SMD LED Gelb AlInGaP Datenblatt - Gehäuseabmessungen - Durchlassspannung 1,7-2,5V - Lichtstärke 140-450mcd - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument erläutert die Spezifikationen einer Oberflächenmontage-Lichtemittierenden Diode (SMD LED), die auf der Halbleiterverbindung Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP) basiert und gelbes Licht emittiert. SMD LEDs sind für automatisierte Leiterplattenbestückungsprozesse konzipiert und bieten dank ihrer kompakten Bauform ideale Voraussetzungen für platzbeschränkte Anwendungen. Ihre Hauptfunktion besteht darin, als Statusanzeigen, Signalleuchten oder für die Frontplatten-Hintergrundbeleuchtung in einer Vielzahl elektronischer Geräte zu dienen.

1.1 Merkmale

• Konform mit der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe).
• Verpackt auf 8-mm-Trägerband, aufgewickelt auf 7-Zoll (178 mm) Spulen für die automatisierte Handhabung.
• Standardisierter EIA-Gehäusefußabdruck für Designkompatibilität.
• Eingangs-/Ausgangspegel kompatibel mit integrierten Schaltkreisen (IC).
• Konzipiert für die Kompatibilität mit automatischen Bestückungsanlagen (Pick-and-Place).
• Geeignet für Infrarot-Reflow-Lötverfahren, die üblicherweise in der Oberflächenmontagetechnik (SMT) verwendet werden.
• Vorkonditioniert auf JEDEC Feuchtesensitivitätsstufe 3 (MSL 3), was eine Verarbeitungszeit von 168 Stunden bei ≤30°C/60% relativer Luftfeuchtigkeit nach Öffnen des versiegelten Beutels angibt.

1.2 Anwendungen

Diese LED eignet sich für verschiedene elektronische Systeme, die zuverlässige visuelle Indikatoren benötigen. Wichtige Anwendungsbereiche sind Telekommunikationsinfrastruktur, Büroautomatisierungsgeräte (Drucker, Scanner), Haushaltsgeräte und industrielle Steuerungspanels. Ihre spezifischen Einsatzgebiete umfassen Statusanzeige (Eingeschaltet, Standby, Aktivität), symbolische Beleuchtung und Hintergrundbeleuchtung für Frontplatten-Displays oder Beschriftungen.

2. Tiefgehende Interpretation der technischen Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte (Grenzwerte)

Diese Werte stellen die Belastungsgrenzen dar, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Ein Betrieb unter oder an diesen Grenzen wird nicht garantiert. Alle Grenzwerte gelten bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C.

• Verlustleistung (Pd):75 mW. Dies ist die maximale Leistung, die das LED-Gehäuse als Wärme abführen kann, ohne seine thermischen Grenzen zu überschreiten.
• Spitzen-Durchlassstrom (I_FP):80 mA. Dies ist der maximale momentane Durchlassstrom, der nur unter gepulsten Bedingungen zulässig ist (1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Pulsbreite), um Überhitzung zu vermeiden.
• DC-Durchlassstrom (I_F):30 mA. Dies ist der maximal empfohlene kontinuierliche Durchlassstrom für einen zuverlässigen Dauerbetrieb.
• Betriebs- und Lagertemperaturbereich:-40°C bis +100°C. Das Bauteil kann in diesem gesamten Temperaturbereich betrieben und gelagert werden.

2.2 Elektrische und optische Kenngrößen

Dies sind die typischen Leistungsparameter, gemessen unter Standard-Testbedingungen (Ta=25°C, I_F=20mA, sofern nicht anders angegeben).

