LTW-327DSKF-5A Zweifarbige SMD-LED Datenblatt - Seitenansicht - Weiß & Orange - 5mA - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTW-327DSKF-5A ist eine zweifarbige SMD-LED (Surface Mount Device) in Seitenansicht, die primär für Anwendungen konzipiert ist, die kompakte Hintergrundbeleuchtungslösungen erfordern, wie beispielsweise in Flüssigkristallanzeigen (LCDs). Diese Komponente vereint zwei unterschiedliche Halbleiterchips in einem einzigen Gehäuse: einen InGaN-Chip (Indiumgalliumnitrid) für die Emission von weißem Licht und einen AlInGaP-Chip (Aluminiumindiumgalliumphosphid) für die Emission von orangefarbenem Licht. Ihr rechtwinkliges Bauformfaktor ermöglicht die Lichtabstrahlung parallel zur Bestückungsoberfläche, was sie ideal für die Kantenbeleuchtung dünner Displays oder für Indikatorfunktionen in platzbeschränkten Umgebungen macht.

Das Bauteil ist für die Kompatibilität mit standardmäßigen automatischen Bestückungsanlagen ausgelegt und wird auf 8-mm-Traggerollern geliefert, um eine effiziente Serienfertigung zu gewährleisten. Es entspricht der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe) und wird somit als umweltfreundliches Produkt eingestuft. Das Gehäuse entspricht den Standardkonturen der EIA (Electronic Industries Alliance), was eine breite Kompatibilität mit industrieüblichen Bestückungsflächen und Prozessen sicherstellt.

2. Detaillierte technische Spezifikationen

2.1 Absolute Maximalwerte

Ein Betrieb des Bauteils außerhalb dieser Grenzwerte kann zu dauerhaften Schäden führen. Die wichtigsten Grenzwerte bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C sind separat für den weißen und den orangefarbenen Chip definiert.

• Verlustleistung:Weiß: 72 mW, Orange: 75 mW. Dieser Parameter gibt die maximale Leistung an, die die LED unter Dauerbetrieb als Wärme abführen kann.
• Spitzen-Strom (Puls):Weiß: 100 mA, Orange: 80 mA. Dies ist der maximal zulässige Pulsstrom, typischerweise spezifiziert bei einem Tastverhältnis von 1/10 und einer Pulsbreite von 0,1 ms, der für kurze, hochintensive Lichtblitze verwendet wird.
• DC-Vorwärtsstrom:20 mA für beide Farben. Dies ist der empfohlene maximale Dauer-Vorwärtsstrom für einen zuverlässigen Langzeitbetrieb.
• Sperrspannung:5 V für beide Farben. Das Überschreiten dieser Spannung in Sperrrichtung kann den PN-Übergang der LED beschädigen.
• Betriebstemperaturbereich:-20°C bis +80°C. Die Funktionsfähigkeit des Bauteils ist innerhalb dieses Umgebungstemperaturbereichs garantiert.
• Lagertemperaturbereich:-40°C bis +85°C.
• Bedingung für Infrarot-Reflow-Lötung:Spitzentemperatur von 260°C für 10 Sekunden. Dies definiert das Temperaturprofil, das die Komponente während der Bestückung aushalten kann.

2.2 Elektrische & Optische Kenngrößen

Dies sind typische Leistungsparameter, gemessen bei Ta=25°C mit einem Vorwärtsstrom (IF) von 5mA, sofern nicht anders angegeben.

• Lichtstärke (Iv):Ein Maß für die wahrgenommene Lichtleistung. Für die weiße LED reicht sie von einem Minimum von 28,0 mcd bis zu einem Maximum von 112,0 mcd. Für die orangefarbene LED reicht sie von 11,2 mcd bis 71,0 mcd. Der tatsächliche Wert für eine spezifische Einheit wird durch ihren Bincode bestimmt.
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):Ungefähr 130 Grad für beide Farben. Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte ihres Spitzenwertes abfällt, und definiert die Strahlausbreitung.
• Durchlassspannung (VF):Der Spannungsabfall über der LED im Betrieb. Typische Werte sind 2,85V für weiß und 2,00V für orange bei 5mA, mit Maximalwerten von 3,15V bzw. 2,40V.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λP):Für die orangefarbene LED beträgt die typische Spitzenwellenlänge 611 nm.
• Dominante Wellenlänge (λd):Für die orangefarbene LED beträgt die typische dominante Wellenlänge 605 nm. Dies ist die einzelne Wellenlänge, die das menschliche Auge als repräsentativ für die Farbe wahrnimmt.
• Farbwertanteile (x, y):Für die weiße LED sind die typischen Koordinaten im CIE-1931-Farbtafeld x=0,3, y=0,3, was einem kaltweißen Farbpunkt entspricht. Es gilt eine Toleranz von ±0,01.
• Sperrstrom (IR):Der maximale Leckstrom beträgt 10 µA für weiß und 100 µA für orange bei einer angelegten Sperrspannung von 5V.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um die Konsistenz in der Serienfertigung sicherzustellen, werden LEDs nach Leistungsklassen sortiert. Die LTW-327DSKF-5A verwendet ein Multiparameter-Binning-System.

