SMD LED 19-213 Datenblatt - Brillantes Grün - 120° Abstrahlwinkel - 2,7-3,2V - 25mA - Wasserklares Harz - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die 19-213 ist eine für moderne, kompakte Elektronikanwendungen konzipierte SMD-LED (Surface-Mount Device). Sie nutzt InGaN-Chip-Technologie (Indiumgalliumnitrid), um ein brillantes grünes Licht zu erzeugen. Der primäre Vorteil dieser Komponente ist ihre Miniaturgröße, die eine signifikante Reduzierung des Platzbedarfs auf der Leiterplatte (PCB) ermöglicht, eine höhere Bauteildichte erlaubt und zur allgemeinen Miniaturisierung von Endgeräten beiträgt. Ihr geringes Gewicht macht sie zudem zur idealen Wahl für Anwendungen, bei denen Platz und Gewicht kritische Einschränkungen darstellen.

Die LED ist auf 8 mm breitem Band verpackt, das auf Rollen mit 7 Zoll (178 mm) Durchmesser aufgewickelt ist. Dies macht sie voll kompatibel mit schnellen automatischen Bestückungsanlagen (Pick-and-Place). Diese Kompatibilität optimiert den Fertigungsprozess für die Serienproduktion.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die Kernvorteile der 19-213 SMD-LED ergeben sich aus ihrer SMD-Bauform und Materialkonformität. Der Wegfall traditioneller Anschlussdrähte (Leadframes) führt zu einer robusteren Verbindung mit der Leiterplatte und besserer Performance in Umgebungen mit hoher Vibration. Das Produkt ist bleifrei, entspricht der EU-RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe) und hält die REACH-Verordnung (Registrierung, Bewertung, Zulassung und Beschränkung chemischer Stoffe) ein. Es ist zudem halogenfrei, mit Brom- (Br) und Chlorgehalten (Cl) von jeweils unter 900 ppm und einer kombinierten Gesamtmenge unter 1500 ppm, was es für umweltbewusste Designs geeignet macht.

Die Zielanwendungen sind vielfältig und konzentrieren sich auf Indikator- und Hintergrundbeleuchtungsfunktionen. Zu den Hauptmärkten gehören Automotive-Innenräume (z.B. Armaturenbrett- und Schalterbeleuchtung), Telekommunikationsgeräte (z.B. Statusleuchten an Telefonen und Faxgeräten) und Unterhaltungselektronik (z.B. flache Hintergrundbeleuchtung für LCDs, Schalter und Symbole). Ihr universeller Charakter macht sie auch für eine breite Palette weiterer Indikatoranwendungen geeignet.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Interpretation der im Datenblatt definierten Schlüsselparameter für Elektrik, Optik und Wärme. Das Verständnis dieser Grenz- und Typwerte ist für einen zuverlässigen Schaltungsentwurf entscheidend.

2.1 Absolute Maximalwerte

Die absoluten Maximalwerte definieren die Belastungsgrenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Dies sind keine Bedingungen für den Normalbetrieb.

