Dual-Color SMD LED LTST-C195KGJSKT Datenblatt - Gehäuse 3,2x2,8x1,9mm - Spannung 2,0-2,4V - Leistung 75mW - Grün & Gelb - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument enthält die vollständigen technischen Spezifikationen für die LTST-C195KGJSKT, eine zweifarbige Oberflächenmontage-LED (SMD). Diese Komponente integriert zwei verschiedene lichtemittierende Chips in einem einzigen, kompakten Gehäuse, das für automatisierte Bestückungsprozesse ausgelegt ist. Sie ist für Anwendungen konzipiert, bei denen Platz knapp ist und eine zuverlässige, gut sichtbare Statusanzeige oder Hintergrundbeleuchtung erforderlich ist.

1.1 Kernvorteile

Die Hauptvorteile dieser LED ergeben sich aus ihrem Design und der Materialtechnologie. Die Verwendung von Ultra-Hell-AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) Halbleitermaterial für beide Chips führt zu hoher Lichtausbeute und ausgezeichneter Farbreinheit. Die Zweifarbfähigkeit in einem Gehäuse spart wertvolle Leiterplattenfläche im Vergleich zur Verwendung von zwei separaten einfarbigen LEDs. Ihre Kompatibilität mit Infrarot-Reflow-Lötprozessen entspricht modernen, hochvolumigen Fertigungslinien und gewährleistet eine zuverlässige und konsistente Verbindung mit den Leiterplatten.

1.2 Zielmarkt und Anwendungen

Diese LED eignet sich für ein breites Spektrum elektronischer Geräte. Ihre Miniaturgröße und Zuverlässigkeit machen sie ideal für tragbare und kompakte Geräte. Wichtige Anwendungsbereiche sind:

• Telekommunikationsgeräte:Statusanzeigen an Routern, Modems und Handgeräten.
• Computerperipherie:Tastatur-Hintergrundbeleuchtung und Statusleuchten an Laptops, Notebooks und externen Laufwerken.
• Unterhaltungselektronik:Anzeigeleuchten an Haushaltsgeräten, Audio/Video-Geräten und Gaming-Geräten.
• Industriesteuerungen:Bediengeräteanzeigen an Maschinen und Steuerungssystemen.
• Mikrodisplays und Beschilderung:Schwache Beleuchtung für Symbole oder kleine Informationsanzeigen.

2. Technische Parameter: Detaillierte objektive Interpretation

Die Leistung der LED wird durch eine Reihe elektrischer, optischer und thermischer Parameter definiert, die unter Standardbedingungen (Ta=25°C) gemessen werden. Das Verständnis dieser Parameter ist entscheidend für einen korrekten Schaltungsentwurf und die Anwendung.

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Sie sind nicht für den Normalbetrieb vorgesehen.

• Verlustleistung (Pd):75 mW pro Chip. Eine Überschreitung kann zu Überhitzung und beschleunigtem Leistungsabfall führen.
• DC-Durchlassstrom (IF):30 mA Dauerbetrieb. Der Standardtest- und Betriebszustand beträgt 20 mA.
• Spitzendurchlassstrom:80 mA, nur unter gepulsten Bedingungen zulässig (1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Pulsbreite), um kurze Stromspitzen zu bewältigen.
• Sperrspannung (VR):5 V. Das Anlegen einer höheren Sperrspannung kann zum Sperrschichtdurchbruch führen.
• Betriebs- & Lagertemperatur:jeweils -30°C bis +85°C und -40°C bis +85°C, definieren die Umgebungsgrenzen für Funktionalität und Lagerung ohne Betrieb.
• Löttemperatur:Hält 260°C für 10 Sekunden stand, kompatibel mit bleifreien (Pb-freien) Reflow-Profilen.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Dies sind die typischen Leistungswerte unter normalen Betriebsbedingungen (IF=20mA).

