SMD LED 0603 Grün Datenblatt - Abmessungen 1,6x0,8x0,6mm - Spannung 3,2V - Leistung 76mW - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument enthält die vollständigen technischen Spezifikationen für eine oberflächenmontierbare (SMD) Leuchtdiode (LED) im 0603-Gehäuse. Das Bauteil nutzt einen Indium-Gallium-Nitrid (InGaN) Halbleiterwerkstoff zur Erzeugung von grünem Licht. Es ist für automatisierte Bestückungsprozesse ausgelegt und mit Standard-Infrarot- und Dampfphasen-Reflow-Lötverfahren kompatibel, was es für die Elektronik-Großserienfertigung geeignet macht.

Die Kernvorteile dieser Komponente umfassen ihren kompakten Bauraum, die Kompatibilität mit der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe) und ihre Auslegung für Zuverlässigkeit in automatisierten Bestückungssystemen. Sie ist für den Einsatz in einer Vielzahl von Konsumgüter- und Industrieanwendungen vorgesehen, wo Anzeigelampen, Hintergrundbeleuchtung oder Statusanzeigen benötigt werden.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Die absoluten Maximalwerte definieren die Belastungsgrenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Diese Werte sind nicht für Dauerbetrieb vorgesehen.

• Verlustleistung (Pd):76 mW. Dies ist die maximale Gesamtleistung, die das LED-Gehäuse bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C als Wärme abführen kann.
• Spitzen-Durchlassstrom (I_F(PEAK)):100 mA. Dies ist der maximal zulässige Strom unter gepulsten Bedingungen (1/10 Tastverhältnis, 0,1ms Pulsbreite). Eine Überschreitung kann zu sofortigem katastrophalem Versagen führen.
• Dauer-Durchlassstrom (I_F):20 mA. Dies ist der empfohlene maximale Strom für den kontinuierlichen Gleichstrombetrieb, um langfristige Zuverlässigkeit und stabile Lichtausbeute zu gewährleisten.
• Stromreduzierung bei DC-Betrieb:Oberhalb einer Umgebungstemperatur von 50°C verringert sich der maximal zulässige Dauerstrom linear mit einer Rate von 0,25 mA pro Grad Celsius. Dies ist entscheidend für das Thermomanagement in geschlossenen oder Hochtemperaturumgebungen.
• Sperrspannung (V_R):5 V. Das Anlegen einer höheren Sperrspannung kann den PN-Übergang der LED zerstören.
• Betriebs- & Lagertemperatur:Das Bauteil ist für den Betrieb zwischen -20°C und +80°C ausgelegt und kann zwischen -30°C und +100°C gelagert werden.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Diese Parameter werden unter Standardtestbedingungen von 25°C Umgebungstemperatur und einem Durchlassstrom (I_F) von 20 mA gemessen, sofern nicht anders angegeben.

• Lichtstärke (I_V):Reicht von einem Minimum von 71,0 mcd bis zu einem Maximum von 450,0 mcd, wobei ein typischer Wert angegeben ist. Diese große Bandbreite wird durch ein Binning-System verwaltet (später detailliert). Die Intensität wird mit einem Sensor gemessen, der auf die photopische Reaktion des menschlichen Auges (CIE-Kurve) abgestimmt ist.
• Abstrahlwinkel (2\u03b8_1/2):130 Grad. Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte des auf der Achse gemessenen Wertes abfällt. Ein 130-Grad-Winkel zeigt ein breites, diffuses Lichtmuster an, das für Anzeigeanwendungen geeignet ist.
• Spitzenwellenlänge (\u03bb_P):530 nm. Dies ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsabgabe am höchsten ist.
• Dominante Wellenlänge (\u03bb_d):525 nm. Dieser Wert wird aus dem CIE-Farbdiagramm abgeleitet und repräsentiert die einzelne Wellenlänge, die die wahrgenommene Farbe des Lichts am besten beschreibt. Es ist der Schlüsselparameter für Farbkonstanz.
• Spektrale Bandbreite (\u0394\u03bb):35 nm. Dies ist die Breite des emittierten Spektrums bei halber maximaler Leistung (Full Width at Half Maximum - FWHM). Eine schmalere Bandbreite zeigt eine reinere, gesättigtere Farbe an.
• Durchlassspannung (V_F):Reicht von 2,80 V (Min) bis 3,60 V (Max), mit einem typischen Wert von 3,20 V bei 20 mA. Diese Variation wird durch Spannungsbinning verwaltet.
• Sperrstrom (I_R):Maximal 10 \u00b5A bei Anlegen einer 5 V Sperrspannung. Ein in der Anwendung deutlich höherer Wert kann auf ein beschädigtes Bauteil hinweisen.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um Konsistenz in der Massenproduktion zu gewährleisten, werden LEDs basierend auf wichtigen Leistungsparametern in "Bins" sortiert. Dies ermöglicht es Designern, Bauteile auszuwählen, die spezifische Toleranzanforderungen für ihre Anwendung erfüllen.

