SMD LED 0201 Rot AlInGaP Datenblatt - Abmessungen 0,6x0,3x0,25mm - Spannung 1,7-2,4V - Leistung 72mW - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument erläutert die Spezifikationen einer Miniatur-Oberflächenmontage-LED (SMD-LED) im 0201-Gehäuseformat. Das Bauteil nutzt Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP)-Technologie zur Erzeugung einer roten Lichtemission. Seine extrem kompakten Abmessungen machen es geeignet für automatisierte Leiterplattenbestückungsprozesse und Anwendungen, bei denen Platz knapp ist.

1.1 Kernvorteile

• Miniatur-Baugröße:Das 0201-Gehäuse ist eines der kleinsten standardisierten SMD-LED-Formate und ermöglicht hochdichte Leiterplattendesigns.
• Automatisierungskompatibilität:Entwickelt für die Kompatibilität mit Hochgeschwindigkeits-Bestückungsautomaten und Standard-Infrarot (IR)-Reflow-Lötprozessen.
• RoHS-Konformität:Das Bauteil wird gemäß der Richtlinie zur Beschränkung gefährlicher Stoffe (RoHS) hergestellt.
• IC-Kompatibilität:Die elektrischen Eigenschaften erlauben die direkte Ansteuerung durch integrierte Schaltkreise.

1.2 Zielmärkte und Anwendungen

Diese LED ist für ein breites Spektrum an Konsum- und Industrieelektronik vorgesehen, bei der kleine Baugröße und zuverlässige Anzeige erforderlich sind.

• Tragbare Elektronik:Statusanzeigen in Mobiltelefonen, Tablets, Laptops und Wearables.
• Netzwerk- & Kommunikationsgeräte:Link-/Aktivitätsleuchten an Routern, Switches und Modems.
• Haushaltsgeräte & Büroautomatisierung:Strom-, Modus- oder Funktionsanzeigen.
• Frontplatten-Hintergrundbeleuchtung:Beleuchtung von Symbolen, Icons oder Tasten.
• Allgemeine Status-/Signalbeleuchtung:Jede Anwendung, die einen kompakten, hellen visuellen Indikator erfordert.

2. Technische Parameter im Detail

Dieser Abschnitt bietet eine objektive Interpretation der im Datenblatt definierten elektrischen, optischen und thermischen Kenngrößen.

2.1 Absolute Maximalwerte

Dies sind Belastungsgrenzen, die unter keinen Umständen, auch nicht kurzzeitig, überschritten werden dürfen. Ein Betrieb darüber hinaus kann zu dauerhaften Schäden führen.

• Verlustleistung (Pd):72 mW. Dies ist die maximal zulässige, als Wärme abgegebene Verlustleistung. Eine Überschreitung kann zu Überhitzung und reduzierter Lebensdauer führen.
• Spitzen-Durchlassstrom (I_FP):80 mA. Dieser ist nur unter gepulsten Bedingungen zulässig (1/10 Tastverhältnis, 0,1ms Pulsbreite). Er ist nicht für den kontinuierlichen Gleichstrombetrieb vorgesehen.
• DC-Durchlassstrom (I_F):30 mA. Dies ist der maximal empfohlene kontinuierliche Durchlassstrom für einen zuverlässigen Langzeitbetrieb.
• Betriebstemperatur (T_opr):-40°C bis +85°C. Die Funktionsfähigkeit des Bauteils ist innerhalb dieses Umgebungstemperaturbereichs garantiert.
• Lagertemperatur (T_stg):-40°C bis +100°C. Das Bauteil kann innerhalb dieses Bereichs ohne Schaden gelagert werden, wenn es nicht unter Spannung steht.

