SMD LED 3014 Weiß Datenblatt - Abmessungen 3,0x1,4x0,8mm - Spannung 2,4-3,6V - Leistung 0,093W - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument enthält die vollständigen technischen Spezifikationen für eine oberflächenmontierbare (SMD) LED im 3014-Gehäuseformat, konfiguriert für Top-View-Emission. Die primäre Lichtfarbe ist Weiß, erzielt durch eine Kombination aus InGaN-Chipmaterial und einem gelblichen Harz-Encapsulant. Die Bauteile sind für allgemeine Indikator- und Beleuchtungsanwendungen konzipiert, bei denen zuverlässige Leistung und einfache Montage von größter Bedeutung sind.

Die Kernvorteile dieser LED umfassen ihr kompaktes P-LCC-2-Gehäuse, das eine hochdichte Leiterplattenbestückung ermöglicht. Sie verfügt über einen inneren Reflektor und einen weißen Gehäusekörper zur Verbesserung des Lichtstroms und der Richtwirkung. Das Bauteil entspricht vollständig modernen Umwelt- und Fertigungsstandards, ist bleifrei, RoHS-konform, REACH-konform und halogenfrei. Es ist gemäß JEDEC J-STD-020D Level 3 für Feuchtigkeitssensitivität vorkonditioniert, was die Zuverlässigkeit in Reflow-Lötprozessen sicherstellt.

Der Zielmarkt umfasst eine breite Palette elektronischer Geräte, die Statusanzeige, Hintergrundbeleuchtung oder allgemeine Beleuchtung erfordern. Ihr Design macht sie sowohl für Consumer- als auch für Industrie-Elektronik geeignet.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Die Betriebsgrenzen des Bauteils sind unter Standard-Umgebungsbedingungen (Ta=25°C) definiert. Das Überschreiten dieser Werte kann dauerhafte Schäden verursachen.

• Sperrspannung (VR):5 V. Dies ist die maximale Spannung, die in Sperrrichtung an den LED-Anschlüssen angelegt werden darf.
• Durchlassstrom (IF):30 mA. Der maximal empfohlene kontinuierliche Gleichstrom für einen zuverlässigen Betrieb.
• Spitzendurchlassstrom (IFP):60 mA. Dies ist nur unter gepulsten Bedingungen mit einem Tastverhältnis von 1/10 bei 1 kHz zulässig.
• Verlustleistung (Pd):93 mW. Die maximale Leistung, die das Gehäuse abführen kann, ohne die Sperrschichttemperaturgrenze zu überschreiten.
• Sperrschichttemperatur (Tj):115 °C. Die maximal zulässige Temperatur der Halbleitersperrschicht.
• Betriebstemperatur (Topr):-40 °C bis +85 °C. Der Umgebungstemperaturbereich, in dem der Betrieb des Bauteils spezifiziert ist.
• Lagertemperatur (Tstg):-40 °C bis +90 °C.
• Elektrostatische Entladung (ESD):Hält 2000 V (Human Body Model) stand, was auf eine moderate Handhabungsempfindlichkeit hinweist.
• Löttemperatur:Das Bauteil hält Reflow-Löten mit einer Spitzentemperatur von 260°C für 10 Sekunden oder Handlöten bei 350°C für 3 Sekunden pro Anschluss stand.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Die wichtigsten Leistungsparameter werden bei Ta=25°C mit einem Durchlassstrom (IF) von 20 mA gemessen, was der Standardtestbedingung entspricht.

• Lichtstärke (Iv):Reicht von einem Minimum von 2240 mcd bis zu einem Maximum von 3550 mcd, wobei ein typischer Wert innerhalb dieses Bereichs impliziert ist. Für die Lichtstärke gilt eine Toleranz von ±11%.
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):Der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke die Hälfte der Spitzenintensität beträgt, beträgt typischerweise 120 Grad, was auf ein breites Abstrahlverhalten für diffuse Beleuchtung hinweist.
• Durchlassspannung (VF):Liegt bei 20 mA zwischen 2,40 V und 3,60 V. Die Toleranz für die Durchlassspannung ist mit ±0,1V angegeben. Dieser Parameter ist entscheidend für den Entwurf der strombegrenzenden Schaltung.
• Sperrstrom (IR):Maximal 10 μA bei einer angelegten Sperrspannung von 5V, was auf gute Diodeneigenschaften hinweist.
• Farborttoleranz:Der Farbpunkt im CIE-Diagramm hat eine Toleranz von ±0,01, was für die Farbkonstanz in Anwendungen mit mehreren LEDs wichtig ist.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um die Konsistenz von Helligkeit und Farbe zu gewährleisten, werden die LEDs basierend auf gemessenen Leistungswerten in Bins sortiert.