• Lichtstärke (Iv):Ein Schlüsselmaß für die Helligkeit. Für den grünen Chip beträgt der typische Wert 35,0 mcd (Millicandela), mit einem Minimum von 18,0 mcd. Der gelbe Chip ist heller, mit einem typischen Wert von 75,0 mcd und einem Minimum von 28,0 mcd. Dieser Unterschied ist den Halbleitermaterialien und der Empfindlichkeit des menschlichen Auges inhärent.
• Durchlassspannung (VF):Typischerweise 2,0 V, maximal 2,4 V bei 20mA. Dieser Parameter ist entscheidend für die Auslegung des in Reihe geschalteten strombegrenzenden Widerstands. Ein höheres VF erfordert einen niedrigeren Widerstandswert, um denselben Strom zu erreichen, was die Verlustleistung im Widerstand beeinflusst.
• Betrachtungswinkel (2θ1/2):130 Grad. Dieser große Betrachtungswinkel zeigt, dass die LED Licht über einen breiten Kegel abgibt, was sie für Anwendungen geeignet macht, bei denen die Anzeige aus verschiedenen Winkeln und nicht nur frontal sichtbar sein muss.
• Spitzenwellenlänge (λP) & dominante Wellenlänge (λd):Der grüne Chip hat ein typisches Maximum bei 574 nm und eine dominante Wellenlänge von 571 nm. Der gelbe Chip erreicht sein Maximum bei 591 nm mit einer dominanten Wellenlänge von 589 nm. Die dominante Wellenlänge ist die vom menschlichen Auge wahrgenommene Einzelwellenlänge und wird für die Farbklassifizierung verwendet.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):15,0 nm für beide Farben. Dies definiert die Farbreinheit; eine schmalere Breite bedeutet eine gesättigtere, reinere Farbe.
• Sperrstrom (IR):Maximal 10 μA bei 5V Sperrspannung, was auf einen sehr geringen Leckstrom im ausgeschalteten Zustand hinweist.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um Farb- und Helligkeitskonsistenz in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs basierend auf gemessenen Parametern in Bins sortiert. Dies ermöglicht es Designern, Bauteile auszuwählen, die bestimmte ästhetische oder funktionale Anforderungen erfüllen.

3.1 Lichtstärke (Helligkeits)-Binning

LEDs werden in Bins mit definierten Minimal- und Maximalwerten für die Lichtstärke kategorisiert. Die Toleranz innerhalb jedes Bins beträgt +/-15%.

• Grüner Chip Bins:M (18,0-28,0 mcd), N (28,0-45,0 mcd), P (45,0-71,0 mcd), Q (71,0-112,0 mcd).
• Gelber Chip Bins:N (28,0-45,0 mcd), P (45,0-71,0 mcd), Q (71,0-112,0 mcd), R (112,0-180,0 mcd).

Die Auswahl eines höheren Bin-Codes (z.B. Q oder R) garantiert eine hellere LED, was bei hohen Umgebungslichtverhältnissen oder größeren Betrachtungsabständen erforderlich sein kann.

3.2 Farbton (Dominante Wellenlänge)-Binning

Für den grünen Chip wird die Farbkonsistenz durch Binning der dominanten Wellenlänge mit einer Toleranz von +/-1 nm pro Bin verwaltet.

• Grüner Chip Farbton Bins:C (567,5-570,5 nm), D (570,5-573,5 nm), E (573,5-576,5 nm).

Dies stellt sicher, dass alle grünen LEDs in einer Baugruppe im gleichen Grünton erscheinen. Das Produktdatenblatt oder die spezifische Bestellung sollte den kombinierten Bin-Code (z.B. Helligkeits-Bin + Farbton-Bin) für die gewünschte Leistung angeben.

4. Analyse der Leistungskurven

Grafische Daten geben einen tieferen Einblick in das LED-Verhalten unter variierenden Bedingungen, was für ein robustes Design unerlässlich ist.

4.1 Strom-Spannungs-Kennlinie (I-V)

Die I-V-Kurve ist nichtlinear, ähnlich einer Standarddiode. Die Durchlassspannung steigt logarithmisch mit dem Strom. Ein Betrieb deutlich über den empfohlenen 20mA führt zu einem überproportionalen Anstieg von VF und Verlustleistung (Pd = IF * VF), was zu übermäßiger Hitze führt. Designer müssen einen strombegrenzenden Widerstand oder eine Konstantstromquelle verwenden, um IF innerhalb sicherer Grenzen zu halten.

