Top View LED 67-21 Serie - P-LCC-2 Gehäuse - Weiß - 1,75-2,35V - 120mW - Technisches Datenblatt

1. Produktübersicht

Die 67-21 Serie stellt eine Familie von Top View LEDs dar, die für Indikator- und Hintergrundbeleuchtungsanwendungen konzipiert ist. Diese Bauteile sind in einem kompakten P-LCC-2 (Plastic Leaded Chip Carrier) Gehäuse mit weißem Körper und farblos klarem Fenster untergebracht, was zu einem großen Betrachtungswinkel beiträgt. Das primäre Designziel ist die Optimierung der Lichtkopplung durch einen internen Reflektor, wodurch diese LEDs besonders für den Einsatz mit Lichtleitern geeignet sind. Ihr niedriger Durchlassstrombedarf macht sie zu einer ausgezeichneten Wahl für stromsparende Anwendungen wie tragbare elektronische Geräte, Automobilarmaturenbretter und Telekommunikationsausrüstung.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die Hauptvorteile dieser LED-Serie umfassen einen großen Betrachtungswinkel von typischerweise 120 Grad, Kompatibilität mit automatischen Bestückungsgeräten und Dampfphasen-Reflow-Lötprozessen sowie die Verfügbarkeit auf 8-mm-Trägerband und Rolle für die Serienfertigung. Das Produkt ist bleifrei und entspricht den RoHS-Vorschriften. Die Zielmärkte sind vielfältig und umfassen die Automobilindustrie (Armaturenbrett- und Schalterhintergrundbeleuchtung), Telekommunikation (Telefon- und Fax-Indikatoren), allgemeine flache Hintergrundbeleuchtung für LCDs und Symbole sowie jede allgemeine Indikatoranwendung, bei der zuverlässige, stromsparende Beleuchtung erforderlich ist.

2. Detaillierte Analyse technischer Parameter

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte Aufschlüsselung der kritischen elektrischen, optischen und thermischen Parameter, die die Leistungsgrenzen und Betriebsbedingungen der LED definieren.

2.1 Absolute Maximalwerte

Die absoluten Maximalwerte definieren die Grenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Dies sind keine empfohlenen Betriebsbedingungen. Die maximale Sperrspannung (VR) beträgt 5V. Der kontinuierliche Durchlassstrom (IF) sollte 50mA nicht überschreiten, während ein Spitzendurchlassstrom (IFP) von 100mA unter gepulsten Bedingungen zulässig ist (1/10 Tastverhältnis bei 1kHz). Die maximale Verlustleistung (Pd) beträgt 120mW. Das Bauteil kann einer elektrostatischen Entladung (ESD) von 2000V gemäß Human Body Model (HBM) standhalten. Der Betriebstemperaturbereich (Topr) liegt zwischen -40°C und +85°C, und der Lagertemperaturbereich (Tstg) liegt zwischen -40°C und +90°C. Löttemperaturen sind sowohl für Reflow (260°C für 10 Sekunden) als auch für Handlötung (350°C für 3 Sekunden) spezifiziert.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Die elektro-optischen Eigenschaften werden unter Standardtestbedingungen von Ta=25°C und IF=20mA gemessen. Die Lichtstärke (Iv) hat einen typischen Bereich mit einem Minimum von 180 mcd und einem Maximum von 565 mcd, abhängig von einer Toleranz von ±11%. Die dominante Wellenlänge (λd) für die bereitgestellten Daten liegt im roten Spektrum und reicht von 621nm bis 631nm mit einer Toleranz von ±1nm. Die Durchlassspannung (VF) liegt zwischen 1,75V und 2,35V mit einer Toleranz von ±0,1V. Der Betrachtungswinkel (2θ1/2) beträgt typischerweise 120 Grad. Der Sperrstrom (IR) beträgt maximal 10µA bei VR=5V.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um die Konsistenz in Helligkeit, Farbe und elektrischen Eigenschaften sicherzustellen, werden die LEDs in Bins sortiert. Dies ermöglicht es Designern, Bauteile auszuwählen, die spezifische Anwendungsanforderungen erfüllen.

3.1 Binning der Lichtstärke

Die Lichtstärke ist in fünf Bins kategorisiert: S1 (180-225 mcd), S2 (225-285 mcd), T1 (285-360 mcd), T2 (360-450 mcd) und U1 (450-565 mcd). Alle Messungen erfolgen bei IF=20mA.

3.2 Binning der dominanten Wellenlänge

Die dominante Wellenlänge ist unter dem Code 'F' gruppiert, mit zwei Unter-Bins: FF1 (621-626 nm) und FF2 (626-631 nm).