• Lichtstärke (I_V):140 - 450 mcd (Millicandela). Die Menge des abgegebenen sichtbaren Lichts, gemessen innerhalb eines spezifischen Betrachtungswinkels. Der tatsächliche Wert wird gebinnt (siehe Abschnitt 3).
• Betrachtungswinkel (2θ_1/2):120 Grad (typisch). Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke die Hälfte ihres Spitzenwerts (auf der Achse) beträgt. Ein Winkel von 120° zeigt ein breites, diffuses Abstrahlverhalten an, das für eine gute Sichtbarkeit geeignet ist.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_P):592 nm (typisch). Die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsabgabe maximal ist.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):586 - 596 nm. Dies ist die einzelne Wellenlänge, die vom menschlichen Auge wahrgenommen wird und die Farbe (Gelb) definiert. Sie wird aus den CIE-Farbkoordinaten abgeleitet und ebenfalls gebinnt.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):15 nm (typisch). Die spektrale Breite des emittierten Lichts bei halber Maximalleistung. Ein Wert von 15 nm ist charakteristisch für AlInGaP-LEDs und deutet auf eine relativ reine Farbe hin.
• Durchlassspannung (V_F):1,7 - 2,5 V. Der Spannungsabfall über der LED bei einem Betriebsstrom von 20 mA. Diese Spanne berücksichtigt normale Halbleiterfertigungstoleranzen.
• Sperrstrom (I_R):10 μA (max.) bei V_R=5V. LEDs sind nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt; dieser Parameter dient nur zur Leckstromprüfung.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um Farb- und Helligkeitskonsistenz in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs basierend auf Schlüsselparametern sortiert (gebinned). Dies ermöglicht es Entwicklern, Bauteile auszuwählen, die spezifischen Anwendungsanforderungen entsprechen.

3.1 Lichtstärke (I_V) Binning

LEDs werden anhand ihrer gemessenen Lichtstärke bei 20 mA in Bins kategorisiert. Die Toleranz innerhalb jedes Bins beträgt +/-11%.

• R2:140,0 - 180,0 mcd
• S1:180,0 - 224,0 mcd
• S2:224,0 - 280,0 mcd
• T1:280,0 - 355,0 mcd
• T2:355,0 - 450,0 mcd

3.2 Dominante Wellenlänge (WD) Binning

LEDs werden auch nach ihrer dominanten Wellenlänge gebinnt, um den Farbton zu kontrollieren. Die Toleranz für jedes Bin beträgt +/- 1 nm.

• H:586,0 - 588,5 nm
• J:588,5 - 591,0 nm
• K:591,0 - 593,5 nm
• L:593,5 - 596,0 nm

Eine vollständige Artikelnummer enthält typischerweise diese Bin-Codes, um sowohl Helligkeit als auch Farbe zu spezifizieren.

4. Analyse der Kennlinien

Während spezifische grafische Daten im Datenblatt referenziert werden, basieren die folgenden Interpretationen auf dem Standardverhalten von LEDs und den angegebenen Parametern.

4.1 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kennlinie)

Die Durchlassspannung (V_F) hat einen positiven Temperaturkoeffizienten und steigt logarithmisch mit dem Strom an. Der spezifizierte V_F-Bereich von 1,7 V bis 2,5 V bei 20 mA ist typisch für gelbe AlInGaP-LEDs. Der Betrieb der LED mit einem Konstantstrom, anstatt mit einer Konstantspannung, ist für eine stabile Lichtausgabe essenziell.

4.2 Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Die Lichtausgabe (I_V) ist innerhalb des empfohlenen Betriebsbereichs annähernd proportional zum Durchlassstrom (I_F). Die Effizienz kann jedoch bei sehr hohen Strömen aufgrund erhöhter Wärmeentwicklung sinken. Der absolute maximale DC-Strom beträgt 30 mA.

4.3 Temperatureigenschaften

Die Lichtstärke von AlInGaP-LEDs nimmt im Allgemeinen mit steigender Sperrschichttemperatur ab. Für eine zuverlässige Leistung über den gesamten Betriebstemperaturbereich von -40°C bis +100°C sollte ein thermisches Management auf der Leiterplatte (ausreichende Kupferfläche zur Wärmeableitung) berücksichtigt werden, insbesondere bei Betrieb nahe dem Maximalstrom oder in hohen Umgebungstemperaturen.

4.4 Spektrale Verteilung

Die spektrale Ausgabe ist um die Spitzenwellenlänge von 592 nm (gelb) zentriert, mit einer typischen Halbwertsbreite von 15 nm. Das Binning der dominanten Wellenlänge stellt sicher, dass die wahrgenommene Farbe innerhalb einer engen Toleranz bleibt.

