SMD LED 1206 Rot 639nm Datenblatt - Gehäuse 3,2x1,6x1,1mm - Durchlassspannung 1,6-2,4V - Lichtstärke 18-180mcd - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt detailliert die Spezifikationen einer hochleistungsfähigen, oberflächenmontierbaren AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) LED, die rotes Licht emittiert. Das Bauteil ist für Anwendungen konzipiert, die hohe Helligkeit und Zuverlässigkeit in einem kompakten, industrieüblichen 1206-Gehäuse erfordern. Zu den Hauptvorteilen zählen die Kompatibilität mit automatischen Bestückungsgeräten und Infrarot (IR) Reflow-Lötprozessen, was es für die Serienfertigung geeignet macht.

Die LED nutzt einen AlInGaP-Halbleiterchip, der für seine hohe Effizienz und Stabilität bei der Erzeugung von roten, orangen und gelben Wellenlängen bekannt ist. Das "Wasserklares" Linsenmaterial bietet einen großen Betrachtungswinkel und trägt zur Erreichung der spezifizierten Lichtstärke bei. Das Produkt entspricht der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe).

2. Detaillierte technische Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Grenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb unter diesen Bedingungen ist nicht garantiert.

• Verlustleistung (Pd):62,5 mW. Dies ist die maximale Leistung, die das LED-Gehäuse als Wärme abführen kann, ohne seine thermischen Grenzen zu überschreiten.
• Spitzen-Durchlassstrom (I_F(peak)):60 mA. Dies ist der maximal zulässige momentane Durchlassstrom, typischerweise unter gepulsten Bedingungen spezifiziert (1/10 Tastverhältnis, 0,1ms Pulsbreite), um Überhitzung zu verhindern.
• DC-Durchlassstrom (I_F):25 mA. Dies ist der maximale empfohlene kontinuierliche Durchlassstrom für einen zuverlässigen Dauerbetrieb.
• Sperrspannung (V_R):5 V. Das Überschreiten dieser Spannung in Sperrrichtung kann zum Durchbruch des pn-Übergangs führen.
• Betriebstemperaturbereich (T_opr):-30°C bis +85°C. Der Umgebungstemperaturbereich, in dem die LED gemäß ihren Spezifikationen funktioniert.
• Lagertemperaturbereich (T_stg):-40°C bis +85°C.
• Infrarot-Lötbedingung:260°C für 10 Sekunden. Das maximale thermische Profil, dem das Gehäuse während des Reflow-Lötens standhalten kann.

2.2 Elektro-optische Kenngrößen

Diese Parameter werden unter Standardtestbedingungen von Ta=25°C und I_F=20mA gemessen, sofern nicht anders angegeben.

• Lichtstärke (I_V):18,0 - 180,0 mcd (Millicandela). Die Menge des emittierten sichtbaren Lichts, auf der Achse gemessen. Die große Spanne zeigt an, dass ein Binning-System verwendet wird (siehe Abschnitt 3).
• Betrachtungswinkel (2θ_1/2):130 Grad. Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte ihres Spitzenwerts (auf der Achse) abfällt. Ein großer Winkel von 130° zeigt ein diffuses, nicht fokussiertes Abstrahlverhalten an, das für die Flächenbeleuchtung geeignet ist.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_P):639 nm (typisch). Die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsabgabe maximal ist.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):631 nm (typisch bei I_F=20mA). Dies ist die einzelne Wellenlänge, die vom menschlichen Auge wahrgenommen wird und die Farbe der LED am besten repräsentiert, abgeleitet aus dem CIE-Farbdiagramm.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):20 nm (typisch). Die Bandbreite des emittierten Spektrums, gemessen bei halber Spitzenintensität. Ein Wert von 20nm ist charakteristisch für AlInGaP rote LEDs.
• Durchlassspannung (V_F):1,60 - 2,40 V bei I_F=20mA. Der Spannungsabfall über der LED im Betrieb. Die Variation ist auf Toleranzen im Halbleiterprozess zurückzuführen.
• Sperrstrom (I_R):10 μA (max) bei V_R=5V. Der geringe Leckstrom, wenn die LED in Sperrrichtung betrieben wird.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um Konsistenz in Anwendungen zu gewährleisten, werden LEDs basierend auf Schlüsselparametern sortiert (gebinned). Dieses Bauteil wird hauptsächlich nach Lichtstärke gebinned.

