SMD LED mit diffuser Linse, Gelb - AlInGaP - 120° Abstrahlwinkel - 50mA - 3550mcd - Technisches Datenblatt

1. Produktübersicht

Dieses Dokument enthält die vollständigen technischen Spezifikationen für eine oberflächenmontierbare (SMD) Leuchtdiode (LED). Das Bauteil verfügt über eine diffuse Linse und nutzt den Halbleiterwerkstoff Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP) zur Erzeugung von gelbem Licht. Es ist für die Kompatibilität mit automatisierten Bestückungsprozessen, einschließlich Pick-and-Place-Geräten und Infrarot-Reflow-Lötverfahren, ausgelegt und eignet sich somit für die Serienfertigung. Das Bauteil wird auf einer industrieüblichen 8-mm-Trägerbahn geliefert, die auf 7-Zoll-(178-mm)-Spulen aufgewickelt ist.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Absolute Grenzwerte

Die folgenden Parameter definieren die Grenzen, bei deren Überschreitung dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb unter oder an diesen Grenzen ist nicht garantiert und sollte für eine zuverlässige Funktion vermieden werden.

• Verlustleistung (Pd):182 mW. Dies ist die maximale Leistung, die das Bauteil als Wärme abführen kann, ohne seine thermischen Grenzen zu überschreiten.
• Spitzen-Strom (IFP):100 mA. Dies ist der maximal zulässige Strom unter gepulsten Bedingungen (1/10 Tastverhältnis, 1 ms Pulsbreite). Er ist aufgrund der geringeren mittleren Erwärmung höher als der DC-Nennwert.
• DC-Vorwärtsstrom (IF):70 mA. Dies ist der maximal empfohlene kontinuierliche Vorwärtsstrom für einen zuverlässigen Dauerbetrieb.
• Sperrspannung (VR):5 V. Das Anlegen einer Sperrspannung, die diesen Wert überschreitet, kann zum Durchbruch und zur Beschädigung des LED-Übergangs führen.
• Betriebstemperaturbereich (Topr):-40°C bis +85°C. Der Umgebungstemperaturbereich, innerhalb dessen der korrekte Betrieb des Bauteils spezifiziert ist.
• Lagertemperaturbereich (Tstg):-40°C bis +100°C. Der Temperaturbereich für die Lagerung des Bauteils im stromlosen Zustand.

2.2 Elektrische und optische Kennwerte

Diese Parameter werden bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C gemessen und stellen die typische Leistung unter den angegebenen Testbedingungen dar.

• Lichtstärke (Iv):Liegt im Bereich von 1400 mcd (Minimum) bis 3550 mcd (typisches Maximum) bei einem Vorwärtsstrom (IF) von 50 mA. Dies misst die wahrgenommene Helligkeit der Lichtquelle in einer bestimmten Richtung (entlang der Achse). Die Messung verwendet einen Sensor, der auf die photopische Empfindlichkeit des menschlichen Auges (CIE-Kurve) abgestimmt ist.
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):120 Grad (typisch). Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte ihres axialen (auf der Achse liegenden) Wertes abfällt. Ein großer Abstrahlwinkel wie 120° weist auf ein diffuses Lichtabstrahlmuster hin, das für Anwendungen geeignet ist, die eine großflächige Ausleuchtung anstelle eines fokussierten Strahls erfordern.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λP):591 nm (typisch). Dies ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsverteilung des emittierten Lichts ihr Maximum erreicht.
• Dominante Wellenlänge (λd):Liegt im Bereich von 584,5 nm bis 594,5 nm bei IF=50mA. Dies ist eine kolorimetrische Größe, die aus dem CIE-Farbdiagramm abgeleitet wird. Sie repräsentiert die einzelne Wellenlänge eines monochromatischen Lichts, das vom menschlichen Auge als dieselbe Farbe wie das Licht der LED wahrgenommen würde. Sie ist der Schlüsselparameter zur Definition des gelben Farbpunkts.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):15 nm (typisch). Dies ist die Breite des Emissionsspektrums bei der halben maximalen Leistung (Full Width at Half Maximum, FWHM). Ein Wert von 15 nm deutet auf eine relativ schmalbandige gelbe Emission hin, die für die AlInGaP-Technologie charakteristisch ist.
• Durchlassspannung (VF):2,2 V (typisch) bei IF=50mA. Dies ist der Spannungsabfall über der LED beim Betrieb mit dem spezifizierten Strom. Es ist ein kritischer Parameter für den Entwurf der strombegrenzenden Schaltung.
• Sperrstrom (IR):10 μA (Maximum) bei VR=5V. Dies ist der geringe Leckstrom, der fließt, wenn die spezifizierte Sperrspannung angelegt wird.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um die Konsistenz in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs basierend auf Schlüsselparametern in Bins sortiert. Dies ermöglicht es Konstrukteuren, Bauteile auszuwählen, die spezifische Anforderungen an Farbe, Helligkeit und Spannung erfüllen.

