Dual-Color SMD LED LTW-C195DSKF-5A Datenblatt - Weiß & Orange - 20-30mA - 72-75mW - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTW-C195DSKF-5A ist eine dualfarbige, oberflächenmontierbare (SMD) LED, die für moderne elektronische Anwendungen entwickelt wurde, die kompakte, zuverlässige und helle Anzeige- oder Hintergrundbeleuchtungslösungen erfordern. Sie integriert zwei verschiedene Halbleiterchips in einem einzigen EIA-Standardgehäuse: einen InGaN-Chip (Indiumgalliumnitrid) für weißes Licht und einen AlInGaP-Chip (Aluminiumindiumgalliumphosphid) für orangefarbenes Licht. Diese Konfiguration ermöglicht einen Zweifarbenbetrieb auf einer einzigen Bauteilfläche und spart wertvollen Leiterplattenplatz. Das Bauteil ist auf 8 mm breitem Band verpackt, das auf Spulen mit 7 Zoll (178 mm) Durchmesser geliefert wird, und ist somit voll kompatibel mit schnellen automatischen Bestückungsanlagen. Es wird als "Green Product" klassifiziert und entspricht der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe).

2. Technische Parameter im Detail

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb unter oder an diesen Grenzen wird nicht garantiert und sollte für eine zuverlässige Langzeitleistung vermieden werden.

• Verlustleistung (Pd):Weißer Chip: 72 mW, Orangefarbener Chip: 75 mW. Dies ist die maximal zulässige, als Wärme abgegebene Verlustleistung. Eine Überschreitung kann zu übermäßiger Sperrschichttemperatur und beschleunigtem Leistungsabfall führen.
• Spitzen-Durchlassstrom (I_FP):Weiß: 100 mA, Orange: 80 mA. Dies ist der maximale Momentanstrom, typischerweise unter gepulsten Bedingungen spezifiziert (1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Pulsbreite), um eine thermische Überlastung während kurzer Transienten zu verhindern.
• DC-Durchlassstrom (I_F):Weiß: 20 mA, Orange: 30 mA. Dies ist der für den Normalbetrieb empfohlene maximale kontinuierliche Durchlassstrom. Der orangefarbene Chip kann einen höheren Dauerstrom verkraften.
• Sperrspannung (V_R):5 V für beide Chips. Das Anlegen einer höheren Sperrspannung kann zum Durchbruch und zur Beschädigung führen. Das Datenblatt weist ausdrücklich darauf hin, dass ein Betrieb mit Sperrspannung nicht kontinuierlich erfolgen darf.
• Temperaturbereiche:Betrieb: -20°C bis +80°C; Lagerung: -30°C bis +100°C. Diese definieren die Umgebungsgrenzen für den funktionalen Einsatz und die nicht betriebsbereite Lagerung.
• Infrarot-Reflow-Löten:Hält einer Spitzentemperatur von 260°C für 10 Sekunden stand, was gängigen bleifreien (Pb-freien) Reflow-Lötprofilen entspricht.

2.2 Elektrische & Optische Kenngrößen

Dies sind die typischen und garantierten Leistungsparameter, gemessen unter einer Standardtestbedingung von Ta=25°C und I_F=5mA, sofern nicht anders angegeben.

