Technisches Datenblatt für SMD-LED Orange AlInGaP 0603 - Abmessungen 1,6x0,8x0,6mm - Spannung 1,8-2,4V - Leistung 72mW

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt detailliert die Spezifikationen einer hochhellen, miniaturisierten Oberflächenmontage-LED (SMD-LED). Das Bauteil ist im industrieüblichen 0603-Gehäuseformat ausgeführt und eignet sich somit für automatisierte Leiterplattenbestückungsprozesse. Seine kompakte Größe ist ideal für platzbeschränkte Anwendungen, in denen eine zuverlässige Statusanzeige oder Hintergrundbeleuchtung erforderlich ist.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die primären Vorteile dieser LED umfassen ihre Kompatibilität mit Hochvolumen-Bestückungsautomaten und Infrarot-Reflow-Lötprozessen, die in der modernen Elektronikfertigung Standard sind. Sie basiert auf der Halbleitertechnologie Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP), die für die Erzeugung von effizientem und hellem orangefarbenem Licht bekannt ist. Das Bauteil entspricht den relevanten Umweltvorschriften.

Ihre Zielanwendungen erstrecken sich über ein breites Spektrum von Konsum- und Industrieelektronik, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Telekommunikationsgeräte (z.B. Mobiltelefone), tragbare Computergeräte, Netzwerkhardware, Haushaltsgeräte sowie Innenraum-Beschilderung oder Display-Hintergrundbeleuchtung. Ihre Hauptfunktion ist die als Statusindikator oder schwache Lichtquelle.

2. Technische Parameter: Detaillierte objektive Interpretation

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte Aufschlüsselung der absoluten Grenzwerte und Betriebseigenschaften des Bauteils. Das Verständnis dieser Parameter ist entscheidend für einen zuverlässigen Schaltungsentwurf und die langfristige Leistungsfähigkeit.

2.1 Absolute Maximalwerte

Die absoluten Maximalwerte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Dies sind keine Bedingungen für den Normalbetrieb.

• Verlustleistung (Pd):72 mW. Dies ist die maximale Leistung, die das Bauteil als Wärme abführen kann, ohne seine thermischen Grenzen zu überschreiten.
• Spitzen-Durchlassstrom (I_F(PEAK)):80 mA. Dieser Strom ist nur unter gepulsten Bedingungen (1/10 Tastverhältnis, 0,1ms Pulsbreite) für sehr kurze Dauer, beispielsweise während Tests, zulässig.
• Dauer-Durchlassstrom (I_F):30 mA DC. Dies ist der maximal empfohlene Strom für den Dauerbetrieb.
• Sperrspannung (V_R):5 V. Das Anlegen einer Sperrspannung über diesem Grenzwert kann zu einem sofortigen Durchbruch führen. Das Bauteil ist nicht für den Betrieb in Sperrrichtung vorgesehen.
• Betriebstemperaturbereich (T_opr):-40°C bis +85°C. Die Funktionsfähigkeit des Bauteils ist innerhalb dieses Umgebungstemperaturbereichs garantiert.
• Lagertemperaturbereich (T_stg):-40°C bis +100°C. Das Bauteil kann innerhalb dieser Grenzen ohne Degradation gelagert werden.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Diese Parameter werden unter Standardtestbedingungen (Ta=25°C, I_F=20mA) gemessen und definieren die Leistung des Bauteils.

• Lichtstärke (I_V):90,0 - 280,0 mcd (Millicandela). Dies ist ein Maß für die vom menschlichen Auge wahrgenommene Helligkeit des Lichtausgangs. Die große Spanne wird durch ein Binning-System verwaltet.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):110 Grad. Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte des auf der Achse (direkt vor der LED) gemessenen Wertes abfällt. Ein 110°-Winkel deutet auf ein breites Abstrahlverhalten hin.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_P):611 nm (typisch). Dies ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsabgabe am höchsten ist.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):600 - 612 nm. Dies ist die einzelne Wellenlänge, die die wahrgenommene Lichtfarbe am besten repräsentiert, abgeleitet aus den Farbortkoordinaten. Sie ist der Schlüsselparameter für die Farbauslese.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):17 nm (typisch). Dies gibt die spektrale Reinheit an und misst die Breite des Emissionsspektrums bei halber Maximalleistung. Ein kleinerer Wert deutet auf eine monochromatischere Lichtquelle hin.
• Durchlassspannung (V_F):1,8 - 2,4 V. Dies ist der Spannungsabfall über der LED bei einem Teststrom von 20mA. Sie variiert mit Strom und Temperatur.
• Sperrstrom (I_R):10 μA (max) bei V_R=5V. Dies ist der kleine Leckstrom, der fließt, wenn das Bauteil innerhalb seines Maximalwerts in Sperrrichtung betrieben wird.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um die Konsistenz in der Massenproduktion sicherzustellen, werden LEDs basierend auf Schlüsselparametern sortiert (gebinned). Dies ermöglicht es Designern, Bauteile auszuwählen, die spezifische Anforderungen an Helligkeit, Farbe und Spannung erfüllen.

