Oberflächenmontierte LED-Bauelemente | Vollständiger Leitfaden für Displaytechnologie

Eine SMD-LED besitzt externe Lötkontakte, die mit der Leiterplatte verbunden werden. Der Halbleiterchip befindet sich im Gehäuse; er ist üblicherweise kein einzelner Chip, der direkt auf die Anzeigeplatine gesteckt wird.

SMD und Durchsteckmontage bezeichnen unterschiedliche Montagearten. Durchsteck-LEDs verwenden Anschlüsse, die durch Löcher in der Leiterplatte gesteckt werden. SMD-Gehäuse nutzen Lötpads und unterstützen die automatische Bestückung und das Reflow-Löten. Keine der beiden Montagearten allein garantiert jedoch höhere Effizienz, längere Lebensdauer oder bessere Wärmeableitung.

Ein Gehäuse vereint den Leuchtchip, die elektrischen Anschlüsse, die Trägerstruktur und den optischen Schutz. Im Folgenden werden gängige Bauformen beschrieben; Keramik-, Chip-Scale- und Flip-Chip-Designs können unterschiedliche Materialien verwenden oder einzelne Merkmale auslassen.

Der Halbleiterchip emittiert Licht, wenn Strom durch seinen pn-Übergang fließt. Gängige Materialsysteme sind:

• Indiumgalliumnitrid (InGaN): Wird für viele blaue und grüne Leuchtmittel verwendet. Weißes Licht erfordert üblicherweise eine Wellenlängenumwandlung oder Farbmischung.
• Aluminiumgalliumindiumphosphid (AlInGaP): Wird für viele rote, bernsteinfarbene und gelbe Emitter verwendet.

Im Datenblatt des Kingbright APG1608QBC/G wird als konkretes blaues Beispiel eine InGaN-Lichtquelle angegeben.

Viele Gehäuse verwenden einen metallischen Leadframe; andere ein anderes Substrat. Zu seinen Funktionen gehören:

• Unterstützung elektrischer Verbindungen zwischen dem Chip und externen Kontakten.
• Bereitstellung eines Wärmeleitpfads zu den Lötstellen und der Leiterplatte, manchmal über ein spezielles Wärmeleitpad.

Der tatsächliche Wärmepfad hängt von der Gehäusekonstruktion ab.

Bei drahtgebondeten Gehäusen werden feine Drähte verwendet, um die Chipkontakte mit den Gehäuseanschlüssen zu verbinden. Gold ist ein mögliches Material, aber keine zwingende Voraussetzung. Einige Flip-Chip-Designs verzichten auf Drahtbondierungen: Die Applikationsschrift OSLON PURE 1010 von ams OSRAM dokumentiert ein Beispiel ohne Drahtbondierung.

Silikonverkapselung schützt den Chip und trägt zur Steuerung der Lichtverteilung bei. Als Gehäuse können eine Kuppel, eine ebene Oberfläche, Epoxidharz oder eine andere optische Struktur verwendet werden. Silikon ist jedoch nicht immun gegen Beschädigungen oder Alterung: Beachten Sie daher die Anweisungen des Herstellers hinsichtlich Handhabung, Reinigung, Temperatur und Materialverträglichkeit.

Viele weiße LEDs kombinieren einen blauen Emitter mit Leuchtstoffen, die einen Teil des Lichts in längerwellige Spektren umwandeln. Das resultierende Spektrum erscheint weiß; die Wahl des Leuchtstoffs beeinflusst Farbtemperatur und Farbwiedergabe. RGB-LEDs können ebenfalls Farben mischen, um Weiß zu erzeugen, wie in den LED-Grundlagen des US-Energieministeriums erläutert wird.

Die untenstehende Grafik veranschaulicht den Prozess: Einzeln verpackte SMD-Emitter, die per Reflow auf eine Display-Leiterplatte aufgeschmolzen werden, stehen im Gegensatz zu COB-Chips, die direkt auf einem gemeinsamen Substrat montiert werden. Es handelt sich um eine vereinfachte Darstellung; nicht jedes Design verwendet Bonddrähte.