3.1 Binning der weißen LED

• Durchlassspannungs-Bin (VF):Gruppiert LEDs nach ihrem Spannungsabfall bei 5mA.
  • Bin A: 2,55V - 2,75V
  • Bin B: 2,75V - 2,95V
  • Bin C: 2,95V - 3,15V
  Die Toleranz für jedes Bin beträgt ±0,1V.
• Lichtstärke-Bin (Iv):Gruppiert LEDs nach ihrer Lichtleistung bei 5mA.
  • Bin N: 28,0 - 45,0 mcd
  • Bin P: 45,0 - 71,0 mcd
  • Bin Q: 71,0 - 112,0 mcd
  Die Toleranz beträgt ±15%.
• Farbton-Bin (Chromaticity):Gruppiert weiße LEDs nach ihren Farbkoordinaten im CIE-Diagramm. Die Bins S1 bis S6 definieren spezifische Vierecke in der x,y-Koordinatenebene. Die Toleranz für jede (x,y)-Koordinate beträgt ±0,01. Dies gewährleistet Farbkonstanz, was für Hintergrundbeleuchtungsanwendungen entscheidend ist.

3.2 Binning der orangefarbenen LED

• Lichtstärke-Bin (Iv):
  • Bin L: 11,2 - 18,0 mcd
  • Bin M: 18,0 - 28,0 mcd
  • Bin N: 28,0 - 45,0 mcd
  • Bin P: 45,0 - 71,0 mcd
  Die Toleranz beträgt ±15%.

Die spezifische Kombination aus VF-, Iv- und Farbton-Bins für eine bestimmte Produktionscharge definiert ihren vollständigen Bincode, wodurch Entwickler LEDs mit eng abgestimmter Leistung für ihre Anwendung auswählen können.

4. Analyse der Kennlinien

Während spezifische grafische Daten im Datenblatt referenziert sind (z.B. Abb.1, Abb.2, Abb.6), können die typischen Zusammenhänge beschrieben werden.

• IV-Kennlinie (Strom vs. Spannung):Wie alle Dioden weisen LEDs eine nichtlineare Beziehung auf. Die Durchlassspannung steigt mit dem Strom, und die Form der Kurve ist temperaturabhängig. Die spezifizierte VF bei 5mA liefert einen wichtigen Arbeitspunkt für den Schaltungsentwurf.
• Lichtstärke vs. Strom:Die Lichtleistung steigt im Allgemeinen mit dem Vorwärtsstrom, jedoch nicht linear, insbesondere bei höheren Strömen, wo der Wirkungsgrad aufgrund von Erwärmung sinkt.
• Temperatureigenschaften:Die Lichtstärke nimmt typischerweise mit steigender Sperrschichttemperatur ab. Der Betriebstemperaturbereich von -20°C bis +80°C definiert die Umgebung, in der die spezifizierte Leistung aufrechterhalten wird.
• Spektrale Verteilung:Das Spektrum der weißen LED ist breit und wird typischerweise durch einen blauen InGaN-Chip erzeugt, der einen gelben Leuchtstoff anregt. Die orangefarbene AlInGaP-LED hat ein schmaleres Spektrum, das um 605-611 nm zentriert ist.

