Inhaltsverzeichnis
- 1. Produktübersicht
- 1.1 Merkmale und Kernvorteile
- 1.2 Zielanwendungen und Märkte
- 2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter
- 2.1 Absolute Maximalwerte
- 2.2 Elektro-optische Kenngrößen
- 3. Erklärung des Binning-Systems
- 3.1 Binning der Lichtstärke
- 4. Analyse der Leistungskurven
- 4.1 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kurve)
- 4.2 Lichtstärke vs. Durchlassstrom
- 4.3 Spektrale Verteilung
- 4.4 Temperaturabhängigkeit
- 5. Mechanische und Gehäuseinformationen
- 5.1 Abmessungen und Polarität
- 5.2 Empfohlenes PCB-Lötpads-Layout
- 6. Richtlinien für Löten und Bestückung
- 6.1 Reflow-Lötprofil
- 6.2 Handlöten
- 6.3 Reinigung
- 7. Lagerung und Handhabungshinweise
- 7.1 Feuchtigkeitsempfindlichkeit und Lagerung
- 7.2 Ansteuerschaltungs-Design
- 8. Verpackungs- und Bestellinformationen
- 8.1 Spezifikationen für Gurt und Rolle
- 9. Anwendungshinweise und Designüberlegungen
- 9.1 Typische Anwendungsszenarien
- 9.2 Designüberlegungen
- 10. Technischer Vergleich und Differenzierung
- 11. Häufig gestellte Fragen (FAQ)
- 12. Praktisches Designbeispiel
- 13. Funktionsprinzip
- 14. Technologietrends
1. Produktübersicht
Dieses Dokument enthält die vollständigen technischen Spezifikationen für eine oberflächenmontierbare (SMD) Leuchtdiode (LED). Diese Komponente ist für automatisierte Leiterplattenbestückungsprozesse (PCB) konzipiert und eignet sich für Anwendungen, bei denen Platz ein kritischer Faktor ist. Die LED nutzt einen Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP) Halbleiterwerkstoff zur Erzeugung von rotem Licht und bietet eine ausgewogene Leistung und Zuverlässigkeit für moderne Elektronikdesigns.
1.1 Merkmale und Kernvorteile
Die LED ist entwickelt, um mehrere wichtige Industriestandards und Fertigungsanforderungen zu erfüllen, und bietet deutliche Vorteile für Designer und Hersteller.
- Umweltkonformität:Das Bauteil entspricht der Richtlinie zur Beschränkung gefährlicher Stoffe (RoHS).
- Fertigungs-Kompatibilität:Es wird auf industrieüblichen 8-mm-Gurten auf 7-Zoll-Rollen (178 mm) geliefert, was eine vollständige Kompatibilität mit schnellen automatischen Pick-and-Place-Bestückungsgeräten gewährleistet.
- Prozess-Kompatibilität:Das Gehäuse ist so ausgelegt, dass es den standardmäßigen Infrarot (IR) Reflow-Lötprozessen standhält, die üblicherweise in Oberflächenmontage (SMT) Fertigungslinien verwendet werden.
- Zuverlässigkeit:Die Komponente wird einer beschleunigten Vorkonditionierungsprüfung unterzogen, die auf JEDEC Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe 3 (MSL 3) ausgelegt ist. Dies weist auf eine robuste Gehäusekonstruktion hin, die für typische Handhabungs- und Lagerungsbedingungen vor dem Löten geeignet ist.
- Elektrische Schnittstelle:Sie ist I.C.-kompatibel (integrierter Schaltkreis), was eine einfache Integration in digitale Steuerschaltungen ermöglicht.
1.2 Zielanwendungen und Märkte
Aufgrund seiner kompakten Größe, Zuverlässigkeit und Leistungsmerkmale ist diese LED für ein breites Spektrum elektronischer Geräte vorgesehen. Zu den primären Anwendungsbereichen gehören:
- Telekommunikationsgeräte:Statusanzeigen an Routern, Modems und Netzwerk-Switches.
- Büroautomatisierung:Anzeigelampen an Druckern, Scannern und Multifunktionsgeräten.
- Unterhaltungselektronik:Hintergrundbeleuchtung für Frontplatten, Netzstatusanzeigen und Funktionssymbole in Haushaltsgeräten und Audio/Video-Geräten.
- Industrieausrüstung:Maschinenstatus-, Fehleranzeige- und Betriebsrückmeldungspanels.
