LTST-C155KGJRKT Zweifarbige SMD LED Datenblatt - Gehäuseabmessungen - Grün/Rot - 20mA - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument spezifiziert im Detail eine zweifarbige, oberflächenmontierbare (SMD) LED. Das Bauteil integriert zwei verschiedene AlInGaP-Halbleiterchips in einem einzigen Gehäuse, wodurch die Emission von grünem und rotem Licht ermöglicht wird. Dieses Design ist für Anwendungen optimiert, die eine kompakte, zweifarbige Anzeige oder Statusanzeige auf minimaler Fläche erfordern. Das Bauteil entspricht den RoHS-Richtlinien und ist als "grünes Produkt" klassifiziert.

Die LED wird in industrieüblicher Verpackung geliefert, speziell auf 8 mm breitem Trägerband, das auf 7-Zoll-Rollen (ca. 178 mm Durchmesser) aufgewickelt ist. Dieses Format gewährleistet Kompatibilität mit den in der modernen Elektronikfertigung üblichen Hochgeschwindigkeits-Bestückungsautomaten. Das Gehäuse ist zudem so ausgelegt, dass es standardmäßigen Infrarot- (IR) und Dampfphasen-Reflow-Lötprozessen standhält, was die Integration in Leiterplatten (PCB)-Bestückungen erleichtert.

2. Tiefgehende objektive Interpretation der technischen Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Die absoluten Maximalwerte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Für einen zuverlässigen Betrieb sollten diese Grenzen niemals, auch nicht kurzzeitig, überschritten werden.

• Verlustleistung (P_D):75 mW pro Chip (Grün und Rot). Dieser Parameter begrenzt die gesamte elektrische Leistung, die innerhalb des LED-Chips in Wärme umgewandelt werden kann. Das Überschreiten dieses Wertes birgt das Risiko von thermischem Durchgehen und Degradation des Halbleitermaterials.
• Spitzen-Strom (I_FP):80 mA, spezifiziert unter einem 1/10 Tastverhältnis mit einer 0,1 ms Pulsbreite. Diese Angabe gilt nur für den gepulsten Betrieb und ermöglicht kurze Perioden hoher Helligkeit, z.B. in Blitz- oder Signalgeberanwendungen.
• Dauer-Strom (I_F):30 mA DC. Dies ist der maximale empfohlene Gleichstrom für Dauerbetrieb. Es ist der primäre Parameter für den Entwurf der LED-Ansteuerschaltung.
• Strom-Entlastung:Lineare Entlastung um 0,4 mA/°C ab 25°C. Mit steigender Umgebungstemperatur (T_a) muss der maximal zulässige Dauerstrom proportional reduziert werden, um das Überschreiten der Sperrschichttemperaturgrenze zu verhindern.
• Sperrspannung (V_R):5 V. Das Anlegen einer höheren Sperrspannung kann zum Durchbruch und katastrophalen Ausfall des LED-Chips führen.
• Betriebs- & Lagertemperatur:-55°C bis +85°C. Das Bauteil kann in diesem vollen industriellen Temperaturbereich gelagert und betrieben werden.
• Löttemperaturtoleranz:Das Gehäuse hält Wellen- oder IR-Lötung bei 260°C für 5 Sekunden bzw. Dampfphasenlötung bei 215°C für 3 Minuten stand, was seine Eignung für bleifreie (Pb-free) Bestückungsprozesse bestätigt.

2.2 Elektrische und optische Kennwerte

Diese Parameter werden unter Standard-Testbedingungen (T_a=25°C, I_F=20mA) gemessen und definieren die typische Leistung des Bauteils.