5. Mechanische & Gehäuseinformationen

Das Bauteil verfügt über ein rechtwinkliges Gehäuse in Seitenansicht. Wichtige mechanische Hinweise umfassen:

• Alle Abmessungen sind in Millimetern angegeben, mit einer Standardtoleranz von ±0,10 mm, sofern nicht anders spezifiziert.
• Die Linsenfarbe ist gelb.
• Pinbelegung:Pin A2 ist der Anode der InGaN-Weiß-LED zugeordnet. Pin A1 ist der Anode der AlInGaP-Orange-LED zugeordnet. Die Kathoden sind wahrscheinlich gemeinsam oder intern verbunden; für den genauen Schaltplan sollte das Schaltbild konsultiert werden.
• Das Datenblatt enthält detaillierte Maßzeichnungen des LED-Gehäuses selbst, vorgeschlagene Lötpad-Layouts auf der Leiterplatte und die Ausrichtung für die Lötung.
• Die Gehäuseabmessungen für den Trägerstreifen und die 7-Zoll (178 mm) durchmessende Rolle sind ebenfalls spezifiziert, was für die Zuführeinstellung in der automatischen Bestückung wichtig ist.

6. Löt- & Bestückungsrichtlinien

6.1 Reflow-Lötung

Die Komponente ist mit Infrarot (IR) Reflow-Lötprozessen kompatibel. Die maximal empfohlene Bedingung ist eine Spitzentemperatur von 260°C für 10 Sekunden. Es ist entscheidend, ein kontrolliertes Temperaturprofil mit Aufheiz-, Halte-, Reflow- und Abkühlphasen einzuhalten, um thermische Schocks zu vermeiden und zuverlässige Lötstellen zu gewährleisten.

6.2 Reinigung

Falls nach dem Löten eine Reinigung notwendig ist, sollten nur spezifizierte Chemikalien verwendet werden. Das Datenblatt empfiehlt das Eintauchen in Ethylalkohol oder Isopropylalkohol bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute. Nicht spezifizierte Chemikalien können das LED-Gehäuse oder die Linse beschädigen.

6.3 Lagerung & Handhabung

• ESD-Vorsichtsmaßnahmen (Elektrostatische Entladung):LEDs sind empfindlich gegenüber statischer Elektrizität. Verwenden Sie Handgelenkbänder, antistatische Matten und ordnungsgemäß geerdete Geräte bei der Handhabung.
• Feuchtigkeitssensitivität:Als oberflächenmontierbares Bauteil kann es Feuchtigkeit aufnehmen. Wenn die ursprüngliche versiegelte feuchtigkeitsdichte Verpackung mit Trockenmittel geöffnet wurde, wird empfohlen, die IR-Reflow-Lötung innerhalb einer Woche abzuschließen. Für eine längere Lagerung außerhalb der Originalverpackung, lagern Sie die Bauteile in einem verschlossenen Behälter mit Trockenmittel oder in einer Stickstoffatmosphäre. Bauteile, die länger als eine Woche außerhalb der Verpackung gelagert wurden, sollten vor dem Löten bei etwa 60°C für mindestens 20 Stunden getrocknet (gebrannt) werden, um ein \"Popcorning\" während des Reflow zu verhindern.
• Lagerbedingungen (versiegelt):≤30°C und ≤90% relative Luftfeuchtigkeit. Die Haltbarkeit in der versiegelten Verpackung beträgt ein Jahr.
• Lagerbedingungen (geöffnet):≤30°C und ≤60% relative Luftfeuchtigkeit.

7. Verpackungs- & Bestellinformationen

• Die Standardverpackung ist ein 8 mm breiter Trägerstreifen auf Rollen mit einem Durchmesser von 7 Zoll (178 mm).
• Die Standardmenge pro Rolle beträgt 3000 Stück.
• Eine Mindestpackungsmenge von 500 Stück ist für Restbestellungen verfügbar.
• Die Spezifikationen für Trägerstreifen und Rolle entsprechen ANSI/EIA 481-1-A-1994.
• Leere Taschen im Trägerstreifen sind mit einem Deckband versiegelt.
• Die maximal zulässige Anzahl aufeinanderfolgender fehlender Bauteile (leere Taschen) auf einer Rolle beträgt zwei.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

• LCD-Hintergrundbeleuchtung:Das primäre Designziel. Die Seitenansicht-Bauform ist perfekt für die Kantenbeleuchtung kleiner bis mittlerer LCDs in Unterhaltungselektronik, Industriedisplays und Fahrzeugkombiinstrumenten.
• Zweifarbige Statusanzeigen:Die zwei Farben in einem Gehäuse ermöglichen eine kompakte Statusanzeige (z.B. Ein/Aus-Standby, Netzwerkaktivität, Ladezustand).
• Frontplattenbeleuchtung:Beleuchtung von Symbolen, Tasten oder Lichtleitern in Bedienfeldern.