- Allgemeine Anwendungen:Jede Anwendung, die eine kompakte, helle und zuverlässige rote Statusanzeige oder symbolische Beleuchtung erfordert.
2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter
Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Analyse der elektrischen, optischen und thermischen Spezifikationen der LED. Das Verständnis dieser Parameter ist entscheidend für ein korrektes Schaltungsdesign und die Gewährleistung einer langfristigen Leistung.
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):120 mW. Dies ist die maximale Leistung, die das Bauteil als Wärme abführen kann, ohne beschädigt zu werden. Das Überschreiten dieser Grenze riskiert eine Überhitzung des Halbleiterübergangs.
- Spitzen-Durchlassstrom (IFP):80 mA. Dies ist der maximal zulässige momentane Durchlassstrom, typischerweise unter gepulsten Bedingungen spezifiziert (1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Pulsbreite), um übermäßige Erwärmung zu verhindern.
- Dauer-Durchlassstrom (IF):50 mA. Dies ist der maximale Gleichstrom, der unter spezifizierten Umgebungstemperaturbedingungen kontinuierlich angelegt werden kann.
- Sperrspannung (VR):5 V. Das Anlegen einer Sperrspannung, die größer als dieser Wert ist, kann zum Durchbruch und katastrophalen Ausfall des LED-Übergangs führen. Das Datenblatt stellt ausdrücklich klar, dass das Bauteil nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt ist.
- Betriebs- und Lagertemperaturbereich:-40°C bis +100°C. Dies definiert die Umgebungstemperaturgrenzen sowohl für den aktiven Betrieb als auch für die inaktive Lagerung und gewährleistet die Materialintegrität von Gehäuse und Chip.
2.2 Elektro-optische Kenngrößen
Diese Parameter werden unter Standardtestbedingungen (Ta=25°C, IF=20mA) gemessen und definieren die Leistung des Bauteils.
- Lichtstärke (IV):450 - 1120 mcd (Millicandela). Dies ist die wahrgenommene Helligkeit der LED, gemessen durch einen Sensor, der auf die photopische Reaktion des menschlichen Auges abgestimmt ist. Die große Bandbreite wird durch ein Binning-System verwaltet (siehe Abschnitt 3).
- Abstrahlwinkel (2θ1/2):120 Grad (typisch). Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte ihres Spitzenwerts (auf der Achse) abfällt. Ein Winkel von 120° zeigt ein breites, diffuses Abstrahlmuster an, das für Statusanzeigen geeignet ist.
- Spitzen-Emissionswellenlänge (λP):631 nm (typisch). Dies ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsabgabe am höchsten ist. Es handelt sich um eine physikalische Eigenschaft des AlInGaP-Materials.
- Dominante Wellenlänge (λd):624 nm (typisch). Dies ist die einzelne Wellenlänge, die vom menschlichen Auge wahrgenommen wird und der Farbe der LED am besten entspricht. Sie wird aus den CIE-Farbkoordinaten abgeleitet. Die Toleranz beträgt +/- 1 nm.
- Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):15 nm (typisch). Dies misst die spektrale Reinheit und gibt den Bereich der emittierten Wellenlängen an. Eine schmalere Halbwertsbreite zeigt eine monochromatischere (reine) Farbe an.
- Durchlassspannung (VF):1,8V (Min) bis 2,6V (Max) bei 20mA. Dies ist der Spannungsabfall über der LED im Betrieb. Das Schaltungsdesign muss diese Variation berücksichtigen, um einen konstanten Strom sicherzustellen.
- Sperrstrom (IR):10 μA (Max) bei VR=5V. Dies ist der kleine Leckstrom, der fließt, wenn eine Sperrspannung angelegt wird, und ist nur für Testzwecke relevant.
3. Erklärung des Binning-Systems
Um natürliche Schwankungen in der Halbleiterfertigung zu handhaben, werden LEDs nach Leistung sortiert (gebinned). Dies ermöglicht es Designern, Komponenten auszuwählen, die bestimmte Helligkeitsanforderungen erfüllen.
3.1 Binning der Lichtstärke
Die Lichtstärke wird in verschiedene Bins kategorisiert, jedes mit einem Mindest- und einem Höchstwert. Die Toleranz innerhalb jedes Bins beträgt +/-11%.
