bedingungen zu verstehen.

4.1 Strom-Spannungs-Kennlinie (I-V)

Diese Kurve zeigt die Beziehung zwischen der Durchlassspannung (V_F) und dem Durchlassstrom (I_F). Für AlInGaP-LEDs ist diese Kurve typischerweise exponentiell. Entwickler nutzen sie, um die erforderliche Treiberspannung für einen gewünschten Betriebsstrom zu bestimmen und die Verlustleistung zu berechnen (P_d= V_F* I_F).

4.2 Lichtstärke in Abhängigkeit vom Durchlassstrom

Dieses Diagramm zeigt, wie die Lichtausbeute (I_V) mit dem Treiberstrom (I_F) variiert. Die Beziehung ist im empfohlenen Betriebsbereich im Allgemeinen linear, sättigt jedoch bei höheren Strömen. Dies ist entscheidend für den Entwurf von Schaltungen, bei denen eine Helligkeitssteuerung über den Strom erforderlich ist.

4.3 Temperaturabhängigkeit

Typischerweise werden Kurven gezeigt, die die Variation von Durchlassspannung und Lichtstärke mit der Umgebungstemperatur darstellen. Die Lichtstärke nimmt im Allgemeinen mit steigender Sperrschichttemperatur ab, während die Durchlassspannung sinkt. Diese Information ist für Anwendungen in extremen Temperaturumgebungen von entscheidender Bedeutung.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen und Polarität

Das Bauteil entspricht einem industrieüblichen SMD-Gehäuse. Detaillierte mechanische Zeichnungen spezifizieren Länge, Breite, Höhe, Anschlussabstand und Gesamttoleranzen (typisch ±0,2mm). Das Gehäuse verfügt über eine diffundierte Linse, um den spezifizierten 120-Grad-Betrachtungswinkel zu erreichen. Die Polarität ist durch eine Kathodenmarkierung oder eine spezifische Lötflächengeometrie auf dem Bauteil-Footprint gekennzeichnet.

5.2 Empfohlene Lötflächengeometrie auf der Leiterplatte

Es wird ein Lötflächenlayout bereitgestellt, um zuverlässiges Löten und ein angemessenes Thermomanagement zu gewährleisten. Dies umfasst die empfohlenen Lötflächenabmessungen und -abstände, um Lötbrücken zu verhindern und eine starke mechanische Verbindung während der Reflow-Prozesse sicherzustellen.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 IR-Reflow-Lötprofil

Es wird ein empfohlenes Temperaturprofil bereitgestellt, das mit J-STD-020B für bleifreie Lötprozesse konform ist. Wichtige Parameter sind:

• Vorwärmtemperatur:150°C bis 200°C.
• Vorwärmzeit:Maximal 120 Sekunden.
• Spitzentemperatur:Maximal 260°C.
• Zeit oberhalb Liquidus:Maximal 10 Sekunden (empfohlen wird, nicht mehr als zwei Reflow-Zyklen zu überschreiten).

Es wird betont, dass das optimale Profil vom spezifischen Leiterplattendesign, der Lotpaste und dem Ofen abhängt und entsprechend charakterisiert werden sollte.

6.2 Handlötung

Falls Handlötung erforderlich ist, sollten die folgenden Grenzen eingehalten werden:

• Lötkolbentemperatur:Maximal 300°C.
• Lötzeit:Maximal 3 Sekunden pro Lötstelle. Dies sollte nur einmal durchgeführt werden.

6.3 Lager- und Handhabungsbedingungen

Eine ordnungsgemäße Lagerung ist entscheidend, um Feuchtigkeitsaufnahme zu verhindern, die während des Reflow-Lötens zu "Popcorning" (Gehäuserissen) führen kann.

• Verschlossene Verpackung:Lagern bei ≤30°C und ≤70% relativer Luftfeuchtigkeit (RH). Innerhalb eines Jahres verwenden.
• Geöffnete Verpackung:Lagern bei ≤30°C und ≤60% RH. Die Bauteile sollten innerhalb von 168 Stunden (7 Tagen) nach dem Öffnen reflow-gelötet werden. Für längere Lagerung einen verschlossenen Behälter mit Trockenmittel oder einen Stickstoff-Exsikkator verwenden.
• Trocknen (Baking):Wenn die Bauteile länger als 168 Stunden exponiert waren, sollten sie vor der Montage bei etwa 60°C für mindestens 48 Stunden getrocknet werden, um Feuchtigkeit zu entfernen.