• Lichtstärke (I_V):Der grüne Chip hat eine typische Stärke von 35,0 mcd (Millicandela), während der rote Chip typischerweise heller ist mit 45,0 mcd, mit einem Minimum von 18,0 mcd für beide. Die Stärke wird mit einem Sensor gemessen, der auf die photopische (CIE) Empfindlichkeitskurve des menschlichen Auges abgestimmt ist.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):130 Grad (typisch). Dieser breite Abstrahlwinkel, definiert als der volle Winkel, bei dem die Intensität auf die Hälfte ihres Wertes auf der Achse abfällt, macht diese LED für Anwendungen geeignet, die eine breite Sichtbarkeit erfordern.
• Spitzenwellenlänge (λ_P):Grün: 574 nm (typisch), Rot: 639 nm (typisch). Dies ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsabgabe maximal ist.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):Grün: 571 nm (typisch), Rot: 631 nm (typisch). Abgeleitet vom CIE-Farbtafeldiagramm ist dies die einzelne Wellenlänge, die vom menschlichen Auge wahrgenommen wird und die Farbe des Lichts definiert.
• Spektrale Bandbreite (Δλ):Grün: 15 nm (typisch), Rot: 20 nm (typisch). Dies gibt die spektrale Reinheit des emittierten Lichts an; eine schmalere Bandbreite zeigt eine gesättigtere Farbe an.
• Flussspannung (V_F):2,0 V (typisch), 2,4 V (maximal) für beide Farben bei 20mA. Dies ist ein kritischer Parameter für den Entwurf der strombegrenzenden Schaltung.
• Sperrstrom (I_R):10 µA (maximal) bei V_R=5V, was auf gute Diodeneigenschaften mit minimalem Leckstrom hindeutet.
• Kapazität (C):40 pF (typisch) bei 0V Vorspannung und 1 MHz. Diese niedrige Kapazität ist vorteilhaft für Hochfrequenz-Schalt- oder Multiplex-Anwendungen.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Die LEDs werden nach Leistungsklassen (Bins) sortiert, um die Konsistenz innerhalb einer Produktionscharge sicherzustellen. Dies ermöglicht es Designern, Bauteile auszuwählen, die spezifische Helligkeits- oder Farbanforderungen erfüllen.

3.1 Binning der Lichtstärke

Sowohl die grünen als auch die roten Chips werden für die Lichtstärke bei 20mA identisch gebinnt. Die Bin-Codes (M, N, P, Q) repräsentieren aufsteigende Bereiche von minimaler und maximaler Intensität. Zum Beispiel deckt Bin 'M' 18,0 bis 28,0 mcd ab, während Bin 'Q' 71,0 bis 112,0 mcd abdeckt. Innerhalb jedes Bins wird eine Toleranz von ±15% angewendet, um Mess- und Produktionsschwankungen zu berücksichtigen.

3.2 Binning der dominanten Wellenlänge (nur Grün)

Die grünen LEDs werden weiter nach dominanter Wellenlänge gebinnt, um die Farbkonsistenz zu steuern. Drei Bins sind definiert: 'C' (567,5-570,5 nm), 'D' (570,5-573,5 nm) und 'E' (573,5-576,5 nm). Für jedes Bin wird eine enge Toleranz von ±1 nm eingehalten, was einen einheitlichen Grünton über alle Bauteile desselben Bins gewährleistet.

4. Analyse der Leistungskurven

Obwohl spezifische grafische Kurven im Datenblatt referenziert werden (z.B. Abb.1, Abb.6), ist ihre typische Interpretation für das Design entscheidend.

• I-V-Kennlinie:Die Flussspannung (V_F) zeigt eine logarithmische Beziehung zum Flussstrom (I_F). Ein kleiner Anstieg von V_Fführt zu einem großen Anstieg von I_F, weshalb eine Konstantstrom-Ansteuerung für eine stabile Lichtausgabe essentiell ist.
• Lichtstärke vs. Strom:Die Intensität ist im normalen Betriebsbereich (bis zum Nenndauerstrom) annähernd proportional zum Flussstrom. Allerdings kann die Effizienz bei sehr hohen Strömen aufgrund erhöhter Wärmeentwicklung sinken.
• Temperaturkennlinien:Die Lichtstärke nimmt typischerweise mit steigender Sperrschichttemperatur ab. Die Flussspannung hat auch einen negativen Temperaturkoeffizienten, was bedeutet, dass V_Fleicht abnimmt, wenn die Temperatur steigt. Der Entlastungsfaktor von 0,4 mA/°C wird angewendet, um thermische Effekte zu managen.
• Spektrale Verteilung:Das Emissionsspektrum für AlInGaP-LEDs ist relativ schmal und gaußförmig, zentriert um die Spitzenwellenlänge. Die dominante Wellenlänge wird aus diesem Spektrum und den CIE-Farbwertfunktionen berechnet.

