SMD Seiten-LED 57-11UTC/S827-1/TR8 Datenblatt - P-LCC-4 Gehäuse - Weiß - 20mA - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die 57-11UTC/S827-1/TR8 ist eine hochleistungsfähige, weiße Leuchtdiode (LED) in einem kompakten P-LCC-4 Oberflächenmontagegehäuse (SMD). Diese Seitenansichts-LED ist für eine effiziente und zuverlässige Beleuchtung in einer Vielzahl moderner elektronischer Anwendungen konzipiert, bei denen Platz und Stromverbrauch kritische Einschränkungen darstellen.

Das Bauteil verfügt über ein weißes Gehäuse mit wasserklarem Harz und nutzt InGaN-Chip-Technologie zur Erzeugung von weißem Licht. Ein wesentlicher Designaspekt ist der große Betrachtungswinkel, der durch ein optimiertes Inter-Reflektor-Design innerhalb des Gehäuses erreicht wird. Dieses Design verbessert die Lichteinkopplung und macht die LED besonders geeignet für Anwendungen mit Lichtleitern, bei denen eine gleichmäßige Seitenbeleuchtung erforderlich ist. Ihr geringer Strombedarf macht sie zudem zu einer idealen Komponente für batteriebetriebene tragbare Geräte und andere Anwendungen, bei denen Energieeffizienz oberste Priorität hat.

Das Produkt entspricht strengen Umwelt- und Qualitätsstandards, ist bleifrei, erfüllt die EU-RoHS- und REACH-Verordnungen und entspricht halogenfreien Anforderungen (Br<900ppm, Cl<900ppm, Br+Cl<1500ppm). Es ist zudem gemäß JEDEC J-STD-020D Level 3 für Feuchtigkeitssensitivität vorkonditioniert.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Kernvorteile:

• Hohe Lichtstärke und Effizienz:Liefert helle Ausgangsleistung bei optimiertem Stromverbrauch.
• Großer Betrachtungswinkel (~120°):Das Seitenansichts-Design mit Inter-Reflektor sorgt für eine breite und gleichmäßige Lichtverteilung, ideal für Kantenbeleuchtung.
• Kompaktes P-LCC-4 Gehäuse:Die kleine Bauform spart wertvollen Platz auf der Leiterplatte.
• Robuste Konstruktion:Beinhaltet ESD-Schutz (2000V HBM) und ist für zuverlässige Reflow-Lötprozesse ausgelegt.
• Umweltkonformität:Erfüllt moderne regulatorische Anforderungen für gefährliche Stoffe.

Zielanwendungen:

• Hintergrundbeleuchtung für Farb-LCD-Displays in Unterhaltungselektronik, Industrie-Panels und Automobil-Displays.
• Statusanzeigen und Hintergrundbeleuchtung in Büroautomationsgeräten (OA) wie Druckern, Scannern und Multifunktionsgeräten.
• Automobil-Innenraumbeleuchtung, Armaturenbrettbeleuchtung und Schalter-Hintergrundbeleuchtung.
• Allgemeiner Ersatz für konventionelle Miniaturglühlampen und Leuchtstofflampen in Indikatoranwendungen.

2. Vertiefung der technischen Parameter

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Analyse der im Datenblatt angegebenen wesentlichen elektrischen, optischen und thermischen Parameter.

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Grenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb unter diesen Bedingungen ist nicht garantiert.

• Sperrspannung (V_R):5V. Das Überschreiten dieser Spannung in Sperrrichtung kann zum Durchbruch des Übergangs führen.
• Dauer-Durchlassstrom (I_F):30mA. Der maximale Gleichstrom für einen zuverlässigen Dauerbetrieb.
• Spitzen-Durchlassstrom (I_FP):100mA (bei 1/10 Tastverhältnis, 1kHz). Ermöglicht kurze Pulse mit höherem Strom, nützlich für Multiplexing- oder PWM-Dimmverfahren.
• Verlustleistung (P_d):110mW. Die maximale Leistung, die das Gehäuse abführen kann, berechnet als V_F* I_F. Diese Grenze ist entscheidend für das thermische Management.
• Betriebs- & Lagertemperatur:-40°C bis +85°C (Betrieb), -40°C bis +90°C (Lagerung). Spezifiziert den gesamten Umgebungsbereich für die Funktionalität und nicht betriebsbereite Lagerung des Bauteils.
• ESD-Festigkeit (HBM):2000V. Bietet einen gewissen Schutz vor elektrostatischer Entladung während der Handhabung.
• Löttemperatur:Reflow: 260°C Spitze für max. 10 Sek. Handlöten: 350°C für max. 3 Sek. pro Anschluss. Kritisch für die Prozesskontrolle bei der Montage.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften (Ta=25°C)