• Sperrspannung (VR): 5V- Das Anlegen einer Sperrspannung über 5V kann einen sofortigen Sperrschichtdurchbruch verursachen. Das Datenblatt stellt ausdrücklich klar, dass das Bauteil nicht für den Sperrbetrieb ausgelegt ist; dieser Wert gilt hauptsächlich für den IR-Testzustand.
• Durchlassstrom (IF): 25mA- Der maximale kontinuierliche Gleichstrom, der durch die LED fließen darf. Das Überschreiten dieses Werts erzeugt übermäßige Wärme, was zu beschleunigtem Lichtstromrückgang oder katastrophalem Ausfall führt.
• Spitzendurchlassstrom (IFP): 100mA: Spezifiziert zwei Profile: Reflow-Löten (Spitze von 260°C für bis zu 10 Sekunden) und Handlöten (Lötspitze bei 350°C für bis zu 3 Sekunden pro Anschluss).
• Verlustleistung (Pd): 95mW- Die maximale Leistung, die das Gehäuse als Wärme abführen kann, berechnet als VF * IF. Der Betrieb nahe dieser Grenze erfordert ein sorgfältiges Thermomanagement der Leiterplatte.
• Elektrostatische Entladung (ESD): 150V (HBM)- Dieser Human-Body-Model-Wert zeigt eine moderate ESD-Empfindlichkeit an. Richtige ESD-Handhabungsverfahren während der Montage und Handhabung sind zwingend erforderlich, um latente oder sofortige Ausfälle zu verhindern.
• Betriebstemperatur (Topr): -40°C bis +85°C- Der Umgebungstemperaturbereich, in dem garantiert wird, dass das Bauteil innerhalb seiner spezifizierten Parameter funktioniert.
• Lagertemperatur (Tstg): -40°C bis +90°C- Der Temperaturbereich für die Lagerung im nicht betriebsbereiten Zustand.
• Löttemperatur (Tsol): Specifies two profiles: Reflow soldering (peak of 260°C for up to 10 seconds) and Hand soldering (iron tip at 350°C for up to 3 seconds per terminal).

2.2 Elektro-optische Kenngrößen

Diese Parameter werden unter Standardtestbedingungen von Ta=25°C und IF=5mA gemessen, sofern nicht anders angegeben. Sie definieren die optische Performance der LED.

• Lichtstärke (Iv): 45 - 112 mcd (Min - Max)- Die wahrgenommene Helligkeit der LED, gemessen in Millicandela. Der große Bereich zeigt an, dass ein Binning-System verwendet wird (detailliert in Abschnitt 3). Ein typischer Wert wird nicht angegeben, er liegt irgendwo innerhalb dieses Bereichs.
• Abstrahlwinkel (2θ1/2): 120° (typisch)- Der Winkelbereich, in dem die Lichtstärke auf die Hälfte ihres Spitzenwerts abfällt. Dies ist ein sehr weiter Abstrahlwinkel, ideal für Anwendungen, die Sichtbarkeit aus schrägen Positionen erfordern.
• Spitzenwellenlänge (λp): 518 nm (typisch)- Die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsverteilung des emittierten Lichts ihr Maximum erreicht.
• Dominante Wellenlänge (λd): 520 - 535 nm- Die einzelne Wellenlänge monochromatischen Lichts, die den gleichen Farbeindruck wie die Ausgabe der LED hervorrufen würde. Dies ist der Schlüsselparameter für die Farbangabe und wird ebenfalls gebinnt.
• Spektrale Bandbreite (Δλ): 35 nm (typisch)- Die Breite des emittierten Spektrums, gemessen bei halber Maximalleistung (Full Width at Half Maximum - FWHM). Ein Wert von 35nm ist charakteristisch für InGaN-grüne LEDs.
• Durchlassspannung (VF): 2,70 - 3,20 V- Der Spannungsabfall über der LED bei einem Teststrom von 5mA. Dieser Bereich unterliegt ebenfalls dem Binning. Die Toleranz für diesen Parameter beträgt ±0,05V vom gebinnten Wert.
• Sperrstrom (IR): 50 μA (max.)- Der maximale Leckstrom bei angelegter spezifizierter Sperrspannung (5V).

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um Farb- und Helligkeitskonsistenz in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs nach Leistungsklassen (Bins) sortiert. Die 19-213 verwendet drei unabhängige Binning-Parameter.

3.1 Binning der Lichtstärke

LEDs werden basierend auf ihrer gemessenen Lichtstärke bei IF=5mA in vier Bins (P1, P2, Q1, Q2) sortiert. Die Bins haben folgende Bereiche: P1 (45,0-57,0 mcd), P2 (57,0-72,0 mcd), Q1 (72,0-90,0 mcd) und Q2 (90,0-112,0 mcd). Eine Toleranz von ±11% gilt für den gebinnten Wert. Entwickler müssen den passenden Bin auswählen, um den erforderlichen Helligkeitsgrad für ihre Anwendung zu erreichen.

