T-1 3/4 Durchsteck-LED Datenblatt - 572nm Gelbgrün - 20mA - 75mW - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt die Spezifikationen für eine T-1 3/4 (ca. 5mm) Durchsteck-LED. Die Bauteile sind für Statusanzeigen und Signalisierungsanwendungen in einer breiten Palette elektronischer Geräte konzipiert. Sie nutzen einen AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) Halbleiterchip, um Licht im gelbgrünen Spektrum zu erzeugen, mit einem spezifischen Spitzenwert von 572nm. Die LED ist in einer grünen, diffusen Linse eingekapselt, die den Betrachtungswinkel vergrößert und die Lichtabgabe weicher macht. Diese Bauform ist ein industrieübliches Standardgehäuse, das eine vielseitige Montage auf Leiterplatten (PCBs) oder Panels mittels konventioneller Löttechniken ermöglicht.

Die zentralen Vorteile dieser LED umfassen ihre Konformität mit der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe), was bedeutet, dass sie bleifrei ist. Sie bietet eine gute Balance aus hoher Lichtstärke und geringem Stromverbrauch, was sie sowohl für batteriebetriebene als auch netzgespeiste Geräte geeignet macht. Ihr Design ist mit den Ansteuerpegeln integrierter Schaltungen (ICs) kompatibel, was die Schnittstellenanforderungen in digitalen Systemen vereinfacht.

Die Zielmärkte für dieses Bauteil sind umfangreich und umfassen Kommunikationsgeräte, Computerperipherie, Unterhaltungselektronik, Haushaltsgeräte und industrielle Steuerungssysteme. Ihre Hauptfunktion ist die Bereitstellung einer klaren, zuverlässigen visuellen Rückmeldung bezüglich Systemstatus, Stromversorgungsanzeige oder Betriebsmodi.

2. Vertiefung der technischen Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Grenzen, bei deren Überschreitung dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Sie sind nicht für den Normalbetrieb vorgesehen.

• Verlustleistung (Pd):Maximal 75 mW. Dies ist die gesamte elektrische Leistung, die vom LED-Gehäuse bei einer Umgebungstemperatur (TA) von 25°C sicher in Wärme und Licht umgewandelt werden kann.
• DC-Durchlassstrom (IF):Maximal 30 mA Dauerstrom.
• Spitzen-Durchlassstrom:Maximal 60 mA, jedoch nur unter gepulsten Bedingungen (Tastverhältnis ≤ 1/10, Pulsbreite ≤ 10ms). Dies ermöglicht ein kurzes Übersteuern, um eine höhere momentane Helligkeit zu erreichen, z.B. in Stroboskop- oder Blinkanwendungen.
• Entlastung (Derating):Der maximal zulässige DC-Durchlassstrom muss linear von seinem Nennwert von 30mA bei 25°C um 0,57 mA für jedes Grad Celsius reduziert werden, um das die Umgebungstemperatur über 50°C steigt. Dies ist entscheidend für das thermische Management in Hochtemperaturumgebungen.
• Betriebstemperaturbereich:-40°C bis +85°C. Das Bauteil ist für den Betrieb innerhalb dieses weiten Temperaturbereichs ausgelegt.
• Lagertemperaturbereich:-40°C bis +100°C.
• Lötemperatur der Anschlüsse:260°C für maximal 5 Sekunden, gemessen an einem Punkt 2,0mm (0,079") vom LED-Körper entfernt. Dies definiert das Prozessfenster für Hand- oder Wellenlötung.

2.2 Elektrische & Optische Kennwerte

Dies sind die typischen Leistungsparameter, gemessen bei TA=25°C und IF=20mA, was der Standardtestbedingung entspricht.