5. Mechanische und Verpackungsinformationen

5.1 Bauteil und Pinbelegung

Die LED verfügt über eine wasserklare Linse. Der interne zweifarbige Chip hat eine spezifische Pinbelegung: Die Pins 1 und 3 sind dem grünen AlInGaP-Chip zugeordnet, während die Pins 2 und 4 dem roten AlInGaP-Chip zugeordnet sind. Diese Konfiguration ermöglicht die unabhängige Steuerung jeder Farbe.

5.2 Gehäuse- und Band-/Rollenabmessungen

Das Bauteil entspricht einem EIA-Standard-Gehäuseumriss. Alle Abmessungen sind in Millimetern angegeben mit einer Standardtoleranz von ±0,10 mm, sofern nicht anders angegeben. Das Bauteil ist auf 8 mm breitem, geprägtem Trägerband verpackt, das auf 7-Zoll-Rollen (ca. 178 mm Durchmesser) aufgewickelt ist. Detaillierte mechanische Zeichnungen für den Bauteilumriss, das vorgeschlagene PCB-Landeflächenmuster und die Band-/Rollenabmessungen sind enthalten, um das PCB-Design und den Bestückungsaufbau zu leiten.

6. Löt- und Bestückungsrichtlinien

6.1 Empfohlene Reflow-Profile

Es werden zwei vorgeschlagene Infrarot- (IR) Reflow-Lötprofile bereitgestellt: eines für Standard- (Zinn-Blei) Lötprozesse und eines für bleifreie (Pb-free) Lötprozesse. Das bleifreie Profil ist speziell für die Verwendung mit SnAgCu (Zinn-Silber-Kupfer) Lotpaste kalibriert. Zu den Schlüsselparametern gehören kontrolliertes Aufheizen, eine definierte Zeit oberhalb der Liquidustemperatur, eine Spitzentemperatur (typisch 240-260°C max.) und eine kontrollierte Abkühlrate, um thermische Belastungen des Bauteils zu minimieren.

6.2 Lagerung und Handhabung

LEDs sollten in einer Umgebung gelagert werden, die 30°C und 70% relative Luftfeuchtigkeit nicht überschreitet. Bauteile, die aus ihrer ursprünglichen feuchtigkeitsdichten Verpackung entnommen wurden, sollten innerhalb einer Woche reflow-gelötet werden. Für eine längere Lagerung außerhalb der Originalverpackung müssen sie in einem verschlossenen Behälter mit Trockenmittel oder in einer Stickstoffatmosphäre aufbewahrt werden. Bei Lagerung über eine Woche hinaus wird vor dem Löten ein Ausheizen bei etwa 60°C für mindestens 24 Stunden empfohlen, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und "Popcorning" während des Reflow zu verhindern.

6.3 Reinigung

Wenn eine Reinigung nach dem Löten notwendig ist, sollten nur spezifizierte alkoholbasierte Lösungsmittel wie Ethylalkohol oder Isopropylalkohol verwendet werden. Die LEDs sollten bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute eingetaucht werden. Die Verwendung nicht spezifizierter oder aggressiver chemischer Reiniger kann die Kunststofflinse und das Gehäusematerial beschädigen.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

Die Standardverpackung ist 3000 Stück pro 7-Zoll-Rolle. Eine Mindestbestellmenge von 500 Stück gilt für Restmengen. Das Band- und Rollensystem entspricht den ANSI/EIA-481-1-A-Spezifikationen. Wichtige Band-Spezifikationen umfassen: Leere Bauteiltaschen sind mit Deckband versiegelt, und gemäß Standard sind maximal zwei aufeinanderfolgende fehlende Bauteile ("missing lamps") pro Rolle zulässig.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

Diese zweifarbige LED ist ideal für Status- und Indikatoranwendungen, bei denen Platz knapp ist und mehrere Zustände angezeigt werden müssen. Beispiele sind: Strom-/Statusanzeigen bei Konsumelektronik (z.B. Laden/Standby), zweifarbige Signallampen auf Industrie-Steuerpulten, Statusanzeigen auf Netzwerkgeräten und Hintergrundbeleuchtung für Folientastaturen oder Symbole, die zwei Farben erfordern.

