SMD Mittelstarke Rote LED 67-21S Datenblatt - PLCC-2 Gehäuse - 1,9-2,6V - 70mA - 182mW - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die 67-21S ist eine oberflächenmontierbare, mittelstarke LED für allgemeine Beleuchtungsanwendungen. Sie nutzt ein PLCC-2-Gehäuse (Plastic Leaded Chip Carrier), das eine kompakte Bauform für automatisierte Bestückungsprozesse bietet. Die primäre Emissionsfarbe ist Rot, erzielt durch einen AlGaInP-Chip (Aluminium-Gallium-Indium-Phosphid), der in klarem Harz eingekapselt ist. Diese Kombination ermöglicht einen weiten Abstrahlwinkel von 120 Grad, was sie für Anwendungen mit breiter Lichtverteilung geeignet macht.

Zu den Hauptvorteilen dieser LED zählen ihre hohe Effizienz, die ein gutes Lichtausbeute-Leistungsverhältnis bedeutet, sowie ihre Konformität mit Umweltstandards wie bleifrei (Pb-frei) und RoHS-konform. Das Gehäuse ist für Zuverlässigkeit unter verschiedenen Betriebsbedingungen ausgelegt.

2. Technische Spezifikationen und detaillierte Analyse

2.1 Absolute Maximalwerte

Die Betriebsgrenzen des Bauteils sind unter spezifischen Bedingungen (Lötstellen-Temperatur bei 25°C) definiert. Der maximale Dauer-Vorwärtsstrom (I_F) beträgt 70 mA. Für Pulsbetrieb ist ein Spitzen-Vorwärtsstrom (I_FP) von 140 mA bei einem Tastverhältnis von 1/10 und einer Pulsbreite von 10 ms zulässig. Die maximale Verlustleistung (P_d) beträgt 182 mW. Der Betriebstemperaturbereich (T_opr) liegt zwischen -40°C und +85°C, während der Lagertemperaturbereich (T_stg) von -40°C bis +100°C reicht. Der thermische Widerstand vom Übergang zur Lötstelle (R_{th J-S}) beträgt 50 °C/W, ein kritischer Parameter für das Wärmemanagement-Design. Die maximal zulässige Sperrschichttemperatur (T_j) beträgt 115°C. Das Löten muss strengen Profilen folgen: Reflow-Löten bei 260°C für maximal 10 Sekunden oder Handlöten bei 350°C für maximal 3 Sekunden. Die Komponente ist empfindlich gegenüber elektrostatischer Entladung (ESD), was geeignete Handhabungsverfahren erfordert.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Gemessen bei einer Lötstellentemperatur von 25°C und einem Vorwärtsstrom von 60 mA weist das Bauteil einen Lichtstrom (Φ) von mindestens 9,0 lm bis maximal 13,0 lm auf, mit einer typischen Toleranz von ±11%. Die Vorwärtsspannung (V_F) liegt unter denselben Testbedingungen zwischen 1,9 V und 2,6 V, mit einer typischen Toleranz von ±0,1V. Der Abstrahlwinkel (2θ_1/2) beträgt typischerweise 120 Grad. Der Sperrstrom (I_R) ist mit maximal 50 µA spezifiziert, wenn eine Sperrspannung (V_R) von 5V angelegt wird. Diese Parameter definieren die Kernleistung unter Standard-Betriebsbedingungen.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Produkt wird in Bins eingeteilt, um Konsistenz in den Schlüsselparametern zu gewährleisten. Dies ermöglicht es Entwicklern, LEDs auszuwählen, die ihren spezifischen Anwendungsanforderungen an Helligkeit und elektrische Eigenschaften entsprechen.

3.1 Lichtstrom-Binning

Der Lichtstrom ist in mehrere Bin-Codes (B8, B9, L1, L2, L3) mit definierten Minimal- und Maximalwerten kategorisiert, gemessen bei I_F=60mA. Beispielsweise deckt Bin B8 9,0 bis 9,5 lm ab, während Bin L3 12,0 bis 13,0 lm abdeckt. Die Gesamttoleranz bleibt bei ±11%.

3.2 Vorwärtsspannungs-Binning

Die Vorwärtsspannung wird mit Codes von 26 bis 32 gebinnt, wobei jeder einen 0,1V-Bereich repräsentiert, beginnend bei 1,9-2,0V (Code 26) bis zu 2,5-2,6V (Code 32). Die Toleranz beträgt ±0,1V.

