SMD LED 23-22C/S2BHC-B30/2A Datenblatt - 2.3x2.2mm - 2.0V/3.3V - 60mW/95mW - Brilliant Orange & Blau - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die 23-22C/S2BHC-B30/2A ist eine kompakte, oberflächenmontierbare LED-Komponente für hochintegrierte Leiterplattenanwendungen. Sie ist in zwei verschiedenen Chip-Typen erhältlich: dem S2-Chip, der eine brillante orange Farbe mittels AlGaInP-Material emittiert, und dem BH-Chip, der eine blaue Farbe mittels InGaN-Material emittiert. Beide Varianten sind in einem wasserklaren Harzgehäuse untergebracht. Ihre Hauptvorteile umfassen einen deutlich reduzierten Platzbedarf im Vergleich zu LEDs mit Anschlussrahmen, was eine Miniaturisierung der Endprodukte ermöglicht, geringere Lageranforderungen und Eignung für automatisierte Montageprozesse. Das Bauteil entspricht wichtigen Umwelt- und Sicherheitsstandards, einschließlich RoHS, EU REACH und halogenfreien Anforderungen.

1.1 Kernmerkmale und Zielmarkt

Die LED ist auf 8-mm-Trägerband in einer 7-Zoll-Durchmesser-Rolle verpackt, was volle Kompatibilität mit Hochgeschwindigkeits-Automatikbestückungsgeräten gewährleistet. Sie ist für den Einsatz mit Standard-Infrarot- und Dampfphasen-Reflow-Lötverfahren ausgelegt. Die Mehrfarben-Fähigkeit innerhalb desselben Gehäuse-Footprints bietet Designflexibilität. Ihre primären Zielanwendungen sind Hintergrundbeleuchtung für Instrumententafeln, Schalter und LCD-Displays in Unterhaltungselektronik sowie Statusanzeigen in Telekommunikationsgeräten wie Telefonen und Faxgeräten. Ihr universeller Charakter macht sie auch für eine Vielzahl von Anzeige- und Beleuchtungsaufgaben geeignet, bei denen Platz knapp ist.

2. Tiefergehende Analyse der technischen Parameter

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Analyse der elektrischen, optischen und thermischen Spezifikationen, wie in den Tabellen für absolute Maximalwerte und elektro-optische Eigenschaften definiert.

2.1 Absolute Maximalwerte

Das Bauteil hat für beide Chip-Typen eine maximale Sperrspannung (VR) von 5V. Der Dauer-Durchlassstrom (IF) ist mit 25mA spezifiziert. Die Fähigkeit für den Spitzen-Durchlassstrom (IFP) unterscheidet sich jedoch: Der S2-Chip (Orange) kann 60mA-Impulse bei einem Tastverhältnis von 1/10 und 1kHz verarbeiten, während der BH-Chip (Blau) unter denselben Bedingungen 100mA verkraftet. Dies deutet auf eine höhere transiente Stromtoleranz für die InGaN-basierte blaue LED hin. Die Verlustleistung (Pd) beträgt 60mW für den S2-Chip und 95mW für den BH-Chip, was unterschiedliche thermische Eigenschaften der Halbleitermaterialien widerspiegelt. Der Betriebstemperaturbereich ist von -40°C bis +85°C spezifiziert, mit einem etwas weiteren Lagertemperaturbereich von -40°C bis +90°C.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften bei Ta=25°C

