SMD LED 16-213/GHC-YR1S1/3T Datenblatt - Brillantes Grün - 2,7-3,7V - 25mA - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die 16-213/GHC-YR1S1/3T ist eine SMD-LED (Surface-Mount Device), die für moderne elektronische Anwendungen entwickelt wurde, die kompakte Bauweise, hohe Zuverlässigkeit und exzellente optische Leistung erfordern. Diese Komponente nutzt einen InGaN-Halbleiterchip (Indiumgalliumnitrid), um ein brillantes grünes Licht zu erzeugen. Ihre Hauptvorteile sind ein deutlich reduzierter Platzbedarf im Vergleich zu herkömmlichen LEDs mit Anschlussdrähten, was eine höhere Packungsdichte auf Leiterplatten (PCBs) ermöglicht, geringere Lageranforderungen und letztlich zur Miniaturisierung von Endgeräten beiträgt. Das Bauteil ist leicht und daher besonders für platzbeschränkte und tragbare Anwendungen geeignet.

Die wesentliche Produktpositionierung umfasst den Einsatz als hocheffiziente Anzeige- und Hintergrundbeleuchtungsquelle. Sie ist auf 8-mm-Gurt verpackt, der auf Spulen mit 7 Zoll Durchmesser aufgewickelt ist, und gewährleistet so Kompatibilität mit standardmäßigen automatischen Bestückungsgeräten. Die LED ist mit einer wasserklaren Vergussmasse umhüllt, die die Lichtausbeute maximiert und ein sauberes, helles Erscheinungsbild bietet.

2. Technische Spezifikationen im Detail

2.1 Absolute Grenzwerte

Die Betriebsgrenzen des Bauteils sind unter den Bedingungen von Ta=25°C definiert. Das Überschreiten dieser Grenzwerte kann zu dauerhaften Schäden führen.

• Sperrspannung (V_R):5V. Das Anlegen einer höheren Sperrspannung kann den PN-Übergang der LED zerstören.
• Dauer-Durchlassstrom (I_F):25mA. Dies ist der maximal empfohlene Gleichstrom für Dauerbetrieb.
• Spitzen-Durchlassstrom (I_FP):100mA. Dieser Grenzwert gilt unter gepulsten Bedingungen mit einem Tastverhältnis von 1/10 bei 1kHz, was kurze Phasen höherer Helligkeit ermöglicht.
• Verlustleistung (P_d):110mW. Dies ist die maximale Leistung, die das Gehäuse als Wärme abführen kann, ohne seine thermischen Grenzen zu überschreiten.
• Elektrostatische Entladung (ESD):Hält 150V stand (Human Body Model). Richtige ESD-Handhabungsverfahren sind während der Montage unerlässlich.
• Betriebstemperatur (T_opr):-40°C bis +85°C. Die LED ist für den Betrieb in einem weiten Bereich von Umgebungsbedingungen ausgelegt.
• Lagertemperatur (T_stg):-40°C bis +90°C.
• Löttemperatur (T_sol):Das Bauteil hält Reflow-Löten mit einer Spitzentemperatur von 260°C für bis zu 10 Sekunden oder Handlöten bei 350°C für bis zu 3 Sekunden pro Anschluss aus.

2.2 Elektro-optische Kenngrößen

Die typische Leistung wird bei Ta=25°C mit I_F=20mA gemessen, sofern nicht anders angegeben.

• Lichtstärke (I_v):Reicht von mindestens 112 mcd bis maximal 225 mcd, mit einem typischen Wert innerhalb dieses Binning-Bereichs. Eine Toleranz von ±11% gilt.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):120 Grad. Dieser weite Winkel gewährleistet gute Sichtbarkeit aus verschiedenen Blickwinkeln.
• Spitzenwellenlänge (λ_p):Typischerweise 518 nm, was die Wellenlänge angibt, bei der die emittierte Lichtintensität am höchsten ist.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):Reicht von 520 nm bis 535 nm und definiert die wahrgenommene Farbe (Grün). Eine Toleranz von ±1 nm gilt.
• Spektrale Bandbreite (Δλ):Typischerweise 35 nm, gemessen bei halber Maximalintensität (FWHM).
• Durchlassspannung (V_F):Reicht von 2,7V (min) bis 3,7V (max), mit einem typischen Wert von 3,3V bei 20mA. Eine Toleranz von ±0,05V gilt.
• Sperrstrom (I_R):Maximal 50 μA bei einer angelegten Sperrspannung von 5V.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Das Produkt wird basierend auf wichtigen optischen und elektrischen Parametern in Bins eingeteilt, um Konsistenz im Anwendungsdesign zu gewährleisten.