- Bin U1:450,0 mcd (Min) bis 560,0 mcd (Max)
- Bin U2:560,0 mcd (Min) bis 680,0 mcd (Max)
- Bin V1:680,0 mcd (Min) bis 900,0 mcd (Max)
- Bin V2:900,0 mcd (Min) bis 1120,0 mcd (Max)
Designer sollten beim Bestellen den erforderlichen Bin-Code angeben, um eine gleichmäßige Helligkeit über mehrere Einheiten in einer Baugruppe hinweg sicherzustellen. Für Anwendungen, bei denen die absolute Helligkeit weniger kritisch ist, kann ein breiteres Bin oder kein spezifisches Bin akzeptabel sein.
4. Analyse der Leistungskurven
Während spezifische grafische Kurven im Datenblatt referenziert werden (z.B. Abbildung 1, Abbildung 5), sind ihre Auswirkungen für das Design entscheidend.
4.1 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kurve)
Die Beziehung zwischen Durchlassstrom (IF) und Durchlassspannung (VF) ist nichtlinear, ähnlich wie bei einer Standarddiode. Der spezifizierte VF-Bereich (1,8V-2,6V) bei 20mA ist der zentrale Designpunkt. Das Betreiben der LED mit einem Konstantstrom, anstatt mit einer Konstantspannung, ist wesentlich, um eine stabile Lichtausgabe aufrechtzuerhalten und thermisches Durchgehen zu verhindern, da VF mit steigender Temperatur abnimmt.
4.2 Lichtstärke vs. Durchlassstrom
Die Lichtausgabe (IV) ist innerhalb des Betriebsbereichs annähernd proportional zum Durchlassstrom. Die Effizienz kann jedoch bei sehr hohen Strömen aufgrund erhöhter Wärmeentwicklung sinken. Der Betrieb bei oder unterhalb der empfohlenen 20mA-Testbedingung gewährleistet optimale Leistung und Langlebigkeit.
4.3 Spektrale Verteilung
Die spektrale Ausgangskurve ist um die Spitzenwellenlänge von 631 nm zentriert, mit einer typischen Halbwertsbreite von 15 nm. Dies definiert den spezifischen Rotton. Die dominante Wellenlänge (624 nm) ist der Schlüsselparameter für die Farbabstimmung in Anwendungen, bei denen mehrere LEDs identisch aussehen müssen.
4.4 Temperaturabhängigkeit
Die LED-Leistung ist temperaturabhängig. Typischerweise nimmt die Lichtstärke mit steigender Sperrschichttemperatur ab. Der breite Betriebstemperaturbereich (-40°C bis +100°C) zeigt an, dass das Bauteil für den Betrieb in extremen Umgebungen ausgelegt ist, obwohl die Ausgabe variieren wird. Ein ordnungsgemäßes Wärmemanagement auf der Leiterplatte ist für Anwendungen mit hohem Strom oder hoher Umgebungstemperatur erforderlich, um Helligkeit und Lebensdauer zu erhalten.
5. Mechanische und Gehäuseinformationen
5.1 Abmessungen und Polarität
Die LED entspricht einem EIA-Standard-SMD-Gehäuse-Fußabdruck. Detaillierte Maßzeichnungen sind im Datenblatt enthalten, einschließlich Länge, Breite, Höhe und Anschlussabstand. Alle Abmessungen sind in Millimetern mit einer Standardtoleranz von ±0,2 mm angegeben. Das Gehäuse verfügt über eine wasserklare Linse, die das Licht nicht streut, sodass die native AlInGaP-Rotfarbe sichtbar ist. Die Polarität (Anode und Kathode) ist durch physische Markierungen auf dem Bauteilkörper angegeben, die während der Platzierung beachtet werden müssen, um einen korrekten Betrieb sicherzustellen.
5.2 Empfohlenes PCB-Lötpads-Layout
Ein vorgeschlagenes Layout der Lötpads auf der Leiterplatte für Infrarot- oder Dampfphasen-Reflow-Löten wird bereitgestellt. Die Einhaltung dieses Pads-Layouts ist entscheidend für das Erreichen zuverlässiger Lötstellen, eine korrekte Selbstausrichtung während des Reflow-Prozesses und eine effektive Wärmeableitung vom LED-Übergang weg.
6. Richtlinien für Löten und Bestückung
6.1 Reflow-Lötprofil
Das Bauteil ist mit bleifreien (Pb-free) IR-Reflow-Lötprozessen kompatibel. Das empfohlene Profil basiert auf dem J-STD-020B-Standard. Zu den Schlüsselparametern gehören:
- Vorwärmtemperatur:150°C bis 200°C.
