Orange SMD LED Datenblatt - 0,55mm Bauhöhe - 1,8V typische Durchlassspannung - 75mW Verlustleistung - Deutsche Technische Dokumentation

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt detailliert die Spezifikationen einer hochwertigen, oberflächenmontierbaren orangefarbenen LED. Das Bauteil zeichnet sich durch seine außergewöhnlich geringe Bauhöhe aus, was es für Anwendungen geeignet macht, bei denen der vertikale Bauraum eine kritische Einschränkung darstellt. Die LED nutzt einen AlInGaP-Halbleiterwerkstoff (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid), der für hohe Lichtausbeute und ausgezeichnete Farbreinheit im orange-roten Spektrum bekannt ist. Als RoHS-konformes und umweltfreundliches Produkt entspricht es zeitgemäßen Umweltstandards. Das Bauteil wird auf industrieüblichem 8mm-Trägerband auf 7-Zoll-Rollen (178mm Durchmesser) geliefert, was die Kompatibilität mit schnellen automatischen Bestückungsanlagen und Infrarot-Reflow-Lötprozessen gewährleistet.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Alle Parameter gelten bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C, sofern nicht anders angegeben. Das Verständnis dieser Parameter ist entscheidend für ein zuverlässiges Schaltungsdesign und die Leistungsvorhersage.

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb unter oder an diesen Grenzen ist nicht garantiert und sollte für langfristige Zuverlässigkeit vermieden werden.

• Verlustleistung (Pd):75 mW. Dies ist die maximale Leistung, die das LED-Gehäuse als Wärme abführen kann. Das Überschreiten dieses Limits riskiert thermische Schäden am Halbleiterübergang und der Epoxidlinse.
• DC-Durchlassstrom (IF):30 mA. Der maximal zulässige kontinuierliche Durchlassstrom.
• Spitzen-Durchlassstrom:80 mA. Dieser ist nur unter gepulsten Bedingungen mit einem Tastverhältnis von 1/10 und einer Pulsbreite von 0,1ms zulässig. Er ist nützlich für kurze, hochintensive Lichtblitze.
• Sperrspannung (VR):5 V. Das Anlegen einer Sperrspannung über diesem Wert kann zu einem sofortigen und katastrophalen Ausfall des LED-Übergangs führen.
• Betriebstemperaturbereich:-30°C bis +85°C. Der Umgebungstemperaturbereich, für den das Bauteil ausgelegt ist.
• Lagertemperaturbereich:-40°C bis +85°C.
• Infrarot-Lötbedingung:Hält 260°C für 10 Sekunden stand, was typisch für bleifreie (Pb-free) Reflow-Lötprofile ist.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Diese Parameter definieren die Lichtausgabe und das elektrische Verhalten unter normalen Betriebsbedingungen (typischerweise bei IF = 2 mA).

• Lichtstärke (Iv):Reicht von mindestens 2,80 mcd bis maximal 18,00 mcd. Der tatsächliche Wert hängt vom spezifischen Binning-Code ab (siehe Abschnitt 3). Die Intensität wird mit einem Sensor gemessen, der auf die photopische (CIE) Empfindlichkeitskurve des menschlichen Auges abgestimmt ist.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):130 Grad. Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte des auf der Achse (0 Grad) gemessenen Wertes abfällt. Ein derart großer Abstrahlwinkel sorgt für ein breites, diffuses Beleuchtungsmuster, das sich gut für Statusanzeigen und Hintergrundbeleuchtung eignet.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_P):611,0 nm. Dies ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsabgabe ihr Maximum erreicht.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):605,0 nm. Dies ist ein kolorimetrischer Parameter, der aus dem CIE-Farbdiagramm abgeleitet wird. Sie repräsentiert die einzelne Wellenlänge, die die wahrgenommene Farbe des Lichts am besten beschreibt. Sie ist der relevantere Parameter für die Farbspezifikation.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):17 nm. Dies gibt die spektrale Reinheit an. Ein kleinerer Wert bedeutet ein monochromatischeres (reineres) Licht. 17 nm ist typisch für AlInGaP-LEDs im orangen Bereich.
• Durchlassspannung (V_F):Typisch 1,80V, mit einem Bereich von 1,60V bis 2,20V bei 2 mA. Diese niedrige Durchlassspannung ist ein Hauptvorteil der AlInGaP-Technologie und trägt zu einer höheren Effizienz bei.
• Sperrstrom (I_R):Maximal 10 μA bei Anlegen einer 5V-Sperrvorspannung.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Aufgrund inhärenter Schwankungen in der Halbleiterfertigung werden LEDs nach Leistungsklassen sortiert. Dieses System ermöglicht es Designern, Bauteile auszuwählen, die spezifische Toleranzanforderungen für ihre Anwendung erfüllen.