Dies sind die typischen Leistungsparameter, gemessen unter Standardtestbedingungen.

• Lichtstärke (I_v):900mcd (Min), 1800mcd (Max) bei I_F=20mA. Dies ist das primäre Maß für die Lichtausbeute. Die große Spanne deutet auf ein Binning-System hin (siehe Abschnitt 3). Ein typischer (Typ.) Wert wird nicht angegeben, was auf eine Auswahl basierend auf spezifischen Bin-Codes schließen lässt.
• Betrachtungswinkel (2θ_1/2):120° (Typ). Definiert als der volle Winkel, bei dem die Intensität auf die Hälfte des Spitzenwerts abfällt. Dies bestätigt das breite, diffuse Abstrahlmuster.
• Durchlassspannung (V_F):2.75V (Min), 3.95V (Max) bei I_F=20mA. Der Spannungsabfall über der LED im Betrieb. Dieser Parameter ist ebenfalls gebinnt. Die Variation ist auf inhärente Toleranzen im Halbleiterprozess zurückzuführen.
• Toleranzen:Das Datenblatt gibt eine Toleranz von ±11% für die Lichtstärke und ±0.1V für die Durchlassspannung innerhalb eines bestimmten Bins an, was für präzises Design berücksichtigt werden muss.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um Konsistenz in der Massenproduktion zu gewährleisten, werden LEDs in Leistungsgruppen oder "Bins" sortiert. Dies ermöglicht es Designern, Bauteile auszuwählen, die spezifische Helligkeits- und elektrische Anforderungen erfüllen.

3.1 Lichtstärke-Binning

LEDs werden basierend auf ihrer gemessenen Lichtstärke bei 20mA in drei Bins kategorisiert:

• Bin V2:900 mcd bis 1120 mcd
• Bin W1:1120 mcd bis 1420 mcd
• Bin W2:1420 mcd bis 1800 mcd

Dieses Binning stellt sicher, dass die Helligkeitsschwankung innerhalb einer Produktionscharge kontrolliert wird. Für Anwendungen, die eine gleichmäßige Helligkeit über mehrere LEDs hinweg erfordern, ist die Spezifikation eines einzelnen, engeren Bins (z.B. W1) wesentlich.

3.2 Durchlassspannungs-Binning

LEDs werden auch nach ihrem Durchlassspannungsabfall in vier Gruppen gebinnt:

• Gruppe M5:2.75V bis 3.05V
• Gruppe 6:3.05V bis 3.35V
• Gruppe 7:3.35V bis 3.65V
• Gruppe 8:3.65V bis 3.95V

Das Spannungs-Binning ist entscheidend für den Entwurf von strombegrenzenden Widerstandsnetzwerken, insbesondere beim Treiben mehrerer LEDs in Reihe. Die Verwendung von LEDs aus demselben Spannungs-Bin minimiert Stromungleichgewichte in parallel geschalteten Strängen.

3.3 Farbort-Binning

Der Weißpunkt wird durch seine Koordinaten im CIE-1931-Farbtafeld definiert. Das Datenblatt definiert vier primäre Bins:

• 6K, 6L, 7K, 7L:Jedes Bin hat einen definierten viereckigen Bereich im x,y-Farbdiagramm. Zum Beispiel deckt Bin 6K x von 0.3130 bis 0.3300 und y von 0.2840 bis 0.3300 ab.
• Toleranz:Die Toleranz der Farbortkoordinaten beträgt ±0.01, was die zulässige Abweichung von den nominalen Bin-Eckpunkten definiert.

