Dual-Color AlInGaP SMD LED Datenblatt - Grün & Orange - 5mA - 75mW - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt die Spezifikationen einer hochhellen, zweifarbigen Oberflächenmontage-LED (SMD). Das Bauteil vereint zwei unterschiedliche AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) Halbleiterchips in einem einzigen Gehäuse, wodurch die Emission von grünem und orangefarbenem Licht ermöglicht wird. Für automatisierte Bestückungsprozesse konzipiert, wird es auf 8 mm breitem Band geliefert, das auf 7-Zoll-Spulen aufgewickelt ist, was es für die Serienfertigung geeignet macht. Das Produkt entspricht der RoHS-Richtlinie und ist als umweltfreundliches Produkt klassifiziert.

Der Kernvorteil dieser LED liegt in der Verwendung der AlInGaP-Technologie, die für hohe Lichtausbeute und exzellente Farbreinheit im Vergleich zu herkömmlichen LED-Materialien bekannt ist. Die Zweifarbfähigkeit in einem einzigen, kompakten EIA-Standardgehäuse ermöglicht platzsparende Designs in Anwendungen, die mehrere Anzeigefarben oder einfache zweifarbige Statusanzeigen erfordern.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Grenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Sie gelten bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C. Für beide Chips (grün und orange) beträgt der maximale kontinuierliche Gleichstrom-Durchlassstrom 30 mA. Die Verlustleistung pro Chip ist auf 75 mW begrenzt. Ein Derating-Faktor von 0,4 mA/°C gilt linear ab 25°C, was bedeutet, dass der zulässige Durchlassstrom mit steigender Umgebungstemperatur abnimmt, um Überhitzung zu verhindern. Das Bauteil hält eine Sperrspannung von bis zu 5 V aus. Der Betriebstemperaturbereich reicht von -30°C bis +85°C, und die Lagerung ist in Umgebungen von -40°C bis +85°C möglich. Die Infrarot-Lötbedingung ist mit maximal 260°C für höchstens 5 Sekunden angegeben.

2.2 Elektrische & Optische Kennwerte

Diese Parameter werden unter Standard-Testbedingungen (Ta=25°C, IF=5mA) gemessen und definieren die typische Leistung des Bauteils.

• Lichtstärke (Iv):Für den grünen Chip beträgt die minimale Intensität 4,5 mcd, typisch ist nicht spezifiziert, und maximal sind 28,0 mcd. Für den orangefarbenen Chip beträgt das Minimum 11,2 mcd, typisch ist nicht spezifiziert, und maximal sind 71,0 mcd. Die Intensität wird mit einem Sensor gemessen, der auf die CIE-Photopische Augenempfindlichkeitskurve gefiltert ist.
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):Beide Farben haben einen typischen Abstrahlwinkel von 130 Grad. Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte ihres axialen Spitzenwerts abfällt.
• Wellenlänge:Der grüne Chip hat eine typische Spitzenemissionswellenlänge (λP) von 574 nm und eine typische dominante Wellenlänge (λd) von 571 nm. Der orangefarbene Chip hat eine typische λP von 611 nm und eine typische λd von 605 nm. Die dominante Wellenlänge ist diejenige Einzelwellenlänge, die das menschliche Auge als Farbe des Lichts wahrnimmt.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):Der grüne Chip hat einen typischen Wert von 15 nm, der orangefarbene Chip 17 nm. Dies gibt Aufschluss über die spektrale Reinheit oder Bandbreite des emittierten Lichts.
• Durchlassspannung (VF):Beide Chips haben eine typische Durchlassspannung von 1,9 V und einen Maximalwert von 2,3 V bei einem Strom von 5 mA.
• Sperrstrom (IR):Der maximale Sperrstrom für beide Chips beträgt 10 µA bei einer angelegten Sperrspannung von 5 V.

3. Erklärung des Binning-Systems

Die Lichtstärke der LEDs wird in Bins sortiert, um die Konsistenz innerhalb einer Produktionscharge sicherzustellen. Jeder Bin hat einen definierten Minimal- und Maximalwert für die Intensität, wobei auf jeden Bin eine Toleranz von +/-15% angewendet wird.

