Technisches Datenblatt der Top-View-LED-Serie 45-21 - P-LCC-2-Gehäuse - 1,75-2,35V Durchlassspannung - 50mA Maximalstrom - Brillantes Rot - Deutsch

1. Produktübersicht

Die 45-21-Serie stellt eine Familie von Top-View-LEDs dar, die in einem kompakten, oberflächenmontierbaren P-LCC-2-Gehäuse (Plastic Leaded Chip Carrier) untergebracht sind. Diese Bauteile sind primär als optische Anzeigen konzipiert und verfügen über ein farblos klares Fenster sowie einen weißen Gehäusekörper, der die Lichtreflexion und -streuung verbessert. Ihr zentraler Konstruktionsvorteil liegt im großen Betrachtungswinkel, der durch ein optimiertes Inter-Reflektor-Design innerhalb des Gehäuses erreicht wird. Diese Eigenschaft macht sie besonders gut geeignet für Anwendungen mit Lichtleitern, bei denen eine effiziente Lichteinkopplung von der LED-Quelle in den Lichtleiter entscheidend ist. Die Serie ist in mehreren Farben erhältlich, einschließlich der in diesem Dokument detailliert beschriebenen Variante in Brillantrot, die auf AlGaInP-Halbleitertechnologie basiert.

Ein wesentlicher betrieblicher Vorteil ist ihr geringer Strombedarf. Mit einem typischen Durchlassstrom von 20mA für den Normalbetrieb ist sie ideal für leistungssensitive Anwendungen wie tragbare und batteriebetriebene Geräte. Das Bauteil ist für die Kompatibilität mit modernen Hochvolumen-Fertigungstechnologien ausgelegt und eignet sich für Dampfphasen-Reflow-, Infrarot-Reflow- und Wellenlötverfahren. Es ist zudem mit automatischen Bestückungsgeräten kompatibel und wird auf 8mm-Tragebändern auf Spulen geliefert, um eine effiziente Montage zu ermöglichen. Das Produkt ist aus bleifreien Materialien gefertigt und entspricht den relevanten Umweltvorschriften.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die primären Vorteile dieser LED-Serie ergeben sich aus ihrer Gehäusegeometrie und Materialauswahl. Der große Betrachtungswinkel (typisch 120 Grad) gewährleistet die Sichtbarkeit aus einem breiten Positionsbereich, was für Statusanzeigen in Unterhaltungselektronik, Industriebedienfeldern und Kommunikationsgeräten essenziell ist. Die optimierte Lichteinkopplungseffizienz führt direkt zu einer helleren wahrgenommenen Ausgangsleistung bei Verwendung mit Lichtleitern, reduziert den Bedarf an höheren Treiberströmen und spart Energie.

Der Zielmarkt ist breit gefächert und umfasst Telekommunikation (für Anzeigen und Hintergrundbeleuchtung in Telefonen und Faxgeräten), Unterhaltungselektronik, Industriesteuerungen und Automobilinnenräume. Ihre Zuverlässigkeit und Kompatibilität mit automatisierten Prozessen machen sie zu einer kosteneffektiven Wahl für die Hochvolumenproduktion. Der geringe Stromverbrauch zielt speziell auf den Bereich der tragbaren Elektronik ab, wo die Verlängerung der Batterielaufzeit eine vorrangige Designanforderung ist.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Interpretation der wesentlichen elektrischen, optischen und thermischen Parameter, die den Leistungsbereich der LED definieren und das korrekte Schaltungsdesign leiten.

2.1 Absolute Grenzwerte

Die absoluten Grenzwerte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Dies sind keine Bedingungen für den Normalbetrieb.

• Sperrspannung (V_R):5V. Das Überschreiten dieser Spannung in Sperrrichtung kann zum Sperrschichtdurchbruch führen.
• Durchlassstrom (I_F):50mA Gleichstrom. Der Dauerstrom sollte diesen Grenzwert nicht überschreiten.
• Spitzendurchlassstrom (I_FP):100mA, nur unter gepulsten Bedingungen zulässig (Tastverhältnis 1/10 bei 1kHz). Dies ermöglicht kurze Phasen höherer Helligkeit.
• Verlustleistung (P_d):120mW. Dies ist die maximale Leistung, die das Gehäuse als Wärme abführen kann, ohne seine thermische Belastbarkeitsgrenze zu überschreiten.
• Elektrostatische Entladung (ESD):2000V (Human Body Model). Richtige ESD-Handhabungsverfahren sind während der Montage zwingend erforderlich.
• Betriebs- & Lagertemperatur:Bereich von -40°C bis +85°C (Betrieb) und -40°C bis +90°C (Lagerung).
• Löttemperatur:Hält 260°C für 10 Sekunden (Reflow) oder 350°C für 3 Sekunden (Handlötung) stand.