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):170 - 340 mcd (min - max). Dies ist die wahrgenommene Helligkeit der LED, gemessen durch einen Sensor, der auf die Empfindlichkeit des menschlichen Auges (CIE-Kurve) gefiltert ist. Die große Spanne zeigt an, dass ein Binning-System verwendet wird (siehe Abschnitt 3).
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):110° (typisch). Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte ihres Spitzenwerts (auf der Achse) abfällt. Ein Winkel von 110° bietet einen sehr breiten Abstrahlkegel.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_p):624 nm (typisch). Dies ist die Wellenlänge am höchsten Punkt des optischen Emissionsspektrums.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):617 - 630 nm. Diese wird aus dem CIE-Farbtafeldiagramm abgeleitet und repräsentiert die einzelne Wellenlänge, die die wahrgenommene Farbe (Rot) am besten beschreibt.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):15 nm (typisch). Dies gibt die spektrale Reinheit an; ein kleinerer Wert bedeutet eine monochromatischere Farbe.
• Durchlassspannung (V_F):1,7 - 2,4 V. Der Spannungsabfall über der LED bei einem Betriebsstrom von 20 mA. Auch dieser Bereich unterliegt dem Binning.
• Sperrstrom (I_R):100 μA (max) bei V_R= 5V. Das Bauteil ist nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt; dieser Parameter dient nur Leckagetestzwecken.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um die Konsistenz in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs basierend auf Schlüsselparametern sortiert (gebinned). Dies ermöglicht es Designern, Bauteile auszuwählen, die spezifische Helligkeits- und Spannungsanforderungen für ihre Anwendung erfüllen.

3.1 Binning der Lichtstärke (I_V)

LEDs werden anhand ihrer gemessenen Lichtstärke bei 20 mA in Bins kategorisiert.

• Bin-Code S1:Minimum 170,0 mcd, Maximum 240,0 mcd.
• Bin-Code S2:Minimum 240,0 mcd, Maximum 340,0 mcd.
• Toleranz innerhalb jedes Bins beträgt ±11%.

3.2 Binning der Durchlassspannung (V_F)

LEDs werden auch nach ihrem Durchlassspannungsabfall bei 20 mA gebinned, was für die Stromanpassung in Parallelschaltungen und das Netzteil-Design wichtig ist.

• Bin-Code D2:Minimum 1,7 V, Maximum 2,0 V.
• Bin-Code D3:Minimum 2,0 V, Maximum 2,2 V.
• Bin-Code D4:Minimum 2,2 V, Maximum 2,4 V.
• Toleranz innerhalb jedes Bins beträgt ±0,10 V.

4. Analyse der Kennlinien

Während spezifische grafische Daten im Datenblatt referenziert werden, werden unten typische Leistungstrends für solche LEDs beschrieben.

4.1 Strom-Spannungs-Kennlinie (I-V)

Eine LED zeigt eine diodenähnliche I-V-Kennlinie. Die Durchlassspannung (V_F) steigt logarithmisch mit dem Strom an. Der spezifizierte V_F-Bereich bei 20 mA ist entscheidend für das Design der strombegrenzenden Schaltung (üblicherweise ein Vorwiderstand).

4.2 Lichtstärke in Abhängigkeit vom Durchlassstrom

Die Lichtleistung (I_V) ist über einen signifikanten Bereich annähernd proportional zum Durchlassstrom (I_F). Die Effizienz kann jedoch bei sehr hohen Strömen aufgrund erhöhter Wärmeentwicklung sinken. Ein Betrieb bei oder unterhalb des empfohlenen Bereichs von 20-30 mA gewährleistet optimale Leistung und Langlebigkeit.

4.3 Temperaturabhängigkeit

Die LED-Leistung ist temperaturabhängig. Typischerweise nimmt die Durchlassspannung (V_F) mit steigender Sperrschichttemperatur ab, während auch die Lichtstärke abnimmt. Der spezifizierte Betriebstemperaturbereich von -40°C bis +85°C definiert die Grenzen für garantierte Leistung.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Das Bauteil entspricht dem EIA-Standard 0201-Gehäuse. Die Hauptabmessungen (in Millimetern) betragen etwa 0,6mm Länge, 0,3mm Breite und 0,25mm Höhe. Die Toleranzen liegen typischerweise bei ±0,2mm. Die Linse ist wasserklar, der AlInGaP-Chip emittiert rotes Licht.

5.2 Empfohlene PCB-Padgestaltung

Ein Land Pattern (Footprint) für die Leiterplatte wird bereitgestellt, um ein korrektes Löten und mechanische Stabilität während des IR-Reflow-Lötens zu gewährleisten. Das Design umfasst typischerweise zwei rechteckige Pads, die etwas größer als die Anschlüsse des Bauteils sind, um eine gute Lötnahtbildung zu ermöglichen.