8.2 Designüberlegungen und Ansteuerungsmethode

Kritisch:LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Um eine gleichmäßige Helligkeit sicherzustellen, insbesondere wenn mehrere LEDs parallel geschaltet sind, muss ein serieller strombegrenzender Widerstand fürjedeLED oder jeden Farbkanal verwendet werden. Die empfohlene Schaltung (Schaltung A) zeigt einen Widerstand in Reihe mit der LED. Vermeiden Sie das direkte Parallelschalten mehrerer LEDs ohne individuelle Widerstände (Schaltung B), da kleine Unterschiede in ihren Flussspannungs- (V_F) Kennlinien zu erheblichen Unterschieden in der Stromaufteilung und folglich der Helligkeit führen.

Der Ansteuerstrom sollte basierend auf der erforderlichen Helligkeit und den absoluten Maximalwerten eingestellt werden, wobei eine eventuell notwendige Entlastung für erhöhte Umgebungstemperaturen zu berücksichtigen ist.

8.3 Schutz vor elektrostatischer Entladung (ESD)

Die LED ist empfindlich gegenüber elektrostatischer Entladung. Um ESD-Schäden während der Handhabung und Bestückung zu verhindern:

• Personal sollte geerdete Handgelenkbänder oder antistatische Handschuhe tragen.
• Alle Geräte, Arbeitsplätze und Lagerregale müssen ordnungsgemäß geerdet sein.
• Ein Ionisator kann verwendet werden, um statische Aufladungen zu neutralisieren, die sich auf der Kunststofflinse ansammeln können.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Das primäre Unterscheidungsmerkmal dieses Bauteils ist die Integration von zwei leistungsstarken AlInGaP-Chips (Grün und Rot) in einem einzigen, kompakten SMD-Gehäuse. Die AlInGaP-Technologie bietet für rote und bernsteinfarbene Töne eine höhere Effizienz und bessere Temperaturstabilität im Vergleich zu älteren Technologien wie GaAsP. Die Kombination aus einem breiten 130-Grad-Abstrahlwinkel und einer unabhängigen Pinsteuerung für jede Farbe bietet eine Designflexibilität, die bei einfarbigen LEDs oder vorab gemischten zweifarbigen LEDs mit gemeinsamer Anode/Kathode nicht verfügbar ist. Ihre Kompatibilität mit automatisierter Bestückung und bleifreien Reflow-Prozessen macht sie zu einer modernen, fertigungsfreundlichen Lösung.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Kann ich die grüne und rote LED gleichzeitig mit jeweils vollen 30 mA betreiben?

A: Nein. Der absolute Maximalwert für die gesamte Verlustleistung beträgt 75 mW pro Chip. Der Betrieb beider mit 30 mA und einer typischen V_Fvon 2,0 V ergibt 60 mW pro Chip (P=I*V), was innerhalb des Limits liegt. Wenn jedoch die V_Fbei ihrem Maximum von 2,4 V liegt, wird die Leistung zu 72 mW, sehr nahe am Limit. Für einen zuverlässigen Langzeitbetrieb, insbesondere bei höheren Umgebungstemperaturen, ist es ratsam, den Strom zu entlasten, wenn beide Farben kontinuierlich betrieben werden.

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

A: Spitzenwellenlänge (λ_P) ist die physikalische Wellenlänge, bei der die LED die meiste optische Leistung emittiert. Dominante Wellenlänge (λ_d) ist ein berechneter Wert basierend darauf, wie das menschliche Auge die Farbe dieses Spektrums wahrnimmt. Für eine monochromatische Quelle sind sie identisch. Für LEDs mit einer gewissen spektralen Breite ist λ_ddie einzelne Wellenlänge, die die gleiche Farbe zu haben scheint. λ_dist relevanter für die Farbangabe in Display-Anwendungen.

F: Wie wähle ich den richtigen Wert für den strombegrenzenden Widerstand?