• Lichtstärke (Iv):85 bis 400 mcd (Millicandela), mit einem typischen Wert von 180 mcd. Diese große Bandbreite wird durch ein Binning-System verwaltet (siehe Abschnitt 4). Die Messung verwendet einen Sensor, der auf die photopische (menschliche Augen) Empfindlichkeitskurve (CIE) gefiltert ist. Auf die Bin-Grenzen wird eine Toleranz von ±15% angewendet.
• Betrachtungswinkel (2θ1/2):40 Grad (typisch). Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte des auf der Mittelachse gemessenen Wertes abfällt. Die grüne, diffuse Linse trägt zu diesem mäßig weiten Betrachtungswinkel bei.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λP):575 nm (typisch). Dies ist die Wellenlänge am höchsten Punkt der spektralen Ausgangskurve der LED.
• Dominante Wellenlänge (λd):566 bis 578 nm. Dies ist die einzelne Wellenlänge, die vom menschlichen Auge wahrgenommen wird und die Farbe definiert, abgeleitet vom CIE-Farbtafeldiagramm. Das Ziel ist 572nm.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):11 nm (typisch). Dies gibt die spektrale Reinheit oder Bandbreite des emittierten Lichts an; ein kleinerer Wert deutet auf eine monochromatischere Quelle hin.
• Durchlassspannung (VF):2,1 bis 2,4 V (typisch 2,4V) bei IF=20mA. Dies ist der Spannungsabfall über der LED im Betrieb.
• Sperrstrom (IR):Maximal 100 μA bei einer angelegten Sperrspannung (VR) von 5V.Kritischer Hinweis:Diese Testbedingung dient nur der Charakterisierung. Die LED ist eine Diode und nicht für den Betrieb unter Sperrspannung ausgelegt; das Anlegen einer Sperrspannung kann sie beschädigen.

3. Binning-System-Spezifikation

Um die Konsistenz in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs nach Leistung sortiert (gebinned). Dies ermöglicht es Entwicklern, Bauteile auszuwählen, die spezifische Helligkeits- und Farbanforderungen erfüllen.

3.1 Lichtstärke-Binning

Die Bins werden durch einen Code (EF0, GH0, JK0) mit minimalen und maximalen Lichtstärkewerten bei IF=20mA definiert. Auf jede Bin-Grenze wird eine Toleranz von ±15% angewendet.

• EF0:85 - 140 mcd
• GH0:140 - 240 mcd
• JK0:240 - 400 mcd

Der Iv-Klassifizierungscode ist auf jedem Verpackungsbeutel zur Rückverfolgbarkeit aufgedruckt.

3.2 Dominante Wellenlänge-Binning

Wellenlängen-Bins werden durch die Codes H06 bis H11 definiert, die jeweils einen 2nm-Bereich abdecken. Auf jede Bin-Grenze wird eine Toleranz von ±1nm angewendet.

• H06:566,0 - 568,0 nm
• H07:568,0 - 570,0 nm
• H08:570,0 - 572,0 nm
• H09:572,0 - 574,0 nm
• H10:574,0 - 576,0 nm
• H11:576,0 - 578,0 nm

4. Analyse der Leistungskurven

Während im Datenblatt auf spezifische grafische Kurven verwiesen wird (z.B. Abb.1 für das spektrale Maximum, Abb.6 für den Betrachtungswinkel), ermöglichen die bereitgestellten Daten eine Analyse der Schlüsselbeziehungen.

Strom vs. Lichtstärke (I-Iv-Beziehung):Für AlInGaP-LEDs ist die Lichtstärke im Betriebsbereich im Allgemeinen proportional zum Durchlassstrom. Das Betreiben der LED mit dem maximalen Dauerstrom (30mA) würde eine höhere Intensität als die 20mA-Testbedingung ergeben, jedoch müssen thermische Effekte und der Effizienzabfall berücksichtigt werden. Die gepulste Strombelastbarkeit (60mA) ermöglicht eine noch höhere Spitzenhelligkeit in getakteten Anwendungen.

Temperaturabhängigkeit:Die Entlastungsspezifikation (0,57 mA/°C über 50°C) ist ein direkter Indikator für thermische Grenzen. Mit steigender Sperrschichttemperatur sinkt der maximal zulässige Strom, um Überhitzung zu verhindern. Darüber hinaus hat die Durchlassspannung (VF) einer LED typischerweise einen negativen Temperaturkoeffizienten, d.h. sie sinkt leicht mit steigender Temperatur. Die Lichtausbeute nimmt im Allgemeinen ebenfalls mit steigender Sperrschichttemperatur ab.

