SMD LED Gelbgrün AlInGaP 120° Abstrahlwinkel - Gehäuseabmessungen - Durchlassspannung 1,8-2,4V @20mA - Lichtstärke 56-180mcd - Technisches Datenblatt DE

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt detailliert die Spezifikationen einer kompakten, leistungsstarken Oberflächenmontage-Leuchtdiode (SMD-LED). Das Bauteil nutzt den Halbleiterwerkstoff Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP) zur Erzeugung eines gelbgrünen Lichts. Es ist in einem standardisierten EIA-Gehäuseformat ausgeführt, wodurch es mit automatischen Bestückungsanlagen und Standard-Infrarot (IR)-Reflow-Lötprozessen kompatibel ist. Die LED wird auf industrieüblichem 12-mm-Trägerband geliefert, das auf 7-Zoll-Spulen aufgewickelt ist, was eine hohe Fertigungsgeschwindigkeit ermöglicht.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die Hauptvorteile dieser LED sind ihre minimale Baugröße, die Eignung für die automatisierte Montage und die Kompatibilität mit bleifreien (Pb-free) Reflow-Lötprofilen. Sie ist für anspruchsvolle Anwendungen mit beengten Platzverhältnissen konzipiert, bei denen zuverlässige Leistung und effiziente Montage entscheidend sind. Die Zielmärkte umfassen ein breites Spektrum an Konsum- und Industrieelektronik, darunter, aber nicht beschränkt auf, Telekommunikationsgeräte (z.B. schnurlose und Mobiltelefone), tragbare Computer (z.B. Notebooks), Netzwerkhardware, Haushaltsgeräte sowie Innenraum-Beschilderung oder Display-Hintergrundbeleuchtung. Ihre primäre Funktion ist die als Statusanzeige, Signalleuchte oder für die Frontplattenbeleuchtung.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Alle elektrischen und optischen Kenngrößen sind, sofern nicht anders angegeben, bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C spezifiziert. Das Verständnis dieser Parameter ist für einen korrekten Schaltungsentwurf und die langfristige Zuverlässigkeit entscheidend.

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Grenzwerte definieren die Belastungsgrenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Ein Betrieb unter oder an diesen Grenzen ist nicht garantiert und sollte im Design vermieden werden.

• Verlustleistung (Pd):72 mW. Dies ist die maximale Leistung, die das Gehäuse als Wärme abführen kann.
• Dauer-Durchlassstrom (IF):30 mA Gleichstrom. Der maximale stationäre Strom für einen zuverlässigen Betrieb.
• Spitzen-Durchlassstrom:80 mA, nur unter gepulsten Bedingungen zulässig (1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Pulsbreite).
• Sperrspannung (VR):5 V. Das Bauteil ist nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt; das Überschreiten dieser Spannung kann zum Durchbruch führen.
• Betriebstemperaturbereich:-40°C bis +85°C. Der Umgebungstemperaturbereich für die normale Funktionalität.
• Lagertemperaturbereich:-40°C bis +100°C. Der sichere Temperaturbereich, wenn das Bauteil nicht unter Spannung steht.

2.2 Elektro-optische Kenngrößen bei Ta=25°C (IF=20mA)

Dies sind die typischen Leistungsparameter unter Standard-Testbedingungen.