3.1 Binning der Lichtstärke

Bins sind für I_vbei I_F=20mA definiert:

• R1:112 mcd bis 140 mcd
• R2:140 mcd bis 180 mcd
• S1:180 mcd bis 225 mcd

Der spezifische Bin-Code (z.B. Teil von GHC-YR1S1) gibt den garantierten Intensitätsbereich für diese spezielle Einheit an.

3.2 Binning der dominanten Wellenlänge

Bins sind für λ_dbei I_F=20mA definiert:

• X:520 nm bis 525 nm
• Y:525 nm bis 530 nm
• Z:530 nm bis 535 nm

Dies ermöglicht es Designern, LEDs mit einem sehr spezifischen Grünton für Farbabgleichsanwendungen auszuwählen.

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere charakteristische Kurven, die für das Design entscheidend sind.

4.1 Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur

Die Kurve zeigt, dass die Lichtstärke von -40°C bis etwa 25°C relativ stabil ist. Über 25°C hinaus nimmt die Intensität mit steigender Temperatur allmählich ab, eine für LEDs typische Eigenschaft aufgrund erhöhter nichtstrahlender Rekombination und anderer thermischer Effekte. Bei der maximalen Betriebstemperatur von 85°C kann die Ausgangsleistung im Vergleich zu Raumtemperatur deutlich reduziert sein. Dies muss in Designs berücksichtigt werden, in denen hohe Umgebungstemperaturen erwartet werden.

4.2 Reduzierungskurve des Durchlassstroms

Dieses Diagramm definiert den maximal zulässigen Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur. Bei 25°C sind die vollen 25mA erlaubt. Mit steigender Umgebungstemperatur muss der maximal zulässige Strom linear reduziert werden, um die Verlustleistungsgrenze des Bauteils von 110mW nicht zu überschreiten und die Langzeitzuverlässigkeit zu gewährleisten. Dies ist entscheidend, um thermisches Durchgehen und vorzeitigen Ausfall zu verhindern.

3.3 Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Die Beziehung ist bei niedrigeren Strömen im Allgemeinen linear, kann aber bei höheren Strömen (nahe dem Maximalwert) Anzeichen von Sättigung oder Effizienzabfall zeigen. Die Kurve ermöglicht es Designern, die Helligkeit für einen gegebenen Treiberstrom vorherzusagen.

4.4 Spektralverteilung

Das Spektraldiagramm zeigt einen einzelnen, dominanten Peak um 518 nm (Grün) mit der charakteristischen FWHM von 35 nm. Die Emission in anderen Teilen des sichtbaren Spektrums ist minimal, was eine reine grüne Farbe bestätigt.

4.5 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung

Diese IV-Kennlinie zeigt die für eine Diode typische exponentielle Beziehung. Die Durchlassspannung steigt mit dem Strom. Der spezifizierte V_F-Bereich (2,7V-3,7V bei 20mA) ist auf dieser Kurve sichtbar. Designer nutzen dies, um den notwendigen Vorwiderstandswert für eine gegebene Versorgungsspannung zu berechnen.

4.6 Abstrahlcharakteristik

Das Polardiagramm veranschaulicht den 120° Abstrahlwinkel. Die Intensität ist innerhalb des zentralen Kegels nahezu gleichmäßig und fällt zu den Rändern hin ab. Dieses Muster ist wichtig für Anwendungen, die bestimmte Beleuchtungswinkel erfordern.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die LED hat einen kompakten SMD-Fußabdruck. Kritische Abmessungen umfassen die Bauteilgröße, den Anschlussabstand und die Gesamthöhe. Eine detaillierte Maßzeichnung ist im Datenblatt mit einer Standardtoleranz von ±0,1mm angegeben, sofern nicht anders vermerkt. Die empfohlene Lötflächengeometrie auf der Leiterplatte ist ebenfalls dargestellt, die für zuverlässiges Löten und mechanische Stabilität ausgelegt ist. Designern wird empfohlen, die Lötflächenabmessungen basierend auf ihrem spezifischen Leiterplattenfertigungsprozess und thermischen Anforderungen anzupassen.