- Vorwärmzeit:Maximal 120 Sekunden.
- Maximale Bauteiltemperatur:Maximal 260°C.
- Zeit oberhalb der Liquidustemperatur:Empfohlen innerhalb der Standard-JEDEC-Grenzen (typisch 60-150 Sekunden).
- Maximale Lötzyklen:Zwei Mal.
Es wird betont, dass das optimale Profil vom spezifischen PCB-Design, der Lotpaste und dem Ofen abhängt. Das auf JEDEC basierende Profil sollte als Ziel verwendet werden, mit einer finalen Abstimmung basierend auf den Empfehlungen des Lotpastenherstellers und der Charakterisierung auf Leiterplattenebene.
6.2 Handlöten
Falls Handlöten notwendig ist, muss äußerste Vorsicht walten:
- Lötkolbentemperatur:Maximal 300°C.
- Lötzeit:Maximal 3 Sekunden pro Anschluss.
- Anzahl der Vorgänge:Nur ein Mal. Wiederholtes Erhitzen kann das Gehäuse und die interne Chipverbindung beschädigen.
6.3 Reinigung
Falls eine Nachlötreinigung erforderlich ist, sollten nur spezifizierte Lösungsmittel verwendet werden. Das Datenblatt empfiehlt, die LED bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute in Ethylalkohol oder Isopropylalkohol zu tauchen. Nicht spezifizierte oder aggressive chemische Reiniger können die Kunststofflinse und das Gehäusematerial beschädigen.
7. Lagerung und Handhabungshinweise
7.1 Feuchtigkeitsempfindlichkeit und Lagerung
Das LED-Gehäuse ist feuchtigkeitsempfindlich. Längere Exposition gegenüber Umgebungsfeuchtigkeit kann zu "Popcorn"-Rissen während des Hochtemperatur-Reflow-Lötprozesses führen.
- Versiegelte Verpackung:Bauteile sollten bei ≤30°C und ≤70% relativer Luftfeuchtigkeit (RH) gelagert werden. Die Haltbarkeit in der originalversiegelten, feuchtigkeitsgeschützten Beutel mit Trockenmittel beträgt ein Jahr.
- Geöffnete Verpackung:Sobald der versiegelte Beutel geöffnet ist, darf die Lagerungsumgebung 30°C und 60% RH nicht überschreiten.
- Bodenlebensdauer:Komponenten, die aus ihrer Originalverpackung entnommen wurden, sollten innerhalb von 168 Stunden (7 Tagen) dem IR-Reflow-Löten unterzogen werden.
- Verlängerte Lagerung:Für eine Lagerung über 168 Stunden hinaus sollten LEDs in einem versiegelten Behälter mit Trockenmittel oder in einem Stickstoff-Exsikkator aufbewahrt werden.
- Trocknen:Komponenten, die länger als die 168-stündige Bodenlebensdauer exponiert waren, erfordern vor der Bestückung ein Ausheizen bei etwa 60°C für mindestens 48 Stunden, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen.
7.2 Ansteuerschaltungs-Design
Eine LED ist ein stromgesteuertes Bauteil. Um eine gleichmäßige Helligkeit sicherzustellen und Stromkonzentration zu verhindern, insbesondere beim parallelen Betrieb mehrerer LEDs, muss ein strombegrenzender Widerstand in Reihe mit jeder LED verwendet werden. Das Datenblatt empfiehlt diese Konfiguration (Schaltung A) dringend gegenüber dem direkten Parallelschalten von LEDs ohne individuelle Widerstände (Schaltung B), was zu ungleichmäßiger Helligkeit und potenziellem Ausfall aufgrund ungleicher Stromverteilung führen kann, verursacht durch geringfügige VF-Variationen zwischen den Einheiten.
8. Verpackungs- und Bestellinformationen
8.1 Spezifikationen für Gurt und Rolle
Die Komponente wird für die automatisierte Bestückung in geprägter Trägerband auf 7-Zoll (178 mm) Durchmesser Rollen geliefert.
- Taschenabstand:8 mm.
- Stückzahl pro Rolle:2000 Stück.
- Mindestbestellmenge (MOQ):500 Stück für Restmengen.
- Deckband:Leere Komponententaschen werden mit einem Deckband versiegelt.
- Fehlende Komponenten:Gemäß Verpackungsspezifikation sind maximal zwei aufeinanderfolgende fehlende LEDs (leere Taschen) zulässig.
