Technisches Datenblatt der Top-View-LEDs 67-21 Serie - P-LCC-2-Gehäuse - 1,75-2,35V - 25mA - Rot/Orange/Grün/Blau/Gelb - Deutsche Fassung

1. Produktübersicht

Die 67-21-Serie stellt eine Familie von Top-View-LEDs dar, die für universelle Anzeige- und Hintergrundbeleuchtungsanwendungen konzipiert ist. Diese Bauteile sind in einem kompakten P-LCC-2-Gehäuse (Plastic Leaded Chip Carrier) mit weißem Körper und farblos klarem Fenster untergebracht. Dieses Design ist darauf optimiert, einen großen Betrachtungswinkel zu bieten, wodurch die LEDs besonders für Anwendungen geeignet sind, bei denen Licht aus verschiedenen Blickwinkeln sichtbar sein muss, wie beispielsweise in Lichtleitern. Die Serie ist in mehreren Emissionsfarben erhältlich, darunter sanftes Orange, Grün, Blau und Gelb, wobei das spezifische Modell in diesem Datenblatt eine leuchtend rote Variante auf Basis von AlGaInP-Chipmaterial ist. Ein wesentlicher Vorteil dieser Serie ist ihr niedriger Strombedarf, was sie zu einer ausgezeichneten Wahl für batteriebetriebene oder leistungsempfindliche tragbare Geräte macht.

1.1 Kernmerkmale und Vorteile

Die Hauptmerkmale der 67-21-Serie-LEDs tragen zu ihrer Vielseitigkeit und einfachen Handhabung in der modernen Elektronikfertigung bei. Das P-LCC-2-Oberflächenmontagegehäuse ermöglicht die automatisierte Bestückung mit Standard-Pick-and-Place-Geräten, was die Montageeffizienz und -konsistenz erheblich verbessert. Das Gehäuse ist mit einem Inter-Reflektor ausgestattet, der die Lichtkopplung und -ausgabe optimiert und so Helligkeit und Gleichmäßigkeit erhöht. Darüber hinaus sind diese LEDs bleifrei (Pb-free) aufgebaut und entsprechen der RoHS-Richtlinie (Restriction of Hazardous Substances), wodurch sie modernen Umwelt- und Vorschriftenstandards gerecht werden. Ihre Kompatibilität mit verschiedenen Lötverfahren, einschließlich Dampfphasenreflow, Infrarotreflow und Wellenlöten, bietet Flexibilität bei der Fertigungslinienkonfiguration. Die Bauteile werden auf 8-mm-Tape-and-Reel-Gebinden geliefert, dem Standard für automatisierte Fertigungslinien, was einen reibungslosen Handling- und Zuführprozess während der Herstellung gewährleistet.

1.2 Zielanwendungen und Märkte

Die 67-21-Serie-LEDs finden aufgrund ihrer zuverlässigen Leistung und kompakten Bauform in einem breiten Anwendungsspektrum Verwendung. Ein primärer Markt ist die Telekommunikation, wo sie als Statusanzeigen und Hintergrundbeleuchtung für Tasten oder Displays in Geräten wie Telefonen und Faxgeräten dienen. Sie werden auch häufig für die flache Hintergrundbeleuchtung von LCDs und zur Beleuchtung von Schaltern und Symbolen auf Bedienfeldern eingesetzt. Ihr großer Betrachtungswinkel und die effiziente Lichtkopplung machen sie zur idealen Wahl für Lichtleiteranwendungen, bei denen Licht von der LED zu einem sichtbaren Punkt auf der Geräteaußenseite geführt werden muss. Schließlich macht sie ihr universeller Charakter für unzählige weitere Anzeigefunktionen in Unterhaltungselektronik, Industrie-Steuerungen, Automobil-Innenräumen und Haushaltsgeräten geeignet.