3.1 Binning der Lichtstärke

Die Lichtstärke wird in mehrere Bins kategorisiert, jedes mit einem Mindest- und Höchstwert. Die Toleranz für jedes Bin beträgt +/-15%.

• Bin M:18,0 - 28,0 mcd
• Bin N:28,0 - 45,0 mcd
• Bin P:45,0 - 71,0 mcd
• Bin Q:71,0 - 112,0 mcd
• Bin R:112,0 - 180,0 mcd

Konstrukteure müssen das passende Bin basierend auf ihren Helligkeitsanforderungen auswählen. Die Verwendung eines strombegrenzenden Widerstands in Reihe mit jeder LED (wie im Ansteuerungsabschnitt gezeigt) ist entscheidend, wenn mehrere LEDs parallel geschaltet werden, um eine gleichmäßige Helligkeit zu gewährleisten, da V_F-Variationen zu Stromungleichgewichten führen können.

4. Analyse der Kennlinien

Während spezifische Diagramme im Datenblatt referenziert werden (z.B. Abb.1, Abb.5), kann das typische Verhalten basierend auf der Technologie beschrieben werden.

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

Die AlInGaP-LED zeigt eine typische Dioden-I-V-Kennlinie. Die Durchlassspannung (V_F) hat einen negativen Temperaturkoeffizienten, was bedeutet, dass sie leicht abnimmt, wenn die Sperrschichttemperatur steigt. Der spezifizierte V_F-Bereich von 1,6V bis 2,4V bei 20mA muss für das Netzteil-Design berücksichtigt werden.

4.2 Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Die Lichtstärke ist im normalen Betriebsbereich (bis zum Nenn-DC-Durchlassstrom von 25mA) annähernd proportional zum Durchlassstrom. Ein Betrieb oberhalb dieses Stroms führt zu erhöhter Wärmeentwicklung, Effizienzabfall und beschleunigtem Lichtstromrückgang.

4.3 Temperaturabhängigkeit

Die Lichtausbeute von AlInGaP-LEDs nimmt mit steigender Sperrschichttemperatur ab. Diese Eigenschaft ist entscheidend für Designs, bei denen die LED in erhöhten Umgebungstemperaturen betrieben wird oder das Thermomanagement eine Herausforderung darstellt. Der Betriebstemperaturbereich von -30°C bis +85°C definiert die Grenzen für die Aufrechterhaltung der spezifizierten Leistung.

4.4 Spektrale Verteilung

Das Emissionsspektrum ist um eine Spitzenwellenlänge von 639nm (typisch) mit einer Halbwertsbreite von 20nm zentriert. Die dominante Wellenlänge (631nm) definiert die wahrgenommene rote Farbe. Dieses Spektrum ist über den Betriebsstrom- und Temperaturbereich stabil, was für farbkritische Anwendungen wichtig ist.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die LED ist in einem industrieüblichen 1206-Oberflächenmontagegehäuse untergebracht. Wichtige Abmessungen (in Millimetern) umfassen eine Gehäuselänge von ca. 3,2mm, eine Breite von 1,6mm und eine Höhe von 1,1mm. Alle Maßtoleranzen betragen typischerweise ±0,10mm, sofern nicht anders angegeben. Das Gehäuse verfügt über zwei Anoden/Kathoden-Anschlüsse zum Löten.

5.2 Polaritätskennzeichnung

Die Kathode ist typischerweise markiert, oft durch einen grünlichen Farbton auf der entsprechenden Seite des Gehäuses oder eine Kerbe im Kunststoffgehäuse. Die korrekte Polaritätsausrichtung ist während des PCB-Layouts und der Bestückung essentiell.

5.3 Vorgeschlagenes Lötpad-Layout

Ein empfohlenes Land Pattern (Lötpad-Design) wird bereitgestellt, um eine ordnungsgemäße Lötstellenbildung, mechanische Stabilität und Wärmeableitung während des Reflow zu gewährleisten. Die Einhaltung dieses Layouts hilft, Tombstoning (Bauteil steht auf einer Seite auf) zu verhindern und eine zuverlässige elektrische Verbindung sicherzustellen.