Grüne Farb-Bins:

- Bin J: 4,5 mcd (Min) bis 7,1 mcd (Max)

- Bin K: 7,1 mcd bis 11,2 mcd

- Bin L: 11,2 mcd bis 18,0 mcd

- Bin M: 18,0 mcd bis 28,0 mcd

Orangefarbene Bins:

- Bin L: 11,2 mcd bis 18,0 mcd

- Bin M: 18,0 mcd bis 28,0 mcd

- Bin N: 28,0 mcd bis 45,0 mcd

- Bin P: 45,0 mcd bis 71,0 mcd

Dieses Binning ermöglicht es Konstrukteuren, LEDs mit vorhersehbaren Helligkeitsstufen für ihre Anwendung auszuwählen, was entscheidend für ein einheitliches Erscheinungsbild in Multi-LED-Arrays oder das Erfüllen spezifischer Helligkeitsanforderungen ist.

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt verweist auf typische Leistungskurven, die für das Verständnis des Bauteilverhaltens unter nicht-standardisierten Bedingungen wesentlich sind. Obwohl die spezifischen Graphen nicht im Text reproduziert sind, umfassen sie typischerweise:

• Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom:Zeigt, wie die Lichtleistung mit dem Treiberstrom zunimmt, typischerweise nicht-linear, und hebt den Punkt abnehmender Erträge oder möglicher Sättigung hervor.
• Durchlassspannung vs. Durchlassstrom:Veranschaulicht die IV-Kennlinie der Diode, entscheidend für den Entwurf einer geeigneten strombegrenzenden Schaltung.
• Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Demonstriert den thermischen Quenching-Effekt, bei dem die Lichtleistung mit steigender Sperrschichttemperatur abnimmt. Dies ist kritisch für Anwendungen in Hochtemperaturumgebungen.
• Spektrale Verteilung:Ein Graph, der die relative Leistung über verschiedene Wellenlängen zeigt, zentriert um die Spitzenwellenlänge, wobei die Halbwertsbreite deutlich sichtbar ist.

Diese Kurven ermöglichen es Ingenieuren, die Leistung in realen Szenarien vorherzusagen, nicht nur am Standard-Testpunkt von 25°C, 5mA.

5. Mechanische & Verpackungsinformationen

Das Bauteil entspricht einem EIA-Standardgehäuse. Detaillierte Gehäuseabmessungszeichnungen sind im Datenblatt enthalten, die alle kritischen Längen, Breiten, Höhen und Anschlussabstände in Millimetern spezifizieren. Ein empfohlenes Lötpad-Layout (Land Pattern) wird bereitgestellt, um zuverlässige Lötstellenbildung und korrekte Ausrichtung während des Reflow-Lötens zu gewährleisten. Die Pinbelegung ist klar definiert: Pins 1 und 3 sind für den grünen Chip, und Pins 2 und 4 sind für den orangefarbenen Chip. Diese Information ist für PCB-Layout-Designer entscheidend, um korrekte Footprints zu erstellen.

Die LEDs werden im Band-und-Rolle-Format geliefert, das mit automatischen Bestückungsmaschinen kompatibel ist. Die Bandbreite beträgt 8 mm, aufgewickelt auf einer Standard-7-Zoll-Rolle. Jede Rolle enthält 4000 Stück. Die Verpackungsspezifikationen folgen den ANSI/EIA 481-1-A-1994 Standards, mit Regeln zur Mindestbestellmenge (500 Stück für Restposten) und maximal aufeinanderfolgenden fehlenden Bauteilen (zwei).

6. Löt- & Bestückungsanleitung

6.1 Reflow-Lötprofile

Zwei empfohlene Infrarot (IR) Reflow-Profile werden bereitgestellt: eines für den Standard (Zinn-Blei) Lötprozess und eines für den bleifreien (SnAgCu) Lötprozess. Das bleifreie Profil erfordert eine höhere Spitzentemperatur. Die allgemeine Empfehlung ist eine Vorwärmzone von 120-150°C, eine Vorwärmzeit unter 120 Sekunden, eine Spitzentemperatur von maximal 260°C und eine Zeit oberhalb dieser Spitzentemperatur, begrenzt auf 5 Sekunden. Diese Parameter sind entscheidend, um thermische Schäden am Kunststoffgehäuse der LED und den internen Bonddrähten zu verhindern.

