LTST-S115TGKFKT Zweifarbige SMD LED Datenblatt - Seitenansicht Gehäuse - Grün (530nm) & Orange (611nm) - 3,2V/2,0V - 76mW/75mW - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument enthält die vollständigen technischen Spezifikationen für eine zweifarbige SMD LED (Surface-Mount Device) in Seitenansicht. Diese Komponente wurde speziell für Anwendungen entwickelt, die eine kompakte, hochhelle Beleuchtung von der Seite erfordern, wobei der primäre Zielmarkt Hintergrundbeleuchtungseinheiten für LCD-Panels ist. Ihre Kernvorteile umfassen die Integration von zwei verschiedenen Halbleiterchips in einem einzigen Gehäuse, die Kompatibilität mit automatisierten Bestückungsprozessen sowie die Einhaltung der RoHS- und Green-Product-Standards.

Die LED verfügt über eine wasserklare Linse und beherbergt zwei separate lichtemittierende Chips: einen für grünes und einen für orangefarbenes Licht. Dieses Design ermöglicht Farbmischung oder unabhängige Steuerung in platzbeschränkten Designs. Das Bauteil wird auf einer industrieüblichen 8-mm-Tragebahn geliefert, die auf 7-Zoll-Spulen aufgewickelt ist, was eine automatisierte Pick-and-Place-Bestückung und Reflow-Lötung in hohen Stückzahlen erleichtert.

2. Tiefgehende Interpretation der technischen Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Ein Betrieb unter oder an diesen Grenzen wird nicht garantiert. Zu den Schlüsselparametern gehören:

• Verlustleistung (Pd):76 mW für den grünen Chip, 75 mW für den orangen Chip. Dies ist die maximal zulässige Leistung, die die LED bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C als Wärme abführen kann. Das Überschreiten dieses Limits birgt das Risiko eines thermischen Durchgehens und eines Ausfalls.
• Spitzen-Strom (I_FP):100 mA (grün) und 80 mA (orange) unter gepulsten Bedingungen (1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Pulsbreite). Dieser Wert ist deutlich höher als der DC-Wert und ermöglicht kurze Hochstromimpulse für Anwendungen wie Multiplexing oder das Erreichen einer momentanen Spitzenhelligkeit.
• DC-Vorwärtsstrom (I_F):20 mA (grün) und 30 mA (orange). Dies ist der empfohlene Dauerbetriebsstrom für eine zuverlässige Langzeitleistung.
• Sperrspannung (V_R):5 V für beide Chips. Das Anlegen einer Sperrspannung, die diesen Wert überschreitet, kann einen sofortigen und katastrophalen Sperrschichtdurchbruch verursachen. Das Datenblatt weist ausdrücklich darauf hin, dass ein Betrieb mit Sperrspannung nicht kontinuierlich erfolgen darf.
• Temperaturbereiche:Betrieb von -20°C bis +80°C; Lagerung von -30°C bis +100°C. Diese definieren die Umgebungsgrenzen für den funktionalen Einsatz und die nicht betriebsbereite Lagerung.
• Infrarot-Lötbedingung:Hält 260°C für 10 Sekunden stand, was eine Standardanforderung für bleifreie (Pb-freie) Reflow-Lötprozesse gemäß IPC/JEDEC-Standards ist.

2.2 Elektrische & Optische Kennwerte

Dies sind die typischen Leistungsparameter, gemessen bei Ta=25°C und I_F=20mA, die das erwartete Verhalten unter normalen Betriebsbedingungen darstellen.