6. Löt- und Bestückungsrichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil

Die LED ist mit Infrarot (IR) Reflow-Lötprozessen kompatibel. Ein empfohlenes Profil wird bereitgestellt, das mit JEDEC-Standards für bleifreie Bestückung konform ist. Wichtige Parameter umfassen:

• Vorwärmen:150-200°C für maximal 120 Sekunden, um die Platine und Bauteile allmählich zu erwärmen, das Flussmittel zu aktivieren und thermischen Schock zu minimieren.
• Spitzentemperatur:Maximal 260°C.
• Zeit oberhalb Liquidus:Das Bauteil sollte der Spitzentemperatur maximal 10 Sekunden ausgesetzt sein. Der Reflow sollte maximal zweimal durchgeführt werden.

Das Profil muss für das spezifische PCB-Design, die Komponenten, die Lotpaste und den verwendeten Ofen charakterisiert werden.

6.2 Handlötung

Falls Handlötung notwendig ist, verwenden Sie einen temperaturgeregelten Lötkolben, der auf maximal 300°C eingestellt ist. Die Lötzeit pro Anschluss sollte 3 Sekunden nicht überschreiten und dies sollte nur einmal erfolgen, um thermische Schäden am Kunststoffgehäuse und dem Halbleiterchip zu verhindern.

6.3 Reinigung

Falls nach dem Löten eine Reinigung erforderlich ist, verwenden Sie nur spezifizierte Lösungsmittel. Das Eintauchen der LED in Ethylalkohol oder Isopropylalkohol bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute ist akzeptabel. Verwenden Sie keine nicht spezifizierten chemischen Flüssigkeiten, da sie die Epoxidlinse oder das Gehäuse beschädigen können.

6.4 Lagerung und Handhabung

• ESD-Empfindlichkeit (Elektrostatische Entladung):LEDs sind empfindlich gegenüber ESD. Während der Handhabung müssen geeignete ESD-Vorkehrungen getroffen werden, einschließlich der Verwendung geerdeter Handgelenkbänder, antistatischer Matten und geerdeter Geräte.
• Feuchtigkeitsempfindlichkeit:Das Gehäuse ist feuchtigkeitsempfindlich. Bei Lagerung in der original versiegelten Feuchtigkeitsschutzbeutel mit Trockenmittel beträgt die Haltbarkeit ein Jahr bei ≤30°C und ≤90% relativer Luftfeuchtigkeit. Sobald der Beutel geöffnet ist, sollten die Bauteile bei ≤30°C und ≤60% relativer Luftfeuchtigkeit gelagert und idealerweise innerhalb einer Woche reflow-gelötet werden. Für längere Lagerung außerhalb des Originalbeutels verwenden Sie einen versiegelten Behälter mit Trockenmittel. Bauteile, die länger als eine Woche offen gelagert wurden, sollten vor dem Löten bei etwa 60°C für mindestens 20 Stunden getrocknet (gebaked) werden, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und "Popcorning" während des Reflow zu verhindern.

7. Verpackung und Bestellung

Die LEDs werden in industrieüblicher Verpackung für die automatische Bestückung geliefert.

• Tape and Reel:Bauteile sind in 8mm breiter, geprägter Trägerband auf 7-Zoll (178mm) Durchmesser Spulen verpackt.
• Menge pro Spule:4000 Stück.
• Mindestbestellmenge (MOQ):500 Stück für Restmengen.
• Verpackungsstandard:Entspricht den ANSI/EIA-481 Spezifikationen. Leere Taschen im Band sind mit einem Deckband versiegelt.

8. Anwendungshinweise und Designüberlegungen

8.1 Typische Anwendungsschaltungen

LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Die zuverlässigste Ansteuerungsmethode ist die Verwendung eines Reihen-Strombegrenzungswiderstands für jede LED, insbesondere beim Parallelschalten mehrerer LEDs. Dies kompensiert die natürliche Variation der Durchlassspannung (V_F) von LED zu LED und gewährleistet einen gleichmäßigen Strom und damit eine gleichmäßige Helligkeit über alle Bauteile im Array. Die Ansteuerung von LEDs mit einer Konstantstromquelle bietet die stabilste optische Ausgangsleistung.

