SMD LED Tri-Color Weiß Diffus Datenblatt - Gehäuse 3,5x3,2x1,9mm - Spannung 1,8-3,7V - Leistung 0,56-0,89W - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt detailliert die Spezifikationen einer hochwertigen, oberflächenmontierbaren dreifarbigen LED. Das Bauteil integriert rote, grüne und blaue Halbleiterchips in einem einzigen Gehäuse mit weiß-diffuser Linse, wodurch durch individuellen oder kombinierten Betrieb ein breites Farbspektrum erzeugt werden kann. Für automatisierte Bestückungsprozesse konzipiert, ist es ideal für platzbeschränkte Anwendungen, die Statusanzeige, Hintergrundbeleuchtung oder symbolische Beleuchtung erfordern.

1.1 Kernvorteile

• Konform mit RoHS-Umweltstandards.
• Verpackt auf 12-mm-Band für 7-Zoll-Rollen, kompatibel mit Hochgeschwindigkeits-Bestückungsautomaten.
• Standardisierte EIA-Lötflächengeometrie gewährleistet Designkompatibilität.
• Mit integrierten Schaltkreisen (I.C.) kompatible Ansteuerpegel.
• Hält Infrarot-Reflow-Lötprozessen stand, geeignet für bleifreie Montage.
• Vorkonditioniert nach JEDEC Level 3 Feuchtesensitivitäts-Standards für Zuverlässigkeit.

1.2 Zielmärkte

Diese Komponente eignet sich für eine Vielzahl elektronischer Geräte, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Telekommunikationsgeräte (Schnurlos-/Mobiltelefone), tragbare Computer (Notebooks), Netzwerksysteme, Haushaltsgeräte, Industrie-Bedienfelder und Indoor-Beschilderungsanwendungen, bei denen mehrfarbige Anzeige oder Beleuchtung erforderlich ist.

2. Technische Parameter: Detaillierte objektive Interpretation

2.1 Absolute Maximalwerte

Alle Werte gelten bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C. Das Überschreiten dieser Grenzwerte kann dauerhafte Schäden verursachen.

• Verlustleistung (Pd):Variiert je nach Farbe: Grün: 740 mW, Rot: 560 mW, Blau: 888 mW. Dieser Parameter definiert die maximale Leistung, die die LED als Wärme abführen kann.
• Spitzen-Durchlassstrom (I_F(PEAK)):Gemessen unter gepulsten Bedingungen (1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Pulsbreite). Grün/Rot: 400 mA, Blau: 500 mA.
• Dauer-Durchlassstrom (I_F):Der maximal zulässige Gleichstrom. Grün/Rot: 200 mA, Blau: 240 mA.
• Betriebstemperaturbereich:-40°C bis +85°C.
• Lagertemperaturbereich:-40°C bis +100°C.

2.2 Thermische Kennwerte

Das Wärmemanagement ist entscheidend für die LED-Leistung und Lebensdauer.

• Maximale Sperrschichttemperatur (T_j):Grün/Blau: 125°C, Rot: 115°C. Der Halbleiterchip darf diese Temperatur nicht überschreiten.
• Thermischer Widerstand, Sperrschicht-Umgebung (R_θJA):Grün: 70 °C/W, Rot/Blau: 40 °C/W. Dieser Wert gibt an, wie effektiv Wärme vom Chip an die Umgebungsluft abgeführt wird. Ein niedrigerer Wert bedeutet eine bessere thermische Leistung. Der höhere Wert für den grünen Chip kann in Hochleistungsanwendungen ein sorgfältigeres thermisches Design erfordern.

2.3 Elektrische & Optische Kennwerte

Gemessen bei Ta=25°C unter spezifizierten Prüfströmen (Rot: 150mA, Grün/Blau: 120mA).