• Lichtstärke (I_V):Der grüne Chip hat ein Minimum von 71,0 mcd und ein Maximum von 450,0 mcd. Der orange Chip hat ein Minimum von 28,0 mcd und ein Maximum von 280,0 mcd. Die große Spanne wird durch ein Binning-System verwaltet (später detailliert). Die Lichtstärke wird mit einem Sensor gemessen, der gefiltert ist, um der photopischen (CIE) Empfindlichkeitskurve des menschlichen Auges zu entsprechen.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):Ein typischer Wert von 130 Grad für beide Farben. Dieser große Abstrahlwinkel ist charakteristisch für Seitenansichts-LEDs und ideal für Hintergrundbeleuchtungsanwendungen, bei denen eine gleichmäßige Lichtverteilung über ein Panel erforderlich ist.
• Spitzenwellenlänge (λ_P):Typischerweise 530 nm für grün und 611 nm für orange. Dies ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsverteilung maximal ist.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):Typischerweise 525 nm für grün und 605 nm für orange. Dies ist die einzelne Wellenlänge, die vom menschlichen Auge wahrgenommen wird und die Farbe definiert, abgeleitet aus dem CIE-Farbdiagramm. Es ist der relevantere Parameter für die Farbangabe.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):Typischerweise 35 nm für grün und 17 nm für orange. Dies gibt die spektrale Reinheit an; eine schmalere Halbwertsbreite bedeutet eine gesättigtere, reine Farbe. Der orange AlInGaP-Chip weist in diesem Bauteil eine höhere Farbreinheit auf als der grüne InGaN-Chip.
• Durchlassspannung (V_F):Typischerweise 3,2 V (max. 3,6 V) für grün und 2,0 V (max. 2,4 V) für orange bei 20mA. Dieser Parameter ist entscheidend für den Treiberschaltungsentwurf, da die beiden Chips für denselben Strom unterschiedliche Versorgungsspannungen benötigen.
• Sperrstrom (I_R):Maximal 10 µA für beide bei V_R=5V. Ein niedriger Sperrstrom ist ein Indikator für eine hochwertige Halbleitersperrschicht.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um die Konsistenz in der Massenproduktion sicherzustellen, werden LEDs nach Leistungsklassen sortiert. Dieses System ermöglicht es Konstrukteuren, Bauteile auszuwählen, die bestimmte Mindestkriterien für ihre Anwendung erfüllen.

3.1 Binning der Lichtstärke

Die Lichtausbeute wird in Klassen eingeteilt, die durch Buchstaben gekennzeichnet sind. Jede Klasse hat einen definierten Minimal- und Maximalwert für die Lichtstärke, mit einer Toleranz von +/-15% innerhalb jeder Klasse.

• Grüner Chip:Klassen Q (71,0-112,0 mcd), R (112,0-180,0 mcd), S (180,0-280,0 mcd), T (280,0-450,0 mcd).
• Oranger Chip:Klassen N (28,0-45,0 mcd), P (45,0-71,0 mcd), Q (71,0-112,0 mcd), R (112,0-180,0 mcd), S (180,0-280,0 mcd).

3.2 Binning der dominanten Wellenlänge (nur grün)

Die grünen Chips werden auch nach dominanter Wellenlänge sortiert, um die Farbkonsistenz zu steuern.

• Klassen AP (520,0-525,0 nm), AQ (525,0-530,0 nm), AR (530,0-535,0 nm). Die Toleranz für jede Wellenlängenklasse beträgt +/- 1 nm.

Spezifische Klassenkombinationen für das vollständige Bauteil (z.B. Lichtstärkenklasse für grün, Lichtstärkenklasse für orange, Wellenlängenklasse für grün) werden typischerweise in einem vollständigen Bestellcode angegeben oder sind beim Hersteller erhältlich.

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt verweist auf typische Kennlinien, die für das Verständnis des Bauteilverhaltens unter variierenden Bedingungen wesentlich sind. Obwohl die genauen Grafiken im Text nicht enthalten sind, sind ihre Standardinterpretationen:

• I-V-Kennlinie (Strom-Spannungs-Kennlinie):Zeigt die Beziehung zwischen Durchlassspannung (V_F) und Durchlassstrom (I_F). Sie ist nichtlinear, mit einer Schwellspannung (ca. 2,8V für grün, 1,8V für orange), nach der der Strom schnell ansteigt. Diese Kurve ist entscheidend für den Entwurf von Konstantstromtreibern.
• Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom:Zeigt, wie die Lichtausbeute mit dem Strom zunimmt, typischerweise in einem nahezu linearen Verhältnis innerhalb des empfohlenen Betriebsbereichs. Ein Betrieb oberhalb von I_Fbringt abnehmende Erträge und erhöht die Wärmeentwicklung.
• Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Zeigt die Reduzierung der Lichtausbeute mit steigender Sperrschichttemperatur. LEDs sind bei höheren Temperaturen weniger effizient. Diese Kurve ist entscheidend für das Wärmemanagement-Design, um eine konstante Helligkeit aufrechtzuerhalten.
• Spektrale Verteilung:Eine Darstellung der relativen Strahlungsleistung gegenüber der Wellenlänge, die das Maximum (λ_P) und die Halbwertsbreite (Δλ) zeigt.

5. Mechanische & Verpackungsinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen und Polarität

Das Bauteil verwendet einen standardmäßigen EIA-Gehäusefußabdruck. Die Pinbelegung ist klar definiert: Kathode 2 (C2) ist für den grünen (InGaN) Chip, und Kathode 1 (C1) ist für den orangen (AlInGaP) Chip. Die gemeinsame Anodenkonfiguration ist typisch für Mehrchip-LEDs. Detaillierte Maßzeichnungen (im Textauszug nicht vollständig detailliert) würden genaue Längen-, Breiten-, Höhenmaße, Anschlussabstände und Linsengeometrie liefern, alle mit einer Standardtoleranz von ±0,10 mm.