- Standard:Die Verpackung entspricht den ANSI/EIA-481-Spezifikationen.
9. Anwendungshinweise und Designüberlegungen
9.1 Typische Anwendungsszenarien
Diese LED ist für den Einsatz in gewöhnlichen elektronischen Geräten vorgesehen, einschließlich Büroautomatisierung, Telekommunikation, Haushaltsgeräten und allgemeinen Industrie-Steuerungen. Sie eignet sich für Statusanzeigen, Hintergrundbeleuchtung von Symbolen auf Frontplatten und allgemeine Leuchtsignalisierung.
9.2 Designüberlegungen
- Stromregelung:Verwenden Sie stets einen Reihenwiderstand oder einen speziellen Konstantstromtreiber, um den Durchlassstrom einzustellen. Schließen Sie die LED nicht direkt an eine Spannungsquelle an.
- Wärmemanagement:Obwohl das Gehäuse klein ist, sollte eine ausreichende Kupferfläche auf den PCB-Pads als Kühlkörper vorhanden sein, insbesondere beim Betrieb nahe dem maximalen Dauerstrom (50mA).
- ESD-Schutz:Obwohl nicht ausdrücklich als empfindlich angegeben, gilt das Handhaben von LEDs mit Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen (Elektrostatische Entladung) als gute Praxis.
- Optisches Design:Die wasserklare Linse erzeugt einen fokussierten Strahl mit einem Abstrahlwinkel von 120°. Für eine breitere oder stärker gestreute Beleuchtung können externe Linsen oder Lichtleiter erforderlich sein.
10. Technischer Vergleich und Differenzierung
Während in diesem eigenständigen Datenblatt kein direkter Vergleich mit anderen Artikelnummern gegeben wird, können die wichtigsten Unterscheidungsmerkmale dieser Komponente abgeleitet werden:
- Material (AlInGaP):Bietet im Vergleich zu älteren Technologien wie GaAsP eine hohe Effizienz und gute Farbstabilität für rote LEDs.
- Breiter Abstrahlwinkel (120°):Bietet eine breite Sichtbarkeit und ist daher hervorragend für frontplattenmontierte Statusanzeigen geeignet.
- JEDEC Level 3 Vorkonditionierung:Zeigt einen guten Grad an Feuchtigkeitsbeständigkeit an, der für die meisten kommerziellen Anwendungen geeignet ist, ohne ultra-trockene Lagerung zu erfordern, was die Logistik vereinfacht.
- Standardisierte Verpackung:Die Einhaltung von EIA-Gehäusestandards und ANSI/EIA-481-Rollenspezifikationen gewährleistet eine nahtlose Integration in automatisierte Fertigungslinien.
11. Häufig gestellte Fragen (FAQ)
F: Kann ich diese LED ohne einen strombegrenzenden Widerstand betreiben?
A: Nein. Eine LED muss mit einem geregelten Strom betrieben werden. Der direkte Anschluss an eine Spannungsquelle führt zu einem übermäßigen Stromfluss, der das Bauteil möglicherweise sofort zerstört. Verwenden Sie stets einen Reihenwiderstand oder eine Konstantstromschaltung.
F: Was bedeutet der "Bin-Code" beim Bestellen?
A: Der Bin-Code (z.B. V1, U2) spezifiziert die garantierte Mindest- und Maximal-Lichtstärke der LEDs in dieser Charge. Die Angabe eines Bins stellt eine gleichmäßige Helligkeit über alle LEDs in Ihrem Produkt hinweg sicher. Wenn Farbkonsistenz kritisch ist, müssen Sie möglicherweise auch Wellenlängen-Bins angeben.
F: Wie lange kann ich diese LEDs lagern, nachdem ich die Tüte geöffnet habe?
A: Für zuverlässiges Löten sollten Sie sie innerhalb von 168 Stunden (7 Tagen) verwenden, wenn sie in einer Umgebung ≤30°C/60% RH gelagert werden. Bei längerer Lagerung müssen sie vor der Verwendung 48 Stunden lang bei 60°C getrocknet werden.
F: Ist diese LED für Automotive- oder Medizinanwendungen geeignet?
A: Das Datenblatt gibt an, dass sie für gewöhnliche elektronische Geräte vorgesehen ist. Für Anwendungen, die außergewöhnliche Zuverlässigkeit erfordern oder bei denen ein Ausfall die Sicherheit gefährden könnte (Luftfahrt, Automotive, Medizin, lebenserhaltende Systeme), ist eine Konsultation mit dem Hersteller erforderlich, um die Eignung zu bewerten und die Komponente gegebenenfalls für diesen spezifischen Einsatz zu qualifizieren.