2. Analyse der technischen Parameter

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Interpretation der im Datenblatt spezifizierten wesentlichen elektrischen, optischen und thermischen Parameter. Das Verständnis dieser Werte ist entscheidend für einen korrekten Schaltungsentwurf und die Gewährleistung langfristiger Zuverlässigkeit.

2.1 Absolute Maximalwerte

Die absoluten Maximalwerte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer ein dauerhafter Schaden an der LED auftreten kann. Dies sind keine Bedingungen für den Normalbetrieb. Die maximale Sperrspannung (V_R) beträgt 5V, was bedeutet, dass die LED kurzzeitige Sperrvorspannung bis zu diesem Pegel aushalten kann. Der Nennwert für den kontinuierlichen Durchlassstrom (I_F) beträgt 25 mA. Für den Pulsbetrieb ist ein Spitzendurchlassstrom (I_FP) von 60 mA bei einem Tastverhältnis von 1/10 bei 1 kHz zulässig. Die maximale Verlustleistung (P_d) beträgt 60 mW, berechnet aus Durchlassspannung und -strom. Das Bauteil kann eine elektrostatische Entladung (ESD) von 2000V gemäß Human Body Model (HBM) verkraften, was ein Standardwert für die grundlegende Bauteilhandhabung ist. Der Betriebstemperaturbereich (T_opr) liegt zwischen -40°C und +85°C, und die Lagertemperatur (T_stg) erstreckt sich leicht auf -40°C bis +90°C.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Die elektro-optischen Eigenschaften werden unter Standardtestbedingungen von 25°C Umgebungstemperatur und einem Durchlassstrom von 10 mA gemessen. Für die leuchtend rote Variante hat die Lichtstärke (I_v) einen typischen Wert, mit einem Minimum von 36 mcd und einem Maximum von 90 mcd. Der Betrachtungswinkel (2θ1/2), definiert als der Winkel, bei dem die Intensität auf die Hälfte ihres Spitzenwerts abfällt, beträgt große 120 Grad. Die Spitzenwellenlänge (λ_p) beträgt typischerweise 632 nm, während die dominante Wellenlänge (λ_d) zwischen 621 nm und 631 nm liegt. Die spektrale Bandbreite (Δλ) beträgt typischerweise 20 nm. Die Durchlassspannung (V_F) bei 10 mA reicht von einem Minimum von 1,75V bis zu einem Maximum von 2,35V, wobei ein typischer Wert innerhalb dieses Bereichs impliziert ist. Der Sperrstrom (I_R) ist garantiert 10 μA oder weniger, wenn eine 5V-Sperrvorspannung angelegt wird.

2.3 Thermische und Lötmerkmale

Das thermische Management wird indirekt über die Durchlassstrom-Derating-Kurve behandelt, die zeigt, wie der maximal zulässige kontinuierliche Durchlassstrom reduziert werden muss, wenn die Umgebungstemperatur über 25°C steigt. Das Datenblatt spezifiziert Löttemperaturprofile, um thermische Schäden während der Montage zu verhindern. Für Reflowlöten kann die LED eine Spitzentemperatur von 260°C für bis zu 10 Sekunden aushalten. Für Handlöten ist eine Temperatur von 350°C an der Lötspitze für maximal 3 Sekunden zulässig. Die Einhaltung dieser Richtlinien ist wesentlich, um die Integrität des Kunststoffgehäuses und der internen Bonddrähte zu erhalten.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um Konsistenz in der Massenproduktion sicherzustellen, werden LEDs anhand wichtiger Parameter in Bins sortiert. Die 67-21-Serie verwendet ein Binning-System für Lichtstärke, dominante Wellenlänge und Durchlassspannung.

3.1 Lichtstärke-Binning

Die Lichtstärke ist in mehrere Bins gruppiert, die durch Codes wie N2, P1, P2 und Q1 identifiziert werden. Jedes Bin definiert einen spezifischen Bereich von Minimal- und Maximalwerten der Lichtstärke, gemessen in Millicandela (mcd) bei 10 mA. Beispielsweise umfasst das Bin Q1 Lichtstärken von 72 mcd bis 90 mcd. Entwickler können einen spezifischen Bincode auswählen, um einen Mindesthelligkeitsgrad für ihre Anwendung zu garantieren.