8.2 Thermomanagement

Obwohl die Verlustleistung relativ gering ist (max. 62,5mW), verlängert ein ordnungsgemäßes thermisches Design die Lebensdauer der LED und erhält die Helligkeit. Stellen Sie sicher, dass die Leiterplatte über ausreichend Kupferfläche verfügt, die mit den LED-Pads verbunden ist, um als Kühlkörper zu dienen, insbesondere beim Betrieb bei oder nahe dem maximalen DC-Strom. Vermeiden Sie einen Betrieb bei Umgebungstemperaturen am oberen Ende des Bereichs über längere Zeiträume.

8.3 Anwendungsbereich

Diese LED eignet sich für allgemeine elektronische Geräte, die Statusanzeigen, Hintergrundbeleuchtung oder dekorative Beleuchtung erfordern. Dazu gehören Anwendungen in Unterhaltungselektronik, Bürogeräten, Kommunikationsgeräten und Haushaltsgeräten. Sie ist nicht speziell für Anwendungen konzipiert oder qualifiziert, bei denen ein Ausfall Leben oder Sicherheit gefährden könnte (z.B. Luftfahrt, medizinische Lebenserhaltung, kritische Verkehrssteuerung). Für solche Anwendungen ist eine Konsultation mit dem Hersteller für speziell qualifizierte Komponenten erforderlich.

9. Technologievergleich und -abgrenzung

Diese LED verwendet AlInGaP-Technologie, die deutliche Vorteile für die Emission von rotem/orangem/gelbem Licht im Vergleich zu anderen Technologien wie AllnGaP auf absorbierendem Substrat oder älteren GaAsP-LEDs bietet.

• Hohe Effizienz & Helligkeit:AlInGaP bietet eine höhere Lichtausbeute (mehr Licht pro elektrischem Watt) als traditionelle Technologien und ermöglicht so die hohe Helligkeit (bis zu 180mcd) in einem kleinen Gehäuse.
• Farbstabilität:Der Farbpunkt (dominante Wellenlänge) von AlInGaP-LEDs ist über Betriebsstrom- und Temperaturbereiche sowie über die Lebensdauer des Bauteils stabiler als bei einigen Alternativen.
• Großer Betrachtungswinkel:Der 130° Betrachtungswinkel mit einer wasserklaren Linse bietet eine breite, gleichmäßige Ausleuchtung im Vergleich zu fokussierten oder schmalwinkligen Linsen.
• Oberflächenmontage-Kompatibilität:Das 1206-Gehäuse und die Kompatibilität mit IR-Reflow stellen eine moderne, fertigungsgerechte Lösung im Vergleich zu Durchsteck-LEDs dar.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

10.1 Welchen Widerstandswert sollte ich verwenden?

Der Reihenwiderstandswert (R_s) wird mit dem Ohmschen Gesetz berechnet: R_s= (V_Versorgung- V_F) / I_F. Verwenden Sie den maximalen V_F-Wert aus dem Datenblatt (2,4V), um sicherzustellen, dass der Strom unter ungünstigsten Bedingungen den gewünschten I_F-Wert (z.B. 20mA) nicht überschreitet. Für eine 5V-Versorgung: R_s= (5V - 2,4V) / 0,020A = 130 Ohm. Ein Standard-130Ω oder 150Ω Widerstand wäre geeignet.

10.2 Kann ich sie mit einem PWM-Signal ansteuern?

Ja, Pulsweitenmodulation (PWM) ist eine ausgezeichnete Methode zum Dimmen von LEDs. Sie erhält die Farbcharakteristik der LED besser als analoges (Strom-) Dimmen. Stellen Sie sicher, dass die PWM-Frequenz hoch genug ist, um sichtbares Flackern zu vermeiden (typischerweise >100Hz) und dass der Spitzenstrom in jedem Puls den absoluten Maximalwert von 60mA nicht überschreitet.