• Leuchtdichte (I_V):Ein Schlüsselmaß für die Helligkeit.
  • Weiß: Minimum 45,0 mcd, Typischer Wert nicht angegeben, Maximum 180,0 mcd.
  • Orange: Minimum 11,2 mcd, Typischer Wert nicht angegeben, Maximum 71,0 mcd.
  • Die Messung folgt der CIE-Augenempfindlichkeitskurve unter Verwendung spezifizierter Testgeräte (z.B. CAS140B).
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):130 Grad (typisch) für beide Farben. Dieser weite Abstrahlwinkel ist charakteristisch für das Gehäuselinsendesign und bietet ein breites Abstrahlmuster, das für Anzeigeanwendungen geeignet ist.
• Wellenlängenparameter (Orangefarbener Chip):
  • Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_P): 611 nm (typisch). Die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsabgabe am höchsten ist.
  • Dominante Wellenlänge (λ_d): 605 nm (typisch). Die einzelne Wellenlänge von reinem Spektrallicht, die das menschliche Auge mit der Farbe der LED gleichsetzt.
  • Spektrale Halbwertsbreite (Δλ): 20 nm (typisch). Die Bandbreite des emittierten Spektrums bei halber Spitzenintensität, ein Indikator für die Farbreinheit.
• Farbwertkoordinaten (Orangefarbener Chip):x=0,3, y=0,3 (typisch). Diese CIE-1931-Koordinaten definieren den präzisen orangefarbenen Farbpunkt im Farbtafeldiagramm. Auf diese Koordinaten wird eine Toleranz von ±0,01 angewendet.
• Durchlassspannung (V_F):
  • Weiß: Typisch 2,75V, Maximum 3,15V bei I_F=5mA.
  • Orange: Typisch 2,00V, Maximum 2,40V bei I_F=5mA.
  • Die niedrigere V_Fdes orangefarbenen Chips ist konsistent mit dem AlInGaP-Materialsystem.
• Sperrstrom (I_R):Maximum 10 µA (Weiß) und 100 µA (Orange) bei V_R=5V. Dies ist der geringe Leckstrom, wenn das Bauteil in Sperrrichtung betrieben wird.

Hinweis zu elektrostatischer Entladung (ESD):LEDs sind empfindlich gegenüber statischer Elektrizität. Handhabungsverfahren müssen die Verwendung von Erdungsarmbändern, antistatischen Handschuhen sowie ordnungsgemäß geerdeter Ausrüstung und Arbeitsplätze umfassen, um Schäden durch ESD oder Überspannungsereignisse zu verhindern.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um natürliche Schwankungen in der Halbleiterfertigung zu handhaben, werden LEDs nach Leistungsklassen (Bins) sortiert. Die LTW-C195DSKF-5A verwendet separate Binnings für Leuchtdichte und Durchlassspannung.

3.1 Leuchtdichte (I_V) Binning

• Weißer Chip:Bins P (45,0-71,0 mcd), Q (71,0-112,0 mcd), R (112,0-180,0 mcd). Die Toleranz innerhalb jedes Bins beträgt ±15%.
• Orangefarbener Chip:Bins L (11,2-18,0 mcd), M (18,0-28,0 mcd), N (28,0-45,0 mcd), P (45,0-71,0 mcd). Die Toleranz innerhalb jedes Bins beträgt ±15%.
• Der spezifische Bin-Code ist auf der Verpackung markiert, sodass Designer LEDs mit konsistenter Helligkeit für ihre Anwendung auswählen können.

3.2 Durchlassspannung (V_F) Binning (Nur Weißer Chip)

• Bins A (2,55-2,75V), B (2,75-2,95V), C (2,95-3,15V). Die Toleranz innerhalb jedes Bins beträgt ±0,1V.
• Das Binning von V_Fhilft bei der Auslegung konsistenterer Stromtreiberschaltungen, insbesondere wenn mehrere LEDs in Reihe geschaltet sind.

3.3 Farbton-Binning (Orangefarbener Chip)

Die orangefarbene Farbe wird präzise über sechs Farbton-Bins (S1 bis S6) gesteuert, die durch Vierecke im CIE-1931-Farbtafeldiagramm definiert sind. Jedes Bin hat spezifische (x, y)-Koordinatengrenzen (z.B. S1: x 0,274-0,294, y 0,226-0,286). Die Toleranz für die Farbwertkoordinaten (x, y) innerhalb jedes Farbton-Bins beträgt ±0,01. Dies gewährleistet eine sehr enge Farbkonsistenz für Anwendungen, bei denen ein präziser Orangeton entscheidend ist.

