Technisches Datenblatt der Top-View-LED-Serie 67-22 - P-LCC-4-Gehäuse - 2,0x1,25x1,1mm - 2,35V max. - 60mW - Rot/Gelb - Deutsch

1. Produktübersicht

Die 67-22-Serie stellt eine Familie von oberflächenmontierbaren Top-View-Leuchtdioden (LEDs) dar, die für Indikator- und Hintergrundbeleuchtungsanwendungen konzipiert ist. Diese Bauteile nutzen ein kompaktes P-LCC-4-Gehäuse (Plastic Leaded Chip Carrier) und bieten eine ausgewogene Kombination aus Leistung, Zuverlässigkeit und einfacher Montage in automatisierten Fertigungsumgebungen.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die primären Designvorteile dieser Serie umfassen einen großen Blickwinkel von 120 Grad, eine durch einen internen Reflektor optimierte Lichteinkopplung und ein farbloses klares Fenster. Diese Merkmale machen die LEDs besonders gut geeignet für Lichtleiteranwendungen, bei denen effiziente Lichtübertragung und gleichmäßige Ausleuchtung entscheidend sind. Der niedrige Durchlassstrombedarf (typischer Betrieb bei 20mA) macht diese Bauteile ideal für leistungssensitive Anwendungen wie tragbare Unterhaltungselektronik, Telekommunikationsgeräte und Industrie-Bedienfelder. Die Serie ist konform mit bleifreien (Pb-free) Lötprozessen und RoHS-Richtlinien und entspricht damit modernen Umwelt- und Fertigungsstandards.

1.2 Bauteilauswahl und Varianten

Die Serie wird in mehreren Emissionsfarben angeboten. Dieses Datenblatt beschreibt zwei spezifische Chip-Typen: R6 und Y2. Der R6-Chip, basierend auf AlGaInP-Material (Aluminium-Gallium-Indium-Phosphid), erzeugt ein brillantes rotes Licht. Der Y2-Chip, der ebenfalls AlGaInP-Technologie nutzt, emittiert ein brillantes gelbes Licht. Beide Varianten sind in einem wasserklaren Harz eingekapselt, das die Eigenfarbe des Chips nicht verändert und so hohe Farbreinheit und Lichtstärke gewährleistet.

2. Technische Parameter: Detaillierte objektive Interpretation

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte Analyse der wichtigsten elektrischen, optischen und thermischen Parameter, die die Betriebsgrenzen und die Leistung der LED definieren.

2.1 Absolute Maximalwerte

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

• Sperrspannung (V_R):5V. Das Überschreiten dieser Spannung in Sperrrichtung kann zum Durchbruch des pn-Übergangs führen.
• Dauer-Durchlassstrom (I_F):25mA für R6 und Y2. Dies ist der maximale Gleichstrom für einen zuverlässigen Dauerbetrieb.
• Spitzen-Durchlassstrom (I_FP):60mA (Tastverhältnis 1/10, 1kHz). Dieser Wert erlaubt kurze Pulse mit höherem Strom, was für Multiplexing oder zur Erzielung höherer momentaner Helligkeit nützlich ist.
• Verlustleistung (P_d):60mW. Dies ist die maximale Leistung, die das Gehäuse ohne Überschreiten seiner thermischen Grenzen abführen kann, berechnet als Durchlassspannung (V_F) multipliziert mit Durchlassstrom (I_F).
• Elektrostatische Entladung (ESD):2000V (Human Body Model). Dies zeigt ein moderates Maß an ESD-Schutz an; dennoch werden ordnungsgemäße Handhabungsverfahren empfohlen.
• Betriebs- & Lagertemperatur:-40°C bis +85°C bzw. -40°C bis +95°C, was die Funktionalität in einem breiten Umgebungsbereich sicherstellt.

2.2 Elektro-optische Kenngrößen (Ta=25°C)

Dies sind die typischen Leistungsparameter unter spezifizierten Testbedingungen, üblicherweise bei 20mA Durchlassstrom.

