SMD Reflektor-LED 67-21 Serie Datenblatt - P-LCC-2 Gehäuse - 3,5V Max. - 110mW - Grün/Gelb/Blau/Orange - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die Serie 67-21 stellt eine Familie von oberflächenmontierbaren (SMD) Leuchtdioden (LEDs) dar, die einen integrierten Reflektor in einem P-LCC-2-Gehäuse aufweisen. Dieses Design ist darauf ausgelegt, einen großen Betrachtungswinkel und einen optimierten Lichtausgang zu bieten, was es besonders für Anwendungen geeignet macht, die eine effiziente Lichteinkopplung in Lichtleiter erfordern. Die Serie ist in mehreren Farben erhältlich, darunter sanftes Orange, Grün, Blau und Gelb, mit einem weißen Gehäusekörper und einem farblos klaren Fenster. Ihr niedriger Durchlassstrombedarf macht sie zur idealen Wahl für leistungssensitive Anwendungen wie tragbare elektronische Geräte.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die primären Vorteile dieser LED-Serie ergeben sich aus ihrem Gehäusedesign. Der integrierte Inter-Reflektor verbessert die Lichtauskopplung und Richtwirkung erheblich, was zu einem gleichmäßigen und breiten Abstrahlmuster führt. Diese Eigenschaft ist entscheidend für die Hintergrundbeleuchtung von Symbolen, Schaltern und LCD-Panels, wo eine gleichmäßige Ausleuchtung erforderlich ist. Das Bauteil ist voll kompatibel mit Standard-Automatik-Bestückungsgeräten und wird auf 8-mm-Trägerbändern auf Rolle für die Serienfertigung geliefert. Seine Kompatibilität mit verschiedenen Lötverfahren, einschließlich Dampfphasenreflow, Infrarot-Reflow und Wellenlötung, bietet Flexibilität in der Fertigung. Das Produkt ist auch RoHS-konform und bleifrei. Zielmärkte sind Automobilinnenräume (Armaturenbrett- und Schalterhintergrundbeleuchtung), Telekommunikationsgeräte (Anzeige- und Hintergrundbeleuchtung in Telefonen/Faxgeräten) und allgemeine Unterhaltungselektronik, die zuverlässige Anzeigeleuchten oder Hintergrundbeleuchtungslösungen erfordert.

2. Vertiefung der technischen Parameter

Die elektrische und optische Leistung der LED wird unter spezifischen Testbedingungen definiert, typischerweise bei einem Durchlassstrom (I_F) von 20mA und einer Umgebungstemperatur (T_a) von 25°C. Das Verständnis dieser Parameter ist für einen korrekten Schaltungsentwurf und die Gewährleistung der Langzeitzuverlässigkeit unerlässlich.

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Sie sind nicht für den Dauerbetrieb gedacht. Zu den wichtigsten Grenzwerten gehören eine maximale Sperrspannung (V_R) von 5V, ein kontinuierlicher Durchlassstrom (I_F) von 30mA und ein Spitzendurchlassstrom (I_FP) von 100mA unter gepulsten Bedingungen (1/10 Tastverhältnis bei 1kHz). Die maximale Verlustleistung (P_d) beträgt 110mW. Das Bauteil kann in einem Temperaturbereich von -40°C bis +85°C betrieben und zwischen -40°C und +90°C gelagert werden. Löttemperaturprofile sind ebenfalls spezifiziert, um Gehäuseschäden während der Montage zu verhindern.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Die typischen Leistungsparameter liefern die erwarteten Werte unter normalen Betriebsbedingungen. Für die im Dokument implizierte spezifische Variante (wahrscheinlich eine grüne LED basierend auf den Wellenlängendaten) liegt die Lichtstärke (I_v) zwischen einem Minimum von 900 mcd und einem Maximum von 1800 mcd. Der Betrachtungswinkel (2θ_1/2), definiert als der Winkel, bei dem die Intensität auf die Hälfte ihres Spitzenwertes abfällt, beträgt typischerweise 120 Grad, was die Weitwinkel-Aussage bestätigt. Die dominante Wellenlänge (λ_d) für dieses Beispiel liegt zwischen 520nm und 535nm, was sie in das grüne Spektrum einordnet. Die Flussspannung (V_F) liegt bei 20mA zwischen 2,7V und 3,5V. Ein strombegrenzender Widerstand ist in der Anwendungsschaltung zwingend erforderlich, um ein Überschreiten des maximalen Durchlassstroms zu verhindern, da LEDs eine nichtlineare I-V-Beziehung aufweisen, bei der eine kleine Spannungserhöhung einen großen, möglicherweise zerstörerischen, Stromanstieg verursachen kann.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um die Konsistenz in der Serienfertigung sicherzustellen, werden LEDs basierend auf Schlüsselparametern in Leistungsklassen (Bins) sortiert. Dies ermöglicht es Designern, Bauteile auszuwählen, die den spezifischen Anforderungen ihrer Anwendung entsprechen.

