SMD LED 0201 Rot AlInGaP Datenblatt - Abmessungen 2,0x1,25x0,8mm - Spannung 2,0V - Leistung 120mW - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt detailliert die Spezifikationen einer Miniatur-SMD-LED (Surface Mount Device) im 0201-Gehäuse. Das Bauteil nutzt Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP) als Halbleitermaterial zur Erzeugung von rotem Licht. Für automatisierte Bestückungsprozesse konzipiert, eignet sich diese LED für platzbeschränkte Anwendungen, die zuverlässige Statusanzeige oder Hintergrundbeleuchtung erfordern.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die Hauptvorteile dieser Komponente sind ihr extrem kompakter Bauraum, die Kompatibilität mit automatischen Bestückungs- und IR-Reflow-Lötanlagen in der Großserienfertigung sowie die Einhaltung der RoHS-Umweltrichtlinien. Ihre Miniaturgröße macht sie ideal für die Integration in moderne, hochintegrierte elektronische Baugruppen. Die Zielanwendungen umfassen ein breites Spektrum, darunter, aber nicht beschränkt auf Telekommunikationsgeräte (z.B. Mobiltelefone), tragbare Computergeräte (z.B. Notebooks), Netzwerkhardware, Haushaltsgeräte und Indoor-Beschilderung oder Displaypanels, wo sie als Statusanzeige, Signalleuchte oder Frontplatten-Hintergrundbeleuchtung dienen kann.

2. Technische Parameter: Detaillierte objektive Interpretation

2.1 Absolute Maximalwerte

Das Bauteil ist unter spezifischen Umgebungsgrenzen charakterisiert, um langfristige Zuverlässigkeit sicherzustellen. Die absoluten Maximalwerte definieren die Belastungsgrenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden führen kann. Zu den wichtigsten Grenzwerten gehören eine Verlustleistung von 120 mW, ein kontinuierlicher Gleichstrom von 30 mA und ein Spitzenstrom von 100 mA unter gepulsten Bedingungen (1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Pulsbreite). Die maximale Sperrspannung beträgt 5 V. Der Betriebstemperaturbereich ist von -30°C bis +85°C spezifiziert, während der Lagerungstemperaturbereich von -40°C bis +100°C reicht. Ein Betrieb außerhalb dieser Grenzwerte wird nicht empfohlen.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Die Leistung ist unter Standardtestbedingungen von 25°C Umgebungstemperatur und einem Durchlassstrom (I_F) von 20 mA spezifiziert. Die Lichtstärke (I_V) liegt typischerweise im Bereich von 200 bis 400 Millicandela (mcd). Der Abstrahlwinkel, definiert als 2θ_1/2bei dem die Intensität auf die Hälfte ihres axialen Wertes abfällt, beträgt etwa 110 Grad, was auf ein breites Abstrahlverhalten hinweist. Die Peak-Emissionswellenlänge (λ_p) liegt bei 631 nm. Die dominante Wellenlänge (λ_d), die die wahrgenommene Farbe definiert, liegt zwischen 619 nm und 629 nm. Die Flussspannung (V_F) bei 20 mA hat einen typischen Wert von 2,0 V und ein Maximum von 2,4 V. Das Bauteil bietet eine elektrostatische Entladungsfestigkeit (ESD) von 2 kV (Human Body Model).

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um Konsistenz im Anwendungsdesign zu gewährleisten, werden die LEDs basierend auf Schlüsselparametern in Bins sortiert. Dies ermöglicht es Entwicklern, Bauteile auszuwählen, die spezifische Schaltungsanforderungen an Spannungsabfall und Helligkeit erfüllen.

3.1 Binning der Flussspannung (V_F)

Die Flussspannung wird in mehrere Bins kategorisiert, jedes mit einem definierten Minimal- und Maximalwert, gemessen bei 20 mA. Beispielsweise umfasst der Bin-Code VA1 V_F-Werte von 1,8V bis 1,9V, während VC2 2,3V bis 2,4V abdeckt. Innerhalb jedes Bins gilt eine Toleranz von ±0,10 V. Dieses Binning ist entscheidend für den Entwurf stabiler Konstantstromtreiber und für eine gleichmäßige Helligkeit, wenn mehrere LEDs parallel geschaltet sind.

3.2 Binning der Lichtstärke (I_V)

Die Lichtausbeute wird in zwei Hauptgruppen eingeteilt, gemessen bei 20 mA. Bin P1 umfasst LEDs mit einer Lichtstärke von 200 mcd bis 300 mcd, und Bin P2 umfasst solche von 300 mcd bis 400 mcd. Für jedes Lichtstärke-Bin ist eine Toleranz von ±11 % spezifiziert. Dies ermöglicht es Entwicklern, den passenden Helligkeitsgrad für ihre Anwendung zu wählen, sei es für hochsichtbare Indikatoren oder stromsparende Statusleuchten.

