Technisches Datenblatt der Top-View-LED-Serie 67-21 - Gehäuse 3,2x2,8x1,9mm - Durchlassspannung 1,75-2,35V - Brillantes Gelb - 100mW Leistung

1. Produktübersicht

Die 67-21-Serie stellt eine Familie von oberflächenmontierbaren Top-View-LEDs dar, die für Anzeige- und Hintergrundbeleuchtungsanwendungen konzipiert sind. Diese spezifische Variante, gekennzeichnet durch den Artikelnummernsuffix für brillant gelbe Emission, ist für zuverlässige Leistung in einem kompakten, industrieüblichen P-LCC-2-Gehäuse ausgelegt. Das Bauteil verfügt über einen weißen Gehäusekörper mit einem farblos klaren Fenster, was zu seinem großen Betrachtungswinkel beiträgt und es besonders für den Einsatz mit Lichtleitern geeignet macht, um die Beleuchtung zu bestimmten Bereichen auf einem Panel oder Display zu lenken.

Der Kernvorteil dieser LED liegt in ihrem optimierten optischen Design. Ein interner Reflektor innerhalb des Gehäuses verbessert die Lichtkopplungseffizienz und sorgt für eine helle und gleichmäßige Lichtabgabe. Darüber hinaus macht ihr niedriger Durchlassstrombedarf sie zur idealen Wahl für batteriebetriebene oder leistungssensitive tragbare Geräte, bei denen die Minimierung des Energieverbrauchs entscheidend ist. Das Bauteil entspricht vollständig den Anforderungen der bleifreien Fertigung und hält die RoHS-Richtlinien ein, was es für globale Märkte mit strengen Umweltvorschriften geeignet macht.

2. Vertiefung der technischen Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

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

• Sperrspannung (V_R):5 V. Das Überschreiten dieser Spannung in Sperrrichtung kann zum Durchbruch des Übergangs führen.
• Dauer-Durchlassstrom (I_F):50 mA. Der maximale Gleichstrom, der kontinuierlich angelegt werden kann.
• Spitzen-Durchlassstrom (I_FP):120 mA. Dies ist der maximal zulässige Pulsstrom, spezifiziert bei einem Tastverhältnis von 1/10 bei 1 kHz. Er ist entscheidend für Anwendungen mit kurzen, hochintensiven Blitzen.
• Verlustleistung (P_d):100 mW. Dies ist die maximale Leistung, die das Gehäuse als Wärme abführen kann, berechnet als Durchlassspannung (V_F) multipliziert mit Durchlassstrom (I_F).
• Elektrostatische Entladung (ESD) Human Body Model (HBM):2000 V. Dieser Wert gibt die Empfindlichkeit der LED gegenüber statischer Elektrizität an. Während der Montage sind geeignete ESD-Handhabungsverfahren erforderlich.
• Betriebstemperatur (T_opr):-40°C bis +85°C. Der Umgebungstemperaturbereich, in dem garantiert wird, dass das Bauteil seine elektro-optischen Spezifikationen erfüllt.
• Lagertemperatur (T_stg):-40°C bis +90°C.
• Löttemperatur:Das Bauteil hält Reflow-Löten mit einer Spitzentemperatur von 260°C für bis zu 10 Sekunden oder Handlöten bei 350°C für bis zu 3 Sekunden stand.

2.2 Elektro-optische Kenngrößen

Diese Parameter werden unter Standardtestbedingungen von 25°C Umgebungstemperatur und einem Durchlassstrom (I_F) von 20 mA gemessen, was dem typischen Arbeitspunkt entspricht.

• Lichtstärke (I_V):Reicht von einem Minimum von 140 mcd bis zu einem Maximum von 360 mcd. Der typische Wert liegt innerhalb dieses Bereichs, und die spezifische Helligkeit wird durch den Binning-Prozess bestimmt.
• Betrachtungswinkel (2θ_1/2):120 Grad (typisch). Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte ihres Maximalwerts (auf der Achse) abfällt. Der große Winkel ist ein Schlüsselmerkmal für Anwendungen, die Sichtbarkeit aus achsenfernen Positionen erfordern.
• Spitzenwellenlänge (λ_p):591 nm (typisch). Die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsverteilung ihr Maximum erreicht.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):588,5 nm bis 594,5 nm. Dies ist die vom menschlichen Auge wahrgenommene Einzelwellenlänge der LED-Farbe und der primäre Parameter für das Farb-Binning.
• Spektrale Bandbreite (Δλ):15 nm (typisch). Die Breite des emittierten Spektrums bei halber Maximalleistung (Full Width at Half Maximum - FWHM).
• Durchlassspannung (V_F):1,75 V bis 2,35 V bei I_F=20mA. Der Spannungsabfall über der LED, wenn sie leitet. Dieser Bereich ist wichtig für die Auslegung der strombegrenzenden Schaltung.
• Sperrstrom (I_R):Maximal 10 μA bei V_R=5V. Ein sehr geringer Leckstrom, wenn die LED in Sperrrichtung betrieben wird.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um Farb- und Helligkeitskonsistenz in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs basierend auf Schlüsselparametern in Bins sortiert. Die 67-21-Serie verwendet ein dreidimensionales Binning-System.