5.2 Polaritätskennzeichnung

Die Komponente hat eine Anode und eine Kathode. Die Zeichnung im Datenblatt zeigt die Polarität, typischerweise gekennzeichnet durch eine Kerbe, einen Punkt oder eine unterschiedliche Anschlussform. Die korrekte Polarität muss während des Leiterplattenlayouts und der Montage beachtet werden, um die ordnungsgemäße Funktion sicherzustellen.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil

Ein detailliertes Temperaturprofil für bleifreies Reflow-Löten wird bereitgestellt:

• Vorwärmen:150-200°C für 60-120 Sekunden.
• Zeit oberhalb Liquidus (217°C):60-150 Sekunden.
• Spitzentemperatur:Maximal 260°C, nicht länger als 10 Sekunden gehalten.
• Aufheizrate:Maximal 6°C/Sekunde.
• Abkühlrate:Maximal 3°C/Sekunde.

Es wird empfohlen, die LED nicht mehr als zwei Reflow-Zyklen auszusetzen. Spannungen am LED-Gehäuse während des Erhitzens und Verzug der Leiterplatte nach dem Löten sollten vermieden werden.

6.2 Handlöten

Falls Handlöten notwendig ist, sollte die Lötspitzentemperatur unter 350°C liegen und die Kontaktzeit pro Anschluss 3 Sekunden nicht überschreiten. Ein Lötkolben mit geringer Leistung (≤25W) wird empfohlen. Zwischen dem Löten der beiden Anschlüsse sollte eine Abkühlpause von mindestens 2 Sekunden eingehalten werden, um thermischen Schock zu vermeiden.

6.3 Nacharbeit und Reparatur

Nacharbeit nach dem Löten wird nicht empfohlen. Falls unvermeidbar, sollte ein Doppelspitzen-Lötkolben verwendet werden, um beide Anschlüsse gleichzeitig zu erhitzen und die Belastung der LED zu minimieren. Die potenzielle Auswirkung der Nacharbeit auf die LED-Eigenschaften muss vorab bewertet werden.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Spezifikationen der Gurt- und Spulenverpackung

Die LEDs werden in geprägter Trägerbandverpackung mit im Datenblatt spezifizierten Abmessungen geliefert. Jede Spule enthält 3000 Stück. Spulenabmessungen (7 Zoll Durchmesser) werden für die Einrichtung automatisierter Handhabungsgeräte angegeben.

7.2 Feuchtesensitivität und Lagerung

Das Produkt ist in einer feuchtigkeitsdichten Aluminiumfolie mit Trockenmittel und einer Feuchteindikatorkarte verpackt. Um feuchtigkeitsbedingte Schäden ("Popcorning") während des Reflow-Lötens zu verhindern:

• Vor dem Öffnen:Lagern bei ≤30°C und ≤90% relativer Luftfeuchtigkeit.
• Nach dem Öffnen:Die "Floor Life" beträgt 1 Jahr bei ≤30°C und ≤60% relativer Luftfeuchtigkeit. Unbenutzte Teile sollten wieder versiegelt werden.
• Trocknen:Wenn das Trockenmittel Sättigung anzeigt oder die Lagerzeit überschritten wurde, vor der Verwendung bei 60±5°C für 24 Stunden trocknen.

7.3 Etikettenerklärung

Das Spulenetikett enthält Codes für:

• Kunden-Teilenummer (CPN)
• Produktnummer (P/N)
• Packmenge (QTY)
• Lichtstärkenklasse (CAT)
• Farbort-/Dominante-Wellenlängen-Klasse (HUE)
• Durchlassspannungsklasse (REF)
• Losnummer (LOT No.)