3.3 Dominante Wellenlänge Binning

Die dominante Wellenlänge, die die wahrgenommene Farbe des roten Lichts definiert, ist in zwei Codes eingeteilt: R51 (620-625 nm) und R52 (625-630 nm). Die Messtoleranz beträgt ±1 nm.

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere charakteristische Diagramme, die das Verhalten des Bauteils unter variierenden Bedingungen veranschaulichen.

4.1 Spektrale Verteilung

Ein Diagramm zeigt die relative Lichtstärke in Abhängigkeit von der Wellenlänge, typischerweise mit einem Peak im roten Spektrum (für dieses Bauteil etwa 620-640 nm), was die Bins für die dominante Wellenlänge bestätigt.

4.2 Vorwärtsspannung vs. Sperrschichttemperatur

Abbildung 1 zeigt die Verschiebung der Vorwärtsspannung in Abhängigkeit von der Sperrschichttemperatur. Die Vorwärtsspannung nimmt typischerweise ab, wenn die Sperrschichttemperatur steigt, was ein gemeinsames Merkmal von Halbleiterdioden ist.

4.3 Relative radiometrische Leistung vs. Vorwärtsstrom

Abbildung 2 zeigt, wie die Lichtausbeute (relative radiometrische Leistung) mit dem Vorwärtsstrom zunimmt. Die Beziehung ist bei niedrigeren Strömen im Allgemeinen linear, kann aber bei höheren Strömen Sättigungseffekte zeigen.

4.4 Relativer Lichtstrom vs. Sperrschichttemperatur

Abbildung 3 veranschaulicht die Abhängigkeit der Lichtausbeute von der Sperrschichttemperatur. Der Lichtstrom nimmt typischerweise ab, wenn die Sperrschichttemperatur steigt, was die Bedeutung eines effektiven Wärmemanagements zur Aufrechterhaltung einer konstanten Helligkeit unterstreicht.

4.5 Vorwärtsstrom vs. Vorwärtsspannung (IV-Kennlinie)

Abbildung 4 zeigt die grundlegende Strom-Spannungs-Kennlinie (IV-Kennlinie) bei einer Umgebungstemperatur von 25°C. Sie zeigt die für eine Diode typische exponentielle Beziehung.

4.6 Maximaler Betriebsstrom vs. Lötstellentemperatur

Abbildung 5 liefert eine Entlastungskurve, die den maximal zulässigen Vorwärtsstrom in Abhängigkeit von der Lötstellentemperatur zeigt, unter Berücksichtigung des thermischen Widerstands (R_{th j-s}= 50 °C/W). Dies ist entscheidend für die Bestimmung sicherer Betriebsströme bei erhöhten Umgebungstemperaturen.

4.7 Abstrahlcharakteristik

Abbildung 6 ist ein Polardiagramm, das die räumliche Verteilung der Lichtintensität (Abstrahlcharakteristik) zeigt. Das breite, lambertförmige Muster bestätigt den 120-Grad-Abstrahlwinkel.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Eine detaillierte Maßzeichnung des PLCC-2-Gehäuses wird bereitgestellt. Wichtige Abmessungen sind die Gesamtlänge, -breite und -höhe sowie der Anschlussabstand (Pad-Abstand) und die Größe. Die Zeichnung enthält eine Draufsicht, die die Kathodenmarkierung anzeigt. Sofern nicht anders angegeben, beträgt die Maßtoleranz ±0,15 mm.

6. Löt- und Bestückungsrichtlinien

Das Datenblatt spezifiziert zwei Lötverfahren. Für Reflow-Löten sollte die maximale Spitzentemperatur 260°C nicht überschreiten, und die Zeit über 260°C sollte auf 10 Sekunden begrenzt sein. Für Handlöten sollte die Lötspitzentemperatur 350°C nicht überschreiten, und die Kontaktzeit sollte auf 3 Sekunden pro Anschluss begrenzt sein. Diese Grenzwerte sind entscheidend, um Schäden am Kunststoffgehäuse und den internen Bonddrähten zu verhindern. Das Bauteil ist feuchtigkeitsempfindlich; daher kann, wenn die Verpackung geöffnet wurde, vor dem Löten ein Trocknungsprozess (Baking) erforderlich sein, wenn die Expositionszeit das spezifizierte Niveau überschreitet (in diesem Auszug nicht detailliert).