3.1 Binning der dominanten Wellenlänge (HUE)

Dies bestimmt den präzisen Gelbton. Die Bins sind mit der Gruppe "B" und den Codes D4 und D5 gekennzeichnet.

• Bin D4:Dominante Wellenlänge von 588,5 nm bis 591,5 nm.
• Bin D5:Dominante Wellenlänge von 591,5 nm bis 594,5 nm.

Auf diese Bin-Grenzen wird eine Toleranz von ±1nm angewendet.

3.2 Binning der Lichtstärke (CAT)

Dies bestimmt den Helligkeitsgrad. Die Bins sind durch die Codes R2, S1, S2 und T1 definiert.

• Bin R2:140 mcd bis 180 mcd.
• Bin S1:180 mcd bis 225 mcd.
• Bin S2:225 mcd bis 285 mcd.
• Bin T1:285 mcd bis 360 mcd.

Auf die Lichtstärke wird eine Toleranz von ±11% angewendet.

3.3 Binning der Durchlassspannung (REF)

Dies gruppiert LEDs mit ähnlichen elektrischen Eigenschaften, was die Stromversorgungsauslegung vereinfachen kann. Die Bins sind mit der Gruppe "B" und den Codes 0, 1 und 2 gekennzeichnet.

• Bin 0: V_Fvon 1,75 V bis 1,95 V.
• Bin 1: V_Fvon 1,95 V bis 2,15 V.
• Bin 2: V_Fvon 2,15 V bis 2,35 V.

Auf die Durchlassspannung wird eine Toleranz von ±0,1V angewendet.

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere charakteristische Kurven, die für das Verständnis des LED-Verhaltens unter verschiedenen Bedingungen wesentlich sind.

4.1 Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur

Diese Kurve zeigt, dass die Lichtausbeute der LED mit steigender Umgebungstemperatur abnimmt. Bei der maximalen Betriebstemperatur von +85°C ist die relative Lichtstärke deutlich niedriger als bei 25°C. Diese thermische Derating muss in Designs berücksichtigt werden, in denen hohe Umgebungstemperaturen erwartet werden, wie z.B. in Automotive-Anwendungen oder in der Nähe von wärmeerzeugenden Komponenten.

4.2 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kennlinie)

Die I-V-Kennlinie ist nichtlinear, typisch für eine Diode. Sie zeigt die Beziehung zwischen dem durch die LED fließenden Strom und der daran anliegenden Spannung. Die Kurve ist wesentlich für die Auswahl eines geeigneten strombegrenzenden Widerstands oder den Entwurf eines Konstantstromtreibers. Der "Knie"-Punkt der Kurve, an dem die Leitung beginnt, liegt für dieses Bauteil bei etwa 1,6V bis 1,8V.

4.3 Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Diese Kurve zeigt, dass die Lichtausbeute mit dem Durchlassstrom zunimmt, jedoch nicht in perfekt linearer Weise, insbesondere bei höheren Strömen. Sie unterstreicht auch die Bedeutung des Betriebs innerhalb der absoluten Maximalwerte; das Betreiben der LED über ihren spezifizierten Strom hinaus führt nicht zu proportionalen Helligkeitssteigerungen und erzeugt übermäßige Wärme, was die Lebensdauer verringert.

4.4 Spektralverteilung

Das Spektraldiagramm zeigt einen einzelnen, dominanten Peak um 591 nm, was die brillant gelbe Farbe bestätigt. Die schmale Bandbreite weist auf eine gute Farbreinheit hin. Die Emission im tiefroten oder grünen Bereich ist minimal, was für einen rein gelben Indikator wünschenswert ist.