Spektrale Eigenschaften:Die dominante Wellenlänge (λd) von 572nm platziert diese LED im gelbgrünen Bereich, der nahe der maximalen Empfindlichkeit der menschlichen photopischen Sehkurve liegt. Dies macht sie hinsichtlich der wahrgenommenen Helligkeit pro Einheit Strahlungsleistung sehr effizient. Die spektrale Halbwertsbreite von 11nm deutet auf ein relativ schmales Emissionsband hin, charakteristisch für AlInGaP-Technologie, was zu einer gesättigten Farbe führt.

5. Mechanische & Verpackungsinformationen

5.1 Abmessungen

Das Bauteil entspricht dem Standardprofil des T-1 3/4 Radialgehäuses. Wichtige dimensionale Hinweise sind:

• Alle Abmessungen sind in Millimetern angegeben, mit einer allgemeinen Toleranz von ±0,25mm, sofern nicht anders angegeben.
• Der maximale Harzüberstand unter dem Flansch beträgt 1,0mm.
• Der Anschlussabstand wird an der Stelle gemessen, an der die Anschlüsse das Gehäuse verlassen, was für das PCB-Layout entscheidend ist.
• Der LED-Trägerrahmen weist eine Abscherstelle auf, wahrscheinlich für mechanische Stabilität während der Montage oder als Teil des Fertigungsprozesses.

5.2 Polaritätskennzeichnung

Bei radialen Durchsteck-LEDs wird die Kathode (negativer Anschluss) typischerweise durch eine abgeflachte Stelle am Linsenrand, einen kürzeren Anschluss oder eine Kerbe im Flansch gekennzeichnet. Das Datenblatt impliziert die übliche Industrie-Praxis; der längere Anschluss ist normalerweise die Anode (+). Entwickler müssen die Polarität während der Montage überprüfen, um eine Verpolung zu verhindern.

5.3 Verpackungsspezifikation

Die LEDs werden in antistatischen Verpackungsbeuteln geliefert. Pro Beutel sind mehrere Verpackungsoptionen verfügbar: 1000, 500, 200 oder 100 Stück. Diese Beutel werden dann in Kartons konsolidiert:

• Innenkarton:Enthält 15 Verpackungsbeutel. Bei Verwendung von 1000-Stück-Beuteln ergibt dies insgesamt 15.000 Stück.
• Außenkarton:Enthält 8 Innenkartons, was bei einer vollständigen Lieferung mit 1000-Stück-Beuteln insgesamt 120.000 Stück ergibt. Die letzte Packung in einer Versandcharge kann unvollständig sein.

6. Löt- & Montagerichtlinien

6.1 Lagerung

Für die Langzeitlagerung sollte die Umgebung 30°C oder 70% relative Luftfeuchtigkeit nicht überschreiten. LEDs, die aus ihren ursprünglichen versiegelten Feuchtigkeitssperrbeuteln entnommen wurden, sollten innerhalb von drei Monaten verwendet werden. Für eine längere Lagerung außerhalb der Originalverpackung sollten sie in einem verschlossenen Behälter mit Trockenmittel oder in einem stickstoffgespülten Exsikkator aufbewahrt werden, um Feuchtigkeitsaufnahme zu verhindern, die während des Lötens zu \"Popcorning\" führen kann.

6.2 Reinigung

Wenn nach dem Löten eine Reinigung erforderlich ist, sollten nur alkoholbasierte Lösungsmittel wie Isopropylalkohol (IPA) verwendet werden. Scharfe oder aggressive Chemikalien können die Epoxidlinse beschädigen.

6.3 Anschlussbiegung

Wenn Anschlüsse für die Montage gebogen werden müssen, muss diesvordem Löten und bei Raumtemperatur erfolgen. Die Biegung sollte mindestens 3mm von der Basis der LED-Linse entfernt vorgenommen werden. Die Basis der LED sollte nicht als Drehpunkt während des Biegens verwendet werden, da dies die internen Bonddrähte oder die Epoxidabdichtung belasten kann. Beim Einführen in die PCB sollte eine minimale Klemmkraft verwendet werden, um mechanische Belastung zu vermeiden.

