Weiße LED 3,2x1,6x0,7mm Spezifikation - Spannung 2,7-3,5V - Leistung 105mW - Deutsches Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Diese weiße LED wird aus einem blauen Chip mit Phosphorkonvertierung hergestellt und bietet ein kompaktes Oberflächenmontagegehäuse von 3,2 mm x 1,6 mm x 0,7 mm. Sie ist für allgemeine Anzeige-, Display- und Haushaltsgeräteanwendungen konzipiert. Zu den Hauptmerkmalen gehören ein extrem weiter Abstrahlwinkel (140°), Eignung für alle SMT-Bestückungs- und Lötprozesse, Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe 3 und RoHS-Konformität. Die LED ist in mehreren Vorwärtsspannungs- und Lichtstärkebins erhältlich, um verschiedene Anwendungsanforderungen zu erfüllen.

2. Interpretation der technischen Parameter

2.1 Elektrische und optische Eigenschaften

Bei einer Testbedingung von IF = 20 mA und Ts = 25°C wird die Vorwärtsspannung (VF) in acht Bins von F2 (2,7 V – 2,8 V) bis J1 (3,4 V – 3,5 V) unterteilt. Die Lichtstärke (IV) wird unter denselben Bedingungen gemessen und reicht von 600 mcd bis 1200 mcd über zwölf Bins (1BF bis LD2). Der Abstrahlwinkel (2θ1/2) beträgt typisch 140°, während der Sperrstrom (IR) bei VR = 5 V weniger als 10 µA beträgt. Der Wärmewiderstand (RthJ-S) ist mit maximal 450 °C/W angegeben.

2.2 Absolute maximale Nennwerte

Bei Ts = 25°C gelten folgende absolute maximale Nennwerte: Verlustleistung (Pd) 105 mW, Vorwärtsstrom (IF) 30 mA, Spitzenvorwärtsstrom (IFP) 60 mA (1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Puls), elektrostatische Entladung (ESD) 1000 V (HBM), Betriebstemperatur (Topr) -40°C bis +85°C, Lagertemperatur (Tstg) -40°C bis +85°C und Sperrschichttemperatur (Tj) 95°C. Entwickler müssen sicherstellen, dass die LED niemals über diese Grenzen hinaus betrieben wird und dass bei Betrieb nahe dem maximalen Strom eine ausreichende Kühlung gewährleistet ist.

3. Binning-System

Um verschiedene Anwendungsanforderungen zu erfüllen, wird die LED nach Vorwärtsspannung, Lichtstärke und Farbart in Bins sortiert. Die Spannungsbins sind mit F2, G1, G2, H1, H2, I1, I2, J1 bezeichnet und decken jeweils einen Bereich von 0,1 V ab. Die Intensitätsbins reichen von 1BF (600–650 mcd) bis LD2 (1150–1200 mcd). Das Farbart-Binning basiert auf den CIE-1931-Koordinaten, wie im Farbartdiagramm (Abb. 1-6) und in Tabelle 1-3 dargestellt. Alle Binning-Vorgänge werden bei IF = 20 mA durchgeführt. Dieses Binning-System ermöglicht es Kunden, Komponenten mit engen Toleranzen für eine konsistente optische Leistung in der Massenproduktion auszuwählen.

4. Analyse der Leistungskurven

4.1 Vorwärtsspannung vs. Vorwärtsstrom

Wie in Abb. 1-7 gezeigt, steigt der Vorwärtsstrom im Bereich von 2,5 V bis 3,5 V nahezu linear mit der Vorwärtsspannung an, mit einem typischen Arbeitspunkt bei 20 mA und etwa 2,8 V – 3,0 V für die meisten Bins.

4.2 Relative Intensität vs. Vorwärtsstrom

Abb. 1-8 zeigt, dass die relative Lichtstärke mit zunehmendem Vorwärtsstrom bis zu 30 mA ansteigt, wobei der Verlauf leicht unterlinear ist. Bei 20 mA wird die relative Intensität auf 1,0 normiert.

4.3 Temperaturabhängigkeit

Abb. 1-9 zeigt, dass die relative Intensität mit steigender Umgebungstemperatur abnimmt und bei 85°C auf etwa 0,85 fällt. Abb. 1-10 zeigt, dass der maximal zulässige Vorwärtsstrom mit steigender Pins-Temperatur abnimmt und bei 120°C null erreicht.

4.4 Farbartverschiebung mit dem Strom

Abb. 1-11 stellt die CIE-Koordinatenverschiebung dar, wenn der Vorwärtsstrom von 1 mA auf 30 mA variiert wird. Die x- und y-Koordinaten verschieben sich mit steigendem Strom geringfügig zu niedrigeren Werten, bleiben jedoch innerhalb eines engen Bereichs.