4.5 Abstrahlcharakteristik

Das Polardiagramm bestätigt visuell den großen 120°-Betrachtungswinkel. Die Intensitätsverteilung ist annähernd lambertisch (kosinusähnlich), was bedeutet, dass sie bei direkter Betrachtung am hellsten ist und zum Rand des Betrachtungskegels hin allmählich abnimmt.

5. Mechanische und Verpackungsinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die LED ist in einem P-LCC-2-Gehäuse (Plastic Leaded Chip Carrier) untergebracht. Wichtige Abmessungen sind eine Gehäusegröße von etwa 3,2mm x 2,8mm bei einer Höhe von 1,9mm. Das Gehäuse verfügt über zwei Güllflügel-Anschlüsse für die Oberflächenmontage. Die Kathode wird typischerweise durch eine Kerbe oder eine grüne Markierung auf dem Gehäuse gekennzeichnet. Detaillierte Maßzeichnungen mit Toleranzen von ±0,1mm sind im Datenblatt für das PCB-Footprint-Design enthalten.

5.2 Polaritätskennzeichnung

Die korrekte Polarität ist für den Betrieb entscheidend. Das Gehäuse enthält visuelle Markierungen. Der Kathoden-(-) Anschluss wird oft durch einen grünen Punkt oder eine kleine Kerbe am Gehäusekörper angezeigt. Designer müssen die Gehäusezeichnung mit dem empfohlenen PCB-Footprint abgleichen, um sicherzustellen, dass die Anoden- und Kathoden-Pads korrekt ausgerichtet sind.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Parameter für Reflow-Löten

Das Bauteil ist mit Dampfphasen- und Infrarot-Reflow-Prozessen kompatibel. Das empfohlene Profil hat eine Spitzentemperatur von 260°C, die nicht länger als 10 Sekunden überschritten werden sollte. Dies ist ein Standardprofil für bleifreie (SnAgCu) Lötpasten. Aufwärm- und Abkühlraten sollten kontrolliert werden, um die thermische Belastung des Gehäuses zu minimieren.

6.2 Handlöten

Falls Handlöten erforderlich ist, sollte die Lötspitzentemperatur 350°C nicht überschreiten, und die Kontaktzeit mit jedem Anschluss sollte auf maximal 3 Sekunden begrenzt werden. Zwischen der Lötstelle und dem Gehäusekörper kann an der Leitung ein Kühlkörper verwendet werden, um den LED-Chip vor übermäßiger Hitze zu schützen.

6.3 Lagerbedingungen

Die LEDs sind in feuchtigkeitsbeständigen Barrieretüten mit Trockenmittel verpackt, um Feuchtigkeitsaufnahme zu verhindern, die während des Reflow-Lötens zu "Popcorning" (Gehäuserissen) führen kann. Sobald der versiegelte Beutel geöffnet ist, sollten die Bauteile innerhalb eines bestimmten Zeitrahmens (typischerweise 168 Stunden unter Werksbedingungen) verwendet oder gemäß der Feuchtigkeitssensitivitätsstufe (MSL) erneut getrocknet werden, die vom Hersteller bezogen werden sollte.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Spezifikationen für Band und Rolle

Die Bauteile werden auf 8 mm breitem, geprägtem Trägerband geliefert. Jede Rolle enthält 2000 Stück. Detaillierte Abmessungen für die Trägerbandtaschen und die Rolle werden bereitgestellt, um die Kompatibilität mit automatischen Bestückungsgeräten sicherzustellen.

7.2 Etikettenerklärung und Artikelnummernsystem

Das Rollenetikett enthält wichtige Informationen für die Rückverfolgbarkeit und korrekte Montage:

• CAT:Der Lichtstärke-Bin-Code (z.B. S1, T1).
• HUE:Der dominante Wellenlängen-Bin-Code (z.B. D4, D5).
• REF:Der Durchlassspannungs-Bin-Code (z.B. 0, 1, 2).
• Artikelnummer (PN), Kundenartikelnummer (CPN), Menge (QTY) und Losnummer zur Nachverfolgung.