F: Kann ich Wellenlöten für diese SMD-LED verwenden?
A: Das Datenblatt enthält nur Richtlinien für IR-Reflow- und Handlöten. SMD-Komponenten dieses Typs werden für das Wellenlöten aufgrund des thermischen Schocks und der möglichen Kontamination im Allgemeinen nicht empfohlen. Reflow-Löten ist der vorgesehene und empfohlene Bestückungsprozess.
12. Praktisches Designbeispiel
Szenario:Entwurf einer "EIN"-Anzeige für ein Gerät, das von einer 5V DC-Schiene gespeist wird. Das Ziel ist eine gute Sichtbarkeit mit einem Durchlassstrom von etwa 15mA (unterhalb des 20mA-Testpunkts für längere Lebensdauer).
Berechnung:
Angenommen, eine typische Durchlassspannung (VF) von 2,2V.
Der erforderliche Spannungsabfall über dem Reihenwiderstand (RS) beträgt: Vversorgung- VF= 5V - 2,2V = 2,8V.
Nach dem Ohmschen Gesetz: RS= V / I = 2,8V / 0,015A = 186,67 Ω.
Der nächstgelegene Standardwiderstandswert ist 180 Ω oder 200 Ω.
Auswahl:Wählen Sie einen 180 Ω Widerstand. Neuberechnung des Stroms: I = (5V - 2,2V) / 180Ω ≈ 15,6mA. Dies ist sicher und innerhalb der Grenzwerte.
Leistung am Widerstand:P = I²R = (0,0156)² * 180 ≈ 0,044W. Ein Standard-1/8W (0,125W) oder 1/10W Widerstand ist ausreichend.
PCB-Layout:Platzieren Sie den 180Ω-Widerstand in Reihe mit der Anode der LED. Befolgen Sie das empfohlene Pads-Layout aus dem Datenblatt für die LED-Pads und stellen Sie eine ausreichende Kupferfläche für die Wärmeableitung sicher. Fügen Sie eine Polarisierungsmarkierung (z.B. "+" für Anode) auf dem PCB-Lack hinzu.
13. Funktionsprinzip
Leuchtdioden sind Halbleiterbauelemente, die elektrische Energie direkt in Licht umwandeln, durch einen Prozess namens Elektrolumineszenz. Wenn eine Durchlassspannung an den p-n-Übergang angelegt wird, rekombinieren Elektronen aus dem n-Typ-Material mit Löchern aus dem p-Typ-Material im aktiven Bereich. In einer AlInGaP-LED setzt dieses Rekombinationsereignis Energie in Form von Photonen (Lichtteilchen) frei. Die spezifische Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts, in diesem Fall Rot bei ~624-631 nm, wird durch die Bandlückenenergie des Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid-Halbleitermaterials bestimmt, das für den Aufbau des Chips verwendet wird. Das wasserklare Epoxidharzgehäuse verkapselt und schützt den Halbleiterchip, bildet die Linse zur Formung der Lichtausgabe und enthält den Metallanschlussrahmen, der die elektrischen Verbindungen und die mechanische Stütze bereitstellt.
14. Technologietrends
Die Entwicklung von SMD-LEDs wie dieser ist Teil größerer Trends in der Optoelektronik und Elektronikfertigung. Wichtige Trends, die solche Komponenten beeinflussen, sind:
- Miniaturisierung:Kontinuierliche Nachfrage nach kleineren Gehäusegrößen, um dichtere PCB-Layouts und kompaktere Endprodukte zu ermöglichen.
- Erhöhte Effizienz:Laufende Forschung in der Materialwissenschaft zielt darauf ab, die Lichtausbeute (Lumen pro Watt) von farbigen LEDs zu verbessern und so den Stromverbrauch für eine gegebene Lichtausgabe zu reduzieren.
- Verbesserte Zuverlässigkeit:Verbesserungen bei Gehäusematerialien (Epoxidharz, Silikon) und Chip-Bonding-Techniken führen zu längeren Betriebslebensdauern und besserer Leistung unter Hochtemperatur- und Hochfeuchtigkeitsbedingungen.
- Standardisierung:Die Übernahme von Industrie-Standard-Fußabdrücken, Rollengrößen und Leistungskennzahlen (wie JEDEC MSL-Bewertungen) rationalisiert die Lieferkette und vereinfacht das Design für Ingenieure.
