SMD LED 16-216/T3D-AQ1R2TY/3T Datenblatt - Reines Weiß - 2,6-3,0V - 25mA - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die 16-216/T3D-AQ1R2TY/3T ist eine für moderne, kompakte Elektronikanwendungen konzipierte Oberflächenmontage-LED (SMD). Es handelt sich um einen monochromen Typ, der reines weißes Licht emittiert und aus bleifreien Materialien gefertigt ist, was die Einhaltung von Umweltvorschriften wie RoHS gewährleistet. Ihr Hauptvorteil liegt in ihrer winzigen Bauform, die kleinere Leiterplatten (PCB)-Designs, eine höhere Bauteilpackungsdichte ermöglicht und letztendlich zur Entwicklung kompakterer und leichterer Endgeräte beiträgt.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die wesentlichen Vorteile dieser LED-Komponente ergeben sich aus ihrer SMD-Bauweise. Im Vergleich zu herkömmlichen LED-Bauteilen mit Anschlussdrähten bietet sie erhebliche Platzersparnis auf der Leiterplatte, reduzierten Lagerbedarf und ist voll kompatibel mit automatischen Bestückungsanlagen, was die Serienfertigung optimiert. Sie ist auch mit Standard-Infrarot- und Dampfphasen-Reflow-Lötverfahren kompatibel. Diese Eigenschaften machen sie zur idealen Wahl für Anwendungen, bei denen Miniaturisierung, Gewichtsreduzierung und automatisierte Produktion entscheidend sind. Ihre Zielmärkte umfassen Unterhaltungselektronik, Automobilinnenräume, Telekommunikation und allgemeine Anzeige-/Hintergrundbeleuchtungsanwendungen.

2. Technische Spezifikationen: Detaillierte objektive Analyse

Dieser Abschnitt bietet einen detaillierten, objektiven Überblick über die elektrischen, optischen und thermischen Parameter der LED, wie im Datenblatt definiert. Das Verständnis dieser Grenzwerte und typischen Leistungsdaten ist für ein zuverlässiges Schaltungsdesign unerlässlich.

2.1 Absolute Grenzwerte

Die absoluten Grenzwerte definieren die Belastungsgrenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Dies sind keine Bedingungen für den Normalbetrieb.

• Sperrspannung (V_R):5 V. Das Überschreiten dieser Spannung in Sperrrichtung kann zum Sperrschichtdurchbruch führen.
• Dauer-Durchlassstrom (I_F):25 mA. Dies ist der maximale Gleichstrom, der kontinuierlich angelegt werden darf.
• Diese Parameter werden unter Standardtestbedingungen von T_FP):100 mA. Dies ist nur unter gepulsten Bedingungen zulässig (Tastverhältnis 1/10, Frequenz 1 kHz).
• Verlustleistung (P_d):110 mW. Dies ist die maximale Leistung, die das Gehäuse bei einer Umgebungstemperatur (T_a) von 25°C abführen kann.
• Betriebstemperatur (T_opr):-40 bis +85 °C. Der Umgebungstemperaturbereich für einen zuverlässigen Betrieb.
• Lagertemperatur (T_stg):-40 bis +90 °C.
• Elektrostatische Entladung (ESD) Human Body Model (HBM):150 V. Dies weist auf eine moderate Empfindlichkeit gegenüber statischer Elektrizität hin und erfordert Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen während der Handhabung.
• Löttemperatur:Das Bauteil hält Reflow-Lötungen mit einer Spitzentemperatur von 260°C für bis zu 10 Sekunden oder Handlötungen bei 350°C für bis zu 3 Sekunden pro Anschluss aus.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

These parameters are measured at a standard test condition of T_a= 25°C gemessen und repräsentieren die typische Leistung.

• Lichtstärke (I_v):Liegt im Bereich von mindestens 72 mcd bis maximal 180 mcd, mit einem typischen Wert innerhalb dieses Bereichs, bei einem Betrieb mit I_F= 5 mA. Eine Toleranz von ±11% gilt.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):Ein typischer weiter Abstrahlwinkel von 130 Grad, was auf ein diffuses Abstrahlmuster hindeutet, das für Flächenbeleuchtung und Hintergrundbeleuchtung geeignet ist.
• Flussspannung (V_F):Liegt im Bereich von 2,6 V (min) bis 3,0 V (max) bei I_F= 5 mA. Eine Toleranz von ±0,05V wird angegeben. Dieser Parameter ist entscheidend für die Berechnung des strombegrenzenden Widerstands.
• Sperrstrom (I_R):Maximal 50 µA bei einer angelegten Sperrspannung von 5 V.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um die Konsistenz in der Serienfertigung sicherzustellen, werden LEDs nach Leistungsklassen sortiert. Dies ermöglicht es Designern, Bauteile auszuwählen, die die spezifischen Helligkeits- und Spannungsanforderungen ihrer Anwendung erfüllen.