Die vollständige Artikelnummer (z.B. 67-21/Y2C-BR2T1B/2T) kodiert die Serie, Farbe, Helligkeits-Bin und andere Attribute gemäß dem Herstellersystem.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

• Automotive-Elektronik:Hintergrundbeleuchtung für Armaturenbrettinstrumente, Schalter und Bedienfelder. Der große Betrachtungswinkel und die Zuverlässigkeit über einen weiten Temperaturbereich machen es für diese anspruchsvolle Umgebung geeignet.
• Telekommunikationsgeräte:Statusanzeigen und Tastaturbeleuchtung in Telefonen, Faxgeräten und Netzwerkhardware.
• Unterhaltungselektronik:Netz-/Einschaltanzeigen, Tastenbeleuchtung und Statusleuchten in tragbaren Geräten, Haushaltsgeräten und Audio/Video-Geräten.
• Allgemeine Panel-Indikatoren:Jede Anwendung, die einen hellen, zuverlässigen und kompakten Statusindikator erfordert.

8.2 Designüberlegungen

• Strombegrenzung:Verwenden Sie stets einen Vorwiderstand oder einen Konstantstromtreiber, um den Durchlassstrom einzustellen. Berechnen Sie den Widerstandswert mit R = (V_versorgung- V_F) / I_F. Verwenden Sie den maximalen V_F-Wert aus dem Datenblatt, um sicherzustellen, dass der Strom auch bei Bauteiltoleranzen die Grenze nicht überschreitet.
• Thermisches Management:Obwohl die Verlustleistung gering ist, sorgen Sie für ausreichende PCB-Kupferfläche oder thermische Durchkontaktierungen unter dem thermischen Pad (falls vorhanden), um Wärme abzuleiten, insbesondere bei Anwendungen mit hoher Umgebungstemperatur oder beim Betrieb mit höheren Strömen.
• Lichtleiter-Kopplung:Für Lichtleiteranwendungen positionieren Sie die LED so nah wie möglich am Eingang des Lichtleiters. Der große Betrachtungswinkel hilft, mehr Licht einzufangen, aber eine präzise Ausrichtung ist dennoch der Schlüssel zur Maximierung der Effizienz und zur Erzielung einer gleichmäßigen Beleuchtung am Ausgang.
• ESD-Schutz:Implementieren Sie ESD-Schutz auf den Eingangsleitungen, wenn die LED für Benutzer direkt zugänglich ist (z.B. auf einem Frontpanel). Während der Handhabung und Montage sind Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen zu beachten.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die 67-21-Serie differenziert sich auf dem Markt für SMD-Indikator-LEDs durch mehrere Schlüsselmerkmale. Im Vergleich zu älteren, kleineren Gehäusen (wie 0402 oder 0603) bietet sie aufgrund ihres größeren Chips und optimierten internen Reflektors eine deutlich höhere Lichtausbeute und einen viel größeren Betrachtungswinkel. Gegenüber anderen P-LCC-2-Gehäusen macht sie ihre spezifische Kombination aus brillant gelber Farbe (basierend auf AlGaInP-Material für hohe Effizienz), einer klar definierten Binning-Struktur für Konsistenz und robusten Spezifikationen für Reflow-Löten zu einer zuverlässigen Wahl für die Serienfertigung. Ihr niedriger Durchlassspannungsbedarf ist auch ein deutlicher Vorteil in batteriebetriebenen Designs, da er den benötigten Spannungsabstand von der Stromquelle reduziert und möglicherweise die Batterielebensdauer verlängert.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

10.1 Was ist der Unterschied zwischen Peak-Wellenlänge und dominanter Wellenlänge?

Die Spitzenwellenlänge (λ_p) ist die physikalische Wellenlänge, bei der die LED die meiste optische Leistung emittiert. Die dominante Wellenlänge (λ_d) ist ein berechneter Wert, der die Einzelwellenlänge von monochromatischem Licht darstellt, die für das menschliche Auge die gleiche Farbe zu haben scheint. Die dominante Wellenlänge ist für die Farbwahrnehmung relevanter und wird für das Binning verwendet.

10.2 Kann ich diese LED ohne Vorwiderstand an einer 3,3V-Versorgung betreiben?

Nein, dies wird nicht empfohlen und würde die LED wahrscheinlich zerstören.Eine LED ist ein stromgesteuertes Bauteil. Ohne einen strombegrenzenden Mechanismus (einen Widerstand oder aktiven Treiber) führt das direkte Anschließen an eine Spannungsquelle wie 3,3V zu einem übermäßigen Stromfluss, der den maximalen Nennwert von 50mA weit überschreitet, was zu sofortiger Überhitzung und Ausfall führt.