Dieses Binning ermöglicht die Auswahl von LEDs für Anwendungen, bei denen Farbkonsistenz wichtig ist, wie z.B. LCD-Hintergrundbeleuchtung oder Multi-LED-Indikatoren.

4. Analyse der Kennlinien

Die bereitgestellten Kennlinien bieten wertvolle Einblicke in das Verhalten der LED unter nicht standardmäßigen Bedingungen.

4.1 Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur

Die Kurve zeigt, dass die Lichtstärke von -40°C bis etwa 25°C relativ stabil ist und nahe bei 100% ihres Raumtemperaturwerts bleibt. Bei steigender Temperatur über 25°C hinaus nimmt die Intensität allmählich ab. Bei der maximalen Betriebstemperatur von 85°C kann die Ausgangsleistung etwa 80-85% ihres 25°C-Werts betragen. Dieser thermische Quenching-Effekt ist typisch für LEDs und muss in Designs, die in warmen Umgebungen arbeiten, berücksichtigt werden.

4.2 Derating-Kurve für Durchlassstrom

Dieses Diagramm gibt den maximal zulässigen Dauer-Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur vor. Bei 25°C sind die vollen 30mA erlaubt. Mit steigender Umgebungstemperatur muss der maximal erlaubte Strom linear reduziert werden, um die 110mW Verlustleistungsgrenze nicht zu überschreiten und die Sperrschichttemperatur zu managen. Dies ist eine kritische Designregel für die Zuverlässigkeit.

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

Die Kurve zeigt die klassische exponentielle Beziehung einer Diode. Die Durchlassspannung steigt mit dem Strom. Beim typischen Betriebsstrom von 20mA beträgt V_Fetwa 3.2V bis 3.4V (abhängig vom Bin). Diese Kurve ist wesentlich für die Auswahl eines geeigneten strombegrenzenden Widerstandswerts bei Verwendung einer Konstantspannungsquelle: R = (V_versorgung- V_F) / I_F.

4.4 Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Die Lichtausbeute steigt im unteren Bereich etwa linear mit dem Strom, kann aber bei höheren Strömen (nahe 30-40mA) Anzeichen von Sättigung oder reduzierter Effizienz zeigen. Der Betrieb bei 20mA stellt einen guten Kompromiss zwischen Helligkeit und Effizienz/Zuverlässigkeit dar.

4.5 Spektrumverteilung und Abstrahlcharakteristik

Die Spektrenkurve zeigt eine für eine phosphorkonvertierte weiße LED typische Spitzenwellenlänge, wahrscheinlich im blauen Bereich (~450-460nm) mit einer breiten Phosphoremission im gelben Spektrum, die zusammen weißes Licht erzeugen. Das Abstrahldiagramm bestätigt visuell das breite, lambert'sche Abstrahlprofil mit einem 120° Betrachtungswinkel.

5. Mechanische und Verpackungsinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die LED ist in einem P-LCC-4-Gehäuse untergebracht. Wichtige Abmessungen (in mm) umfassen die Gesamtbaugröße, den Anschlussabstand und die Position der Kathodenkennzeichnung (typischerweise eine Kerbe oder ein grüner Punkt auf dem Gehäuse). Das empfohlene Leiterplatten-Pad-Layout (Footprint) wird ebenfalls bereitgestellt und zeigt die Lötpad-Abmessungen und Abstände, um ein korrektes Löten und Ausrichten zu gewährleisten.

5.2 Polaritätskennzeichnung

Die korrekte Polarität ist wesentlich. Das Datenblatt kennzeichnet den Kathoden- (negativen) Anschluss. Am Gehäuse ist dies oft durch einen grünen Punkt, eine Kerbe an einer Seite des Körpers oder eine abgeschrägte Ecke markiert. Der Leiterplatten-Footprint sollte eine entsprechende Polaritätsmarkierung enthalten.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil

Ein detailliertes bleifreies Reflow-Profil wird bereitgestellt:

• Vorwärmen:150-200°C für 60-120 Sekunden (max. Anstieg 3°C/Sek.).
• Reflow:Zeit über 217°C: 60-150 Sekunden. Spitzentemperatur: maximal 260°C für maximal 10 Sekunden.
• Abkühlen:Maximale Abkühlrate von 6°C/Sek. von über 255°C.