2.2 Elektro-optische Kenngrößen

Diese Parameter werden bei einer Sperrschichttemperatur (T_j) von 25°C unter einem Standard-Prüfstrom von 20mA gemessen. Sie repräsentieren die typische Leistung.

• Lichtstärke (I_v):Bereich von 450 mcd (min) bis 900 mcd (max), mit einer typischen Toleranz von ±11%. Dies ist das primäre Maß für die wahrgenommene Helligkeit.
• Betrachtungswinkel (2θ_1/2):120 Grad (typisch). Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte ihres maximalen axialen Wertes abfällt.
• Spitzenwellenlänge (λ_p):632 nm (typisch). Dies ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsverteilung maximal ist.
• Farbwert (λ_d):Bereich von 617,5 nm bis 633,5 nm, mit einer Toleranz von ±1nm. Diese Wellenlänge entspricht der wahrgenommenen Farbe (Brillantrot).
• Spektrale Bandbreite (Δλ):20 nm (typisch). Dies gibt die spektrale Reinheit des emittierten roten Lichts an.
• Durchlassspannung (V_F):Bereich von 1,75V bis 2,35V bei 20mA, mit einer typischen Toleranz von ±0,1V. Dies ist entscheidend für die Auslegung des strombegrenzenden Widerstands.
• Sperrstrom (I_R):Maximal 10 µA bei einer Sperrspannung von 5V, was auf eine gute Sperrschichtqualität hinweist.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um die Konsistenz in der Massenproduktion sicherzustellen, werden LEDs nach Leistungsklassen sortiert. Entwickler können Bins spezifizieren, um Farb- und Helligkeitsgleichmäßigkeit über eine Anwendung hinweg zu garantieren.

3.1 Binning der Lichtstärke

Die Lichtstärke wird basierend auf den bei I_F=20mA gemessenen Minimal- und Maximalwerten in drei Haupt-Bins (U1, U2, V1) kategorisiert. Beispielsweise umfasst Bin U1 450-565 mcd, U2 565-715 mcd und V1 715-900 mcd. Die Auswahl eines höheren Bins (z.B. V1) garantiert eine hellere minimale Ausgangsleistung.

3.2 Binning des Farbwerts

Die Farbe Brillantrot wird unter 'Gruppe A' zusammengefasst und weiter in vier Wellenlängen-Bins unterteilt: E4 (617,5-621,5 nm), E5 (621,5-625,5 nm), E6 (625,5-629,5 nm) und E7 (629,5-633,5 nm). Eine engere Bin-Auswahl (z.B. nur E5) gewährleistet einen konsistenteren Rotton über alle LEDs in einer Baugruppe.

3.3 Binning der Durchlassspannung

Die Durchlassspannung wird unter 'Gruppe B' mit drei Bins gruppiert: 0 (1,75-1,95V), 1 (1,95-2,15V) und 2 (2,15-2,35V). Während sie für Anzeigen oft weniger kritisch ist als Farbe und Helligkeit, kann die Spezifikation eines Spannungs-Bins für das Netzteil-Design in großen Arrays oder beim Parallelbetrieb von LEDs ohne Einzelwiderstände wichtig sein.

4. Analyse der Kennlinien

Die bereitgestellten Kennlinien bieten wertvolle Einblicke in das Verhalten der LED unter variierenden Bedingungen.

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

Die Kurve zeigt die für eine Diode typische exponentielle Beziehung. Bei 25°C steigt die Spannung nach Überschreiten der Einschaltspannung stark mit dem Strom an. Diese Nichtlinearität unterstreicht die Notwendigkeit der Verwendung eines strombegrenzenden Widerstands oder Konstantstromtreibers, da eine kleine Spannungsänderung eine große, potenziell schädliche Stromänderung verursachen kann.

4.2 Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Diese Kurve zeigt, dass die Lichtausbeute über einen Bereich annähernd linear mit dem Strom ansteigt, bei höheren Strömen jedoch aufgrund thermischer und Effizienzeffekte schließlich sättigt. Der Betrieb bei den empfohlenen 20mA bietet eine gute Balance zwischen Helligkeit und Effizienz.

4.3 Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur

Die Lichtstärke nimmt mit steigender Umgebungstemperatur ab. Diese Entlastungskennlinie ist entscheidend für Anwendungen in erhöhten Temperaturumgebungen. Entwickler müssen diese Reduktion berücksichtigen, um unter allen Betriebsbedingungen eine ausreichende Helligkeit sicherzustellen.

4.4 Spektrale Verteilung

Das Spektrum bestätigt die monochromatische Natur der AlGaInP-LED mit einem einzelnen, schmalen Peak um 632 nm, der eine gesättigte Brillantrot-Farbe ohne signifikante Emission in anderen Wellenlängenbereichen erzeugt.

