SMD LED 19-213 Rotorange Datenblatt - Gehäuseabmessungen - Durchlassspannung 2,0V - Verlustleistung 60mW - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die 19-213 ist eine SMD-LED (Surface-Mount Device), die für hochdichte, miniaturisierte Anwendungen konzipiert ist. Sie nutzt AlGaInP-Halbleitermaterial, um ein rotorangenes Licht zu emittieren. Ihre kompakte Bauweise und ihr geringes Gewicht machen sie ideal für moderne Elektronikdesigns, bei denen Platz knapp ist.

1.1 Kernvorteile

Die primären Vorteile dieser Komponente sind ihr deutlich kleinerer Platzbedarf im Vergleich zu LEDs mit Anschlussrahmen, was kleinere Leiterplatten und höhere Packungsdichte ermöglicht. Sie ist auf 8-mm-Band auf einer 7-Zoll-Rolle verpackt, um mit automatischen Bestückungsgeräten kompatibel zu sein. Das Bauteil ist bleifrei, RoHS-konform, erfüllt die EU-REACH-Verordnung und entspricht halogenfreien Standards (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm).

1.2 Zielanwendungen

Typische Anwendungen umfassen die Hintergrundbeleuchtung von Armaturenbrettern und Schaltern, Anzeige- und Hintergrundbeleuchtung in Telekommunikationsgeräten wie Telefonen und Faxgeräten, flache Hintergrundbeleuchtung für LCDs, Schalter und Symbole sowie allgemeine Indikatoranwendungen.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Absolute Grenzwerte

Diese Grenzwerte definieren die Limits, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Sie sind bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C spezifiziert.

• Sperrspannung (VR):5 V. Das Überschreiten dieser Spannung in Sperrrichtung kann zum Durchbruch des Übergangs führen.
• Durchlassstrom (IF):25 mA. Der maximal zulässige kontinuierliche Gleichstrom durch die LED.
• Spitzen-Durchlassstrom (IFP):60 mA. Dies ist der maximale Pulsstrom, spezifiziert bei einem Tastverhältnis von 1/10 und einer Frequenz von 1 kHz. Er sollte nicht für Dauerbetrieb verwendet werden.
• Verlustleistung (Pd):60 mW. Die maximale Leistung, die das Gehäuse ohne Überschreiten seiner thermischen Grenzen abführen kann.
• Elektrostatische Entladung (ESD) Human Body Model (HBM):2000 V. Dies gibt die Empfindlichkeit des Bauteils gegenüber statischer Elektrizität an; ordnungsgemäße ESD-Handhabungsverfahren sind erforderlich.
• Betriebstemperatur (Topr):-40°C bis +85°C. Der Umgebungstemperaturbereich, in dem der Betrieb des Bauteils garantiert ist.
• Lagertemperatur (Tstg):-40°C bis +90°C.
• Löttemperatur (Tsol):Reflow-Löten: 260°C Spitzentemperatur für maximal 10 Sekunden. Handlöten: 350°C für maximal 3 Sekunden pro Anschluss.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Diese Parameter definieren die Lichtausgabe und elektrische Leistung unter typischen Betriebsbedingungen (Ta=25°C, IF=20mA).

• Lichtstärke (Iv):36,0 mcd (Min), 72,0 mcd (Max). Der typische Wert liegt innerhalb dieses Bereichs. Die tatsächliche Ausgabe wird gebinnt (siehe Abschnitt 3).
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):120 Grad (typisch). Dieser große Abstrahlwinkel macht sie für Anwendungen geeignet, die eine breite Ausleuchtung erfordern.
• Spitzenwellenlänge (λp):621 nm (typisch). Die Wellenlänge, bei der die spektrale Emission am stärksten ist.
• Dominante Wellenlänge (λd):605,5 nm (Min), 625,5 nm (Max). Dies ist die wahrgenommene Farbe des Lichts und wird ebenfalls gebinnt.
• Spektrale Bandbreite (Δλ):18 nm (typisch). Die Breite des emittierten Spektrums bei halber Spitzenintensität.
• Durchlassspannung (VF):1,75 V (Min), 2,00 V (Typ), 2,35 V (Max) bei IF=20mA. Dieser Parameter wird gebinnt und hat direkten Einfluss auf das Netzteil-Design.
• Sperrstrom (IR):10 μA (Max) bei VR=5V. Beachten Sie, dass das Bauteil nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt ist; dieser Parameter dient nur zur Leckstromprüfung.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um die Konsistenz in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs basierend auf Schlüsselparametern in Bins sortiert. Dies ermöglicht es Designern, Bauteile auszuwählen, die spezifische Leistungskriterien für ihre Anwendung erfüllen.