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Feuchtigkeitsbeständige Verpackung

Die LEDs werden in feuchtigkeitsbeständiger Verpackung geliefert. Sie werden typischerweise in Trägerbänder geladen, die dann auf Spulen aufgewickelt werden. Eine gängige Konfiguration ist 4000 Stück pro Spule. Die Verpackung enthält ein Trockenmittel und ist in einer aluminiumbeschichteten Feuchtigkeitsschutztüte mit entsprechenden Etiketten versiegelt.

7.2 Etikettenerklärung

Das Spulenetikett enthält mehrere wichtige Felder: CPN (Kunden-Produktnummer), P/N (Produktnummer), QTY (Packmenge), CAT (Lichtstärke-Klasse, entspricht dem Lichtstrom-Bin), HUE (Dominante Wellenlänge-Klasse), REF (Vorwärtsspannungs-Klasse) und LOT No (Losnummer für die Rückverfolgbarkeit).

7.3 Spulen- und Bandabmessungen

Detaillierte Zeichnungen spezifizieren die Abmessungen der Spule (Durchmesser, Breite, Nabenmaß) und des Trägerbandes (Taschenabmessungen, Teilung, Bandbreite). Die Toleranzen betragen typischerweise ±0,1 mm, sofern nicht anders angegeben.

8. Anwendungsvorschläge

Das Datenblatt listet primäre Anwendungsbereiche auf: Dekorative- und Unterhaltungsbeleuchtung, Pflanzenbeleuchtung (Agriculture Lighting) und Allgemeine Anwendungen. Der weite Abstrahlwinkel und die gute Effizienz machen sie geeignet für Ambientebeleuchtung, Beschilderung, gartenbauliche Beleuchtung für bestimmte Pflanzenwachstumsstadien und dekorative Leuchten, bei denen rote Akzentbeleuchtung gewünscht ist. Bei der Auslegung einer Treiberschaltung müssen das Vorwärtsspannungs-Bin und die maximalen Stromwerte berücksichtigt werden. Wie in den Vorsichtsmaßnahmen angegeben, ist ein externer strombegrenzender Widerstand oder Konstantstromtreiber zwingend erforderlich, um Überstromschäden zu verhindern.

9. Zuverlässigkeitstests

Ein umfassender Zuverlässigkeitstestplan wird skizziert, der die Robustheit des Produkts demonstriert. Die Tests werden mit einem Konfidenzniveau von 90% und einem LTPD (Lot Tolerance Percent Defective) von 10% durchgeführt. Die Testpunkte umfassen: Reflow-Löten (260°C/10s), Temperaturschock (-10°C bis +100°C), Temperaturwechsel (-40°C bis +100°C), Hochtemperatur-/Feuchte-Lagerung (85°C/85% r.F.), Hochtemperatur-/Feuchte-Betrieb (85°C/85% r.F., 35mA), Niedrig-/Hochtemperatur-Lagerung und verschiedene Hoch-/Niedertemperatur-Betriebslebensdauertests unter verschiedenen Strom- und Temperaturbedingungen. Der Stichprobenumfang für jeden Test beträgt 22 Stück mit einem Annahme-/Ablehnungskriterium von 0/1.

10. Vorsichtsmaßnahmen für die Verwendung

Die wichtigste Vorsichtsmaßnahme ist der Schutz vor Überstrom. Die LED muss mit einem Vorwiderstand oder einer geeigneten Konstantstromschaltung betrieben werden. Das Überschreiten der absoluten Maximalwerte für Strom, Spannung, Leistung oder Temperatur führt wahrscheinlich zu dauerhaften Schäden. Während der Montage müssen geeignete ESD-Handhabungspraktiken befolgt werden. Der thermische Widerstandswert muss verwendet werden, um die Sperrschichttemperatur unter den erwarteten Betriebsbedingungen zu berechnen, um sicherzustellen, dass sie unter 115°C bleibt.