10.3 Warum gibt es eine so große Spanne bei der Lichtstärke?

Die Spanne (18-180mcd) repräsentiert die gesamte Streuung über alle Produktions-Bins hinweg. Einzelne LEDs werden in spezifische Bins (M, N, P, Q, R) mit viel engeren Bereichen sortiert. Sie müssen beim Bestellen das gewünschte Bin angeben, um den Helligkeitsgrad für Ihre Anwendung zu garantieren.

10.4 Wie lange hält die LED?

Die LED-Lebensdauer (oft definiert als der Punkt, an dem die Lichtleistung auf 70% des Anfangswerts abfällt, L70) ist in diesem Datenblatt nicht explizit angegeben. Die Lebensdauer hängt stark von den Betriebsbedingungen ab, hauptsächlich der Sperrschichttemperatur und dem Treiberstrom. Ein Betrieb deutlich unterhalb der Maximalwerte (z.B. bei 15-20mA und mit gutem Thermomanagement) verlängert die Betriebslebensdauer erheblich, möglicherweise auf Zehntausende von Stunden.

11. Praktische Design- und Anwendungsbeispiele

11.1 Statusanzeigepanel

In einem Multi-Status-Anzeigepanel für Industrieanlagen können mehrere dieser LEDs (z.B. Bin P oder Q für mittlere bis hohe Helligkeit) in einer Reihe angeordnet werden. Jede wird von einem Mikrocontroller-GPIO-Pin über einen Reihenwiderstand (z.B. 150Ω für ein 3,3V oder 5V System) angesteuert. Der große Betrachtungswinkel stellt sicher, dass der Status von verschiedenen Bedienerpositionen aus sichtbar ist. Die Reflow-Kompatibilität ermöglicht es, die gesamte Platine, einschließlich LEDs und Mikrocontroller, in einem Durchgang zu löten.

11.2 Hintergrundbeleuchtung für Membranschalter

Eine einzelne LED des Bin R (höchste Helligkeit) kann neben einem transluzenten Membranschalter-Symbol platziert werden, um eine Hintergrundbeleuchtung zu bieten. Das diffuse, weitwinklige Licht der wasserklaren Linse hilft, das Symbol gleichmäßig auszuleuchten. Die geringe Bauhöhe (1,1mm) ermöglicht die Integration in schlanke Gerätedesigns.

12. Einführung in das technische Prinzip

Die Lichtemission in dieser LED basiert auf Elektrolumineszenz in einem Halbleiter-pn-Übergang aus AlInGaP. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, werden Elektronen aus dem n-dotierten Bereich und Löcher aus dem p-dotierten Bereich in den aktiven Bereich (den Übergang) injiziert. Wenn sich Elektronen und Löcher rekombinieren, setzen sie Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Zusammensetzung von Aluminium, Indium, Gallium und Phosphid im Kristallgitter bestimmt die Bandlückenenergie, die direkt die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts definiert – in diesem Fall rot bei etwa 639nm. Die "Wasserklares" Epoxidlinse verkapselt den Chip, bietet mechanischen Schutz, formt das Lichtaustrittsmuster und verbessert die Lichteinkopplung aus dem Halbleitermaterial.

13. Technologietrends und Entwicklungen

Der allgemeine Trend bei SMD-Indikator-LEDs wie dieser geht zu noch höherer Effizienz (mehr Lumen pro Watt), was die gleiche Helligkeit bei niedrigeren Treiberströmen ermöglicht und so den Stromverbrauch und die Wärmeentwicklung reduziert. Es gibt auch einen kontinuierlichen Drang zur Miniaturisierung bei gleichzeitiger Beibehaltung oder Verbesserung der optischen Leistung. Darüber hinaus verbessern Fortschritte bei Gehäusematerialien und Fertigungsprozessen die Zuverlässigkeit und Kompatibilität mit den zunehmend anspruchsvolleren Lötprofilen, die für bleifreie Bestückung erforderlich sind. Farbkonsistenz und engere Binning-Toleranzen sind ebenfalls Bereiche der laufenden Entwicklung, um den Anforderungen von Applikationen mit präziser Farbabstimmung gerecht zu werden.