3.3 Binning der Durchlassspannung

Die Durchlassspannung ist unter dem Code 'B' gruppiert, mit drei Unter-Bins: 0 (1,75-1,95V), 1 (1,95-2,15V) und 2 (2,15-2,35V).

4. Analyse der Leistungskurven

Grafische Daten geben Einblick in das Verhalten der LED unter variierenden Bedingungen, was für ein robustes Schaltungsdesign entscheidend ist.

4.1 Derating-Kurve für den Durchlassstrom

Eine Kurve zeigt, wie der maximal zulässige Durchlassstrom abnimmt, wenn die Umgebungstemperatur über 25°C steigt. Dies ist entscheidend für das thermische Management und die Gewährleistung der Langzeitzuverlässigkeit.

4.2 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung

Diese IV-Kennlinie zeigt die Beziehung zwischen Durchlassstrom und Durchlassspannung bei 25°C. Sie ist nichtlinear, typisch für eine Diode, und ist wesentlich für das Design der strombegrenzenden Schaltung.

4.3 Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Diese Kurve zeigt, wie die Lichtausgabe mit dem Durchlassstrom zunimmt. Sie hilft Designern, Helligkeitsanforderungen gegen Stromverbrauch und Bauteilbelastung abzuwägen.

4.4 Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur

Dieses Diagramm zeigt die Verringerung der Lichtausgabe bei steigender Sperrschichttemperatur und unterstreicht die Bedeutung der Wärmeableitung für eine konstante Helligkeit.

4.5 Spektralverteilung

Das spektrale Ausgangsdiagramm zeigt eine Spitzenwellenlänge um 632nm, was die rote Lichtemission bestätigt, mit einer typischen spektralen Bandbreite (Δλ) von 20nm.

4.6 Strahlungsdiagramm

Ein Polardiagramm veranschaulicht die räumliche Verteilung der Lichtintensität und bestätigt den großen 120-Grad-Betrachtungswinkel. Die Intensität ist über einen breiten zentralen Bereich relativ gleichmäßig.

5. Mechanische und Verpackungsinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die technische Zeichnung spezifiziert die physikalischen Abmessungen des P-LCC-2 Gehäuses. Kritische Maße umfassen die Gesamtlänge, -breite und -höhe, den Anschlussabstand und die Größe der Linsenöffnung. Alle nicht spezifizierten Toleranzen betragen ±0,1mm.

5.2 Polaritätskennzeichnung

Die Kathode ist typischerweise durch eine Kerbe oder eine grüne Markierung auf dem Gehäuse gekennzeichnet. Während der Montage muss die korrekte Polarität beachtet werden, um Bauteilausfälle zu verhindern.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötparameter

Die LED ist für Dampfphasen-Reflow-Lötung geeignet. Die maximal empfohlene Spitzentemperatur beträgt 260°C, und das Bauteil sollte nicht länger als 10 Sekunden Temperaturen über diesem Wert ausgesetzt werden. Ein Standard-Reflow-Profil für bleifreie Lote ist anwendbar.

6.2 Handlötung

Falls Handlötung notwendig ist, sollte die Lötspitzentemperatur 350°C nicht überschreiten, und die Kontaktzeit pro Anschluss sollte auf 3 Sekunden oder weniger begrenzt werden.

6.3 Lagerbedingungen

Bauteile sind in feuchtigkeitsbeständigen Barrieretüten mit Trockenmittel verpackt, um Feuchtigkeitsaufnahme zu verhindern. Sobald die Tüte geöffnet ist, sollten die Komponenten innerhalb eines bestimmten Zeitrahmens (in der bereitgestellten PDF nicht explizit angegeben, aber Standardpraxis) verwendet oder gemäß MSL (Moisture Sensitivity Level) Richtlinien vor dem Reflow getrocknet werden, um Schäden durch den "Popcorn"-Effekt während des Lötens zu vermeiden.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Trägerband- und Rollenspezifikationen

Die LEDs werden auf 8-mm-Trägerband geliefert. Die Rollenabmessungen und die Taschenteilung des Trägerbands sind in den Zeichnungen detailliert. Jede Rolle enthält 2000 Stück.

7.2 Etikettenerklärung

Das Rollenetikett enthält mehrere Codes: CAT (Lichtstärke-Klasse), HUE (Dominante Wellenlänge-Klasse) und REF (Durchlassspannung-Klasse). Diese entsprechen direkt den Binning-Informationen, ermöglichen Rückverfolgbarkeit und stellen sicher, dass die korrekte Produktvariante verwendet wird.