3.1 Binning der Lichtstärke

Bins werden durch minimale und maximale Lichtstärkewerte bei IF=20mA definiert.

• Bin N2:36,0 mcd bis 45,0 mcd
• Bin P1:45,0 mcd bis 57,0 mcd
• Bin P2:57,0 mcd bis 72,0 mcd

3.2 Binning der dominanten Wellenlänge

Bins werden durch minimale und maximale dominante Wellenlängenwerte bei IF=20mA definiert.

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

3.3 Binning der Durchlassspannung

Bins werden durch minimale und maximale Durchlassspannungswerte bei IF=20mA definiert.

• Bin 0:1,75 V bis 1,95 V
• Bin 1:1,95 V bis 2,15 V
• Bin 2:2,15 V bis 2,35 V

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere charakteristische Kurven, die für das Verständnis des Bauteilverhaltens unter verschiedenen Bedingungen wesentlich sind.

4.1 Spektralverteilung

Die Kurve zeigt eine typische spektrale Ausgabe, die um 621 nm (Spitzenwellenlänge) zentriert ist, mit einer Bandbreite von etwa 18 nm. Dies bestätigt die monochromatische, rotorange Emissionscharakteristik des AlGaInP-Materials.

4.2 Abstrahlcharakteristik

Das Polardiagramm veranschaulicht die räumliche Verteilung der Lichtintensität. Der 120-Grad-Abstrahlwinkel wird bestätigt und zeigt ein nahezu lambertisches Abstrahlmuster, bei dem die Intensität bei 0° (senkrecht zum Chip) am höchsten ist und zu den Rändern hin allmählich abnimmt.

4.3 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung

Diese I-V-Kennlinie zeigt die für eine Diode typische exponentielle Beziehung. Die Durchlassspannung steigt logarithmisch mit dem Strom. Die Kurve ist wesentlich für die Bestimmung des Arbeitspunkts und das Design der Strombegrenzungsschaltung.

4.4 Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Diese Kurve zeigt, dass die Lichtausgabe innerhalb des spezifizierten Betriebsbereichs annähernd proportional zum Durchlassstrom ist. Allerdings kann die Effizienz bei sehr hohen Strömen aufgrund erhöhter Wärmeentwicklung sinken.

4.5 Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur

Dies ist eine kritische Kurve für das Thermomanagement. Die Lichtstärke nimmt mit steigender Umgebungstemperatur ab. Die Kurve zeigt, dass die Ausgabe erheblich sinken kann, wenn die Temperatur sich dem maximalen Betriebslimit nähert, was die Notwendigkeit einer angemessenen Wärmeableitung in Hochtemperaturumgebungen unterstreicht.

4.6 Durchlassstrom-Derating-Kurve

Dieses Diagramm definiert den maximal zulässigen kontinuierlichen Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur. Um Überhitzung zu verhindern und die Zuverlässigkeit sicherzustellen, muss der Durchlassstrom bei hohen Umgebungstemperaturen reduziert werden. Diese Kurve ist grundlegend für ein zuverlässiges Leistungsdesign.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Das Bauteil verfügt über ein Standard-SMD-Gehäuse. Die Maßzeichnung liefert kritische Maße einschließlich Gehäuselänge, -breite, -höhe und Pad-Abstand. Alle nicht spezifizierten Toleranzen betragen ±0,1mm. Die genauen Abmessungen sind entscheidend für das PCB-Footprint-Design und die Gewährleistung einer korrekten Platzierung und Lötung.

5.2 Polaritätskennzeichnung

Die Kathode ist typischerweise auf dem Bauteil markiert, oft durch eine Kerbe, einen Punkt oder eine grüne Markierung auf dem Gehäuse. Die korrekte Polarisierungsausrichtung während der Montage ist für die ordnungsgemäße Funktion wesentlich.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil

Ein bleifreies Reflow-Lötprofil wird empfohlen: Vorwärmen zwischen 150-200°C für 60-120 Sekunden, Zeit über Liquidus (217°C) für 60-150 Sekunden, mit einer Spitzentemperatur von maximal 260°C für höchstens 10 Sekunden. Die maximale Aufheizrate beträgt 6°C/Sek., die maximale Abkühlrate 3°C/Sek. Der Reflow-Vorgang sollte nicht öfter als zweimal durchgeführt werden.

6.2 Handlötung

Falls Handlötung notwendig ist, sollte die Lötspitzentemperatur unter 350°C liegen und die Kontaktzeit pro Anschluss 3 Sekunden nicht überschreiten. Verwenden Sie einen Lötkolben mit einer Leistung von 25W oder weniger. Lassen Sie zwischen dem Löten jedes Anschlusses ein Intervall von mehr als 2 Sekunden, um thermischen Schock zu vermeiden.