4. Analyse der Leistungskurven

Während spezifische grafische Kurven im Datenblatt referenziert werden (z.B. Abbildung 1 für die spektrale Verteilung, Abbildung 5 für den Abstrahlwinkel), kann ihr typisches Verhalten beschrieben werden. Die Beziehung zwischen Durchlassstrom (I_F) und Flussspannung (V_F) ist exponentiell, charakteristisch für eine Diode. Die Lichtstärke ist innerhalb des spezifizierten Betriebsbereichs annähernd proportional zum Durchlassstrom. Die dominante Wellenlänge kann einen leichten negativen Temperaturkoeffizienten aufweisen, was bedeutet, dass sie sich mit steigender Sperrschichttemperatur zu längeren Wellenlängen verschieben kann (Rotverschiebung). Das Abstrahlwinkelmuster ist für diesen Gehäusetyp typischerweise lambertisch oder nahezu lambertisch und sorgt für eine breite, gleichmäßige Ausleuchtung.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Das Bauteil entspricht dem EIA-Standard 0201-Gehäuse. Zu den Hauptabmessungen gehören eine typische Bauteillänge von 2,0 mm, eine Breite von 1,25 mm und eine Höhe von 0,8 mm. Die Maßtoleranz beträgt typischerweise ±0,2 mm, sofern nicht anders angegeben. Die Linse ist wasserklar, und die emittierte Farbe ist rot vom AlInGaP-Chip.

5.2 Empfohlene PCB-Lötfläche und Polarität

Ein Lötflächenlayout für Infrarot- oder Dampfphasen-Reflow-Lötung wird bereitgestellt. Das Design gewährleistet eine ordnungsgemäße Lötstellenbildung und mechanische Stabilität. Die Komponente hat Anoden- und Kathodenanschlüsse; die korrekte Polarität muss beim Platzieren beachtet werden. Das Datenblatt enthält eine Abbildung der empfohlenen Lötflächengeometrie, einschließlich der Abmessungen für die Lötstoppmaske und die Kupferfläche.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 IR-Reflow-Lötprofil

Ein empfohlenes Reflow-Profil, das mit J-STD-020B für bleifreie Prozesse konform ist, wird bereitgestellt. Zu den Schlüsselparametern gehören eine Vorheiztemperatur zwischen 150°C und 200°C, eine maximale Vorheizzeit von bis zu 120 Sekunden, eine maximale Bauteiltemperatur von 260°C und eine Zeit oberhalb von 217°C (Liquidus), die auf maximal 10 Sekunden begrenzt ist. Es ist entscheidend, die PCB-spezifische Charakterisierung zu befolgen, da Leiterplattendesign und thermische Masse das endgültige Profil beeinflussen.

6.2 Lagerung und Handhabung

Die LEDs sind feuchtigkeitsempfindlich. Bei Lagerung in der original versiegelten Feuchtigkeitsschutzbeutel mit Trockenmittel sollten sie bei ≤30°C und ≤70 % relativer Luftfeuchtigkeit (RH) aufbewahrt und innerhalb eines Jahres verwendet werden. Nach dem Öffnen des Beutels sollte die Lagerumgebung 30°C und 60 % RH nicht überschreiten. Bauteile, die länger als 168 Stunden Umgebungsbedingungen ausgesetzt waren, sollten vor dem Löten etwa 48 Stunden bei ca. 60°C getrocknet (gebaket) werden, um ein "Popcorn"-Rissbildung während des Reflow zu verhindern.

6.3 Reinigung

Falls nach dem Löten eine Reinigung erforderlich ist, sollten nur spezifizierte alkoholbasierte Lösungsmittel wie Ethylalkohol oder Isopropylalkohol verwendet werden. Die LED sollte bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute eingetaucht werden. Nicht spezifizierte chemische Reinigungsmittel können das Epoxidharzgehäuse beschädigen.

7. Verpackung und Bestellinformationen

Die Komponenten werden verpackt für die automatisierte Bestückung geliefert. Sie sind auf 12 mm breite, geprägte Trägerbänder montiert und auf 7-Zoll (178 mm) Durchmesser große Spulen aufgewickelt. Jede Spule enthält 4000 Stück. Die Bandtaschen sind mit einem Deckband versiegelt. Die Verpackung folgt den ANSI/EIA-481-Spezifikationen. Für Bestellmengen unter einer vollen Spule ist eine Mindestpackmenge von 500 Stück für Restposten verfügbar.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsschaltungen

LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Für eine gleichmäßige Helligkeit, insbesondere wenn mehrere LEDs parallel verwendet werden, wird dringend empfohlen, jede LED mit ihrem eigenen in Reihe geschalteten strombegrenzenden Widerstand zu betreiben. Eine einfache Schaltung zeigt eine Spannungsquelle (V_CC), einen Widerstand (R_S) und die LED in Reihe. Der Widerstandswert wird berechnet als R_S= (V_CC- V_F) / I_F, wobei V_Fdie Flussspannung der LED beim gewünschten Strom I_F.

ist.