3.1 Binning der Lichtstärke

Die Lichtausbeute wird in drei Bincodes kategorisiert: V2 (900-1120 mcd), W1 (1120-1420 mcd) und W2 (1420-1800 mcd). Die Toleranz für die Lichtstärke beträgt ±11%. Designer müssen diese Variation berücksichtigen, wenn sie auf Mindesthelligkeitsanforderungen ausgelegt sind.

3.2 Binning der dominierenden Wellenlänge

Die Farbe (dominante Wellenlänge) wird in drei Codes eingeteilt: X (520-525 nm), Y (525-530 nm) und Z (530-535 nm), mit einer engen Toleranz von ±1nm. Dies gewährleistet Farbkonsistenz innerhalb einer Charge, was für Anwendungen, bei denen mehrere LEDs nebeneinander verwendet werden, entscheidend ist.

3.3 Binning der Flussspannung

Die Flussspannung wird in vier Bins sortiert: 10 (2,70-2,90V), 11 (2,90-3,10V), 12 (3,10-3,30V) und 13 (3,30-3,50V), mit einer Toleranz von ±0,1V. Die Kenntnis des V_F-Bins ist wichtig für die Berechnung des genauen Wertes des strombegrenzenden Widerstands, um den gewünschten Treiberstrom zu erreichen, insbesondere bei Betrieb mit einer Niederspannungs- oder streng geregelten Stromversorgung.

4. Mechanische und Gehäuseinformationen

Das Bauteil verwendet ein P-LCC-2-Gehäuse (Plastic Leaded Chip Carrier). Detaillierte Gehäuseabmessungszeichnungen sind im Datenblatt enthalten, die Länge, Breite, Höhe, Anschlussabstand und Pad-Geometrie spezifizieren. Diese Abmessungen sind entscheidend für das PCB-Footprint-Design. Das Gehäuse verfügt über einen weißen Körper, der die Lichtreflexion unterstützt, und eine farblos klare Epoxidlinse. Die Polarität wird durch die physikalische Struktur des Gehäuses angezeigt, typischerweise durch eine Kerbe oder eine markierte Kathode. Das empfohlene PCB-Padmuster gewährleistet ein korrektes Löten und mechanische Stabilität.

5. Löt- und Montagerichtlinien

Eine ordnungsgemäße Handhabung und Lötung ist entscheidend, um die Integrität und Leistung des Bauteils zu erhalten.

5.1 Reflow-Lötprofil

Für bleifreies Löten muss ein spezifisches Temperaturprofil eingehalten werden. Die Vorwärmphase sollte über 60-120 Sekunden von 150°C auf 200°C ansteigen. Die Zeit über der Liquidustemperatur (217°C) sollte für 60-150 Sekunden gehalten werden, wobei die Spitzentemperatur 260°C für nicht mehr als 10 Sekunden überschreiten darf. Die maximale Aufheizrate sollte 3°C/Sek. betragen, und die Abkühlrate sollte 6°C/Sek. nicht überschreiten. Reflow-Lötungen sollten nicht mehr als zweimal am selben Bauteil durchgeführt werden.

5.2 Handlötung

Falls Handlötung erforderlich ist, muss äußerste Vorsicht walten. Die Temperatur der Lötspitze sollte unter 350°C liegen, und die Kontaktzeit mit jedem Anschluss sollte 3 Sekunden nicht überschreiten. Ein Lötkolben mit geringer Leistung (≤25W) wird empfohlen. Zwischen dem Löten jedes Anschlusses sollte ein Mindestintervall von 2 Sekunden eingehalten werden, um thermischen Schock zu vermeiden.

5.3 Lagerung und Feuchtigkeitssensitivität

Die Bauteile sind in feuchtigkeitsbeständigen Beuteln mit einem Trockenmittel und einer Feuchtigkeitsindikatorkarte verpackt. Der Beutel sollte erst unmittelbar vor der Verwendung in einer Umgebung geöffnet werden, die auf weniger als 30°C und 60% relative Luftfeuchtigkeit kontrolliert ist. Einmal geöffnet, müssen die Bauteile innerhalb der spezifizierten Bodenlebensdauer (im Auszug nicht explizit angegeben, aber typischerweise durch die Feuchtigkeitssensitivitätsstufe, MSL, definiert) verwendet werden. Wenn die Indikatorkarte übermäßige Feuchtigkeit anzeigt, müssen die Bauteile vor der Verwendung 24 Stunden bei 60°C ±5°C getrocknet (gebaket) werden.