3.1 Lichtstärke-Binning

LEDs werden basierend auf ihrer bei IF=20mA gemessenen Lichtstärke in zwei Haupt-Bins kategorisiert:

• Bin-Code BB:Lichtstärkebereich von 2240 mcd bis 2800 mcd.
• Bin-Code CA:Lichtstärkebereich von 2800 mcd bis 3550 mcd.

Die ±11% Toleranz gilt innerhalb jedes Bins. Dieses Binning ermöglicht es Konstrukteuren, LEDs entsprechend dem erforderlichen Helligkeitsniveau in ihrer Anwendung auszuwählen.

3.2 Farbort-Binning

Die weiße Lichtfarbe wird durch ihre Koordinaten im CIE-1931-Farbtafeldiagramm definiert. Das Datenblatt enthält eine detaillierte Tabelle mit Bin-Codes (z.B. SB, J5, J6, K5, K6, L5, L6, M5, M6) mit entsprechenden minimalen und maximalen x- und y-Koordinatenwerten. Beispielsweise deckt der Bin-Code J5 Koordinaten von (0,2800, 0,2566) bis (0,2800, 0,2666) ab. Dieses präzise Binning ist für Anwendungen, bei denen Farbgleichheit über mehrere LEDs hinweg kritisch ist, wie z.B. bei Display-Hintergrundbeleuchtung oder Architekturbeleuchtung, unerlässlich. Die Toleranz für diese Koordinaten beträgt ±0,01.

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere Kennlinien, die einen tieferen Einblick in das Verhalten der LED unter verschiedenen Bedingungen geben.

4.1 Spektrale Verteilung

Die typische spektrale Verteilungskurve zeigt die relative Intensität des emittierten Lichts über verschiedene Wellenlängen. Für eine weiße LED zeigt dies typischerweise einen breiten Peak im blauen Bereich (vom InGaN-Chip) und einen breiteren sekundären Peak im gelb-grünen Bereich (durch die Phosphor-Konversion). Die Peak-Wellenlänge (λp) ist ein Schlüsselparameter. Die Kurve wird mit der Standard-Augenempfindlichkeitskurve V(λ) verglichen.

4.2 Abstrahlcharakteristik

Das Diagramm der Abstrahlcharakteristik (relative Intensität vs. Winkel) stellt den 120-Grad-Abstrahlwinkel visuell dar und zeigt, wie die Lichtintensität von der Mitte (0-Grad-Achse) zu den Rändern abnimmt.

4.3 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung

Diese Kurve veranschaulicht die nichtlineare Beziehung zwischen dem durch die LED fließenden Strom und dem Spannungsabfall über ihr. Sie ist für den Entwurf der Treiberschaltung wesentlich, da eine kleine Spannungsänderung zu einer großen Stromänderung führen kann. Die Kurve zeigt typischerweise einen exponentiellen Anstieg.

4.4 Farbort vs. Durchlassstrom

Dieses Diagramm zeigt, wie sich die Farbkoordinaten (x, y) mit Änderungen des Betriebsstroms verschieben können. Das Verständnis dieser Beziehung ist für Anwendungen wichtig, bei denen Dimmen oder Strommodulation verwendet wird, da dies die Farbkonstanz beeinflussen kann.

4.5 Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Diese Kurve zeigt, wie die Lichtausbeute mit dem Treiberstrom zunimmt. Sie ist über einen Bereich im Allgemeinen linear, wird aber bei höheren Strömen sättigen. Ein Betrieb jenseits des linearen Bereichs ist ineffizient und erhöht die Wärmeentwicklung.

