SMD LED Gelb 595nm Datenblatt - EIA-Gehäuse - 30mA - 75mW - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt detailliert die Spezifikationen einer hochleistungsfähigen, oberflächenmontierbaren gelben LED. Das Bauteil nutzt eine Ultra-Helle AlInGaP-Chip-Technologie und bietet hohe Lichtstärke in einem kompakten, industrieüblichen Gehäuse. Es ist für die Kompatibilität mit automatisierten Bestückungsprozessen, einschließlich Infrarot-Reflow-Lötung, ausgelegt und somit für Hochvolumen-Fertigungsumgebungen geeignet. Das Produkt entspricht der RoHS-Richtlinie und wird als "grünes Produkt" klassifiziert.

2. Detaillierte technische Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Die Betriebsgrenzen des Bauteils sind bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C definiert. Das Überschreiten dieser Werte kann zu dauerhaften Schäden führen.

• Verlustleistung (Pd):75 mW. Dies ist die maximale Leistung, die die LED als Wärme abführen kann.
• Spitzen-Strom (I_F(PEAK)):80 mA. Dies ist nur unter gepulsten Bedingungen zulässig (1/10 Tastverhältnis, 0,1ms Pulsbreite), um Überhitzung zu vermeiden.
• Dauer-Strom (I_F):30 mA DC. Dies ist der empfohlene maximale Strom für Dauerbetrieb.
• Derating:Der maximale Durchlassstrom muss oberhalb von 50°C Umgebungstemperatur linear um 0,4 mA pro Grad Celsius reduziert werden, um die Zuverlässigkeit zu gewährleisten.
• Sperrspannung (V_R):5 V. Das Anlegen einer höheren Sperrspannung kann den Halbleiterübergang der LED beschädigen.
• Betriebs- & Lagertemperaturbereich:-55°C bis +85°C.
• Infrarot-Lötbedingung:Hält einer Spitzentemperatur von 260°C für 5 Sekunden stand, kompatibel mit bleifreien (Pb-free) Prozessen.

2.2 Elektrische & Optische Kenngrößen

Die wichtigsten Leistungsparameter werden bei Ta=25°C und einem Durchlassstrom (I_F) von 20 mA gemessen, sofern nicht anders angegeben.

• Lichtstärke (I_V):Reicht von einem Minimum von 18,0 mcd bis zu einem typischen Wert von 50,0 mcd. Dies ist die wahrgenommene Helligkeit, gemessen durch einen Sensor, der auf die photopische Hellempfindlichkeitskurve (CIE-Kurve) des menschlichen Auges gefiltert ist.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):130 Grad. Dieser weite Abstrahlwinkel zeigt an, dass die LED Licht über einen großen Bereich abgibt, wobei die Halbwertspunkte 65 Grad von der Mittelachse entfernt liegen.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_P):595 nm. Dies ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsabgabe am höchsten ist.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):592 nm. Dies ist die einzelne Wellenlänge, die die wahrgenommene Farbe der LED am besten repräsentiert, abgeleitet aus CIE-Farbwertberechnungen.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):16 nm. Dieser Parameter gibt die spektrale Reinheit an; ein kleinerer Wert bedeutet eine monochromatischere Lichtquelle.
• Durchlassspannung (V_F):Typischerweise 2,4 V, maximal 2,4 V bei 20 mA. Dies ist der Spannungsabfall über der LED, wenn sie Strom führt.
• Sperrstrom (I_R):Maximal 10 µA bei einer Sperrvorspannung von 5V.
• Kapazität (C):Typischerweise 40 pF gemessen bei 0V Vorspannung und 1 MHz Frequenz.

3. Erklärung des Binning-Systems

Die Lichtstärke der LEDs wird in Bins sortiert, um die Konsistenz innerhalb einer Produktionscharge sicherzustellen. Der Bin-Code definiert den minimalen und maximalen Intensitätsbereich.

• Bin-Code M:18,0 - 28,0 mcd
• 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

Auf jedes Intensitäts-Bin wird eine Toleranz von +/-15% angewendet. Dieses System ermöglicht es Konstrukteuren, LEDs mit vorhersagbaren Helligkeitsstufen für ihre Anwendung auszuwählen.

