SMD LED 0201 Weiß/Gelb - Gehäuse 0,6x0,3x0,3mm - Spannung 2,6-3,2V - Leistung 96mW - Datenblatt

1. Produktübersicht

Dieses Dokument erläutert die Spezifikationen einer Miniatur-Oberflächenmontage-LED (SMD-LED) im 0201-Gehäuse. Diese LEDs sind für automatisierte Leiterplattenbestückungsprozesse konzipiert und ideal für platzbeschränkte Anwendungen, bei denen die Bauteildichte entscheidend ist. Die primäre Lichtfarbe dieser spezifischen Artikelnummer ist weiß mit einer gelben Linse, die einen spezifischen Farbort bietet.

Die Kernvorteile dieser Komponente sind ihr extrem kleiner Platzbedarf, die Kompatibilität mit Hochvolumen-Bestückungsautomaten und die Eignung für bleifreie Infrarot-Reflow-Lötprozesse. Sie ist so konstruiert, dass sie den RoHS-Konformitätsstandards entspricht.

Die Zielmärkte und Anwendungen sind breit gefächert und umfassen Telekommunikationsgeräte, Büroautomationsgeräte, Haushaltsgeräte, industrielle Steuerungssysteme und verschiedene Unterhaltungselektronik. Typische Anwendungen sind Statusanzeigen, Hintergrundbeleuchtung für Frontplatten und die Beleuchtung von Signalen oder Symbolen mit geringer Intensität.

2. Detaillierte technische Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Grenzen, jenseits derer ein dauerhafter Schaden am Bauteil auftreten kann. Ein Betrieb unter diesen Bedingungen ist nicht garantiert.

• Verlustleistung (Pd):96 mW. Dies ist die maximale Leistung, die das LED-Gehäuse als Wärme abführen kann, ohne seine thermischen Grenzen zu überschreiten.
• Spitzenstrom in Durchlassrichtung (I_F(peak)):100 mA. Dies ist der maximal zulässige momentane Durchlassstrom, typischerweise unter gepulsten Bedingungen angegeben (1/10 Tastverhältnis, 0,1ms Pulsbreite), um Überhitzung zu verhindern.
• Gleichstrom in Durchlassrichtung (I_F):30 mA. Dies ist der maximale empfohlene kontinuierliche Durchlassstrom für einen zuverlässigen Dauerbetrieb.
• Betriebstemperaturbereich (T_opr):-40°C bis +85°C. Der Umgebungstemperaturbereich, in dem die LED korrekt funktionieren soll.
• Lagertemperaturbereich (T_stg):-40°C bis +100°C. Der Temperaturbereich für die Lagerung des Bauteils im stromlosen Zustand.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Diese Parameter werden bei einer Standard-Umgebungstemperatur (T_a) von 25°C und einem Durchlassstrom (I_F) von 20 mA gemessen, sofern nicht anders angegeben.

• Lichtstärke (I_V):1500 - 2900 mcd (Millicandela). Dies definiert die Menge des sichtbaren Lichts, das in die Hauptblickrichtung abgegeben wird. Der große Bereich zeigt an, dass ein Binning-System verwendet wird (siehe Abschnitt 3). Die Messung verwendet einen Sensor, der auf die CIE-Standard-Helladaptation (menschliches Auge) abgestimmt ist.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):110 Grad (typisch). Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte ihres axialen Spitzenwerts abfällt. Ein Winkel von 110° zeigt ein breites, diffuses Abstrahlverhalten an, das für Flächenbeleuchtung geeignet ist, nicht für einen fokussierten Strahl.
• Farbartkoordinaten (x, y):(0,3100, 0,3100) typisch. Diese Koordinaten im CIE-1931-Farbtafeldiagramm definieren den präzisen Farbort des abgegebenen weißen Lichts. Dieser Punkt entspricht einem Weiß mit einer spezifischen korrelierten Farbtemperatur (CCT).
• Durchlassspannung (V_F):2,6 V (Min.) - 3,2 V (Max.) bei 20mA. Der Spannungsabfall über der LED beim angegebenen Strom. Dieser Bereich ist kritisch für die Treiberschaltungsauslegung.
• Sperrstrom (I_R):10 μA (Max.) bei V_R= 5V. Der geringe Leckstrom bei angelegter Sperrspannung.Wichtig:Dieses Bauteil ist nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt; dieser Parameter dient nur Testzwecken.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um Konsistenz in der Massenproduktion zu gewährleisten, werden LEDs nach Leistungsklassen sortiert. Dies ermöglicht es Entwicklern, Bauteile auszuwählen, die spezifische Spannungs-, Helligkeits- und Farbanforderungen erfüllen.