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt verweist auf typische Kennlinien, die für das Verständnis des Bauteilverhaltens unter nicht standardmäßigen Bedingungen wesentlich sind. Obwohl die spezifischen Diagramme im bereitgestellten Text nicht vollständig detailliert sind, würden Standard-LED-Kennlinien typischerweise Folgendes umfassen:

• Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kennlinie):Zeigt die exponentielle Beziehung. Die Kurve unterscheidet sich zwischen den InGaN- (weiß) und AlInGaP- (orange) Chips aufgrund ihrer unterschiedlichen Halbleiterbandlücken, was die unterschiedlichen typischen V_F values.
• Leuchtdichte vs. Durchlassstrom (I-L-Kennlinie):Zeigt, wie die Lichtausbeute mit dem Strom zunimmt, typischerweise bei höheren Strömen aufgrund von thermischem und Effizienzabfall in sublinearer Weise.
• Leuchtdichte vs. Umgebungstemperatur:Zeigt die Abnahme der Lichtausbeute bei steigender Sperrschichttemperatur. Dies ist entscheidend für das Wärmemanagement-Design.
• Spektrale Leistungsverteilung:Für den orangefarbenen Chip würde dieses Diagramm das Emissionsmaximum bei etwa 611 nm mit der spezifizierten 20 nm Halbwertsbreite zeigen und so die Farbcharakteristiken bestätigen.

5. Mechanische & Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen und Pinbelegung

Das Bauteil verwendet eine standardmäßige EIA-Gehäuseumrisszeichnung. Die wichtigsten Maßtoleranzen betragen ±0,10 mm, sofern nicht anders angegeben. Die Pinbelegung für die Zweifarbenfunktion ist klar definiert:

• Pins 1 und 3: Anode/Kathode für den InGaN-Weiß-Chip.
• Pins 2 und 4: Anode/Kathode für den AlInGaP-Orange-Chip.

Diese 4-Pin-Konfiguration ermöglicht eine unabhängige Steuerung der beiden Farben. Das Linsenmaterial ist als gelb spezifiziert, was als Diffusor oder Wellenlängenkonverter für den weißen Chip wirken und die orangefarbene Ausgabe leicht einfärben kann.

5.2 Vorgeschlagenes Lötpad-Layout

Das Datenblatt enthält ein empfohlenes Land Pattern (Lötpad-Abmessungen) für das Leiterplattendesign. Die Einhaltung dieser Richtlinie gewährleistet eine ordnungsgemäße Lötstellenbildung während des Reflow-Prozesses, gute mechanische Stabilität und eine optimale Wärmeableitung vom LED-Gehäuse in die Leiterplatte.

6. Löt- & Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötprozess

Die LED ist mit Infrarot (IR)-Reflow-Lötprozessen kompatibel. Die maximal verträgliche Bedingung beträgt 260°C für 10 Sekunden, was für bleifreie Bestückung Standard ist. Ein empfohlenes Reflow-Profil ist impliziert, das typischerweise eine Aufwärmzone, einen schnellen Temperaturanstieg auf die Spitzentemperatur, eine kurze Zeit über der Liquidustemperatur und eine kontrollierte Abkühlphase umfasst. Die Einhaltung dieses Profils verhindert thermischen Schock und Lötfehler.

6.2 Lagerung und Handhabung

• Versiegelte Verpackung:Lagern bei ≤30°C und ≤90% r.F. Verwenden innerhalb eines Jahres, wenn die feuchtigkeitsgeschützte Beutel mit Trockenmittel intakt ist.
• Geöffnete Verpackung:Für Bauteile, die aus ihrem versiegelten Beutel entnommen wurden, sollte die Lagerumgebung 30°C / 60% r.F. nicht überschreiten. Es wird dringend empfohlen, den IR-Reflow-Prozess innerhalb einer Woche nach dem Öffnen abzuschließen.
• Verlängerte Lagerung (Geöffnet):Überschreitet die Lagerung eine Woche, sollten die LEDs in einem versiegelten Behälter mit Trockenmittel oder in einem Stickstoff-Exsikkator aufbewahrt werden. Bauteile, die länger als eine Woche außerhalb des Beutels gelagert wurden, erfordern eine Back-Vorbehandlung (ca. 60°C für mindestens 20 Stunden) vor dem Löten, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und "Popcorning" während des Reflow zu verhindern.