4. Analyse der Leistungskurven

Während spezifische Diagramme im Datenblatt referenziert werden (z.B. Abb.1, Abb.6), umfassen typische Kurven für solche Bauteile:

• I-V (Strom-Spannungs-) Kurve:Zeigt die exponentielle Beziehung zwischen Durchlassspannung und Strom. Die Kurve weist eine charakteristische "Knie"-Spannung von etwa 2,0-2,4V auf.
• Lichtstärke vs. Durchlassstrom:Die Intensität steigt mit dem Strom zunächst linear an, danach kann der Wirkungsgrad aufgrund von Erwärmung sinken.
• Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Die Intensität nimmt typischerweise mit steigender Umgebungstemperatur ab, bedingt durch verringerte interne Quanteneffizienz und erhöhte nicht-strahlende Rekombination.
• Spektrale Verteilung:Eine Darstellung der relativen Strahlungsleistung gegenüber der Wellenlänge, mit einem Maximum bei 595nm und einer Halbwertsbreite von 16nm, was die gelbe Lichtemission bestätigt.
• Abstrahlcharakteristik:Ein Polardiagramm, das die Winkelverteilung der Lichtintensität veranschaulicht und den vollen Abstrahlwinkel von 130 Grad bestätigt.

5. Mechanische & Verpackungsinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die LED ist in einem industrieüblichen EIA-Gehäuse untergebracht. Alle Abmessungen sind in Millimetern angegeben mit einer allgemeinen Toleranz von ±0,10 mm, sofern nicht anders spezifiziert. Das Gehäuse verfügt über eine wasserklare Linse.

5.2 Polaritätskennzeichnung & Lötflächen-Design

Das Datenblatt enthält einen empfohlenen Lötflächen-Entwurf, um eine ordnungsgemäße Lötstellenbildung und mechanische Stabilität während des Reflow-Prozesses sicherzustellen. Die Kathode ist typischerweise durch eine visuelle Markierung auf dem Gehäuse gekennzeichnet, wie z.B. eine Kerbe, eine grüne Markierung oder einen kürzeren Anschluss. Das empfohlene Lötflächen-Design hilft, "Tombstoning" zu verhindern und eine korrekte Ausrichtung zu gewährleisten.

6. Löt- & Bestückungsrichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil

Ein empfohlenes Infrarot (IR) Reflow-Profil für bleifreie (SnAgCu) Lötpastenprozesse wird bereitgestellt. Wichtige Parameter sind:

• Vorwärmen:Aufheizen auf 120-150°C.
• Einweich-/Vorwärmzeit:Maximal 120 Sekunden, um das Flussmittel zu aktivieren und die Leiterplattentemperatur auszugleichen.
• Spitzentemperatur:Maximal 240°C.
• Zeit oberhalb Liquidus:Eine spezifische Dauer (durch das Profil impliziert), um eine ordnungsgemäße Lötstellenbildung ohne Überhitzung des Bauteils sicherzustellen.
• Kritische Grenze:Die Bauteiltemperatur darf 260°C für nicht mehr als 5 Sekunden überschreiten.

6.2 Handlötung

Falls Handlötung notwendig ist:

• Die Lötspitzentemperatur sollte 300°C nicht überschreiten.
• Die Lötzeit pro Anschluss sollte auf maximal 3 Sekunden begrenzt werden.
• Dies sollte nur einmal durchgeführt werden, um thermische Belastung des Gehäuses zu vermeiden.

6.3 Reinigung

Es sollten nur spezifizierte Reinigungsmittel verwendet werden. Empfohlene Lösungsmittel sind Ethylalkohol oder Isopropylalkohol bei normaler Raumtemperatur. Die LED sollte weniger als eine Minute eingetaucht werden. Nicht spezifizierte Chemikalien können die Kunststofflinse oder das Gehäusematerial beschädigen.