SMD-Gehäuse ermöglichen kompakte Baugruppen und eine reproduzierbare Fertigung. Die Vorteile hängen von den gewählten Komponenten, der Leiterplatte, dem Treiber, der Optik und den Betriebsbedingungen ab.

Die Oberflächenmontage unterstützt die Bestückung mit Bestückungsautomaten und das Reflow-Löten. Sie kann den manuellen Montageaufwand reduzieren, verringert aber nicht automatisch die Anzahl der Bauteile. Treiber, Strombegrenzung, Schutzschaltungen und Wärmeableitung müssen weiterhin auf die jeweilige Anwendung abgestimmt sein.

Kleine Gehäuse ermöglichen eng beieinander liegende Emitter. Bei Direct-View-Displays hängt die Auflösung vom Pixelabstand und den Bildschirmabmessungen ab, nicht allein von der Gehäusebezeichnung. Der Pixelabstand ist der Abstand zwischen den Mittelpunkten benachbarter Pixel; er unterscheidet sich von der physikalischen Breite des LED-Gehäuses.

Die Linse bzw. das Vergussmaterial schützt die internen Bauteile und formt das Licht, kann aber nicht alle physikalischen Beschädigungen verhindern. Die Abbildung unten zeigt eine weiße LED mit Chip, Leuchtstoff, Bonddraht, optischer Abdeckung, Kühlkörper und Leiterplatte. Sie stellt eine beispielhafte Konstruktion dar und nicht jede SMD-LED.

Der Betrachtungswinkel variiert je nach Bauteil und Herstellerangabe. Kingbright gibt beispielsweise für APG1608QBC/G einen vollen Betrachtungswinkel von 130 Grad bei halber Intensität an . Die Winkelintensitätskurve eines Bauteils garantiert keine gleichmäßige Farbwiedergabe über das gesamte Display; Diffusoren oder Sekundäroptiken können weiterhin erforderlich sein.

Multi-Chip-Gehäuse können RGB-Emitter, mehrere weiße Emitter oder andere Kombinationen enthalten. Die Cree LED CLY6D-FKC ist ein Beispiel für eine dreifarbige SMD-LED, die für Vollfarb-Schilder vorgesehen ist. Die Abbildung unten vergleicht hingegen eine COB-Lichtquelle mit einer Platine, die mehrere separate SMD-Emitter enthält; sie zeigt nicht mehrere Chips in einem SMD-Gehäuse.

LEDs erzeugen Licht ohne bewegliche Teile, jedoch können Lötstellen, Vergussmassen und interne Verbindungen durch Stöße, Biegung der Platine oder Temperaturschwankungen beschädigt werden. Für einen zuverlässigen Betrieb sind geeignete Montage- und Betriebsbedingungen erforderlich.

Kontext für die untenstehende Grafik: Sie vergleicht verschiedene mobile Werbeformate, nicht SMD-Komponenten: bedruckte LKW-Anzeigetafeln, digitale LED-LKW oder -Anhänger, mobile Werbetafeln, Fahrrad-/Rucksackdisplays und Fahrzeugfolierungen. Digitale Inhalte lassen sich elektronisch ändern; gedruckte Grafiken müssen physisch ausgetauscht werden. Die Angaben zu Sichtbarkeit, Kosten und Steuern sind allgemeine Aussagen und keine verifizierten Spezifikationen oder Preise für SMD-Bildschirme.

Wählen Sie den für die jeweilige Aufgabe geeigneten Emitter. Eine Anzeige, eine weiße Hintergrundbeleuchtung, ein RGB-Anzeigepixel und eine Infrarotquelle sind unterschiedliche Produkte, selbst wenn sie alle oberflächenmontiert sind.

Smartphones:

• Statusanzeigen bei Modellen, die diese beinhalten.
• Kamerablitz oder Taschenlampenbeleuchtung.
• Hintergrundbeleuchtung bei LCD-Modellen; OLED-Bildschirme benötigen keine LED-Hintergrundbeleuchtung.