8. Anwendungsempfehlungen

8.1 Typische Anwendungsszenarien

• Automobil:Hintergrundbeleuchtung für Instrumententafeln, Armaturenbrettschalter und Bedienfelder.
• Telekommunikation:Statusanzeigen an Telefonen, Faxgeräten und Netzwerkgeräten.
• Unterhaltungselektronik:Hintergrundbeleuchtung für Folientastaturen, Tastaturen und LCD-Panels in Geräten.
• Allgemeine Anzeige:Netzstatus, Modusauswahl und Warnanzeigen in einer Vielzahl elektronischer Geräte.

8.2 Designüberlegungen

• Strombegrenzung:Verwenden Sie stets einen Vorwiderstand oder eine Konstantstromquelle, um den Durchlassstrom auf den gewünschten Wert zu begrenzen (z.B. 20mA für typische Helligkeit). Berechnen Sie den Widerstandswert mit R = (Versorgungsspannung - Vf) / If.
• Thermisches Management:Für Dauerbetrieb bei hohen Umgebungstemperaturen oder nahe dem Maximalstrom sollten Sie das PCB-Layout für die Wärmeableitung berücksichtigen. Vermeiden Sie es, LEDs in der Nähe anderer Wärmequellen zu platzieren.
• Lichtleiterkopplung:Der große Betrachtungswinkel und das Gehäusedesign sind für Lichtleiter optimiert. Sorgen Sie für eine korrekte Ausrichtung und einen minimalen Spalt zwischen der LED und dem Lichtleitereintrittspunkt für eine effiziente Lichtkopplung.
• ESD-Schutz:Obwohl für 2000V HBM ausgelegt, sollten Sie während der Handhabung und Montage Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen implementieren.

9. Zuverlässigkeitstests

Die Produktzuverlässigkeit wird durch eine Reihe von Tests mit einem Konfidenzniveau von 90% und einem LTPD (Lot Tolerance Percent Defective) von 10% validiert. Wichtige Tests umfassen:

• Reflow-Lötung:Widersteht 260°C ±5°C für maximal 10 Sekunden.
• Temperaturwechsel:300 Zyklen zwischen -40°C und +100°C.
• Thermoschock:Schnelle Übergänge zwischen -40°C und +100°C.

Diese Tests stellen die Robustheit des Bauteils in typischen Fertigungs- und Betriebsumgebungen sicher.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQs)

10.1 Was ist der Zweck der Binning-Codes (CAT, HUE, REF)?

Die Binning-Codes werden verwendet, um LEDs basierend auf ihrer gemessenen Lichtstärke (CAT), dominanten Wellenlänge/Farbe (HUE) und Durchlassspannung (REF) zu kategorisieren. Dies ermöglicht es Herstellern und Designern, Bauteile mit eng kontrollierten Eigenschaften auszuwählen und so Konsistenz in der Helligkeit und Farbe des Endprodukts sicherzustellen, insbesondere wenn mehrere LEDs in einer Anordnung verwendet werden.

10.2 Kann ich diese LED ohne einen strombegrenzenden Widerstand betreiben?

Nein. Eine LED ist ein stromgesteuertes Bauteil. Der direkte Anschluss an eine Spannungsquelle, die höher als ihre Durchlassspannung ist, führt zu übermäßigem Stromfluss, der die LED aufgrund von thermischem Durchgehen möglicherweise sofort zerstört. Ein Vorwiderstand oder eine aktive Konstantstromschaltung ist zwingend erforderlich.

10.3 Wie beeinflusst die Umgebungstemperatur die Leistung?

Mit steigender Umgebungstemperatur erhöht sich die Sperrschichttemperatur der LED. Dies führt zu einer Verringerung der Lichtausbeute (geringere Lichtausgabe bei gleichem Strom) und einem leichten Abfall der Durchlassspannung. Die Derating-Kurve spezifiziert, wie der maximal zulässige Strom bei höheren Temperaturen reduziert werden muss, um Überhitzung und vorzeitigen Ausfall zu verhindern.

10.4 Ist diese LED für Außenanwendungen geeignet?

Der Betriebstemperaturbereich von -40°C bis +85°C macht sie für viele Außen- und Automobilanwendungen geeignet. Für den direkten Außeneinsatz sind jedoch zusätzliche Designüberlegungen notwendig, wie z.B. Schutz vor UV-Strahlung (die das Epoxid mit der Zeit vergilben kann), Feuchtigkeitsabdichtung der gesamten Baugruppe und robustes thermisches Management unter direkter Sonneneinstrahlung.

