SMD Top-View Blaue LED 67-21 Serie Datenblatt - P-LCC-2 Gehäuse - 2,7-3,5V - 25mA - 90mW - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die 67-21-Serie repräsentiert eine Familie von Oberflächenmontage-Bauelementen (SMD), speziell Leuchtdioden (LEDs), die für Top-View-Anwendungen konzipiert sind. Diese Komponente wurde entwickelt, um zuverlässige Anzeige- und Hintergrundbeleuchtungsfunktionen in einem kompakten, weißen P-LCC-2-Gehäuse mit farblos klarem Fenster zu bieten. Ihr primäres Entwicklungsziel ist es, eine optimierte Lichtausbeute und Kopplungseffizienz zu bieten, was sie besonders für die Integration mit Lichtleitern geeignet macht. Das Bauteil arbeitet mit niedrigen Strompegeln, was ein entscheidender Vorteil für batteriebetriebene oder stromsparende tragbare Elektronikgeräte ist, bei denen Energieeffizienz oberste Priorität hat.

Die Kernvorteile dieser LED umfassen ihren breiten Betrachtungswinkel, der die Sichtbarkeit aus verschiedenen Perspektiven sicherstellt, sowie ihre Kompatibilität mit standardisierten automatisierten Bestückungsprozessen. Sie wird auf Gurt und Rolle geliefert, um eine hohe Produktionseffizienz zu gewährleisten. Das Produkt entspricht mehreren wichtigen Umwelt- und Sicherheitsstandards, darunter bleifrei, konform mit der EU REACH-Verordnung und erfüllt halogenfreie Anforderungen (Br<900ppm, Cl<900ppm, Br+Cl<1500ppm). Es ist zudem gemäß dem JEDEC J-STD-020D Level 3 Standard für Feuchtigkeitsempfindlichkeit vorbehandelt.

2. Vertiefung der technischen Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Die Absolute Maximalwerte definieren die Grenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Dies sind keine Betriebsbedingungen. Für die 67-21-Serie LED beträgt die maximale Sperrspannung (VR) 5V. Das Überschreiten dieser Spannung in Sperrrichtung kann zum Sperrschichtdurchbruch führen. Der maximale Dauer-Durchlassstrom (IF) beträgt 25 mA. Für Pulsbetrieb ist ein Spitzen-Durchlassstrom (IFP) von 100 mA bei einem Tastverhältnis von 1/10 und 1 kHz zulässig. Die maximale Verlustleistung (Pd), die das Gehäuse verkraften kann, beträgt 90 mW, was direkt mit dem thermischen Management zusammenhängt. Die maximal zulässige Sperrschichttemperatur (Tj) beträgt 115°C. Das Bauteil ist für den Betrieb (Topr) zwischen -40°C und +85°C und für die Lagerung (Tstg) zwischen -40°C und +90°C ausgelegt. Es hält einer elektrostatischen Entladung (ESD) von 2000V (Human Body Model) stand. Das Lötprofil ist sowohl für Reflow-Löten (max. 260°C für 10 Sekunden) als auch für Handlöten (max. 350°C für 3 Sekunden) spezifiziert.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Die Elektro-optischen Eigenschaften werden unter Standardtestbedingungen von Ta=25°C und IF=20mA gemessen und liefern die typischen Leistungsparameter. Die Lichtstärke (Iv) hat einen typischen Bereich von mindestens 72 mcd bis maximal 180 mcd, wobei konkrete Werte durch den Bin-Code bestimmt werden. Der Betrachtungswinkel (2θ1/2), definiert als der Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte ihres Spitzenwertes abfällt, beträgt typischerweise 120 Grad und bietet somit ein sehr breites Abstrahlmuster. Das emittierte Licht ist blau mit einer typischen Spitzenwellenlänge (λp) von etwa 468 nm. Die dominante Wellenlänge (λd) liegt im Bereich von 462 nm bis 472 nm. Die spektrale Bandbreite (Δλ) beträgt typischerweise 20 nm. Die zum Betrieb der LED mit 20mA erforderliche Durchlassspannung (VF) liegt zwischen 2,70V und 3,50V. Der Sperrstrom (IR) ist sehr niedrig und beträgt maximal 10 μA bei einer angelegten Sperrspannung von 5V.