• Lichtstrom (Φv):Liegt im Bereich von mindestens 0,17 lm bis maximal 0,54 lm. Die gesamte abgegebene sichtbare Lichtmenge.
• Lichtstärke (Iv):Entspricht dem Lichtstrom und reicht von 56 mcd (Millicandela) bis 180 mcd. Dies ist ein Maß für die wahrgenommene Helligkeit in einer bestimmten Richtung.
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):120 Grad (typisch). Definiert als der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte des Wertes in der Mitte (0°) abgefallen ist. Dies deutet auf ein breites, diffuses Lichtmuster hin.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λp):574 nm (typisch). Die Wellenlänge, bei der die spektrale Ausgangsleistung am stärksten ist.
• Dominante Wellenlänge (λd):Spezifiziert von 564,5 nm bis 576,5 nm. Dies ist die vom menschlichen Auge wahrgenommene Einzelwellenlänge, die die Farbe (Gelbgrün) definiert.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):15 nm (typisch). Die Bandbreite des emittierten Spektrums bei halber Spitzenintensität, ein Indikator für die Farbreinheit.
• Durchlassspannung (VF):Liegt bei 20mA im Bereich von 1,8 V (min) bis 2,4 V (max). Der Spannungsabfall über der LED im leitenden Zustand.
• Sperrstrom (IR):Maximal 10 μA bei VR=5V. Ein kleiner Leckstrom bei angelegter Sperrspannung.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um die Konsistenz in der Produktion sicherzustellen, werden die LEDs nach Leistungsklassen (Bins) sortiert. Dies ermöglicht es Konstrukteuren, Bauteile auszuwählen, die spezifische Anforderungen an Helligkeit, Spannung und Farbe erfüllen.

3.1 Lichtstrom-/Lichtstärke-Binning

Die Lichtausbeute ist in fünf Bins (A2, B1, B2, C1, C2) kategorisiert. Beispielsweise bietet Bin C2 die höchste Ausbeute mit einem Lichtstrom zwischen 0,42 lm und 0,54 lm, was einer Lichtstärke von 140-180 mcd entspricht. Bin A2 ist die niedrigste Ausgabestufe. Konstrukteure müssen im Datenblatt die spezifische Binning-Klasse ihrer bestellten Artikelnummer konsultieren, um die Lichtausbeute genau vorherzusagen.

3.2 Durchlassspannungs-Binning

Die Durchlassspannung ist in drei Kategorien (D2, D3, D4) eingeteilt, wobei innerhalb jedes Bins eine Toleranz von ±0,1V gilt.

• Bin D2: VF = 1,8V - 2,0V
• Bin D3: VF = 2,0V - 2,2V
• Bin D4: VF = 2,2V - 2,4V

Dies ist entscheidend für den Entwurf von strombegrenzenden Schaltungen, insbesondere in batteriebetriebenen Anwendungen, wo die Spannungskonsistenz den Strom und damit die Helligkeit beeinflusst.

3.3 Farbton- (Dominante Wellenlänge) Binning

Der Farbton wird durch die Einteilung der dominanten Wellenlänge in vier Gruppen (B, C, D, E) gesteuert, jede mit einer Toleranz von ±1 nm.

• Bin B: λd = 564,5 nm - 567,5 nm
• Bin C: λd = 567,5 nm - 570,5 nm
• Bin D: λd = 570,5 nm - 573,5 nm
• Bin E: λd = 573,5 nm - 576,5 nm

Dies gewährleistet Farbgleichmäßigkeit über mehrere in einem Array oder einer Anzeige verwendete LEDs.

4. Analyse der Leistungskurven

Grafische Daten geben einen tieferen Einblick in das Verhalten des Bauteils unter variierenden Bedingungen.

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

Die I-V-Kurve ist nichtlinear, charakteristisch für eine Diode. Die Durchlassspannung steigt logarithmisch mit dem Strom. Beim typischen Betriebsstrom von 20mA liegt die VF innerhalb der spezifizierten Binning-Bereiche. Konstrukteure müssen diese Kurve nutzen, um sicherzustellen, dass die Treiberschaltung ausreichend Spannung bereitstellt, insbesondere bei niedrigen Temperaturen, bei denen VF ansteigt.

4.2 Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Diese Kurve zeigt, dass die Lichtausbeute im Standardbetriebsbereich annähernd proportional zum Durchlassstrom ist. Es wird jedoch nicht empfohlen, die LED über ihren absoluten maximalen Gleichstrom (30mA) hinaus zu betreiben, da dies zu beschleunigtem Degradationsprozess, reduzierter Lebensdauer und potenziellem Ausfall aufgrund übermäßiger Hitze führen kann.