3.1 Durchlassspannungs-Binning (V_F)

LEDs werden basierend auf ihrem Durchlassspannungsabfall bei 20mA kategorisiert.

• Bin D8: V_F= 2,6V bis 2,9V
• Bin D9: V_F= 2,9V bis 3,2V
• Toleranz innerhalb jedes Bins beträgt ±0,10V.

3.2 Lichtstärke-Binning (I_V)

LEDs werden nach ihrer optischen Ausgangsleistung sortiert.

• Bin X1: I_V= 1500,0 mcd bis 2100,0 mcd
• Bin X2: I_V= 2100,0 mcd bis 2900,0 mcd
• Toleranz innerhalb jedes Bins beträgt ±11%.

3.3 Farb-Binning (Farbart)

Dies ist das kritischste Binning für Farbkonstanz. LEDs werden in spezifische Vierecke im CIE-Farbtafeldiagramm sortiert, die durch vier (x, y)-Koordinatenpunkte definiert sind.

• Definierte Bins:Y2, W1, X1, W2. Jeder Bincode repräsentiert eine spezifische Region im Farbdiagramm.
• Der typische Farbort (0,3100, 0,3100) liegt innerhalb dieser definierten Regionen.
• Toleranz für jeden Farbton-Bin (x, y-Koordinate) beträgt ±0,01.

Dieses mehrdimensionale Binning (V_F, I_V, Farbe) stellt sicher, dass LEDs aus derselben Produktionscharge eng übereinstimmende elektrische und optische Eigenschaften aufweisen, was für Anwendungen mit einheitlichem Erscheinungsbild, wie Hintergrundbeleuchtungs-Arrays oder Statusanzeigegruppen, wesentlich ist.

4. Analyse der Kennlinien

Während im Datenblatt auf spezifische grafische Kurven verwiesen wird, sind deren Implikationen Standard.

• Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kennlinie):Diese Kurve ist exponentiell. Der spezifizierte V_F-Wert bei 20mA ist der Arbeitspunkt. Geringe Spannungsanstiege führen zu großen Stromanstiegen, was eine strombegrenzende Schaltung (z.B. einen Vorwiderstand oder Konstantstromtreiber) erfordert, um thermisches Durchgehen zu verhindern.
• Lichtstärke vs. Durchlassstrom:Die Lichtausbeute ist im Betriebsbereich im Allgemeinen proportional zum Durchlassstrom. Die Effizienz kann jedoch bei sehr hohen Strömen aufgrund erhöhter Wärmeentwicklung abfallen.
• Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Die LED-Lichtausbeute nimmt typischerweise mit steigender Sperrschichttemperatur ab. Der Betrieb an der oberen Grenze des Temperaturbereichs (85°C) führt zu einer geringeren Lichtstärke als bei 25°C. Diese Entlastung muss im thermischen Design berücksichtigt werden.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Das Bauteil entspricht dem EIA-Standard 0201-Gehäuse. Wichtige Abmessungen (in Millimetern) sind:

• Gehäuselänge: 0,6 mm (Toleranz ±0,2 mm)
• Gehäusebreite: 0,3 mm (Toleranz ±0,2 mm)
• Gehäusehöhe: 0,3 mm (Toleranz ±0,2 mm)

Die Linsenfarbe ist gelb, die das abgegebene weiße Licht filtert, um den endgültigen Farbort zu erreichen. Die Kathode ist typischerweise durch eine Markierung oder eine spezifische Pad-Geometrie auf dem Trägerband und der Rolle gekennzeichnet.