3.1 Binning der Durchlassspannung

Sortiert bei einer Testbedingung von IF = 50mA. Die Toleranz innerhalb jedes Bins beträgt +/-0,1V.

• D2:1,80V (Min) - 2,00V (Max)
• D3:2,00V (Min) - 2,20V (Max)
• D4:2,20V (Min) - 2,40V (Max)
• D5:2,40V (Min) - 2,60V (Max)

3.2 Binning der Lichtstärke

Sortiert bei einer Testbedingung von IF = 50mA. Die Toleranz innerhalb jedes Bins beträgt +/-11%.

• W2:1400 mcd (Min) - 1800 mcd (Max)
• X1:1800 mcd (Min) - 2240 mcd (Max)
• X2:2240 mcd (Min) - 2800 mcd (Max)
• Y1:2800 mcd (Min) - 3550 mcd (Max)

3.3 Binning der dominanten Wellenlänge

Sortiert bei einer Testbedingung von IF = 50mA. Die Toleranz innerhalb jedes Bins beträgt +/-1nm. Dies steuert direkt den Gelbton.

• H:584,5 nm (Min) - 587,0 nm (Max)
• J:587,0 nm (Min) - 589,5 nm (Max)
• K:589,5 nm (Min) - 592,0 nm (Max)
• L:592,0 nm (Min) - 594,5 nm (Max)

4. Analyse der Kennlinien

Während im Datenblatt auf spezifische Diagramme verwiesen wird (z.B. Abbildung 1 für die spektrale Ausgangsleistung, Abbildung 5 für den Abstrahlwinkel), ermöglichen die bereitgestellten Daten eine Analyse der Schlüsselbeziehungen.

• Strom vs. Lichtstärke (I-Iv-Kennlinie):Die Lichtstärke ist bei 50mA spezifiziert. Typischerweise steigt die Lichtausbeute bei AlInGaP-LEDs unterlinear mit dem Strom. Ein Betrieb über dem empfohlenen DC-Strom kann zu erhöhter Wärmeentwicklung, Effizienzabfall (Droop) und beschleunigtem Degradationsprozess führen.
• Temperaturabhängigkeit:Die Lichtstärke und die Durchlassspannung von LEDs sind temperaturabhängig. Die Lichtstärke nimmt im Allgemeinen mit steigender Sperrschichttemperatur ab. Die Durchlassspannung hat typischerweise einen negativen Temperaturkoeffizienten und sinkt für AlInGaP um etwa 2 mV/°C. Konstruktionen müssen das thermische Management berücksichtigen, um eine stabile optische Leistung aufrechtzuerhalten.
• Spektrale Verteilung:Mit einem typischen Maximum bei 591 nm und einer Halbwertsbreite von 15 nm liegt die Emission im gelben Bereich des sichtbaren Spektrums. Die Bins für die dominante Wellenlänge (H bis L) gewährleisten Farbkonstanz, indem sie LEDs mit sehr ähnlichen Farbkoordinaten gruppieren.

5. Mechanische und Verpackungsinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen des Bauteils

Die LED entspricht einer EIA-Standard-SMD-Gehäuseform. Detaillierte Maßzeichnungen sind im Datenblatt mit allen Maßen in Millimetern angegeben. Wichtige Merkmale sind die Gesamtlänge, -breite und -höhe sowie die Position und Größe der Lötpads und der Linsenstruktur. Sofern nicht anders angegeben, gilt eine Toleranz von ±0,2 mm.

5.2 Polungskennzeichnung

Das Datenblatt enthält ein Diagramm, das die Kathoden- und Anodenanschlüsse anzeigt. Während der Montage muss die korrekte Polung beachtet werden. Die Kathode ist typischerweise durch eine Kerbe, eine grüne Markierung oder einen kürzeren Anschluss/Pad auf der Unterseite des Gehäuses gekennzeichnet.

5.3 Verpackung auf Trägerbahn und Spule

Das Bauteil wird in einer geprägten Trägerbahn mit einer Schutzdeckfolie geliefert.