- Integration:Obwohl dies ein diskretes Bauteil ist, gibt es einen Trend zur Integration von Steuerelektronik (wie Stromregler oder Treiber) direkt in LED-Gehäuse, wodurch "intelligente" LED-Module entstehen.
LED-Spezifikations-Terminologie
Vollständige Erklärung der LED-Technikbegriffe
Photoelektrische Leistung
| Begriff | Einheit/Darstellung | Einfache Erklärung | Warum wichtig |
|---|---|---|---|
| Lichtausbeute | lm/W (Lumen pro Watt) | Lichtausgang pro Watt Strom, höher bedeutet energieeffizienter. | Bestimmt direkt den Energieeffizienzgrad und Stromkosten. |
| Lichtstrom | lm (Lumen) | Gesamtlicht, das von der Quelle emittiert wird, allgemein "Helligkeit" genannt. | Bestimmt, ob das Licht hell genug ist. |
| Betrachtungswinkel | ° (Grad), z.B. 120° | Winkel, bei dem die Lichtintensität auf die Hälfte abfällt, bestimmt die Strahlbreite. | Beeinflusst Beleuchtungsbereich und Gleichmäßigkeit. |
| Farbtemperatur | K (Kelvin), z.B. 2700K/6500K | Wärme/Kühle des Lichts, niedrigere Werte gelblich/warm, höhere weißlich/kühl. | Bestimmt Beleuchtungsatmosphäre und geeignete Szenarien. |
| Farbwiedergabeindex | Einheitenlos, 0–100 | Fähigkeit, Objektfarben genau wiederzugeben, Ra≥80 ist gut. | Beeinflusst Farbauthentizität, wird an anspruchsvollen Orten wie Einkaufszentren, Museen verwendet. |
| Farborttoleranz | MacAdam-Ellipsenschritte, z.B. "5-Schritt" | Metrik für Farbkonsistenz, kleinere Schritte bedeuten konsistentere Farbe. | Sichert einheitliche Farbe über dieselbe Charge von LEDs. |
| Dominante Wellenlänge | nm (Nanometer), z.B. 620nm (rot) | Wellenlänge, die der Farbe farbiger LEDs entspricht. | Bestimmt Farbton von roten, gelben, grünen monochromen LEDs. |
| Spektralverteilung | Wellenlänge vs. Intensitätskurve | Zeigt Intensitätsverteilung über Wellenlängen. | Beeinflusst Farbwiedergabe und Farbqualität. |
Elektrische Parameter
| Begriff | Symbol | Einfache Erklärung | Design-Überlegungen |
|---|---|---|---|
| Flussspannung | Vf | Mindestspannung zum Einschalten der LED, wie "Startschwelle". | Treiberspannung muss ≥ Vf sein, Spannungen addieren sich für serielle LEDs. |
| Flussstrom | If | Stromwert für normalen LED-Betrieb. | Normalerweise Konstantstromantrieb, Strom bestimmt Helligkeit & Lebensdauer. |
| Max. Pulsstrom | Ifp | Spitzenstrom, der für kurze Zeit erträglich ist, wird für Dimmen oder Blinken verwendet. | Pulsbreite & Tastverhältnis müssen streng kontrolliert werden, um Schäden zu vermeiden. |
| Sperrspannung | Vr | Maximale Sperrspannung, die die LED aushalten kann, darüber kann es zum Durchbruch kommen. | Schaltung muss verhindern, dass umgekehrte Verbindung oder Spannungsspitzen auftreten. |
| Wärmewiderstand | Rth (°C/W) | Widerstand gegen Wärmeübertragung vom Chip zum Lötpunkt, niedriger ist besser. | Hoher Wärmewiderstand erfordert stärkere Wärmeableitung. |
| ESD-Immunität | V (HBM), z.B. 1000V | Fähigkeit, elektrostatische Entladung zu widerstehen, höher bedeutet weniger anfällig. | In der Produktion sind antistatische Maßnahmen erforderlich, insbesondere für empfindliche LEDs. |
Wärmemanagement & Zuverlässigkeit
| Begriff | Schlüsselmetrik | Einfache Erklärung | Auswirkung |
|---|---|---|---|
| Sperrschichttemperatur | Tj (°C) | Tatsächliche Betriebstemperatur im LED-Chip. | Jede Reduzierung um 10°C kann die Lebensdauer verdoppeln; zu hoch verursacht Lichtabfall, Farbverschiebung. |
