Technisches Datenblatt der Top-View LED 67-21 Serie - Gehäuse 2.0x1.25x1.1mm - Durchlassspannung 1.75-2.35V - Brillantrot - 60mW - Deutsch

1. Produktübersicht

Die 67-21 Serie stellt eine Familie von oberflächenmontierbaren Top-View LEDs dar, die in einem kompakten P-LCC-2-Gehäuse untergebracht sind. Dieses Bauteil zeichnet sich durch seinen weißen Gehäusekörper und ein farblos klares Fenster aus, was zu seiner Funktion als effizienter optischer Indikator beiträgt. Ein wesentliches Konstruktionsmerkmal ist der große Betrachtungswinkel, der durch die Gehäusegeometrie und einen integrierten Inter-Reflektor erreicht wird. Dieses Design optimiert die Lichteinkopplung und macht die LED besonders geeignet für Anwendungen, die Lichtleiter zur Führung der Beleuchtung nutzen. Das Bauteil arbeitet mit niedrigem Strom, was seine Attraktivität für stromsparende Anwendungen wie tragbare Elektronik erhöht. Es entspricht den Standards für bleifreie (Pb-freie) Fertigung und hält die RoHS-Vorschriften ein.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die primären Vorteile dieser LED-Serie umfassen ihre kompakte Bauform, den exzellenten Betrachtungswinkel und die Kompatibilität mit automatisierten Bestückungsprozessen. Der große 120-Grad-Betrachtungswinkel gewährleistet die Sichtbarkeit aus verschiedenen Blickrichtungen. Das Bauteil ist kompatibel mit Standard-Lötverfahren wie Dampfphasen-Reflow, Infrarot-Reflow und Wellenlöten, was die Serienfertigung erleichtert. Es wird auf 8-mm-Trägerband und Rolle geliefert, entsprechend den Anforderungen automatisierter Pick-and-Place-Geräte. Der niedrige Durchlassstrombedarf macht es ideal für batteriebetriebene Geräte, bei denen Stromsparen entscheidend ist. Zielmärkte sind Telekommunikationsgeräte (z.B. Telefone, Faxgeräte), Unterhaltungselektronik, Industrie-Bedienfelder und allgemeine Indikatoranwendungen, bei denen zuverlässige, stromsparende Statusanzeigen benötigt werden.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Die Leistung der LED ist unter spezifischen Umgebungstemperaturbedingungen (Ta=25°C) definiert. Das Verständnis dieser Parameter ist entscheidend für den Schaltungsentwurf und die Gewährleistung langfristiger Zuverlässigkeit.

2.1 Absolute Grenzwerte

Diese Grenzwerte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb außerhalb dieser Grenzen wird nicht empfohlen.

• Sperrspannung (V_R):5 V. Das Überschreiten dieser Spannung in Sperrrichtung kann zum Durchbruch des Übergangs führen.
• Dauer-Durchlassstrom (I_F):25 mA.
• Spitzen-Durchlassstrom (I_FP):60 mA, zulässig unter gepulsten Bedingungen (Tastverhältnis 1/10, Frequenz 1 kHz).
• Verlustleistung (P_d):60 mW. Dies ist die maximal zulässige, als Wärme abgegebene Verlustleistung.
• Elektrostatische Entladung (ESD) HBM:2000 V. Dieser Wert gibt die Empfindlichkeit des Bauteils gegenüber statischer Elektrizität an; es müssen geeignete ESD-Handhabungsverfahren befolgt werden.
• Betriebstemperatur (T_opr):-40°C bis +85°C.
• Lagertemperatur (T_stg):-40°C bis +90°C.
• Löttemperatur:Für Reflow-Löten wird eine Spitzentemperatur von 260°C für maximal 10 Sekunden spezifiziert. Für Handlöten sollte die Lötspitzentemperatur 350°C für 3 Sekunden nicht überschreiten.

2.2 Elektro-optische Kenngrößen

Diese Parameter werden bei einem Standard-Prüfstrom von I_F= 20 mA gemessen.