• Lichtstärke (I_v):Die wahrgenommene Helligkeit. Grün: 8000-17000 mcd, Rot: 5500-13000 mcd, Blau: 1500-3200 mcd. Das menschliche Auge ist für blaues Licht weniger empfindlich, was zu niedrigeren mcd-Werten bei ähnlicher Strahlungsleistung führt.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):Typischerweise 120 Grad. Dieser große Winkel, ermöglicht durch die diffuse Linse, bietet eine gleichmäßige, nicht gerichtete Lichtabgabe, die für die Beleuchtung von Anzeigefeldern geeignet ist.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):Definiert die wahrgenommene Farbe. Grün: 515-530 nm, Rot: 615-630 nm, Blau: 448-463 nm.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_p):Die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsverteilung maximal ist. Typisch: Grün: 521 nm, Rot: 631 nm, Blau: 445 nm.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):Die Bandbreite des emittierten Lichts. Typisch: Grün: 30 nm, Rot: 20 nm, Blau: 25 nm.
• Durchlassspannung (V_F):Der Spannungsabfall über der LED beim Prüfstrom. Grün/Blau: 2,7-3,7 V, Rot: 1,8-2,8 V. Der rote Chip, typischerweise auf AlInGaP-Basis, hat eine niedrigere Bandlücke und somit eine niedrigere Durchlassspannung als die auf InGaN basierenden grünen und blauen Chips.
• Sperrstrom (I_R):Maximal 10 μA bei V_R=5V. Dieses Bauteil ist nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt; dieser Parameter dient nur zu Prüfzwecken.

3. Erklärung des Binning-Systems

Die LEDs werden basierend auf wichtigen optischen Parametern in Bins sortiert, um Farb- und Helligkeitskonsistenz innerhalb einer Produktionscharge sicherzustellen.

3.1 Binning der Lichtstärke

Einheiten: mcd @ spezifizierte Prüfströme. Jeder Bin-Code (L1-L8) definiert einen Min/Max-Bereich für jede Farbe. Zum Beispiel deckt Bin L1 für Grün 8000-12000 mcd ab, während L5 12000-17000 mcd abdeckt. Die Toleranz innerhalb jedes Helligkeits-Bins beträgt +/-11%.

3.2 Binning der dominanten Wellenlänge

Einheiten: nm @ spezifizierte Prüfströme. Bin-Codes D1-D9 definieren enge Wellenlängenbereiche für jede Farbe (z.B. D1 für Grün: 515-520 nm, D7: 525-530 nm). Die Toleranz für jeden dominanten Wellenlängen-Bin beträgt +/- 1 nm, was eine präzise Farbabstimmung ermöglicht.

4. Analyse der Leistungskurven

4.1 Relative Intensität vs. Wellenlänge (Spektrum)

Die spektralen Verteilungskurven zeigen für jeden Farbchip deutliche, relativ schmale Peaks, was die Reinheit der roten, grünen und blauen Emission bestätigt. Die Halbwertsbreitenwerte zeigen die spektrale Reinheit an, wobei Rot die schmalste ist.

4.2 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kurve)

Die I-V-Kurven zeigen die für Dioden typische exponentielle Beziehung. Die Kurven für Grün und Blau liegen aufgrund ihres ähnlichen InGaN-Materialsystems und der höheren Bandlücke eng beieinander, während die Rot-Kurve zu niedrigeren Spannungen verschoben ist.

4.3 Durchlassstrom vs. Umgebungstemperatur (Derating-Kurve)

Dieses Diagramm zeigt, wie der maximal zulässige Dauer-Durchlassstrom mit steigender Umgebungstemperatur abnimmt. Diese Leistungsreduzierung ist wesentlich, um zu verhindern, dass die Sperrschichttemperatur ihren Maximalwert überschreitet. Die Kurven unterscheiden sich aufgrund von Variationen im thermischen Widerstand und der maximalen Sperrschichttemperatur leicht zwischen den Farben.

4.4 Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Die Lichtausbeute steigt mit dem Strom, zeigt aber bei höheren Strömen ein sublineares Verhalten, hauptsächlich aufgrund thermischer Effekte und des Efficiency Droop. Dies unterstreicht die Bedeutung, die LED innerhalb ihres spezifizierten Bereichs zu betreiben, um optimale Effizienz und Lebensdauer zu erreichen.

4.5 Räumliche Verteilung (Abstrahlcharakteristik)

Das Polardiagramm bestätigt das lambertähnliche Abstrahlverhalten mit einem vollen Abstrahlwinkel von etwa 120 Grad, charakteristisch für eine diffuse Linse, die das Licht streut, um eine breite, gleichmäßige Ausleuchtung zu erzeugen.

5. Mechanische & Verpackungsinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Das SMD-Gehäuse misst etwa 3,5mm (L) x 3,2mm (B) x 1,9mm (H). Alle Abmessungen sind in Millimetern mit einer Standardtoleranz von ±0,2mm, sofern nicht anders angegeben. Für genaue Lötflächengeometrie und Sperrbereiche sollte eine detaillierte Maßzeichnung herangezogen werden.