4.2 Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Die Lichtstärke ist im normalen Betriebsbereich annähernd proportional zum Durchlassstrom. Allerdings kann die Effizienz bei sehr hohen Strömen aufgrund erhöhter Wärmeentwicklung sinken. Eine Stromreduzierung (z.B. Betrieb bei 15mA statt 20mA) kann die Langzeitzuverlässigkeit und den Lichtstromerhalt erheblich verbessern, bei nur geringfügig reduzierter wahrgenommener Helligkeit.

4.3 Temperaturabhängigkeit

Die LED-Leistung ist temperaturabhängig. Mit steigender Sperrschichttemperatur (Tj):

• Lichtstärke nimmt ab:Die Ausgangsleistung kann über den Betriebstemperaturbereich um 10-20% sinken.
• Durchlassspannung nimmt ab:VF hat einen negativen Temperaturkoeffizienten (typisch -2 mV/°C). In einer einfachen, widerstandsgesteuerten Schaltung kann dies zu einem leichten Stromanstieg führen, wenn sich die LED erwärmt, was eine thermische Betrachtung erfordern kann.
• Wellenlängenverschiebung:Die dominante Wellenlänge kann sich mit steigender Temperatur leicht verschieben (üblicherweise zu längeren Wellenlängen hin), was zu einer subtilen Farbänderung führt.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die LED entspricht einem EIA-Standardgehäuse. Die Hauptabmessungen betragen etwa 3,2 mm Länge, 2,8 mm Breite und 1,9 mm Höhe, mit einer Toleranz von ±0,1 mm. Das Gehäuse verfügt über eine wasserklare Linse, die das emittierte Licht nicht einfärbt, sodass die reine Chipfarbe (Grün oder Gelb) sichtbar ist.

5.2 Pinbelegung und Polaritätskennzeichnung

Das Bauteil hat vier Pins. Für die Variante LTST-C195KGJSKT:

• Pin 1 und 3 sind die Anode und Kathode für dengrünenAlInGaP-Chip.
• Pin 2 und 4 sind die Anode und Kathode für dengelbenAlInGaP-Chip.

Die Polarität wird durch die physische Gehäusemarkierung angezeigt (typischerweise ein Punkt oder eine abgeschrägte Ecke in der Nähe von Pin 1). Die korrekte Polarität ist zwingend erforderlich; das Anlegen einer Sperrspannung kann die LED beschädigen.

5.3 Empfohlenes PCB-Lötpad-Layout

Ein vorgeschlagenes Land Pattern (Footprint) wird bereitgestellt, um ein korrektes Löten und mechanische Stabilität zu gewährleisten. Das Pad-Design berücksichtigt die Gehäuseabmessungen und ermöglicht die Bildung einer guten Lötnaht während des Reflow. Die Befolgung dieser Empfehlung hilft, Tombstoning (Abheben eines Endes) zu verhindern und eine zuverlässige elektrische Verbindung sicherzustellen.

6. Löt- und Bestückungsrichtlinien

6.1 Infrarot-Reflow-Lötparameter

Die LED ist mit bleifreien (Pb-freien) Lötprozessen kompatibel. Ein vorgeschlagenes Reflow-Profil wird bereitgestellt, das typischerweise JEDEC-Standards wie J-STD-020 entspricht. Wichtige Parameter sind:

• Vorwärmen:150-200°C für bis zu 120 Sekunden, um die Platine und die Bauteile allmählich zu erwärmen, das Flussmittel zu aktivieren und thermischen Schock zu verhindern.
• Spitzentemperatur:Maximal 260°C.
• Zeit über Liquidus (TAL):Die Zeit, in der das Lot geschmolzen ist, entscheidend für die Lötstellenbildung. Das Profil schlägt maximal 10 Sekunden bei Spitzentemperatur vor.
• Grenze:Die LED sollte nicht mehr als zwei Reflow-Zyklen ausgesetzt werden.