4.6 Maximal zulässiger Durchlassstrom vs. Temperatur

Diese Entlastungskurve ist für die Zuverlässigkeit von entscheidender Bedeutung. Sie zeigt den maximalen Durchlassstrom, den die LED als Funktion der Umgebungs- (oder Gehäuse-)Temperatur verkraften kann. Mit steigender Temperatur nimmt der maximal zulässige Strom ab, um eine Überhitzung der Sperrschicht über ihre 115°C-Grenze hinaus zu verhindern. Dieses Diagramm muss für jedes Design in erhöhten Temperaturumgebungen konsultiert werden.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die LED ist in einem standardmäßigen 3014-Gehäuse erhältlich. Die wichtigsten Abmessungen (in mm, mit einer typischen Toleranz von ±0,1 mm, sofern nicht anders angegeben) umfassen:

• Gesamtlänge: 3,0 mm
• Gesamtbreite: 1,4 mm
• Gesamthöhe: 0,8 mm
• Pad-Abmessungen und Abstände für das Leiterplatten-Land-Pattern-Design.

Die maßstabsgetreue Zeichnung ist für die Erstellung des korrekten Leiterplatten-Footprints unerlässlich, um ein ordnungsgemäßes Löten und Ausrichten zu gewährleisten.

5.2 Polaritätskennzeichnung

Die Draufsicht zeigt typischerweise die Kathodenmarkierung, die für die korrekte Ausrichtung während der Montage wesentlich ist. Falsche Polarität verhindert, dass die LED leuchtet, und kann sie einer Sperrspannung aussetzen.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil

Das empfohlene bleifreie Reflow-Löttemperaturprofil wird bereitgestellt. Wichtige Phasen umfassen:

• Vorwärmen:Anstieg von Umgebungstemperatur auf 150-200°C mit einer maximalen Rate von 3°C/Sek., gehalten für 60-120 Sekunden.
• Reflow:Eine Temperatur über 217°C sollte für 60-150 Sekunden aufrechterhalten werden, wobei eine Spitzentemperatur von maximal 260°C für höchstens 10 Sekunden gehalten wird.
• Abkühlung:Abkühlung von über 255°C mit einer maximalen Rate von 6°C/Sek.

Reflow-Löten sollte nicht mehr als zweimal am selben Bauteil durchgeführt werden.

6.2 Handlöten

Falls Handlöten erforderlich ist, muss die Lötspitzentemperatur unter 350°C liegen, und die Kontaktzeit pro Anschluss darf 3 Sekunden nicht überschreiten. Ein Lötkolben mit geringer Leistung (≤25W) wird empfohlen, mit einem Intervall von mindestens 2 Sekunden zwischen dem Löten jedes Anschlusses, um Abkühlung zu ermöglichen.

6.3 Lagerung und Handhabung

• Die LEDs sind in feuchtigkeitsbeständigen Beuteln verpackt. Der Beutel sollte nur unmittelbar vor der Verwendung geöffnet werden.
• Die empfohlene Umgebung nach dem Öffnen ist <30°C und <60% relative Luftfeuchtigkeit.
• Wenn die Bedingungen für die Feuchtigkeitssensitivitätsstufe (MSL) überschritten werden oder die Feuchtigkeitsindikatorkarte übermäßige Feuchtigkeit anzeigt, müssen die Bauteile vor der Verwendung 24 Stunden lang bei 60°C ±5°C getrocknet werden.
• Während des Erhitzens oder nach dem Löten sollte keine mechanische Belastung auf den LED-Körper ausgeübt werden, und Leiterplatten sollten nicht verformt werden.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Rolle und Band-Spezifikationen

Die LEDs werden auf geprägter Trägerbahn geliefert, die auf Rollen aufgewickelt ist. Standardmäßige Stückzahlen pro Rolle sind 250, 500, 1000 oder 2000 Stück. Detaillierte Abmessungen für die Trägerbahntasche, Teilung und Rolle werden bereitgestellt, um die Kompatibilität mit automatischen Bestückungsgeräten sicherzustellen.

7.2 Etikettenerklärung

Das Rollenetikett enthält wichtige Informationen: Kundeneigene Artikelnummer (CPN), Artikelnummer (P/N), Packmenge (QTY), Lichtstärkenklasse (CAT), dominante Wellenlänge/Farbtonklasse (HUE), Durchlassspannungsklasse (REF) und Losnummer (LOT No).