Unter einer Standard-Testbedingung von 10mA Durchlassstrom beträgt die typische Lichtstärke (Iv) für beide Chips 22,5mcd, mit einem Maximum von 57,0mcd gemäß der Binning-Struktur. Der Abstrahlwinkel (2θ1/2) ist mit 130 Grad breit, typisch für ein Reflektor-SMD-Gehäuse, und bietet eine breite, diffuse Beleuchtung. Der S2-Chip hat eine typische Spitzenwellenlänge (λp) von 611nm und eine dominante Wellenlänge (λd) von 605nm, was ihn in den orangen Bereich einordnet. Der BH-Chip hat eine typische Spitzenwellenlänge von 468nm und eine dominante Wellenlänge von 470nm, charakteristisch für eine blaue LED. Die spektrale Bandbreite (Δλ) beträgt 17nm für S2 und 25nm für BH. Die Durchlassspannung (VF) ist ein Schlüsselparameter: Der S2-Chip hat eine typische VF von 2,0V (min 1,7V, max 2,4V), während der BH-Chip eine typische VF von 3,3V (min 2,7V, max 3,7V) aufweist. Dieser Spannungsunterschied ist kritisch für den Schaltungsentwurf, insbesondere bei Mehrfarben- oder Parallelansteuerungskonfigurationen. Der Sperrstrom (IR) bei VR=5V ist mit maximal 10μA für S2 und 50μA für BH spezifiziert.

3. Erklärung des Binning-Systems

Die Lichtausbeute von LEDs variiert natürlicherweise während der Fertigung. Um Konsistenz für den Endanwender sicherzustellen, werden die Produkte in Leistungsklassen (Bins) sortiert.

3.1 Binning der Lichtstärke

Das Datenblatt definiert zwei primäre Bins für die Lichtstärke, anwendbar auf beide Chip-Typen S2 und BH, gemessen bei IF=10mA. Bin-Code 1 deckt den Bereich von 22,5mcd bis 36,0mcd ab. Bin-Code 2 deckt den höheren Ausgangsbereich von 36,0mcd bis 57,0mcd ab. Ein Hinweis spezifiziert eine Toleranz von ±11% auf die Lichtstärke, die innerhalb jedes Bins gilt. Dieses Binning ermöglicht es Konstrukteuren, LEDs entsprechend ihren Helligkeitsanforderungen auszuwählen und hilft, ein einheitliches Erscheinungsbild in einer Anordnung beizubehalten.

4. Analyse der Leistungskurven

Während das PDF auf den Seiten 4 und 5 typische elektro-optische Kennlinien für beide Chips, S2 und BH, anzeigt, sind die spezifischen grafischen Daten im Textinhalt nicht enthalten. Typischerweise würden solche Kurven die Beziehung zwischen Durchlassstrom und Lichtstärke (I-I-Kurve), Durchlassspannung gegenüber Durchlassstrom (V-I-Kurve) und den Einfluss der Umgebungstemperatur auf die Lichtstärke veranschaulichen. Diese Kurven sind wesentlich, um das Verhalten der LED unter nicht-standardmäßigen Betriebsbedingungen zu verstehen, wie z.B. beim Betrieb mit Strömen außerhalb von 10mA oder in erhöhten Temperaturumgebungen. Konstrukteure sollten das vollständige grafische Datenblatt konsultieren, um die Leistung in ihrer spezifischen Anwendung genau zu modellieren.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Abmessungen der Gehäuseumrisse

Das Bauteil folgt dem 23-22C-Gehäuseumriss. Die Abmessungen sind in Millimetern angegeben, mit einer Standardtoleranz von ±0,1mm, sofern nicht anders angegeben. Das Gehäuse ist eine oberflächenmontierbare Komponente mit einem Reflektornapf zur Verbesserung des Lichtausgangs und der Richtwirkung. Die Polarität wird durch die physikalische Struktur des Gehäuses angezeigt, typischerweise durch eine Kerbe oder eine markierte Kathode. Der genaue Footprint und das empfohlene Lötpad-Layout sind entscheidend für zuverlässiges Löten und Wärmemanagement und sollten gemäß der Maßzeichnung eingehalten werden.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Sachgemäße Handhabung und Lötung sind entscheidend für die Zuverlässigkeit.