5.3 Polaritätskennzeichnung

Für das 0201-Gehäuse wird die Polarität üblicherweise durch eine Markierung auf dem Bauteilkörper oder durch die interne Struktur der Band- und Rollenverpackung angezeigt. Die Kathode ist typischerweise gekennzeichnet. Designer müssen das Bandorientierungsdiagramm konsultieren, um eine korrekte Platzierung sicherzustellen.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Parameter für Reflow-Löten

Das Bauteil ist kompatibel mit bleifreien (Pb-free) Infrarot (IR)-Reflow-Lötprozessen. Ein empfohlener Profilverlauf gemäß J-STD-020B wird bereitgestellt, mit folgenden Hauptgrenzen:

• Vorwärmen:150-200°C für maximal 120 Sekunden.
• Spitzentemperatur:Maximal 260°C.
• Zeit oberhalb Liquidus:Empfohlen, innerhalb der Standardprofilgrenzen zu liegen, um eine ordnungsgemäße Lötstellenbildung ohne thermische Schäden sicherzustellen.

Hinweis:Das tatsächliche Profil muss für die spezifische Leiterplattenbestückung charakterisiert werden, unter Berücksichtigung von Platinendicke, Bauteildichte und Lotpastenspezifikationen.

6.2 Lagerung und Handhabung

• Feuchtigkeitsempfindlichkeit:Die Bauteile sind in feuchtigkeitsdichten Beuteln mit Trockenmittel verpackt. Sobald der Originalbeutel geöffnet ist, sind die Komponenten gegenüber der Umgebungsluftfeuchtigkeit empfindlich.
• Bodenlebensdauer:Es wird empfohlen, das IR-Reflow-Löten innerhalb von 168 Stunden (7 Tagen) nach dem Öffnen des Trockenpackbeutels abzuschließen, wenn bei ≤ 30°C / 60% r.F. gelagert wird.
• Verlängerte Lagerung:Für eine Lagerung über 168 Stunden hinaus sollten die Komponenten vor dem Löten erneut getrocknet werden (z.B. 60°C für 48 Stunden), um ein "Popcorning" während des Reflow-Lötens zu verhindern.

6.3 Reinigung

Wenn eine Nachlötreinigung erforderlich ist, sollten nur alkoholbasierte Lösungsmittel wie Isopropylalkohol (IPA) oder Ethylalkohol verwendet werden. Das Eintauchen sollte bei Raumtemperatur und für weniger als eine Minute erfolgen. Nicht spezifizierte Chemikalien können das LED-Gehäuse beschädigen.

7. Verpackung und Bestellung

7.1 Spezifikationen für Band und Rolle

Die Komponenten werden auf 12mm breitem, geprägtem Trägerband geliefert, das auf 7-Zoll (178mm) Durchmesser große Rollen aufgewickelt ist.

• Stückzahl pro Rolle:4000 Stück.
• Mindestbestellmenge (MOQ):500 Stück für Restmengen.
• Verpackungsstandards:Entspricht den ANSI/EIA-481-Spezifikationen.

8. Anwendungsempfehlungen

8.1 Ansteuerschaltungsdesign

LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Um eine gleichmäßige Helligkeit zu gewährleisten, insbesondere wenn mehrere LEDs parallel geschaltet sind, sollte jede LED idealerweise ihren eigenen strombegrenzenden Widerstand haben. Das Ansteuern von LEDs in Reihe stellt einen identischen Strom sicher und fördert die Helligkeitsangleichung.

8.2 Wärmemanagement

Obwohl die Verlustleistung gering ist (max. 72mW), kann ein geeignetes Leiterplattenlayout zur Wärmeableitung beitragen. Eine ausreichende Kupferfläche um die Lötpads und die Vermeidung der Platzierung in lokalen Hotspots auf der Leiterplatte tragen zur langfristigen Zuverlässigkeit bei.