3.1 Binning der Durchlassspannung

Einheiten sind in Volt (V), gemessen bei IF = 2 mA. Die Toleranz innerhalb jeder Klasse beträgt ±0,1V.

• D1:1,60V (Min) bis 1,80V (Max)
• D2:1,80V (Min) bis 2,00V (Max)
• D3:2,00V (Min) bis 2,20V (Max)

Die Auswahl einer engeren Spannungsklasse (z.B. nur D1) kann für Anwendungen wichtig sein, die direkt von einer Niedervolt-Batterie gespeist werden, um eine gleichmäßige Helligkeit bei Batterieentladung zu gewährleisten, oder in parallelen LED-Arrays, um eine gleichmäßige Stromaufteilung sicherzustellen.

3.2 Binning der Lichtstärke

Einheiten sind in Millicandela (mcd), gemessen bei IF = 2 mA. Die Toleranz innerhalb jeder Klasse beträgt ±15%.

• H:2,80 mcd (Min) bis 4,50 mcd (Max)
• J:4,50 mcd (Min) bis 7,10 mcd (Max)
• K:7,10 mcd (Min) bis 11,20 mcd (Max)
• L:11,20 mcd (Min) bis 18,00 mcd (Max)

Dieses Binning ist entscheidend für Anwendungen, die eine gleichmäßige Helligkeit über mehrere LEDs hinweg erfordern, wie z.B. in Mehrsegmentanzeigen oder Hintergrundbeleuchtungspanels.

3.3 Binning der dominanten Wellenlänge

Einheiten sind in Nanometern (nm), gemessen bei IF = 2 mA. Die Toleranz für jede Klasse beträgt ±1 nm.

• N:597,0 nm (Min) bis 600,0 nm (Max) – Bernstein-Orange
• P:600,0 nm (Min) bis 603,0 nm (Max) – Orange
• Q:603,0 nm (Min) bis 606,0 nm (Max) – Orange
• R:606,0 nm (Min) bis 609,0 nm (Max) – Orange-Rot
• S:609,0 nm (Min) bis 612,0 nm (Max) – Rot-Orange

Dies ermöglicht eine präzise Farbabstimmung, die in Anwendungen wie Verkehrssignalen, Automobilbeleuchtung oder dekorativer Beleuchtung, bei denen ein spezifischer Farbton vorgeschrieben ist, unerlässlich ist.

4. Analyse der Kennlinien

Während spezifische Graphen im Datenblatt referenziert werden, sind ihre Implikationen standardmäßig. Die Kennlinie des Durchlassstroms (I_F) gegenüber der Durchlassspannung (V_F) ist exponentiell. Die Lichtstärke (I_V) ist im normalen Betriebsbereich annähernd linear zum Strom, wird jedoch bei sehr hohen Strömen aufgrund thermischer Effekte und des Efficiency Droop sättigen. Die dominante Wellenlänge hat einen leichten negativen Temperaturkoeffizienten, was bedeutet, dass sich die Farbe mit steigender Sperrschichttemperatur leicht zu längeren Wellenlängen verschieben kann (Rotverschiebung). Eine ordnungsgemäße Wärmeableitung und Stromregelung sind notwendig, um über die Lebensdauer des Bauteils hinweg eine konsistente Farbe und Lichtausgabe aufrechtzuerhalten.