3.2 Binning der dominanten Wellenlänge

Die Farbkonsistenz wird durch Binning der dominanten Wellenlänge in drei Gruppen verwaltet: X (520-525 nm), Y (525-530 nm) und Z (530-535 nm). Eine Toleranz von ±1nm gilt. Dies stellt sicher, dass alle LEDs einer Charge einen sehr ähnlichen Grünton erzeugen.

3.3 Binning der Durchlassspannung

Die Durchlassspannung wird in fünf Gruppen mit 0,1V-Schritten gebinnt: 29 (2,70-2,80V), 30 (2,80-2,90V), 31 (2,90-3,00V), 32 (3,00-3,10V) und 33 (3,10-3,20V). Die Toleranz beträgt ±0,05V. Die Kenntnis des VF-Bins kann beim Entwurf präziserer Strombegrenzungsschaltungen helfen, insbesondere beim Betrieb mehrerer LEDs in Reihe.

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere typische Kennlinien, die für das Verständnis des LED-Verhaltens unter nicht standardmäßigen Bedingungen wesentlich sind.

4.1 Relative Lichtstärke in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur

Diese Kurve zeigt, wie die Lichtausbeute mit steigender Umgebungstemperatur (Ta) abnimmt. Wie alle LEDs erfährt die 19-213 einen Lichtstromrückgang bei steigender Temperatur. Entwickler müssen diese thermische Entlastung in Anwendungen berücksichtigen, in denen die LED oder ihre Umgebung warm werden kann, um sicherzustellen, dass bei der maximalen Betriebstemperatur ausreichende Helligkeit erhalten bleibt.

4.2 Relative Lichtstärke in Abhängigkeit vom Durchlassstrom

Dieses Diagramm veranschaulicht die nichtlineare Beziehung zwischen Treiberstrom und Lichtausbeute. Während ein höherer Strom die Helligkeit steigert, nimmt der Wirkungsgrad (Lumen pro Watt) bei höheren Strömen typischerweise aufgrund erhöhter Wärmeentwicklung ab. Es zeigt auch, dass die Lichtausbeute bei Annäherung des Stroms an den Maximalwert sättigt.

4.3 Durchlassspannung in Abhängigkeit vom Durchlassstrom (IV-Kennlinie)

Die IV-Kennlinie ist grundlegend für den Schaltungsentwurf. Sie zeigt die exponentielle Beziehung zwischen Spannung und Strom in einer Diode. Das "Knie" der Kurve, etwa bei der typischen Durchlassspannung, ist der Punkt, an dem die LED signifikant zu leuchten beginnt. Diese Kurve ist entscheidend für die Auswahl der geeigneten Strombegrenzungsmethode (z.B. Widerstandswert oder Konstantstromtreiber-Einstellungen).

4.4 Abstrahlcharakteristik

Ein Polardiagramm zeigt die räumliche Verteilung der Lichtintensität. Der 120° Abstrahlwinkel der 19-213 führt zu einem breiten, lambertstrahlerähnlichen Abstrahlmuster. Dies bestätigt ihre Eignung für Flächenbeleuchtung und Indikatoren, die aus verschiedenen Blickwinkeln sichtbar sein müssen.

5. Mechanische und Verpackungsinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Das Datenblatt enthält eine detaillierte 2D-Zeichnung des LED-Gehäuses mit kritischen Abmessungen. Wichtige Maße sind Gesamtlänge, -breite und -höhe, Größe und Position der Lötpads sowie die Lage der Kathodenkennzeichnung (typischerweise eine Kerbe oder eine grüne Markierung an einer Ecke). Alle nicht spezifizierten Toleranzen betragen ±0,1mm. Diese Zeichnung ist wesentlich für die Erstellung des Leiterplattenlayouts (Footprint) in CAD-Software.

