SMD-LED 19-217 Datenblatt - Rötlich Orange - 120° Abstrahlwinkel - 5mA Durchlassstrom - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die 19-217 ist eine SMD-LED (Surface-Mount Device) für moderne, kompakte Elektronikbaugruppen. Sie nutzt einen AlGaInP-Chip (Aluminium-Gallium-Indium-Phosphid) zur Erzeugung eines rötlich-orangen Lichts. Ihr Hauptvorteil liegt im deutlich reduzierten Platzbedarf im Vergleich zu herkömmlichen LEDs mit Anschlussdrähten, was eine höhere Packungsdichte auf Leiterplatten (PCBs), geringeren Lagerbedarf und letztlich zur Miniaturisierung von Endgeräten beiträgt. Die Komponente ist leicht und eignet sich für Anwendungen, bei denen Platz und Gewicht kritische Einschränkungen sind.

1.1 Kernvorteile

• Miniaturisierung:Das SMD-Gehäuse ermöglicht kleinere Leiterplattendesigns.
• Automatisierungskompatibilität:Geliefert auf 8-mm-Tape auf 7-Zoll-Spulen, ist sie voll kompatibel mit Hochgeschwindigkeits-Bestückungsautomaten.
• Prozesskompatibilität:Geeignet für Infrarot- und Dampfphasen-Reflow-Lötprozesse.
• Umweltkonformität:Das Produkt ist bleifrei und entspricht RoHS, EU REACH sowie halogenfreien Standards (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm).

1.2 Zielanwendungen

Diese LED ist vielseitig und findet in verschiedenen Beleuchtungs- und Anzeigefunktionen Verwendung, darunter:

• Hintergrundbeleuchtung für Instrumententafeln, Schalter und Symbole.
• Statusanzeigen und Tastaturbeleuchtung in Telekommunikationsgeräten wie Telefonen und Faxgeräten.
• Allgemeine Indikatorleuchten.

2. Vertiefung der technischen Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Grenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb unter diesen Bedingungen ist nicht garantiert.

• Sperrspannung (V_R):5 V
• Dauer-Durchlassstrom (I_F):25 mA
• Spitzen-Durchlassstrom (I_FP):60 mA (bei 1/10 Tastverhältnis, 1 kHz)
• Verlustleistung (P_d):60 mW
• Elektrostatische Entladung (ESD) Human Body Model (HBM):2000 V
• Betriebstemperatur (T_opr):-40°C bis +85°C
• Lagertemperatur (T_stg):-40°C bis +90°C
• Löttemperatur (T_sol):Reflow: max. 260°C für 10 Sek.; Hand: max. 350°C für 3 Sek.

2.2 Elektro-optische Kenngrößen

Gemessen bei einer Umgebungstemperatur (T_a) von 25°C und einem Standard-Prüfstrom (I_F) von 5 mA, sofern nicht anders angegeben.

• Lichtstärke (I_v):14,5 mcd (Min), 36,0 mcd (Max). Es gilt eine Toleranz von ±11%.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):120 Grad (typisch). Dieser weite Winkel gewährleistet gute Sichtbarkeit aus verschiedenen Blickwinkeln.
• Spitzenwellenlänge (λ_p):621 nm (typisch).
• Dominante Wellenlänge (λ_d):605,5 nm (Min), 625,5 nm (Max). Es gilt eine Toleranz von ±1 nm. Dieser Parameter definiert die wahrgenommene Farbe.
• Spektrale Bandbreite (Δλ):18 nm (typisch). Dies gibt die spektrale Reinheit des emittierten Lichts an.
• Durchlassspannung (V_F):1,7 V (Min), 2,2 V (Max) bei I_F=5mA. Es gilt eine Toleranz von ±0,05V. Dies ist entscheidend für die Berechnung des strombegrenzenden Widerstands.
• Sperrstrom (I_R):10 μA (Max) bei V_R=5V. Das Bauteil ist nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um Farb- und Helligkeitskonsistenz in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs anhand von Schlüsselparametern in Bins sortiert.

3.1 Binning der Lichtstärke

Gebinnt bei I_F= 5 mA.

• L2:14,5 – 18,0 mcd
• M1:18,0 – 22,5 mcd
• M2:22,5 – 28,5 mcd
• N1:28,5 – 36,0 mcd

3.2 Binning der dominanten Wellenlänge

Gebinnt bei I_F= 5 mA. Dies korreliert direkt mit dem Farbton des Rötlich-Orange.