6.3 Reinigung

Wenn eine Reinigung nach der Montage erforderlich ist, dürfen nur spezifizierte Lösungsmittel verwendet werden. Das Eintauchen der LED in Ethylalkohol oder Isopropylalkohol bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute ist zulässig. Die Verwendung nicht spezifizierter chemischer Reiniger ist verboten, da sie die Epoxidlinse oder das Gehäuse der LED beschädigen können.

7. Verpackung & Bestellinformationen

7.1 Band- und Spulen-Spezifikationen

Das Produkt wird in einem industrieüblichen, geprägten Trägerband mit einer Schutzdeckfolie geliefert, das auf eine Spule mit 7 Zoll (178 mm) Durchmesser aufgewickelt ist.

• Stückzahl pro Spule:3000 Stück.
• Mindestbestellmenge (MOQ):500 Stück für Restmengen.
• Bandbreite:8 mm.
• Verpackungsstandards:Entspricht den ANSI/EIA-481-1-A-1994-Spezifikationen für Bauteilverpackungen.
• Qualität:Die maximale Anzahl aufeinanderfolgender fehlender Bauteile (leere Taschen) im Band beträgt zwei.

Detaillierte Maßzeichnungen sowohl für das Trägerband (Taschenabstand, -tiefe) als auch für die Spule (Nabendurchmesser, Flanschdurchmesser) werden für die Kompatibilität mit automatischen Bestückungsgeräte-Zuführungen bereitgestellt.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

• Zweifarbige Statusanzeigen:Ideal für Gerätefrontplatten, bei denen eine einzelne LED mehrere Zustände anzeigen kann (z.B. weiß für "Ein/Aktiv", orange für "Standby/Warnung").
• Hintergrundbeleuchtung für Unterhaltungselektronik:Kann für Tasten- oder Akzentbeleuchtung in Geräten verwendet werden, bei denen Zweifarbeneffekte gewünscht sind.
• Automobil-Innenraumbeleuchtung:Für Ambientebeleuchtung, die zwischen weißen und orangefarbenen Tönen wechseln kann.
• Industrielle Steuerpulte:Bietet klare, helle Statusanzeige in verschiedenen Betriebsmodi.

8.2 Design-Überlegungen

• Strombegrenzung:Verwenden Sie stets einen Reihenstrombegrenzungswiderstand oder einen Konstantstromtreiber für jeden Chip. Berechnen Sie diesen basierend auf der Versorgungsspannung und der maximalen Durchlassspannung (V_{F MAX}) beim gewünschten Betriebsstrom (nicht überschreitend I_FDC).
• Wärmemanagement:Obwohl die Verlustleistung gering ist, hilft eine ausreichende Kupferfläche auf der Leiterplatte um die Lötpads herum, Wärme abzuleiten, die Lichtausbeute aufrechtzuerhalten und die Lebensdauer zu gewährleisten, insbesondere bei höheren Umgebungstemperaturen oder Treiberströmen.
• ESD-Schutz:Integrieren Sie ESD-Schutzdioden auf den Signalleitungen, die die LED in Umgebungen ansteuern, die anfällig für statische Entladungen sind.
• Optisches Design:Der 130-Grad-Abstrahlwinkel bietet eine breite Abdeckung. Für stärker gerichtetes Licht können Sekundäroptiken (Linsen, Lichtleiter) erforderlich sein.

9. Technischer Vergleich & Differenzierung

Die LTW-C195DSKF-5A bietet spezifische Vorteile in ihrer Klasse:

