SMD LED Gelb AlInGaP Chip Datenblatt - 2.0x1.25x1.1mm - 2.4V - 62.5mW - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt detailliert die Spezifikationen einer Oberflächenmontage (SMD) LED-Lampe, die einen ultrahellen Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP) Chip zur Erzeugung von gelbem Licht nutzt. Das Bauteil ist in einem kompakten, industrieüblichen Gehäuse untergebracht, das für automatisierte Leiterplattenbestückungsprozesse, einschließlich Infrarot-Reflow-Löten, konzipiert ist. Seine geringe Größe macht es für platzbeschränkte Anwendungen in verschiedenen elektronischen Bereichen geeignet.

1.1 Kernvorteile und Merkmale

Die LED bietet mehrere Schlüsselmerkmale, die ihre Nutzbarkeit und Zuverlässigkeit in der modernen Elektronikfertigung verbessern:

• RoHS-Konformität:Das Bauteil wird hergestellt, um die Richtlinien zur Beschränkung gefährlicher Stoffe einzuhalten, und gewährleistet so Umweltsicherheit.
• Hochheller AlInGaP-Chip:Dieses Halbleitermaterial ermöglicht eine effiziente gelbe Lichtemission mit guter Lichtstärke.
• Automatisierungsfreundliche Verpackung:Geliefert auf 8-mm-Tape, aufgewickelt auf 7-Zoll-Durchmesser-Spulen, kompatibel mit Hochgeschwindigkeits-Bestückungsautomaten.
• Standardisierte Bestückungsfläche:Entspricht den EIA (Electronic Industries Alliance) Gehäusestandards und gewährleistet Design-Interoperabilität.
• Integrierte Schaltungskompatibilität:Kann direkt von Standard-Logikpegel-Ausgängen angesteuert werden.
• Reflow-lötbar:Hält den standardmäßigen Infrarot (IR) Reflow-Lötprofilen stand, die in Oberflächenmontage (SMT) Fertigungslinien verwendet werden.

1.2 Zielanwendungen und Märkte

Diese Komponente ist für eine breite Palette von Anzeige- und Hintergrundbeleuchtungsfunktionen in elektronischen Geräten konzipiert. Hauptanwendungsbereiche sind:

• Telekommunikationsgeräte:Statusanzeigen in schnurlosen Telefonen, Mobiltelefonen und Netzwerkhardware.
• Computer- und Büroautomatisierung:Hintergrundbeleuchtung für Tastaturen und Keypads in Notebooks, Statusleuchten an Peripheriegeräten.
• Konsum- und Haushaltsgeräte:Strom-, Modus- oder Funktionsanzeigen.
• Industrieanlagen:Pultanzeigen für Maschinen und Steuerungssysteme.
• Display- und Beschilderung:Mikrodisplays und symbolische Leuchten, bei denen eine kompakte gelbe Lichtquelle benötigt wird.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte Aufschlüsselung der absoluten Grenzwerte und Betriebseigenschaften des Bauteils. Alle Parameter sind, sofern nicht anders angegeben, bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C spezifiziert.

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb bei oder nahe diesen Grenzen wird für zuverlässige Leistung nicht empfohlen.

• Verlustleistung (Pd):62,5 mW. Dies ist die maximale Leistung, die das Gehäuse als Wärme abführen kann.
• Dauer-Vorwärtsstrom (IF):25 mA Gleichstrom. Der maximale stationäre Strom für zuverlässigen Betrieb.
• Spitzen-Vorwärtsstrom:60 mA, nur unter gepulsten Bedingungen zulässig (1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Pulsbreite), um transiente Überspannungen zu bewältigen.
• Sperrspannung (VR):5 V. Das Überschreiten dieser Spannung in Sperrrichtung kann zum Durchbruch der Sperrschicht führen.
• Betriebstemperaturbereich:-30°C bis +85°C. Der Umgebungstemperaturbereich für den normalen Betrieb des Bauteils.
• Lagertemperaturbereich:-40°C bis +85°C. Der sichere Temperaturbereich für das Bauteil im stromlosen Zustand.
• Löttemperatur:Hält 260°C für 10 Sekunden während des Reflow-Lötens (bleifreier Prozess) stand.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Dies sind die typischen Leistungsparameter, gemessen unter festgelegten Testbedingungen (IF = 20mA, Ta = 25°C).