3.2 Binning der dominanten Wellenlänge

Die dominante Wellenlänge, die mit der wahrgenommenen Farbe korreliert, wird ebenfalls gebinnt. Die Bins, wie z.B. FF1 und FF2, definieren enge Bereiche in Nanometern (nm). Beispielsweise deckt Bin FF1 Wellenlängen von 621 nm bis 626 nm ab und FF2 deckt 626 nm bis 631 nm ab. Dies ermöglicht eine präzise Farbabstimmung über mehrere LEDs in einem einzigen Produkt, was für Anwendungen mit einheitlichem Erscheinungsbild entscheidend ist.

3.3 Durchlassspannungs-Binning

Die Durchlassspannung ist in Gruppen unterteilt, die unter einer Hauptgruppe 'B' mit 0, 1 und 2 gekennzeichnet sind. Gruppe 0 deckt 1,75V bis 1,95V ab, Gruppe 1 deckt 1,95V bis 2,15V ab und Gruppe 2 deckt 2,15V bis 2,35V ab. Die Kenntnis des Spannungs-Bins kann für den Entwurf effizienter strombegrenzender Schaltungen wichtig sein, insbesondere in batteriebetriebenen Geräten, wo jedes Millivolt zählt.

4. Analyse der Leistungskurven

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

4.1 Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Diese Kurve zeigt, dass die Lichtausgabe nicht linear proportional zum Strom ist. Sie steigt bei niedrigeren Strömen schnell an, tendiert aber bei höheren Strömen zur Sättigung. Diese Nichtlinearität ist wichtig für PWM-Dimmdesigns (Pulsweitenmodulation), bei denen der Durchschnittsstrom die Helligkeit steuert.

4.2 Durchlassspannung vs. Durchlassstrom & Durchlassstrom-Derating

Die V-I-Kennlinie zeigt die exponentielle Beziehung der Diode. Die Derating-Kurve ist entscheidend für die Zuverlässigkeit; sie schreibt eine Reduzierung des maximal zulässigen kontinuierlichen Durchlassstroms vor, wenn die Umgebungstemperatur über 25°C steigt, um Überhitzung und beschleunigten Alterungsprozess zu verhindern.

4.3 Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur & Spektrale Verteilung

Die Intensitäts-Temperatur-Kurve zeigt, dass die Lichtausgabe mit steigender Temperatur generell abnimmt, eine Eigenschaft der meisten LEDs. Das Spektralverteilungsdiagramm bestätigt die monochromatische Natur des Lichts, zentriert um die Spitzenwellenlänge mit der spezifizierten Bandbreite.

4.4 Strahlungsdiagramm

Dieses Polardiagramm bestätigt visuell den großen 120-Grad-Betrachtungswinkel und zeigt, wie die Lichtintensität räumlich verteilt ist. Das Muster ist für diese Art von Gehäuse typischerweise lambertisch oder nahezu lambertisch.

5. Mechanische und Verpackungsinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen und Toleranzen

Das LED-Gehäuse hat spezifische Abmessungen, einschließlich Körpergröße, Anschlussabstand und Gesamthöhe. Die Zeichnung zeigt einen typischen P-LCC-2-Fußabdruck. Sofern nicht anders angegeben, betragen die Maßtoleranzen ±0,1 mm, was für spritzgegossene Kunststoffbauteile Standard ist. Die Kathode ist typischerweise durch eine Markierung auf dem Gehäuse oder eine spezifische Anschlussform gekennzeichnet.