Wichtig:Das tatsächliche Profil muss für das spezifische PCB-Design, die verwendete Lötpaste und den Ofen charakterisiert werden.

6.2 Handlöten mit Lötkolben

Falls manuelles Löten erforderlich ist, ist äußerste Vorsicht geboten:

• Kolbentemperatur:Maximal 300°C.
• Lötzeit:Maximal 3 Sekunden pro Lötstelle.
• Grenze:Nur ein Lötzyklus ist zulässig, um thermische Schäden am Kunststoffgehäuse und den Bonddrähten im Inneren zu verhindern.

6.3 Lager- und Handhabungsbedingungen

• ESD-Empfindlichkeit:LEDs sind empfindlich gegenüber elektrostatischer Entladung (ESD). Die Handhabung muss in einem ESD-geschützten Bereich unter Verwendung geerdeter Handgelenkbänder und leitfähiger Matten erfolgen.
• Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe (MSL):Das Bauteil ist mit MSL 3 bewertet. Das bedeutet:
  • Sobald die originale Feuchtigkeitssperrbeutel geöffnet ist, müssen die Bauteile innerhalb von 168 Stunden (1 Woche) unter Werkshallenbedingungen (<30°C/60% rF) gelötet werden.
  • Bei längerer Exposition ist vor dem Löten ein Ausheizen bei etwa 60°C für mindestens 20 Stunden erforderlich, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und \"Popcorning\" (Gehäuserissbildung während des Reflow) zu verhindern.
• Langzeitlagerung:Ungeöffnete Beutel sollten unter 30°C und 90% rF gelagert werden. Geöffnete Teile sollten in einer trockenen Umgebung, vorzugsweise in einem verschlossenen Behälter mit Trockenmittel, gelagert werden.

6.4 Reinigung

Falls eine Nachlötreinigung erforderlich ist, sollten nur spezifizierte Lösungsmittel verwendet werden. Isopropylalkohol (IPA) oder Ethylalkohol bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute werden empfohlen. Aggressive oder nicht spezifizierte Chemikalien können die Kunststofflinse oder das Gehäusematerial beschädigen, was zu Verfärbungen oder Rissen führt.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Band- und Rollenspezifikationen

Die LEDs werden auf industrieüblichen geprägten Trägerbändern auf Rollen mit 7-Zoll (178 mm) Durchmesser geliefert, was die automatisierte Pick-and-Place-Bestückung erleichtert. Wichtige Details:

• Taschenabstand:Der Abstand zwischen den Bauteiltaschen im Band.
• Rollenkapazität:4000 Stück pro volle Rolle.
• Mindestbestellmenge (MOQ):500 Stück für Restmengen.
• Qualität:Das Band ist mit einem Deckband versiegelt. Die maximal zulässige Anzahl aufeinanderfolgender fehlender Bauteile beträgt zwei, um die Zuführzuverlässigkeit sicherzustellen.

Die Verpackung entspricht den ANSI/EIA-481-Standards.

8. Anwendungsvorschläge und Designüberlegungen

8.1 Typische Anwendungsschaltungen

Die gebräuchlichste Ansteuerungsmethode ist ein einfacher Reihenwiderstand. Der Widerstandswert (R) wird mit dem Ohmschen Gesetz berechnet: R = (Vcc - VF) / IF, wobei Vcc die Versorgungsspannung, VF die LED-Durchlassspannung (für Worst-Case-Stromberechnung den Maximalwert verwenden) und IF der gewünschte Durchlassstrom (z.B. 20mA) ist. Die Widerstandsbelastbarkeit sollte mindestens IF² * R betragen. Für die Ansteuerung über Mikrocontroller-GPIOs muss sichergestellt sein, dass der GPIO den erforderlichen Strom (IF plus etwaiger Widerstandsstrom) senken/treiben kann. Um beide Farben unabhängig anzusteuern, verwenden Sie zwei separate Strombegrenzungsschaltungen.