8. Anwendungsempfehlungen

8.1 Typische Anwendungsszenarien

• Statusanzeigen:Ideal für Schalter, Symbole und optische Anzeigen in Unterhaltungselektronik, Haushaltsgeräten und Industrie-Steuerpaneelen.
• Hintergrundbeleuchtung:Geeignet für Mobiltelefone, Tastaturen und beleuchtete Werbeschilder aufgrund ihres flachen Profils und breiten Abstrahlwinkels.
• Allgemeine Beleuchtung:Kann als Ersatz für traditionelle Anzeigelampen in Innen- und Außenanwendungen verwendet werden.
• Lichtleitereinkopplung:Das Gehäusedesign eignet sich gut für die Einkopplung von Licht in randbeleuchtete Lichtleiter für Panel-Beleuchtung.

8.2 Kritische Designüberlegungen

• Strombegrenzung:Ein externer strombegrenzender Widerstand ist absolut zwingend erforderlich. Die exponentielle I-V-Kennlinie bedeutet, dass eine kleine Spannungsänderung eine große Stromänderung verursacht, die die LED sofort zerstören ("durchbrennen") kann. Der Widerstandswert muss basierend auf der Versorgungsspannung und der Durchlassspannung der LED beim gewünschten Betriebsstrom berechnet werden.
• Wärmemanagement:Obwohl die Verlustleistung gering ist, ist ein ordnungsgemäßes Leiterplattenlayout zur Wärmeableitung wichtig, insbesondere bei Betrieb in hohen Umgebungstemperaturen oder nahe dem Maximalstrom. Konsultieren Sie die Entlastungskurve.
• ESD-Schutz:Obwohl für 2000V HBM ausgelegt, sollten während der Handhabung und Montage Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen beachtet werden.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu traditionellen bedrahteten LEDs bietet diese 3014 SMD LED erhebliche Vorteile:

• Größe und Dichte:Der kompakte 3,0x1,4mm Footprint ermöglicht eine viel höhere Bestückungsdichte auf Leiterplatten.
• Montagekosten:Ermöglicht vollautomatische Bestückung und Reflow-Lötung, was im Vergleich zur manuellen Bestückung Montagezeit und -kosten reduziert.
• Leistung:Bietet typischerweise aufgrund automatisierter Fertigung und Binning eine höhere Lichtausbeute und konsistentere optische Eigenschaften.
• Zuverlässigkeit:Die Festkörperkonstruktion und das Oberflächenmontage-Design führen im Allgemeinen zu einer höheren Stoß- und Vibrationsfestigkeit.

Innerhalb der SMD-LED-Familie bietet das 3014-Gehäuse einen Kompromiss zwischen Lichtausbeute, Größe und Kosten und positioniert sich zwischen kleineren Gehäusen wie 0402/0603 (geringere Ausbeute) und größeren Gehäusen wie 2835/5050 (höhere Ausbeute).

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Welchen Widerstandswert benötige ich für eine 5V-Versorgung?

A: Unter Verwendung des Ohmschen Gesetzes: R = (Versorgungsspannung - Vf) / If. Unter Annahme eines typischen Vf von 3,0V und einem gewünschten If von 20mA: R = (5V - 3,0V) / 0,020A = 100 Ohm. Verwenden Sie für ein konservatives Design, um sicherzustellen, dass der Strom die Grenzwerte nicht überschreitet, immer den maximalen Vf aus dem Datenblatt (3,6V): R_min = (5V - 3,6V) / 0,030A ≈ 47 Ohm. Ein Wert zwischen 68-100 Ohm ist üblich.

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

A: Ja, aber mit Vorsicht. Der Durchlassspannungsbereich (2,4V-3,6V) bedeutet, dass einige LEDs bei 3,3V möglicherweise nicht leuchten, wenn ihr Vf höher ist. Selbst wenn sie leuchten, wird der Strom ohne Treiberschaltung schlecht geregelt sein. Für den Betrieb mit 3,3V wird ein Konstantstromtreiber oder ein Widerstand mit sehr niedrigem Wert empfohlen.

F: Wie interpretiere ich die Lichtstärke-Bin-Codes BB und CA?

A: Bin BB enthält LEDs mit geringerer Helligkeit (2240-2800 mcd), und Bin CA enthält hellere LEDs (2800-3550 mcd). Für ein einheitliches Erscheinungsbild in einer Anordnung sollten LEDs aus demselben Bin-Code spezifiziert und verwendet werden.

F: Im Datenblatt wird \"Farbig leicht grün gepunktetes Harz\" erwähnt. Beeinflusst dies die Lichtfarbe?