A: Verwenden Sie das Ohmsche Gesetz: R = (V_Versorgung- V_{F_LED}) / I_{F_gewünscht}. Verwenden Sie für ein konservatives Design, das sicherstellt, dass der Strom selbst bei Bauteiltoleranzen das Ziel nie überschreitet, den maximalen V_F-Wert aus dem Datenblatt (2,4 V). Zum Beispiel, mit einer 5V-Versorgung und einem Ziel-I_Fvon 20mA: R = (5V - 2,4V) / 0,020A = 130 Ohm. Der nächstgelegene Standardwert (z.B. 120 oder 150 Ohm) kann verwendet werden, wobei der tatsächliche Strom neu berechnet werden sollte.

11. Praktischer Design- und Anwendungsfall

Fall: Zweifarbiger Statusindikator für ein tragbares Gerät

Ein Designer entwickelt ein kompaktes Handmessgerät. Ein einzelner Indikator soll drei Zustände anzeigen: Aus, Messen (Grün) und Fehler/Niedriger Akku (Rot). Die Verwendung der LTST-C155KGJRKT spart im Vergleich zu zwei separaten LEDs Leiterplattenfläche.

Umsetzung:Der Mikrocontroller (MCU) hat zwei GPIO-Pins, die als Open-Drain-Ausgänge konfiguriert sind. Jeder Pin ist über einen strombegrenzenden Widerstand (wie oben berechnet) mit der Kathode einer Farbe verbunden. Die Anoden beider LED-Farben sind mit der 3,3V-Schiene des Systems verbunden. Um Grün zu aktivieren, zieht der MCU den Grün-GPIO-Pin auf Low. Um Rot zu aktivieren, zieht er den Rot-GPIO-Pin auf Low. Um die LED auszuschalten, werden beide GPIO-Pins in einen hochohmigen Zustand versetzt. Diese Schaltung bietet unabhängige Steuerung mit minimalen Bauteilen.

Überlegung:Der Designer muss sicherstellen, dass die GPIO-Pins des MCU den erforderlichen LED-Strom (z.B. 20mA) senken können. Falls nicht, kann ein einfacher Transistorschalter hinzugefügt werden. Der breite Abstrahlwinkel stellt sicher, dass der Indikator aus verschiedenen Winkeln sichtbar ist, während das Gerät gehalten wird.

12. Prinzipielle Einführung

Leuchtdioden (LEDs) sind Halbleiterbauteile, die Licht durch Elektrolumineszenz emittieren. Wenn eine Flussspannung an den p-n-Übergang angelegt wird, rekombinieren Elektronen aus dem n-dotierten Bereich mit Löchern aus dem p-dotierten Bereich und setzen Energie in Form von Photonen frei. Die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts wird durch die Bandlücke des Halbleitermaterials bestimmt. Dieses Bauteil verwendet für beide Chips AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid), ein Materialsystem, das für hohe Effizienz im roten, orangen, bernsteinfarbenen und grünen Spektralbereich bekannt ist. Die "wasserklare" Linse ist nicht diffundierend und ermöglicht es, das intrinsische, stark gerichtete Lichtmuster des Chips abzustrahlen, was zu dem spezifizierten breiten Abstrahlwinkel führt.

13. Entwicklungstrends

Der Trend bei Indikator-LEDs geht weiterhin in Richtung höherer Effizienz (mehr Lichtausbeute pro elektrischer Leistungseinheit), kleinerer Gehäusegrößen für dichtere Leiterplattenlayouts und verbesserter Farbkonsistenz durch engere Binning-Toleranzen. Es gibt auch eine wachsende Integration mehrerer Chips (RGB, zweifarbig) in einzelne Gehäuse, um Mehrfarb- und Farbmischfähigkeiten in kompakter Bauform zu ermöglichen. Darüber hinaus bleibt die Kompatibilität mit zunehmend strengeren Umweltvorschriften (RoHS, REACH) und Hochtemperatur-, bleifreien Bestückungsprozessen eine grundlegende Anforderung. Die Entwicklung neuer Halbleitermaterialien und Leuchtstoffe erweitert kontinuierlich den Farbraum und die Effizienz von LEDs über das gesamte sichtbare Spektrum.