6. Verpackungs- und Bestellinformationen

Die LEDs werden auf 8 mm breiten, geprägten Trägerbändern geliefert, die auf Standardrollen aufgewickelt sind. Eine typische Rolle enthält 2000 Stück, obwohl Mindestbestellmengen von 250, 500 oder 1000 Stück verfügbar sein können. Die Rollen- und Bandabmessungen sind präzise spezifiziert, um die Kompatibilität mit automatischen Bestückungsgeräten sicherzustellen. Das Verpackungsetikett enthält kritische Informationen wie die Produktnummer, Menge und die spezifischen Bincodes für Lichtstärke (CAT), dominante Wellenlänge (HUE) und Flussspannung (REF) sowie die Losnummer für die Rückverfolgbarkeit.

7. Anwendungsvorschläge und Designüberlegungen

7.1 Typische Anwendungsszenarien

• Automobilinnenräume:Hintergrundbeleuchtung für Armaturenbrettinstrumente, Bedientasten und Schalter. Der große Betrachtungswinkel gewährleistet die Sichtbarkeit aus verschiedenen Fahrerpositionen.
• Telekommunikation/Unterhaltungselektronik:Statusanzeigen und Tastatur-Hintergrundbeleuchtung in Telefonen, Faxgeräten und Fernbedienungen. Der niedrige Stromverbrauch ist vorteilhaft für die Batterielebensdauer.
• Allgemeine Anzeigeleuchten:Netzstatus, Modusauswahl und Warnanzeigen in verschiedenen elektronischen Geräten.
• Lichtleiteranwendungen:Der optimierte Lichtausgang und der große Winkel machen diese Serie ideal für die Einkopplung in Acryl- oder Polycarbonat-Lichtleiter, die das Licht dann zu einem gewünschten Ort auf einem Panel leiten, was ein flexibles mechanisches Design ermöglicht.

7.2 Designüberlegungen

• Strombegrenzung:Verwenden Sie stets einen Reihenwiderstand, um den Durchlassstrom einzustellen. Berechnen Sie den Widerstandswert mit R = (V_versorgung- V_F) / I_F. Verwenden Sie den maximalen V_F-Wert aus dem Datenblatt (oder dem spezifischen Bin), um sicherzustellen, dass der Strom unter ungünstigsten Bedingungen niemals den Maximalwert überschreitet.
• Thermisches Management:Obwohl die Verlustleistung gering ist, sorgen Sie für ausreichende PCB-Kupferfläche oder thermische Durchkontaktierungen, wenn bei hohen Umgebungstemperaturen oder nahe dem Maximalstrom betrieben wird, um die Sperrschichttemperatur innerhalb der Grenzen zu halten.
• ESD-Schutz:Das Bauteil hat eine ESD-Festigkeit von 1000V (HBM). Implementieren Sie während der Handhabung und Montage Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen. Für empfindliche Anwendungen sollten Sie eine transiente Spannungsunterdrückung auf den mit der LED verbundenen Leitungen in Betracht ziehen.
• Optisches Design:Für Lichtleiteranwendungen sind der Abstand und die Ausrichtung zwischen der LED und dem Lichtleitereingang kritisch. Der große Betrachtungswinkel hilft, kann aber einen Reflektortopf oder ein maßgeschneidertes Lichtleiterdesign erfordern, um die Kopplungseffizienz zu maximieren.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Der Hauptunterschied der Serie 67-21 ist der integrierte Reflektor im P-LCC-2-Gehäuse. Im Vergleich zu Standard-SMD-LEDs ohne diese Funktion bietet sie eine überlegene Lichtausgangseffizienz und ein kontrollierteres, breiteres Strahlmuster. Dies macht in vielen Designs einen externen Reflektor überflüssig, spart Platz und Kosten. Die Kombination aus einem großen 120-Grad-Betrachtungswinkel und der Verfügbarkeit in mehreren Farben innerhalb desselben Gehäuse-Footprints bietet Designflexibilität. Ihre Kompatibilität mit allen gängigen Lötverfahren macht sie auch zu einem vielseitigen Drop-in-Bauteil für verschiedene Fertigungslinien.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

9.1 Warum ist ein strombegrenzender Widerstand zwingend erforderlich?

LEDs sind Dioden mit einer exponentiellen Strom-Spannungs-(I-V)-Beziehung. Eine kleine Erhöhung der Spannung über die Nenn-Flussspannung hinaus verursacht einen sehr großen Stromanstieg. Ohne einen Widerstand, der diesen Strom begrenzt, zieht die LED schnell übermäßigen Strom, was zu Überhitzung und katastrophalem Ausfall führt, selbst wenn die Versorgungsspannung nur geringfügig zu hoch erscheint. Der Widerstand sorgt für einen linearen, vorhersehbaren Spannungsabfall, um den Strom zu stabilisieren.