4.3 Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur

Die Lichtstärke von AlInGaP-LEDs nimmt mit steigender Umgebungstemperatur ab. Diese Kurve ist entscheidend für Anwendungen, die in erhöhten Temperaturumgebungen arbeiten. Konstrukteure müssen möglicherweise die erwartete Lichtausbeute herunterstufen oder ein Wärmemanagement implementieren, wenn eine gleichbleibende Helligkeit über einen weiten Temperaturbereich erforderlich ist.

4.4 Spektrale Verteilung

Das Spektraldiagramm zeigt einen schmalen Peak um 574 nm (Gelbgrün) mit einer typischen Halbwertsbreite von 15 nm. Dies bestätigt die Farbreinheit und den spezifischen Wellenlängenbereich des emittierten Lichts.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen des Bauteils

Die LED entspricht einem standardisierten SMD-Gehäuse. Alle kritischen Abmessungen sind in Millimetern mit einer allgemeinen Toleranz von ±0,2 mm angegeben. Die Zeichnung umfasst die Gehäuselänge, -breite, -höhe sowie die Lage und Größe der Lötpads/Anschlüsse. Die Linse ist als \"Wasserklar\" spezifiziert.

5.2 Empfohlene Leiterplatten-Lötpad-Anordnung

Ein Land Pattern Diagramm wird für den Entwurf der Leiterplatte (PCB) bereitgestellt. Dies zeigt die empfohlene Kupferpad-Größe und -Abstände, um eine korrekte Lötstellenbildung während des Reflow-Prozesses, gute mechanische Haftung und effektive Wärmeableitung von den LED-Anschlüssen zu gewährleisten.

5.3 Polaritätskennzeichnung

Das Datenblatt sollte die Kathoden-/Anodenkennzeichnung auf dem Bauteilgehäuse angeben, typischerweise durch eine Markierung, eine Kerbe oder unterschiedliche Pad-Größen. Während der Montage muss die korrekte Polarität beachtet werden, um Schäden zu vermeiden.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 IR-Reflow-Lötprofil

Ein detailliertes Reflow-Temperaturprofil wird bereitgestellt, das mit J-STD-020B für bleifreie (Pb-free) Prozesse konform ist. Wichtige Parameter umfassen:

• Vorwärm-/Einweichphase:Aufheizen auf 150-200°C.
• Zeit über Liquidus (TAL):Empfohlene Haltezeit.
• Spitzentemperatur:Darf 260°C nicht überschreiten.
• Zeit innerhalb 5°C der Spitze:Sollte begrenzt sein (z.B. max. 10 Sekunden).

Das Profil betont einen kontrollierten Aufheiz- und Abkühlvorgang, um den thermischen Schock für das Bauteil zu minimieren.

6.2 Manuelles Löten (Lötkolben)

Falls manuelle Nacharbeit erforderlich ist, sollte die Lötspitzentemperatur 300°C nicht überschreiten und die Lötzeit pro Anschluss auf maximal 3 Sekunden begrenzt sein. Das Löten sollte pro Pad nur einmal durchgeführt werden, um das Gehäuse oder die interne Die-Bond-Verbindung nicht zu beschädigen.

6.3 Reinigung

Falls eine Nachlötreinigung erforderlich ist, sollten nur spezifizierte alkoholbasierte Lösungsmittel wie Ethylalkohol oder Isopropylalkohol verwendet werden. Die LED sollte bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute eingetaucht werden. Nicht spezifizierte chemische Reiniger können die Epoxidlinse oder das Gehäuse beschädigen.