• Lichtstärke (I_V):Die R6-Variante (rot) hat einen typischen Wert von 285 mcd (Millicandela), während die Y2-Variante (gelb) ebenfalls 285 mcd erreicht. Die Mindestwerte beginnen bei 72 mcd, wobei die tatsächlich gelieferte Intensität durch den Bin-Code bestimmt wird (siehe Abschnitt 3). Eine Toleranz von ±11% gilt.
• Blickwinkel (2θ_1/2):120 Grad. Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte ihres Spitzenwertes abfällt, was das Breitwinkel-Emissionsprofil bestätigt.
• Spitzen- & Dominante Wellenlänge:Für R6: Spitze (λ_p) ist 632nm, dominant (λ_d) liegt im Bereich 621-631nm. Für Y2: Spitze ist 591nm, dominant liegt im Bereich 586-594nm. Die dominante Wellenlänge ist die vom menschlichen Auge wahrgenommene Einzelwellenlänge der Farbe.
• Spektralbandbreite (Δλ):Etwa 20nm für R6 und 15nm für Y2, was auf eine etwas höhere spektrale Reinheit des gelben Chips hindeutet.
• Durchlassspannung (V_F):Für R6: 1,75V bis 2,35V. Für Y2: 1,8V bis 2,4V (aus Kennlinien abgeleitet). Die typische V_Fist für rote AlGaInP-LEDs im Vergleich zu einigen anderen Farben niedriger. Ein strombegrenzender Vorwiderstand ist zwingend in Reihe zu schalten, um den Arbeitspunkt einzustellen.
• Sperrstrom (I_R):Maximal 10µA bei V_R=5V, was auf eine gute Qualität des pn-Übergangs hinweist.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um Farb- und Helligkeitskonsistenz in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs in Bins sortiert. Dieses System ermöglicht es Designern, Bauteile auszuwählen, die spezifische Anwendungsanforderungen erfüllen.

3.1 Binning der Lichtstärke

Sowohl R6- als auch Y2-Chips werden in dieselben Intensitäts-Bins gruppiert, bezeichnet als Q1, Q2, R1, R2, S1, S2. Die Lichtstärke reicht von einem Minimum von 72-90 mcd (Q1) bis zu einem Maximum von 225-285 mcd (S2). Der Bin-Code (z.B. S2) wird auf der Verpackung markiert, um die Auswahl einer bestimmten Helligkeitsklasse zu ermöglichen.

3.2 Binning der dominanten Wellenlänge

Dieses Binning stellt Farbkonsistenz sicher.

• R6 (Rot):Eingeteilt in FF1 (621-626nm) und FF2 (626-631nm).
• Y2 (Gelb):Eingeteilt in DD1 (586-588nm), DD2 (588-590nm), DD3 (590-592nm) und DD4 (592-594nm).

Ein engeres Wellenlängen-Bin (z.B. DD1 gegenüber DD4) bietet ein einheitlicheres Farbbild über mehrere LEDs in einer Anordnung hinweg.

4. Analyse der Kennlinien

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

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

Die Kurven zeigen die für eine Diode typische exponentielle Beziehung. Die Durchlassspannung für den R6-Chip steigt von ~1,8V auf ~2,2V an, wenn der Strom von 1mA auf 30mA ansteigt. Der Y2-Chip zeigt einen etwas höheren Spannungsbereich. Diese Kurve ist wesentlich für den Entwurf der Treiberschaltung und die Berechnung der Verlustleistung.

4.2 Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Die Lichtstärke steigt unterlinear mit dem Strom. Bei beiden Typen steigt die Intensität bei niedrigen Strömen stark an, aber die Steigerungsrate nimmt oberhalb von ~20-30mA ab, was auf einen verringerten Wirkungsgrad bei höheren Treiberpegeln hinweist. Der Betrieb bei oder unterhalb des empfohlenen 20mA bietet eine gute Balance zwischen Helligkeit und Effizienz.

4.3 Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur

Die Lichtausbeute nimmt mit steigender Umgebungstemperatur ab. Die Ausbeute kann um etwa 20-25% sinken, wenn die Temperatur von 25°C auf 85°C ansteigt. Diese thermische Degradation muss in Designs berücksichtigt werden, in denen hohe Umgebungstemperaturen erwartet werden, was möglicherweise einen niedrigeren Treiberstrom oder ein thermisches Management erfordert.

Das Gehäuse verfügt über eine Kathodenkennzeichnung. Typischerweise ist dies eine Kerbe, ein grüner Punkt oder eine abgeschrägte Ecke am Bauteilkörper. Die Leiterplatten-Lötstoppmaske sollte die Kathodenfläche klar markieren, um eine falsche Platzierung zu verhindern.