Fernsehgeräte und Monitore: LED-hintergrundbeleuchtete LCD-Produkte, darunter viele QLED-Modelle, nutzen LEDs als Lichtquelle hinter dem LCD-Bildschirm. Dies unterscheidet sich von einer LED-Videowand mit direkter Bildschirmdarstellung.

Tragfähig:

• Indikatoren.
• Hintergrundbeleuchtung, wo sie für ein LCD-Design erforderlich ist.
• Emitter für ausgewählte optische Sensorfunktionen in Fitness-Trackern.

Gaming: RGB-Beleuchtung kann in folgenden Bereichen auftreten:

• Tastaturen
• Mäuse.
• Konsolen.
• PC-Komponenten.

Gartenbau: Hersteller bieten spektrale Optionen für Anbauanwendungen an; das Gartenbausortiment von Lumileds umfasst speziell entwickelte Pakete.

Medizinische Geräte: Spezielle Emitter können verwendet werden in:

• Chirurgische Beleuchtung.
• Untersuchungsleuchten.
• Speziell entwickelte Phototherapiegeräte.

UV-Härtung: Geeignete UV-Quellen können kompatible Materialien aushärten:

• Tinten.
• Harze.
• Klebstoffe.

Infrarotanwendungen:

• Kamerabeleuchtung.
• Fernsteuerungssignalisierung.

Wellenlänge, Leistung und Geräteanforderungen sind anwendungsspezifisch; herkömmliche RGB-LEDs sind kein Ersatz. Lumileds bietet eine Übersicht über Spezialprodukte, die Kamerablitze, Displays, IR- und UV-Produkte unterscheiden.

Die Größenkennzeichnungen für SMD-LEDs sind zwar nützliche Anhaltspunkte, stellen aber keine vollständige Spezifikation dar.

Viele Gehäusebezeichnungen für Beleuchtungskomponenten geben die Nennmaße in Zehntelmillimetern an. Andere Produktfamilien verwenden Zoll-basierte Codes. Überprüfen Sie stets die Gehäusezeichnung und das empfohlene Lötpad-Layout; übereinstimmende Außenmaße garantieren weder eine kompatible Leiterplatte noch die richtige Polarität.

Gängige Beispiele für Metriken sind:

• 3528: Ungefähr 3.5 × 2.8 mm.
• 5050: Ungefähr 5.0 × 5.0 mm.
• 2016: Ungefähr 2.0 × 1.6 mm.

Im Gegensatz dazu misst ein 0603- Gehäuse mit Zollabmessungen etwa 1.6 × 0.8 mm, wie im 0603-Sortiment von Kingbright dargestellt . Lesen Sie die Angabe nicht fälschlicherweise als 0.6 × 0.3 mm, ohne das Bezeichnungssystem zu überprüfen.

Kategorien überschneiden sich: Ein Gehäuse mit Top-Emission kann auch eine hohe Leistung aufweisen oder mehrere Chips enthalten. Emissionsrichtung, Gehäusematerial, Abmessungen und elektrische Nennleistung beschreiben unterschiedliche Eigenschaften. COB ist unten zum Vergleich mit gekapselten SMD-Bauteilen aufgeführt.

Standardmäßige, nach oben emittierende LEDs strahlen das Licht von der Platine weg. Einige verwenden einen PLCC-Chip (mit Kunststoffanschlüssen), andere Chip- oder Keramikbauteile. Eine ebene optische Oberfläche ist möglich, daher ist eine sichtbare Wölbung für SMD-LEDs nicht erforderlich.

Die Bezeichnung „Draufsicht“ beschreibt die Hauptabstrahlrichtung relativ zur Leiterplatte. Verwenden Sie das Strahlungsdiagramm im Datenblatt, um die Winkelabstrahlung zu beurteilen, anstatt anzunehmen, dass alle Gehäuse mit Draufsicht denselben Strahl erzeugen.