8.2 Designüberlegungen für Zuverlässigkeit

• Thermisches Management:Obwohl die Verlustleistung gering ist, hilft eine ausreichende PCB-Kupferfläche um die LED-Pads, Wärme von der Sperrschicht abzuleiten, was Helligkeit und Lebensdauer erhält.
• Stromreduzierung:Für Anwendungen, die hohe Zuverlässigkeit erfordern oder bei erhöhten Umgebungstemperaturen arbeiten, sollte erwogen werden, die LED mit einem Strom unterhalb des Maximalwerts (z.B. 15-18 mA) zu betreiben.
• Sperrspannungsschutz:In Schaltungen, in denen die LED einer Sperrspannung ausgesetzt sein könnte (z.B. in AC-gekoppelten oder induktiven Lastszenarien), wird eine parallel zur LED geschaltete Schutzdiode (Kathode an Anode) empfohlen.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die LTST-C195KGJSKT bietet spezifische Vorteile in ihrer Kategorie:

• Zwei Farben in einem Gehäuse:Im Vergleich zur Platzierung von zwei separaten einfarbigen LEDs in 0603- oder 0805-Größe spart dieses 4-Pin-Gehäuse Platz und reduziert Bestückungszeit/-kosten.
• Materialtechnologie:Die Verwendung von AlInGaP für sowohl Grün als auch Gelb bietet eine höhere Effizienz und bessere Temperaturstabilität im Vergleich zu einigen älteren Technologien wie traditionellem GaP.
• Großer Betrachtungswinkel:Der 130-Grad-Betrachtungswinkel ist breiter als bei vielen \"Top-View\"-LEDs und bietet eine bessere Sichtbarkeit außerhalb der Achse, was für Bedienfeldanzeigen entscheidend ist.
• Standardisierte Verpackung:Die Einhaltung der EIA- und ANSI/EIA-481-Standards gewährleistet die Kompatibilität mit automatisierten Bestückungsgeräten verschiedener Hersteller.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F1: Kann ich den grünen und gelben Chip gleichzeitig mit jeweils 20mA betreiben?
A1: Ja, aber Sie müssen die Gesamtverlustleistung berücksichtigen. Jeder Chip verbraucht bis zu 75mW. Wenn beide kontinuierlich bei 20mA und typischem VF (2,0V) eingeschaltet sind, verbraucht jeder 40mW (P=IV), insgesamt 80mW, was innerhalb der kombinierten thermischen Kapazität des Gehäuses liegt, wenn es ordnungsgemäß montiert ist. Überprüfen Sie jedoch stets das tatsächliche VF und stellen Sie eine ausreichende PCB-Kühlung sicher.

F2: Warum ist die typische Lichtstärke für Grün und Gelb unterschiedlich?
A2: Dies liegt hauptsächlich an der photopischen Empfindlichkeitskurve des menschlichen Auges (CIE-Kurve), die im grün-gelben Bereich (~555 nm) ihr Maximum hat. Die Wellenlänge des gelben Chips (589 nm) liegt näher an dieser Spitzenempfindlichkeit als die des grünen Chips (571 nm), daher wird dieselbe Strahlungsleistung (Lichtenergie) vom gelben Chip als heller in Lumen oder Candela wahrgenommen.

F3: Was bedeutet \"Wasserklare\" Linse für die Farbe?
A3: Eine wasserklare (nicht diffundierte, nicht getönte) Linse lässt die Eigenfarbe des Halbleiterchips unverändert durch. Dies führt zu einem gesättigteren und potenziell schmaleren Lichtstrahl im Vergleich zu einer diffundierten Linse, die das Licht für ein breiteres, weicheres Erscheinungsbild streut, aber die Spitzenintensität reduziert.

F4: Wie interpretiere ich den Bin-Code für die Bestellung?
A4: Sie würden typischerweise die Teilenummer (LTST-C195KGJSKT) zusammen mit den gewünschten Lichtstärke- und Farbton-Bin-Codes für jede Farbe angeben (z.B. Grün: P/D, Gelb: Q). Konsultieren Sie den Hersteller oder Distributor für verfügbare Bin-Kombinationen.