3.1 Binning der Durchlassspannung

Die Einheiten werden bei I_F= 20mA gemessen. Die Toleranz für jedes Bin beträgt ±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

Die Einheiten sind mcd (Millicandela) bei I_F= 20mA. Die Toleranz für jedes Bin beträgt ±11%.

• Bin Q2:90 mcd (Min) bis 112 mcd (Max)
• Bin R1:112 mcd (Min) bis 140 mcd (Max)
• Bin R2:140 mcd (Min) bis 180 mcd (Max)
• Bin S1:180 mcd (Min) bis 220 mcd (Max)
• Bin S2:220 mcd (Min) bis 280 mcd (Max)

3.3 Binning der dominanten Wellenlänge

Die Einheiten sind Nanometer (nm) bei I_F= 20mA. Die Toleranz für jedes Bin beträgt ±1 nm.

• Bin P:600 nm (Min) bis 603 nm (Max)
• Bin Q:603 nm (Min) bis 606 nm (Max)
• Bin R:606 nm (Min) bis 609 nm (Max)
• Bin S:609 nm (Min) bis 612 nm (Max)

4. Analyse der Kennlinien

Während spezifische grafische Daten im Quelldokument referenziert werden, veranschaulichen typische Kennlinien für solche Bauteile die für den Entwurf wesentlichen Schlüsselbeziehungen.

4.1 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kennlinie)

Die I-V-Kennlinie ist nichtlinear. Die Durchlassspannung (V_F) steigt mit dem Strom, hat jedoch einen Temperaturkoeffizienten – V_Fnimmt typischerweise mit steigender Sperrschichttemperatur ab. Dies muss bei Konstantstrom-Treiberentwürfen berücksichtigt werden.

4.2 Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Die Lichtausbeute (Lichtstärke) ist über einen signifikanten Bereich annähernd proportional zum Durchlassstrom. Die Effizienz kann jedoch bei sehr hohen Strömen aufgrund erhöhter Wärmeentwicklung abfallen. Der Betrieb bei oder unterhalb des empfohlenen Wertes von 20mA gewährleistet optimale Effizienz und Lebensdauer.

4.3 Temperatureigenschaften

Die LED-Leistung ist temperaturabhängig. Die Lichtstärke nimmt im Allgemeinen mit steigender Sperrschichttemperatur ab. Die dominante Wellenlänge kann sich ebenfalls leicht mit der Temperatur verschieben, was die wahrgenommene Farbe beeinflusst, insbesondere bei Präzisionsanwendungen.

5. Mechanische und Verpackungsinformationen

5.1 Bauteilabmessungen

Das Bauteil entspricht der EIA-Standardgröße 0603. Die Hauptabmessungen (in Millimetern) betragen etwa 1,6mm Länge, 0,8mm Breite und 0,6mm Höhe. Die Toleranzen betragen typischerweise ±0,1mm. Die Linse ist wasserklar, die orange Farbe wird durch den AlInGaP-Halbleiterchip im Inneren erzeugt.

5.2 Empfohlenes PCB-Land Pattern

Ein Land Pattern für Infrarot- oder Dampfphasen-Reflow-Löten wird bereitgestellt. Dieses Muster ist so ausgelegt, dass es eine ordnungsgemäße Lötstellenbildung, Selbstausrichtung während des Reflow und eine zuverlässige mechanische Befestigung gewährleistet. Die Einhaltung der empfohlenen Pad-Geometrie ist entscheidend, um "Tombstoning" oder schlechte Lötstellen zu verhindern.

5.3 Polaritätskennzeichnung

Die Kathode ist typischerweise auf dem Bauteil markiert, oft durch einen grünlichen Farbton auf der entsprechenden Seite des Gehäuses oder eine kleine Kerbe. Der PCB-Lack und das Footprint sollten die Polarität klar angeben, um eine falsche Platzierung zu verhindern.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Parameter für Reflow-Löten

Das Bauteil ist mit bleifreien (Pb-free) IR-Reflow-Lötprozessen kompatibel. Ein mit J-STD-020B konformes Profil wird referenziert. Zu den Schlüsselparametern gehören:

• Vorwärmen:150-200°C
• Vorwärmzeit:Maximal 120 Sekunden.
• Spitzentemperatur:Maximal 260°C.
• Zeit oberhalb Liquidus:Empfohlen wird, den Spezifikationen des Lotpastenherstellers zu folgen.
• Maximale Lötzyklen:Zweimal.