3. Erklärung des Bin-Systems

Die Leistung von LEDs kann von Charge zu Charge variieren. Um für Entwickler Konsistenz zu gewährleisten, wird die 67-21-Serie für die Schlüsselparameter Lichtstärke, dominante Wellenlänge und Durchlassspannung in Bins kategorisiert.

3.1 Lichtstärke-Bin

Die Lichtstärke ist in vier Codes unterteilt: Q1 (72-90 mcd), Q2 (90-112 mcd), R1 (112-140 mcd) und R2 (140-180 mcd). Es gilt eine Toleranz von ±11%. Dies ermöglicht eine Auswahl basierend auf den erforderlichen Helligkeitsstufen.

3.2 Bin für dominante Wellenlänge

Die dominante Wellenlänge, die die wahrgenommene Farbe definiert, ist unter 'FA' gruppiert und in fünf Codes unterteilt: AA0 (462,0-464,0 nm), AA1 (464,0-466,0 nm), AA2 (466,0-468,0 nm), AA3 (468,0-470,0 nm) und AA4 (470,0-472,0 nm). Es wird eine Toleranz von ±1nm angegeben. Dies ermöglicht eine präzise Farbabstimmung in Anwendungen.

3.3 Bin für Durchlassspannung

Die Durchlassspannung ist unter 'F' gruppiert und in vier Codes unterteilt: 10 (2,70-2,90V), 11 (2,90-3,10V), 12 (3,10-3,30V) und 13 (3,30-3,50V). Es gilt eine Toleranz von ±0,1V. Die Kenntnis des VF-Bins hilft bei der Auslegung effizienter Strombegrenzungsschaltungen und der Vorhersage des Stromverbrauchs.

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere typische Kennlinien, die das Verhalten des Bauteils unter verschiedenen Bedingungen veranschaulichen. Diese Diagramme dienen der Referenz und stellen typische Daten dar, keine garantierten Mindest- oder Höchstwerte.

Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (IV-Kennlinie):Diese Kurve zeigt den exponentiellen Zusammenhang zwischen dem durch die LED fließenden Strom und der daran anliegenden Spannung. Sie ist entscheidend für die Bestimmung des Arbeitspunktes und die Auslegung der Treiberschaltung. Die Kurve zeigt typischerweise, dass ein kleiner Spannungsanstieg über den Einschaltpunkt hinaus zu einem großen Stromanstieg führt.

Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom:Dieses Diagramm zeigt, wie die Lichtausbeute mit dem Durchlassstrom zunimmt. Es ist im empfohlenen Betriebsbereich im Allgemeinen linear, kann aber bei höheren Strömen in die Sättigung gehen. Es hilft bei der Auswahl des Betriebsstroms für eine gewünschte Helligkeitsstufe.

Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Diese Kurve zeigt die Reduzierung der Lichtausbeute mit steigender Umgebungstemperatur. Der Wirkungsgrad der LED nimmt mit steigender Temperatur ab. Dies ist eine kritische Überlegung für das thermische Management in der Anwendung, um eine konstante Helligkeit aufrechtzuerhalten.

Derating-Kurve für Durchlassstrom:Dieses Diagramm zeigt den maximal zulässigen Dauer-Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur. Mit steigender Temperatur muss der maximale Strom reduziert werden, um ein Überschreiten der maximalen Sperrschichttemperatur zu verhindern und die Langzeitzuverlässigkeit sicherzustellen.

Spektralverteilung:Diese Darstellung zeigt die relative Intensität des emittierten Lichts über verschiedene Wellenlängen, zentriert um die Spitzenwellenlänge von ~468 nm. Sie zeigt die spektrale Reinheit und Breite der blauen Lichtemission.