4.5 Abstrahlcharakteristik (Polardiagramm)

Das Diagramm bestätigt visuell das breite, lambertähnliche Abstrahlmuster. Die Intensität ist über einen weiten zentralen Bereich nahezu gleichmäßig und fällt zu den Rändern hin allmählich ab, was ideal für die Betrachtung unter großem Winkel ist.

5. Mechanische & Verpackungsinformationen

5.1 Gehäuseumriss und Abmessungen

Das P-LCC-2-Gehäuse hat einen kompakten Bauraum. Kritische Abmessungen sind die Gesamtlänge, -breite und -höhe sowie der Anschlussabstand und die -größe. Ein Polarisierungsindikator (typischerweise eine Kerbe oder ein Punkt auf dem Gehäuse oder eine abgeschrägte Ecke) kennzeichnet die Kathode. Das Datenblatt enthält ein empfohlenes Lötpad-Layout, um zuverlässige Lötstellen und eine korrekte Ausrichtung während des Reflow-Prozesses zu gewährleisten.

5.2 Spezifikationen für Band und Spule

Das Bauteil wird auf 8mm-Trägerbändern geliefert, die auf Standardspulen aufgewickelt sind. Die Bandabmessungen (Taschengröße, Teilung) und Spulenabmessungen (Nabendurchmesser, Flanschdurchmesser) sind spezifiziert, um mit automatischen Bestückungsgeräten kompatibel zu sein. Jede Spule enthält 2000 Stück.

5.3 Feuchtigkeitssensitivität und Verpackung

Die LEDs sind in einer feuchtigkeitsbeständigen Aluminiumfolie mit einem Trockenmittel verpackt, um Feuchtigkeitsaufnahme zu verhindern, die während des Hochtemperatur-Reflow-Lötprozesses zu \"Popcorning\" (Gehäuserissen) führen könnte. Das Etikett auf der Folie enthält wichtige Informationen wie die Feuchtigkeitssensitivitätsstufe (durch die Verpackung impliziert), Menge und Artikelnummer.

6. Löt- & Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötparameter

Das Bauteil ist für eine maximale Reflow-Temperatur von 260°C für maximal 10 Sekunden ausgelegt. Dies entspricht Standard-Bleifrei-Reflow-Profilen. Die thermische Masse der Leiterplatte und das spezifische Profil (Aufheizrate, Haltezeit, Spitzentemperatur, Abkühlung) müssen kontrolliert werden, um innerhalb dieser Grenze zu bleiben und thermischen Schock zu vermeiden.

6.2 Lager- und Handhabungsvorsichtsmaßnahmen

• Vor dem Öffnen:Die feuchtigkeitsdichte Folie sollte bei ≤30°C und ≤70% relativer Luftfeuchtigkeit gelagert werden. Die Bauteile sollten innerhalb eines Jahres nach dem Versiegelungsdatum der Folie verwendet werden.
• Nach dem Öffnen:Wenn sie nicht sofort verwendet werden, müssen Bauteile, die der Umgebungsfeuchtigkeit ausgesetzt waren, vor dem Löten gemäß den Standard-IPC/JEDEC-Richtlinien getrocknet werden, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen.
• ESD-Schutz:Während der Handhabung müssen Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen (geerdete Arbeitsplätze, Handgelenksbänder) beachtet werden.

7. Anwendungsdesign-Empfehlungen

7.1 Typische Anwendungsschaltungen

Die gebräuchlichste Treiberschaltung ist ein in Reihe geschalteter strombegrenzender Widerstand, der an eine Spannungsquelle (V_CC) angeschlossen ist. Der Widerstandswert wird berechnet als R = (V_CC- V_F) / I_F. Die Verwendung des maximalen V_F-Werts aus dem Datenblatt (2,35V) in dieser Berechnung stellt sicher, dass der Strom selbst bei Bauteiltoleranzen den gewünschten I_F-Wert nie überschreitet. Beispiel: Bei einer 5V-Versorgung und einem Ziel-I_F von 20mA: R = (5V - 2,35V) / 0,02A = 132,5Ω. Ein Standard-130Ω- oder 150Ω-Widerstand wäre geeignet.

7.2 Designüberlegungen für Lichtleiteranwendungen

Bei der Kopplung an einen Lichtleiter sollte die LED zentriert unter der Eingangsfläche des Leiters ausgerichtet werden. Der große Betrachtungswinkel dieser LED hilft, die Eingangsöffnung des Leiters auszufüllen. Der Abstand zwischen der LED-Linse und dem Lichtleiter sollte minimiert werden, um Lichtverluste zu reduzieren. Das weiße Gehäuse hilft, Licht, das sonst nach unten verloren ginge, in die Emissionsrichtung zurück zu reflektieren, was die Gesamtkopplungseffizienz verbessert. Mechanische Zeichnungen sollten die Höhe der LED und empfohlene Freihaltebereiche berücksichtigen.