Die Profile müssen für die spezifische PCB-Baugruppe charakterisiert werden, unter Berücksichtigung von Platinendicke, Bauteildichte und Lotpastentyp.

6.2 Handlöten (falls erforderlich)

Falls Handlöten erforderlich ist, muss äußerste Vorsicht walten:

• Lötkolbentemperatur:Maximal 300°C.
• Lötzeit:Maximal 3 Sekunden pro Pad.
• Grenze:Nur ein Lötzyklus. Übermäßige Hitze kann den internen Chip oder das Kunststoffgehäuse beschädigen.

6.3 Lagerbedingungen

LEDs sind feuchtigkeitsempfindliche Bauteile (MSD).

• Versiegelter Beutel:Lagern bei ≤30°C und ≤70% relativer Luftfeuchtigkeit (RH). Innerhalb eines Jahres nach dem Versiegelungsdatum verwenden.
• Geöffneter Beutel/Exponiert:Lagern bei ≤30°C und ≤60% RH. Es wird dringend empfohlen, das IR-Reflow-Löten innerhalb von 168 Stunden (7 Tagen) nach der Exposition gegenüber Umgebungsluft abzuschließen.
• Längere Exposition:Wenn die Bauteile länger als 168 Stunden exponiert waren, ist vor dem Löten ein Ausheizen bei etwa 60°C für mindestens 48 Stunden erforderlich, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und "Popcorning" während des Reflow zu verhindern.

6.4 Reinigung

Falls eine Nachlötreinigung notwendig ist, verwenden Sie nur zugelassene alkoholbasierte Lösungsmittel wie Isopropylalkohol (IPA) oder Ethylalkohol. Das Eintauchen sollte bei Raumtemperatur und für weniger als eine Minute erfolgen. Aggressive oder nicht spezifizierte Chemikalien können das Gehäusematerial oder die Linse beschädigen.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Spezifikationen für Tape and Reel

Das Bauteil wird in 8mm breiter, geprägter Trägerbandverpackung auf 7-Zoll (178mm) Durchmesser großen Spulen geliefert. Diese Verpackung ist mit Standard-SMD-Bestückungsautomaten kompatibel.

• Stückzahl pro Spule:4000 Stück.
• Mindestbestellmenge (MOQ) für Restposten:500 Stück.
• Deckfolie:Leere Bauteiltaschen werden mit einer Deckfolie versiegelt.
• Fehlende Bauteile:Gemäß Spezifikation sind maximal zwei aufeinanderfolgende fehlende Bauteile zulässig.

Die Verpackung entspricht den ANSI/EIA-481-Spezifikationen.

8. Anwendungsempfehlungen

8.1 Typische Anwendungsschaltungen

Eine LED ist ein stromgesteuertes Bauteil. Für einen zuverlässigen Betrieb und eine konstante Helligkeit, insbesondere bei Verwendung mehrerer LEDs, muss ein strombegrenzender Widerstand in Reihe mit jeder LED oder jeder parallelen LED-Kette geschaltet werden. Das direkte Ansteuern von LEDs von einer Spannungsquelle ohne Stromregelung wird nicht empfohlen und führt zu inkonsistenter Leistung und potenziellem Bauteilversagen. Der Wert des Reihenwiderstands wird mit dem Ohmschen Gesetz berechnet: R = (V_versorgung- V_F) / I_F, wobei V_Fdie Durchlassspannung der LED beim gewünschten Strom I_F.

ist.

• 8.2 DesignüberlegungenThermisches Management:
• Obwohl die Verlustleistung gering ist, kann eine ausreichende PCB-Kupferfläche oder thermische Entlastung dazu beitragen, niedrigere Sperrschichttemperaturen aufrechtzuerhalten und somit Lichtausbeute und Lebensdauer zu erhalten.Stromderating:
• Für den Betrieb bei hohen Umgebungstemperaturen (nahe +85°C) sollte eine Reduzierung des Durchlassstroms in Betracht gezogen werden, um die interne Erwärmung zu verringern.ESD-Schutz:

Obwohl nicht explizit als hochsensibel angegeben, sollten während der Montage und Handhabung Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen beachtet werden.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu älteren Technologien wie Galliumphosphid (GaP) bieten AlInGaP-LEDs eine deutlich höhere Lichtausbeute und Helligkeit für orange und rote Farben. Das 0603-Gehäuse stellt einen Kompromiss zwischen Miniaturisierung und einfacher Handhabung/Fertigung dar. Kleinere Gehäuse (z.B. 0402) existieren, können jedoch für einige Fertigungslinien anspruchsvoller sein und haben leicht unterschiedliche thermische Eigenschaften. Der breite 110-Grad-Abstrahlwinkel eignet sich für Anwendungen, die eine große Sichtbarkeit erfordern, im Gegensatz zu schmalwinkligen LEDs, die für fokussierte Beleuchtung verwendet werden.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

10.1 Kann ich diese LED dauerhaft mit 30mA betreiben?

Ja, 30mA ist der maximal zulässige Dauer-DC-Durchlassstrom. Für eine optimale Lebensdauer und um einen möglichen Temperaturanstieg in der Anwendung zu berücksichtigen, ist es jedoch gängige Praxis, für einen niedrigeren Strom wie 20mA zu dimensionieren, was einen Sicherheitsspielraum bietet.