8.3 Designverifikation

Aufgrund der Miniaturgröße kann die visuelle Inspektion nach dem Löten eine Vergrößerung erfordern. Beim elektrischen Test sollte überprüft werden, ob Durchlassspannung und Lichtleistung innerhalb der erwarteten Bereiche für die ausgewählten Bin-Codes liegen.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die primäre Differenzierung dieses Bauteils liegt in seiner Gehäusegröße. Der 0201-Footprint ist deutlich kleiner als gängige Alternativen wie 0402- oder 0603-SMD-LEDs. Dies ermöglicht eine höhere Bauteildichte und kompaktere Endprodukte. Der Kompromiss kann eine etwas geringere maximale Verlustleistung und die Notwendigkeit präziserer Bestückungsausrüstung im Vergleich zu größeren Gehäusen sein.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQs)

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

Nein. Ein Vorwiderstand zur Strombegrenzung ist immer erforderlich. Der Widerstandswert (R) wird mit dem Ohmschen Gesetz berechnet: R = (V_versorgung- V_F) / I_F. Unter Verwendung des maximalen V_F(2,4V) für ein konservatives Design, mit einer 3,3V-Versorgung und einem Ziel-I_Fvon 20mA, ergibt sich R = (3,3 - 2,4) / 0,02 = 45Ω. Ein Standard-47Ω-Widerstand wäre geeignet.

10.2 Warum ist Binning wichtig?

Binning stellt die Farb- und Helligkeitskonsistenz innerhalb eines Produktionsloses sicher. Für Anwendungen, bei denen mehrere LEDs nebeneinander verwendet werden (z.B. ein Anzeigefeld), ist die Angabe der gleichen Helligkeits- und Spannungs-Bin-Codes entscheidend, um sichtbare Unterschiede in Helligkeit oder Farbton zu vermeiden.

10.3 Was passiert, wenn ich den absoluten maximalen Gleichstrom überschreite?

Ein Betrieb über 30 mA DC erhöht die Sperrschichttemperatur über sichere Grenzen hinaus. Dies beschleunigt den Lichtstromrückgang (die LED wird mit der Zeit dunkler) und kann zu einem katastrophalen Ausfall führen. Schaltungen sollten immer so ausgelegt sein, dass sie innerhalb des empfohlenen DC-Durchlassstroms arbeiten.

11. Praktische Design-Fallstudie

Szenario:Entwurf eines kompakten IoT-Sensormoduls mit einer einzelnen roten Status-LED. Der Platz auf der 4-lagigen Leiterplatte ist extrem begrenzt.

Umsetzung:Die 0201-LED wird aufgrund ihres minimalen Platzbedarfs ausgewählt. Sie wird nahe dem Platinenrand platziert. Ein 47Ω-Widerstand in 0201-Baugröße wird in Reihe zwischen die LED-Anode und einen GPIO-Pin eines 3,3V-Mikrocontrollers gesetzt. Der GPIO ist als Open-Drain-Ausgang konfiguriert, der im aktiven Zustand Strom zur Masse zieht. Die Kathode ist mit dem GPIO-Pin verbunden, die Anode über den Widerstand mit 3,3V. Diese Konfiguration ermöglicht es dem Mikrocontroller, die LED einzuschalten, indem der GPIO auf Low gesetzt wird. Das Land Pattern aus dem Datenblatt wird im PCB-Layout verwendet. Die Bestückungsfirma wird über die Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe (MSL) der Komponente und die Notwendigkeit eines kontrollierten Reflow-Profils informiert.

12. Funktionsprinzip

Diese LED basiert auf dem Halbleitermaterial Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP). Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, werden Elektronen und Löcher in den aktiven Bereich des Halbleiterübergangs injiziert. Ihre Rekombination setzt Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Zusammensetzung der AlInGaP-Legierung bestimmt die Bandlückenenergie, die direkt der Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts entspricht – in diesem Fall im roten Spektrum (~624 nm). Die wasserklare Epoxidharzlinse verkapselt den Halbleiterchip und formt den Lichtausgangsstrahl.

13. Technologietrends

Der allgemeine Trend bei Anzeige-LEDs geht weiterhin zu kleineren Gehäusegrößen (wie 0201 und 01005), um die Miniaturisierung elektronischer Geräte zu unterstützen. Ein weiterer Fokus liegt auf der Steigerung der Effizienz (mehr Lichtleistung pro elektrischer Leistungseinheit) und der Verbesserung der Zuverlässigkeit unter rauen Bedingungen. Darüber hinaus ist die Integration mit anderen passiven Bauteilen oder Treibern in Multi-Chip-Module ein Entwicklungsgebiet, obwohl diskrete LEDs wie diese für Designflexibilität und Kosteneffizienz in vielen Anwendungen unverzichtbar bleiben.