• Lichtstärke (Iv):Liegt im Bereich von 28,0 bis 180,0 Millicandela (mcd). Der tatsächliche Wert hängt vom spezifischen Bin-Code ab (siehe Abschnitt 3). Gemessen mit einem Sensor, der auf die CIE photopische Augenempfindlichkeitskurve gefiltert ist.
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):130 Grad. Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte des auf der Achse gemessenen Wertes abfällt, was auf einen breiten Abstrahlkegel hinweist.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λP):588 nm. Die Wellenlänge am höchsten Punkt des emittierten Lichtspektrums.
• Dominante Wellenlänge (λd):Liegt im Bereich von 584,5 nm bis 597,0 nm. Dies ist die einzelne Wellenlänge, die das menschliche Auge als Farbe (gelb) wahrnimmt, abgeleitet aus dem CIE-Farbdiagramm. Der spezifische Wert wird gebinnt.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):15 nm. Die Breite des Emissionsspektrums bei halber maximaler Intensität, ein Indikator für die Farbreinheit.
• Durchlassspannung (VF):Zwischen 1,8V und 2,4V bei 20mA. Der Spannungsabfall über der LED im leitenden Zustand.
• Sperrstrom (IR):Maximal 10 μA bei angelegter 5V-Sperrspannung.

2.3 Thermische Betrachtungen

Obwohl in den bereitgestellten Daten nicht explizit grafisch dargestellt, ist das thermische Management in den Grenzwerten implizit enthalten. Die Verlustleistungsgrenze von 62,5 mW und die maximale Betriebstemperatur von 85°C sind kritisch. Das Überschreiten des Pd-Grenzwertes erhöht die Sperrschichttemperatur, was zu beschleunigtem Lichtstromrückgang, einer Verschiebung der Durchlassspannung und letztlich zum Ausfall des Bauteils führen kann. Konstrukteure müssen für eine ausreichende Leiterplattenlayoutgestaltung und gegebenenfalls für thermische Entlastung sorgen, um die Sperrschichttemperatur während des Betriebs innerhalb sicherer Grenzen zu halten.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um Konsistenz in der Massenproduktion zu gewährleisten, werden LEDs basierend auf Schlüsselparametern in Bins sortiert. Dies ermöglicht es Konstrukteuren, Bauteile auszuwählen, die spezifische Anforderungen an Farbe, Helligkeit und elektrische Eigenschaften erfüllen.

3.1 Durchlassspannungs-Binning (Vf)

LEDs werden nach ihrem Durchlassspannungsabfall bei einem Prüfstrom von 20mA kategorisiert. Dies ist entscheidend für die Auslegung von strombegrenzenden Schaltungen und die Gewährleistung gleichmäßiger Helligkeit in Multi-LED-Arrays, die von einer Konstantspannungsquelle gespeist werden.

• Bin-Code F2:VF = 1,80V bis 2,10V (±0,1V Toleranz pro Bin).
• Bin-Code F3:VF = 2,10V bis 2,40V (±0,1V Toleranz pro Bin).

3.2 Lichtstärke-Binning (Iv)

Dieses Binning sortiert LEDs basierend auf ihrer Lichtausgangsintensität, gemessen in Millicandela (mcd) bei 20mA.

• Bin-Code N:28,0 - 45,0 mcd
• Bin-Code P:45,0 - 71,0 mcd
• Bin-Code Q:71,0 - 112,0 mcd
• Bin-Code R:112,0 - 180,0 mcd

Eine Toleranz von ±15% gilt für jeden Intensitäts-Bin.

3.3 Farbton-Binning (Dominante Wellenlänge)

Diese Klassifizierung gewährleistet Farbkonsistenz, indem LEDs nach ihrer dominanten Wellenlänge sortiert werden, die den wahrgenommenen Gelbton definiert.