Dieses Diagramm definiert den maximal zulässigen Dauer-Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur. Mit steigender Temperatur nimmt der maximal zulässige Strom ab, um Überhitzung zu verhindern. Bei 85°C ist der maximale Strom beispielsweise deutlich niedriger als der Nennwert von 25mA bei 25°C.

4.5 Spektralverteilung

Die Diagramme zeigen die relative Strahlungsleistung über der Wellenlänge. Das R6-Spektrum ist um 632nm zentriert und hat eine größere Bandbreite. Das Y2-Spektrum ist um 591nm zentriert und ist schmaler, was die Daten in der Tabelle bestätigt.

4.6 Abstrahldiagramm (Polardiagramm)

Die Polardiagramme bestätigen visuell den 120-Grad-Blickwinkel. Das Intensitätsmuster ist annähernd lambertisch (Kosinusverteilung), was für LEDs mit einem kuppellosen, planaren Gehäuse und einem internen Reflektor üblich ist.

5. Mechanische und Verpackungsinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Das P-LCC-4-Gehäuse hat einen kompakten Bauraum. Wichtige Abmessungen (in mm) sind: Länge: 2,0, Breite: 1,25, Höhe: 1,1. Der Anschlussabstand beträgt 1,0mm. Sofern nicht anders angegeben, gilt eine Toleranz von ±0,1mm. Detaillierte Zeichnungen mit allen kritischen Abmessungen sind im Datenblatt für das Leiterplatten-Pad-Layout enthalten.

5.2 Polaritätskennzeichnung

The package features a cathode identifier. Typically, this is a notch, a green dot, or a chamfered corner on the component body. The PCB footprint silkscreen should clearly mark the cathode pad to prevent incorrect placement.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Parameter für Reflow-Löten

Die LEDs sind für Dampfphasen- oder Infrarot-Reflow-Löten geeignet. Das empfohlene Profil umfasst: Vorwärmen bei 150-200°C für 60-120 Sekunden, eine Zeit oberhalb der Liquidustemperatur (217°C) von 60-150 Sekunden, mit einer Spitzentemperatur von maximal 260°C für höchstens 10 Sekunden. Die Abkühlrate sollte kontrolliert werden.

6.2 Handlöten

Falls Handlöten notwendig ist, sollte die Lötspitzentemperatur 350°C nicht überschreiten und die Kontaktzeit pro Anschluss auf 3 Sekunden oder weniger begrenzt werden, um thermische Schäden am Kunststoffgehäuse und dem Halbleiterchip zu verhindern.

6.3 Lagerung und Feuchtesensitivität

Die Bauteile sind in einer feuchtigkeitsbeständigen Beutel mit Trockenmittel verpackt. Vor dem Öffnen sollten sie bei ≤30°C und ≤90% relativer Luftfeuchtigkeit gelagert werden. Nach dem Öffnen des Beutels beträgt die "Floor Life" (Zeit, in der die Bauteile den Umgebungsbedingungen in der Fabrik ausgesetzt sein können) 168 Stunden bei ≤30°C und ≤60% relativer Luftfeuchtigkeit. Nicht verwendete Teile sollten mit Trockenmittel neu verpackt oder in einem Trockenschrank gelagert werden.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Spezifikationen für Band und Rolle

Die LEDs werden auf 8mm breiter, geprägter Trägerband geliefert, um Kompatibilität mit automatischen Bestückungsgeräten zu gewährleisten. Die Rollenabmessungen sind standardisiert. Jede Rolle enthält 2000 Stück. Die Abmessungen des Trägerbands (Taschengröße, Teilung) sind spezifiziert, um einen ordnungsgemäßen Einzug in Bestückungsautomaten sicherzustellen.

7.2 Etikettenerklärung

Das Rollenetikett enthält Codes für die Lichtstärkeklasse (CAT), die dominante Wellenlängenklasse (HUE) und die Durchlassspannungsklasse (REF). Diese Codes entsprechen direkt den Binning-Informationen in den Abschnitten 3.1 und 3.2 und ermöglichen Rückverfolgbarkeit und präzise Auswahl.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

• Telekommunikationsgeräte:Statusanzeigen, Tastatur-Hintergrundbeleuchtung und Nachrichtenwartelampen in Telefonen, Faxgeräten und Modems.
• Unterhaltungselektronik:Netz-, Batterie- und Funktionsanzeigen in tragbaren Geräten, Audio/Video-Geräten und Haushaltsgeräten.
• Industrie & Automotive:Bediengfeldanzeigen, Schalterbeleuchtung und Fehlersignalisierung, wo ein großer Blickwinkel vorteilhaft ist.
• Lichtleiteranwendungen:Der interne Reflektor und der große Winkel machen diese Serie zu einer ausgezeichneten Wahl für die Einkopplung von Licht in Acryl- oder Polycarbonat-Lichtleiter, um Status oder Symbole aus der Ferne anzuzeigen oder zu hinterleuchten.