6.4 Lagerung und Feuchtigkeitssensitivität

Die LEDs sind feuchtigkeitsempfindlich. Wenn sie im Original-Feuchtigkeitsschutzbeutel mit Trockenmittel versiegelt sind, sollten sie bei ≤30°C und ≤70% relativer Luftfeuchtigkeit (RLF) gelagert und innerhalb eines Jahres verwendet werden. Sobald der Beutel geöffnet ist, beginnt die \"Floor Life\". Bauteile sollten bei ≤30°C und ≤60% RLF gelagert werden und es wird empfohlen, sie innerhalb von 168 Stunden (7 Tagen) einem IR-Reflow-Lötprozess zu unterziehen. Für eine Lagerung über diesen Zeitraum hinaus sollten sie in einem versiegelten Behälter mit Trockenmittel oder in einer Stickstoffatmosphäre aufbewahrt werden. Bauteile, die die Floor Life überschritten haben, erfordern vor dem Löten einen Trocknungsprozess (Backen) (ca. 60°C für mindestens 48 Stunden), um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und \"Popcorning\" während des Reflow zu verhindern.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Trägerband- und Spulenspezifikationen

Das Bauteil wird auf geprägtem Trägerband mit einer Schutzdeckfolie geliefert. Detaillierte Abmessungen für die Bandtasche, die Teilung und die Spule werden bereitgestellt, die den ANSI/EIA-481-Standards entsprechen. Die Standardspule hat einen Durchmesser von 7 Zoll und enthält 3000 Stück. Eine Mindestpackungsmenge von 500 Stück ist für Restbestellungen verfügbar. Das Band gewährleistet die Kompatibilität mit Hochgeschwindigkeits-Bestückungsautomaten.

8. Anwendungshinweise und Design-Überlegungen

8.1 Typische Anwendungsschaltungen

Die LED benötigt ein strombegrenzendes Element in Reihe, wie z.B. einen Widerstand. Der Widerstandswert (R) kann mit dem Ohmschen Gesetz berechnet werden: R = (Versorgungsspannung - VF) / IF, wobei VF die Durchlassspannung der LED beim gewünschten Strom IF ist. Die Verwendung der maximalen VF aus dem Bin stellt sicher, dass der Strom auch bei Bauteiltoleranzen das Limit nicht überschreitet. Für präzise oder variable Helligkeit werden Konstantstromtreiber empfohlen.

8.2 Wärmemanagement

Obwohl die Verlustleistung gering ist (max. 72mW), ist ein effektives thermisches Design auf der Leiterplatte dennoch wichtig für die Langlebigkeit, insbesondere bei hohen Umgebungstemperaturen oder bei Betrieb mit hohen Strömen. Eine ausreichende Kupferfläche, die mit den thermischen Pads der LED verbunden ist, hilft bei der Wärmeableitung und hält die Lichtausbeute stabil.

8.3 Design for Manufacturing (DFM)

Halten Sie sich an die empfohlene Leiterplatten-Padanordnung und das spezifizierte Reflow-Profil. Stellen Sie sicher, dass die Düse der Bestückungsmaschine mit der Gehäusegröße kompatibel ist. Überprüfen Sie, ob die Bandzuführeinstellung den Band- und Spulenspezifikationen entspricht.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu älteren Technologien wie Galliumphosphid (GaP)-LEDs bieten AlInGaP-LEDs eine deutlich höhere Lichtausbeute, was zu einer helleren Lichtabgabe bei gleichem Strom führt. Der 120-Grad-Abstrahlwinkel bietet im Vergleich zu LEDs mit schmalem Abstrahlwinkel ein breiteres, diffuseres Lichtmuster, was sie ideal für Statusanzeigen macht, die aus verschiedenen Blickwinkeln sichtbar sein müssen. Das standardisierte EIA-Gehäuse gewährleistet eine direkte Kompatibilität mit einer Vielzahl von Montagewerkzeugen und bestehenden Leiterplatten-Designs.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

10.1 Was ist der Unterschied zwischen Lichtstrom und Lichtstärke?

Lichtstrom (gemessen in Lumen, lm) ist die gesamte von der Quelle in alle Richtungen abgegebene sichtbare Lichtmenge. Lichtstärke (gemessen in Candela oder Millicandela, mcd) ist die in eine bestimmte Richtung abgegebene Lichtmenge. Dieses Datenblatt der LED gibt beide an, wobei die Lichtstärke entlang der Mittelachse (0°) gemessen wird.