5. Mechanische und Verpackungsinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen und Polarität

Das Bauteil verfügt über einen industrieüblichen EIA-Gehäusefußabdruck. Die Kathode ist typischerweise durch eine grüne Markierung auf dem Gehäuse oder eine Kerbe in der Linse gekennzeichnet. Die ultradünne Bauhöhe von 0,55mm ist ein definierendes mechanisches Merkmal. Detaillierte Maßzeichnungen sind im Datenblatt für das Design des PCB-Land Patterns enthalten.

5.2 Spezifikationen für Band und Rolle

Die LEDs werden auf 8mm breitem, geprägtem Trägerband geliefert, das mit einem Deckband versiegelt und auf 7-Zoll-Rollen (178mm Durchmesser) aufgewickelt ist. Die Standardmenge pro Rolle beträgt 5.000 Stück. Die Verpackung folgt den ANSI/EIA 481-1-A-1994-Spezifikationen. Dieses Format ist für automatisierte Bestückungslinien optimiert und gewährleistet eine effiziente Handhabung und Platzierung.

6. Richtlinien für Löten und Bestückung

6.1 Reflow-Lötprofil

Ein empfohlenes Reflow-Profil für bleifreie Prozesse wird bereitgestellt. Wichtige Parameter umfassen:

• Vorwärmen:150°C bis 200°C.
• Vorwärmzeit:Maximal 120 Sekunden, um eine ordnungsgemäße Flussmittelaktivierung und Temperaturstabilisierung zu ermöglichen.
• Spitzentemperatur:Maximal 260°C.
• Zeit oberhalb der Liquidus-Temperatur:Maximal 10 Sekunden (empfohlen für eine zuverlässige Lötstelle).
• Anzahl der Reflow-Zyklen:Maximal zwei Mal.

Das Profil basiert auf JEDEC-Standards. Es ist entscheidend, das Profil für das spezifische PCB-Design, die verwendete Lötpaste und den Ofen in der Produktion zu charakterisieren.

6.2 Handlöten

Falls Handlöten notwendig ist, verwenden Sie ein temperaturgeregeltes Lötkolben mit maximal 300°C. Begrenzen Sie die Kontaktzeit auf maximal 3 Sekunden pro Lötpad. Wenden Sie die Hitze auf das PCB-Pad an, nicht direkt auf den LED-Körper, um thermischen Schock zu vermeiden.

6.3 Reinigung

Falls eine Nachlötreinigung 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 Ultraschallreinigung oder nicht spezifizierte chemische Reiniger, da diese die Epoxidlinse oder interne Bondverbindungen beschädigen können.

7. Lagerung und Handhabung

Eine ordnungsgemäße Lagerung ist entscheidend, um Feuchtigkeitsaufnahme zu verhindern, die während des Reflow-Lötens zu "Popcorning" (Gehäuserissbildung) führen kann.

• Versiegelte Verpackung:Lagern bei ≤30°C und ≤90% relativer Luftfeuchtigkeit (RH). Innerhalb eines Jahres nach dem Packdatum verwenden.
• Geöffnete Verpackung:Für Bauteile, die aus ihrer feuchtigkeitsgeschützten Verpackung entnommen wurden, sollte die Lagerumgebung 30°C und 60% RH nicht überschreiten. Es wird dringend empfohlen, das IR-Reflow-Löten innerhalb von 672 Stunden (28 Tagen) nach der Entnahme abzuschließen.
• Erweiterte Lagerung (geöffnet):In einem verschlossenen Behälter mit Trockenmittel oder in einem Stickstoff-Exsikkator lagern.
• Trocknen (Baking):Wenn LEDs länger als 672 Stunden der Umgebung ausgesetzt waren, müssen sie vor dem Löten bei etwa 60°C für mindestens 20 Stunden getrocknet werden, um aufgenommene Feuchtigkeit auszutreiben.