7.3 Thermomanagement

Obwohl die Verlustleistung gering ist, kann der Dauerbetrieb mit maximalem Strom (50mA) in hohen Umgebungstemperaturen an die Grenzen des Bauteils heranreichen. Für solche Anwendungsfälle kann die Sicherstellung einer ausreichenden Kupferfläche auf der Leiterplatte um die thermischen Pads der LED (falls vorhanden) oder thermische Durchkontaktierungen helfen, Wärme abzuführen und eine niedrigere Sperrschichttemperatur aufrechtzuerhalten, was die Lichtausbeute und Langzeitzuverlässigkeit erhält.

8. Zuverlässigkeit und Qualitätssicherung

Das Datenblatt beschreibt einen umfassenden Satz von Zuverlässigkeitstests, die mit einem Konfidenzniveau von 90% und einer Los-Toleranz-Prozentualen Fehlerquote (LTPD) von 10% durchgeführt werden. Diese Tests simulieren raue Betriebs- und Lagerbedingungen, um die Feldzuverlässigkeit sicherzustellen.

• Reflow-Lötbeständigkeit:Überprüft, ob das Gehäuse dem Lötprozess standhält.
• Temperaturwechsel & Thermischer Schock:Testet die Robustheit gegenüber mechanischen Belastungen durch wiederholte Temperaturänderungen.
• Hoch-/Tieftemperaturlagerung:Bewertet die Langzeitstabilität unter extremen Nicht-Betriebsbedingungen.
• DC-Betriebslebensdauer:Ein 1000-Stunden-Lebensdauertest bei Nennstrom (20mA) und Temperatur (25°C).
• Hochtemperatur-/Feuchtigkeits-Betriebslebensdauer (85°C/85% rF):Beschleunigter Test für Feuchtigkeitsbeständigkeit und Korrosion unter Vorspannung.

Das Bestehen dieser Tests deutet auf ein robustes Produkt hin, das für anspruchsvolle kommerzielle und industrielle Anwendungen geeignet ist.

9. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

9.1 Warum ist ein strombegrenzender Widerstand absolut notwendig?

Die I-V-Kennlinie der LED ist exponentiell. Eine kleine Erhöhung der Versorgungsspannung über den Durchlassspannungsabfall der LED verursacht einen sehr großen, potenziell zerstörerischen Anstieg des Stroms. Der Widerstand sorgt für einen linearen, vorhersehbaren Spannungsabfall, der den Strom stabilisiert und die LED vor Überstrombedingungen schützt, die durch normale Spannungstoleranzen oder Transienten verursacht werden.

9.2 Kann ich diese LED direkt von einem Mikrocontroller-GPIO-Pin ansteuern?

Ja, aber mit wichtigen Einschränkungen. Der GPIO-Pin muss als Ausgang konfiguriert sein. Sie müssen weiterhin einen Vorwiderstand verwenden. Darüber hinaus müssen Sie sicherstellen, dass der Pin des Mikrocontrollers den erforderlichen Dauerstrom von 20mA liefern (oder senken, abhängig von Ihrer Schaltungskonfiguration) kann, was für einige universelle I/O-Pins an oder jenseits der Grenze liegt. Konsultieren Sie das Mikrocontroller-Datenblatt. Die Verwendung eines Transistors als Schalter ist oft eine sicherere und flexiblere Option für höhere Ströme oder beim Ansteuern mehrerer LEDs.

9.3 Was ist der Unterschied zwischen Spitzenwellenlänge und Farbwert?

Spitzenwellenlänge (λ_p):Die einzelne Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsabgabe physikalisch am höchsten ist.Farbwert (λ_d):Die Wellenlänge von monochromatischem Licht, die vom menschlichen Auge als dieselbe Farbe wie die Ausgabe der LED wahrgenommen würde. Für eine monochromatische LED wie diese rote liegen sie sehr nahe beieinander. Der Farbwert ist im Allgemeinen der relevantere Parameter für die Farbspezifikation und das Binning.

9.4 Wie interpretiere ich die Bin-Codes auf dem Spulenetikett?

Das Etikett verwendet Codes wie CAT, HUE und REF. 'CAT' entspricht dem Lichtstärke-Bin (z.B. U1, V1). 'HUE' entspricht dem Farbwert-Bin (z.B. E5, E6). 'REF' entspricht dem Durchlassspannungs-Bin (z.B. 0, 1, 2). Die Kenntnis dieser Codes ermöglicht es Ihnen zu überprüfen, ob Sie die spezifische Leistungsklasse erhalten haben, die Sie bestellt haben.