4.5 Spektrale Verteilung

Abb. 1-12 zeigt die relative spektrale Intensität über der Wellenlänge. Das Emissionsmaximum liegt bei etwa 450 nm (blau) mit einer breiten Phosphorkomponente von 520 nm bis 700 nm, was den Gesamteindruck von Weiß ergibt.

4.6 Abstrahlcharakteristik

Abb. 1-13 zeigt die winkelabhängigen Abstrahleigenschaften. Die Lichtstärke bleibt innerhalb von ±40° über 80% des Maximums und fällt bei etwa ±70° auf 50% ab, was den sehr weiten Abstrahlwinkel von 140° bestätigt.

5. Mechanische und Verpackungsinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die LED ist in einem 3,2 mm × 1,6 mm × 0,7 mm Gehäuse untergebracht, wobei die Draufsicht zwei Anoden-/Kathodenpads zeigt. Die Ansicht von unten zeigt ein Pad-Layout mit einer Kathode von 1,40 mm × 1,70 mm und einem kleineren Anodenpad. Die Seitenansicht zeigt eine Linsenhöhe von 0,70 mm und eine Gesamtdicke von 0,70 mm. Empfohlene Lötmuster werden mit einem Pad von 1,50 mm × 1,60 mm für jede Elektrode und einem Abstand von 2,10 mm zwischen den Pads angegeben. Die Polarität ist wie in Abb. 1-4 dargestellt gekennzeichnet.

5.2 Gurtband und Rolle

Die LEDs werden in Gurtbändern mit einem Rastermaß von 2,00 mm, einer Breite von 8,00 mm und Kavitätenabmessungen entsprechend dem Gehäuse verpackt. Jede Rolle enthält 4000 Stück. Die Rolle hat einen Außendurchmesser von 178 mm ± 1 mm, einen Nabendurchmesser von 60 mm ± 0,1 mm und eine Breite von 13,0 mm ± 0,5 mm. Auf dem Gurtband ist eine Polmarkierung aufgedruckt, um die Ausrichtung während des Bestückungsprozesses anzuzeigen.

5.3 Etikett und Feuchtigkeitssperrbeutel

Jede Rolle ist mit Teilenummer, Spezifikationsnummer, Chargennummer, Bin-Code, Lichtstrom (Ф), Farbart-Bin (XY), Vorwärtsspannung (VF), Wellenlänge (WLD), Menge und Produktionsdatum gekennzeichnet. Die Rolle wird mit Trockenmittel und einer Feuchtigkeitsanzeigekarte in einem Feuchtigkeitssperrbeutel versiegelt. Der Beutel wird dann für den Versand in einen Karton gelegt.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil

Standardmäßiges bleifreies Reflow-Löten wird empfohlen, mit einer Spitzentemperatur von 260°C und einer Zeit über 217°C von 60–150 Sekunden. Das Vorheizen von 150°C auf 200°C sollte 60–120 Sekunden dauern. Die Abkühlrate darf 6°C/s nicht überschreiten. Es sind maximal zwei Reflow-Zyklen erlaubt, mit einer Wartezeit von mindestens 24 Stunden zwischen den Zyklen, wenn die LEDs in einer nicht trockenen Umgebung gelagert wurden.

6.2 Handlöten und Nacharbeit

Falls manuelles Löten erforderlich ist, sollte ein Lötkolben mit einer Temperatur unter 300°C maximal 3 Sekunden pro Pad verwendet werden, und der Vorgang sollte nur einmal durchgeführt werden. Nacharbeit sollte vermieden werden; falls unvermeidbar, muss ein Doppelspitzenlötkolben verwendet werden, um beide Pads gleichzeitig zu erhitzen. Mechanische Beanspruchung und schnelles Abkühlen nach dem Löten müssen vermieden werden.

6.3 Lager- und Backbedingungen

Vor dem Öffnen des Feuchtigkeitssperrbeutels können die LEDs bis zu 1 Jahr bei ≤30°C und ≤75% relativer Luftfeuchtigkeit gelagert werden. Nach dem Öffnen müssen die LEDs innerhalb von 168 Stunden bei ≤30°C und ≤60% relativer Luftfeuchtigkeit verarbeitet werden. Überschreitet die Expositionszeit 168 Stunden oder zeigt die Feuchtigkeitsanzeige übermäßige Feuchtigkeit an, ist vor dem Reflow-Löten ein Backen bei 60°C ± 5°C für 24 Stunden erforderlich.