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

• Hintergrundbeleuchtung:Ideal für Instrumententafel-Anzeigen, Schalterbeleuchtung und flache Hintergrundbeleuchtung für LCD-Panels und Symbole.
• Telekommunikation:Statusanzeigen und Tastatur-Hintergrundbeleuchtung in Telefonen und Faxgeräten.
• Allgemeine Anzeige:Netzstatus, Modusauswahl und andere Benutzerschnittstellenanzeigen in einer Vielzahl von Konsum-, Industrie- und Automotive-Elektronikgeräten.

8.2 Kritische Designüberlegungen

• Strombegrenzung:Ein externer Vorwiderstand istabsolut zwingend erforderlich, um den Durchlassstrom zu begrenzen. Die exponentielle V-I-Charakteristik der LED bedeutet, dass eine kleine Spannungserhöhung einen großen, zerstörerischen Stromstoß verursachen kann.
• Thermisches Management:Halten Sie sich an die Reduzierungskurve des Durchlassstroms. Sorgen Sie für ausreichende Leiterplatten-Kupferfläche oder andere Kühlmaßnahmen, wenn bei hohen Umgebungstemperaturen oder nahe dem Maximalstrom betrieben wird.
• ESD-Schutz:Implementieren Sie ESD-Schutzschaltungen auf empfindlichen Leitungen und befolgen Sie die richtigen Handhabungsverfahren während der Montage.
• Optisches Design:Berücksichtigen Sie den 120° Abstrahlwinkel und die Abstrahlcharakteristik bei der Gestaltung von Lichtleitern, Linsen oder Diffusoren, um den gewünschten Beleuchtungseffekt zu erzielen.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu älteren Durchsteck-LED-Technologien bietet diese SMD-LED erhebliche Vorteile:

• Größe & Dichte:Deutlich kleinerer Platzbedarf ermöglicht Miniaturisierung.
• Automatisierung:Voll kompatibel mit Hochgeschwindigkeits-SMT-Bestückung, reduziert Fertigungskosten.
• Leistung:InGaN-Technologie bietet höhere Effizienz und helleres grünes Licht im Vergleich zu älteren Materialien.
• Zuverlässigkeit:SMD-Bauweise führt bei korrektem Löten oft zu besserer thermischer Leistung und mechanischer Robustheit.
• Konformität:Das Bauteil ist bleifrei, entspricht den RoHS- und EU-REACH-Verordnungen und erfüllt halogenfreie Standards (Br <900ppm, Cl <900ppm, Br+Cl <1500ppm), was es für umweltbewusste Designs und globale Märkte geeignet macht.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

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

Unter Verwendung des Ohmschen Gesetzes (R = (V_Versorgung- V_F) / I_F) und unter Annahme eines typischen V_F von 3,3V bei 20mA: R = (5V - 3,3V) / 0,02A = 85 Ohm. Ein Standardwiderstand von 82 oder 100 Ohm wäre geeignet. Berechnen Sie stets für die minimale V_F(2,7V), um sicherzustellen, dass der Strom den Maximalwert nicht überschreitet.

10.2 Kann ich diese LED mit 30mA für mehr Helligkeit betreiben?

Nein. Der absolute Grenzwert für den Dauer-Durchlassstrom beträgt 25mA. Das Überschreiten dieses Grenzwerts beeinträchtigt die Zuverlässigkeit und kann zu sofortigem oder allmählichem Ausfall führen. Für höhere Helligkeit wählen Sie eine LED aus einer höheren Lichtstärken-Bin-Klasse (z.B. S1-Bin) oder ein für höheren Strom ausgelegtes Produkt.

10.3 Wie beeinflusst die Temperatur die Lichtleistung?

Wie in den Kennlinien gezeigt, nimmt die Lichtstärke mit steigender Umgebungstemperatur ab. Bei 85°C kann die Ausgangsleistung nur noch 60-70% ihres Wertes bei 25°C betragen. Dies muss im optischen Design des Systems berücksichtigt werden.

10.4 Ist ein Kühlkörper erforderlich?

Für Dauerbetrieb bei 20mA und moderaten Umgebungstemperaturen (<50°C) wird die Wärme typischerweise ausreichend über die LED-Anschlüsse in das Leiterplatten-Kupfer abgeführt. Die Einhaltung des empfohlenen Lötflächenlayouts verbessert dies. Bei hohen Umgebungstemperaturen oder Betrieb nahe dem Maximalstrom wirkt eine Vergrößerung der mit den LED-Lötflächen verbundenen Kupferfläche auf der Leiterplatte als effektiver Kühlkörper.