Die Einhaltung dieses Profils ist entscheidend, um thermischen Schock, Lötstellenfehler oder Schäden am LED-Epoxid zu verhindern.

6.2 Lagerung und Handhabung

• Die Komponente ist feuchtigkeitsempfindlich (impliziter MSL-Level). Feuchtigkeitssperrbeutel (MBB) müssen bis zur Verwendung versiegelt bleiben.
• Die empfohlene Öffnungsumgebung ist <30°C / 60% r.F.
• Wenn die Feuchtigkeitsindikatorkarte übermäßige Feuchtigkeit anzeigt, ist vor dem Löten ein Trocknen bei 60°C ±5°C für 24 Stunden erforderlich.
• Reflow-Löten sollte nicht mehr als zweimal durchgeführt werden.

6.3 Handlöten und Nacharbeit

Falls Handlöten notwendig ist:

• Verwenden Sie einen Lötkolben mit einer Spitzentemperatur <350°C.
• Begrenzen Sie die Kontaktzeit auf 3 Sekunden pro Anschluss.Verwenden Sie einen Kolben mit einer Leistung ≤25W.
• Lassen Sie eine Abkühlpause von mindestens 2 Sekunden zwischen dem Löten jedes Anschlusses.
• Für Nacharbeiten wird ein Zwillingslötkolben empfohlen, um beide Anschlüsse gleichzeitig zu erhitzen und mechanische Belastung zu vermeiden. Die Machbarkeit der Nacharbeit ohne Beschädigung der LED sollte vorab geprüft werden.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Band- und Rollenspezifikationen

Die LEDs werden in feuchtigkeitsbeständiger Verpackung auf geprägter Trägerbahn geliefert, die auf Rollen aufgewickelt ist.

• Packungsmenge:500 Stück pro Rolle.
• Detaillierte Abmessungen für die Trägerbahn (Taschengröße, Teilung), die Deckfolie und die Rolle (Durchmesser, Nabenmaß, Breite) werden für die Kompatibilität mit automatischen Bestückungsgeräten bereitgestellt.

7.2 Etikettenerklärung

Das Rollenetikett enthält wichtige Informationen:

• CPN:Kundenspezifische Teilenummer (optional).
• P/N:Hersteller-Teilenummer (57-11UTC/S827-1/TR8).
• QTY:Menge auf der Rolle.
• CAT:Lichtstärke-Rang (z.B. W1, V2).
• HUE:Dominante Wellenlänge/Farbort-Rang (z.B. 7K).
• REF:Durchlassspannungs-Rang (z.B. 6, 7).
• LOT No:Rückverfolgbare Losnummer.

8. Anwendungsdesign-Überlegungen

8.1 Strombegrenzung ist obligatorisch

Das Datenblatt warnt ausdrücklich: "Der Kunde muss Widerstände zum Schutz einsetzen, andernfalls führt eine geringe Spannungsänderung zu einer großen Stromänderung (Ausbrennen kann passieren)." LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Eine Konstantstromquelle oder, häufiger, ein serieller strombegrenzender Widerstand ist bei Verwendung einer Spannungsversorgung absolut erforderlich. Der Widerstandswert wird unter Verwendung des maximalen V_Faus dem gewählten Bin berechnet, um sicherzustellen, dass der Strom selbst bei Versorgungsspannungstoleranzen niemals den absoluten Maximalwert überschreitet.

8.2 Thermomanagement

Obwohl das Gehäuse klein ist, erzeugt die Verlustleistung (bis zu 110mW) Wärme. Für Dauerbetrieb bei hohen Strömen oder erhöhten Umgebungstemperaturen ist Folgendes zu beachten:

• Einhaltung der Derating-Kurve für den Durchlassstrom.
• Bereitstellung einer ausreichenden Kupferfläche auf der Leiterplatte unter und um die LED-Pads herum, die als Kühlkörper dient.
• Sicherstellung einer guten Luftzirkulation in der Endanwendung.