• E1:605,5 – 609,5 nm
• E2:609,5 – 613,5 nm
• E3:613,5 – 617,5 nm
• E4:617,5 – 621,5 nm
• E5:621,5 – 625,5 nm

3.3 Binning der Durchlassspannung

Gebinnt bei I_F= 5 mA. Wichtig für das Design gleichmäßiger Stromtreiberschaltungen über mehrere LEDs hinweg.

• 19:1,7 – 1,8 V
• 20:1,8 – 1,9 V
• 21:1,9 – 2,0 V
• 22:2,0 – 2,1 V
• 23:2,1 – 2,2 V

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere charakteristische Kurven, die für das Verständnis des LED-Verhaltens unter verschiedenen Betriebsbedingungen wesentlich sind.

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

Diese nichtlineare Beziehung zeigt, dass eine kleine Spannungserhöhung über die typische V_Fhinaus einen großen, potenziell schädlichen Stromanstieg verursachen kann. Dies unterstreicht die absolute Notwendigkeit, einen strombegrenzenden Widerstand oder Konstantstromtreiber in Reihe mit der LED zu verwenden.

4.2 Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Die Lichtleistung steigt mit dem Durchlassstrom, jedoch nicht linear. Ein Betrieb über dem empfohlenen Dauerstrom (25mA) kann die Helligkeit erhöhen, verringert jedoch aufgrund der erhöhten Sperrschichttemperatur die Lebensdauer und Zuverlässigkeit.

4.3 Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur

Die Lichtstärke nimmt mit steigender Umgebungstemperatur ab. Diese thermische Derating ist eine kritische Überlegung für Anwendungen in Hochtemperaturumgebungen. Die Kurve zeigt die Leistung von -40°C bis +100°C.

4.4 Durchlassstrom-Derating-Kurve

Diese Kurve definiert den maximal zulässigen Dauer-Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur. Um Überhitzung zu verhindern, muss der maximale Strom bei Betrieb über einer bestimmten Temperatur (typisch 25°C) reduziert werden.

4.5 Spektrale Verteilung

Das Diagramm zeigt die relative Intensität des emittierten Lichts über verschiedene Wellenlängen, zentriert um die Spitzenwellenlänge von 621 nm. Die Form und Breite (18 nm) dieser Kurve bestimmen die Farbreinheit.

4.6 Abstrahlcharakteristik

Ein Polardiagramm, das die winklige Verteilung der Lichtintensität veranschaulicht und den 120-Grad-Abstrahlwinkel bestätigt, bei dem die Intensität auf die Hälfte des Maximalwerts abfällt.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

Die LED ist in einem Standard-SMD-Gehäuse erhältlich. Die genauen Abmessungen (Länge, Breite, Höhe) und das Pad-Layout sind in der Gehäusezeichnung im Datenblatt definiert. Die Zeichnung enthält kritische Maße wie Anschlussabstand und empfohlenes PCB-Landpattern, um korrektes Löten und mechanische Stabilität zu gewährleisten. Die Komponente verfügt über eine klare Harzlinse. Die Polarität ist durch eine Markierung auf dem Gehäuse oder durch ein asymmetrisches Pad-Design gekennzeichnet (typischerweise ist das Kathodenpad markiert oder hat eine andere Form). Designer müssen die spezifische Abmessungszeichnung für die genaue Erstellung des Footprints konsultieren.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil (bleifrei)

Ein kritischer Prozess für zuverlässige Montage.

• Vorwärmen:150–200°C für 60–120 Sekunden.
• Zeit über Liquidus (217°C):60–150 Sekunden.
• Spitzentemperatur:Maximal 260°C.
• Zeit bei Spitzentemperatur:Maximal 10 Sekunden.
• Aufheizrate:Maximal 6°C/Sekunde.
• Abkühlrate:Maximal 3°C/Sekunde.

Wichtig:Reflow-Löten sollte nicht mehr als zweimal an derselben LED durchgeführt werden.

6.2 Handlöten

Falls manuelles Löten unvermeidbar ist:

• Verwenden Sie einen Lötkolben mit einer Spitzentemperatur < 350°C.
• Begrenzen Sie die Kontaktzeit auf 3 Sekunden pro Anschluss.
• Verwenden Sie einen Lötkolben mit einer Leistung von 25W oder weniger.
• Halten Sie zwischen dem Löten jedes Anschlusses mindestens 2 Sekunden Abstand ein, um thermischen Schock zu verhindern.