5.2 Polaritätskennzeichnung

Die korrekte Polarität ist für den Betrieb entscheidend. Das Gehäuse enthält eine visuelle Markierung zur Identifizierung des Kathodenanschlusses (-). Entwickler und Montagetechniker müssen auf die Maßzeichnung Bezug nehmen, um das Bauteil korrekt auf der Leiterplatte auszurichten.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Die Einhaltung dieser Richtlinien ist entscheidend für zuverlässige Lötstellen, ohne die LED zu beschädigen.

6.1 Reflow-Lötprofil

Ein empfohlenes bleifreies Reflow-Temperaturprofil wird bereitgestellt. Wichtige Parameter sind: eine Vorwärmzone zwischen 150-200°C für 60-120 Sekunden, eine Zeit oberhalb der Liquidustemperatur (217°C) von 60-150 Sekunden, eine Spitzentemperatur von maximal 260°C und eine maximale Zeit an der Spitze von 10 Sekunden. Die maximale Aufheizrate beträgt 6°C/Sek., die maximale Abkühlrate 3°C/Sek. Das Reflow-Löten sollte nicht mehr als zweimal durchgeführt werden.

6.2 Vorsichtsmaßnahmen beim Handlöten

Falls Handlöten notwendig ist, ist äußerste Vorsicht geboten. Die Temperatur der Lötspitze muss unter 350°C liegen, und die Kontaktzeit mit jedem Anschluss darf 3 Sekunden nicht überschreiten. Ein Lötkolben mit geringer Leistung (≤25W) wird empfohlen. Zwischen dem Löten jedes Anschlusses sollte ein Mindestintervall von 2 Sekunden eingehalten werden, um die Wärmeableitung zu ermöglichen.

6.3 Lagerung und Feuchtigkeitssensitivität

Die LEDs sind in einer feuchtigkeitsbeständigen Sperrbeutel mit Trockenmittel verpackt. Der Beutel darf erst geöffnet werden, wenn die Bauteile verwendet werden sollen. Nach dem Öffnen sollten unbenutzte LEDs bei ≤30°C und ≤60% relativer Luftfeuchtigkeit gelagert und innerhalb von 168 Stunden (7 Tagen) verwendet werden. Wird die Lagerzeit überschritten oder zeigt das Trockenmittel Feuchtigkeitsaufnahme an, ist vor der Verwendung eine Trocknung bei 60±5°C für 24 Stunden erforderlich, um "Popcorning" während des Reflow-Lötens zu verhindern.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Spezifikationen der Rolle und des Bandes

Die Bauteile werden in geprägter Trägerbandverpackung mit im Datenblatt spezifizierten Abmessungen geliefert. Das Band ist auf eine Standardrolle mit 7 Zoll (178 mm) Durchmesser aufgewickelt. Jede Rolle enthält 3000 Stück. Rollenabmessungen (Nabendurchmesser, Flanschdurchmesser, Breite) werden für die Kompatibilität mit automatischen Bestückungsanlagen angegeben.

7.2 Etikettenerklärung

Das Rollenetikett enthält mehrere Schlüsselcodes: P/N (Produktnummer), QTY (Packmenge), CAT (Lichtstärkenklasse/Bin), HUE (Farbort/Dominante Wellenlängenklasse), REF (Durchlassspannungsklasse) und LOT No (rückverfolgbare Losnummer). Das Verständnis dieser Kennzeichnung ist wichtig für die Bestandskontrolle und um sicherzustellen, dass die richtige Performance-Klasse in der Produktion verwendet wird.

8. Anwendungsdesign-Überlegungen

8.1 Strombegrenzung ist zwingend erforderlich

Das Datenblatt stellt ausdrücklich klar, dass ein externer strombegrenzender Widerstand (oder ein Konstantstromtreiber)verwendet werdenmuss. LEDs zeigen einen steilen exponentiellen Anstieg des Stroms bei einer kleinen Erhöhung der Spannung über ihre Durchlassspannung hinaus. Ohne Strombegrenzung kann selbst eine geringe Schwankung der Versorgungsspannung dazu führen, dass der Strom den Maximalwert überschreitet und sofortiger Ausfall eintritt.