8.2 Designüberlegungen

Entwickler müssen das thermische Management berücksichtigen. Obwohl klein, kann die Verlustleistung von 120 mW die Sperrschichttemperatur erhöhen, wenn der thermische Pfad auf der Leiterplatte unzureichend ist, was möglicherweise die Lichtausbeute und Lebensdauer verringert. Der breite Abstrahlwinkel (110°) macht sie für Anwendungen geeignet, bei denen der Indikator aus verschiedenen Blickwinkeln sichtbar sein muss. Die 2 kV ESD-Festigkeit ist typisch für Konsumelektronik-Komponenten; in rauen Umgebungen kann zusätzlicher externer ESD-Schutz erforderlich sein.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu größeren SMD-LEDs (z.B. 0603, 0805) bietet das 0201-Gehäuse eine erhebliche Reduzierung des Leiterplattenplatzbedarfs und ermöglicht so höhere Packungsdichten. Die AlInGaP-Technologie bietet im roten/orangen/bernsteinfarbenen Spektralbereich eine hohe Lichtausbeute im Vergleich zu älteren Technologien wie GaAsP. Die spezifizierte Kompatibilität mit IR-Reflow-Lötung und JEDEC-Vorbehandlung (Level 3) zeigt die Eignung für standardisierte, hochzuverlässige Bestückungsprozesse, die in der Industrie üblich sind.

10. Häufig gestellte Fragen basierend auf technischen Parametern

F: Kann ich diese LED direkt von einem 3,3V- oder 5V-Logikausgang ansteuern?

A: Nein. Eine LED muss mit einer Strombegrenzung betrieben werden. Ein direkter Anschluss an eine Spannungsquelle würde einen übermäßigen Stromfluss verursachen und das Bauteil zerstören. Verwenden Sie stets einen Vorwiderstand oder einen Konstantstromtreiber.

F: Was ist der Unterschied zwischen Peak-Wellenlänge und dominanter Wellenlänge?_pA: Die Peak-Wellenlänge (λ_d) ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsverteilung am höchsten ist. Die dominante Wellenlänge (λ_d) wird aus dem CIE-Farbdiagramm abgeleitet und repräsentiert die einzelne Wellenlänge eines reinen monochromatischen Lichts, das der wahrgenommenen Farbe der LED entsprechen würde. λ

ist für die Farbangabe relevanter.

F: Wie beeinflusst die Temperatur die Leistung?

A: Typischerweise nimmt die Flussspannung mit steigender Sperrschichttemperatur leicht ab und die Lichtausbeute sinkt. Die dominante Wellenlänge kann sich ebenfalls verschieben. Ein Betrieb innerhalb des spezifizierten Temperaturbereichs ist für eine stabile Leistung unerlässlich.

11. Praktisches Design- und Anwendungsbeispiel

Betrachten Sie ein kompaktes Wearable-Gerät, das mehrere stromsparende Statusanzeigen (Strom, Bluetooth-Verbindung, Batteriewarnung) benötigt. Die Verwendung von 0201-roten LEDs ermöglicht es, diese in einem engen Array am Rand des Geräts zu platzieren. Ein Mikrocontroller-GPIO-Pin, konfiguriert als Open-Drain-Ausgang, kann den Strom für jede LED über einen 100Ω-Vorwiderstand zur 3,3V-Schiene ziehen, was einen geregelten Strom von etwa (3,3V - 2,0V)/100Ω = 13 mA ergibt. Dies liegt im sicheren Betriebsbereich und bietet ausreichende Helligkeit. Der breite Abstrahlwinkel stellt sicher, dass die Anzeigen auch beim Tragen des Geräts sichtbar sind.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Die Lichtemission in dieser AlInGaP-LED basiert auf Elektrolumineszenz. Wenn eine Flussspannung an den p-n-Übergang angelegt wird, werden Elektronen aus dem n-dotierten Bereich und Löcher aus dem p-dotierten Bereich in die aktive Zone injiziert. Dort rekombinieren sie und setzen Energie in Form von Photonen frei. Die spezifische Bandlückenenergie der AlInGaP-Halbleiterlegierung bestimmt die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts, die in diesem Fall im roten Spektrum liegt (~631 nm Peak). Die Epoxidharzlinse kapselt den Halbleiterchip, bietet mechanischen Schutz und formt das Lichtaustrittsmuster.

13. Technologietrends