3.1 Binning der Lichtstärke

Die Lichtleistung wird in vier Bincodes (Q1, Q2, R1, R2) kategorisiert, die jeweils einen spezifischen Millicandela-Bereich definieren, gemessen bei I_F= 5 mA. Beispielsweise umfasst die Klasse Q1 LEDs mit einer Stärke von 72 bis 90 mcd, während die Klasse R2 140 bis 180 mcd abdeckt.

3.2 Binning der Flussspannung

Die Flussspannung wird in vier Codes (28, 29, 30, 31) eingeteilt, die jeweils einen 0,1 V-Bereich von 2,6-2,7V bis 2,9-3,0V bei I_F= 5 mA repräsentieren. Dies hilft bei der Auslegung von Netzteilen und der Vorhersage von Stromaufnahmeschwankungen.

3.3 Binning der Farbortkoordinaten

Die reine weiße Farbe wird innerhalb des CIE 1931-Farbortkoordinatensystems definiert. Das Datenblatt spezifiziert sechs Bincodes (1 bis 6) innerhalb der Gruppe "A", die jeweils durch einen viereckigen Bereich im CIE x,y-Diagramm definiert sind. Die Koordinaten für jede Ecke der Klasse werden angegeben, mit einer Toleranz von ±0,01. Dies stellt sicher, dass das emittierte weiße Licht innerhalb eines kontrollierten, konsistenten Farbraums liegt.

4. Analyse der Kennlinien

Grafische Daten geben Aufschluss über das Verhalten der LED unter verschiedenen Bedingungen, was für ein robustes Design von entscheidender Bedeutung ist.

4.1 Spektralverteilung

Die Kurve der relativen Lichtstärke gegenüber der Wellenlänge zeigt die spektrale Ausgabe dieser weißen LED, die typischerweise von einem blauen LED-Chip in Kombination mit einem gelben Leuchtstoff erzeugt wird. Der Peak und die spektrale Breite beeinflussen die wahrgenommene Farbqualität und den Farbwiedergabeindex (CRI).

4.2 Durchlassstrom vs. Flussspannung (I-V-Kennlinie)

Diese Kurve veranschaulicht die nichtlineare Beziehung zwischen Strom und Spannung. Sie zeigt die Einschaltspannung und wie V_Fmit I_Fansteigt. Diese Daten sind für das Wärmemanagement und das Treiberdesign unerlässlich, da überschüssige Spannungsabfälle an der LED in Wärme umgewandelt werden.

4.3 Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Diese Darstellung zeigt, wie die Lichtleistung mit dem Treiberstrom zunimmt. Sie ist im Allgemeinen nichtlinear, und ein Betrieb über dem empfohlenen Strom kann zu abnehmenden Effizienzgewinnen und einer beschleunigten Lichtstromdegradation führen.

4.4 Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur

Diese Kurve zeigt den thermischen Löschungseffekt: Mit steigender Sperrschichttemperatur nimmt die Lichtleistung typischerweise ab. Das Verständnis dieses Deratings ist für Anwendungen in Hochtemperaturumgebungen entscheidend.

4.5 Durchlassstrom-Derating-Kurve

Dieses Diagramm definiert den maximal zulässigen kontinuierlichen Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur. Mit steigendem T_amuss der maximal zulässige I_Freduziert werden, um ein Überschreiten der maximalen Sperrschichttemperatur und der Verlustleistungsgrenze des Bauteils zu verhindern.

4.6 Strahlungsdiagramm

Das polare Strahlungsdiagramm bestätigt visuell den 130-Grad-Abstrahlwinkel und zeigt die Winkelverteilung der Lichtstärke.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Das Datenblatt enthält eine detaillierte Maßzeichnung des LED-Gehäuses. Zu den wichtigsten Maßen gehören die Gesamtlänge, -breite und -höhe sowie die Größen und Abstände der Elektrodenanschlüsse. Alle Toleranzen betragen typischerweise ±0,1 mm, sofern nicht anders angegeben. Ein vorgeschlagenes PCB-Pad-Layout (Lötflächenlayout) wird als Referenz angegeben, aber Designern wird empfohlen, es basierend auf ihrem spezifischen Fertigungsprozess und Zuverlässigkeitsanforderungen anzupassen.