6.1 Lagerung und Feuchtigkeitssensitivität

Die LEDs sind in einer feuchtigkeitsbeständigen Sperrbeutel mit Trockenmittel verpackt. Der Beutel sollte erst geöffnet werden, wenn die Bauteile einsatzbereit sind. Vor dem Öffnen sollten die Lagerbedingungen 30°C oder weniger und 90% relative Luftfeuchtigkeit (RH) oder weniger betragen. Nach dem Öffnen haben die Bauteile eine "Floor Life" von 1 Jahr bei Lagerung bei 30°C/60%RH oder weniger. Unbenutzte Teile sollten in einer feuchtigkeitsdichten Verpackung wieder verschlossen werden. Wenn der Trockenmittel-Indikator Sättigung anzeigt oder die Lagerzeit überschritten ist, ist vor der Reflow-Lötung eine Trocknung bei 60±5°C für 24 Stunden erforderlich, um "Popcorning"-Schäden zu verhindern.

6.2 Reflow-Lötprofil

Das Bauteil ist mit bleifreier Reflow-Lötung kompatibel. Das empfohlene Temperaturprofil umfasst eine Vorwärmphase zwischen 150-200°C für 60-120 Sekunden, eine Zeit oberhalb der Liquidustemperatur (217°C) von 60-150 Sekunden und eine Spitzentemperatur von maximal 260°C für höchstens 10 Sekunden. Die maximale Aufheizrate zur Spitze beträgt 6°C/Sekunde, und die maximale Abkühlrate beträgt 3°C/Sekunde. Die Reflow-Lötung sollte nicht mehr als zweimal durchgeführt werden. Während des Erhitzens sollte keine mechanische Spannung auf die LED ausgeübt werden, und die Leiterplatte sollte nach dem Löten nicht verformt sein.

6.3 Handlötung und Nacharbeit

Falls Handlötung notwendig ist, muss die Lötspitzentemperatur unter 350°C liegen, und die Kontaktzeit pro Anschluss muss auf 3 Sekunden oder weniger begrenzt werden. Die Lötkolbenleistung sollte 25W oder weniger betragen. Zwischen dem Löten jedes Anschlusses sollte ein Mindestintervall von 2 Sekunden eingehalten werden. Eine Nacharbeit, nachdem die LED gelötet wurde, wird nicht empfohlen. Falls unvermeidbar, muss ein spezieller Doppelspitzen-Lötkolben verwendet werden, um beide Anschlüsse gleichzeitig zu erhitzen und mechanische Spannung zu vermeiden. Das potenzielle Schadensrisiko während der Nacharbeit muss vorab bewertet werden.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Spezifikationen für Trägerband und Rolle

Die Bauteile werden in geprägten Trägerbändern mit einer Breite von 8mm geliefert, aufgewickelt auf einer Standard-7-Zoll (178mm) Durchmesser-Rolle. Jede Rolle enthält 2000 Stück. Die Rolle hat einen Naben-Durchmesser von 13mm und einen Flansch-Durchmesser von 180mm. Die Taschenabmessungen und der Teilung des Trägerbandes sind darauf ausgelegt, das 23-22C-Gehäuse während des Transports und der automatisierten Handhabung zu sichern.

7.2 Etikettenerklärung

Die Verpackung enthält Etiketten mit wichtigen Informationen: CPN (Kunden-Produktnummer), P/N (Produktnummer), QTY (Packmenge), CAT (Lichtstärkenklasse/Bin-Code), HUE (Farbortkoordinaten & Dominante Wellenlängenklasse), REF (Durchlassspannungsklasse) und LOT No (Losnummer für Rückverfolgbarkeit).