6.3 Lagerung und Feuchtigkeitsempfindlichkeit

Die LEDs sind in einer feuchtigkeitsbeständigen Beutel mit Trockenmittel verpackt.

• Öffnen Sie den Beutel nichtvor Gebrauch.
• Nach dem Öffnen sollten unbenutzte LEDs bei ≤30°C und ≤60% relativer Luftfeuchtigkeit gelagert werden.
• Die "Floor Life" nach dem Öffnen beträgt 168 Stunden (7 Tage).
• Wird die Floor Life überschritten oder zeigt das Trockenmittel Feuchtigkeitsaufnahme an, ist eine Trocknung erforderlich: 60 ±5°C für 24 Stunden vor der Verwendung.

7. Verpackung und Bestellinformationen

Die Standardverpackung ist 3000 Stück pro Spule. Die Spulen-, Trägerband- und Deckbandabmessungen sind spezifiziert, um Kompatibilität mit automatisierten Geräten zu gewährleisten. Das Etikett auf der Spule liefert wichtige Informationen für Rückverfolgbarkeit und korrekte Anwendung: Produktnummer (P/N), Menge (QTY) und die spezifischen Bin-Codes für Lichtstärke (CAT), dominante Wellenlänge (HUE) und Durchlassspannung (REF).

8. Anwendungsdesign-Überlegungen

8.1 Strombegrenzung ist zwingend erforderlich

Ein externer strombegrenzender Widerstand muss stets in Reihe mit der LED verwendet werden. Der Widerstandswert (R) kann mit dem Ohmschen Gesetz berechnet werden: R = (V_versorgung- V_F) / I_F, wobei V_Fdie Durchlassspannung der LED beim gewünschten Strom I_Fist. Verwenden Sie für ein konservatives Design zur Vermeidung von Überstrom stets den maximalen V_F-Wert aus dem Datenblatt.

8.2 Thermomanagement

Obwohl das Gehäuse klein ist, erzeugt die Verlustleistung (bis zu 60mW) Wärme. Sorgen Sie für ausreichende PCB-Kupferfläche (Thermal Relief Pads) um die Lötpads der LED herum, um die Wärmeableitung zu unterstützen, insbesondere bei Betrieb mit hohen Strömen oder in warmen Umgebungen. Halten Sie sich an die Durchlassstrom-Derating-Kurve.

8.3 ESD-Schutz

Obwohl für 2000V HBM ausgelegt, sollten während der Montage und Handhabung Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen beachtet werden, um latente Schäden zu verhindern.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die 19-217-LED, basierend auf AlGaInP-Technologie, bietet deutliche Vorteile für rötlich-orange Anwendungen im Vergleich zu anderen Technologien wie AllnGaP oder gefilterten LEDs. AlGaInP bietet typischerweise höhere Lichtausbeute und bessere Farbstabilität über Temperatur- und Stromschwankungen für Farben im Rot- bis Bernsteinspektrum. Ihr 120-Grad-Abstrahlwinkel ist breiter als bei vielen "Top-View"-LEDs, was sie für Anwendungen mit breiter Sichtbarkeit geeignet macht. Das SMD-Format bietet im Vergleich zu Durchsteckversionen eine niedrigere Bauhöhe und bessere Eignung für automatisierte Montage.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

10.1 Warum benötigt meine LED einen Widerstand?

LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Ihre I-V-Charakteristik ist exponentiell, was bedeutet, dass eine winzige Spannungserhöhung einen großen Stromanstieg verursacht, der die LED sofort zerstören kann. Ein Widerstand begrenzt den Strom auf einen sicheren, spezifizierten Wert.

10.2 Kann ich diese LED mit einer 5V-Versorgung betreiben?

Ja, aber Sie müssen einen Vorwiderstand verwenden. Zum Beispiel, um I_F=5mA mit einer V_versorgung=5V und einer typischen V_F=2,0V zu erreichen, wäre der Widerstandswert R = (5V - 2,0V) / 0,005A = 600 Ohm. Verwenden Sie einen Standardwert wie 620 Ohm.

10.3 Was passiert, wenn ich die maximale Löttemperatur oder -zeit überschreite?

Übermäßige Hitze kann den internen Halbleiterchip, die Bonddrähte oder die Epoxidharzlinse beschädigen, was zu sofortigem Ausfall oder verringerter Langzeitzuverlässigkeit (verringerte Lichtleistung, Farbverschiebung) führt. Halten Sie sich stets an das empfohlene Profil.