8.2 Designüberlegungen

• Strombegrenzung:Verwenden Sie stets einen Vorwiderstand oder eine Konstantstromquelle, um den Vorwärtsstrom pro Chip auf 20 mA DC oder weniger zu begrenzen. Berechnen Sie den Widerstandswert mit R = (Versorgungsspannung - VF) / IF.
• Thermisches Management:Obwohl die Verlustleistung gering ist, kann eine ausreichende Kupferfläche auf der Leiterplatte oder thermische Durchkontaktierungen helfen, die Sperrschichttemperatur zu managen, insbesondere bei hohen Umgebungstemperaturen oder beim Betrieb nahe dem Maximalstrom.
• Optisches Design:Berücksichtigen Sie den 130-Grad-Abstrahlwinkel beim Entwurf von Lichtleitern oder Diffusoren, um eine gleichmäßige Ausleuchtung zu erreichen.
• Sperrspannungsschutz:Vermeiden Sie das Anlegen einer Sperrspannung. In Schaltungen, in denen eine Sperrspannung möglich ist (z.B. AC-Kopplung, induktive Lasten), sollte der Einbau einer Schutzdiode parallel zur LED in Betracht gezogen werden.

9. Technischer Vergleich & Differenzierung

Die wichtigsten differenzierenden Merkmale dieser Komponente sind ihreZweifarbigkeit in einem einzigen Seitenansichtsgehäuseund die Verwendung spezifischer, für ihre jeweiligen Farben optimierter Chip-Technologien.

• InGaN für Weiß:Dieses Materialsystem ist der Industriestandard für hocheffiziente blaue und weiße LEDs. Es bietet eine gute Lichtausbeute und Stabilität.
• AlInGaP für Orange:Dieses Materialsystem ist hocheffizient für die Erzeugung von rotem, orangefarbenem und bernsteinfarbenem Licht und bietet im Vergleich zu älteren Technologien wie GaAsP eine überlegene Helligkeit und Farbreinheit.
• Die Kombination ermöglicht im Vergleich zur Verwendung von zwei separaten einfarbigen LEDs eine kompakte Zwei-in-Eins-Lösung, spart Leiterplattenfläche und vereinfacht die Bestückung.
• Der rechtwinklige Bauformfaktor ist ein spezifischer Vorteil gegenüber Aufsicht-LEDs für Kantenbeleuchtungsanwendungen.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Kann ich beide LED-Chips gleichzeitig mit ihrem maximalen DC-Strom von jeweils 20 mA betreiben?

A: Ja, aber Sie müssen die gesamte Verlustleistung und die thermischen Auswirkungen berücksichtigen. Die kombinierte Leistung wäre für das kleine Gehäuse erheblich. Für den Dauerbetrieb ist es oft ratsam, sie mit niedrigeren Strömen (z.B. 5-10 mA) zu betreiben, um Zuverlässigkeit und Lebensdauer zu gewährleisten, insbesondere bei hohen Umgebungstemperaturen.

F: Was ist der Unterschied zwischen Spitzenwellenlänge und dominanter Wellenlänge?

A: Die Spitzenwellenlänge (λP) ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsverteilung am höchsten ist. Die dominante Wellenlänge (λd) ist die einzelne Wellenlänge von monochromatischem Licht, die die wahrgenommene Farbe der LED im Vergleich zu einer Referenzweißlichtquelle entspricht. Für LEDs mit breitem Spektrum (wie phosphorkonvertierte weiße LEDs) ist λd für die Farbangabe aussagekräftiger. Für monochromatische LEDs (wie die hier orangefarbene) liegen λP und λd oft nahe beieinander.

F: Warum ist die Spezifikation für den Sperrstrom der orangefarbenen LED (100 µA) zehnmal höher als für die weiße LED (10 µA)?

A: Dies ist eine Eigenschaft der unterschiedlichen Halbleitermaterialien (AlInGaP vs. InGaN) und ihrer jeweiligen Bandlücken und Sperrschichteigenschaften. Es unterstreicht die Bedeutung, eine Sperrspannung zu vermeiden, da selbst eine kleine Sperrspannung bei der orangefarbenen LED zu einem signifikanten Leckstrom führen kann.

F: Wie interpretiere ich die Farbton-Binning-Koordinaten (S1-S6)?