6.4 Lötprozess

Zwischen dem Lötpunkt und der Basis der LED-Linse muss ein Mindestabstand von 2mm eingehalten werden. Die Linse darf niemals in das Lot getaucht werden.

• Lötkolben:Maximale Temperatur 350°C, maximale Zeit 3 Sekunden pro Anschluss (nur einmaliges Löten).
• Wellenlöten:Vorwärmen auf maximal 100°C für bis zu 60 Sekunden. Maximale Lötwellentemperatur 260°C, mit einer maximalen Tauchzeit von 5 Sekunden. Die LED sollte so positioniert werden, dass die Lötwelle nicht innerhalb von 2mm an die Linsenbasis herankommt.
• Kritische Warnung:Übermäßige Temperatur oder Zeit kann die Epoxidlinse schmelzen oder verformen, die internen Materialien verschlechtern und zu katastrophalem Ausfall führen. Infrarot (IR)-Reflow-Löten wird ausdrücklich als für diesen Durchsteck-Bautyp ungeeignet angegeben.

7. Anwendungs- & Designempfehlungen

7.1 Treiberschaltungsdesign

Eine LED ist ein stromgesteuertes Bauteil. Ihre Helligkeit wird durch den Strom, nicht durch die Spannung gesteuert. Um eine gleichmäßige Helligkeit beim Ansteuern mehrerer LEDs, insbesondere parallel geschalteter, sicherzustellen, wirddringend empfohleneinen individuellen strombegrenzenden Widerstand in Reihe mit jeder LED zu verwenden (Schaltungsmodell A).

Die Verwendung eines einzelnen Widerstands für mehrere parallel geschaltete LEDs (Schaltungsmodell B) wird nicht empfohlen. Geringe Unterschiede in der Durchlassspannung (VF) von LED zu LED führen zu erheblichen Unterschieden im Strom durch jeden Zweig, was zu ungleichmäßiger Helligkeit führt. Der Reihenwiderstand dient dazu, den Strom zu stabilisieren und Schwankungen der Versorgungsspannung und der VF der LED auszugleichen.

Der Widerstandswert (R) kann mit dem Ohmschen Gesetz berechnet werden: R = (Vcc - VF) / IF, wobei Vcc die Versorgungsspannung, VF die Durchlassspannung der LED ist (für ein konservatives Design den Maximalwert aus dem Datenblatt verwenden) und IF der gewünschte Durchlassstrom (z.B. 20mA).

7.2 Elektrostatische Entladung (ESD)-Schutz

Die LED ist anfällig für Schäden durch elektrostatische Entladung. Während der Handhabung und Montage müssen Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden:

• Personal sollte geerdete Handgelenkbänder oder antistatische Handschuhe tragen.
• Alle Geräte, Arbeitsplätze und Lagerregale müssen ordnungsgemäß geerdet sein.
• Ein Ionisator kann verwendet werden, um statische Aufladung zu neutralisieren, die sich aufgrund von Reibung auf der Kunststofflinse ansammeln kann.
• Implementieren Sie ein ESD-Kontrollprogramm mit Schulung und Zertifizierung für das Personal im Montagebereich.

7.3 Typische Anwendungsszenarien

Diese LED eignet sich sowohl für Innen- und Außenbeschilderung (wo ihre Helligkeit und Farbe wirksam sind) als auch für allgemeine elektronische Geräte. Spezifische Anwendungen umfassen:

• Strom-/Statusanzeigen:Ein/Aus-, Standby- oder Betriebsmodus-Lichter an Geräten, Computern und Netzwerkgeräten.
• Panzelanzeigen:Hintergrundbeleuchtung für Schalter, Tasten oder Beschriftungen auf Bedienfeldern.
• Unterhaltungselektronik:Anzeigelichter an Audio/Video-Geräten, Ladegeräten und Spielzeug.
• Industrielle Steuerungen:Statusanzeige an Maschinen, Sensoren und Messgeräten.

8. Technischer Vergleich & Überlegungen

Im Vergleich zu älteren Technologien wie GaP (Galliumphosphid) grünen LEDs bietet diese AlInGaP gelbgrüne LED eine deutlich höhere Lichtausbeute und -stärke, was zu einer helleren Ausgabe bei gleichem Treiberstrom führt. Die 572nm Wellenlänge bietet eine ausgezeichnete Sichtbarkeit, da sie eng mit der maximalen Empfindlichkeit des menschlichen Auges im photopischen (Tageslicht-)Sehen übereinstimmt.