5.2 Pinbelegung

Das 6-polige Gehäuse weist jedem Farbchip individuelle Anoden und Kathoden zu: Pins 1 & 6: Blau, Pins 2 & 5: Rot, Pins 3 & 4: Grün. Diese Konfiguration ermöglicht die unabhängige Steuerung jeder Farbe.

5.3 Empfohlener Lötanschluss auf der Leiterplatte

Eine Lötflächengeometrie wird bereitgestellt, um korrektes Löten, mechanische Stabilität und optimale Wärmeableitung von der LED weg zu gewährleisten. Die Einhaltung dieser Empfehlung ist entscheidend für die Bestückungsausbeute und die langfristige Zuverlässigkeit.

6. Löt- & Montagerichtlinien

6.1 Empfohlenes IR-Reflow-Profil

Ein detailliertes Reflow-Lötprofil, konform mit J-STD-020B für bleifreie Prozesse, wird spezifiziert. Dieses Profil umfasst Vorwärm-, Halte-, Reflow- (Spitzentemperatur) und Abkühlphasen mit definierten Zeit- und Temperaturgrenzen, um thermische Schäden am LED-Gehäuse und internen Chip zu verhindern.

6.2 Reinigung

Falls eine Reinigung nach dem Löten erforderlich ist, wird nur das Eintauchen in Ethylalkohol oder Isopropylalkohol bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute empfohlen. Nicht spezifizierte Chemikalien können die Epoxidlinse oder das Gehäuse beschädigen.

6.3 Lagerbedingungen

Versiegelte Verpackung:Lagern bei ≤30°C und ≤70% relativer Luftfeuchtigkeit (RH). Die Bauteile sind für eine Standzeit von einem Jahr in der feuchtigkeitsgeschützten Beutel mit Trockenmittel ausgelegt.
Geöffnete Verpackung:Für Bauteile, die aus ihrem versiegelten Beutel entnommen wurden, sollte die Lagerumgebung 30°C und 60% RH nicht überschreiten. Es wird empfohlen, den IR-Reflow innerhalb von 168 Stunden (7 Tagen) nach dem Öffnen abzuschließen. Für längere Lagerung einen versiegelten Behälter mit Trockenmittel oder einen Stickstoff-Exsikkator verwenden.

7. Verpackungs- & Bestellinformationen

7.1 Spezifikationen für Band und Rolle

Die Bauteile werden auf 12 mm breitem, geprägtem Trägerband geliefert, das auf 7-Zoll (178 mm) Durchmesser große Rollen aufgewickelt ist. Die Standardrollenmenge beträgt 1500 Stück. Eine Mindestpackmenge von 500 Stück ist für Restbestellungen verfügbar. Die Verpackung entspricht den EIA-481-1-B-Spezifikationen.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsschaltungen

Jeder Farbkanal benötigt einen Vorwiderstand in Reihe mit der LED. Der Widerstandswert wird berechnet als R = (V_Versorgung- V_F) / I_F, wobei V_Fund I_Fdie Ziel-Durchlassspannung und der Ziel-Strom für die jeweilige Farbe sind. Mikrocontroller oder spezielle LED-Treiber-ICs können für PWM-Dimmung oder Farbmischung verwendet werden.

8.2 Designüberlegungen

• Wärmemanagement:Sorgen Sie für ausreichende Kupferfläche auf der Leiterplatte (thermische Lötflächen) und mögliche Belüftung, um die Wärmeableitung zu bewältigen, insbesondere für den grünen Kanal, der einen höheren thermischen Widerstand aufweist.
• Stromversorgung:Überschreiten Sie nicht den absoluten maximalen DC-Durchlassstrom. Für eine verlängerte Lebensdauer und stabile Farbausgabe sollte ein Betrieb unterhalb des Maximalwerts in Betracht gezogen werden.
• ESD-Schutz:Obwohl nicht ausdrücklich als empfindlich angegeben, werden während der Montage standardmäßige ESD-Handhabungsvorkehrungen für Halbleiterbauelemente empfohlen.