• Lichtstärke (I_v):Liegt im Bereich von 57 mcd (Minimum) bis 140 mcd (Maximum), wobei ein typischer Wert durch das Binning-System impliziert wird. Die Toleranz beträgt ±11%.
• Betrachtungswinkel (2θ_1/2):120 Grad (typisch). Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte ihres Spitzenwertes abfällt.
• Spitzenwellenlänge (λ_p):632 nm (typisch). Dies ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Emission am stärksten ist.
• Farbwert (dominante Wellenlänge) (λ_d):Zwischen 617,5 nm und 633,5 nm, definiert die wahrgenommene Farbe (Brillantrot). Die Toleranz beträgt ±1 nm.
• Spektrale Bandbreite (Δλ):20 nm (typisch). Dies gibt die spektrale Reinheit des emittierten Lichts an.
• Durchlassspannung (V_F):Liegt zwischen 1,75 V und 2,35 V bei 20 mA, mit einer Toleranz von ±0,1 V. Dieser Parameter ist entscheidend für die Bestimmung des erforderlichen Vorwiderstandswertes.
• Sperrstrom (I_R):Maximal 10 μA bei einer Sperrvorspannung von 5 V.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um Farb- und Helligkeitskonsistenz in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs basierend auf Schlüsselparametern in Bins sortiert.

3.1 Lichtstärke-Binning

LEDs werden basierend auf ihrer gemessenen Lichtstärke bei 20 mA in vier Bins (P2, Q1, Q2, R1) kategorisiert. Zum Beispiel enthält Bin R1 LEDs mit einer Lichtstärke zwischen 112 mcd und 140 mcd.

3.2 Farbwert-Binning (dominante Wellenlänge)

Die Farbe (dominante Wellenlänge) wird in vier Gruppen (E4, E5, E6, E7) eingeteilt, die jeweils 4 nm umfassen. Gruppe A, Bin E7, deckt beispielsweise Wellenlängen von 629,5 nm bis 633,5 nm ab.

3.3 Durchlassspannungs-Binning

Die Durchlassspannung wird innerhalb der Gruppe B in drei Bins (0, 1, 2) eingeteilt. Bin 0 deckt 1,75V bis 1,95V ab, Bin 1 deckt 1,95V bis 2,15V ab und Bin 2 deckt 2,15V bis 2,35V ab. Dies ermöglicht es Konstrukteuren, LEDs mit engeren Spannungstoleranzen für Anwendungen auszuwählen, die eine gleichmäßige Stromverteilung in parallel geschalteten Strängen erfordern.

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere Kennlinien, die das Verhalten des Bauteils unter variierenden Bedingungen veranschaulichen.

4.1 Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Diese Kurve zeigt, dass die Lichtausbeute mit dem Durchlassstrom zunimmt, jedoch nicht linear. Sie unterstreicht die Bedeutung, die LED bei oder nahe ihrem Nennstrom zu betreiben, um optimale Effizienz zu erzielen. Ein Betrieb deutlich über dem Nennstrom führt zu abnehmenden Helligkeitszuwächsen und übermäßiger Wärmeentwicklung.

4.2 Durchlassspannung vs. Durchlassstrom

Die I-V-Kennlinie zeigt die exponentielle Beziehung der Diode. Die Durchlassspannung steigt mit dem Strom. Die Kurve ist wesentlich für die Analyse des Wärmemanagements, da die Verlustleistung (V_F* I_F) Wärme erzeugt.

4.3 Strombelastbarkeitskurve (Derating-Kurve)

Dieses Diagramm gibt den maximal zulässigen Dauer-Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur vor. Mit steigender Umgebungstemperatur muss der maximal zulässige Strom reduziert werden, um das Überschreiten der Sperrschichttemperaturgrenze und der 60-mW-Verlustleistungsgrenze zu verhindern. Bei 85°C ist der maximale Dauerstrom beispielsweise deutlich niedriger als der Nennwert von 25 mA bei 25°C.

4.4 Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur

Die Lichtausbeute einer LED ist temperaturabhängig. Diese Kurve zeigt typischerweise eine Abnahme der Lichtstärke mit steigender Umgebungs- (und damit Sperrschicht-)Temperatur. Diese Eigenschaft muss in Designs, die über einen weiten Temperaturbereich arbeiten, berücksichtigt werden.