8. Anwendungshinweise und Design-Überlegungen

8.1 Typische Anwendungsszenarien

• Statusanzeigen:Ihr großer Abstrahlwinkel und die helle Ausgangsleistung machen sie ideal für Strom-, Verbindungs- oder Aktivitätsanzeigen auf Unterhaltungselektronik, Netzwerkgeräten und industriellen Bedienfeldern.
• Hintergrundbeleuchtung:Kann zur Kantenbeleuchtung kleiner Panels, Icons oder Symbole in Automobilarmaturenbrettern, Haushaltsgeräten und Handheld-Geräten verwendet werden.
• Dekorative Beleuchtung:Geeignet für Akzentbeleuchtung in Schildern, architektonischen Elementen oder Spielzeug, bei denen ein spezifischer Orangeton gewünscht ist.
• Sensorsysteme:Kann als Lichtquelle in optischen Sensoren, Unterbrechern oder reflektierenden Objektdetektoren dienen.

8.2 Überlegungen zum Schaltungsdesign

• Strombegrenzung:Eine LED ist ein stromgesteuertes Bauteil. Verwenden Sie stets einen Reihen-Strombegrenzungswiderstand oder eine Konstantstrom-Treiberschaltung. Der Widerstandswert kann mit dem Ohmschen Gesetz berechnet werden: R = (V_Versorgung- V_F) / I_F. Verwenden Sie für ein konservatives Design die maximale V_Faus dem Datenblatt.
• Thermisches Management:Obwohl die Verlustleistung gering ist, trägt eine ausreichende PCB-Kupferfläche um die thermischen Pads (falls vorhanden) und die Vermeidung der Platzierung in der Nähe anderer wärmeerzeugender Komponenten dazu bei, eine niedrigere Sperrschichttemperatur aufrechtzuerhalten, was zu einer längeren Lebensdauer und stabiler Leistung führt.
• ESD-Schutz:Obwohl nicht explizit als empfindlich angegeben, ist die Implementierung eines grundlegenden ESD-Schutzes auf mit LEDs verbundenen Signalleitungen eine gute Designpraxis für Robustheit.

9. Technischer Vergleich und Vorteile

Im Vergleich zu älteren Technologien wie GaAsP (Galliumarsenidphosphid) bietet diese AlInGaP-LED erhebliche Vorteile:

• Höhere Effizienz:AlInGaP liefert mehr Lumen pro Watt, was bei gleichem Treiberstrom zu einer helleren Ausgabe oder bei gleicher Helligkeit zu einem geringeren Stromverbrauch führt.
• Bessere Farbreinheit:Die spektrale Halbwertsbreite ist schmaler, was zu einer gesättigteren und visuell deutlicheren orangen Farbe führt.
• Geringere thermische Degradation:AlInGaP behält seine Lichtausgabe und Farbstabilität über Temperatur und Zeit hinweg besser bei als ältere Technologien.
• Ultradünne Bauhöhe:Die 0,55mm Bauhöhe ist ein wesentliches Unterscheidungsmerkmal und ermöglicht Designs in zunehmend schlanken Consumer- und Mobilgeräten.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

10.1 Was ist der Unterschied zwischen Peak-Wellenlänge und dominanter Wellenlänge?

Die Peak-Wellenlänge (λ_P)ist die physikalische Wellenlänge, bei der die LED die meiste optische Leistung emittiert.Die dominante Wellenlänge (λ_d)ist ein berechneter Wert basierend darauf, wie das menschliche Auge Farbe wahrnimmt. Für monochromatische Quellen wie LEDs liegen sie oft nahe beieinander, aber λ_dist der für die Farbspezifikation und das Binning verwendete Parameter.

10.2 Kann ich diese LED dauerhaft mit 20mA betreiben?

Ja. Der absolute maximale DC-Durchlassstrom beträgt 30 mA. Ein Betrieb mit 20 mA liegt innerhalb der spezifizierten Grenze. Sie müssen jedoch sicherstellen, dass die Verlustleistung (V_F* I_F) 75 mW nicht überschreitet. Bei einer typischen V_Fvon 1,8V und 20mA beträgt die Verlustleistung 36 mW, was sicher ist.