7. Anwendungsempfehlungen

Diese weiße LED ist ideal für optische Anzeigen, Schalter, Symbole, Display-Hintergrundbeleuchtung und elektrische Haushaltsgeräte. Entwickler sollten sicherstellen, dass der Treiberstromkreis den Strom auf die absoluten maximalen Nennwerte begrenzt und einen Vorwiderstand enthält, um ein thermisches Durchgehen zu vermeiden. Aufgrund des weiten Abstrahlwinkels (140°) eignet sich die LED für Anwendungen, die eine gleichmäßige Lichtverteilung über eine große Fläche erfordern. Für Umgebungen mit hohen Temperaturen ist eine Derating des Vorwärtsstroms erforderlich, wie in Abb. 1-10 dargestellt.

8. Vergleichbare technische Vorteile

Im Vergleich zu herkömmlichen weißen LEDs im 3,2×1,6 mm Format bietet dieses Produkt einen größeren Spannungs-Binning-Bereich (2,7–3,5 V) und feinere Intensitäts-Binning-Schritte (50 mcd Intervalle), was eine engere optische Abstimmung in Multi-LED-Arrays ermöglicht. Der Abstrahlwinkel von 140° ist weiter als bei typischen 120°-Bauelementen und verbessert die Gleichmäßigkeit bei Hintergrundbeleuchtungs- und Anzeigeanwendungen. Der angegebene Wärmewiderstand von 450°C/W ist für diese Gehäusegröße relativ niedrig und unterstützt die Wärmeableitung.

9. Häufig gestellte Fragen

F: Kann ich diese LED im Außenbereich einsetzen?A: Der Betriebstemperaturbereich liegt zwischen -40°C und +85°C, was sie für den Innen- und einige Außenanwendungen geeignet macht, jedoch kann bei hoher Luftfeuchtigkeit oder korrosiven Atmosphären ein zusätzlicher Umgebungsschutz (z. B. Schutzlack) erforderlich sein.
F: Wie gehe ich mit der ESD-Empfindlichkeit um?A: Die LED hat eine HBM-ESD-Bewertung von 1000 V. Verwenden Sie Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen wie geerdete Arbeitsplätze, Ionisatoren und leitfähige Verpackungen.
F: Welche Reinigungsmittel sind sicher?A: Isopropylalkohol wird empfohlen. Vermeiden Sie Lösungsmittel, die die Silikonverkapselung angreifen könnten. Ultraschallreinigung wird nicht empfohlen.
F: Warum ist die Vorwärtsspannung so fein eingeteilt?A: Die feine Einteilung ermöglicht Konsistenz in Helligkeit und Farbe bei Anwendungen, bei denen mehrere LEDs parallel ohne individuelle Stromregelung betrieben werden.

10. Praktisches Anwendungsbeispiel

In einem typischen Haushaltsgerät (z. B. Waschmaschinendisplay) werden vier LEDs aus demselben Intensitäts- und Spannungsbin verwendet, um eine gleichmäßige Hintergrundbeleuchtung zu erzielen. Der weite Abstrahlwinkel von 140° sorgt für Lesbarkeit aus jeder Richtung. Die LEDs werden auf eine Leiterplatte gelötet, deren Wärmepads mit einer Kupferfläche zur Wärmeableitung verbunden sind. Zuverlässigkeitstests gemäß der Spezifikation zeigten nach 1000 Stunden Lebensdauertest bei 20 mA und 25°C Umgebungstemperatur keine Ausfälle.

11. Funktionsprinzip

Die weiße LED besteht aus einem blau emittierenden InGaN/GaN-Flip-Chip oder vertikalen Chip, der mit einem gelb emittierenden YAG:Ce-Phosphor beschichtet ist. Blaues Licht vom Chip regt den Phosphor teilweise an, der gelbes Licht emittiert. Die Kombination aus restlichem blauen und gelben Licht ergibt weißes Licht. Die genaue korrelierte Farbtemperatur (CCT) hängt von der Phosphorzusammensetzung und -dicke ab; typische Bins liegen im kaltweißen Bereich (ca. 5000K–7000K) basierend auf den angegebenen Farbartkoordinaten.

12. Entwicklungstrends

Aktuelle Trends in der LED-Industrie umfassen eine weitere Miniaturisierung (z. B. 2,0×1,2 mm Gehäuse), höhere Lichtausbeute (Ziel >130 lm/W für diese Bauform), verbesserte Phosphorstabilität und reduzierter Wärmewiderstand durch fortschrittliche Substratmaterialien. Die Integration mehrerer Chips in einem Gehäuse (CSP) und feinere Binning-Toleranzen (<0,5-Stufen-MacAdam-Ellipse) werden für hochwertige Anwendungen zum Standard.