6.4 Reinigung

Falls eine Nachlötreinigung erforderlich ist, sollten nur spezifizierte Lösungsmittel verwendet werden. Ein kurzes Eintauchen (weniger als eine Minute) in Ethylalkohol oder Isopropylalkohol bei Raumtemperatur wird empfohlen. Nicht spezifizierte Chemikalien können das LED-Gehäuse beschädigen.

7. Anwendungsdesign-Überlegungen

7.1 Ansteuerungsmethode

LEDs sind strombetriebene Bauteile. Um eine gleichmäßige Helligkeit beim Betreiben mehrerer LEDs zu gewährleisten, sollten sie in Reihe mit einem strombegrenzenden Widerstand oder vorzugsweise von einer Konstantstromquelle angesteuert werden. Das direkte Parallelschalten von LEDs wird aufgrund von Schwankungen der Durchlassspannung (V_F) nicht empfohlen, da dies zu erheblichen Stromungleichgewichten und ungleichmäßiger Helligkeit führen kann.

7.2 Thermomanagement

Obwohl die Verlustleistung relativ gering ist (max. 72mW), ist ein angemessenes thermisches Design auf der Leiterplatte dennoch wichtig, insbesondere bei Betrieb bei hohen Umgebungstemperaturen oder nahe dem Maximalstrom. Eine übermäßige Sperrschichttemperatur verringert die Lichtausbeute und verkürzt die Lebensdauer des Bauteils. Eine ausreichende Kupferfläche um die Lötflächen herum unterstützt die Wärmeableitung.

7.3 Anwendungshinweise

Dieses Produkt ist für den Einsatz in Standard-Handels- und Industrie-Elektronikgeräten vorgesehen. Für Anwendungen, die außergewöhnliche Zuverlässigkeit erfordern oder bei denen ein Ausfall die Sicherheit gefährden könnte (z. B. in der Luftfahrt, medizinischen Lebenserhaltungssystemen oder Verkehrsleitsystemen), ist eine spezielle Beratung erforderlich. Entwickler müssen alle absoluten Maximalwerte und empfohlenen Betriebsbedingungen einhalten.

8. Verpackungs- und Bandrollenspezifikationen

Die LEDs werden auf 8 mm breiten, geprägten Trägerbändern geliefert, die mit einem Deckband versiegelt und auf 7-Zoll (178 mm) Durchmesser große Rollen aufgewickelt sind. Jede Rolle enthält 2000 Stück. Die Verpackung entspricht den ANSI/EIA-481-Spezifikationen. Wichtige Maße für die Bandtasche und die Rollennabe/-flansche werden bereitgestellt, um die Kompatibilität mit automatischen Bestückungsgeräten sicherzustellen.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die wichtigsten Unterscheidungsmerkmale dieser AlInGaP-Gelb-LED sind die Kombination aus einem weiten 120-Grad-Betrachtungswinkel (ermöglicht durch die diffundierte Linse) und den spezifischen Farbeigenschaften des AlInGaP-Materialsystems, das typischerweise im Vergleich zu einigen anderen gelb emittierenden Technologien einen hohen Lichtwirkungsgrad und eine gute Farbstabilität über Temperatur und Strom bietet. Die detaillierte Binning-Struktur für V_F, I_V und λ_d ermöglicht eine präzise Auswahl für farb- oder helligkeitskritische Anwendungen.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

10.1 Was ist der Unterschied zwischen Peak-Wellenlänge und dominanter Wellenlänge?

Die Peak-Wellenlänge (λ_P) ist die physikalische Wellenlänge, bei der die LED die meiste optische Leistung emittiert. Die dominante Wellenlänge (λ_d) ist ein berechneter Wert basierend auf der menschlichen Farbwahrnehmung (CIE-Koordinaten) und repräsentiert die einzelne Wellenlänge der reinen Spektralfarbe, die der wahrgenommenen Farbe der LED entspricht. Für Designzwecke ist die dominante Wellenlänge für die Farbspezifikation relevanter.