5.2 Vorgeschlagenes Lötpad-Layout und Ausrichtung

Das Datenblatt enthält Empfehlungen für das Leiterplatten-Landpattern (Lötpad-Abmessungen) und die Ausrichtung für die Lötung. Die Einhaltung dieser Richtlinien gewährleistet eine korrekte mechanische Ausrichtung, eine zuverlässige Lötstellenbildung und verhindert Probleme wie "Tombstoning" während des Reflow-Lötens.

6. Löt- & Bestückungsrichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil

Ein vorgeschlagenes Infrarot (IR) Reflow-Profil für bleifreie Prozesse wird bereitgestellt. Zu den Schlüsselparametern dieses Profils, das mit JEDEC-Standards übereinstimmt, gehören:

• Vorwärmen:150-200°C für maximal 120 Sekunden, um die Leiterplatte und die Bauteile allmählich zu erwärmen, das Flussmittel zu aktivieren und thermischen Schock zu minimieren.
• Spitzentemperatur:Maximal 260°C. Das Bauteil ist dafür ausgelegt, dieser Temperatur für 10 Sekunden standzuhalten.
• Das Profil betont, dass eine platinenspezifische Charakterisierung aufgrund von Variationen im Leiterplattendesign, den Komponenten und der Lötpaste notwendig ist.

6.2 Handlötung

Falls manuelles Löten erforderlich ist, wird eine Lötkolbentemperatur von nicht mehr als 300°C empfohlen, mit einer Lötzeit von maximal 3 Sekunden pro Lötstelle. Dies sollte nur einmal durchgeführt werden, um thermische Schäden am Kunststoffgehäuse und den Bonddrähten im Inneren zu vermeiden.

6.3 Reinigung

Es sollten nur spezifizierte Reinigungsmittel verwendet werden. Die empfohlene Methode ist das Eintauchen in Ethylalkohol oder Isopropylalkohol bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute. Aggressive oder nicht spezifizierte Chemikalien können die Epoxidlinse und das Gehäuse beschädigen, was zu einer verringerten Lichtausbeute oder einem vorzeitigen Ausfall führt.

6.4 Lagerung und Handhabung

LEDs sind feuchtigkeitsempfindliche Bauteile (MSD).

• Versiegelte Verpackung:Lagerung bei ≤30°C und ≤90% rF. Die Haltbarkeit in der feuchtigkeitsgeschützten Beutel mit Trockenmittel beträgt ein Jahr.
• Geöffnete Verpackung:Die Lagerbedingungen sollten 30°C und 60% rF nicht überschreiten. Komponenten, die aus ihrer Originalverpackung entnommen wurden, sollten innerhalb einer Woche reflow-gelötet werden. Für eine längere Lagerung müssen sie in einem verschlossenen Behälter mit Trockenmittel oder in einem Stickstoff-Exsikkator aufbewahrt werden. Wenn sie länger als eine Woche offen gelagert wurden, ist vor der Bestückung ein Ausheizen bei etwa 60°C für mindestens 20 Stunden erforderlich, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und "Popcorning" während des Reflow-Lötens zu verhindern.

7. Verpackungs- & Bestellinformationen

Das Produkt wird in einem Band-und-Spulen-Format geliefert, das mit automatischen SMD-Bestückungsgeräten kompatibel ist.

• Spule:Spule mit 7 Zoll Durchmesser.
• Tragebahn:8 mm breite Trägerbahn.
• Menge:3000 Stück pro voller Spule. Eine Mindestpackmenge von 500 Stück ist für Restmengen verfügbar.
• Qualität:Die Verpackung entspricht den ANSI/EIA 481-1-A-1994-Spezifikationen. Leere Taschen in der Bahn sind mit einem Deckband versiegelt. Die maximale Anzahl aufeinanderfolgender fehlender Komponenten ("fehlende Lampen") beträgt zwei.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

Die primäre und ausdrücklich genannte Anwendung istLCD-Hintergrundbeleuchtung, insbesondere für kleine bis mittelgroße Displays, bei denen Seitenansichts-LEDs verwendet werden, um Licht in eine Lichtleitplatte (LGP) einzukoppeln. Die Zweifarben-Fähigkeit ermöglicht einstellbare weiße Hintergrundbeleuchtungen (durch Mischen von Grün und Orange mit einer blauen LED an anderer Stelle) oder das Erzeugen spezifischer Farbakzente und Indikatoren innerhalb des Displayaufbaus. Weitere potenzielle Anwendungen sind Statusanzeigen, Panelbeleuchtung und dekorative Beleuchtung in Unterhaltungselektronik, Bürogeräten und Kommunikationsgeräten.