4.5 Spektralverteilung

Das Spektraldiagramm bestätigt die monochromatische Natur des AlGaInP-Chips und zeigt einen dominanten Peak im roten Bereich (~632 nm) mit einer definierten Bandbreite.

4.6 Strahlungsdiagramm

Das Polardiagramm stellt den 120-Grad-Betrachtungswinkel visuell dar und zeigt die räumliche Verteilung der Lichtintensität. Das Diagramm ist für diesen Gehäusetyp typischerweise lambertisch oder nahezu lambertisch.

5. Mechanische und Verpackungsinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Das P-LCC-2-Gehäuse hat einen kompakten Bauraum. Wichtige Abmessungen umfassen eine Gehäuselänge von ca. 2,0 mm, eine Breite von 1,25 mm und eine Höhe von 1,1 mm. Die Kathode ist durch eine Kerbe oder eine grüne Markierung auf dem Gehäuse gekennzeichnet. Detaillierte Zeichnungen geben Empfehlungen für das Pad-Layout im Leiterplattendesign, um ein korrektes Löten und mechanische Stabilität zu gewährleisten. Alle nicht spezifizierten Toleranzen betragen ±0,1 mm.

5.2 Erläuterung der Kennzeichnung

Die Bauteilkennzeichnung enthält Codes für die gebinnten Eigenschaften: CAT gibt die Lichtstärke-Klasse an, HUE die Farbwert-Klasse (dominante Wellenlänge) und REF die Durchlassspannungs-Klasse. Dies ermöglicht eine präzise Rückverfolgbarkeit und Auswahl.

5.3 Rolle und Trägerbandabmessungen

Die LEDs werden auf 8-mm-Trägerband geliefert, das auf Standard-180-mm-Rollen aufgewickelt ist. Die Abmessungen des Trägerbands (Taschengröße, Teilung) sind spezifiziert, um mit automatisierten Bestückungsgeräten kompatibel zu sein. Jede Rolle enthält 2000 Stück.

5.4 Feuchtigkeitsresistente Verpackung

Für die Langzeitlagerung und zur Vermeidung von Problemen mit feuchtigkeitsempfindlichen Bauteilen werden die Rollen in aluminiumbeschichteten Feuchtigkeitsschutzbeuteln mit Trockenmittel und Feuchtigkeitsindikatorkarten verpackt.

6. Löt- und Bestückungsrichtlinien

Das Bauteil ist für Standard-SMD-Lötprozesse ausgelegt.

• Reflow-Löten:Ein Temperaturprofil mit einer Spitzentemperatur von 260°C ±5°C für eine Dauer von maximal 10 Sekunden wird empfohlen.
• Handlöten:Falls erforderlich, sollte eine Lötspitzentemperatur von maximal 350°C für höchstens 3 Sekunden pro Anschluss angewendet werden.
• Lagerung:Nach dem Öffnen des versiegelten Feuchtigkeitsschutzbeutels sollten die Bauteile innerhalb einer bestimmten Zeitspanne (nicht explizit angegeben, aber durch die Verpackung impliziert) verwendet oder gemäß den standardmäßigen MSD-Handhabungsverfahren getrocknet werden, wenn sie Umgebungsfeuchtigkeit jenseits der sicheren Grenzen ausgesetzt waren.

7. Zuverlässigkeit und Qualifikation

Das Produkt durchläuft strenge Zuverlässigkeitstests mit einem Konfidenzniveau von 90% und einem LTPD von 10%. Standardtests umfassen:

• Reflow-Lötwiderstand:Hält 260°C für Lötbarkeit und Gehäuseintegrität stand.
• Temperaturwechsel:300 Zyklen zwischen -40°C und +100°C.
• Temperaturschock:300 Zyklen zwischen -10°C und +100°C mit schnellen Übergängen.
• Hochtemperaturlagerung:1000 Stunden bei 100°C.
• Tieftemperaturlagerung:1000 Stunden bei -40°C.

Diese Tests gewährleisten die Robustheit des Bauteils unter rauen Umgebungsbedingungen, wie sie in elektronischen Produkten üblich sind.