Abstrahldiagramm:Dieses Polardiagramm stellt die räumliche Verteilung der Lichtintensität visuell dar und bestätigt den breiten 120-Grad-Betrachtungswinkel. Es zeigt, wie das Licht in Vorwärtsrichtung (0°) intensiver abgestrahlt wird und zu den Seiten hin abnimmt.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

Die LED ist in einem P-LCC-2 (Plastic Leaded Chip Carrier) Gehäuse untergebracht. Das Gehäuse ist weiß mit einer farblos klaren Linse. Ein detailliertes Maßzeichnung ist im Datenblatt enthalten, das Länge, Breite, Höhe, Anschlussabstand und andere kritische mechanische Merkmale spezifiziert. Alle Toleranzen betragen typischerweise ±0,1mm, sofern nicht anders angegeben. Die Zeichnung umfasst Draufsicht, Seitenansicht und eine Footprint-Empfehlung für das PCB-Layout, die die Geometrie der Anoden- und Kathoden-Pads sowie die empfohlene Lötstoppmaskeöffnung zeigt. Die Polarität ist auf dem Bauteil selbst angegeben, typischerweise durch eine Markierung wie eine Kerbe oder einen Punkt in der Nähe der Kathode.

6. Löt- und Bestückungsrichtlinien

Sachgemäße Handhabung und Lötung sind für die Zuverlässigkeit unerlässlich.

Lagerung:Die Bauteile sind in feuchtigkeitsbeständigen Beuteln mit Trockenmittel und Feuchtigkeitsindikator-Karte verpackt. Der Beutel sollte erst unmittelbar vor der Verwendung in einer Umgebung mit weniger als 30°C und 60% relativer Luftfeuchtigkeit geöffnet werden. Nach dem Öffnen müssen die Bauteile innerhalb des durch die Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe (MSL 3, basierend auf J-STD-020D) vorgegebenen Zeitrahmens verwendet werden. Zeigt die Indikatorkarte übermäßige Feuchtigkeit an, ist vor der Verwendung ein Trocknungsprozess bei 60°C ±5°C für 24 Stunden erforderlich.

Reflow-Löten:Ein spezifisches Temperaturprofil für bleifreies Lot wird empfohlen. Das Profil umfasst eine Vorwärmphase (150-200°C für 60-120s), einen Anstieg auf die Spitzentemperatur (max. 260°C), eine Zeit oberhalb der Liquidustemperatur (217°C für 60-150s) und ein kontrolliertes Abkühlen. Die Zeit oberhalb 255°C sollte 30 Sekunden nicht überschreiten, und die Spitzentemperatur von 260°C sollte maximal 10 Sekunden gehalten werden. Reflow-Löten sollte nicht öfter als zweimal durchgeführt werden. Während des Erhitzens sollte keine mechanische Spannung auf die LED ausgeübt werden, und die Leiterplatte sollte nach dem Löten nicht verziehen.

Handlöten:Falls erforderlich, sollte Handlöten mit einer Lötspitzentemperatur unter 350°C für nicht mehr als 3 Sekunden pro Anschluss durchgeführt werden. Die Lötkolbenleistung sollte 25W oder weniger betragen. Zwischen dem Löten jedes Anschlusses sollte ein Mindestintervall von 2 Sekunden eingehalten werden. Für Reparaturarbeiten wird ein Doppelspitzen-Lötkolben empfohlen, um thermische Spannungen zu vermeiden.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

Die LEDs werden auf 8mm Trägerband geliefert, das auf Rollen für die automatisierte Pick-and-Place-Bestückung aufgewickelt ist. Jede Rolle enthält 2000 Stück. Die Abmessungen von Rolle und Band sind im Datenblatt angegeben. Ein Etikett auf der Rolle enthält wichtige Informationen: Kundeneigene Artikelnummer (CPN), Artikelnummer (P/N), Packmenge (QTY) und die Bin-Codes für Lichtstärke-Klasse (CAT), dominante Wellenlänge-Klasse (HUE) und Durchlassspannung-Klasse (REF), zusammen mit der Losnummer (LOT No).

8. Anwendungsempfehlungen

Typische Anwendungen:Diese LED ist ideal für Telekommunikationsgeräte (Anzeigen und Hintergrundbeleuchtung in Telefonen, Faxgeräten), flache Hintergrundbeleuchtung für LCDs, Schalter und Symbole, Lichtleiteranwendungen zur Lichtführung zu einem Panel oder einer Blende sowie für allgemeine Indikatorzwecke.