8. Anwendungsempfehlungen

8.1 Design-Überlegungen

Strombegrenzung:Ein externer strombegrenzender Widerstand ist zwingend erforderlich. Die Durchlassspannung hat einen Bereich, und eine kleine Änderung der Versorgungsspannung kann eine große Stromänderung verursachen, was möglicherweise zu einem sofortigen Ausfall führt. Der Widerstandswert muss basierend auf dem ungünstigsten VF-Wert (Minimum) berechnet werden, um sicherzustellen, dass der Strom den Maximalwert nicht überschreitet.
Wärmemanagement:Obwohl die Verlustleistung gering ist, ist die Einhaltung der Sperrschichttemperatur innerhalb der Grenzwerte entscheidend für Langlebigkeit und stabile Lichtausbeute. Sorgen Sie für ausreichende Kupferfläche auf der Leiterplatte oder thermische Durchkontaktierungen, wenn bei hohen Umgebungstemperaturen oder nahe dem Maximalstrom betrieben wird.
ESD-Schutz:Die ESD-Empfindlichkeit beträgt 2000V (HBM) für den S2-Chip und 150V (HBM) für den BH-Chip. Der blaue BH-Chip ist deutlich ESD-empfindlicher. Während der Montage müssen Standard-ESD-Handhabungsvorkehrungen beachtet werden, und auf Schaltungsebene kann ESD-Schutz für die BH-Variante in empfindlichen Umgebungen notwendig sein.

8.2 Anwendungseinschränkungen

Dieses Produkt ist für allgemeine kommerzielle und industrielle Anwendungen bestimmt. Es ist nicht speziell für Hochzuverlässigkeitsanwendungen ausgelegt oder qualifiziert, bei denen ein Ausfall zu Personenschäden oder erheblichem Sachschaden führen könnte. Solche Anwendungen umfassen, sind aber nicht beschränkt auf, militärische/Luftfahrt-Systeme, automobil-sicherheitskritische Systeme (z.B. Bremsen, Airbags) und lebenserhaltende medizinische Geräte. Für diese Anwendungen ist ein Produkt mit unterschiedlichen Spezifikationen, Qualifikationen und Zuverlässigkeitsdaten erforderlich.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Das Hauptunterscheidungsmerkmal dieses Produkts ist die Verfügbarkeit von zwei verschiedenen Halbleitertechnologien (AlGaInP und InGaN) im selben mechanischen Gehäuse (23-22C). Dies ermöglicht es Konstrukteuren, orange und blaue Anzeige-LEDs mit identischen Footprints und Lötprofilen aus einer einzigen Bauteilreihe zu beziehen, was Beschaffung und Leiterplattenlayout vereinfacht. Der breite 130-Grad-Abstrahlwinkel ist charakteristisch für ein Reflektor-Gehäuse und bietet diffuseres Licht als ein Seiten- oder Aufsicht-Linsengehäuse, was für Hintergrundbeleuchtung und Panel-Beleuchtung, bei der gleichmäßige Lichtverteilung gewünscht ist, vorteilhaft ist. Seine Konformität mit modernen Umweltstandards (bleifrei, halogenfrei, REACH) ist eine Basiserwartung, bleibt aber ein kritisches Merkmal für den Marktzugang.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Kann ich die S2 (Orange) und BH (Blaue) LEDs parallel von derselben Spannungsquelle ansteuern?
A: Nicht direkt ohne sorgfältiges Design. Ihre typischen Durchlassspannungen unterscheiden sich erheblich (2,0V vs. 3,3V). Wenn parallel an eine 3,3V-Quelle angeschlossen, würde die orange LED wahrscheinlich überlastet und beschädigt werden. Separate, für den VF-Bereich jeder LED berechnete strombegrenzende Widerstände sind unerlässlich.

F: Was bedeutet das Suffix \"B30/2A\" in der Teilenummer?
A: Obwohl in diesem Auszug nicht explizit entschlüsselt, bezeichnen solche Suffixe typischerweise spezifische Binning-Kombinationen für Lichtstärke (B30 bezieht sich wahrscheinlich auf den Helligkeits-Bin) und Farbort/Spannung (2A bezieht sich wahrscheinlich auf Farb-/Wellenlängen- und Durchlassspannungs-Bins). Die genaue Zuordnung sollte mit dem vollständigen Binning-Code-Dokument des Herstellers bestätigt werden.