11. Technischer Vergleich und Differenzierung

Als mittelstarke LED in einem PLCC-2-Gehäuse positioniert sich dieses Bauteil zwischen schwachen Anzeige-LEDs und hochleistungsstarken Beleuchtungs-LEDs. Ihre wichtigsten Unterscheidungsmerkmale sind die Balance aus guter Lichtausbeute (bis zu 13 lm) bei relativ moderatem Leistungsverbrauch (max. 182 mW) und dem standardisierten PLCC-2-Footprint, der das Leiterplattendesign und die Beschaffung vereinfacht. Das detaillierte Binning-System bietet Vorhersagbarkeit für die Serienproduktion.

12. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Welchen Treiberstrom sollte ich verwenden?

A: Das Bauteil ist bei 60mA charakterisiert. Sie können es bis zum maximalen Dauerstrom von 70mA betreiben, müssen jedoch sicherstellen, dass die Sperrschichttemperatur 115°C nicht überschreitet, indem Sie Umgebungstemperatur, thermisches Design und die Entlastungskurve (Abb. 5) berücksichtigen.

F: Wie identifiziere ich die Kathode?

A: Das Gehäuse hat eine visuelle Markierung (typischerweise eine Kerbe oder ein grüner Punkt) auf der Oberseite in der Nähe des Kathodenanschlusses. Siehe Gehäuse-Maßzeichnung.

F: Kann ich es für Pulsbetrieb verwenden?

A: Ja, aber der Spitzenstrom darf unter einem Tastverhältnis von 1/10 und einer Pulsbreite von 10 ms 140mA nicht überschreiten. Der Durchschnittsstrom muss weiterhin den Dauerstromwert einhalten.

F: Warum wird der Lichtstrom als Bereich angegeben?

A: Aufgrund von Fertigungstoleranzen werden LEDs gebinnt. Sie wählen einen Bin (z.B. L2 für 11-12 lm), um ein Mindestleistungsniveau für Ihr Design zu garantieren.

13. Design- und Anwendungsfallstudie

Betrachten Sie den Entwurf eines dekorativen LED-Streifens für rote Ambientebeleuchtung. Der Designer wählt die 67-21S LED im Bin L2 (11-12 lm) und Spannungs-Bin 28 (2,1-2,2V) für Konsistenz. Der Streifen arbeitet mit 12V DC. Um jede LED mit 60mA zu betreiben, wird ein Vorwiderstandswert berechnet: R = (V_versorgung- V_F) / I_F. Unter Verwendung des maximalen V_Fvon 2,2V zur Sicherheit ergibt sich: R = (12V - 2,2V) / 0,060A ≈ 163 Ohm. Ein Standard-160-Ohm-Widerstand würde gewählt. Mehrere solcher LED+Widerstand-Paare werden parallel an der 12V-Schiene angeschlossen. Das Leiterplattenlayout stellt ausreichend Kupferfläche für die Wärmeableitung von den LED-Lötstellen sicher, unter Berücksichtigung des thermischen Widerstands zur Umgebung.

14. Funktionsprinzip

Diese LED arbeitet nach dem Prinzip der Elektrolumineszenz in einem Halbleiter-p-n-Übergang. Wenn eine Vorwärtsspannung angelegt wird, die die Schwellenspannung der Diode überschreitet (für dieses AlGaInP-Material etwa 1,9-2,6V), werden Elektronen und Löcher über den Übergang injiziert. Ihre Rekombination setzt Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Zusammensetzung der AlGaInP-Halbleiterlegierung bestimmt die Bandlückenenergie, die die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts definiert, in diesem Fall Rot. Die klare Harzverkapselung schützt den Chip und unterstützt die Lichtauskopplung.

15. Branchentrends

Das Segment der mittelstarken LEDs entwickelt sich weiterhin hin zu höherer Effizienz (mehr Lumen pro Watt), verbesserter Farbkonstanz und niedrigeren Kosten. Es gibt einen Trend zu ausgefeilterem Binning und engeren Toleranzen, um den Anforderungen von Anwendungen mit einheitlichem Erscheinungsbild, wie Videowänden und Linienbeleuchtung, gerecht zu werden. Die Gehäusetechnologie schreitet ebenfalls voran, um bei gleichem Footprint eine bessere thermische Leistung zu bieten, was höhere Betriebsströme oder eine längere Lebensdauer ermöglicht. Der Trend zu standardisierten Footprints wie PLCC-2 erleichtert die Wiederverwendung von Designs und die Flexibilität der Lieferkette.