8.2 Thermomanagement

Während das Gehäuse selbst Wärme abführt, ist der primäre Wärmeableitungspfad über die Lötpads in das Leiterplattenkupfer. Für Anwendungen, die bei hohen Umgebungstemperaturen oder nahe dem Maximalstrom betrieben werden, sollte eine Leiterplatte mit ausreichender Wärmeentlastung, breiteren Kupferbahnen oder sogar einem dedizierten thermischen Pad, das mit einer Massefläche verbunden ist, in Betracht gezogen werden, um die Wärmeableitung zu unterstützen.

8.3 ESD-Schutz

Angesichts der 150V HBM ESD-Festigkeit kann es in Umgebungen mit statischer Entladung ratsam sein, grundlegenden ESD-Schutz auf den mit der LED verbundenen Leitungen vorzusehen (z.B. durch eine Überspannungs-Schutzdioden oder einen Serienwiderstand), insbesondere wenn die LED benutzerzugänglich ist.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die 19-213 unterscheidet sich hauptsächlich durch die Kombination eines sehr weiten 120° Abstrahlwinkels und wasserklarer Vergussmasse. Viele Indikator-LEDs verwenden diffundiertes Harz, um den Abstrahlwinkel zu vergrößern, was jedoch die maximale Intensität auf der Achse reduziert. Die 19-213 erreicht einen weiten Winkel mit klarem Harz, was direkt auf der Achse eine höhere wahrgenommene Helligkeit bieten kann, während eine gute Sichtbarkeit außerhalb der Achse erhalten bleibt. Ihre vollständige Konformität mit modernen Umweltvorschriften (RoHS, REACH, halogenfrei) ist ebenfalls ein Standard, aber wesentliches Erfordernis für die meisten neuen Designs.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

10.1 Welchen Widerstandswert sollte ich bei einer 5V-Versorgung verwenden?

Der Widerstandswert (R) hängt vom gewünschten Durchlassstrom (IF) und der Durchlassspannung (VF) des spezifischen LED-Bins ab. Verwenden Sie das Ohmsche Gesetz: R = (V_Versorgung - VF) / IF. Beispiel: Bei einer 5V-Versorgung, einem VF von 3,0V (Bin 31) und einem Ziel-IF von 20mA: R = (5 - 3,0) / 0,020 = 100 Ohm. Berechnen Sie stets die Verlustleistung im Widerstand: P_Widerstand = (V_Versorgung - VF) * IF. In diesem Fall: P = 2V * 0,02A = 0,04W, daher ist ein Standard-1/8W (0,125W) Widerstand ausreichend.

10.2 Kann ich diese LED mit einem PWM-Signal zur Helligkeitssteuerung ansteuern?

Ja, Pulsweitenmodulation (PWM) ist eine ausgezeichnete Methode zum Dimmen von LEDs. Sie funktioniert durch schnelles Ein- und Ausschalten der LED. Die wahrgenommene Helligkeit ist proportional zum Tastverhältnis (dem prozentualen Anteil der Zeit, in der die LED eingeschaltet ist). PWM-Dimming erhält die Farbkonsistenz der LED, im Gegensatz zum analogen Dimmen (Stromreduzierung), das einen Farbversatz verursachen kann. Stellen Sie sicher, dass die PWM-Frequenz hoch genug ist (typischerweise >100Hz), um sichtbares Flackern zu vermeiden.

10.3 Warum sind die Lagerungs- und Trocknungsprozesse so wichtig?

SMD-Gehäuse können Feuchtigkeit aus der Atmosphäre aufnehmen. Während des Hochtemperatur-Relflow-Lötprozesses kann diese eingeschlossene Feuchtigkeit schnell verdampfen und Dampfdruck im Gehäuse erzeugen. Dies kann zu innerer Delamination, Rissen im Harz oder Ausfall der Bonddrähte führen – ein Phänomen, das als "Popcorning" bekannt ist. Die feuchtigkeitssensitive Verpackung und die Trocknungsverfahren sind darauf ausgelegt, diesen Ausfallmodus zu verhindern.