F: Wie interpretiere ich den Hinweis \"Toleranz der Lichtstärke: ±11%\"?
A: Diese Toleranz gilt für die innerhalb jedes Bins (Code 1 oder Code 2) angegebenen Werte. Das bedeutet, eine als Bin 1 (22,5-36,0mcd) gekennzeichnete LED könnte irgendwo zwischen etwa 20,0mcd und 40,0mcd messen, wenn sowohl der Bin-Bereich als auch die ±11% Toleranz berücksichtigt werden. Dies ist wichtig für Anwendungen, die eine enge Helligkeitsabstimmung erfordern.

11. Praktischer Design- und Anwendungsfall

Fall: Entwurf eines Multi-Status-Anzeigepanels:Ein Konstrukteur entwirft ein Bedienpanel, das eine grüne Status-LED (nicht in diesem Datenblatt), eine orange Warn-LED und eine blaue Aktivitäts-LED erfordert. Während dieses Datenblatt Grün nicht abdeckt, bietet es Orange (S2) und Blau (BH). Der Konstrukteur kann den 23-22C-Footprint für beide farbigen LEDs verwenden, was das Leiterplattenlayout auf ein einziges Lötflächenmuster vereinfacht. Er würde drei separate Treiberschaltungen entwerfen. Für die orange LED, unter Annahme einer 5V-Versorgung und Ziel von 10mA, würde er den Vorwiderstand unter Verwendung der minimalen VF (1,7V) zur Sicherheit berechnen: R = (5V - 1,7V) / 0,01A = 330 Ohm. Für die blaue LED: R = (5V - 2,7V) / 0,01A = 230 Ohm. Er würde für beide Bin-Code 2 spezifizieren, um maximale und angeglichene Helligkeit sicherzustellen. Die Panel-Ausschnitte würden so gestaltet, dass sie den 130-Grad-Abstrahlwinkel für optimale Sichtbarkeit berücksichtigen.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Leuchtdioden (LEDs) sind Halbleiterbauelemente, die Licht emittieren, wenn ein elektrischer Strom durch sie fließt. Dieses Phänomen wird Elektrolumineszenz genannt. Im S2-Chip (AlGaInP) rekombinieren Elektronen mit Löchern im Aluminiumgalliumindiumphosphid-Kristallgitter und setzen Energie in Form von Photonen mit Wellenlängen im orangen/roten Teil des Spektrums frei. Im BH-Chip (InGaN) findet die Rekombination innerhalb einer Indiumgalliumnitrid-Struktur statt und erzeugt Photonen im blauen Spektrum. Die spezifische Farbe (Wellenlänge) wird durch die Bandlückenenergie des Halbleitermaterials bestimmt, die während des Kristallwachstumsprozesses entwickelt wird. Das wasserklare Harzgehäuse fungiert als Linse und Schutzschicht, während der integrierte Reflektornapf hilft, das emittierte Licht nach oben zu lenken und so den breiten Abstrahlwinkel erzeugt.

13. Technologietrends

Die LED-Industrie entwickelt sich weiterhin in Richtung höherer Effizienz (mehr Lumen pro Watt), verbesserter Farbwiedergabe und größerer Miniaturisierung. Das 23-22C-Gehäuse repräsentiert einen ausgereiften, weit verbreiteten Formfaktor. Aktuelle Trends bei SMD-Anzeige-LEDs umfassen die Entwicklung noch kleinerer Gehäuse (z.B. 1,0x0,5mm), die zunehmende Einführung von Chip-Scale-Packaging (CSP) für ultradünne Designs und die Integration mehrerer Farbchips (RGB) in ein einziges Gehäuse für volle Farbabstimmung. Es gibt auch einen starken Fokus auf die Verbesserung der Zuverlässigkeit und Leistung unter Hochtemperaturbedingungen, angetrieben durch Automobil- und Industrieanwendungen. Der Trend zu höheren Betriebsströmen für erhöhte Helligkeit aus winzigen Gehäusen erfordert fortlaufende Verbesserungen im Wärmemanagement auf Chip- und Gehäuseebene.