6.4 Lagerbedingungen

• Empfohlene Lagerumgebung: ≤30°C und ≤70% relative Luftfeuchtigkeit.
• LEDs, die aus ihrer ursprünglichen Feuchtigkeitssperrverpackung entnommen wurden, sollten innerhalb von 672 Stunden (28 Tagen) reflow-gelötet werden, um Feuchtigkeitsaufnahme zu verhindern.
• Für eine längere Lagerung außerhalb des Originalbeutels sollte ein verschlossener Behälter mit Trockenmittel oder ein Stickstoff-Exsikkator verwendet werden.
• Bauteile, die länger als 672 Stunden außerhalb des Beutels gelagert wurden, erfordern eine Trocknungsvorbehandlung (ca. 60°C für mindestens 24 Stunden) vor dem Löten, um aufgenommene Feuchtigkeit auszutreiben und "Popcorning" während des Reflow zu verhindern.

7. Verpackungs- & Bestellinformationen

7.1 Spezifikationen für Band und Rolle

Die LEDs werden auf 8mm Trägerbändern auf 7-Zoll (178mm) Durchmesser Rollen geliefert, kompatibel mit standardmäßigen automatischen Bestückungsgeräten.

• Stück pro Rolle: 3000.
• Mindestbestellmenge (MOQ) für Restposten:500 Stück.
• Deckband:Leere Bauteiltaschen im Trägerband werden mit einem Deckband versiegelt.
• Fehlende Bauteile:Gemäß Rollenspezifikation sind maximal zwei aufeinanderfolgende fehlende LEDs ("Skips") zulässig.
• Die Verpackung entspricht dem ANSI/EIA 481-1-A-1994 Standard.

8. Anwendungsempfehlungen

8.1 Typische Anwendungsszenarien

Diese LED eignet sich für allgemeine Beleuchtungs- und Anzeigezwecke in gewöhnlichen elektronischen Geräten, einschließlich, aber nicht beschränkt auf:

• Statusanzeigen bei Unterhaltungselektronik (Fernseher, Router, Ladegeräte).
• Hintergrundbeleuchtung für Tasten, Schalter oder kleine Displays.
• Dekorative Beleuchtung in Haushaltsgeräten.
• Beschilderung und Anzeigeelemente.

Wichtiger Hinweis:Ohne vorherige Konsultation und Qualifizierung wird der Einsatz in sicherheitskritischen Anwendungen (z.B. Luftfahrt, medizinische Lebenserhaltung, Verkehrssteuerung) nicht empfohlen, da ein Ausfall Leben oder Gesundheit gefährden könnte.

8.2 Schaltungsentwurfs-Überlegungen

Ansteuerungsmethode:LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Um eine gleichmäßige Helligkeit beim parallelen Betrieb mehrerer LEDs sicherzustellen, wirddringend empfohlen, einen individuellen strombegrenzenden Widerstand in Reihe mit jeder LED zu verwenden (Schaltungsmodell A).

• Schaltungsmodell A (Empfohlen):Vcc → Widerstand → LED → GND. Dies kompensiert geringfügige Schwankungen in der Durchlassspannung (V_F) einzelner LEDs, stellt sicher, dass jede nahezu den gleichen Strom erhält und somit eine ähnliche Helligkeit abgibt.
• Schaltungsmodell B (Für Parallelschaltung nicht empfohlen):Das direkte Parallelschalten mehrerer LEDs an einen einzigen strombegrenzenden Widerstand (Vcc → Widerstand → [LED1 // LED2 // ...] → GND) wird nicht empfohlen. Kleine Unterschiede in V_Fkönnen zu erheblichen Stromungleichgewichten führen, wobei die LED mit der niedrigsten V_Fden Großteil des Stroms aufnimmt, heller erscheint und möglicherweise überlastet wird, während andere schwächer leuchten.

Der Widerstandswert (R) kann mit dem Ohmschen Gesetz berechnet werden: R = (V_versorgung- V_F) / I_F, wobei V_Fdie typische Durchlassspannung (z.B. 2,4V) und I_Fder gewünschte Betriebsstrom (z.B. 20mA) ist.