• Dual-Chip-Integration:Kombiniert zwei verschiedene Halbleitertechnologien (InGaN für weiß, AlInGaP für orange) in einem Gehäuse und bietet für jede Farbe eine überlegene Farbleistung und Helligkeit im Vergleich zu einer Einzelchip-LED mit einem Leuchtstoffüberzug, der zwei Farben zu erzeugen versucht.
• Unabhängige Steuerung:Separate Anoden/Kathoden ermöglichen ein völlig unabhängiges Ansteuern und Dimmen jeder Farbe, was dynamische Farbmischung oder Sequenzierung ermöglicht, die mit gemeinsamer Kathode/Anode Zweifarben-LEDs nicht möglich ist.
• Hochhelle Orange-Farbe:Die Verwendung von AlInGaP-Technologie für den orangefarbenen Chip erzielt typischerweise eine höhere Effizienz und hellere Ausgabe bei bestimmten Wellenlängen im Vergleich zu älteren Technologien.
• Robustes Gehäuse:Die Kompatibilität mit IR-Reflow und Band-und-Spulen-Verpackung macht es für vollautomatische, hochvolumige Oberflächenmontage-Fertigungslinien geeignet.

10. Häufig gestellte Fragen (Basierend auf technischen Parametern)

F1: Kann ich sowohl den weißen als auch den orangefarbenen Chip gleichzeitig mit ihrem maximalen DC-Strom betreiben?

A: Nicht unbedingt. Sie müssen die gesamte Verlustleistung berücksichtigen. Gleichzeitiger Betrieb von Weiß bei 20mA (~2,75V) und Orange bei 30mA (~2,00V) ergibt eine kombinierte Leistung von ~112,5 mW, die die thermischen Designgrenzen des kleinen Gehäuses überschreiten kann, wenn die Wärmeableitung unzureichend ist. Es ist sicherer, unterhalb der absoluten Maximalwerte zu arbeiten oder eine thermische Derating-Strategie zu implementieren.

F2: Was ist der Unterschied zwischen Spitzenwellenlänge und dominanter Wellenlänge?

A: Spitzenwellenlänge (λ_P=611 nm) ist das physikalische Maximum des Lichtspektrums, das die LED emittiert. Dominante Wellenlänge (λ_d=605 nm) ist das wahrgenommene Maximum – die einzelne Wellenlänge von reinem Spektrallicht, die das menschliche Auge mit der Farbe der LED gleichsetzt. Sie unterscheiden sich oft, insbesondere bei breiteren Spektren.

F3: Warum ist die Lagerfeuchteanforderung für geöffnete Verpackungen strenger?

A: Die in SMD-LEDs verwendete Epoxid-Formmasse kann Feuchtigkeit aus der Luft aufnehmen. Während des Hochtemperatur-Reflow-Lötprozesses kann diese eingeschlossene Feuchtigkeit schnell verdampfen und einen Innendruck erzeugen, der das Gehäuse reißen lassen kann ("Popcorning"). Der Backprozess vor dem Löten treibt diese aufgenommene Feuchtigkeit aus.

F4: Wie interpretiere ich die Farbton-Bin-Koordinaten (z.B. S1)?

A: Die vier (x,y)-Koordinatenpaare für ein Bin wie S1 definieren die Eckpunkte eines Vierecks im CIE-Farbtafeldiagramm. Jede LED, deren gemessene Farbwertkoordinaten innerhalb dieses Vierecks fallen, wird dem S1-Bin zugeordnet. Dies ist eine präzisere Methode als einfache Wellenlängen-Bins zur Definition des Farbraums.

11. Praktische Design-Fallstudie

Szenario:Entwurf eines Mehrzustands-Einschaltknopfs für einen Consumer-Audioverstärker. Der Knopf muss anzeigen: Aus (dunkel), Standby (pulsierendes Orange), Ein (konstant weiß).

Umsetzung mit LTW-C195DSKF-5A:

1. Die LED wird hinter einer lichtdurchlässigen Knopfkappe platziert.

2. Ein Mikrocontroller (MCU) steuert die beiden Farben über zwei separate GPIO-Pins an, jeweils mit einem eigenen Reihenstrombegrenzungswiderstand, berechnet für 5mA Ansteuerung (für lange Lebensdauer und moderate Helligkeit).