3.1 Binning der Durchlassspannung

Einheiten werden nach ihrer bei 20 mA gemessenen Durchlassspannung (V_F) sortiert. Die Bins (D7 bis D10) haben eine Toleranz von \u00b10,1V innerhalb jedes Bins.
Beispiel: Bin D8 enthält LEDs mit V_Fzwischen 3,00V und 3,20V.

3.2 Binning der Lichtstärke

Einheiten werden nach ihrer bei 20 mA gemessenen Lichtstärke (I_V) sortiert. Die Bins (Q, R, S, T) haben eine Toleranz von \u00b115% innerhalb jedes Bins.
Beispiel: Bin S enthält LEDs mit einer Intensität zwischen 180,0 mcd und 280,0 mcd.

3.3 Binning der dominanten Wellenlänge

Einheiten werden nach ihrer bei 20 mA gemessenen dominanten Wellenlänge (\u03bb_d) sortiert. Die Bins (AP, AQ, AR) haben eine Toleranz von \u00b11 nm innerhalb jedes Bins.
Beispiel: Bin AQ enthält LEDs mit einer dominanten Wellenlänge zwischen 525,0 nm und 530,0 nm, die einen spezifischen Grünton erzeugen.

4. Analyse der Leistungskurven

Während spezifische grafische Kurven im Datenblatt referenziert werden (Abb.1, Abb.6), sind ihre Implikationen für die LED-Technologie standardmäßig.

• IV-Kennlinie:Die Beziehung zwischen Durchlassstrom (I_F) und Durchlassspannung (V_F) ist exponentiell. Eine kleine Erhöhung der Spannung über die "Knie"-Spannung hinaus führt zu einem großen, potenziell schädlichen Anstieg des Stroms. Deshalb ist eine Konstantstrom-Ansteuerung essentiell.
• Lichtstärke vs. Strom:Die Lichtausbeute ist innerhalb des Betriebsbereichs annähernd proportional zum Durchlassstrom. Allerdings kann die Effizienz bei sehr hohen Strömen aufgrund erhöhter Wärmeentwicklung abfallen.
• Lichtstärke vs. Temperatur:Die Lichtausbeute einer LED nimmt mit steigender Sperrschichttemperatur ab. Dies ist eine kritische Überlegung für Anwendungen, die bei hohen Umgebungstemperaturen oder mit schlechtem Thermomanagement betrieben werden.
• Spektrale Verteilung:Das emittierte Lichtspektrum ist annähernd gaußförmig, zentriert um die Spitzenwellenlänge. Die dominante Wellenlänge definiert den wahrgenommenen Farbpunkt im CIE-Diagramm.

5. Mechanische & Verpackungsinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Das Bauteil entspricht dem EIA-Standard 0603-Gehäuse-Fußabdruck mit Abmessungen von etwa 1,6mm Länge, 0,8mm Breite und 0,6mm Höhe (Toleranz \u00b10,10mm). Die Linse ist wasserklar. Detaillierte mechanische Zeichnungen sollten für genaue Pad-Anordnung und Bauteilgeometrie konsultiert werden.

5.2 Polaritätskennzeichnung

Die Polarität wird typischerweise durch eine Markierung auf dem Bauteilkörper oder durch ein asymmetrisches Merkmal im Gehäuse angezeigt. Die Kathode ist üblicherweise markiert. Die korrekte Polarität muss während der Montage beachtet werden, da eine Sperrvorspannung über 5V das Bauteil beschädigen kann.

5.3 Tape-and-Reel-Verpackung

Die Bauteile werden auf 8mm breiter, geprägter Trägerfolie geliefert, die auf 7-Zoll (178mm) Durchmesser große Spulen aufgewickelt ist. Die Standardspulenmenge beträgt 3000 Stück. Die Verpackung folgt den ANSI/EIA 481-1-A Standards und gewährleistet Kompatibilität mit automatischen Pick-and-Place-Geräten. Die Folie hat einen Deckel, um die Bauteile vor Kontamination zu schützen.