9.2 Kann ich diese LED direkt mit einer Spannungsquelle ansteuern?

Nein. Das direkte Ansteuern einer LED mit einer Spannungsquelle wird dringend abgeraten und wird das Bauteil wahrscheinlich zerstören. Sie muss mit einer Stromquelle oder, häufiger, einer Spannungsquelle in Reihe mit einem strombegrenzenden Widerstand wie oben beschrieben angesteuert werden.

9.3 Was bedeutet die "Binning" der Parameter für mein Design?

Binning bedeutet, dass die LEDs getestet und basierend auf ihrer Leistung in Gruppen sortiert werden. Wenn Ihr Design über mehrere Einheiten hinweg eine sehr konsistente Helligkeit oder Farbe erfordert, sollten Sie bei der Bestellung die erforderlichen Bincodes angeben (z.B. W2 für höchste Helligkeit, Y für einen spezifischen Grünton). Wenn Ihr Design mehr Variation tolerieren kann, können Sie eine breitere Mischung von Bins akzeptieren, was kostengünstiger sein könnte.

9.4 Wie oft kann ich dieses Bauteil reflowlöten?

Das Datenblatt spezifiziert, dass Reflow-Lötungen nicht mehr als zweimal durchgeführt werden sollten. Jeder Reflow-Zyklus setzt das Bauteil thermischen Belastungen aus, die die internen Bonddrähte oder den Epoxid-Verguss potenziell verschlechtern können. Für Nacharbeit werden spezifische Richtlinien unter Verwendung eines Doppelspitzen-Lötkolbens bereitgestellt, um lokale Erwärmung zu minimieren.

10. Praktischer Design- und Anwendungsfall

Szenario: Entwurf einer hintergrundbeleuchteten Membranschalterplatte.Ein Designer erstellt ein Bedienpanel mit 12 beleuchteten Tasten. Jede Taste verwendet einen Lichtleiter, um Licht von einer auf der Hauptplatine montierten SMD-LED zur Tastenkappe zu leiten. Die Serie 67-21 wird aufgrund ihres großen Betrachtungswinkels, der eine effiziente Einkopplung in den Lichtleitereingang gewährleistet, und ihres niedrigen Stromverbrauchs ausgewählt, da das Panel von einer 5V-Schiene mit begrenztem Strombudget versorgt wird. Der Designer berechnet den Wert des strombegrenzenden Widerstands unter Verwendung des maximalen V_F von 3,5V, um einen sicheren Betrieb über alle Einheiten hinweg zu gewährleisten: R = (5V - 3,5V) / 0,02A = 75 Ohm. Ein Standard-75Ω- oder 82Ω-Widerstand wird gewählt. Das PCB-Layout platziert die LEDs präzise unter den Lichtleitereingängen, und die Montage folgt dem spezifizierten Reflow-Profil. Durch die Angabe eines engen Wellenlängen-Bins (z.B. Y: 525-530nm) stellt der Designer sicher, dass alle Tasten eine konsistente grüne Farbe haben.

11. Einführung in das Funktionsprinzip

Leuchtdioden sind Halbleiterbauelemente, die Licht durch Elektrolumineszenz emittieren. Wenn eine Flussspannung an den p-n-Übergang angelegt wird, rekombinieren Elektronen aus dem n-Typ-Material mit Löchern aus dem p-Typ-Material im aktiven Bereich. Dieser Rekombinationsprozess setzt Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts wird durch die Bandlückenenergie der verwendeten Halbleitermaterialien bestimmt (z.B. InGaN für Grün/Blau). Der integrierte Reflektor in der Serie 67-21 ist eine geformte Kavität um den Halbleiterchip. Er reflektiert Licht, das sonst seitlich abgestrahlt oder vom Gehäuse absorbiert würde, zurück in die obere Betrachtungsrichtung, wodurch der nutzbare Lichtausgang erhöht und das Abstrahlmuster zu einem breiteren, gleichmäßigeren Strahl geformt wird.

12. Technologietrends

Der allgemeine Trend bei SMD-Anzeige-LEDs geht weiterhin in Richtung höherer Effizienz (mehr Lichtausgang pro Einheit elektrischer Leistung), verbesserter Farbkonsistenz durch fortschrittliches Binning und Fertigungskontrolle sowie erhöhter Zuverlässigkeit. Gehäusetechnologien entwickeln sich weiter, um noch größere Betrachtungswinkel und ein besseres thermisches Management auf kleinerem Bauraum zu ermöglichen. Es wird auch zunehmend Wert auf Kompatibilität mit bleifreien und Hochtemperatur-Lötverfahren gelegt, um globale Umweltvorschriften und die Anforderungen von Automobilanwendungen zu erfüllen. Die Integration optischer Merkmale, wie des Reflektors in dieser Serie, direkt in das LED-Gehäuse ist ein Schlüsseltrend, der das Endproduktdesign vereinfacht und die optische Leistung verbessert.