5.2 Tape-and-Reel-Spezifikationen

Für die automatisierte Montage werden die LEDs auf 8 mm breiter Trägerfolie geliefert, die auf Spulen aufgewickelt ist. Das Datenblatt enthält detaillierte Abmessungen für die Trägertasche, die Teilung und die Spulennabe. Jede Spule enthält 2000 Stück. Korrekte Spulenabmessungen sind für die Kompatibilität mit automatischen Zuführsystemen auf Bestückungsautomaten erforderlich.

5.3 Feuchtigkeitssensitive Verpackung

Die Bauteile sind in einer feuchtigkeitsbeständigen Aluminiumfolie mit einem Trockenmittel im Inneren verpackt. Eine Feuchtigkeitsindikatorkarte (HIC) ist enthalten, um anzuzeigen, ob die innere Luftfeuchtigkeit der Verpackung sichere Werte überschritten hat. Diese Verpackung ist wesentlich, um "Popcorning" oder Delamination während des Hochtemperatur-Reflow-Lötprozesses zu verhindern, was auftreten kann, wenn Feuchtigkeit vom Kunststoffgehäuse aufgenommen wird.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Korrekte Handhabung und Lötung sind entscheidend für Ausbeute und Zuverlässigkeit. Die LEDs sind kompatibel mit Dampfphasen-, Infrarot-Reflow- und Wellenlötverfahren. Das spezifizierte Reflow-Profil mit einem Peak von 260°C für 10 Sekunden muss eingehalten werden. Für manuelles Löten sollte ein kontrollierter Lötkolben bei 350°C den Anschluss für nicht mehr als 3 Sekunden berühren. Bauteile sollten bis zur Verwendung in ihrer original feuchtigkeitsgeschützten Verpackung gelagert werden. Sobald die Verpackung geöffnet ist und der Feuchtigkeitsindikator eine Warnung anzeigt, sollten die Teile gemäß den Standard-IPC/JEDEC-Richtlinien vor dem Löten getrocknet (gebaked) werden.

7. Zuverlässigkeitstests

Das Datenblatt listet einen umfassenden Satz von Zuverlässigkeitstests auf, die unter spezifischen Bedingungen mit einem Konfidenzniveau von 90% und einem LTPD (Lot Tolerance Percent Defective) von 10% durchgeführt werden. Die Tests umfassen Reflow-Lötbeständigkeit, Temperaturwechsel (-40°C bis +100°C), Temperaturschock, Hoch- und Niedertemperaturlagerung, DC-Betriebslebensdauer bei erhöhtem Strom (20mA) und Hochtemperatur-/Hohe-Luftfeuchtigkeit-Tests (85°C/85% RH). Jeder Test wird für eine bestimmte Dauer (z.B. 1000 Stunden) an einer Stichprobe von 22 Stück durchgeführt, wobei null Ausfälle erlaubt sind (Ac/Re = 0/1). Das Bestehen dieser Tests zeigt ein robustes Produkt an, das für anspruchsvolle Anwendungen geeignet ist.

8. Anwendungsdesign-Überlegungen

8.1 Schaltungsentwurf

Ein strombegrenzender Widerstand ist zwingend erforderlich, wenn die LED von einer Spannungsquelle angesteuert wird. Der Widerstandswert (R) wird berechnet als R = (V_Versorgung - V_F) / I_F, wobei V_F die Durchlassspannung der LED ist (für ein sicheres Design den Maximalwert verwenden) und I_F der gewünschte Durchlassstrom ist (25 mA DC nicht überschreiten). Beispiel: Bei einer 5V-Versorgung und einer V_F von 2,35V bei 20 mA, R = (5 - 2,35) / 0,02 = 132,5 Ω (130 Ω oder 150 Ω Standardwert verwenden). Für den Sperrspannungsschutz, insbesondere in AC-gekoppelten oder schlecht geregelten Schaltungen, kann ein paralleler Schutzdiode in Betracht gezogen werden, obwohl die LED selbst bis zu 5V in Sperrrichtung aushalten kann.