3. Aus-Zustand:Beide MCU-Pins sind als hochohmiger Eingang oder auf Low-Ausgang gesetzt.

4. Standby-Zustand:Der mit der orangefarbenen LED (Pins 2/4) verbundene Pin des MCU wird mit einem PWM-Signal (Pulsweitenmodulation) angesteuert, um einen Pulsierungseffekt zu erzeugen. Der Pin für die weiße LED bleibt aus.

5. Ein-Zustand:Der MCU-Pin für die weiße LED (Pins 1/3) wird kontinuierlich auf High gesetzt. Der Pin für die orangefarbene LED ist aus.



Dieses Design verwendet nur eine Bauteilfläche, vereinfacht die Montage und bietet klare, deutliche visuelle Rückmeldung durch hochwertiges, konsistentes Licht beider Chips.

12. Einführung in die Technologieprinzipien

Die LTW-C195DSKF-5A nutzt zwei verschiedene Festkörper-Beleuchtungstechnologien:

• InGaN (Weißer Chip):Typischerweise wird ein blau emittierender InGaN-LED-Chip mit einer gelben Leuchtstoffbeschichtung (YAG:Ce) kombiniert. Ein Teil des blauen Lichts entweicht, der Rest wird durch den Leuchtstoff zu gelbem Licht herunterkonvertiert. Die Mischung aus blauem und gelbem Licht wird vom menschlichen Auge als weiß wahrgenommen. Die gelbe Gehäuselinse kann ebenfalls zur Farbmischung oder Diffusion beitragen.
• AlInGaP (Orangefarbener Chip):Dieses Materialsystem wird auf einem Substrat (oft GaAs) aufgewachsen und so konstruiert, dass es eine direkte Bandlücke aufweist, die der Lichtemission im roten, orangefarbenen und gelben Bereich des Spektrums (etwa 590-650 nm) entspricht. Es ist hocheffizient für die Erzeugung gesättigter Farben in diesem Bereich. Die orangefarbene Ausgabe wird direkt durch die Rekombination von Elektronen und Löchern innerhalb des Halbleitermaterials selbst erzeugt, ohne Leuchtstoffe.

Elektrolumineszenz ist das Kernprinzip: Wenn eine Durchlassspannung über den p-n-Übergang des Halbleiters angelegt wird, rekombinieren Elektronen und Löcher und setzen Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die Wellenlänge (Farbe) des Lichts wird durch die Bandlückenenergie des Halbleitermaterials bestimmt.

13. Entwicklungstrends

Das Gebiet der SMD-LEDs entwickelt sich weiter, mit Trends, die Bauteile wie die LTW-C195DSKF-5A in einen Kontext setzen:

• Erhöhte Effizienz und Lichtstrom:Fortlaufende Verbesserungen in der epitaktischen Schichtabscheidung, Chipdesign und Gehäuseextraktionseffizienz führen zu einer höheren mcd-Ausgabe pro mA Eingangsstrom, was einen geringeren Stromverbrauch oder hellere Anzeigen ermöglicht.
• Miniaturisierung:Während dies ein Standard-EIA-Gehäuse ist, strebt die Industrie nach kleineren Bauteilflächen (z.B. 0402, 0201) für ultrakompakte Geräte, oft jedoch auf Kosten der Gesamtlichtausbeute oder thermischen Leistung.
• Verbesserte Farbkonsistenz und Binning:Fortschritte in der Fertigungsprozesskontrolle führen zu engeren Verteilungen in V_F, I_Vund Farbwert, reduzieren die Anzahl benötigter Bins und gewährleisten eine gleichmäßigere Leistung in der Serienfertigung.
• Integrierte Lösungen:Ein Trend hin zu LEDs mit eingebauten Stromreglern, ESD-Schutz oder sogar einfacher Steuerlogik ("Smart LEDs"), um die Schaltungsauslegung für den Endanwender zu vereinfachen.
• Fokus auf Zuverlässigkeit und Lebensdauer:Verbesserte Materialien für Linsen und Vergussmassen, die eine bessere Beständigkeit gegen Hitze, Feuchtigkeit und kurzwelliges Licht bieten, führen zu längeren Betriebslebensdauern, was besonders für industrielle und automobiltechnische Anwendungen wichtig ist.