Design-Überlegungen: Strombegrenzung:Ein externer strombegrenzender Widerstand istzwingend erforderlich. LEDs sind stromgesteuerte Bauteile, und eine kleine Änderung der Durchlassspannung kann eine große, möglicherweise zerstörerische Änderung des Stroms verursachen. Der Widerstandswert kann mit dem Ohmschen Gesetz berechnet werden: R = (Vversorgung - VF) / IF, wobei VF die Durchlassspannung aus dem Bin oder der typische Wert ist und IF der gewünschte Betriebsstrom (z.B. 20mA).Thermisches Management:Obwohl die Verlustleistung gering ist, kann eine ausreichende Kupferfläche auf der Leiterplatte oder thermische Durchkontaktierungen helfen, Wärme abzuführen, insbesondere in Umgebungen mit hoher Umgebungstemperatur oder bei Betrieb mit höheren Strömen. Dies erhält die Lichtausbeute und Lebensdauer.Optisches Design:Der breite 120° Betrachtungswinkel und die klare Linse machen sie hervorragend geeignet für Lichtleiteranwendungen, bei denen Licht extrahiert und gelenkt werden muss. Das weiße Gehäuse hilft, internes Licht zu reflektieren und verbessert so die Gesamteffizienz.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu generischen blauen LEDs bietet die 67-21-Serie mehrere deutliche Vorteile. Der breite 120-Grad-Betrachtungswinkel ist vielen Standard-LEDs mit engeren Strahlungswinkeln (z.B. 60-80 Grad) überlegen, was sie für Anwendungen mit Anforderungen an die Sichtbarkeit außerhalb der Achse besser geeignet macht. Die definierte Binneneinteilung für Intensität, Wellenlänge und Spannung bietet Herstellern vorhersehbare und konsistente Leistung, was für Farbabgleich und Helligkeitsgleichmäßigkeit in Multi-LED-Arrays entscheidend ist. Das Gehäuse ist speziell für optimierte Lichtkopplung ausgelegt und steigert die Effizienz bei Verwendung mit Lichtleitern. Darüber hinaus macht ihre vollständige Konformität mit modernen Umweltstandards (RoHS, REACH, halogenfrei) sie für globale Märkte mit strengen Vorschriften geeignet.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQs)

F: Warum ist ein strombegrenzender Widerstand absolut notwendig?

A: Die IV-Kennlinie der LED ist exponentiell. Ohne Widerstand wird der Strom nur durch die Leistungsfähigkeit der Stromversorgung und den geringen Innenwiderstand der LED begrenzt, was den Strom sofort weit über das Maximum von 25mA treiben, Überhitzung und katastrophales Versagen verursachen kann.

F: Kann ich diese LED mit einer 3,3V-Versorgung ohne Widerstand betreiben?

A: Nein. Selbst wenn die typische VF 3,0V beträgt, bedeuten Variationen durch Binning, Temperatur und Fertigungstoleranzen, dass die tatsächliche VF niedriger sein könnte. Eine direkt angeschlossene 3,3V-Versorgung könnte einen übermäßigen Strom durch die LED erzwingen. Immer einen Vorwiderstand verwenden.

F: Was bedeutet 'Vorbehandlung: JEDEC J-STD-020D Level 3'?

A: Es bedeutet, dass die Bauteile eine Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe (MSL) von 3 haben. Nach dem Öffnen der werksseitig versiegelten Feuchtigkeitsschutzbeutel müssen die Bauteile innerhalb von 168 Stunden (7 Tagen) bei Lagerung unter <30°C/60% r.F. auf eine Leiterplatte bestückt werden. Wird dieser Zeitrahmen überschritten, müssen sie vor der Verwendung erneut getrocknet werden, um 'Popcorning' während des Reflow-Lötens zu verhindern.

F: Wie interpretiere ich die Bin-Codes auf dem Rollenetikett?