• Bahnenbreite:8 mm.
• Spulendurchmesser:7 Zoll (178 mm).
• Stückzahl pro Spule:2000 Stück.
• Mindestbestellmenge (MOQ) für Restposten:500 Stück.
• Die Verpackung folgt den ANSI/EIA-481-Spezifikationen, um die Kompatibilität mit automatisierten Bestückungsgeräten sicherzustellen.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil

Das Bauteil ist mit Infrarot (IR)-Reflow-Lötverfahren kompatibel. Ein empfohlenes Profil, das mit JEDEC J-STD-020B für bleifreies Löten konform ist, wird bereitgestellt.

• Vorwärmtemperatur:150°C bis 200°C.
• Vorwärmzeit:Maximal 120 Sekunden.
• Maximale Bauteiltemperatur:Maximal 260°C.
• Zeit oberhalb der Liquidustemperatur (TAL):Die empfohlene Zeit ist im Profildiagramm angegeben (typischerweise 60-90 Sekunden).
• Maximale Anzahl Durchläufe:Zweimal.

6.2 Handlötung

Falls Handlötung notwendig ist, muss äußerste Vorsicht walten.

• Lötkolbentemperatur:Maximal 300°C.
• Lötzeit pro Pad:Maximal 3 Sekunden.
• Maximale Anzahl Wiederholungen:Nur einmal pro Lötstelle.

6.3 Lagerung und Handhabung

• Verschlossene Verpackung:Lagern bei ≤30°C und ≤70% relativer Luftfeuchtigkeit (RH). Innerhalb eines Jahres verwenden.
• Geöffnete Verpackung:Bauteile, die der Umgebungsluft ausgesetzt waren, sollten bei ≤30°C und ≤60% RH gelagert werden. Es wird empfohlen, das IR-Reflow-Löten innerhalb von 168 Stunden (7 Tagen) nach dem Öffnen der Feuchtigkeitssperrbeutel abzuschließen.
• Langzeitlagerung (geöffnet):In einem verschlossenen Behälter mit Trockenmittel oder in einem Stickstoff-Exsikkator lagern.
• Trocknen (Baking):Wenn Bauteile länger als 168 Stunden exponiert waren, sollten sie vor dem Löten bei etwa 60°C für mindestens 48 Stunden getrocknet werden, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und \"Popcorning\"-Schäden während des Reflow zu verhindern.

6.4 Reinigung

Falls eine Reinigung nach der Montage erforderlich ist, verwenden Sie nur zugelassene Lösungsmittel.

• Empfohlene Lösungsmittel:Ethylalkohol oder Isopropylalkohol.
• Vorgehensweise:Bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute eintauchen. Verwenden Sie keine Ultraschallreinigung, es sei denn, sie wurde als sicher für das Gehäuse verifiziert.
• Warnung:Verwenden Sie keine nicht spezifizierten chemischen Flüssigkeiten, da sie die LED-Linse oder das Gehäusematerial beschädigen können.

7. Anwendungshinweise und Entwurfsüberlegungen

7.1 Treiberschaltungsentwurf

LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Um einen stabilen Betrieb und eine lange Lebensdauer zu gewährleisten, ist ein Strombegrenzungsmechanismus unerlässlich.

• Serienwiderstand (Schaltungsmodell A):Die gängigste und empfohlene Methode. Ein Widerstand (R) wird in Reihe mit der LED geschaltet. Der Wert wird mit dem Ohmschen Gesetz berechnet: R = (Vcc - VF) / IF, wobei Vcc die Versorgungsspannung, VF die Durchlassspannung der LED (für die ungünstigste Stromberechnung den Maximalwert aus dem Bin verwenden) und IF der gewünschte Betriebsstrom (z.B. 20mA, 50mA) ist. Diese Methode bietet eine ausgezeichnete Stromregelung pro LED und ist einfach umzusetzen.
• Warnung vor Parallelschaltung:Das direkte Parallelschalten mehrerer LEDs mit einem einzigen strombegrenzenden Widerstand (Schaltungsmodell B) wird nicht empfohlen. Geringe Unterschiede in der Durchlassspannung (VF) zwischen einzelnen LEDs, selbst innerhalb desselben Bins, führen zu einer erheblichen Ungleichverteilung des Stroms. Eine LED kann den Großteil des Stroms ziehen, was zu Überhitzung und vorzeitigem Ausfall führt, während andere schwach leuchten. Verwenden Sie stets einen separaten Serienwiderstand für jede LED oder setzen Sie einen aktiven Konstantstromtreiber ein.