10.2 Warum gibt es eine so große Spanne bei der Lichtstärke (90-280 mcd)?

Diese Spanne repräsentiert die Gesamtstreuung über die gesamte Produktion. Die Bauteile werden in spezifische Helligkeits-Bins (Q2, R1, R2, S1, S2) sortiert. Designer können einen erforderlichen Bin-Code angeben, um eine gleichmäßige Helligkeit in ihrem Produkt sicherzustellen. Wenn eine bestimmte Helligkeit kritisch ist, sollten die Bins S1 oder S2 spezifiziert werden.

10.3 Was passiert, wenn ich diese LED mehr als zweimal löte?

Das Überschreiten der maximal empfohlenen Lötzyklen (zwei für Reflow, einer für Handlöten) setzt das Bauteil kumulativem thermischem Stress aus. Dies kann die internen Bonddrähte verschlechtern, den Halbleiterchip beschädigen oder eine Delamination des Kunststoffgehäuses verursachen, was zu vorzeitigem Ausfall oder reduzierter Zuverlässigkeit führt.

10.4 Ist ein Trocknen immer notwendig, wenn die Beutel eine Woche offen stand?

Ja. Die 168-Stunden (7-Tage) Floor Life ist eine kritische Richtlinie für feuchtigkeitsempfindliche Bauteile. Wenn die Komponenten länger als diesen Zeitraum Umgebungsbedingungen ausgesetzt waren, ohne ordnungsgemäß trocken gelagert worden zu sein (z.B. in einem Exsikkator), ist das obligatorische Ausheizen (60°C für 48 Stunden) erforderlich, um aufgenommene Feuchtigkeit auszutreiben und Schäden durch Dampfdruck während des Hochtemperatur-Reflow-Lötprozesses zu verhindern.

11. Praktische AnwendungsfallstudieSzenario:

Entwurf einer Statusanzeigetafel für einen Netzwerkrouter mit fünf identischen orangefarbenen LED-Indikatoren.

1. Entwurfsschritte:Parameterauswahl:
2. Wählen Sie Bin-Codes für Konsistenz. Beispielsweise spezifizieren Sie Dominante Wellenlänge Bin R (606-609nm) und Lichtstärke Bin S1 (180-220 mcd), um einheitliche Farbe und Helligkeit sicherzustellen.Schaltungsentwurf:_FDie interne Logikversorgung des Routers beträgt 3,3V. Unter Verwendung des typischen V_Fvon 2,1V (aus Bin D3) und einem Ziel-I
3. von 20mA berechnen Sie den Reihenwiderstand: R = (3,3V - 2,1V) / 0,020A = 60 Ohm. Ein Standard-62-Ohm-Widerstand würde verwendet werden.PCB-Layout:
4. Verwenden Sie das empfohlene Land Pattern. Platzieren Sie die fünf LEDs mit konsistenter Ausrichtung. Fügen Sie klare Polaritätsmarkierungen auf dem Lacksieb hinzu.Montage:
5. Stellen Sie sicher, dass die LEDs innerhalb von 168 Stunden nach dem Öffnen der Feuchtigkeitssperrbeutel verwendet oder ordnungsgemäß getrocknet wurden. Befolgen Sie das empfohlene IR-Reflow-Profil.Ergebnis:

Fünf Indikatoren mit visuell abgestimmter Farbe und Helligkeit, die dem Endbenutzer klare Statusinformationen liefern.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Leuchtdioden sind Halbleiter-pn-Übergangsbauteile. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, werden Elektronen aus dem n-dotierten Bereich und Löcher aus dem p-dotierten Bereich in den Übergangsbereich (die aktive Schicht) injiziert. Wenn diese Ladungsträger (Elektronen und Löcher) rekombinieren, wird Energie freigesetzt. Bei einer LED wird diese Energie in Form von Photonen (Licht) freigesetzt. Die spezifische Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts wird durch die Bandlückenenergie des in der aktiven Schicht verwendeten Halbleitermaterials bestimmt. Für diese orangefarbene LED ist das Material Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP), das eine Bandlücke aufweist, die Licht im orangen/roten Teil des sichtbaren Spektrums entspricht. Die klare Epoxidharzlinse dient zum Schutz des Halbleiterchips und zur Formung des Lichtstrahls.

13. Technologietrends