11. Design- und Anwendungsfallstudie

Szenario: Entwurf einer Statusanzeigetafel für einen Industrie-Controller.

1. Anforderung:Mehrere brillante grüne LEDs zur Anzeige des "System Bereit"-Status. Die Tafel arbeitet in einer Umgebung bis zu 60°C.
2. Auswahl:Die 16-213/GHC-YR1S1/3T aus dem S1-Bin (180-225 mcd) wird für hohe Sichtbarkeit gewählt.
3. Schaltungsdesign:Verwendung einer 3,3V-Systemspannung. Unter Annahme von V_F= 3,3V wird ein Vorwiderstand berechnet: R = (3,3V - 3,3V) / 0,02A = 0 Ohm. Dies ist ungültig. Daher wird die LED mit einem niedrigeren Strom betrieben, z.B. 15mA. R = (3,3V - 3,0V*) / 0,015A = 20 Ohm. (*V_Fgeschätzt niedriger für 15mA aus der IV-Kennlinie).
4. Thermische Überprüfung:Bei 60°C Umgebungstemperatur erfordert die Reduzierungskurve eine Verringerung des Maximalstroms. Der Betrieb bei 15mA bietet einen guten Sicherheitsspielraum unterhalb des reduzierten Grenzwerts und gewährleistet Langzeitzuverlässigkeit.
5. Layout:Das Leiterplatten-Lötflächenlayout folgt der Datenblattempfehlung, mit zusätzlichen Kupferflächen, die mit der Kathodenlötfläche zur Wärmeverteilung verbunden sind.
6. Ergebnis:Ein zuverlässiges, gleichmäßig helles Anzeigesystem, das für die Betriebsumgebung geeignet ist.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Diese LED arbeitet nach dem Prinzip der Elektrolumineszenz in einem Halbleiter-PN-Übergang. Das aktive Gebiet besteht aus InGaN. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die die Schwellenspannung der Diode überschreitet, werden Elektronen und Löcher aus den N- bzw. P-Typ-Schichten in das aktive Gebiet injiziert. Diese Ladungsträger rekombinieren und setzen Energie in Form von Photonen frei. Die spezifische Zusammensetzung der InGaN-Legierung bestimmt die Bandlückenenergie, die direkt der Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts entspricht – in diesem Fall Grün (~518 nm). Die wasserklare Epoxidharz-Vergussmasse schützt den Halbleiterchip, bietet mechanische Stabilität und wirkt als Linse, um den Lichtausgangsstrahl zu formen.

13. Technologietrends

Die Entwicklung von SMD-LEDs wie dieser ist Teil größerer Trends in der Optoelektronik:

• Miniaturisierung:Kontinuierliche Verkleinerung der Gehäusegröße (z.B. von 0603 auf 0402 auf 0201 metrische Größen), um immer kleinere Geräte zu ermöglichen.
• Erhöhte Effizienz:Fortlaufende Verbesserungen in der epitaktischen Schichtabscheidung und Chip-Design führen zu höherer Lichtausbeute (mehr Lichtleistung pro elektrischem Watt Eingang).
• Farbkonsistenz:Engere Binning-Spezifikationen und fortschrittliche Fertigungsprozesse gewährleisten sehr einheitliche Farbe und Helligkeit über Produktionschargen hinweg, was für Multi-LED-Arrays und Displays entscheidend ist.
• Verbesserte Zuverlässigkeit:Verbesserte Verpackungsmaterialien und thermische Management-Designs verlängern die Betriebslebensdauer und ermöglichen den Einsatz in raueren Umgebungen (höhere Temperatur, Feuchtigkeit).
• Integration:Trends umfassen die Integration von Steuer-ICs, Vorwiderständen oder sogar mehrfarbigen Chips (RGB) in ein einziges Gehäuse, was die Schaltungsentwicklung für den Endanwender vereinfacht.

Diese Trends treiben die Entwicklung der Komponente hin zu leistungsfähigeren, zuverlässigeren und anwenderfreundlicheren Lösungen.