A: Jedes Bin (S1, S2, etc.) definiert einen kleinen viereckigen Bereich im CIE-1931-Farbtafeld. LEDs werden getestet, und ihre gemessenen (x,y)-Koordinaten werden diesen vordefinierten Bereichen zugeordnet. Die Auswahl von LEDs aus demselben Farbton-Bin garantiert, dass sie nahezu identische Weißpunkte haben, was für Anwendungen mit gleichmäßiger weißer Hintergrundbeleuchtung ohne sichtbare Farbabweichungen entscheidend ist.

11. Design-in Fallstudie

Szenario: Entwurf einer Statusanzeige für ein tragbares Medizingerät.

Das Gerät benötigt eine einzige, kompakte Anzeige, um zwei Zustände anzuzeigen: \"Bereit/Ein\" (Weiß) und \"Batterie schwach/Alarm\" (Orange). Der Platz auf der Leiterplatte ist extrem begrenzt.

Lösung:Die LTW-327DSKF-5A ist eine ideale Wahl. Ihre Zweifarbigkeit ersetzt zwei separate LEDs. Das Seitenansichtsgehäuse ermöglicht die Montage am Rand der Leiterplatte, wobei ihr Licht durch einen kleinen Lichtleiter zu einem Symbol auf der Frontplatte geführt wird. Der Entwickler wählt LEDs aus einem spezifischen Iv-Bin (z.B. P für orange, Q für weiß), um eine konsistente Helligkeit sicherzustellen. Jeder Chip wird über Mikrocontroller-GPIO-Pins mit Vorwiderständen mit 10 mA betrieben, was ausreichende Helligkeit bei geringem Stromverbrauch und geringer Wärmeentwicklung bietet. Das enge Farbton-Binning für Weiß stellt sicher, dass das \"Bereit\"-Licht bei allen Geräten ein einheitliches, professionelles Erscheinungsbild hat.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Eine LED ist eine Halbleiterdiode. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die ihre Bandlückenspannung überschreitet, rekombinieren Elektronen und Löcher am PN-Übergang und setzen Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die Lichtfarbe wird durch die Bandlücke des Halbleitermaterials bestimmt.

• InGaN-Weiß-LED:Typischerweise ist ein blau emittierender InGaN-Chip mit einem gelben Leuchtstoff beschichtet. Ein Teil des blauen Lichts tritt aus, der Rest regt den Leuchtstoff zur Emission von gelbem Licht an. Die Kombination aus blauem und gelbem Licht wird vom menschlichen Auge als weiß wahrgenommen.
• AlInGaP-Orange-LED:Die Elemente Aluminium, Indium, Gallium und Phosphor werden in spezifischen Verhältnissen kombiniert, um einen Halbleiter mit einer Bandlücke zu schaffen, die orangefarbenem/rotem Licht entspricht. Wenn Strom fließt, emittiert er Photonen direkt im orangefarbenen Wellenlängenbereich (~605-611 nm).

13. Technologietrends

Das Feld der Optoelektronik wird von den Anforderungen nach höherer Effizienz, kleinerer Größe, besserer Farbwiedergabe und niedrigeren Kosten vorangetrieben.

• Effizienz (Lichtausbeute):Laufende Forschung konzentriert sich auf die Verbesserung der internen Quanteneffizienz (mehr Photonen pro Elektron) und der Lichteinkopplungseffizienz (mehr Photonen aus dem Chip herauszubekommen).
• Farbqualität:Für weiße LEDs gibt es einen Trend zu höheren Farbwiedergabeindex (CRI)-Werten, insbesondere in Anwendungen, bei denen eine genaue Farbwahrnehmung wichtig ist (z.B. Einzelhandelsbeleuchtung, Fotografie). Dies erfordert die Entwicklung anspruchsvollerer Leuchtstoffmischungen.
• Miniaturisierung:Gehäuse werden weiter verkleinert (z.B. von 0603 auf 0402 auf 0201 metrische Größen), während die Lichtleistung beibehalten oder verbessert wird, was immer dünnere Geräte ermöglicht.
• Integrierte Lösungen:Der Trend, mehrere Funktionen zu kombinieren (wie diese zweifarbige LED) oder Treiber und Steuerschaltungen direkt mit dem LED-Chip zu integrieren (\"Smart LEDs\"), wächst weiter und vereinfacht das Endproduktdesign.