| Lichtstromrückgang | L70 / L80 (Stunden) | Zeit, bis die Helligkeit auf 70% oder 80% des Anfangswerts sinkt. | Definiert direkt die "Nutzungsdauer" der LED. |
| Lichtstromerhaltung | % (z.B. 70%) | Prozentsatz der nach Zeit verbleibenden Helligkeit. | Gibt die Fähigkeit an, die Helligkeit über die langfristige Nutzung zu erhalten. |
| Farbverschiebung | Δu′v′ oder MacAdam-Ellipse | Grad der Farbänderung während der Verwendung. | Beeinflusst die Farbkonsistenz in Beleuchtungsszenen. |
| Thermisches Altern | Materialabbau | Verschlechterung aufgrund langfristig hoher Temperatur. | Kann zu Helligkeitsabfall, Farbänderung oder Leiterunterbrechung führen. |
Verpackung & Materialien
| Begriff | Gängige Typen | Einfache Erklärung | Merkmale & Anwendungen |
|---|---|---|---|
| Gehäusetyp | EMC, PPA, Keramik | Chip schützendes Gehäusematerial, bietet optische/thermische Schnittstelle. | EMC: gute Wärmebeständigkeit, niedrige Kosten; Keramik: bessere Wärmeableitung, längere Lebensdauer. |
| Chip-Struktur | Front, Flip-Chip | Chip-Elektrodenanordnung. | Flip-Chip: bessere Wärmeableitung, höhere Effizienz, für Hochleistung. |
| Phosphorbeschichtung | YAG, Silikat, Nitrid | Bedeckt den blauen Chip, wandelt einen Teil in gelb/rot um, mischt zu weiß. | Verschiedene Phosphore beeinflussen Effizienz, CCT und CRI. |
| Linse/Optik | Flach, Mikrolinse, TIR | Optische Struktur auf der Oberfläche, die die Lichtverteilung steuert. | Bestimmt den Betrachtungswinkel und die Lichtverteilungskurve. |
Qualitätskontrolle & Binning
| Begriff | Binning-Inhalt | Einfache Erklärung | Zweck |
|---|---|---|---|
| Lichtstrom-Bin | Code z.B. 2G, 2H | Nach Helligkeit gruppiert, jede Gruppe hat Mindest-/Maximal-Lumenwerte. | Sichert einheitliche Helligkeit in derselben Charge. |
| Spannungs-Bin | Code z.B. 6W, 6X | Nach Flussspannungsbereich gruppiert. | Erleichtert Treiberabgleich, verbessert Systemeffizienz. |
| Farb-Bin | 5-Schritt MacAdam-Ellipse | Nach Farbkoordinaten gruppiert, sichert engen Bereich. | Garantiert Farbkonsistenz, vermeidet ungleichmäßige Farbe innerhalb der Leuchte. |
| CCT-Bin | 2700K, 3000K usw. | Nach CCT gruppiert, jede hat entsprechenden Koordinatenbereich. | Erfüllt verschiedene Szenario-CCT-Anforderungen. |
Prüfung & Zertifizierung
| Begriff | Standard/Test | Einfache Erklärung | Bedeutung |
|---|---|---|---|
| LM-80 | Lichtstromerhaltungstest | Langzeitbeleuchtung bei konstanter Temperatur, Aufzeichnung von Helligkeitsabfall. | Wird zur Schätzung der LED-Lebensdauer (mit TM-21) verwendet. |
| TM-21 | Lebensdauerschätzstandard | Schätzt Lebensdauer unter tatsächlichen Bedingungen basierend auf LM-80-Daten. | Bietet wissenschaftliche Lebensdauervorhersage. |
| IESNA | Beleuchtungstechnische Gesellschaft | Deckt optische, elektrische, thermische Testmethoden ab. | Industrieanerkannte Testbasis. |
| RoHS / REACH | Umweltzertifizierung | Stellt sicher, dass keine schädlichen Substanzen (Blei, Quecksilber) enthalten sind. | Marktzugangsvoraussetzung international. |
| ENERGY STAR / DLC | Energieeffizienzzertifizierung | Energieeffizienz- und Leistungszertifizierung für Beleuchtungsprodukte. | Wird in staatlichen Beschaffungen, Subventionsprogrammen verwendet, steigert Wettbewerbsfähigkeit. |