9. Technischer Vergleich & Differenzierung

Diese dreifarbige LED in einem weiß-diffusen Gehäuse bietet wesentliche Vorteile:

• Integrierte Lösung:Vereint drei diskrete Farben in einem Gehäuse, spart Leiterplattenplatz und vereinfacht die Montage im Vergleich zur Verwendung von drei separaten LEDs.
• Farbmischfähigkeit:Ermöglicht die Erzeugung von Sekundärfarben (Gelb, Cyan, Magenta) und Weiß durch unabhängige Steuerung der Intensität jedes Primärfarbchips.
• Einheitliches Erscheinungsbild:Die weiß-diffuse Linse vermischt das Licht der einzelnen Chips bei Betrachtung außerhalb der Achse und bietet ein konsistentes, milchig-weißes Aussehen im ausgeschalteten Zustand und ein gleichmäßiges farbiges Leuchten im eingeschalteten Zustand.
• Hohe Helligkeit:Bietet hohe Lichtstärke über alle drei Farben, geeignet für Anwendungen, die gute Sichtbarkeit auch bei guter Umgebungsbeleuchtung erfordern.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

10.1 Kann ich alle drei Farben gleichzeitig mit ihrem maximalen Strom betreiben?

Nein. Die gesamte Verlustleistung muss berücksichtigt werden. Gleichzeitiger Betrieb von Rot (150mA @ ~2,3V = 345mW), Grün (120mA @ ~3,2V = 384mW) und Blau (120mA @ ~3,2V = 384mW) würde zu einer gesamten internen Verlustleistung von etwa 1113mW führen, was den maximalen Verlustleistungsrating für jeden einzelnen Chip (max. 888mW für Blau) überschreiten und zu schwerer Überhitzung führen würde. Das thermische Design muss die kombinierte Wärme aller aktiven Chips berücksichtigen.

10.2 Warum ist die Durchlassspannung für jede Farbe unterschiedlich?

Die Durchlassspannung wird durch die Bandlückenenergie des Halbleitermaterials bestimmt. Rote LEDs verwenden typischerweise AlInGaP, das eine niedrigere Bandlücke (~1,9-2,0 eV) hat, was zu einem niedrigeren V_Fführt. Grüne und blaue LEDs verwenden InGaN mit höheren Bandlücken (~2,4 eV für Grün, ~2,7 eV für Blau), was zu höherem V_F.

10.3 Wie erzeuge ich mit dieser LED weißes Licht?

Weißes Licht kann durch Mischen von rotem, grünem und blauem Licht in geeigneten Intensitäten erzeugt werden. Dies ist ein additives Farbmischverfahren. Die spezifischen Verhältnisse (die vom Binning der einzelnen Chips und dem Ziel-Weißpunkt, z.B. kaltweiß, warmweiß, abhängen) müssen durch PWM-Steuerung oder angepasste Strompegel für jeden Kanal kalibriert werden.

11. Praktischer Anwendungsfall

Szenario: Statusanzeige für einen Netzwerkrouter:Eine einzige dreifarbige LED kann drei einfarbige LEDs ersetzen, um mehrere Gerätestatus anzuzeigen: Dauerhaft Grün für "Normalbetrieb", Blinkend Blau für "Datenübertragung" und Dauerhaft Rot für "Fehler/Störung". Dies vereinfacht das Frontplattendesign, reduziert die Bauteilanzahl und ermöglicht ein saubereres Erscheinungsbild mit einer einzigen beleuchteten Öffnung, die die Farbe ändert.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Leuchtdioden (LEDs) sind Halbleiterbauelemente, die Licht durch Elektrolumineszenz emittieren. Wenn eine Durchlassspannung an den p-n-Übergang angelegt wird, rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich und setzen Energie in Form von Photonen frei. Die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts wird durch die Bandlückenenergie des verwendeten Halbleitermaterials bestimmt. In diesem Bauteil sind drei separate Halbleiterchips (Rot: AlInGaP, Grün/Blau: InGaN) zusammengefasst. Die weiß-diffuse Epoxidlinse verkapselt die Chips sowohl zum Schutz als auch zur Streuung des emittierten Lichts, wodurch ein großer, gleichmäßiger Abstrahlwinkel entsteht.

13. Technologietrends

Die Entwicklung von SMD-LEDs konzentriert sich weiterhin auf mehrere Schlüsselbereiche: Steigerung der Lichtausbeute (mehr Lichtleistung pro Watt elektrischer Eingangsleistung), verbesserte Farbwiedergabe und -konsistenz, höhere Leistungsdichte durch verbesserte thermische Verpackung und weitere Miniaturisierung. Die Integration mehrerer Farben oder sogar phosphorkonvertierter weißer Chips in einem einzigen Gehäuse, wie bei dieser Komponente, ist ein Trend, der darauf abzielt, das Endproduktdesign zu vereinfachen und fortschrittliche Lichteffekte zu ermöglichen. Darüber hinaus wird an neuartigen Halbleitermaterialien geforscht, um die Effizienz, insbesondere im grünen Spektralbereich, zu verbessern und den verfügbaren Farbraum zu erweitern.