7.2 Thermomanagement

Obwohl die Verlustleistung relativ gering ist, ist ein effektives thermisches Design entscheidend für die Aufrechterhaltung von Leistung und Zuverlässigkeit.

• Leiterplattenlayout:Verwenden Sie ausreichend große Kupferflächen (Thermal Pads oder Flächen), die mit den Lötpads der LED verbunden sind, um als Kühlkörper zu wirken und Wärme vom Bauteil abzuleiten.
• Umgebungstemperatur:Stellen Sie sicher, dass die Betriebsumgebungstemperatur innerhalb des spezifizierten Bereichs liegt. Berücksichtigen Sie die Wärme, die von anderen Bauteilen auf der Platine erzeugt wird.
• Stromreduzierung (Derating):Für den Betrieb bei hohen Umgebungstemperaturen (nahe +85°C) sollte eine Reduzierung (Derating) des Betriebsstroms in Betracht gezogen werden, um die Sperrschichttemperatur zu senken und eine beschleunigte Lichtstromabnahme zu verhindern.

7.3 Typische Anwendungsszenarien

Die Kombination aus diffuser Linse, großem Abstrahlwinkel und gelber Farbe macht diese LED für verschiedene Anwendungen geeignet:

• Status- und Anzeigelampen:Ein-/Ausschalt-, Standby-Modus-, Systemaktivitäts- und Warnanzeigen in Unterhaltungselektronik, Industrie-Steuerpaneelen und Messgeräten.
• Hintergrundbeleuchtung:Rand- oder Direktbeleuchtung für Beschriftungen auf Folientastaturen, Tastenfeldern und Frontplatten, bei denen eine gleichmäßige, großwinklige Ausleuchtung gewünscht ist.
• Automobil-Innenraumbeleuchtung:Warnleuchten, Schalterbeleuchtung und allgemeine Ambientebeleuchtung (vorbehaltlich der Qualifizierung für spezifische Automobilstandards).
• Beschilderung und dekorative Beleuchtung:Akzentbeleuchtung in architektonischen Elementen oder dekorativen Displays.

8. Technologieeinführung und Trends

8.1 AlInGaP-Technologie

Diese LED basiert auf dem Halbleitermaterial Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP). AlInGaP ist besonders effizient bei der Erzeugung von Licht im roten, orangen, bernsteinfarbenen und gelben Bereich des Spektrums. Zu den Hauptvorteilen gehören im Vergleich zu älteren Technologien wie Galliumphosphid (GaP) eine hohe Lichtausbeute (Lumen pro Watt) und eine gute Farbreinheit (schmale spektrale Breite) bei diesen Farben. Das Materialsystem ermöglicht durch Anpassung der Verhältnisse der Bestandteile eine präzise Einstellung der Bandlücke und damit der emittierten Wellenlänge.

8.2 Diffuse Linse vs. klare Linse

Das diffuse (milchige oder matte) Linsenmaterial enthält Streupartikel. Wenn Licht vom winzigen Halbleiterchip durch diese Linse tritt, wird es in viele Richtungen gestreut. Dies führt zu einem viel größeren Abstrahlwinkel (in diesem Fall 120°) und einem gleichmäßigeren, weicheren Erscheinungsbild mit reduzierter Blendung und ohne sichtbaren \"Hot Spot\" vom Chip. Dies steht im Gegensatz zu einer klaren (wasserk laren) Linse, die einen stärker fokussierten Strahl mit einem engeren Abstrahlwinkel und einem deutlichen, hellen Mittelpunkt erzeugt.

8.3 Branchentrends

Der allgemeine Trend bei SMD-LEDs geht in Richtung höherer Effizienz, höherer Zuverlässigkeit und kleinerer Gehäusegrößen. Während dieses Datenblatt ein ausgereiftes und zuverlässiges Produkt darstellt, können neuere Entwicklungen bei phosphorkonvertierten gelben LEDs (unter Verwendung eines blauen Chips mit gelbem Leuchtstoff) andere Kompromisse in Bezug auf Effizienz, Farbwiedergabe und Kosten bieten. Darüber hinaus treiben Fortschritte bei Verpackungsmaterialien und thermischen Managementtechniken die Grenzen von Leistungsdichte und Lebensdauer für alle LED-Technologien weiter voran. Der Trend zur Miniaturisierung führt auch zu noch kleineren Gehäusegrundflächen bei gleichbleibender oder verbesserter Lichtleistung.