11. Praktische Design- und Anwendungsbeispiele

11.1 Multi-LED-Array für Panel-Hintergrundbeleuchtung

Für die Hintergrundbeleuchtung eines kleinen LCDs oder eines Schalterpanels können mehrere 19-213 LEDs in einem Array angeordnet werden. Aufgrund des Binnings der Durchlassspannung ist es im Allgemeinen zuverlässiger, LEDs parallel zu schalten, jede mit ihrem eigenen strombegrenzenden Widerstand, anstatt sie in Reihe zu schalten. Diese Konfiguration stellt sicher, dass Schwankungen in VF zwischen einzelnen LEDs keine ungleichmäßige Stromverteilung und Helligkeit verursachen. Ein für mehrere parallele LED-Kanäle ausgelegter Konstantstromtreiber-IC wäre die gleichmäßigste und effizienteste Lösung für größere Arrays.

11.2 Statusanzeige mit Mikrocontroller

Bei direkter Ansteuerung von einem Mikrocontroller-GPIO-Pin muss die Stromquellen-/Senken-Fähigkeit des Pins überprüft werden. Viele MCU-Pins haben eine Grenze von 20-25mA, was gut mit dem Maximum dieser LED übereinstimmt. Die Schaltung bestünde aus der LED und einem in Reihe geschalteten Widerstand zwischen dem MCU-Pin und Masse (für eine Stromsenken-Konfiguration) oder VCC (für eine Stromquellen-Konfiguration). Der Widerstandswert wird unter Verwendung der Ausgangsspannung des MCU (z.B. 3,3V) und des VF der LED berechnet.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Die 19-213 LED basiert auf einer Halbleiterdiodenstruktur aus Indiumgalliumnitrid (InGaN). Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die das Sperrschichtpotential der Diode (ca. 2,7-3,2V) übersteigt, werden Elektronen und Löcher in den aktiven Bereich des Halbleiters injiziert. Wenn diese Ladungsträger rekombinieren, setzen sie Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Zusammensetzung der InGaN-Legierung bestimmt die Bandlückenenergie des Halbleiters, die direkt die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts vorgibt. In diesem Fall ist die Legierung darauf abgestimmt, Photonen im grünen Spektrum (520-535 nm) zu erzeugen. Das wasserklare Epoxidharz-Vergussmaterial schützt den Halbleiterchip, bietet mechanische Stabilität und wirkt als Linse, um das emittierte Licht in den 120° Abstrahlwinkel zu formen.

13. Technologietrends und Kontext

Die 19-213 repräsentiert eine ausgereifte und weit verbreitete Technologie im SMD-LED-Markt. Der Trend in diesem Sektor geht weiterhin in Richtung mehrerer Schlüsselentwicklungen. Erstens gibt es einen ständigen Drang zur Steigerung der Lichtausbeute (mehr Lichtleistung pro Watt elektrischer Eingangsleistung), was die Energieeffizienz verbessert. Zweitens bleibt das Streben nach höherer Farbreinheit und -sättigung, insbesondere im grünen Spektrum, aktiv. Drittens schreitet die Gehäuseminiaturisierung weiter voran, mit noch kleineren Bauformen als der 19-213, die für ultra-kompakte Geräte üblich werden. Schließlich ist Integration ein wachsender Trend, wobei Mehrfarben-LEDs (RGB) oder LEDs mit integrierten Steuerschaltungen (wie I2C-adressierbare LEDs) mehrere Funktionen in einem einzigen Gehäuse kombinieren und so Design und Montage vereinfachen. Die 19-213 dient mit ihrem Fokus auf Zuverlässigkeit, breite Verfügbarkeit und Konformität als grundlegender Baustein in einem riesigen Ökosystem von Indikator- und Beleuchtungsanwendungen.