6.2 Lagerung & Handhabung

LEDs sollten in einer Umgebung von maximal 30°C und 70% relativer Luftfeuchtigkeit gelagert werden. Nach dem Entfernen aus der original feuchtigkeitsdichten Verpackung sollten sie innerhalb einer Woche dem IR-Reflow-Löten unterzogen werden. Für längere Lagerung außerhalb des originalen Beutels müssen sie in einem verschlossenen Behälter mit Trockenmittel oder in einer Stickstoffatmosphäre aufbewahrt werden. Wenn sie länger als eine Woche unverpackt gelagert wurden, ist vor dem Löten ein Ausheizen bei etwa 60°C für mindestens 24 Stunden erforderlich, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und \"Popcorning\" während des Reflow zu verhindern.

6.3 Reinigung

Es sollten nur spezifizierte Reinigungsmittel verwendet werden. Nicht spezifizierte Chemikalien können die Epoxidlinse beschädigen. Falls Reinigung notwendig ist, wird ein kurzes Eintauchen in Ethylalkohol oder Isopropylalkohol bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute empfohlen.

7. Anwendungsvorschläge

7.1 Typische Anwendungsszenarien

Diese zweifarbige LED ist ideal für Statusanzeigen, Hintergrundbeleuchtung von Tasten oder Icons und Panel-Displays in Unterhaltungselektronik, Bürogeräten, Kommunikationsgeräten und Haushaltsgeräten. Ihre Zweifarbnatur ermöglicht es, zwei unterschiedliche Zustände (z.B. Ein/gün, Standby/orange; Ladezustand; Netzwerkaktivität) von einer einzigen Bauteilposition aus anzuzeigen, was Leiterplattenfläche und Kosten spart.

7.2 Design-Überlegungen

Treiber-Schaltung:LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Um eine gleichmäßige Helligkeit zu gewährleisten, wenn mehrere LEDs parallel geschaltet sind, wird dringend empfohlen, für jede einzelne LED einen seriellen strombegrenzenden Widerstand zu verwenden (Schaltungsmodell A). Das direkte Parallelschalten mehrerer LEDs von einer Spannungsquelle mit einem einzigen gemeinsamen Widerstand (Schaltungsmodell B) wird nicht empfohlen, da geringe Unterschiede in der Durchlassspannung (VF) zwischen einzelnen LEDs zu erheblichen Unterschieden in der Stromaufteilung und folglich der Helligkeit führen.

Elektrostatische Entladung (ESD) Schutz:Die LED ist empfindlich gegenüber ESD. Vorbeugende Maßnahmen müssen während der Handhabung und Bestückung umgesetzt werden: Verwenden Sie geerdete Handgelenkbänder und Arbeitsplätze, setzen Sie Ionisatoren ein, um statische Aufladung auf der Linse zu neutralisieren, und lagern Sie Bauteile in antistatischer Verpackung. ESD-Schäden äußern sich oft als ungewöhnlich hoher Sperrleckstrom.

8. Technischer Vergleich & Differenzierung

Das Hauptunterscheidungsmerkmal dieses Produkts ist die Verwendung von AlInGaP-Halbleitermaterial für beide Farben. Im Vergleich zu älteren Technologien wie Standard-GaP (Galliumphosphid) bietet AlInGaP eine deutlich höhere Lichtausbeute, was zu hellerer Abgabe bei gleichem Treiberstrom führt. Das Zwei-Chips-in-einem-Gehäuse-Design bietet eine kompakte Alternative zur Verwendung von zwei separaten einfarbigen LEDs, reduziert die Bauteilanzahl, Bestückungszeit und den PCB-Footprint. Der breite 130-Grad-Abstrahlwinkel macht es für Anwendungen geeignet, bei denen die Anzeige aus einem breiten Blickwinkel sichtbar sein muss.

9. Häufig gestellte Fragen (Basierend auf technischen Parametern)

F: Kann ich diese LED kontinuierlich mit 20mA betreiben?

A: Ja. Der maximale kontinuierliche Gleichstrom-Durchlassstrom beträgt 30 mA, daher liegt 20 mA im sicheren Betriebsbereich. Konsultieren Sie jedoch stets die Derating-Kurve, wenn bei hohen Umgebungstemperaturen gearbeitet wird.

F: Warum ist ein Serienwiderstand für jede parallel geschaltete LED notwendig?

A: Die Durchlassspannung (VF) von LEDs unterliegt einer Fertigungstoleranz. Ohne individuelle Widerstände werden LEDs mit einer leicht niedrigeren VF unverhältnismäßig mehr Strom ziehen, heller werden und möglicherweise überhitzen, während solche mit einer höheren VF dunkel bleiben. Der Widerstand fungiert als einfacher Stromregler für jede LED.