10.3 Warum ist die Lagerfeuchte so wichtig?

Das Epoxid-Verpackungsmaterial kann Feuchtigkeit aus der Luft aufnehmen. Während der schnellen Erwärmung beim Reflow-Löten verdampft und expandiert diese eingeschlossene Feuchtigkeit und erzeugt enormen Innendruck. Dies kann zu Delamination (Ablösung des Epoxids vom Leadframe) oder zum Reißen des Gehäuses führen, bekannt als "Popcorning", was das Bauteil zerstört.

11. Design-Fallstudie: Eine Niederspannungsanzeige

Szenario:Entwurf eines kompakten, handgehaltenen Medizingeräts mit einer 3,0V-Knopfzellenbatterie. Eine klare, sichtbare orange LED muss leuchten, wenn die Batteriespannung unter 2,7V fällt.

Design-Entscheidungen:

1. Bauteilauswahl:Diese LED ist ideal aufgrund ihrer geringen Bauhöhe (passt in schlankes Gehäuse), niedrigen Durchlassspannung (~1,8V) und hohen Helligkeit.
2. Binning:Wählen Sie eine dominante Wellenlängenklasse "P" oder "Q" für ein Standard-Orange. Wählen Sie eine Lichtstärkeklasse "K" oder "L" für hohe Sichtbarkeit. Eine engere Durchlassspannungsklasse "D1" stellt sicher, dass die LED bei abnehmender Batteriespannung konsistent einschaltet.
3. Schaltung:Eine einfache Komparatorschaltung überwacht die Batteriespannung. Bei Auslösung aktiviert sie einen Transistor, der die LED über einen Strombegrenzungswiderstand treibt. R = (2,7V - 1,8V) / 0,002A = 450Ω. Ein 470Ω-Standardwiderstand würde verwendet werden, was I_F≈ 1,9mA liefert, was für eine Anzeige ausreichend ist.
4. Layout:Die LED wird auf dem Frontpanel platziert. Das ultradünne Gehäuse ermöglicht es, hinter einem sehr schmalen Rahmen oder Diffusor zu sitzen.

12. Einführung in das Technologieprinzip

Diese LED basiert auf AlInGaP-Halbleitertechnologie. Die aktive Region ist eine multiquantum-well-Struktur, die epitaktisch auf einem Substrat gewachsen ist. Bei Anlegen einer Durchlassspannung werden Elektronen und Löcher in die aktive Region injiziert, wo sie strahlend rekombinieren und Photonen emittieren. Das spezifische Verhältnis von Aluminium, Indium, Gallium und Phosphid im Kristallgitter bestimmt die Bandlückenenergie und somit die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts – in diesem Fall Orange. Das Licht wird durch eine kuppelförmige Epoxidlinse extrahiert, die auch den Halbleiterchip und die Bonddrähte schützt.

13. Branchentrends und Entwicklungen

Der Trend bei Anzeige- und Kleinsignal-LEDs geht weiterhin in Richtung:

1. Miniaturisierung:Noch dünnere und kleinere Gehäuse (z.B. 0,3mm Höhe), um neuartige Designs in Wearables und ultrakompakter Elektronik zu ermöglichen.
2. Höhere Effizienz:Fortlaufende Verbesserungen in der epitaktischen Wachstumstechnik und Lichtextraktion streben eine höhere Lichtausbeute pro Milliampere an, um den Systemstromverbrauch zu reduzieren.
3. Verbesserte Farbkonsistenz:Engere Binning-Toleranzen und fortschrittliches Wafer-Level-Testing stellen eine bessere Farb- und Helligkeitsgleichmäßigkeit in der Massenproduktion sicher.
4. Integration:Zunahme von Multi-Chip-Packages (RGB, Bi-color) und LED-Modulen mit integrierten Treibern oder Steuerlogik in einem einzigen Gehäuse.

Dieses Bauteil repräsentiert einen ausgereiften und optimierten Punkt in der Entwicklung der AlInGaP-SMD-LED-Technologie und bietet eine ausgewogene Balance aus Leistung, Größe und Fertigbarkeit für eine breite Palette von allgemeinen Beleuchtungs- und Anzeigeanwendungen.