Bei der Auswahl einer LED für eine Anwendung müssen Entwickler die Kompromisse zwischen Betrachtungswinkel und axialer Intensität berücksichtigen. Der 40-Grad-Betrachtungswinkel dieser LED bietet einen guten Kompromiss, indem er einen recht weiten Betrachtungskegel bietet und gleichzeitig eine gute Helligkeit auf der Achse beibehält. Für Anwendungen, die einen extrem weiten Betrachtungswinkel erfordern, wäre eine andere Linsenform (z.B. ein Flachkopf- oder Seitenansichtsgehäuse) besser geeignet.

Das Durchsteckgehäuse bietet Vorteile beim Prototyping, bei der manuellen Montage und in Anwendungen, die eine hohe mechanische Festigkeit der Lötstelle erfordern. Für die automatisierte Hochvolumenmontage werden jedoch im Allgemeinen oberflächenmontierbare (SMD) Gehäuse aufgrund schnellerer Bestückungsgeschwindigkeiten und reduziertem Leiterplattenplatz bevorzugt.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Kann ich diese LED direkt von einem 5V digitalen Logikausgang ansteuern?

A: Nein. Die typische Durchlassspannung beträgt 2,4V. Ein direkter Anschluss an 5V würde einen übermäßigen Stromfluss verursachen und die LED zerstören. Sie müssen einen Reihenstrombegrenzungswiderstand verwenden. Für eine 5V-Versorgung und ein Ziel von 20mA wäre ein Widerstand von etwa (5V - 2,4V) / 0,02A = 130 Ohm ein Ausgangspunkt (den nächstgelegenen Standardwert verwenden, z.B. 120 oder 150 Ohm).

F: Was bedeutet die \"Entlastung\"-Spezifikation für mein Design?

A: Wenn Ihre Anwendung in einer Umgebungstemperatur über 50°C arbeitet, müssen Sie den maximalen Dauerstrom reduzieren. Zum Beispiel, bei 70°C Umgebungstemperatur (20°C über dem 50°C-Referenzwert), müssen Sie den Strom um 20°C * 0,57 mA/°C = 11,4 mA reduzieren. Daher wäre der maximal sichere Dauerstrom bei 70°C 30 mA - 11,4 mA = 18,6 mA.

F: Warum gibt es eine separate \"Spitzen\"-Strombelastbarkeit?

A: Die LED kann in kurzen Pulsen einen höheren Strom verkraften, weil die erzeugte Wärme keine Zeit hat, die Sperrschichttemperatur auf ein schädliches Niveau anzuheben. Dies ist nützlich, um sehr helle Blitze zu erzeugen oder für Multiplexing-Schemata, bei denen mehrere LEDs nacheinander angesteuert werden.

F: Wie interpretiere ich die Binning-Codes bei der Bestellung?

A: Sie würden das gewünschte Lichtstärke-Bin (z.B. GH0 für 140-240 mcd) und das dominante Wellenlängen-Bin (z.B. H08 für 570-572nm) angeben, um sicherzustellen, dass die erhaltenen LEDs eine konsistente Helligkeit und Farbe haben. Wenn Ihre Anwendung nicht farbkritisch ist, kann ein breiteres Wellenlängen-Bin akzeptabel und potenziell kostengünstiger sein.

10. Design-in Fallstudienbeispiel

Szenario:Entwurf einer Statusanzeigetafel für einen Industriecontroller, der in einer Umgebung bis zu 60°C arbeitet. Die Tafel hat drei LEDs: Strom (dauerhaft an), Fehler (blinkend) und Aktiv (pulsierend während der Kommunikation). Das System verwendet einen 3,3V-Mikrocontroller zur Steuerung.