8. Anwendungsvorschläge und Designüberlegungen

8.1 Typische Anwendungsszenarien

• Statusindikatoren:Strom-, Verbindungs- oder Modus-Indikatoren in Telekommunikationsgeräten, Netzwerkhardware und Haushaltsgeräten.
• Hintergrundbeleuchtung:Kanten- oder Direktbeleuchtung für LCD-Panels, Tastaturschalter und Symbole, oft gekoppelt mit Lichtleitern.
• Lichtleitersysteme:Der große Betrachtungswinkel und die optimierte Lichteinkopplung machen sie zu einer idealen Quelle für Kunststoff- oder Acryl-Lichtleiter.
• Tragbare/batteriebetriebene Geräte:Aufgrund ihres niedrigen Stromverbrauchs ist sie hervorragend geeignet für Smartphones, Tablets, Fernbedienungen und Wearable-Technologie.

8.2 Designüberlegungen

• Strombegrenzung:Verwenden Sie stets einen Vorwiderstand, um den Durchlassstrom auf den gewünschten Wert zu begrenzen (z.B. 20 mA für typische Helligkeit). Berechnen Sie den Widerstandswert mit R = (V_versorgung- V_F) / I_F. Berücksichtigen Sie den ungünstigsten Fall V_F(Minimum), um Überstrom zu vermeiden.
• Wärmemanagement:Halten Sie sich an die Strombelastbarkeitskurve. Für Anwendungen mit hoher Umgebungstemperatur oder Dauerbetrieb sorgen Sie für ausreichende Kupferfläche auf der Leiterplatte oder thermische Durchkontaktierungen zur Wärmeableitung, insbesondere wenn nahe den Maximalwerten betrieben wird.
• ESD-Schutz:Implementieren Sie ESD-Schutz auf Signalleitungen, die in benutzerzugänglichen Anwendungen mit der LED verbunden sind.
• Optisches Design:Bei der Verwendung von Lichtleitern ist das Strahlungsdiagramm der LED und die Ausrichtung zu berücksichtigen, um die Kopplungseffizienz zu maximieren.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu anderen SMD-Indikator-LEDs sind die Hauptunterscheidungsmerkmale der 67-21 Serie ihre spezifische P-LCC-2-Gehäusegeometrie, die einen sehr großen 120-Grad-Betrachtungswinkel ergibt, und die Verwendung von AlGaInP-Halbleitermaterial für die brillantrote Farbe. AlGaInP bietet typischerweise eine höhere Lichtausbeute und bessere Temperaturstabilität für rote und bernsteinfarbene LEDs im Vergleich zu älteren Technologien wie GaAsP. Die Kombination aus klarem Fenster (im Gegensatz zu diffundiertem) und dem Inter-Reflektor-Design bietet eine höhere axiale Lichtstärke, was für Lichtleiteranwendungen vorteilhaft ist, bei denen Licht effizient in eine kleine Öffnung eingekoppelt werden muss.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Welchen Widerstandswert sollte ich bei einer 5V-Versorgung verwenden?

A: Unter Verwendung des maximalen V_Fvon 2,35V für ein konservatives Design bei 20mA: R = (5V - 2,35V) / 0,02A = 132,5Ω. Ein Standardwiderstand von 130Ω oder 150Ω wäre geeignet. Überprüfen Sie den Strom stets mit dem tatsächlichen V_FIhrer gebinnten Bauteile.

F: Kann ich diese LED mit 30 mA für mehr Helligkeit betreiben?

A: Nein. Der absolute maximale Dauer-Durchlassstrom beträgt 25 mA. Das Überschreiten dieses Wertes verstößt gegen die Spezifikationen, verringert die Lebensdauer aufgrund beschleunigter Lichtstromdegradation und birgt das Risiko thermischer Schäden. Verwenden Sie den Spitzenstrom (60 mA gepulst) nur für kurzzeitiges Blinken.

F: Wie beeinflusst die Temperatur die Leistung?

A: Mit steigender Temperatur nimmt die Lichtstärke ab (siehe Kennlinie), und die Durchlassspannung nimmt typischerweise leicht ab. Kritischer ist, dass der maximal zulässige Dauerstrom gemäß der Derating-Kurve reduziert werden muss, um Überhitzung zu vermeiden.

F: Was ist der Unterschied zwischen Spitzenwellenlänge und Farbwert (dominante Wellenlänge)?