8.2 Kritische Designüberlegungen

• Strombegrenzung:Ein externer Vorwiderstand istabsolut zwingend erforderlich. Die exponentielle I-V-Charakteristik der LED bedeutet, dass eine kleine Erhöhung der Versorgungsspannung einen großen, zerstörerischen Anstieg des Stroms verursachen kann. Der Widerstandswert wird berechnet als R = (V_Versorgung- V_F) / I_F.
• Thermisches Management:Halten Sie sich an die Verlustleistungs- und Strom-Derating-Kurven. Sorgen Sie für ausreichende Leiterplatten-Kupferfläche oder thermische Durchkontaktierungen, wenn bei hohen Umgebungstemperaturen oder nahe den Maximalwerten betrieben wird.
• ESD-Vorsichtsmaßnahmen:Verwenden Sie während der Handhabung und Montage Standard-ESD-Kontrollen.
• Optisches Design:Berücksichtigen Sie für Lichtleiter das Abstrahlverhalten der LED und die Kopplungseffizienz. Der große Blickwinkel ist vorteilhaft, um mehr Licht in den Leiter einzukoppeln.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die 67-22-Serie differenziert sich durch ihre spezifische Kombination aus Gehäuse- und Leistungsmerkmalen. Im Vergleich zu kleineren Chip-LEDs (z.B. 0402) bietet sie eine höhere Lichtausbeute und einen besseren Blickwinkel. Im Vergleich zu Kuppellinsen-LEDs bietet das flache P-LCC-Gehäuse einen gerichteteren Strahl, der sich für die Einkopplung in Lichtleiter eignet, und eine geringere Bauhöhe. Die Verwendung von AlGaInP-Technologie für Rot und Gelb bietet im Vergleich zu älteren Technologien wie GaAsP eine höhere Effizienz und bessere Farbsättigung. Der interne Reflektor ist ein Schlüsselmerkmal, das nicht in allen SMD-LEDs zu finden ist und speziell die Leistung in Lichtleiteranwendungen verbessert.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

10.1 Warum ist ein Vorwiderstand erforderlich?

LEDs sind stromgesteuerte, nicht spannungsgesteuerte Bauteile. Ihre Durchlassspannung hat eine Toleranz und einen negativen Temperaturkoeffizienten (sinkt mit steigender Temperatur). Eine feste Spannungsquelle ohne Strombegrenzung würde zu thermischem Durchgehen und Ausfall führen. Der Widerstand bietet eine einfache, lineare Methode, um den Betriebsstrom einzustellen.

10.2 Kann ich die LED mit einer 3,3V-Versorgung betreiben?

Ja. Zum Beispiel, für eine rote (R6) LED mit einer typischen V_Fvon 2,0V bei 20mA, wäre der erforderliche Vorwiderstand R = (3,3V - 2,0V) / 0,020A = 65 Ohm. Ein Standard-68-Ohm-Widerstand wäre geeignet, was zu einem Strom von etwa 19,1mA führt.

10.3 Was bedeutet das "Binning" für mein Design?

Wenn Ihre Anwendung ein einheitliches Erscheinungsbild erfordert (z.B. mehrere LEDs in einer Reihe), sollten Sie ein enges Wellenlängen-Bin (z.B. nur DD2) und ein spezifisches Intensitäts-Bin (z.B. R2 oder höher) spezifizieren. Für weniger kritische Anwendungen kann eine breitere Bin-Auswahl akzeptabel und kostengünstiger sein.

10.4 Wie interpretiere ich das Abstrahldiagramm?

Das Diagramm zeigt die Lichtstärke in Abhängigkeit vom Winkel. Die 0,5 (50%) Punkte auf der Kurve entsprechen den ±60°-Punkten von der Mittelachse und definieren den 120°-Blickwinkel. Die Form zeigt, wie das Licht verteilt ist; eine glattere, breitere Kurve ist besser für die Weitbereichsausleuchtung.