8.3 Erzielen von Gleichmäßigkeit in Multi-LED-Arrays

Für Hintergrundbeleuchtungen oder Indikator-Arrays, bei denen konsistente Helligkeit und Farbe entscheidend sind:

• Spezifizieren Sie enge Bins für Lichtstärke (I_v) und Farbort (x,y).
• Für parallel geschaltete LEDs verwenden Sie LEDs aus demselben Durchlassspannungs- (V_F) Bin und/oder setzen Sie individuelle Serienwiderstände für jede LED ein, um die Ströme auszugleichen.
• Erwägen Sie, LEDs in Serienschaltungen von einem Konstantstromtreiber anzusteuern, um identischen Strom durch jedes Bauteil zu garantieren.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu generischen SMD-LEDs bietet die 57-11UTC/S827-1/TR8-Serie spezifische Vorteile:

• Seitenansicht vs. Draufsicht:Im Gegensatz zu üblichen top-emittierenden LEDs ist dieses Seitenansichtsgehäuse dafür ausgelegt, Licht parallel zur Leiterplattenebene abzustrahlen, was für Lichtleiter- und Kantenbeleuchtungsanwendungen wesentlich ist.
• Optimiertes optisches Design:Der integrierte Inter-Reflektor unterscheidet sie von einfachen Seitenansichts-LEDs durch einen größeren und gleichmäßigeren Betrachtungswinkel.
• Umfassendes Binning:Das detaillierte dreifache Binning (Intensität, Spannung, Farbort) bietet ein höheres Maß an Leistungskonsistenz und Auswahlflexibilität im Vergleich zu Teilen mit lockerem oder keinem Binning.
• Robustheit:Die Einbeziehung von ESD-Schutz und die Spezifikation für bleifreies Reflow-Löten machen sie für moderne, automatisierte Montageprozesse geeignet.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

10.1 Was ist der typische Betriebsstrom?

Die elektro-optischen Eigenschaften werden bei I_F= 20mA getestet, was der empfohlene typische Betriebspunkt für einen Ausgleich zwischen Helligkeit, Effizienz und Lebensdauer ist. Der absolute maximale Dauerstrom beträgt 30mA.

10.2 Wie wähle ich den richtigen strombegrenzenden Widerstand?

Verwenden Sie die Formel: R = (V_versorgung- V_F) / I_F. Verwenden Sie die maximale V_Faus Ihrem gewählten Spannungs-Bin (z.B. 3.95V für Bin 8) und Ihren gewünschten I_F(z.B. 20mA). Für eine 5V-Versorgung: R = (5V - 3.95V) / 0.02A = 52.5Ω. Wählen Sie den nächsthöheren Standardwert (z.B. 56Ω) und stellen Sie sicher, dass die Widerstandsleistung ausreicht (P = I²* R).

10.3 Kann ich PWM zum Dimmen verwenden?

Ja, PWM (Pulsweitenmodulation) ist eine ausgezeichnete Methode zum Dimmen von LEDs. Der Spitzenstrom im Puls sollte den I_FP-Grenzwert von 100mA (bei 1/10 Tastverhältnis) nicht überschreiten. Stellen Sie sicher, dass der zeitliche Mittelwert des Stroms den kontinuierlichen I_F-Grenzwert von 30mA nicht überschreitet.

10.4 Warum ist der Betrachtungswinkel für Lichtleiteranwendungen so wichtig?

Ein großer Betrachtungswinkel stellt sicher, dass das Licht über einen breiten Kegel abgestrahlt wird. Bei der Einkopplung in die Kante eines Lichtleiters (eines klaren Kunststoffleiters) fördert dieser weite Einkopplungswinkel die Totalreflexion und eine effiziente Lichtverteilung entlang der Länge des Leiters, was zu einer gleichmäßigen Hintergrundbeleuchtung mit minimalen Hotspots führt.