A: Die Spitzenwellenlänge (λ_p=632nm) ist die physikalische Wellenlänge der maximalen spektralen Leistung. Der Farbwert (dominante Wellenlänge) (λ_d=617,5-633,5nm) ist die Wellenlänge eines monochromatischen Lichts, das der wahrgenommenen Farbe der LED entsprechen würde. Der Farbwert ist für die Farbspezifikation relevanter.

11. Praktisches Anwendungsbeispiel

Szenario: Entwurf eines Statusindikator-Panels für einen Router.

Das Panel hat fünf LEDs (Strom, Internet, Wi-Fi, LAN1, LAN2) hinter einer dunkel getönten Acrylblende mit geformten Lichtleitern. Die 67-21 brillantrote LED wird für den \"Strom\"-Indikator ausgewählt.

Entwurfsschritte:

1. Elektrisch:Die interne Logikversorgung des Routers beträgt 3,3V. Unter Annahme eines typischen V_Fvon 2,0V und einem Zielstrom von 15 mA für ausreichende Helligkeit und geringeren Verbrauch: R = (3,3V - 2,0V) / 0,015A ≈ 86,7Ω. Ein Widerstand von 82Ω oder 100Ω wird gewählt.

2. Optisch:Der große Betrachtungswinkel der LED stellt sicher, dass das Licht effektiv von der Eintrittsfläche des Lichtleiters erfasst wird, selbst bei geringen Platzierungsungenauigkeiten durch die Bestückungsmaschine.

3. Thermisch:Der Betriebsstrom von 15 mA liegt deutlich unter dem Maximum von 25 mA, und die Umgebungstemperatur im Routergehäuse wird auf 50°C geschätzt. Gemäß der Derating-Kurve liegt der zulässige Strom bei 50°C immer noch über 20 mA, daher ist das Design sicher.

4. Binning:Um eine gleichmäßige Helligkeit aller fünf Indikatoren auf dem Panel sicherzustellen, wird empfohlen, bei der Beschaffung ein enges Lichtstärke-Bin (z.B. Q2 oder R1) und ein konsistentes Farbwert-Bin zu spezifizieren.

12. Funktionsprinzip

Die LED ist eine Halbleiterdiode auf Basis von Aluminium-Gallium-Indium-Phosphid (AlGaInP)-Material. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die das Potenzial des Diodenübergangs überschreitet (etwa 1,8-2,2V für rote AlGaInP), werden Elektronen und Löcher aus dem n- bzw. p-dotierten Material in das aktive Gebiet injiziert. Diese Ladungsträger rekombinieren strahlend und setzen Energie in Form von Photonen frei. Die spezifische Bandlückenenergie der AlGaInP-Legierung bestimmt die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts, die in diesem Fall im brillantroten Spektrum liegt. Das Gehäuse verkapselt den Chip, bietet mechanischen Schutz, beherbergt den Inter-Reflektor zur Formung des Lichtaustritts und enthält die Linse (klares Fenster) zur Steuerung des Strahlprofils.

13. Technologietrends

Der allgemeine Trend bei SMD-Indikator-LEDs im P-LCC-2-Format geht zu immer höherer Lichtausbeute (mehr Lichtausbeute pro elektrischer Eingangsleistung), was niedrigere Betriebsströme bei gleicher wahrgenommener Helligkeit ermöglicht – entscheidend für energieeffiziente Designs. Es gibt auch einen kontinuierlichen Trend zur Miniaturisierung bei gleichzeitiger Beibehaltung oder Verbesserung der optischen Leistung. Fertigungsprozesse werden für höhere Ausbeute und engere Binning-Toleranzen optimiert, was Konstrukteuren eine konsistentere Farbe und Helligkeit über Produktionschargen hinweg bietet. Darüber hinaus sind eine verbesserte Zuverlässigkeit unter höheren Reflow-Temperaturprofilen (z.B. für bleifreies Löten) und eine verbesserte ESD-Robustheit Standarderwartungen an moderne Bauteile. Die zugrundeliegende AlGaInP-Technologie für rote/orange/bernsteinfarbene LEDs ist ausgereift, verzeichnet aber weiterhin inkrementelle Verbesserungen bei Effizienz und Lebensdauer.