10.4 Wie interpretiere ich die Bin-Codes auf dem Etikett?

Die Bin-Codes (z.B. CAT: N1, HUE: E4, REF: 21) geben die spezifische Leistungsgruppe der LEDs auf dieser Spule an. "N1" bedeutet Lichtstärke zwischen 28,5-36,0 mcd, "E4" bedeutet dominante Wellenlänge 617,5-621,5 nm und "21" bedeutet Durchlassspannung 1,9-2,0V. Dies ermöglicht eine konsistente Leistung in Ihrem Produkt.

11. Design- und Anwendungsfallstudie

Szenario:Entwurf einer Statusanzeigetafel für einen Industriecontroller. Die Tafel benötigt mehrere rötlich-orange Indikatoren, die gleichmäßig hell sein und den gleichen Farbton haben müssen, sichtbar aus einem weiten Winkel für einen Bediener.

Umsetzung:

1. Bauteilauswahl:Die 19-217-LED wird aufgrund ihres SMD-Formats (erleichtert automatisierte Montage), des weiten 120°-Abstrahlwinkels und der verfügbaren Binning-Optionen für Konsistenz gewählt.
2. Schaltungsdesign:Eine 5V-Schiene ist verfügbar. Ziel: I_F= 5mA für lange Lebensdauer und moderate Helligkeit. Unter Verwendung der maximalen V_Fvon 2,2V für ein konservatives Design: R = (5V - 2,2V) / 0,005A = 560 Ohm. Ein 560Ω, 1/8W Widerstand wird in Reihe mit jeder LED geschaltet.
3. PCB-Layout:LEDs werden mit ausreichendem Abstand platziert. Der PCB-Footprint folgt dem empfohlenen Landpattern aus dem Datenblatt. Zusätzliche Kupferfläche ist mit dem Kathodenpad verbunden, um die Wärmeableitung leicht zu verbessern.
4. Beschaffung:LEDs werden mit engen Binning-Anforderungen bestellt (z.B. CAT: M2 oder N1, HUE: E3 oder E4), um visuelle Gleichmäßigkeit über alle Indikatoren auf der Tafel sicherzustellen.
5. Montage:Bauteile werden unter Verwendung eines Standard-bleifreien Reflow-Profils montiert, wobei strikt die Zeit- und Temperaturgrenzen eingehalten werden.

Dieser Ansatz führt zu einer zuverlässigen, konsistenten und professionell aussehenden Indikatorentafel.

12. Funktionsprinzip

Licht wird durch einen Prozess namens Elektrolumineszenz erzeugt. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die das eingebaute Potenzial der Diode übersteigt, werden Elektronen aus dem n-Halbleiter und Löcher aus dem p-Halbleiter in den aktiven Bereich (das Quantenloch in der AlGaInP-Schicht) injiziert. Wenn sich diese Elektronen und Löcher rekombinieren, wird Energie in Form von Photonen (Licht) freigesetzt. Die spezifische Zusammensetzung der AlGaInP-Legierung bestimmt die Bandlückenenergie, die wiederum die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts bestimmt – in diesem Fall rötlich-orange (~621 nm). Das klare Epoxidharzgehäuse fungiert als Linse und formt die Lichtausgabe in das gewünschte Abstrahlmuster.

13. Technologietrends

Der allgemeine Trend bei Indikator-LEDs wie der 19-217 geht zu immer höherer Effizienz (mehr Lichtleistung pro elektrischer Eingangsleistung), was den Stromverbrauch und die Wärmeentwicklung reduziert. Es gibt auch einen kontinuierlichen Drang zur Miniaturisierung, der zu kleineren Gehäusegrößen (z.B. 0402, 0201 metrisch) führt, während die optische Leistung beibehalten oder verbessert wird. Fortschritte bei Leuchtstoff- und Halbleitermaterialien verbessern kontinuierlich Farbwiedergabe, Stabilität und Lebensdauer. Darüber hinaus wird die Integration von Steuerelektronik (wie Konstantstromtreiber) direkt in LED-Gehäuse für vereinfachtes Design immer häufiger. Die zugrunde liegende AlGaInP-Technologie bleibt aufgrund ihrer Effizienz und Stabilität ein Hochleistungsstandard für rote, orange und bernsteinfarbene LEDs.