• Bin-Code H:584,5 - 587,0 nm
• Bin-Code J:587,0 - 589,5 nm
• Bin-Code K:589,5 - 592,0 nm
• Bin-Code L:592,0 - 594,5 nm
• Bin-Code M:594,5 - 597,0 nm

Eine enge Toleranz von ±1nm wird für jeden Wellenlängen-Bin eingehalten.

4. Analyse der Leistungskurven

Während im Dokument auf spezifische grafische Daten verwiesen wird, geben typische Kurven für ein solches Bauteil wesentliche Einblicke in sein Verhalten unter variierenden Bedingungen.

4.1 Strom-Spannungs-Kennlinie (I-V)

Die I-V-Kurve einer AlInGaP-LED ist nichtlinear, ähnlich einer Standarddiode. Unterhalb der Durchlassspannung (VF) fließt sehr wenig Strom. Sobald VF erreicht ist, steigt der Strom bei einer kleinen Spannungserhöhung rapide an. Dies unterstreicht die Bedeutung, LEDs mit einer Konstantstromquelle und nicht mit einer Konstantspannung anzusteuern, um thermisches Durchgehen zu verhindern und eine stabile Lichtausgabe zu gewährleisten. Der typische VF-Bereich von 1,8V bis 2,4V bei 20mA ist ein Schlüsselparameter für die Treiberschaltung.

4.2 Lichtstärke vs. Vorwärtsstrom

Die Lichtausgabe (Lichtstärke) ist über einen signifikanten Bereich annähernd proportional zum Vorwärtsstrom. Die Effizienz (Lumen pro Watt) kann jedoch bei einem bestimmten Strom ihren Höhepunkt erreichen und dann bei höheren Strömen aufgrund zunehmender thermischer Effekte und des Droop-Effekts abnehmen. Der Betrieb bei oder unterhalb des empfohlenen 20mA-Prüfstroms gewährleistet optimale Effizienz und Langlebigkeit.

4.3 Temperaturabhängigkeit

Die LED-Leistung ist temperaturabhängig. Mit steigender Sperrschichttemperatur:

• Durchlassspannung (VF):Nimmt ab. Dies kann die Stromregelung in einfachen, widerstandsbegrenzten Schaltungen beeinflussen.
• Lichtstärke (Iv):Nimmt ab. Die Lichtausgabe sinkt mit steigender Temperatur.
• Dominante Wellenlänge (λd):Kann sich leicht verschieben, was möglicherweise eine subtile Farbänderung verursacht.

Diese Effekte verdeutlichen die Notwendigkeit eines guten thermischen Designs, insbesondere bei Hochleistungs- oder Hochtemperaturanwendungen.

4.4 Spektrale Verteilung

Das Emissionsspektrum ist durch ein Maximum bei 588 nm (gelb) mit einer relativ schmalen Halbwertsbreite von 15 nm gekennzeichnet. Dies deutet auf eine gute Farbsättigung hin. Die dominante Wellenlänge (λd), die die wahrgenommene Farbe definiert, wird sorgfältig gebinnt, um visuelle Konsistenz zwischen verschiedenen Produktionschargen sicherzustellen.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Bauteilabmessungen und Polarität

Das LED-Gehäuse hat Nennabmessungen. Die Kathode ist typischerweise durch einen grünlichen Farbton auf der entsprechenden Seite des Bauteils oder eine Kerbe im Gehäuse gekennzeichnet. Während der Montage muss die korrekte Polarität beachtet werden, um die ordnungsgemäße Funktion sicherzustellen. Die Linse ist wasserklar, sodass das native gelbe Licht des AlInGaP-Chips ohne Farbfilterung emittiert wird.