A: Der CAT-Code (z.B. R1) gibt den Lichtstärkebereich an. Der HUE-Code (z.B. AA2) gibt den Bereich der dominanten Wellenlänge an. Der REF-Code (z.B. 11) gibt den Durchlassspannungsbereich an. Dies ermöglicht es Ihnen, die elektrischen und optischen Parameter der verwendeten Charge zu überprüfen.

11. Praktischer Anwendungsfall

Szenario: Entwurf eines Statusanzeigepanels für ein tragbares Medizingerät.

Das Gerät hat mehrere Status-LEDs (Netz, Batterie schwach, Bluetooth verbunden) hinter einem dunkel getönten Polycarbonatfenster. Die 67-21-Serie wird ausgewählt. Ihr breiter Betrachtungswinkel stellt sicher, dass die Anzeigen auch bei Betrachtung des Geräts aus einem Winkel sichtbar sind. Der niedrige Strombedarf (20mA) ist ideal, um die Batterielaufzeit zu maximieren. Ein Lichtleiter wird entworfen, um das Licht von der LED, die auf der Hauptplatine montiert ist, zum Frontpanel-Fenster zu leiten. Das weiße LED-Gehäuse hilft, Licht in den Leiter zu reflektieren. Der Entwickler wählt LEDs aus denselben Intensitäts- und Wellenlängen-Bins (z.B. R1, AA2), um sicherzustellen, dass alle Anzeigen identische Helligkeit und Farbe haben. Eine einfache Treiberschaltung mit einem strombegrenzenden Widerstand für jede LED, berechnet für eine 3,3V-Systemversorgung, wird implementiert. Das Reflow-Profil aus dem Datenblatt wird in die SMT-Bestückungslinie programmiert.

12. Funktionsprinzip

Es handelt sich um eine Halbleiterdiode basierend auf InGaN (Indiumgalliumnitrid) Chip-Material. Wird eine Durchlassspannung angelegt, die die Einschaltspannung der Diode (ca. 2,7-3,5V) überschreitet, werden Elektronen und Löcher in den aktiven Bereich des Halbleiters injiziert. Wenn diese Ladungsträger rekombinieren, wird Energie in Form von Photonen (Licht) freigesetzt. Die spezifische Zusammensetzung des InGaN-Materials bestimmt die Bandlückenenergie, die wiederum die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts definiert – in diesem Fall blaues Licht um 468 nm. Das P-LCC-2-Gehäuse verkapselt den Chip, bietet mechanischen Schutz, beherbergt die Bonddrähte und enthält eine Linse, die den Lichtausgangsstrahl formt.

13. Technologietrends

Die Entwicklung blauer LEDs, insbesondere effizienter auf InGaN basierender, war eine grundlegende Errungenschaft in der Festkörperbeleuchtung und ermöglichte weiße LEDs (über Phosphorkonversion) und Vollfarbdisplays. Aktuelle Trends bei Indikator-SMD-LEDs wie der 67-21-Serie konzentrieren sich auf mehrere Bereiche:Erhöhte Effizienz:Fortlaufende Verbesserungen in der Materialwissenschaft zielen darauf ab, mehr Licht (höhere Lichtausbeute) pro Einheit elektrischer Eingangsleistung zu erzeugen und so den Energieverbrauch weiter zu senken.Miniaturisierung:Während P-LCC-2 ein Standardgehäuse ist, gibt es einen ständigen Druck zu kleineren Bauformen (z.B. 0402, 0201 metrische Größen), um Platz auf der Leiterplatte in immer kleiner werdender Konsumelektronik zu sparen.Verbesserte Zuverlässigkeit und Robustheit:Verbesserungen bei Gehäusematerialien und Die-Attach-Technologien verlängern weiterhin die Betriebslebensdauer und erhöhen die Widerstandsfähigkeit gegen thermische Zyklen und Feuchtigkeit.Engere Binneneinteilung und Farbkonstanz:Da Anwendungen präzisere und gleichmäßigere Beleuchtung fordern, implementieren Hersteller strengere und feinere Binning-Prozesse für Lichtstrom, Farbortkoordinaten und Durchlassspannung.