5.2 Polaritätskennzeichnung

Der Kathodenanschluss (negativ) ist typischerweise auf dem Gehäuse gekennzeichnet, oft durch eine Markierung wie eine Kerbe, einen Punkt oder einen grünlichen Farbton. Die korrekte Polarisationsausrichtung während der Montage ist für die ordnungsgemäße Funktion zwingend erforderlich.

6. Löt- und Bestückungsrichtlinien

Eine ordnungsgemäße Handhabung und Lötung ist entscheidend für die Aufrechterhaltung der Zuverlässigkeit und Leistung des Bauteils.

6.1 Strombegrenzung

Ein externer strombegrenzender Widerstand istzwingend erforderlich. Die exponentielle I-V-Charakteristik der LED bedeutet, dass eine kleine Spannungserhöhung einen großen, möglicherweise zerstörerischen Stromanstieg verursachen kann. Der Widerstandswert muss basierend auf der Versorgungsspannung, der Flussspannung der LED (unter Berücksichtigung des Binnings) und dem gewünschten Betriebsstrom (nicht mehr als 25 mA Dauerstrom) berechnet werden.

6.2 Lagerung und Feuchtigkeitssensitivität

Die LEDs sind in einer feuchtigkeitsbeständigen Tüte mit Trockenmittel verpackt. Die Tüte sollte erst geöffnet werden, wenn die Bauteile einsatzbereit sind. Wenn die Tüte geöffnet wurde, haben die Bauteile unter kontrollierten Bedingungen (max. 30°C/60% rel. Luftfeuchtigkeit) eine "Bodenlebensdauer" von 1 Jahr. Wird diese überschritten oder ändert der Trockenmittelindikator seine Farbe, ist vor der Reflow-Lötung ein Ausheizen bei 60 ± 5°C für 24 Stunden erforderlich, um "Popcorn"-Schäden durch Feuchtigkeitsverdampfung zu verhindern.

6.3 Reflow-Lötprofil

Ein detailliertes bleifreies Reflow-Temperaturprofil wird bereitgestellt:

• Vorwärmen:150-200°C für 60-120 Sekunden.
• Zeit oberhalb der Liquidus-Temperatur (217°C):60-150 Sekunden.
• Spitzentemperatur:Maximal 260°C, nicht länger als 10 Sekunden gehalten.
• Aufheiz-/Abkühlraten:Maximal 6°C/Sek. Aufheizen und 3°C/Sek. Abkühlen oberhalb von 255°C.

Reflow-Lötungen sollten nicht mehr als zweimal durchgeführt werden. Vermeiden Sie mechanische Belastungen des Gehäuses während des Aufheizens und Abkühlens.

6.4 Handlöten und Nacharbeit

Falls Handlöten erforderlich ist, verwenden Sie einen Lötkolben mit einer Spitzentemperatur unter 350°C und wenden Sie die Hitze an jedem Anschluss für nicht mehr als 3 Sekunden an. Verwenden Sie einen Lötkolben mit geringer Leistung (max. 25W) und lassen Sie zwischen den Anschlüssen eine Abkühlpause von mindestens 2 Sekunden. Nacharbeit wird dringend abgeraten. Falls unvermeidbar, muss ein spezieller Doppelspitzen-Lötkolben verwendet werden, um beide Anschlüsse gleichzeitig zum Entfernen zu erhitzen, und die Auswirkung auf die LED-Eigenschaften muss vorab bewertet werden.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Spezifikationen für Gurt und Rolle

Die Bauteile werden auf 8 mm breiter, geprägter Trägerfolie geliefert, die auf eine Rolle mit einem Durchmesser von 7 Zoll (178 mm) aufgewickelt ist. Jede Rolle enthält 3000 Stück. Detaillierte Abmessungen für die Taschen der Trägerfolie und die Rolle sind im Datenblatt angegeben.

7.2 Etikettenerklärung

Das Rollenetikett enthält mehrere wichtige Kennungen:

• P/N:Die vollständige Artikelnummer.
• QTY:Die Stückzahl auf der Rolle.
• CAT:Der Bincode für die Lichtstärke (z.B. Q1, R2).
• HUE:Der Bincode für die Farbortkoordinaten (z.B. 1, 4).
• REF:Der Bincode für die Flussspannung (z.B. 28, 30).
• LOT No:Rückverfolgbare Losnummer.

Diese Informationen ermöglichen eine präzise Rückverfolgbarkeit und Auswahl von klassifizierten Bauteilen für die Produktion.