11. Praktisches Anwendungsbeispiel

Szenario: Zweifarbige Statusanzeige für ein Netzwerkgerät.
Ein Router-Design benötigt eine einzelne Anzeige, um zwei Zustände anzuzeigen: \"Eingeschaltet/System OK\" (dauerhaft Grün) und \"Datenaktivität\" (blinkend Gelb). Die Verwendung der LTST-C195KGJSKT vereinfacht dieses Design.

• Schaltung:Es werden zwei GPIO-Pins des System-Mikrocontrollers verwendet. Jeder Pin ist über einen strombegrenzenden Widerstand (z.B. (3,3V - 2,4V)/0,02A = 45Ω, Standardwert 47Ω verwenden) mit der Anode einer LED-Farbe verbunden. Die Kathoden sind mit Masse verbunden.
• Software:Die Firmware schaltet den grünen GPIO für einen Dauerzustand auf High. Für Datenaktivität schaltet sie den gelben GPIO mit einer geeigneten Blinkfrequenz (z.B. 2 Hz) um.
• Vorteile:Spart einen PCB-Footprint im Vergleich zu zwei diskreten LEDs. Bietet klare, deutliche Farbzustände von einem einzigen Punkt auf dem Bedienfeld. Der große Betrachtungswinkel gewährleistet die Sichtbarkeit aus verschiedenen Winkeln in einer Büro- oder Wohnumgebung.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Leuchtdioden (LEDs) sind Halbleiterbauelemente, die Licht durch Elektrolumineszenz emittieren. Wenn eine Durchlassspannung an den p-n-Übergang angelegt wird, rekombinieren Elektronen aus dem n-Typ-Material mit Löchern aus dem p-Typ-Material im aktiven Bereich. Diese Rekombination setzt Energie in Form von Photonen (Lichtteilchen) frei. Die spezifische Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts wird durch die Bandlückenenergie des Halbleitermaterials bestimmt. AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) ist ein Verbindungshalbleiter, dessen Bandlücke durch Anpassung der Verhältnisse seiner Bestandteile eingestellt werden kann, um hocheffizientes Licht in den spektralen Bereichen Rot, Orange, Bernstein, Gelb und Grün zu erzeugen. In dieser zweifarbigen LED sind zwei separate Halbleiterchips, jeder mit einer leicht unterschiedlichen Bandlücke (einer für Grün, einer für Gelb), in einem einzigen Epoxidgehäuse mit unabhängigen elektrischen Anschlüssen untergebracht.

13. Technologietrends

Der allgemeine Trend bei SMD-Indikator-LEDs geht weiterhin in Richtung höherer Effizienz, kleinerer Gehäusegrößen und größerer Integration. Während AlInGaP für Bernstein bis Grün dominant bleibt, ist InGaN (Indium-Gallium-Nitrid)-Technologie für Blau, Weiß und echtes Grün verbreitet. Zukünftige Entwicklungen können umfassen:

• Weitere Miniaturisierung:Gehäuse kleiner als 2,0x1,0 mm für ultra-kompakte Geräte.
• Integrierte Komponenten:LEDs mit eingebauten strombegrenzenden Widerständen, Schutzdioden oder sogar Treiber-ICs im selben Gehäuse, um den Schaltungsentwurf zu vereinfachen.
• Verbesserte optische Kontrolle:Gehäuse mit integrierten Linsen oder Reflektoren für spezifische Strahlprofile ohne externe Optik.
• Verbesserte thermische Leistung:Gehäusedesigns, die Wärme effektiver von der Halbleitersperrschicht zur PCB ableiten, was höhere Treiberströme oder verbesserte Lebensdauer bei Standardströmen ermöglicht.

Diese Trends zielen darauf ab, Designern vielseitigere, zuverlässigere und platzsparendere Beleuchtungslösungen für eine ständig wachsende Palette elektronischer Produkte zu bieten.