5.2 Empfohlenes PCB-Land Pattern

Ein vorgeschlagenes Lötpad-Layout für Infrarot- oder Dampfphasen-Reflow-Löten wird bereitgestellt. Dieses Muster ist darauf ausgelegt, eine zuverlässige Lötstellenbildung, eine korrekte Selbstausrichtung während des Reflow und ausreichende mechanische Festigkeit zu gewährleisten. Die Einhaltung des empfohlenen Land Patterns ist entscheidend, um Tombstoning (Bauteil stellt sich auf) oder schlechte Lötstellen zu verhindern, insbesondere bei solchen Miniaturbauteilen.

6. Löt- und Bestückungsanleitung

6.1 IR-Reflow-Lötprofil

Die Komponente ist mit bleifreien IR-Reflow-Prozessen gemäß J-STD-020B kompatibel. Ein generisches Profil wird vorgeschlagen:

• Vorwärmen:150-200°C für maximal 120 Sekunden, um die Temperatur langsam anzuheben und das Flussmittel zu aktivieren.
• Spitzentemperatur:Maximal 260°C. Die Zeit oberhalb der Liquidustemperatur (typisch ~217°C für bleifreies Lot) sollte kontrolliert werden.
• Gesamtlötzeit:Maximal 10 Sekunden bei Spitzentemperatur, wobei maximal zwei Reflow-Zyklen erlaubt sind.

Hinweis:Das optimale Profil hängt von der spezifischen PCB-Bestückung (Platinendicke, Schichtzahl, andere Komponenten, Lotpaste) ab. Das bereitgestellte Profil ist ein Zielwert; eine Prozesscharakterisierung ist erforderlich.

6.2 Handlöten (falls erforderlich)

Wenn manuelle Nacharbeit erforderlich ist, ist äußerste Vorsicht geboten:

• Lötkolbentemperatur:Maximal 300°C.
• Kontaktzeit:Maximal 3 Sekunden pro Lötstelle.
• Begrenzung:Nur ein Lötzyklus. Die thermische Masse ist sehr gering, was es anfällig für Überhitzung macht.

6.3 Reinigung

Wenn eine Nachlötreinigung erforderlich ist, sollten nur spezifizierte Lösungsmittel verwendet werden, um das Kunststoffgehäuse oder die Linse nicht zu beschädigen.

• Empfohlen:Ethylalkohol oder Isopropylalkohol.
• Prozess:Bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute eintauchen. Ultraschallreinigung nicht verwenden, es sei denn, sie wurde als sicher für das Gehäuse verifiziert.
• Vermeiden:Nicht spezifizierte oder aggressive chemische Reiniger.

7. Verpackung und Handhabung

7.1 Trägerband- und Rollenspezifikationen

Die Komponenten werden in industrieüblicher geprägter Trägerbandverpackung für die automatisierte Handhabung geliefert.

• Rollendurchmesser:7 Zoll (178 mm).
• Bandbreite:12 mm.
• Menge pro Rolle:4000 Stück (volle Rolle).
• Mindestbestellmenge (MOQ):500 Stück für Teilrollen.
• Die Verpackung entspricht den ANSI/EIA-481-Spezifikationen. Das Band hat einen Deckel zum Schutz der Komponenten.

7.2 Feuchtigkeitsempfindlichkeit und Lagerung

Das Kunststoffgehäuse ist feuchtigkeitsempfindlich (MSL).

• Verschweißter Beutel (mit Trockenmittel):Lagern bei ≤30°C und ≤70% r.F. Die Haltbarkeit beträgt ein Jahr ab dem Versiegelungsdatum des Beutels.
• Nach dem Öffnen des Beutels:Die \"Floor Life\" (Bodenlebensdauer) beginnt. Lagern bei ≤30°C und ≤60% r.F.
• Kritische Zeitgrenze:Die Komponenten müssen innerhalb von168 Stunden (7 Tagen)nach der Exposition unter normalen Fabrikbedingungen nach dem Öffnen des Beutels dem IR-Reflow-Löten unterzogen werden.
• Erweiterte Lagerung (geöffnet):In einem verschlossenen Behälter mit Trockenmittel oder in einem Stickstoff-Exsikkator lagern.
• Überschrittene Floor Life:Wenn Komponenten länger als 168 Stunden exponiert waren, müssen sie vor dem Löten bei etwa 60°C für mindestens 48 Stunden getrocknet (gebrannt) werden, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und \"Popcorning\" (Gehäuserissbildung während des Reflow) zu verhindern.