11. Praktische Design-Fallstudie

Szenario:Entwurf einer hintergrundbeleuchteten Folientastatur für eine Industrie-Steuereinheit, die 10 rote Indikator-LEDs benötigt. Das Panel wird von einer 5V-Versorgung in einer Umgebung bis zu 60°C betrieben.

Designschritte:

1. Stromauswahl:Wählen Sie einen Durchlassstrom von 20mA für eine gute Balance zwischen Helligkeit und Lebensdauer.
2. Widerstandsberechnung:Verwendung der maximalen Durchlassspannung aus Bin B2 (2,35V) für Worst-Case-Design: R = (5V - 2,35V) / 0,020A = 132,5Ω. Ein Standard-130Ω- oder 150Ω-Widerstand kann verwendet werden. Die Belastbarkeit des Widerstands sollte mindestens (5V-2,35V)*0,02A = 0,053W betragen, daher ist ein Standard-1/8W (0,125W) Widerstand ausreichend.
3. Thermische Überprüfung:Bei 60°C Umgebungstemperatur konsultieren Sie die Derating-Kurve. Der maximal zulässige Strom ist reduziert. Stellen Sie sicher, dass 20mA bei 60°C noch im sicheren Betriebsbereich liegt. Wenn nicht, reduzieren Sie den Treiberstrom oder verbessern Sie die Wärmeableitung.
4. Binning-Auswahl:Für ein einheitliches Erscheinungsbild geben Sie enge Bins für HUE (Wellenlänge) und CAT (Intensität) an, z.B. HUE: FF1 und CAT: T1 oder T2, abhängig von der erforderlichen Helligkeitsstufe.
5. Layout:Platzieren Sie die LEDs gleichmäßig. Bei Verwendung eines Lichtleiters folgen Sie den mechanischen Zeichnungen für eine präzise Ausrichtung. Stellen Sie sicher, dass die PCB-Pads der empfohlenen Bestückungsfläche entsprechen.

12. Einführung in das technische Prinzip

Die LED arbeitet nach dem Prinzip der Elektrolumineszenz in einem Halbleitermaterial. Für die beschriebene rote Variante ist das Chipmaterial AlGaInP (Aluminium-Gallium-Indium-Phosphid). Wenn eine Durchlassspannung an den p-n-Übergang angelegt wird, werden Elektronen und Löcher in den aktiven Bereich injiziert, wo sie rekombinieren. Dieser Rekombinationsprozess setzt Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Zusammensetzung der AlGaInP-Legierung bestimmt die Bandlückenenergie, die wiederum die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts definiert – in diesem Fall im roten Spektrum (~632nm Spitze). Das P-LCC-2-Gehäuse verkapselt den Halbleiterchip, bietet mechanischen Schutz, beherbergt den internen Reflektor zur Formung der Lichtausgabe und bildet die elektrischen Anschlüsse für die Verbindung.

13. Branchentrends und Entwicklungen

Der Markt für Indikator-LEDs wie die 67-21 Serie entwickelt sich weiter. Wichtige Trends umfassen:

• Erhöhte Effizienz:Fortlaufende Verbesserungen in der Materialwissenschaft und Chipdesign führen zu höherer Lichtausbeute (mehr Lichtausgabe pro Watt elektrischer Eingangsleistung), was geringeren Stromverbrauch oder hellere Indikatoren ermöglicht.
• Miniaturisierung:Während P-LCC-2 ein Standardgehäuse ist, gibt es einen ständigen Trend zu kleineren Bauraumformen (z.B. Chip-Scale-Packages), um Platz auf zunehmend dichteren Leiterplatten zu sparen, insbesondere in tragbaren Geräten.
• Verbesserte Zuverlässigkeit:Die Nachfrage nach längeren Lebensdauern und Betrieb unter raueren Bedingungen (höhere Temperatur, Feuchtigkeit) treibt Verbesserungen bei Verpackungsmaterialien, Die-Attach-Methoden und Phosphor-Technologie (für weiße LEDs) voran.
• Intelligente Integration:Ein wachsender Trend ist die Integration von Steuerschaltungen (wie Konstantstromtreiber oder PWM-Controller) innerhalb des LED-Gehäuses selbst, was das externe Schaltungsdesign vereinfacht.
• Erweiterter Farbraum und Konsistenz:Fortschritte in der Binning-Technologie und Phosphor-Materialien ermöglichen eine engere Farbkontrolle und eine breitere Palette gesättigter Farben, um den Anforderungen des ästhetischen Designs und farbcodierter Indikatoren gerecht zu werden.