8. Anwendungsvorschläge und Designüberlegungen

8.1 Typische Anwendungsszenarien

• Automobilinnenräume:Hintergrundbeleuchtung für Armaturenbrettinstrumente, Schalter und Bedienfelder.
• Telekommunikation:Statusanzeigen und Tastatur-Hintergrundbeleuchtung in Telefonen und Faxgeräten.
• Unterhaltungselektronik:Flache Hintergrundbeleuchtung für kleine LCD-Displays, Schalterbeleuchtung und symbolische Anzeigen.
• Allgemeine Anzeigezwecke:Netzstatus, Betriebsmodusanzeigen und dekorative Beleuchtung in verschiedenen elektronischen Geräten.

8.2 Designüberlegungen

• Wärmemanagement:Obwohl klein, erzeugt die LED Wärme. Sorgen Sie für ausreichende Kupferflächen auf der Leiterplatte oder thermische Durchkontaktierungen, insbesondere bei Betrieb nahe dem Maximalstrom oder in hohen Umgebungstemperaturen. Halten Sie sich an die Strom-Derating-Kurve.
• Optisches Design:Der weite 130-Grad-Abstrahlwinkel bietet gute Sichtbarkeit außerhalb der Achse. Für gebündeltes Licht können externe Linsen oder Lichtleiter erforderlich sein.
• ESD-Schutz:Implementieren Sie Standard-ESD-Kontrollen im Montagebereich. Erwägen Sie, auf empfindlichen Leitungen eine transiente Spannungsunterdrückung hinzuzufügen, wenn die Anwendungsumgebung anfällig für statische Aufladungen ist.
• Anwendungseinschränkungen:Das Datenblatt weist darauf hin, dass diese Standardkomponente für den kommerziellen Einsatz möglicherweise nicht für Hochzuverlässigkeitsanwendungen geeignet ist, ohne zusätzliche Qualifikation. Dazu gehören militärische/luftfahrttechnische Anwendungen, automobiltechnische Sicherheitssysteme (z.B. Airbags, Bremsen) und lebenskritische medizinische Geräte. Für solche Anwendungen konsultieren Sie den Hersteller bezüglich Produktvarianten, die für die Einhaltung der relevanten strengen Normen entwickelt und getestet wurden.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu größeren, bedrahteten LEDs liegt die primäre Unterscheidung dieser 16-216 SMD LED in ihrer Bauform und Kompatibilität mit der automatischen Bestückung. Sie ermöglicht eine erhebliche Miniaturisierung. Innerhalb der Kategorie der SMD-LEDs ermöglichen ihre Schlüsselparameter – wie die spezifischen Lichtstärkeklassen, der weite Abstrahlwinkel und die definierten Farbortklassen für reines Weiß – es Designern, ein Bauteil mit vorhersagbarer Leistung für eine konsistente Endproduktqualität auszuwählen. Das detaillierte Binning-System ist ein besonderer Vorteil für Anwendungen, die eine enge Helligkeits- und Farbabstimmung über mehrere Einheiten hinweg erfordern.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

10.1 Welchen Widerstandswert sollte ich verwenden?

Der Widerstandswert (R) wird mit dem Ohmschen Gesetz berechnet: R = (V_Versorgung- V_F) / I_F. Verwenden Sie für ein konservatives Design, das sicherstellt, dass der Strom Ihren Ziel-I_Fniemals überschreitet (z.B. 20 mA für einen Sicherheitsabstand unter dem Maximum von 25 mA), die maximale V_Faus dem Datenblatt (3,0V). Für eine 5V-Versorgung: R = (5V - 3,0V) / 0,020 A = 100 Ω. Berechnen Sie immer auch die Verlustleistung im Widerstand: P = I_F²* R.

10.2 Warum ist die Lichtleistung geringer, wenn die Leiterplatte heiß wird?

Dies liegt am "thermischen Löschen", einer grundlegenden Eigenschaft von LED-Halbleitern. Mit steigender Sperrschichttemperatur nimmt die interne Quanteneffizienz ab, was zu einer geringeren Lichtleistung führt. Dies ist grafisch in der Kurve "Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur" dargestellt. Ein ordnungsgemäßes thermisches Design mildert diesen Effekt.

10.3 Kann ich sie mit einer 3,3V-Versorgung ohne Widerstand betreiben?

No.Selbst wenn die Versorgungsspannung nahe der typischen V_Fder LED liegt, ist das Fehlen eines strombegrenzenden Widerstands gefährlich. Fertigungstoleranzen und Temperaturschwankungen bedeuten, dass die tatsächliche V_Funter 3,3V liegen könnte, was zu übermäßigem Strom führt. Für einen zuverlässigen und sicheren Betrieb ist immer ein Widerstand (oder ein Konstantstromtreiber) erforderlich.