9. Schutz vor elektrostatischer Entladung (ESD)

Die LED ist empfindlich gegenüber elektrostatischer Entladung. ESD kann latente oder katastrophale Schäden verursachen, die Leistung beeinträchtigen oder sofortigen Ausfall bewirken.

Symptome von ESD-Schäden:Hoher Sperrstrom, ungewöhnlich niedrige Durchlassspannung (V_F) oder Ausfall der Lichtemission bei niedrigen Ansteuerströmen.

ESD-Präventionsmaßnahmen:

• Bedienpersonal sollte ein geerdetes Handgelenkband oder antistatische Handschuhe tragen.
• Alle Geräte, Arbeitsplätze und Lagerregale müssen ordnungsgemäß geerdet sein.
• Verwenden Sie einen Ionisator, um statische Aufladungen zu neutralisieren, die sich durch Handhabungsreibung auf der LED-Linse ansammeln können.
• Handhaben Sie Bauteile in einem ESD-geschützten Bereich (EPA).

Test auf ESD-Schäden:Überprüfen Sie die Lichtemission und messen Sie V_Fbei einem sehr niedrigen Strom (z.B. 0,1mA). Für dieses AlInGaP-Produkt sollte eine "gute" LED eine V_F> 1,4V bei 0,1mA aufweisen.

10. Technischer Vergleich & Differenzierung

Diese LED unterscheidet sich durch mehrere Schlüsselmerkmale:

• Chip-Technologie:Verwendet AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid), das für hohe Effizienz und Stabilität im roten, orangen, bernsteinfarbenen und gelben Farbspektrum bekannt ist, im Vergleich zu älteren Technologien wie GaAsP.
• Helligkeit:Bietet hohe Lichtstärke (bis zu 180 mcd im höchsten Bin) aus einem kleinen Gehäuse.
• Weiter Abstrahlwinkel:Der 130-Grad-Abstrahlwinkel bietet eine breite, gleichmäßige Ausleuchtung, ideal für Frontplattenanzeigen.
• Prozesskompatibilität:Vollständig kompatibel mit automatisierter SMT-Bestückung und bleifreier IR-Reflow-Lötung, was die Fertigungskomplexität und -kosten reduziert.
• Standardisierung:Das EIA-standardisierte Gehäuse-Footprint gewährleistet eine einfache Zweitbeschaffung und Design-Portabilität.

11. Häufig gestellte Fragen (FAQs)

F1: Was ist der Unterschied zwischen Spitzenwellenlänge (λ_P) und dominanter Wellenlänge (λ_d)?

A1: Die Spitzenwellenlänge ist der physikalische Punkt der höchsten spektralen Ausgangsleistung. Die dominante Wellenlänge ist ein berechneter Wert, der die wahrgenommene Farbe gemäß dem CIE-Farbwertdiagramm repräsentiert. Sie sind oft nahe beieinander, aber nicht identisch.

F2: Kann ich diese LED mit ihrem maximalen Spitzenstrom (80mA) kontinuierlich betreiben?

A2: Nein. Die 80mA-Angabe gilt nur für sehr kurze Pulse (0,1ms Breite) bei einem niedrigen Tastverhältnis (10%). Der Dauerbetrieb darf den DC-Durchlassstrom von 30mA nicht überschreiten, und dieser muss oberhalb von 50°C Umgebungstemperatur heruntergeregelt (derated) werden.

F3: Warum wird für jede parallel geschaltete LED ein eigener Reihenwiderstand benötigt?

A3: Er sorgt für eine Gegenkopplung, die den Strom stabilisiert. Wenn eine LED eine etwas niedrigere V_Fhat, erhöht sich der Spannungsabfall über ihrem Widerstand leicht, begrenzt den Stromanstieg und gleicht die Helligkeit über alle LEDs aus.

F4: Wie kritisch ist die 672-Stunden-Bodenlebensdauer nach dem Öffnen der Feuchtigkeitssperrbeutel?