10.2 Kann ich diese LED dauerhaft mit 30mA betreiben?

Ja, 30mA DC ist der maximale Dauer-Durchlassstrom. Für optimale Langlebigkeit und Zuverlässigkeit ist es jedoch oft ratsam, unterhalb des absoluten Maximums zu arbeiten, beispielsweise beim typischen Prüfstrom von 20mA. Der tatsächliche Treiberstrom sollte basierend auf der erforderlichen Helligkeit und den thermischen Bedingungen der Anwendung bestimmt werden.

10.3 Warum gibt es eine strikte Zeitbegrenzung für das Reflow-Löten nach Öffnen der Verpackung?

SMD-Gehäuse können Feuchtigkeit aus der Atmosphäre aufnehmen. Während des Hochtemperatur-Reflow-Lötprozesses kann diese eingeschlossene Feuchtigkeit schnell verdampfen und einen Innendruck erzeugen, der das Gehäuse zum Reißen bringen oder interne Grenzflächen delaminieren kann – ein Fehler, der als "Popcorning" bekannt ist. Die 168-Stunden-Bodenlebensdauer ist die maximal empfohlene Expositionszeit, für die dieses Risiko bei Lagerung innerhalb der spezifizierten Temperatur- und Feuchtigkeitsgrenzen beherrscht wird.

11. Design- und Anwendungsfallstudie

Szenario: Entwurf eines Multi-Indikator-Statuspanels für einen Netzwerkrouter.Das Panel erfordert mehrere gelbe Status-LEDs mit einheitlicher Helligkeit. Der Entwickler wählt LEDs aus demselben Lichtstärke-Bin (z. B. Bin T1: 280-355 mcd), um minimale visuelle Unterschiede zu gewährleisten. Um das Netzteil-Design zu vereinfachen, werden LEDs aus einem engeren Durchlassspannungs-Bin (z. B. Bin D3: 2,0-2,2 V) gewählt. Die LEDs werden in einer Reihenschaltung von einer 12-V-Schiene über einen auf 20 mA eingestellten Konstantstromtreiber angesteuert, wodurch ein identischer Strom durch jede LED und eine perfekte Helligkeitsabstimmung sichergestellt wird. Der weite 120-Grad-Betrachtungswinkel gewährleistet, dass die Anzeigen in einer Büroumgebung aus verschiedenen Blickwinkeln klar sichtbar sind. Das Leiterplattenlayout beinhaltet die empfohlene Lötflächengeometrie und eine kleine thermische Entlastungsverbindung zu einer Massefläche für die Wärmeableitung.

12. Funktionsprinzip

Diese LED basiert auf einer Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP) Halbleiter-Heterostruktur. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die die Bandlückenenergie des Materials übersteigt, werden Elektronen und Löcher in den aktiven Bereich injiziert, wo sie strahlend rekombinieren. Die bei dieser Rekombination freigesetzte Energie entspricht Photonen im gelben Wellenlängenbereich (ca. 590 nm). Die diffundierte Epoxidlinse, die den Halbleiterchip umgibt, streut das emittierte Licht und verbreitert das Strahlungsdiagramm von einem schmalen Strahl auf den spezifizierten 120-Grad-Betrachtungswinkel, wodurch ein diffuseres und gleichmäßigeres Erscheinungsbild entsteht, das für Anzeigeanwendungen geeignet ist.

13. Technologietrends

Die Technologie oberflächenmontierbarer LEDs entwickelt sich weiterhin in Richtung höherer Effizienz, kleinerer Gehäusegrößen und verbesserter Farbwiedergabe. Während AlInGaP ein dominantes Material für hocheffiziente rote, orange und gelbe LEDs bleibt, konzentriert sich die laufende Forschung auf die Optimierung von epitaktischen Strukturen und Phosphorsystemen, um die Effizienzgrenzen weiter zu verschieben. Trends im Packaging umfassen verbesserte Thermomanagement-Designs innerhalb derselben Bauform und die Entwicklung noch dünnerer Profile für ultradünne Unterhaltungselektronik. Das Streben nach Automatisierung und Zuverlässigkeit verfeinert weiterhin die Standards für Band- und Rollenverpackungen sowie die Reflow-Lötkompatibilität.