F: Was bedeutet \"dominante Wellenlänge\" im Vergleich zu \"Spitzenwellenlänge\"?

A: Die Spitzenwellenlänge ist die Einzelwellenlänge, bei der die emittierte optische Leistung am höchsten ist. Die dominante Wellenlänge wird aus den Farbkoordinaten auf dem CIE-Farbdiagramm abgeleitet und repräsentiert die Einzelwellenlänge, die das menschliche Auge als Farbe des Lichts wahrnimmt. Sie ist oft der relevantere Parameter für die Farbspezifikation.

F: Wie interpretiere ich den Bin-Code L für Orange?

A: Wenn Sie LEDs aus Bin L für die orangefarbene Variante erhalten, können Sie erwarten, dass die Lichtstärke jeder LED, gemessen bei 5mA, zwischen 11,2 mcd und 18,0 mcd liegt, wobei auf diese Bin-Grenzen eine Toleranz von +/-15% angewendet wird.

10. Praktische Design-Fallstudie

Szenario:Entwurf einer Statusanzeige für einen Netzwerkrouter, die Strom (konstant grün) und Datenaktivität (blinkend orange) anzeigt.

Umsetzung:Eine einzelne LTST-C195KGKFKT-5A LED kann verwendet werden. Pins 1/3 (grün) werden mit einem GPIO-Pin verbunden, der auf einen konstant hohen Logikpegel gesetzt ist, wenn die Stromversorgung eingeschaltet ist, über einen geeigneten strombegrenzenden Widerstand (z.B. berechnet für ~5-10mA aus einer 3,3V-Versorgung: R = (3,3V - 1,9V) / 0,005A ≈ 280Ω). Pins 2/4 (orange) werden mit einem anderen GPIO-Pin verbunden, der vom Netzwerkcontroller gesteuert wird, um im Takt mit Datenpaketen zu blinken. Die Verwendung separater Widerstände für jeden Farbkanal ist essentiell. Der breite Abstrahlwinkel stellt sicher, dass der Status von überall im Raum sichtbar ist. Das Design spart einen LED-Footprint im Vergleich zu einer Zwei-LED-Lösung.

11. Funktionsprinzip

Eine LED ist eine Halbleiterdiode. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die ihre charakteristische Durchlassspannung (VF) überschreitet, werden Elektronen aus dem n-Typ-Halbleiter und Löcher aus dem p-Typ-Halbleiter in den aktiven Bereich injiziert. Wenn sich ein Elektron mit einem Loch rekombiniert, wird Energie in Form eines Photons (Licht) freigesetzt. Die spezifische Wellenlänge (Farbe) dieses Lichts wird durch die Bandlücke des Halbleitermaterials bestimmt. AlInGaP hat eine Bandlücke, die Licht im roten, orangefarbenen, bernsteinfarbenen und grünen Bereich des sichtbaren Spektrums erzeugt, abhängig von seiner genauen Zusammensetzung. Dieses Bauteil enthält zwei separate AlInGaP-Chips mit unterschiedlicher Zusammensetzung, die so gezüchtet wurden, dass sie grünes und orangefarbenes Licht emittieren, eingebettet in einer klaren (wasserklaren) Epoxidlinse, die auch als primäres optisches Element dient.

12. Technologietrends

Der Trend bei Anzeige-LEDs geht weiterhin in Richtung höherer Effizienz, kleinerer Gehäuse und geringeren Stromverbrauchs. Die AlInGaP-Technologie stellt eine ausgereifte und effiziente Lösung für Rot-bis-Grün-Farben dar. Die laufende Entwicklung konzentriert sich auf die Verbesserung der Effizienz bei höheren Treiberströmen und die Erhöhung der Farbstabilität über Temperatur und Lebensdauer. Integration, wie der zweifarbige Chip in diesem Datenblatt, ist ein Schlüsseltrend zur Reduzierung der Systemgröße und -komplexität. Darüber hinaus ist die Kompatibilität mit bleifreien, Hochtemperatur-Reflow-Prozessen mittlerweile eine Standardanforderung für alle SMD-Bauteile, um globale Umweltvorschriften zu erfüllen. Zukünftige Entwicklungen könnten eine weitere Integration von Steuerschaltungen oder mehreren Farben in noch kleinere Gehäuse-Footprints umfassen.