5. Mechanische und Verpackungsinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die LED ist in einem standardmäßigen SMD-Gehäuse erhältlich. Wichtige dimensionale Hinweise: Alle Abmessungen sind in Millimetern angegeben, und die allgemeine Toleranz beträgt ±0,2 mm, sofern nicht anders angegeben. Die Linsenfarbe ist klar, und die Lichtfarbe ist gelb (AlInGaP).

5.2 Polaritätskennzeichnung & Lötflächen-Design

Das Bauteil verfügt über Anoden- und Kathodenanschlüsse. Das empfohlene Leiterplatten-Lötflächenlayout für Infrarot- oder Dampfphasen-Reflow-Lötung wird bereitgestellt, um eine ordnungsgemäße Lötstellenbildung und mechanische Stabilität zu gewährleisten. Die korrekte Polarisierungsausrichtung während der Bestückung ist für den Betrieb des Bauteils entscheidend.

5.3 Band- und Spulenverpackung

Die LEDs werden auf 8 mm breitem, geprägtem Trägerband geliefert, das mit einem Deckband versiegelt ist. Das Band ist auf 7-Zoll (178 mm) Spulen aufgewickelt. Die Standardmenge pro Spule beträgt 5000 Stück. Die Verpackung folgt den ANSI/EIA-481-Spezifikationen. Eine Mindestbestellmenge von 500 Stück ist für Restposten verfügbar.

6. Löt- und Bestückungsrichtlinien

6.1 Empfohlenes IR-Reflow-Profil

Für bleifreie Lötprozesse sollte das Profil J-STD-020B entsprechen. Wichtige Parameter umfassen eine Aufwärmzone (150-200°C, max. 120 Sekunden), eine Spitzentemperatur von maximal 260°C und eine Zeit oberhalb der Liquidustemperatur (TAL), die für die verwendete Lotpaste geeignet ist. Die Gesamtzeit bei Spitzentemperatur sollte auf maximal 10 Sekunden begrenzt werden, und der Reflow-Vorgang sollte maximal zweimal durchgeführt werden.

6.2 Handlötung

Falls Handlötung erforderlich ist, verwenden Sie einen Lötkolben mit einer Temperatur von maximal 300°C. Die Kontaktzeit sollte auf maximal 3 Sekunden begrenzt werden und der Vorgang sollte nur einmal durchgeführt werden, um thermische Schäden am Kunststoffgehäuse und am Halbleiterchip zu vermeiden.

6.3 Lagerbedingungen

Versiegelter Beutel:Lagern bei ≤30°C und ≤70% relativer Luftfeuchtigkeit (RH). Die Haltbarkeit im versiegelten Feuchtigkeitsschutzbeutel mit Trockenmittel beträgt ein Jahr.
Nach Öffnen des Beutels:Die Bauteile haben eine Feuchtesensitivitätsstufe (MSL) von 3. Sie müssen innerhalb von 168 Stunden (7 Tagen) nach dem Aussetzen an eine Umgebung von ≤30°C/60% RH der IR-Reflow-Lötung unterzogen werden. Für eine längere Lagerung nach dem Öffnen, lagern Sie die Bauteile in einem versiegelten Behälter mit Trockenmittel oder in einem stickstoffgespülten Exsikkator. Bauteile, die länger als 168 Stunden exponiert waren, müssen vor dem Löten etwa 48 Stunden bei ca. 60°C getrocknet (gebacken) werden, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und ein \"Popcorning\" (Aufplatzen) während des Reflow zu verhindern.

6.4 Reinigung

Falls eine Reinigung nach dem Löten erforderlich ist, verwenden Sie nur spezifizierte Lösungsmittel. Tauchen Sie die LED bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute in Ethylalkohol oder Isopropylalkohol. Verwenden Sie keine Ultraschallreinigung oder nicht spezifizierte chemische Flüssigkeiten, da diese die Epoxidlinse oder das Gehäuse beschädigen können.