8.2 Designüberlegungen

• Treiber-Schaltung:Da die grünen und orangen Chips unterschiedliche Durchlassspannungen haben (3,2V vs. 2,0V), können sie nicht in einer einfachen Parallelschaltung von einer einzigen Konstantspannungsquelle ohne strombegrenzende Widerstände für jeden Chip betrieben werden. Ein Konstantstromtreiber wird für optimale Leistung und Stabilität empfohlen.
• Wärmemanagement:Obwohl die Verlustleistung gering ist, kann ein ordnungsgemäßes Leiterplattenlayout mit ausreichender Wärmeableitung und möglicherweise einer kleinen Kupferfläche helfen, Wärme abzuführen, insbesondere wenn in der Nähe des maximalen Stroms oder bei erhöhten Umgebungstemperaturen gearbeitet wird. Dies erhält die Lumenausbeute und die Lebensdauer.
• Optisches Design:Der 130-Grad-Abstrahlwinkel ist für kantenbeleuchtete Hintergrundbeleuchtungen geeignet. Das Design der Lichtleitplatte, der Diffusoren und der Reflektoren muss optimiert werden, um sich mit dem Abstrahlverhalten dieser LED für eine gleichmäßige Ausleuchtung zu koppeln.

9. Technischer Vergleich & Differenzierung

Dieses Bauteil bietet spezifische Vorteile in seiner Nische:

• Dual-Chip-Integration:Im Vergleich zur Verwendung von zwei separaten einfarbigen LEDs spart dieses Gehäuse Leiterplattenplatz, vereinfacht die Bestückung (ein Bestückungsschritt) und gewährleistet eine präzise mechanische Ausrichtung zwischen den beiden Lichtquellen, was für die Farbmischung entscheidend ist.
• Seitenansichts-Formfaktor:Im Vergleich zu Draufsicht-LEDs ist das Seitenansichtsgehäuse für schlanke Hintergrundbeleuchtungsmodule unerlässlich, bei denen die Höhe (Z-Achse) begrenzt ist und das Licht parallel zur Leiterplattenebene abgestrahlt werden muss.
• Chip-Technologie:Die Verwendung von AlInGaP für Orange bietet eine höhere Effizienz und bessere Temperaturstabilität im Vergleich zu älteren Technologien wie GaAsP, was zu einer helleren und konsistenteren orangen Lichtausbeute führt.
• Prozesskompatibilität:Die volle Kompatibilität mit Reflow-Lötung und automatischer Bestückung macht es für moderne, hochvolumige Fertigungslinien geeignet.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F1: Kann ich sowohl den grünen als auch den orangen Chip gleichzeitig mit ihrem maximalen DC-Strom (20mA und 30mA) betreiben?

A1: Ja, aber Sie müssen die gesamte Verlustleistung berücksichtigen. Gleichzeitiger Betrieb mit Maximalstrom würde eine Leistung von etwa (3,2V * 0,02A) + (2,0V * 0,03A) = 0,124W abführen. Dies liegt unter den einzelnen Pd-Werten, aber nahe an deren Summe. Ein angemessenes thermisches Design auf der Leiterplatte ist notwendig, um zu verhindern, dass die Sperrschichttemperatur sichere Grenzen überschreitet, insbesondere in einem geschlossenen Gehäuse.

F2: Warum beträgt die Sperrspannungsfestigkeit nur 5V, und was bedeutet "kann nicht kontinuierlich betrieben werden"?

A2: LED-Halbleitersperrschichten sind nicht dafür ausgelegt, hohe Sperrspannungen zu blockieren. Eine 5V-Festigkeit ist typisch. Der Satz bedeutet, dass selbst das kontinuierliche Anlegen einer Sperrspannung unter 5V nicht empfohlen oder spezifiziert ist. Im Schaltungsentwurf muss sichergestellt werden, dass die LED niemals einer Sperrvorspannung ausgesetzt ist, oder es sollte bei Bedarf eine Schutzdiode parallel geschaltet werden.

F3: Wie interpretiere ich die Binning-Codes bei der Bestellung?

A3: Sie würden die erforderlichen Binning-Codes für die Lichtstärke (sowohl für grün als auch für orange) und für die dominante Wellenlänge (für grün) angeben, um sicherzustellen, dass Ihr Produkt LEDs mit den gewünschten Helligkeits- und Farbcharakteristiken erhält. Zum Beispiel könnten Sie Bauteile bestellen, die als "Grün: Lichtstärke T, Wellenlänge AQ; Orange: Lichtstärke R" klassifiziert sind. Konsultieren Sie den Hersteller für das genaue Bestellcode-Format.