6. Löt- & Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil

Die LED ist mit bleifreien (Pb-freien) Lötprozessen kompatibel. Ein empfohlenes Infrarot-Reflow-Profil wird bereitgestellt:
- Vorwärmen:150°C bis 200°C.
- Vorwärmzeit:Maximal 120 Sekunden, um thermischen Ausgleich und Flussmittelaktivierung zu ermöglichen.
- Spitzentemperatur:Maximal 260°C.
- Zeit oberhalb Liquidus:Maximal 10 Sekunden bei Spitzentemperatur. Reflow sollte nicht mehr als zweimal durchgeführt werden.

6.2 Handlötung

Falls Handlötung notwendig ist, muss äußerste Vorsicht walten:
- Lötkolbentemperatur:Maximal 300°C.
- Lötzeit:Maximal 3 Sekunden pro Anschluss.
- Handlötung sollte nur einmal durchgeführt werden, um thermische Belastung des Kunststoffgehäuses zu minimieren.

6.3 Reinigung

Es sollten nur spezifizierte Reinigungsmittel verwendet werden. Empfohlene Lösungsmittel sind Ethylalkohol oder Isopropylalkohol bei Raumtemperatur. Die LED sollte weniger als eine Minute eingetaucht werden. Nicht spezifizierte Chemikalien können die Epoxidlinse oder das Gehäuse beschädigen.

6.4 Lagerung & Handhabung

- Lagern Sie in einer Umgebung von maximal 30°C und 70% relativer Luftfeuchtigkeit.
- Einmal aus der original Feuchtigkeitssperrbeutel entnommen, sollten die Bauteile innerhalb einer Woche reflowgelötet werden.
- Für längere Lagerung außerhalb der Originalverpackung verwenden Sie einen versiegelten Behälter mit Trockenmittel oder eine Stickstoffatmosphäre.
- Bauteile, die länger als eine Woche außerhalb des Beutels gelagert wurden, sollten vor dem Löten bei etwa 60°C für mindestens 24 Stunden getrocknet werden, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und "Popcorning" während des Reflows zu verhindern.

7. Anwendungsdesign-Empfehlungen

7.1 Treiberschaltungs-Design

LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Um gleichmäßige Helligkeit zu gewährleisten, insbesondere beim Parallelschalten mehrerer LEDs, wird dringend empfohlen, für jede LED einen Reihenstrombegrenzungswiderstand zu verwenden (Schaltungsmodell A). Das direkte Parallelschalten mehrerer LEDs an eine Spannungsquelle (Schaltungsmodell B) wird nicht empfohlen, da kleine Unterschiede in der Durchlassspannungs- (V_F) Charakteristik zwischen einzelnen LEDs zu erheblichen Unterschieden in der Stromaufteilung und folglich der Helligkeit führen.

7.2 Elektrostatische Entladung (ESD) Schutz

Die LED ist empfindlich gegenüber elektrostatischer Entladung. ESD-Schäden können sich als hoher Sperrleckstrom, niedrige Durchlassspannung oder kompletter Lichtausfall äußern. Vorsichtsmaßnahmen müssen getroffen werden:
- Bediener sollten geerdete Handgelenkbänder oder antistatische Handschuhe tragen.
- Alle Arbeitsplätze, Geräte und Werkzeuge müssen ordnungsgemäß geerdet sein.
- Verwenden Sie Ionisatoren, um statische Aufladungen zu neutralisieren, die sich während der Handhabung auf der Kunststofflinse ansammeln können.
- Befolgen Sie Standard-ESD-Handhabungsverfahren (ANSI/ESD S20.20).

7.3 Thermomanagement

Obwohl die Verlustleistung gering ist (max. 76mW), verlängert ein korrektes thermisches Design die Lebensdauer und erhält eine stabile Lichtausbeute. Sorgen Sie für ausreichende Kupferfläche auf der Leiterplatte zur Wärmeableitung, insbesondere bei Betrieb in hohen Umgebungstemperaturen oder nahe dem maximalen Nennstrom. Halten Sie sich an die Spezifikation zur Stromreduzierung oberhalb 50°C.

8. Technischer Vergleich & Überlegungen

Im Vergleich zu älteren Technologien wie GaP bietet diese auf InGaN basierende grüne LED höhere Effizienz und hellere Ausgangsleistung. Das 0603-Gehäuse bietet einen deutlich kleineren Bauraum als ältere LED-Gehäuse wie 0805 oder 1206 und ermöglicht so Leiterplatten-Designs mit höherer Dichte. Der breite 130-Grad-Abstrahlwinkel ist ideal für allseitige Anzeigen, während schmalwinklige LEDs für fokussierte Strahlanwendungen bevorzugt werden könnten. Das umfassende Binning-System ermöglicht im Vergleich zu nicht gebinnten oder grob gebinnten Bauteilen eine engere Farb- und Helligkeitsabstimmung in kritischen Anwendungen.

9. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F: Kann ich diese LED direkt von einem 5V-Logikausgang ansteuern?
A: Nein. Mit einem typischen V_Fvon 3,2V würde ein direkter Anschluss an 5V zu übermäßigem Strom führen und die LED zerstören. Sie müssen einen Reihenstrombegrenzungswiderstand verwenden. Berechnen Sie den Widerstandswert mit R = (V_versorgung- V_F) / I_F.

F: Warum gibt es eine so große Bandbreite bei der Lichtstärke (71-450 mcd)?
A: Dies ist die gesamte Produktionsstreuung. Durch das Binning-System (Q, R, S, T) können Sie LEDs aus einem spezifischen, engeren Intensitätsbereich (z.B. Bin S: 180-280 mcd) kaufen, um Konsistenz in Ihrem Produkt zu gewährleisten.

F: Ist diese LED für den Außeneinsatz geeignet?
A: Der Betriebstemperaturbereich liegt bei -20°C bis +80°C. Während sie in vielen Außenbedingungen funktionieren kann, kann langfristige direkte Sonneneinstrahlung, Feuchtigkeit und UV-Strahlung die Epoxidlinse mit der Zeit schädigen. Für raue Umgebungen sollten LEDs mit Konformalbeschichtung oder speziell für den Außeneinsatz ausgelegte LEDs in Betracht gezogen werden.

F: Was passiert, wenn ich die Sperrspannungsgrenze überschreite?
A: Das Überschreiten von 5V in Sperrrichtung kann zum Lawinendurchbruch des PN-Übergangs führen, was zu sofortigen und dauerhaften Schäden, oft einem Kurzschluss, führt.

10. Design- und Anwendungsfallstudie

Szenario: Entwurf einer Statusanzeigetafel für einen Netzwerkrouter.
Die Tafel benötigt 10 identische hellgrüne LEDs, um Link-Aktivität und Stromversorgungsstatus anzuzeigen. Um sicherzustellen, dass alle LEDs die gleiche Helligkeit und Farbe haben, spezifiziert der Designer BinSfür die Intensität (180-280 mcd) und BinAQfür die dominante Wellenlänge (525-530 nm). Um konsistenten Strom zu garantieren, wird jede LED von einem GPIO-Pin eines Mikrocontrollers über einen 100-Ohm-Reihenwiderstand angesteuert (berechnet für eine 3,3V-Versorgung und ~20mA Zielstrom). Das Leiterplattenlayout enthält ein kleines thermisches Entlastungspad, das mit einer Massefläche zur Wärmeableitung verbunden ist. Während der Montage verwendet die Fabrik das empfohlene IR-Reflow-Profil, und die Bediener befolgen ESD-Protokolle. Das Ergebnis ist eine Tafel mit einheitlichen, zuverlässigen Anzeigelampen.

11. Funktionsprinzip

Dies ist ein Halbleiter-Photonikbauteil. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die das eingebaute Potenzial des Übergangs überschreitet, werden Elektronen und Löcher in den aktiven Bereich (das InGaN-Quantentopf) injiziert. Diese Ladungsträger rekombinieren und setzen Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts wird durch die Bandlückenenergie des InGaN-Halbleitermaterials bestimmt, die während des epitaktischen Wachstumsprozesses für die Erzeugung von grünem Licht (~525-530 nm) ausgelegt wird. Die Epoxidlinse dient zum Schutz des Halbleiterchips, zur Formung des Lichtstrahls und zur Verbesserung der Lichtauskopplung aus dem Chip.

12. Technologietrends

Die zugrundeliegende Technologie für grüne LEDs, InGaN, entwickelt sich weiter. Trends umfassen:
- Erhöhte Effizienz:Laufende Forschung zielt darauf ab, den "Efficiency Droop" (den Effizienzabfall bei höheren Treiberströmen) zu reduzieren und die interne Quanteneffizienz zu verbessern, was zu helleren LEDs bei geringerer Leistung führt.
- Miniaturisierung:Gehäusegrößen schrumpfen weiter (z.B. von 0603 auf 0402 und kleiner), um den Anforderungen ultra-kompakter Konsumelektronik gerecht zu werden.
- Verbesserte Farbkonstanz:Fortschritte in der epitaktischen Abscheidung und Binning-Algorithmen ermöglichen engere Farbtoleranzen direkt aus der Produktion, was den Bedarf an Nachsortierung reduziert.
- Höhere Zuverlässigkeit:Verbesserungen bei Verpackungsmaterialien und Chip-Bonding-Technologien verlängern die Betriebslebensdauer und erhöhen die Widerstandsfähigkeit gegenüber thermischer und mechanischer Belastung.