8. Anwendungsrichtlinien und Designüberlegungen

8.1 Treiberschaltungsauslegung

Aufgrund der exponentiellen I-V-Kennlinie ist ein einfacher Vorwiderstand die gebräuchlichste Ansteuerungsmethode für Indikatoranwendungen. Der Widerstandswert (R_series) wird berechnet als: R_series= (V_supply- V_F) / I_F. Verwenden Sie den maximalen V_F-Wert aus dem Datenblatt (3,2V), um sicherzustellen, dass der Strom selbst bei einem Bauteil mit niedrigem V_F-Wert 20mA nicht überschreitet. Für Anwendungen, die konstante Helligkeit erfordern oder mehrere LEDs in Reihe schalten, wird ein Konstantstromtreiber empfohlen.

8.2 Thermomanagement

Obwohl die Verlustleistung gering ist (max. 96mW), hat das winzige Gehäuse eine begrenzte Fähigkeit, Wärme abzugeben. Sorgen Sie für ausreichende Kupferfläche auf der Leiterplatte, die mit den thermischen Pads (falls vorhanden) oder den Lötstellen verbunden ist, um als Kühlkörper zu dienen. Vermeiden Sie den Betrieb am absoluten Maximalstrom (30mA DC) bei hohen Umgebungstemperaturen ohne thermische Analyse.

8.3 Optische Integration

Der breite Abstrahlwinkel von 110° macht diese LED geeignet für die Beleuchtung kleiner Bereiche oder Lichtleiter. Für eine optimale Lichteinkopplung in einen Lichtleiter sollten das Abstrahlverhalten der LED und der Akzeptanzwinkel des Leiters berücksichtigt werden. Die gelbe Linse fungiert als eingebauter Diffusor/Farbfilter.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Kann ich diese LED direkt von einem 5V- oder 3,3V-Logikausgang ansteuern?

A: Nein. Sie müssen einen Vorwiderstand zur Strombegrenzung verwenden. Ein direkter Anschluss an 5V würde katastrophalen Überstrom verursachen. Für eine 5V-Versorgung und einen Zielstrom von 20mA, unter Verwendung des maximalen V_F-Werts von 3,2V, ergibt sich R = (5V - 3,2V) / 0,02A = 90Ω (verwenden Sie einen Standard-91Ω- oder 100Ω-Widerstand).

F: Warum ist das Farb-Binning so wichtig?

A: Das menschliche Auge ist sehr empfindlich gegenüber geringen Unterschieden im Weißpunkt, insbesondere wenn mehrere LEDs nebeneinander betrachtet werden. Die Verwendung von LEDs aus verschiedenen Farb-Bins kann in einem Array zu einem sichtbar fleckigen oder ungleichmäßigen Erscheinungsbild führen.

F: Was passiert, wenn ich die 168-Stunden-Floor Life vor dem Löten überschreite?

A: Die aufgenommene Feuchtigkeit kann sich während der schnellen Erwärmung beim Reflow in Dampf verwandeln und möglicherweise interne Delamination oder Risse im Kunststoffgehäuse (\"Popcorning\") verursachen, was zu sofortigem oder latentem Ausfall führt. Ein Trocknungsprozess (Baking) ist zwingend erforderlich, um diese Feuchtigkeit auszutreiben.

F: Ist diese LED für Outdoor- oder Automotive-Anwendungen geeignet?

A: Der Betriebstemperaturbereich (-40°C bis +85°C) deckt viele Umgebungen ab. Das Datenblatt spezifiziert jedoch, dass sie für \"gewöhnliche elektronische Geräte\" ist. Für Anwendungen mit hohen Zuverlässigkeitsanforderungen, extremen Umgebungsbelastungen (UV, Feuchtigkeit, Temperaturzyklen) oder sicherheitskritischen Funktionen (Automotive, Medizin, Luftfahrt) sind eine Konsultation mit dem Hersteller und zusätzliche Qualifizierungstests unerlässlich. Diese Standard-LED für den kommerziellen Bereich verfügt möglicherweise nicht über die notwendigen Zuverlässigkeitszertifizierungen für solche Anwendungen.