10.2 Kann ich diese LED ohne einen strombegrenzenden Widerstand betreiben?

Nein. Eine LED ist ein stromgesteuertes Bauteil. Der direkte Anschluss an eine Spannungsquelle führt zu übermäßigem Stromfluss und zerstört sie schnell. Verwenden Sie immer einen Reihenwiderstand oder einen Konstantstromtreiber.

10.3 Warum nimmt die Lichtausbeute bei hoher Temperatur ab?

Dies ist eine grundlegende Eigenschaft von Halbleitermaterialien. Erhöhte Temperatur beeinflusst den internen Quantenwirkungsgrad des lichtemittierenden Übergangs und reduziert die Anzahl der pro Elektron erzeugten Photonen. Die Leistungskurven im Datenblatt quantifizieren diesen Effekt.

10.4 Wie interpretiere ich die Bin-Codes bei der Bestellung?

Die vollständige Artikelnummer kann Suffixe enthalten, die spezifische Bins für Lichtstärke (z.B. C2), Durchlassspannung (z.B. D3) und dominante Wellenlänge (z.B. E) bezeichnen. Konsultieren Sie die Bestellanleitung des Herstellers. Wenn kein spezifischer Bin angegeben ist, erhalten Sie Bauteile aus der Standardproduktionsverteilung über die spezifizierten Bins.

11. Praktische Design- und Anwendungsbeispiele

11.1 Niedrigleistungs-Statusanzeige

In einem batteriebetriebenen IoT-Sensorknoten kann die LED als stromsparender \"Herzschlag\"-Indikator verwendet werden. Über einen Mikrocontroller-GPIO-Pin kann die LED mit einem niedrigen Tastverhältnis gepulst werden (z.B. 10 ms ein, 990 ms aus), um die Geräteaktivität anzuzeigen, während der durchschnittliche Stromverbrauch minimal bleibt und so die Batterielebensdauer verlängert wird.

11.2 Frontplatten-Hintergrundbeleuchtung für eine Tastatur

Ein Array dieser LEDs, hinter einem Diffusor platziert, kann eine gleichmäßige Hintergrundbeleuchtung für Folientastaturen oder Beschriftungen auf Bedienfeldern bereitstellen. Der breite 120-Grad-Abstrahlwinkel hilft, eine gleichmäßige Ausleuchtung über die Plattenoberfläche zu erreichen. Konstrukteure müssen den richtigen Abstand und Stromtreiber sicherstellen, um das gewünschte Helligkeitsniveau zu erreichen.

12. Einführung in das Technologieprinzip

Diese LED basiert auf der Halbleitertechnologie Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP). Wenn eine Durchlassspannung an den p-n-Übergang angelegt wird, werden Elektronen und Löcher in die aktive Region injiziert. Sie rekombinieren und setzen Energie in Form von Photonen frei. Das spezifische Verhältnis von Aluminium, Indium, Gallium und Phosphid im Kristallgitter bestimmt die Bandlückenenergie, die direkt die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts definiert – in diesem Fall Gelbgrün (~574 nm). Die \"wasserkla re\" Epoxidlinse verkapselt den Halbleiterchip, bietet Umweltschutz und formt das Lichtaustrittsmuster.

13. Branchentrends und Entwicklungen

Der allgemeine Trend bei SMD-LEDs geht hin zu höherer Lichtausbeute (mehr Licht pro Watt elektrischer Eingangsleistung), verbesserter Farbkonstanz durch engere Binning-Klassen und erhöhter Zuverlässigkeit unter rauen Umweltbedingungen. Es gibt auch laufende Entwicklungen in der Miniaturisierung (kleinere Gehäusegrößen) und Integration (z.B. LEDs mit eingebauten ICs zur Steuerung). Für Indikatoranwendungen bleibt der Fokus auf Kosteneffizienz, Zuverlässigkeit und Kompatibilität mit fortschrittlichen Montageprozessen wie dem beidseitigen Reflow-Löten. Die in diesem Datenblatt beschriebene Technologie stellt eine ausgereifte und weit verbreitete Lösung für Standard-Indikatoranforderungen dar.