5.2 Empfohlenes Lötflächenlayout für die Leiterplatte

Ein empfohlenes Land Pattern (Bestückungsfläche) für die Leiterplatte wird bereitgestellt, um zuverlässiges Löten zu gewährleisten. Dieses Muster umfasst angemessene Pad-Größen und Abstände, um einen guten Lötfillet zu erreichen, mechanische Stabilität sicherzustellen und ein korrektes Reflow-Löten zu ermöglichen. Die Einhaltung dieses empfohlenen Layouts hilft, Tombstoning (Bauteil stellt sich auf einer Seite auf) und andere Lötfehler zu verhindern.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Parameter für Infrarot-Reflow-Löten

Das Bauteil ist mit bleifreien (Pb-free) Infrarot-Reflow-Lötprozessen kompatibel. Ein vorgeschlagenes Profil ist entscheidend für eine erfolgreiche Montage ohne Beschädigung der LED.

• Vorwärmzone:150°C bis 200°C.
• Vorwärmzeit:Maximal 120 Sekunden, um die Temperatur allmählich zu erhöhen und das Flussmittel zu aktivieren.
• Spitzentemperatur:Maximal 260°C. Das Bauteil kann diese Temperatur für eine begrenzte Zeit aushalten.
• Zeit oberhalb der Liquidus-Temperatur (bei Spitze):Maximal 10 Sekunden. Das Bauteil sollte nicht länger als diese Dauer der Spitzentemperatur ausgesetzt werden, und das Reflow-Löten sollte nicht mehr als zweimal durchgeführt werden.

Diese Parameter entsprechen JEDEC-Standards. Das tatsächliche Profil muss für die spezifische Leiterplattenbestückung charakterisiert werden, unter Berücksichtigung von Platinendicke, Bauteildichte und Lotpastenspezifikationen.

6.2 Handlöten (falls erforderlich)

Bei manuellen Reparaturen ist äußerste Vorsicht geboten:

• Lötkolbentemperatur:Maximal 300°C.
• Lötzeit:Maximal 3 Sekunden pro Lötstelle.
• Häufigkeit:Handlöten sollte nur einmal durchgeführt werden, um thermische Belastung zu minimieren.

6.3 Reinigung

Wenn eine Nachlötreinigung erforderlich ist, sollten nur spezifizierte Lösungsmittel verwendet werden, um das Kunststoffgehäuse nicht zu beschädigen. Empfohlene Mittel sind Ethylalkohol oder Isopropylalkohol. Die LED sollte bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute eingetaucht werden. Nicht spezifizierte chemische Flüssigkeiten dürfen nicht verwendet werden.

6.4 Lager- und Handhabungsbedingungen

Empfindlichkeit gegenüber elektrostatischer Entladung (ESD):Obwohl nicht explizit als hochsensibel eingestuft, ist Vorsicht geboten. Die Handhabung mit einem geerdeten Handgelenkband oder antistatischen Handschuhen wird empfohlen. Alle Geräte und Arbeitsplätze müssen ordnungsgemäß geerdet sein, um Schäden durch statische Elektrizität oder Überspannungen zu verhindern.

Feuchtigkeitsempfindlichkeit:Das Bauteil hat eine Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe (MSL). Für Verpackungen, die geöffnet und der Umgebungsfeuchtigkeit ausgesetzt wurden:

• Reflow sollte innerhalb einer Woche abgeschlossen sein (indikativ für MSL 3).
• Für eine Lagerung über eine Woche hinaus sollten die Bauteile in einem versiegelten Behälter mit Trockenmittel oder in einer Stickstoffumgebung aufbewahrt werden.
• Wenn sie länger als eine Woche außerhalb der Originalverpackung gelagert wurden, ist vor dem Löten ein Ausheizen bei etwa 60°C für mindestens 20 Stunden erforderlich, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und ein \"Popcorning\" während des Reflow-Lötens zu verhindern.
• Ungeöffnete, feuchtigkeitsdichte Beutel mit Trockenmittel haben bei Lagerung bei ≤30°C und ≤90% relativer Luftfeuchtigkeit eine Haltbarkeit von einem Jahr.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Tape-and-Reel-Spezifikationen

Die LEDs werden in einem für die automatisierte Montage optimierten Verpackungsformat geliefert:

• Tape-Breite:8 mm.
• Spulendurchmesser:7 Zoll (178 mm).
• Menge pro Spule:3000 Stück.
• Mindestbestellmenge:500 Stück für Restmengen.
• Taschenversiegelung:Leere Bauteiltaschen sind mit Deckband versiegelt.
• Fehlende Bauteile:Gemäß Spezifikation sind maximal zwei aufeinanderfolgende fehlende LEDs zulässig.
• Standard:Die Verpackung entspricht den ANSI/EIA-481-Spezifikationen.