Gängige Größen und Anwendungsbereiche:

• 0201 / 0402 / 0603: Kleine Indikatorfamilien; prüfen Sie, ob der Lieferant Zollcodes verwendet.
• 0805 / 1206: Größere Indikatoren im Chip-Stil, die während der Prototypentwicklung einfacher zu handhaben sind.
• 3528: Wird in Anzeige- und Beleuchtungsprodukten verwendet; die Nennwerte variieren.
• 5050: Kann RGB oder Weiß sein. Lumileds' LUXEON 5050 Es handelt sich um eine Produktfamilie für weißes Licht, daher bedeutet der Code nicht „drei RGB-Chips“.
• 5630: Die Beleuchtungsfläche; vergleichen Sie die tatsächliche Lichtleistung mit den Nennstromwerten.
• 5730: Ein weiterer Fußabdruck, kein Beweis für eine bessere Wirksamkeit als 5630.

Die erhaltene Abbildung kennzeichnet die Pakete 2835, 5730, 3030, 3535 und 5050; es handelt sich nicht um eine maßstabsgetreue Zeichnung oder eine Leistungsrangliste.

Seitlich abstrahlende LEDs richten ihr Hauptlicht annähernd parallel zur Leiterplatte aus, nicht senkrecht dazu. Ihre optische Geometrie eignet sich für Randbeleuchtung und beengte Baugruppen. Das Gehäuse gibt die genaue Ausrichtung des internen Chips nicht vor.

Lichtrichtung:

• Entlang der Brettebene, ungefähr 90 Grad von der Normalen abgewandt.
• Nützlich zur Einkopplung von Licht in einen kantenbeleuchteten Lichtleiter.

Größen und Typen:

• Abmessungen und Teilenummern variieren. QT Brighteks QBLP615-Serie ist ein dokumentiertes Beispiel einer Seitenansicht.

Anwendungen:

• Kompatible LCD-Hintergrundbeleuchtungsdesigns.
• Taschenrechnerbeleuchtung.
• Armaturenbrettanzeigen oder Lichtleitern.
• Andere kompakte Elektronikgeräte.

Seitliche Wärmeabstrahlung bedeutet nicht zwangsläufig hohe Leistung oder erfordert eine Leiterplatte mit Metallkern. Wählen Sie die Leiterplatte und den Kühlkörper anhand der Wärmeabgabe des Gehäuses, des Wärmewiderstands, der Umgebungstemperatur und des Stroms. Bei Designs mit höherer Leistung ist unabhängig von der Emissionsrichtung eine thermische Bewertung erforderlich.

Lichtrichtung: Viele Hochleistungsgeräte emittieren nach oben; sekundäre Optiken sind optional und anwendungsabhängig.

Verpackte SMD-LEDs

• Kann einen oder mehrere Chips und ein spezielles Wärmeleitpad enthalten.
• Die Gehäusebezeichnung gibt keine Leistungsklasse an: Die Produktfamilien 2835 und 3030 umfassen auch Geräte mit mittlerer Leistung.
• Geeignete Modelle werden in Leuchten und Fahrzeugbeleuchtung eingesetzt.

COB (Chip-on-Board)

• Mehrere Chips werden auf einem gemeinsamen Substrat montiert.
• Bei COBs für weiße Beleuchtung ist oft eine gemeinsame, mit Phosphor bedeckte Emissionsfläche vorhanden; bei COBs für Displays handelt es sich um unterschiedliche Produkte.
• Optik und Wärmedesign bestimmen den nutzbaren Strahl und die Lichtausbeute.

MCOB

• Lieferanten verwenden diesen Begriff für Multi-Chip- oder Multi-COB-Konfigurationen.
• Es handelt sich nicht um eine standardisierte Garantie für niedrigere Temperaturen oder weniger Blendung.
• Vergleichen Sie die tatsächliche Konstruktion, die thermischen Daten und die Photometrie.

Übersichtstabelle zum schnellen Vergleich

Die beigefügte Tabelle verdeutlicht die untenstehende Abbildung. Die Kategorien überschneiden sich; die Gehäusegröße allein gibt weder Leistung noch Qualität an.

Wählen Sie eine oberflächenmontierte LED anhand ihres Datenblatts und der Betriebsbedingungen aus. Bewerten Sie für ein vollständiges Display auch das Modul, den Treiber, das Gehäuse und die Bildqualität.