8.2 Thermomanagement

Obwohl die LED selbst eine geringe Verlustleistung hat, kann ein korrekter PCB-Layout-Entwurf die Wärmeableitung unterstützen. Stellen Sie sicher, dass die Lötpads, die mit dem thermischen Pad der LED (falls vorhanden) oder den Anschlüssen verbunden sind, über ausreichende Kupferfläche verfügen, um als Kühlkörper zu wirken. Vermeiden Sie den Betrieb bei absolutem Maximalstrom und Maximaltemperatur gleichzeitig; beachten Sie die Derating-Kurve.

8.3 Optische Integration

Für Lichtleiteranwendungen sollte die LED präzise unter der Eingangsoberfläche des Leiters positioniert werden. Der große Betrachtungswinkel hilft, mehr Licht in den Leiter einzukoppeln. Berücksichtigen Sie möglichen Lichtaustritt und verwenden Sie bei Bedarf lichtundurchlässige Barrieren, um Übersprechen zwischen benachbarten Anzeigen zu verhindern. Das klare, farblose Fenster gewährleistet eine minimale Farbverfälschung.

9. Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu einfacheren radial bedrahteten LEDs bietet die 67-21-Serie den wesentlichen Vorteil der Oberflächenmontagetechnik (SMT), die eine kleinere, leichtere und stärker automatisierte Montage ermöglicht. Ihr großer 120-Grad-Betrachtungswinkel ist vielen SMT-LEDs mit engerem Winkel überlegen, was sie einzigartig für Lichtleiter und Weitwinkelanzeigen geeignet macht. Die niedrige Durchlassspannung (insbesondere in den niedrigeren Bins) ist vorteilhaft für den Niederspannungs-Batteriebetrieb im Vergleich zu einigen blauen oder weißen LEDs mit höherer V_F. Das umfassende Binning-System bietet eine bessere Farb- und Helligkeitskonsistenz als nicht gebinnte oder lose gebinnte Standard-LEDs.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQs)

10.1 Was ist der Unterschied zwischen Spitzenwellenlänge und dominanter Wellenlänge?

Die Spitzenwellenlänge (λ_p) ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsverteilung maximal ist. Die dominante Wellenlänge (λ_d) ist die einzelne Wellenlänge von monochromatischem Licht, die der wahrgenommenen Farbe der LED entsprechen würde. Für Schmalband-LEDs wie diese rote liegen sie oft sehr nahe beieinander, aber λ_d ist für die Farbspezifikation relevanter.

10.2 Kann ich diese LED ohne einen strombegrenzenden Widerstand betreiben?

Nein. Eine LED ist ein stromgesteuertes Bauteil. Der direkte Anschluss an eine Spannungsquelle führt zu übermäßigem Stromfluss, der schnell den Maximalwert (25 mA) überschreitet und das Bauteil zerstört. Ein Reihenwiderstand oder eine Konstantstromquelle ist immer erforderlich.

10.3 Wie interpretiere ich das Etikett auf der Spule oder der Verpackung?

Das Etikett enthält Codes für CAT (Lichtstärke-Rang), HUE (Dominante Wellenlänge-Rang) und REF (Durchlassspannungs-Rang). Diese entsprechen direkt den in den Abschnitten 3.1, 3.2 und 3.3 beschriebenen Bincodes. Beispielsweise gibt ein Etikett mit CAT: Q1, HUE: FF2, REF: 1 eine LED aus dem höchsten Helligkeits-Bin (72-90 mcd), dem oberen Wellenlängen-Bin (626-631 nm) und dem mittleren Spannungs-Bin (1,95-2,15V) an.

10.4 Ist diese LED für den Außeneinsatz geeignet?

Der Betriebstemperaturbereich von -40°C bis +85°C deckt die meisten Außenbedingungen ab. Das Gehäuse ist jedoch nicht speziell für Wasserdichtheit oder hohe UV-Beständigkeit ausgelegt. Für direkte Außenexposition wäre ein zusätzlicher Umweltschutz (Konformitätsbeschichtung, geschlossene Gehäuse) erforderlich, um vor Feuchtigkeit, Staub und Sonnenlichtdegradation zu schützen.