A4: Sie ist sehr wichtig für die Prozesszuverlässigkeit. Aufgenommene Feuchtigkeit kann während des Reflow schnell verdampfen und zu innerer Delamination oder Rissen ("Popcorning") führen. Die Einhaltung dieser Richtlinie oder das Durchführen eines Trocknungszyklus ist für hohe Ausbeute essenziell.

12. Design-in Fallstudie

Szenario:Entwurf eines Bedienfelds mit 10 gelben Statusanzeigen. Die Systemversorgungsspannung beträgt 5V.

Entwurfsschritte:

1. Stromauswahl:Wählen Sie einen Ansteuerstrom. Für einen Kompromiss zwischen Helligkeit und Lebensdauer wird 20mA aus der Datenblatt-Testbedingung gewählt.
2. Schaltungstopologie:Um gleichmäßige Helligkeit zu gewährleisten, wird Schaltungsmodell A verwendet: ein Widerstand pro LED.
3. Widerstandsberechnung:Mit typischem V_F= 2,4V, V_versorgung= 5V, I_F= 0,020A.
   
   R = (5V - 2,4V) / 0,020A = 2,6V / 0,02A = 130 Ω.
   
   Der nächstgelegene Standard-5%-Widerstandswert ist 130 Ω oder 120 Ω. Die Verwendung von 120 Ω ergibt I_F≈ (5-2,4)/120 = 21,7mA, was akzeptabel ist.
4. Belastbarkeit des Widerstands:P = I²* R = (0,020)²* 120 = 0,048W. Ein Standard-1/8W (0,125W) oder 1/10W Widerstand ist mehr als ausreichend.
5. Layout:Befolgen Sie die empfohlenen Lötflächenabmessungen aus dem Datenblatt für optimale Lötstellen und mechanische Festigkeit.
6. Bestückung:Befolgen Sie das empfohlene IR-Reflow-Profil. Stellen Sie sicher, dass die Bauteile innerhalb der 672-Stunden-Bodenlebensdauer verwendet oder entsprechend getrocknet wurden.

13. Einführung in das Technologieprinzip

Diese LED basiert auf AlInGaP-Halbleitermaterial, das auf einem Substrat gewachsen wird. Bei Anlegen einer Durchlassspannung werden Elektronen und Löcher in die aktive Region injiziert, wo sie rekombinieren. In einem direkten Bandabstandshalbleiter wie AlInGaP setzt diese Rekombination oft Energie in Form von Photonen (Licht) frei – ein Prozess namens Elektrolumineszenz. Die spezifische Wellenlänge des emittierten Lichts (gelb, ~592-595nm) wird durch die Bandabstandsenergie der AlInGaP-Legierungszusammensetzung bestimmt. Die wasserklare Epoxidharzlinse verkapselt den Chip, bietet mechanischen Schutz und formt den Lichtausgangsstrahl (in diesem Fall für einen weiten Abstrahlwinkel).

14. Branchentrends

Der Markt für SMD-LEDs entwickelt sich weiter. Allgemeine Trends, die bei Bauteilen wie diesem beobachtbar sind, umfassen:

• Erhöhte Effizienz:Fortlaufende Verbesserungen in der epitaktischen Schichtabscheidung und im Chipdesign führen zu höherer Lichtausbeute (mehr Licht pro elektrischem Watt).
• Miniaturisierung:Während dies ein Standardgehäuse ist, strebt die Industrie nach kleineren Footprints (z.B. 0402, 0201) für platzbeschränkte Anwendungen.
• Verbesserte Zuverlässigkeit:Verbesserte Verpackungsmaterialien und -prozesse führen zu längeren Betriebslebensdauern und besserer Leistung unter thermischer und umweltbedingter Belastung.
• Standardisierung & Kompatibilität:Die Einhaltung globaler Standards (EIA, JEDEC) und Prozesskompatibilität (bleifrei, Reflow) bleibt entscheidend für die nahtlose Integration in die moderne Elektronikfertigung.
• Farbkonstanz:Für Anwendungen, die eine präzise Farbabstimmung erfordern, werden engere Binning-Spezifikationen und fortschrittliche Leuchtstofftechnologien (für weiße LEDs) gefordert.