11. Praktisches Designbeispiel

Szenario:Entwurf einer Statusanzeige für ein Gerät, das zwei verschiedene Farben (grün für "Bereit", orange für "Standby/Warnung") in einem extrem platzbeschränkten Bereich am Rand einer Leiterplatte benötigt, die vertikal im Produktgehäuse montiert ist.

Umsetzung:Die LTST-S115TGKFKT ist eine ideale Wahl. Es wird ein einziger Bauteil-Fußabdruck verwendet. Ein einfacher Mikrocontroller-GPIO-Pin kann über einen geeigneten strombegrenzenden Widerstand (berechnet basierend auf dem gewünschten Strom, bis zu 20/30mA, und der Versorgungsspannung) mit jeder Kathode (C1 für orange, C2 für grün) verbunden werden, wobei die gemeinsame Anode mit der positiven Versorgung verbunden ist. Die Seitenansichts-Abstrahlung ermöglicht es, das Licht durch eine kleine Öffnung oder einen Lichtleiter an der Seite des Gerätegehäuses auszurichten. Der große Abstrahlwinkel stellt sicher, dass die Anzeige aus einem breiten Blickwinkel sichtbar ist. Das reflow-kompatible Gehäuse ermöglicht es, es zusammen mit allen anderen SMD-Komponenten in einem Durchgang zu löten.

12. Prinzipielle Einführung

Die Lichtemission in LEDs basiert auf Elektrolumineszenz in einer Halbleiter-p-n-Sperrschicht. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, werden Elektronen und Löcher in den aktiven Bereich injiziert, wo sie rekombinieren und Energie in Form von Photonen freisetzen. Die Farbe (Wellenlänge) des emittierten Lichts wird durch die Bandlückenenergie des Halbleitermaterials bestimmt.

• Grüner Chip (InGaN):Indiumgalliumnitrid ist ein Verbindungshalbleiter, dessen Bandlücke durch Anpassen des Indium/Gallium-Verhältnisses eingestellt werden kann, um im blauen bis grünen Spektrum zu emittieren. Hier ist er für grüne Emission bei ~530 nm ausgelegt.
• Oranger Chip (AlInGaP):Aluminiumindiumgalliumphosphid ist ein weiterer Verbindungshalbleiter, der für hohe Effizienz im roten, orangen und gelben Wellenlängenbereich bekannt ist. Seine Bandlücke ist hier für orangefarbene Emission bei ~611 nm eingestellt.

Die beiden Chips sind auf einem Leadframe innerhalb eines einzelnen Epoxidgehäuses mit einer wasserklaren Linse montiert, die das emittierte Licht minimal absorbiert, was eine hohe optische Effizienz ermöglicht.

13. Entwicklungstrends

Das Feld der SMD-LEDs entwickelt sich weiter, mit mehreren klaren Trends, die für Komponenten wie diese relevant sind:

• Erhöhte Effizienz (lm/W):Fortlaufende Verbesserungen in der Materialwissenschaft und im Chipdesign zielen darauf ab, mehr Licht (Lumen) aus derselben elektrischen Eingangsleistung (Watt) zu extrahieren, um den Energieverbrauch und die Wärmebelastung zu reduzieren.
• Höhere Zuverlässigkeit und Lebensdauer:Fortschritte bei Verpackungsmaterialien, Die-Attach-Techniken und Phosphor-Technologie (wo zutreffend) verlängern die Betriebslebensdauer und verbessern die Leistung unter rauen Umgebungsbedingungen.
• Miniaturisierung:Das Streben nach kleineren elektronischen Geräten treibt die Entwicklung von LEDs in noch kleineren Gehäusefußabdrücken und niedrigeren Bauhöhen bei gleichbleibender oder steigender Lichtausbeute voran.
• Farbpräzision und Konsistenz:Engere Binning-Toleranzen und verbesserte Fertigungsprozesse führen zu geringeren Schwankungen in Farbe und Helligkeit zwischen den Chargen, was für Anwendungen, die ein einheitliches Erscheinungsbild erfordern, entscheidend ist.
• Integration:Über Zweifarben hinaus gibt es einen Trend zur Integration weiterer Funktionen, wie RGB-Chips, Treiber-ICs oder sogar Fotodetektoren, in einzelne Gehäuse, um intelligentere, kompaktere Beleuchtungslösungen zu schaffen.