7. Anwendungsvorschläge

7.1 Typische Anwendungsschaltungen

Eine LED ist ein stromgesteuertes Bauteil. Um eine gleichmäßige Helligkeit zu gewährleisten, insbesondere beim parallelen Betrieb mehrerer LEDs, verwenden Sie stets einen Vorwiderstand in Reihe mit jeder LED oder jeder parallelen LED-Kette. Der Widerstandswert (R) kann mit dem Ohmschen Gesetz berechnet werden: R = (V_Versorgung- V_F) / I_F, wobei V_Fdie Durchlassspannung der LED beim gewünschten Strom I_F(z.B. 20 mA) ist. Die Verwendung des maximalen V_F-Werts aus dem Datenblatt (2,5 V) in der Berechnung garantiert, dass der Strom selbst bei Bauteiltoleranzen den Zielwert nicht überschreitet.

7.2 Design-Überlegungen

• Thermisches Management:Stellen Sie sicher, dass das Leiterplattenlayout eine ausreichende Wärmeableitung bietet, insbesondere bei Betrieb mit hohen Strömen oder in hohen Umgebungstemperaturen, um die LED-Effizienz und -Lebensdauer zu erhalten.
• ESD-Schutz:Obwohl nicht explizit als empfindlich angegeben, wird für alle Halbleiterbauteile der Umgang mit Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen empfohlen.
• Optisches Design:Der breite Betrachtungswinkel von 120° macht diese LED für Anwendungen geeignet, die eine gute Rundumsichtbarkeit erfordern. Für fokussierte Lichtstrahlen wären sekundäre Optiken (Linsen) erforderlich.

7.3 Bestimmungsgemäßer Gebrauch & Einschränkungen

Diese LED ist für den Einsatz in gewöhnlichen elektronischen Geräten konzipiert. Sie ist nicht für Anwendungen ausgelegt, bei denen ein Ausfall direkt Leben oder Gesundheit gefährden könnte, wie z.B. in der Luftfahrt, Verkehrssteuerung, medizinischen Lebenserhaltungssystemen oder kritischen Sicherheitseinrichtungen. Für solche Anwendungen konsultieren Sie den Hersteller bezüglich Bauteilen mit entsprechenden Zuverlässigkeitsqualifikationen.

8. Technischer Vergleich & Differenzierung

Diese gelbe AlInGaP-LED bietet eine ausgewogene Leistungscharakteristik. Im Vergleich zu älteren gelben LED-Technologien (z.B. basierend auf GaAsP) bietet AlInGaP eine höhere Lichtausbeute, was bei gleichem Betriebsstrom zu einer helleren Ausgabe führt, sowie eine bessere Farbreinheit (schmalere spektrale Breite). Der breite Betrachtungswinkel von 120° ist ein wichtiges Unterscheidungsmerkmal gegenüber LEDs mit \"wasserklaren\" Linsen, die einen viel engeren Strahl haben, und macht dieses Bauteil ideal für Anwendungen, bei denen der Indikator aus einem weiten Winkelbereich ohne zusätzliche Diffusoren sichtbar sein muss. Die MSL-3-Einstufung und die Kompatibilität mit standardmäßigen bleifreien Reflow-Profilen machen sie zu einer robusten Wahl für moderne, hochvolumige SMT-Fertigungslinien.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

9.1 Welchen Widerstand sollte ich bei einer 5-V-Versorgung verwenden?

Unter Verwendung des maximalen V_F von 2,5 V und eines Zielstroms I_F von 20 mA: R = (5V - 2,5V) / 0,02A = 125 Ohm. Der nächstgelegene Standardwert von 120 Ohm oder 130 Ohm wäre geeignet. Die Belastbarkeit des Widerstands sollte mindestens P = I²R = (0,02)²* 120 = 0,048 W betragen, daher ist ein Standard-1/8-W (0,125 W) oder 1/10-W-Widerstand ausreichend.

9.2 Kann ich diese LED dauerhaft mit 30 mA betreiben?

Ja, 30 mA ist der maximal empfohlene DC-Durchlassstrom. Der Betrieb am absoluten Maximalwert kann jedoch die Langzeitzuverlässigkeit verringern und die Sperrschichttemperatur erhöhen, was die Lichtausgabe reduzieren kann. Für eine optimale Lebensdauer und Stabilität ist ein Betrieb mit 20 mA oder weniger ratsam, sofern die Lichtstärke den Anwendungsanforderungen genügt.