A: Der gelbliche/grünliche Farbton des Harzes ist Teil des Farbkonversionssystems. Der InGaN-Chip emittiert blaues Licht, das Phosphore im Harz anregt, um gelbes Licht zu erzeugen. Die Kombination ergibt weißes Licht. Die Harzfarbe selbst ist nicht die Farbe des emittierten Lichts.

11. Praktische Design- und Verwendungsbeispiele

Beispiel 1: Multi-LED-Statusanzeigepanel

Ein Steuerpaneel benötigt 10 einheitliche weiße Anzeigen. Um Konsistenz zu gewährleisten, sollte der Konstrukteur:

1. Alle LEDs aus demselben Lichtstärke-Bin (z.B. CA) und demselben Farbort-Bin (z.B. K5) spezifizieren.

2. Identische strombegrenzende Widerstände für jede LED verwenden, berechnet unter Verwendung des maximalen Vf.

3. Die Leiterplatte so layouten, dass sie gleiche Leiterbahnlängen und thermische Entlastung für jedes LED-Pad bietet, um Variationen zu minimieren.

Beispiel 2: Hintergrundbeleuchtung eines kleinen Displays

Vier LEDs werden entlang der Kante eines Lichtleiters platziert, um ein LCD zu beleuchten. Wichtige Schritte:

1. Die LED-Platzierung und den Abstrahlwinkel (120° ist geeignet) wählen, um eine gleichmäßige Einkopplung in den Leiter zu gewährleisten.

2. In Betracht ziehen, einen Konstantstrom-LED-Treiber-IC anstelle einzelner Widerstände zu verwenden, um identische Helligkeit zu gewährleisten und Dimmen über PWM zu ermöglichen.

3. Überprüfen, ob die Betriebstemperatur im Gerätegehäuse keine Entlastung des Durchlassstroms unter Verwendung der Kurve \"Max. zulässiger Durchlassstrom vs. Temperatur\" erfordert.

12. Funktionsprinzip

Dies ist eine Festkörper-Licht emittierende Diode. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die ihre charakteristische Durchlassspannung (Vf) überschreitet, rekombinieren Elektronen und Löcher innerhalb des InGaN-Halbleitermaterials und setzen Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die primäre Emission des Chips liegt im blauen Spektrum. Dieses blaue Licht trifft dann auf Phosphorpartikel, die in das Einkapselungsharz eingebettet sind. Die Phosphore absorbieren das blaue Licht und emittieren Licht über ein breiteres Spektrum, hauptsächlich im gelben Bereich. Das menschliche Auge nimmt die Mischung aus direktem blauem Licht und phosphorkonvertiertem gelbem Licht als weiß wahr. Der innere Reflektor und das weiße Gehäuse helfen, mehr von diesem emittierten Licht aus der Oberseite des Bauteils zu lenken, wodurch die Gesamtlichtstärke erhöht wird.

13. Technologietrends

Die Entwicklung von SMD-LEDs wie der 3014 folgt mehreren klaren Branchentrends:

Erhöhte Effizienz:Fortlaufende Verbesserungen in der Halbleiterepitaxie und Phosphortechnologie erhöhen weiterhin die Lichtausbeute (Lumen pro Watt), was helleres Licht oder geringeren Stromverbrauch bei gleicher Gehäusegröße ermöglicht.

Farbqualität:Fortschritte in Multi-Phosphor-Mischungen und Chipdesigns verbessern den Farbwiedergabeindex (CRI) und ermöglichen eine präzisere Abstimmung der weißen Farbtemperatur (CCT).

Miniaturisierung und Integration:Während das 3014-Gehäuse beliebt bleibt, gibt es einen Trend zu noch kleineren Gehäusen mit vergleichbarer Ausbeute sowie zu integrierten LED-Modulen, die LED, Treiber und Steuerschaltung in einem einzigen Gehäuse kombinieren.

Intelligente Beleuchtung:Der breitere Markt bewegt sich in Richtung adressierbarer und einstellbarer LEDs (CCT und Dimmen), obwohl dies typischerweise komplexere Gehäuse erfordert als die hier beschriebene einfache Indikator-LED.

Zuverlässigkeit und Standardisierung:Die fortgesetzte Einhaltung und Entwicklung von Standards für Tests, Binning und Zuverlässigkeit (wie LM-80 für den Lichtstromerhalt) liefern Konstrukteuren vorhersagbarere Langzeit-Leistungsdaten.