11. Praktischer Design- und Anwendungsfall

Fall: Entwurf eines Statusanzeigefelds mit Lichtleitern.Ein Bedienfeld benötigt vier Statusanzeigen (Netz, Aktiv, Warnung, Fehler), die aus einem großen Winkel sichtbar sein müssen. Der Platz hinter dem Panel ist begrenzt. Der Designer wählt die 67-22-Serie aufgrund ihres großen Blickwinkels und des internen Reflektors. Rote LEDs (R6, Bin S2 für hohe Helligkeit) werden für Warnung und Fehler gewählt. Gelbe LEDs (Y2, Bin R1) werden für Aktiv gewählt. Eine grüne Variante (aus der Serienfamilie) wird für Netz gewählt. Die LEDs werden auf einer Leiterplatte direkt hinter dem Panel montiert. Acryl-Lichtleiter werden über jeder LED positioniert, um das Licht zu den Frontplattenausschnitten zu leiten. Der interne Reflektor der LED koppelt das Licht effizient in den Eingang des Leiters ein. Ein Mikrocontroller-GPIO-Pin treibt jede Anzeige über einen 100Ω-Vorwiderstand pro LED (für eine 5V-Versorgung) an. Der große Blickwinkel stellt sicher, dass die Anzeigen auch dann sichtbar sind, wenn der Bediener nicht direkt vor dem Panel steht.

12. Funktionsprinzip

Leuchtdioden (LEDs) sind Halbleiterbauelemente, die Licht durch Elektrolumineszenz emittieren. Wenn eine Durchlassspannung an den pn-Übergang angelegt wird, rekombinieren Elektronen aus dem n-Typ-Material mit Löchern aus dem p-Typ-Material im aktiven Bereich. 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 67-22-Serie nutzt AlGaInP (Aluminium-Gallium-Indium-Phosphid) für ihre roten und gelben Chips, ein Materialsystem, das für hohe Effizienz im rot-gelben Spektralbereich bekannt ist. Das P-LCC-Gehäuse schützt den empfindlichen Halbleiterchip, stellt elektrische Verbindungen über vier Anschlüsse bereit und enthält ein klares Epoxidharz, das als Linse und Umgebungsschutz dient. Der interne Reflektor, typischerweise eine geformte Kunststoffstruktur mit reflektierender Beschichtung, hilft, seitlich emittiertes Licht in die obere Betrachtungsrichtung umzulenken, wodurch die effektive Lichtstärke erhöht und das Abstrahlverhalten geformt wird.

13. Entwicklungstrends

Der allgemeine Trend bei Indikator-SMD-LEDs setzt sich in mehreren Schlüsselbereichen fort:Erhöhte Effizienz:Fortlaufende Verbesserungen bei Materialien und epitaktischem Wachstum führen zu höherer Lichtausbeute (mehr Lichtleistung pro elektrischem Watt), was einen geringeren Stromverbrauch oder höhere Helligkeit bei gleichem Strom ermöglicht.Miniaturisierung:Während P-LCC-4 ein Standardgehäuse ist, besteht eine Nachfrage nach noch kleineren Bauraummaßen (z.B. 0402, 0201) für platzbeschränkte tragbare Geräte, oft jedoch auf Kosten der maximalen Lichtausbeute.Verbesserte Zuverlässigkeit und Robustheit:Verbesserungen bei Verpackungsmaterialien (Epoxidharz, Bonddrahtbeschichtung) zielen darauf ab, die Widerstandsfähigkeit gegen thermische Zyklen, Feuchtigkeit und schwefelhaltige Umgebungen zu erhöhen.Integration:Einige Trends umfassen die Integration von strombegrenzenden Widerständen oder Schutzdioden innerhalb des LED-Gehäuses, um den Schaltungsentwurf zu vereinfachen und Leiterplattenfläche zu sparen.Farbkonsistenz und Binning:Fertigungsprozesse werden kontinuierlich verfeinert, um engere Wellenlängen- und Intensitätsverteilungen zu erzeugen, wodurch der Bedarf an umfangreichem Binning verringert und die visuelle Gleichmäßigkeit in Multi-LED-Anwendungen verbessert wird. Die Kernvorteile der 67-22-Serie – ihre ausgewogene Gehäusegröße, gute Ausgangsleistung und spezielle Merkmale wie der interne Reflektor – stellen ihre Relevanz in Anwendungen sicher, in denen diese spezifischen Eigenschaften gegenüber extremer Miniaturisierung oder ultrahoher Leistung geschätzt werden.