9.3 Was bedeutet \"Bin-Code\" bei der Bestellung?

Der Bin-Code spezifiziert die garantierten Minimal- und Maximalwerte für die Lichtstärke (z.B. T1: 280-355 mcd) und die dominante Wellenlänge (z.B. K: 591,0-593,5 nm). Die Angabe von Bin-Codes stellt sicher, dass Sie von Bestellung zu Bestellung LEDs mit konsistenter Helligkeit und Farbe erhalten, was für Mehrfach-Indikatorpanels oder Produkte, bei denen visuelle Einheitlichkeit wichtig ist, entscheidend ist.

9.4 Wie lange kann ich diese LEDs nach Öffnen des Beutels auf der Werkbank liegen lassen?

Für eine zuverlässige Lötung haben Sie nach Öffnen des feuchtigkeitsversiegelten Beutels 168 Stunden (7 Tage) unter Werkstattbedingungen (≤30°C/60% RH). Wird diese Zeit überschritten, müssen die LEDs vor dem Reflow-Löten 48 Stunden bei 60°C getrocknet (gebacken) werden, um interne Gehäuseschäden durch schnelle Feuchtigkeitsverdampfung zu verhindern.

10. Praktisches Anwendungsbeispiel

Szenario: Entwurf eines Statusanzeigepanels für einen Netzwerkrouter.Das Panel benötigt 10 gelbe LEDs, um Link-Aktivität und Systemstatus anzuzeigen. Um ein einheitliches Erscheinungsbild zu gewährleisten, wählt der Entwickler LEDs aus demselben Lichtstärke-Bin (z.B. S2: 224-280 mcd) und Wellenlängen-Bin (z.B. J: 588,5-591,0 nm). Jede LED wird über einen 120-Ohm-Vorwiderstand von einem GPIO-Pin eines Mikrocontrollers an einer 3,3-V-Schiene angesteuert, was zu einem Durchlassstrom von etwa ((3,3V - 2,1V typisch)/120Ω) ≈ 10 mA führt. Dies bietet ausreichende Helligkeit bei geringem Stromverbrauch. Der breite Betrachtungswinkel von 120° stellt sicher, dass die Anzeigen von überall vor dem Gerät sichtbar sind. Das Leiterplattenlayout enthält den empfohlenen Lötflächen-Fußabdruck und ist für die Bestückung mit einem standardmäßigen bleifreien Reflow-Profil mit einer Spitzentemperatur von 250°C ausgelegt.

11. Funktionsprinzip

Diese LED basiert auf der Halbleitertechnologie Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP). Wird eine Durchlassspannung an den p-n-Übergang angelegt, werden Elektronen und Löcher in den aktiven Bereich injiziert, wo sie rekombinieren. Die bei dieser Rekombination freigesetzte Energie wird als Photonen (Licht) emittiert. Die spezifische Zusammensetzung der AlInGaP-Legierung bestimmt die Bandlückenenergie, die wiederum die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts definiert – in diesem Fall gelb (~592 nm). Die klare Epoxidlinse verkapselt den Halbleiterchip, bietet mechanischen Schutz und formt das Lichtabstrahlverhalten, um den spezifizierten Betrachtungswinkel von 120° zu erreichen.

12. Entwicklungstrends

Der allgemeine Trend bei SMD-Indikator-LEDs geht weiterhin in Richtung höherer Lichtausbeute (mehr Lichtausgabe pro elektrischer Eingangsleistung), was bei gleicher Helligkeit einen geringeren Stromverbrauch ermöglicht. Die Gehäusegrößen werden weiter miniaturisiert, was dichtere Indikator-Arrays erlaubt. Es wird zunehmend Wert auf engere Binning-Toleranzen für sowohl Farbe als auch Intensität gelegt, um den Anforderungen der Unterhaltungselektronik gerecht zu werden, bei der visuelle Konsistenz von größter Bedeutung ist. Darüber hinaus bleiben die Kompatibilität mit immer strengeren Umweltvorschriften (über RoHS hinaus, z.B. REACH) und die Fähigkeit, höhere Temperaturen bei bleifreien Lötprofilen zu widerstehen, wichtige Entwicklungstreiber. Die Technologie ist ausgereift, mit schrittweisen Verbesserungen, die sich auf Fertigungsausbeute, Kostenreduzierung und Zuverlässigkeit unter rauen Bedingungen konzentrieren.