6.3 Lagerung und Feuchtigkeitssensitivität

Die LEDs sind in feuchtigkeitsbeständigen Beuteln mit Trockenmittel verpackt. Der Beutel sollte erst geöffnet werden, wenn die Bauteile einsatzbereit sind. Nach dem Öffnen sollten unbenutzte LEDs bei 30°C oder weniger und 60% relativer Luftfeuchtigkeit oder weniger gelagert werden. Die "Floor Life" nach dem Öffnen beträgt 168 Stunden (7 Tage). Wird diese Zeit überschritten oder hat der Trockenmittel-Indikator die Farbe geändert, ist vor der Verwendung eine Trocknung bei 60 ±5°C für 24 Stunden erforderlich, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und "Popcorning" während des Reflow-Lötens zu verhindern.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Rolle und Band-Spezifikationen

Die Bauteile werden auf 8 mm breitem Trägerband geliefert, das auf einer 7-Zoll-Rolle aufgewickelt ist. Die Rollenabmessungen und die Taschenabmessungen des Trägerbands sind angegeben, um die Kompatibilität mit automatischen Pick-and-Place-Maschinen sicherzustellen. Jede Rolle enthält 3000 Stück.

7.2 Etiketteninformationen

Das Rollenetikett enthält wichtige Informationen für Rückverfolgbarkeit und Identifikation: Kundenteilenummer (CPN), Teilenummer (P/N), Packmenge (QTY), Lichtstärke-Klasse (CAT), Farbton/Dominante-Wellenlänge-Klasse (HUE), Durchlassspannungs-Klasse (REF) und Losnummer (LOT No).

8. Anwendungsdesign-Überlegungen

8.1 Strombegrenzung

Kritisch:Ein externer strombegrenzender Widerstand muss immer in Reihe mit der LED geschaltet werden. Die Durchlassspannung hat einen negativen Temperaturkoeffizienten und eine enge Toleranz, was bedeutet, dass eine kleine Erhöhung der Versorgungsspannung einen großen, möglicherweise zerstörerischen Anstieg des Stroms verursachen kann. Der Widerstandswert sollte basierend auf der Versorgungsspannung (Vs), der maximalen Durchlassspannung (VF_max aus dem Bin) und dem gewünschten Durchlassstrom (IF) mit der Formel berechnet werden: R = (Vs - VF_max) / IF.

8.2 Thermomanagement

Obwohl das Gehäuse klein ist, muss die Verlustleistung (bis zu 60 mW) berücksichtigt werden, insbesondere bei hohen Umgebungstemperaturen oder bei Betrieb mit hohen Strömen. Verwenden Sie die Derating-Kurve, um einen geeigneten Betriebsstrom auszuwählen. Stellen Sie sicher, dass die Leiterplatte über ausreichende Kupferfläche oder Wärmeleitungen verfügt, um Wärme von den LED-Pads abzuleiten, insbesondere in geschlossenen Räumen oder hochdichten Layouts.

8.3 Optisches Design

Der 120-Grad-Abstrahlwinkel bietet eine breite, diffuse Ausleuchtung. Für Anwendungen, die fokussiertes oder gerichtetes Licht erfordern, sind Sekundäroptiken (Linsen, Lichtleiter) erforderlich. Die wasserklare Harzfarbe gewährleistet eine minimale Absorption des emittierten Lichts.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu älteren Durchsteck-LEDs bietet dieser SMD-Typ einen drastisch reduzierten Platzbedarf und eine geringere Bauhöhe, was dünnere und kompaktere Endprodukte ermöglicht. Seine Kompatibilität mit der automatischen Montage reduziert die Herstellungskosten und verbessert die Platzierungsgenauigkeit. Die AlGaInP-Technologie bietet hohe Effizienz und gute Farbreinheit im orange-roten Spektrum. Das umfassende Binning-System bietet Designern die Möglichkeit, Bauteile mit eng kontrollierten optischen und elektrischen Eigenschaften auszuwählen, was für Anwendungen entscheidend ist, die ein einheitliches Erscheinungsbild oder eine präzise Stromanpassung in Arrays erfordern.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

10.1 Welchen Zweck erfüllen die verschiedenen Bincodes?

Binning stellt Farb- und Helligkeitskonsistenz innerhalb eines Produktionsloses sicher. Zum Beispiel führt die Spezifikation derselben Lichtstärke- (CAT) und dominanten Wellenlängen-Bins (HUE) in einem LED-Array zu einem einheitlichen visuellen Erscheinungsbild. Die Spezifikation eines Durchlassspannungs-Bins (REF) kann helfen, einfachere, einheitlichere Treiberschaltungen zu entwerfen.