11. Praktisches Anwendungsbeispiel

Szenario: Entwurf eines Statusanzeigepanels für einen Netzwerkrouter.Das Panel hat mehrere Symbole (Strom, Internet, Wi-Fi), die beleuchtet werden müssen. Der Platz auf der Leiterplatte ist begrenzt. Die 67-21-Serie-LED ist eine ideale Wahl. Ihr SMT-P-LCC-2-Gehäuse spart Platz im Vergleich zu Durchsteck-LEDs. Der große 120-Grad-Betrachtungswinkel stellt sicher, dass die Symbole aus verschiedenen Blickwinkeln in einem Raum klar sichtbar sind. Für jedes Symbol wird ein Lichtleiter entworfen, um das Licht von der auf der Hauptplatine montierten LED zur Frontplatte zu führen. Der Entwickler wählt LEDs aus denselben Intensitäts- (z.B. P2) und Wellenlängen-Bins (z.B. FF2), um eine einheitliche Helligkeit und Farbe über alle Anzeigen hinweg zu gewährleisten. Für jede LED wird eine einfache Treiberschaltung mit einem strombegrenzenden Widerstand verwendet, die an einen GPIO-Pin des Mikrocontrollers des Routers für individuelle Steuerung angeschlossen ist. Der niedrige Stromverbrauch (z.B. 10 mA pro LED) minimiert die Belastung der Systemstromversorgung.

12. Einführung in das technische Prinzip

Leuchtdioden (LEDs) sind Halbleiterbauelemente, die Licht durch Elektrolumineszenz emittieren. Wenn eine Durchlassspannung an den p-n-Übergang angelegt wird, rekombinieren Elektronen aus dem n-dotierten Bereich mit Löchern aus dem p-dotierten Bereich in der aktiven Schicht. Diese Rekombination setzt Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts wird durch die Bandlückenenergie des verwendeten Halbleitermaterials bestimmt. Die rote LED der 67-21-Serie verwendet einen AlGaInP-Chip (Aluminium-Gallium-Indium-Phosphid), ein gängiges Materialsystem zur Erzeugung von hocheffizientem rotem, orangem und gelbem Licht. Das Kunststoffgehäuse dient zum Schutz des empfindlichen Halbleiterchips, bietet eine mechanische Struktur für die Anschlüsse und enthält eine Linse oder Kuppel, die den Lichtausgangsstrahl formt und so das charakteristische große Betrachtungswinkelverhalten erzeugt.

13. Branchentrends und Entwicklungen

Die LED-Industrie entwickelt sich weiterhin in Richtung höherer Effizienz, kleinerer Gehäuse und stärkerer Integration. Während die 67-21-Serie eine ausgereifte und zuverlässige Technologie darstellt, umfassen Trends bei Indikator-LEDs die Entwicklung noch kleinerer Bauformen (z.B. Chip-Scale-Packages), höhere Helligkeit bei niedrigeren Strömen und eine breitere Einführung von Mehrfarben-LEDs (RGB) in einem einzigen Gehäuse für dynamische Farbanzeigen. Es wird auch ein stärkerer Fokus auf verbesserte Farbkonsistenz und engere Binning-Verfahren direkt vom Hersteller gelegt, um den Kalibrierungsaufwand für Endanwender zu reduzieren. Darüber hinaus treibt der Nachhaltigkeitsgedanke die weitere Reduzierung des Materialverbrauchs und Energieverbrauchs über den gesamten Lebenszyklus des Bauteils voran. Die Prinzipien des großen Betrachtungswinkels, der zuverlässigen Leistung und der Kompatibilität mit automatisierter Montage, wie sie in der 67-21-Serie zu sehen sind, bleiben grundlegend für diese Fortschritte.