11. Praktische Design- und Anwendungsbeispiele

11.1 Tasten-Hintergrundbeleuchtung für Mobilgeräte

In einem Smartphone können mehrere dieser Seitenansichts-LEDs entlang der Kante der Hauptleiterplatte platziert werden, die direkt in einen dünnen, komplex geformten Lichtleiter einkoppeln, der kapazitive Touch-Tasten oder Navigationssymbole gleichmäßig beleuchtet. Der geringe Stromverbrauch schont die Akkulaufzeit.

11.2 Automobil-Klimaregelungs-Display

Ein Instrumentencluster oder Mittelkonsolen-Display kann eine einzelne Reihe dieser LEDs entlang einer oder zweier Kanten eines kleinen LCD-Panels verwenden. Der Lichtleiter verteilt das weiße Licht gleichmäßig über die Anzeigefläche. Der große Temperaturbereich (-40°C bis +85°C) macht es für die Automobilumgebung geeignet.

11.3 Industrielles Panel-Meter-Indikator

Die LED kann als hochheller, breitwinkliger Statusindikator (z.B. Ein, Alarm) auf einem Industrie-Steuerpult verwendet werden. Ihre Zuverlässigkeit und Kompatibilität mit automatisierter SMD-Montage rationalisiert die Fertigung.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Dies ist eine phosphorkonvertierte weiße LED. Der Kern ist ein Halbleiterchip aus Indiumgalliumnitrid (InGaN), der Licht im blauen Spektrum emittiert, wenn elektrischer Strom durch seinen P-N-Übergang fließt (Elektrolumineszenz). Dieses blaue Licht wird teilweise von einer Schicht gelben Phosphors absorbiert, die innerhalb des Gehäuses aufgebracht ist. Der Phosphor emittiert Licht über einen breiten Bereich gelber Wellenlängen neu. Die Kombination des verbleibenden blauen Lichts und des konvertierten gelben Lichts wird vom menschlichen Auge als weiß wahrgenommen. Das wasserklare Harz schützt den Chip und den Phosphor und ermöglicht gleichzeitig eine effiziente Lichtextraktion. Die Inter-Reflektor-Struktur um den Chip hilft, mehr des emittierten Lichts durch die Seite des Gehäuses zu lenken und erzeugt so den großen Betrachtungswinkel.

13. Technologietrends und Kontext

Seitenansichts-LEDs wie die 57-11-Serie repräsentieren eine ausgereifte und optimierte Lösung für spezifische räumliche Einschränkungen im Elektronikdesign. Der Trend in diesem Segment konzentriert sich weiterhin auf:

• Erhöhte Effizienz (lm/W):Verbesserung der Lichtausbeute pro elektrischer Eingangsleistung, was geringeren Stromverbrauch oder höhere Helligkeit ermöglicht.
• Höherer Farbwiedergabeindex (CRI):Für Display-Hintergrundbeleuchtung werden LEDs mit breiteren und kontinuierlicheren Spektren entwickelt, um Farben genauer wiederzugeben.
• Miniaturisierung:Noch kleinere Gehäuseabmessungen bei gleichbleibender oder verbesserter optischer Leistung, um dünnere Endprodukte zu ermöglichen.
• Verbesserte Zuverlässigkeit und Lebensdauer:Fortlaufende Verbesserungen bei Materialien (Epoxid, Phosphor) und Chip-Technologie, um höheren Betriebstemperaturen und längeren Betriebsstunden standzuhalten.
• Integration:Das Aufkommen integrierter LED-Module, die die LED, den Treiber-IC und passive Bauteile in einem einzigen Gehäuse kombinieren, vereinfacht das Design für den Endanwender.

Während neuere Technologien wie Micro-LEDs und fortschrittliche COB-Gehäuse (Chip-on-Board) für Direktdisplay-Anwendungen entstehen, bleibt die dedizierte SMD-Seitenansichts-LED die dominierende und kosteneffektivste Lösung für Kantenbeleuchtungs- und kompakte Indikatoranwendungen, bei denen Lichtleiter eingesetzt werden.