10.3 Warum nimmt die Lichtstärke bei hoher Temperatur ab?

Dies ist eine grundlegende Eigenschaft von Halbleiterlichtquellen. Mit steigender Temperatur werden nichtstrahlende Rekombinationsprozesse innerhalb des Halbleitermaterials dominanter, was den internen Quantenwirkungsgrad (die Anzahl der pro Elektron erzeugten Photonen) verringert. Dies führt bei gleichem Treiberstrom zu einer geringeren Lichtausbeute.

10.4 Wie wähle ich das richtige Bin für meine Anwendung aus?

Die Auswahl hängt von Ihren Anforderungen ab:

• Für Farbkonsistenzüber mehrere LEDs in einem Produkt hinweg, geben Sie ein enges HUE-Bin an (z.B. nur D4).
• Für Helligkeitskonsistenz, geben Sie ein enges CAT-Bin an (z.B. nur T1 für höchste Helligkeit).
• Für eine vereinfachte Stromversorgungsauslegungin Konstantspannungssystemen stellt die Angabe eines engen REF-Bins (z.B. nur Bin 1) einen vorhersehbareren Stromverbrauch sicher.

Konsultieren Sie den Bauteillieferanten bezüglich Verfügbarkeit und Kostenauswirkungen spezifischer Binkombinationen.

11. Praktische Design-Fallstudie

Szenario:Entwurf einer Statusanzeige für ein tragbares Medizingerät. Die Anzeige muss unter verschiedenen Lichtverhältnissen klar sichtbar sein, minimalen Strom verbrauchen, um die Batterielebensdauer zu maximieren, und gelegentliche Reinigung mit Desinfektionsmitteln aushalten.

Umsetzung:Die 67-21 brillant gelbe LED wird ausgewählt. Ein Lichtleiter wird entworfen, um das Licht von der LED, die auf der Hauptplatine montiert ist, zu einem kleinen Fenster auf dem versiegelten Frontpanel des Geräts zu leiten. Dies schützt die LED vor physischem Kontakt und Flüssigkeiten. Die Treiberschaltung verwendet einen GPIO-Pin eines Mikrocontrollers, einen 100Ω Vorwiderstand, der an eine 3,3V-Schiene angeschlossen ist, was zu einem Durchlassstrom von etwa (3,3V - 2,0V)/100Ω = 13mA führt, was sich gut im sicheren Betriebsbereich befindet. Dies bietet ausreichende Helligkeit bei minimalem Stromverbrauch. Der große Betrachtungswinkel der LED stellt sicher, dass der Lichtleiter effizient gefüllt wird und am Panel ein gleichmäßiges Leuchten erzeugt.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Diese LED basiert auf einem Aluminium-Gallium-Indium-Phosphid (AlGaInP) Halbleiterchip. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die die Einschaltspannung der Diode überschreitet, werden Elektronen aus dem n-dotierten Bereich und Löcher aus dem p-dotierten Bereich in den aktiven Bereich injiziert. Diese Ladungsträger rekombinieren und setzen Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Zusammensetzung der AlGaInP-Legierung bestimmt die Bandlückenenergie des Halbleiters, die direkt die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts vorgibt. Für brillantes Gelb entspricht die Bandlücke Photonen mit einer Energie von etwa 2,1 eV (Wellenlänge ~590 nm). Das erzeugte Licht wird dann durch die Oberseite des Chips extrahiert, geformt und durch den internen Reflektor und die klare Epoxidlinse des P-LCC-2-Gehäuses gelenkt.

13. Technologietrends und Entwicklungen

Der allgemeine Trend bei SMD-Indikator-LEDs wie der 67-21-Serie geht hin zu höherer Effizienz (mehr Lichtausbeute pro Milliampere Strom), was entweder hellere Indikatoren oder geringeren Stromverbrauch ermöglicht. Es gibt auch Bestrebungen für verbesserte Farbkonsistenz und engeres Binning von Wafer zu Wafer. Die Verpackungstechnologie entwickelt sich weiter, wobei potenzielle zukünftige Entwicklungen noch dünnere Bauformen für platzbeschränkte Anwendungen und Materialien mit höherer Wärmeleitfähigkeit umfassen, um die Wärme bei höheren Treiberströmen besser zu handhaben. Darüber hinaus ist die Integration mit Onboard-Steuerung, wie z.B. einem winzigen IC für PWM-Dimmung oder Farbsequenzierung innerhalb desselben Gehäuses, ein wachsender Trend auf dem breiteren LED-Markt, obwohl dies für mehrfarbige oder adressierbare LEDs relevanter sein könnte als für Standard-Einfarbindikatoren.