Designschritte:

1. Stromauswahl:Aufgrund der 60°C Umgebungstemperatur ist Entlastung anzuwenden. Temperatur über 50°C beträgt 10°C. Stromreduktion = 10°C * 0,57 mA/°C = 5,7 mA. Maximaler Dauerstrom = 30 mA - 5,7 mA = 24,3 mA. Ein Designziel von 15mA wird für Zuverlässigkeit und Langlebigkeit gewählt, was gute Helligkeit bietet und deutlich innerhalb der Grenzen bleibt.
2. Widerstandsberechnung:Mit Vcc = 3,3V, VF(max) = 2,4V, IF = 15mA. R = (3,3V - 2,4V) / 0,015A = 60 Ohm. Ein Standard-62-Ohm-Widerstand wird ausgewählt.
3. Ansteuerungsmethode:Jede LED ist zwischen einem Mikrocontroller-GPIO-Pin (als Ausgang konfiguriert) und Masse geschaltet, mit ihrem eigenen 62-Ohm-Reihenwiderstand. Die \"Fehler\"-LED wird per Software geblinkt. Die \"Aktiv\"-LED wird mit einer höheren Frequenz gepulst für einen deutlichen visuellen Effekt, wobei das Tastverhältnis von 1/10 eingehalten wird, wenn Pulse über 30mA verwendet werden.
4. Binning:Für ein einheitliches Erscheinungsbild geben Sie das GH0-Helligkeits-Bin und das H08- oder H09-Wellenlängen-Bin an, um sicherzustellen, dass alle drei LEDs in Helligkeit und Farbton eng übereinstimmen.
5. Layout:PCB-Löcher werden gemäß der Anschlussabstandsmessung platziert. Um den LED-Körper herum wird ein Sperrbereich mit einem Radius von mindestens 2mm eingehalten, um Lotaufstieg während des Wellenlötens zu verhindern.

11. Einführung in das Technologieprinzip

Diese LED basiert auf AlInGaP-Halbleitermaterial, das auf einem Substrat gewachsen wird. Wenn eine Durchlassspannung an den p-n-Übergang angelegt wird, werden Elektronen und Löcher in den aktiven Bereich injiziert, wo sie rekombinieren. Dieser Rekombinationsprozess setzt Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Wellenlänge des Lichts (Farbe) wird durch die Bandlückenenergie des Halbleitermaterials bestimmt, die durch Anpassung der Verhältnisse von Aluminium, Indium, Gallium und Phosphor während des Kristallwachstums gesteuert wird. Die 572nm gelbgrüne Emission wird mit einer spezifischen Zusammensetzung von AlInGaP erreicht. Die grüne, diffuse Epoxidlinse erfüllt mehrere Zwecke: Sie verkapselt und schützt den empfindlichen Halbleiterchip und die Bonddrähte, wirkt als brechendes Element, um den Lichtausgangsstrahl zu formen (Erzeugung des 40-Grad-Betrachtungswinkels), und enthält Streupartikel, um das Licht zu streuen, wodurch die emittierende Oberfläche gleichmäßiger und weniger blendend erscheint.

12. Branchentrends & Kontext

Während Durchsteck-LEDs wie dieses T-1 3/4-Gehäuse für Reparatur, Hobbyisten und bestimmte Industriemärkte nach wie vor wichtig sind, ist der dominante Trend in der Elektronikfertigung die Oberflächenmontagetechnik (SMT). SMD-LEDs bieten erhebliche Vorteile in der automatisierten Bestückungsgeschwindigkeit, der Leiterplattenplatzersparnis und der geringeren Bauhöhe. Durchsteckbauteile werden jedoch für ihre mechanische Robustheit, die einfache manuelle Lötung und Nacharbeit sowie die überlegene thermische Verbindung zur PCB über die Anschlüsse geschätzt. In Bezug auf die Materialtechnologie bleibt AlInGaP der Standard für hocheffiziente rote, orange, bernsteinfarbene und gelbgrüne LEDs. Für echtes Grün und Blau ist InGaN (Indium-Gallium-Nitrid) die vorherrschende Technologie. Der Entwicklungsfokus liegt weiterhin auf der Steigerung der Lichtausbeute (Lumen pro Watt), der Verbesserung der Farbkonstanz und -stabilität über Temperatur und Lebensdauer sowie der Erhöhung der Zuverlässigkeit unter rauen Umweltbedingungen.