• Lichtleistung: Vergleichen Sie die Lichtstärke in Candela oder den Lichtstrom in Lumen bei gleicher Stromstärke und Temperatur. Die Displayleuchtdichte in cd/m² ist eine andere Messgröße auf Systemebene.
• Blickwinkel: Überprüfen Sie die Intensitätskurven und die Farbkonsistenz des Bildschirms an den erforderlichen Positionen.
• Farbe: Geben Sie RGB-Wellenlängen oder, bei weißer Beleuchtung, CCT- und Farbwiedergabeanforderungen an.
• Maße: Überprüfen Sie die Abmessungen, Polarität, das Pad-Layout und den Pixelabstand der Displays.
• Elektrische und thermische Grenzwerte: Prüfen Sie die Vorwärtsspannung, den Treiberstrom, das Puls-Tastverhältnis und die Kühlung. Cree LED-Richtlinien zum Wärmemanagement erklärt den Wärmeweg von der Verbindungsstelle zur Umgebung.

EagerLED Wir liefern LED-Displayprodukte; die Auswahl eines fertigen Bildschirms unterscheidet sich vom Kauf einzelner LED-Module. Für ein Installationsangebot benötigen wir die Bildschirmabmessungen, den Einsatzort (innen oder außen), den Betrachtungsabstand, die Zugänglichkeit für Wartungsarbeiten und die Inhaltsanforderungen. Vergleichen Sie vor der Bestellung ein Modulmuster und dessen Spezifikationen. SMD- vs. COB-Display-Leitfaden erläutert die Verpackungsoptionen für Videowände.

SMD-Gehäuse sind in Displays weit verbreitet, da sie kompakte RGB-Pixel und eine automatisierte Montage ermöglichen. Dies begründet jedoch keine marktführende Stellung. COB und andere Verfahren eignen sich ebenfalls für Displayanwendungen; die optimale Wahl hängt von Pixelabstand, Umgebungsbedingungen, Handhabung und Wartungsaufwand ab.

Ein RGB-Farbpaket bringt drei Farben einander sehr nahe, doch Kalibrierung, Farbtrennung, Treibereinstellungen und optisches Design bestimmen die Gleichmäßigkeit. Beurteilen Sie einen Bildschirm aus den vorgesehenen Betrachtungswinkeln. Ein angegebener maximaler Betrachtungswinkel garantiert keine gleichbleibende Helligkeit und Farbwiedergabe über den gesamten Bereich.

Die automatisierte Bestückung ermöglicht eine reproduzierbare Produktion, die Qualität der Montage bleibt jedoch entscheidend. „Bleifrei“ bezieht sich auf die Materialzusammensetzung, nicht auf das Fehlen elektrischer Anschlüsse oder die Vibrationsunempfindlichkeit. Die SMD-Anwendungshinweise von Kingbright behandeln Themen wie Feuchtigkeit, Löten, mechanische Belastung und Vorsichtsmaßnahmen gegen elektrostatische Entladung.

Die Gehäusegröße beeinflusst zwar das Design, aber Gehäusetiefe, Kühlung, Stromversorgung und Wartungszugang bestimmen die endgültige Dicke und das Gewicht des Bildschirms. Ein LED-hintergrundbeleuchteter LCD-Fernseher und ein RGB-LED-Display mit Direktansicht sollten nicht als identische Displayarchitektur betrachtet werden.

Die SMD-Norm kennzeichnet die Montageart eines LED-Gehäuses; das Datenblatt gibt Auskunft über dessen Einsatzmöglichkeiten.

Die Abmessungen, die optische Leistung, die Ansteuerungsbedingungen und die thermischen Anforderungen müssen auf die Anwendung abgestimmt sein. Bei LED-Werbebildschirmen sollten Sie das komplette Modul inklusive Gehäuse sowie das LED-Gehäuse prüfen. Bestätigen Sie die Spezifikationen mit dem Lieferanten und testen Sie ein repräsentatives Muster, anstatt sich allein auf den Gehäusecode zu verlassen.