10.2 Kann ich diese LED ohne einen strombegrenzenden Widerstand betreiben?

No.Dies wird dringend abgeraten und führt wahrscheinlich zu sofortigem Ausfall. Die V-I-Charakteristik der LED ist exponentiell, und selbst eine geregelte Spannungsquelle mit geringem Rauschen oder Toleranz kann dazu führen, dass der Strom den absoluten Maximalwert überschreitet.

10.3 Warum gibt es eine Lagerzeitbegrenzung nach dem Öffnen der Verpackung?

SMD-Gehäuse können Feuchtigkeit aus der Atmosphäre aufnehmen. Während des Hochtemperatur-Reflow-Lötprozesses kann diese eingeschlossene Feuchtigkeit schnell verdampfen und einen Innendruck erzeugen, der das Gehäuse reißen lassen kann ("Popcorning"). Die 168-Stunden-Floor-Life und die Trocknungsanweisungen sind entscheidend, um diesen Fehlermodus zu verhindern.

10.4 Wie ist der Nennwert des Spitzen-Durchlassstroms zu interpretieren?

Der 60 mA Spitzen-Durchlassstrom (IFP) gilt nur für Pulsbetrieb bei einem Tastverhältnis von 10% (1/10) und 1 kHz. Er sollte nicht zur Dimensionierung des DC-Betriebsstroms verwendet werden. Der maximale kontinuierliche Gleichstrom beträgt 25 mA (IF). Pulsbetrieb kann für Multiplexing oder zum Erreichen höherer momentaner Helligkeit verwendet werden, aber der Durchschnittsstrom und die Verlustleistung müssen innerhalb der Grenzen bleiben.

11. Design- und Anwendungsfallstudie

Szenario: Entwurf eines Statusanzeigepanels für eine industrielle Steuereinheit.Das Panel erfordert mehrere einheitliche rotorange Anzeigen. Der Designer würde zunächst den geeigneten Lichtstärke-Bin (z.B. P1 für mittlere Helligkeit) und den dominanten Wellenlängen-Bin (z.B. E3 für einen spezifischen Orangeton) auswählen, um visuelle Konsistenz über alle Anzeigen hinweg sicherzustellen. Eine Konstantstrom-Treiberschaltung, die auf 20 mA eingestellt ist, würde entworfen, wobei der Widerstandswert unter Verwendung der maximalen VF aus dem ausgewählten Spannungs-Bin (z.B. Bin 1: 2,15V max.) berechnet wird. Das PCB-Layout würde eine angemessene Wärmeableitung für die LED-Pads beinhalten, da das Gehäuse erhöhten Umgebungstemperaturen ausgesetzt sein kann. Das Produktionsteam würde die Feuchtigkeitshandhabungsverfahren befolgen und die Platinenmontage innerhalb der Floor Life nach dem Öffnen der Rolle planen oder den erforderlichen Trocknungszyklus durchführen.

12. Funktionsprinzip

Diese LED basiert auf einem Halbleiterchip aus Aluminium-Gallium-Indium-Phosphid (AlGaInP). Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die die Durchlassspannung der Diode (ca. 1,8-2,2V) überschreitet, werden Elektronen und Löcher in den aktiven Bereich des Halbleiters injiziert. Diese Ladungsträger rekombinieren und setzen Energie in Form von Photonen frei. Die spezifische Zusammensetzung der AlGaInP-Legierung bestimmt die Bandlückenenergie, die direkt der Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts entspricht – in diesem Fall rotorange (~621 nm). Der Chip ist in wasserklarem Epoxidharz eingekapselt, das den Halbleiter schützt, den Lichtausgabestrahl formt und die mechanische Struktur für die Oberflächenmontage bereitstellt.

13. Technologietrends

Der allgemeine Trend bei SMD-LEDs geht zu höherer Effizienz (mehr Lumen pro Watt), kleineren Gehäusegrößen für erhöhte Dichte und verbesserter Zuverlässigkeit unter rauen Bedingungen (höhere Temperatur, Feuchtigkeit). Es gibt auch einen Fokus auf engere Binning-Toleranzen, um den Anforderungen von Anwendungen wie Vollfarbdisplays und Automobilbeleuchtung gerecht zu werden, bei denen Farb- und Helligkeitsgleichmäßigkeit von größter Bedeutung sind. Darüber hinaus zielen Fortschritte bei Verpackungsmaterialien darauf ab, die Widerstandsfähigkeit gegen thermische Belastung und Blaulicht-/UV-Degradation für längere Betriebslebensdauern zu verbessern. Der Übergang zu blei- und halogenfreien Materialien, wie bei dieser Komponente zu sehen, spiegelt breitere Umwelt- und regulatorische Trends in der Elektronikindustrie wider.