10. Design- und Anwendungsbeispiel

Szenario: Statusanzeige auf einem tragbaren Bluetooth-Modul

Ein Entwickler erstellt ein kompaktes Bluetooth-Audiomodul. Der Platz auf der Leiterplatte ist extrem begrenzt. Er benötigt eine kleine, stromsparende LED, um den Status \"Eingeschaltet\" und \"Kopplung\" anzuzeigen.

• Bauteilauswahl:Diese 0201-LED wird aufgrund ihres minimalen Platzbedarfs (0,6x0,3mm) ausgewählt.
• Schaltungsauslegung:Das Modul wird mit einem 3,7V-Li-Ionen-Akku betrieben. Ein GPIO-Pin des Mikrocontrollers, der 20mA liefern kann, steuert die LED an. Ein Vorwiderstand wird berechnet: R = (3,7V - 2,9V_typ) / 0,02A = 40Ω. Ein 39Ω-Widerstand wird gewählt, was einem Strom von ~20,5mA entspricht, der innerhalb der Spezifikation liegt.
• PCB-Layout:Das empfohlene Land Pattern wird verwendet. Kleine thermische Entlastungsanschlüsse werden an den Pads verwendet, um das Löten zu erleichtern, aber eine gewisse thermische Verbindung zu einer Massefläche zur Wärmeableitung beizubehalten.
• Bestückung:Die vollständige Leiterplattenbestückung verwendet bleifreie Lotpaste und folgt dem JEDEC-Reflow-Profil. Die LEDs bleiben bis zur Fertigstellung der Produktionslinie in ihrem versiegelten Beutel, um sicherzustellen, dass die Floor Life nicht überschritten wird.
• Ergebnis:Eine zuverlässige, helle Statusanzeige, die minimalen Leiterplattenplatz und Leistung verbraucht und alle Designanforderungen erfüllt.

11. Einführung in das technische Prinzip

Eine LED ist eine Halbleiterdiode. Wenn eine Durchlassspannung an ihren Anschlüssen angelegt wird (Anode positiv gegenüber Kathode), rekombinieren Elektronen aus dem n-Halbleitermaterial mit Löchern aus dem p-Material im aktiven Bereich. Diese Rekombination setzt Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Wellenlänge (Farbe) des Lichts wird durch die Bandlücke der verwendeten Halbleitermaterialien bestimmt.

Eine \"weiße\" LED, wie in dieser Komponente, wird typischerweise mit einem blauen oder ultravioletten LED-Chip erzeugt, der mit einer Phosphorschicht beschichtet ist. Das Primärlicht des Chips regt den Phosphor an, der dann Licht über ein breiteres Spektrum wieder emittiert, was zusammen weißes Licht erzeugt. Die gelbe Linse modifiziert diese Ausgabe weiter, um die spezifizierten Farbartkoordinaten im Weißlichtspektrum zu erreichen.

12. Branchentrends und Kontext

Das 0201-Gehäuse repräsentiert den anhaltenden Trend in der Elektronik hin zu Miniaturisierung und erhöhter Funktionsdichte auf Leiterplatten. Da Verbrauchergeräte wie Smartphones, Wearables und IoT-Sensoren kleiner werden, wächst die Nachfrage nach ultrasmall passiven und aktiven Bauteilen.

Wichtige Trends, die solche Komponenten beeinflussen, sind:

• Fortschrittliche Verpackung:Verbesserung der thermischen Leistung und Zuverlässigkeit bei immer kleineren Abmessungen.
• Höhere Effizienz:Lieferung von mehr Lichtausbeute (Lumen) pro Einheit elektrischer Eingangsleistung (Watt), Reduzierung des Energieverbrauchs und der Wärmeentwicklung.
• Engeres Binning:Da Display- und Beleuchtungsanwendungen eine höhere Farbgleichmäßigkeit erfordern, werden die Toleranzen für Farbart- und Helligkeits-Bins weiter verschärft.
• Automatisierungskompatibilität:Bauteile müssen für schnelle, hochpräzise Bestückungsautomaten ausgelegt sein, wobei eine zuverlässige Trägerband- und Rollenverpackung ein kritischer Teil der Lieferkette ist.

Diese Komponente ist Teil dieses Ökosystems und ermöglicht kompakte Designs, während sie die notwendigen Leistungsparameter für eine breite Palette von Indikator- und Beleuchtungsanwendungen mit geringer Intensität bietet.