8. Anwendungsdesign-Empfehlungen

8.1 Schaltungsdesign-Überlegungen

Strombegrenzung:Eine LED ist ein stromgesteuertes Bauteil. Ein serieller strombegrenzender Widerstand oder eine spezielle Konstantstrom-Treiberschaltung ist zwingend erforderlich, wenn sie an eine Spannungsquelle angeschlossen wird. Der Widerstandswert kann mit dem Ohmschen Gesetz berechnet werden: R = (Vquelle - VF) / IF, wobei VF die Durchlassspannung ist (für Sicherheit den Maximalwert aus dem Bin verwenden) und IF der gewünschte Vorwärtsstrom ist (z.B. 20mA).

Parallelschaltungen:Das direkte Parallelschalten mehrerer LEDs an eine einzelne Stromquelle wird aufgrund von Schwankungen der Durchlassspannung (Vf-Binning) im Allgemeinen nicht empfohlen. Geringe Unterschiede in Vf können dazu führen, dass eine LED deutlich mehr Strom zieht als andere, was zu ungleichmäßiger Helligkeit und potenzieller Überlastung führt. Eine Reihenschaltung oder individuelle Stromregelung für jede LED ist vorzuziehen.

Sperrspannungsschutz:Obwohl die LED bis zu 5V in Sperrrichtung tolerieren kann, ist es gute Praxis, sie keiner Sperrspannung auszusetzen. In Wechselstrom- oder bipolaren Schaltungen kann eine parallel geschaltete Schutzdiode (in Sperrrichtung zur LED) erforderlich sein.

8.2 Thermomanagement in der Anwendung

Für Anwendungen, die bei hohen Umgebungstemperaturen oder Strömen nahe dem Maximalwert betrieben werden, sollten folgende Punkte berücksichtigt werden:

• Verwenden Sie eine Leiterplatte mit Wärmedurchkontaktierungen unter dem thermischen Pad der LED (falls vorhanden), um Wärme zu anderen Lagen oder einem Kühlkörper abzuleiten.
• Bieten Sie eine ausreichende Kupferfläche auf der Leiterplatte, die mit den Lötpads der LED verbunden ist, um als Kühlkörper zu dienen.
• Reduzieren Sie den maximalen Betriebsstrom, wenn die Umgebungstemperatur über 25°C steigt, um die Sperrschichttemperatur innerhalb der Grenzen zu halten.

8.3 Optische Integration

Der breite Abstrahlwinkel von 130 Grad macht diese LED für Anwendungen geeignet, die eine große Sichtbarkeit erfordern. Für fokussiertes oder gerichtetes Licht können externe Linsen oder Lichtleiter eingesetzt werden. Die wasserklare Linse gewährleistet eine minimale Absorption des emittierten gelben Lichts.

9. Zuverlässigkeit und Anwendungsbereichshaftungsausschluss

Das Bauteil ist für den Einsatz in Standard-Handels- und Industrie-Elektronikgeräten bestimmt, einschließlich Büro-, Kommunikations- und Haushaltsgeräten. Für Anwendungen, die außergewöhnliche Zuverlässigkeit erfordern, bei denen ein Ausfall Sicherheit, Gesundheit oder Leben gefährden könnte – wie in der Luftfahrt, im Transportwesen, in medizinischen oder kritischen Sicherheitssystemen – sind eine spezifische Beratung und Qualifizierung mit dem Komponentenhersteller vor der Integration in das Design unerlässlich. Die Standard-Produktspezifikationen sind für solche Hochzuverlässigkeitsanwendungen möglicherweise nicht ausreichend.