10.4 Was bedeuten die Bincodes (CAT, HUE, REF) auf dem Etikett?

Diese Codes geben die genaue Leistungsuntergruppe der LEDs auf dieser Rolle an.CATist die Helligkeitsklasse (Lichtstärke).HUEist die Farbklasse (Farbort).REFist die Flussspannungsklasse. Die Bestellung nach spezifischen Bincodes gewährleistet Konsistenz in Helligkeit, Farbe und elektrischem Verhalten über Ihren gesamten Produktionslauf hinweg.

11. Praktisches Design- und Anwendungsbeispiel

Szenario: Entwurf einer Statusanzeigetafel für einen Consumer-Router.Die Tafel hat 5 LEDs, die Netz, Internet, Wi-Fi und die Aktivität zweier Ethernet-Ports anzeigen. Die Verwendung der 16-216 LED in reinem Weiß bietet ein sauberes, modernes Erscheinungsbild. Der Designer wählt die Klasse R1 für die Helligkeit (112-140 mcd), um eine gute Sichtbarkeit sicherzustellen, und die Klasse 29 für die Spannung (2,7-2,8V) für eine vorhersagbare Stromaufnahme. Auf der Leiterplatte steht eine 5V-Schiene zur Verfügung. Unter Verwendung der maximalen V_Fvon 2,8V und eines Ziel-I_Fvon 15 mA für lange Lebensdauer und geringe Wärmeentwicklung beträgt der Widerstandswert (5V - 2,8V) / 0,015A = 147 Ω (ein Standard-150-Ω-Widerstand wird gewählt). Das PCB-Layout verwendet die vorgeschlagenen Pad-Abmessungen mit einer kleinen thermischen Entlastungsverbindung zu einer Massefläche zur Wärmeableitung. Die LEDs werden nach allen Hochtemperatur-Reflow-Prozessen für andere Komponenten platziert, um die thermische Belastung zu minimieren.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Leuchtdioden (LEDs) sind Halbleiterbauelemente, die Licht durch Elektrolumineszenz emittieren. Wenn eine Flussspannung an den p-n-Übergang angelegt wird, rekombinieren Elektronen mit Löchern und setzen Energie in Form von Photonen frei. Die Lichtfarbe wird durch die Bandlücke des Halbleitermaterials bestimmt. Diese spezielle "reine weiße" LED ist mit hoher Wahrscheinlichkeit eine phosphorkonvertierte weiße LED. Sie verwendet einen Halbleiterchip, der blaues Licht emittiert (typischerweise InGaN). Dieses blaue Licht regt teilweise eine gelb emittierende Phosphorschicht auf dem Chip an. Die Kombination aus dem verbleibenden blauen Licht und dem emittierten gelben Licht vermischt sich zu einem Licht, das vom menschlichen Auge als weiß wahrgenommen wird. Die spezifischen Verhältnisse und die Phosphorzusammensetzung bestimmen die genauen Farbortkoordinaten ("Farbpunkt") im CIE-Diagramm.

13. Technologietrends

Die Entwicklung von SMD-LEDs wie der 16-216 folgt breiteren Trends in der Elektronik: Miniaturisierung, erhöhte Effizienz und verbesserte Fertigbarkeit. Laufende Trends in der LED-Industrie umfassen:

• Erhöhte Effizienz (lm/W):Kontinuierliche Verbesserungen der internen Quanteneffizienz und Lichtextraktionstechniken führen zu helleren LEDs bei gleichem oder niedrigerem Treiberstrom.
• Verbesserte Farbqualität:Fortschritte in der Phosphortechnologie ermöglichen LEDs mit höherem Farbwiedergabeindex (CRI) und konsistenteren Farbtemperaturklassen, was eine bessere Lichtqualität für Displays und Beleuchtung bietet.
• Höhere Zuverlässigkeit und Lebensdauer:Verbesserungen bei Verpackungsmaterialien und Wärmemanagementstrukturen erhöhen die Betriebslebensdauer und Stabilität von LEDs, insbesondere unter Hochtemperatur- und Hochstrombedingungen.
• Weitere Miniaturisierung:Das Streben nach kleineren Geräten setzt sich fort und führt zu noch kleineren Gehäusegrundflächen und geringeren Bauhöhen bei gleichbleibender oder verbesserter optischer Leistung.
• Integrierte Lösungen:Ein Trend hin zu LEDs mit eingebauten strombegrenzenden Widerständen, Schutzdioden oder sogar Treiber-ICs im Gehäuse, was die Schaltungsauslegung für Endanwender vereinfacht.

Diese Trends zielen darauf ab, Designern leistungsfähigere, zuverlässigere und einfacher zu verwendende Komponenten für eine ständig wachsende Palette von Anwendungen bereitzustellen.