LTST-C195TBTGKT Zweifarbige SMD LED Datenblatt - Abmessungen 1,6x0,8x0,55mm - Blau 3,8V / Grün 2,4V - 76mW - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Das LTST-C195TBTGKT ist eine zweifarbige, oberflächenmontierbare (SMD) Leuchtdiode (LED), die für moderne, platzbeschränkte elektronische Anwendungen konzipiert ist. Es integriert zwei verschiedene Halbleiterchips in einem einzigen, ultrakompakten Gehäuse: einen InGaN (Indiumgalliumnitrid) Chip für blaue Emission und einen InGaN Chip für grüne Emission. Diese Konfiguration ermöglicht die Erzeugung zweier Primärfarben aus einer Komponente und erlaubt Statusanzeige, Hintergrundbeleuchtung und dekorative Beleuchtung mit minimalem Platzbedarf.

Die zentralen Vorteile dieses Produkts sind sein außergewöhnlich dünnes Profil von nur 0,55mm, was für Anwendungen wie ultradünne Displays, Mobilgeräte und Wearable-Technologie entscheidend ist. Es wird als "grünes Produkt" hergestellt, erfüllt die ROHS-Konformitätsstandards (Beschränkung gefährlicher Stoffe) und ist frei von Stoffen wie Blei, Quecksilber und Cadmium. Das Bauteil ist auf 8mm breitem Trägerband verpackt, das auf 7-Zoll (178mm) Spulen aufgewickelt ist, wodurch es voll kompatibel mit der in der Serienfertigung eingesetzten Hochgeschwindigkeits-Automatikbestückung ist. Sein Design ist auch mit Infrarot (IR) Reflow-Lötprozessen kompatibel, dem Standard für SMT-Montagelinien.

1.1 Pinbelegung und Linse

Das Bauteil verfügt über eine wasserklare Linse, die das Licht nicht streut oder einfärbt, sodass die reine Chipfarbe (blau oder grün) emittiert wird. Die Pinbelegung ist entscheidend für einen korrekten Schaltungsentwurf. Beim LTST-C195TBTGKT ist der blaue LED-Chip mit den Pins 1 und 3 verbunden, während der grüne LED-Chip mit den Pins 2 und 4 verbunden ist. Diese unabhängige Anoden/Kathoden-Konfiguration ermöglicht die separate Ansteuerung jeder Farbe durch die Treiberschaltung.

2. Vertiefung der technischen Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Ein Betrieb an oder über diesen Grenzen wird nicht garantiert. Für beide Chips (blau und grün):

• Verlustleistung (Pd):76 mW. Dies ist die maximal zulässige, als Wärme abgegebene Verlustleistung. Eine Überschreitung kann zu Überhitzung und beschleunigtem Alterungsprozess führen.
• Spitzen-Strom (I_FP):100 mA. Dies ist nur unter gepulsten Bedingungen mit einem Tastverhältnis von 1/10 und einer Pulsbreite von 0,1ms zulässig. Wird für kurze, hochintensive Blitze verwendet.
• DC-Vorwärtsstrom (I_F):20 mA. Dies ist der empfohlene kontinuierliche Vorwärtsstrom für den Normalbetrieb, um Helligkeit und Lebensdauer in Einklang zu bringen.
• Betriebstemperaturbereich (T_opr):-20°C bis +80°C. Die Funktionsfähigkeit des Bauteils ist innerhalb dieses Umgebungstemperaturbereichs garantiert.
• Lagertemperaturbereich (T_stg):-30°C bis +100°C.
• Infrarot-Lötbedingung:Hält einer Spitzentemperatur von 260°C für 10 Sekunden stand, was typischen bleifreien (Pb-free) Reflow-Profilen entspricht.

2.2 Elektrische und optische Kenngrößen

Dies sind die typischen Leistungsparameter, gemessen bei einer Umgebungstemperatur (T_a) von 25°C und einem Vorwärtsstrom (I_F) von 20 mA, sofern nicht anders angegeben.

• Lichtstärke (I_V):Ein Maß für die wahrgenommene Lichtleistung. Für Blau: Minimum 28,0 mcd, Typischer Wert nicht spezifiziert, Maximum 180 mcd. Für Grün: Minimum 45,0 mcd, Typischer Wert nicht spezifiziert, Maximum 280 mcd. Der grüne Chip ist von Natur aus effizienter in Bezug auf die Empfindlichkeit des menschlichen Auges.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):130 Grad (typisch für beide Farben). Dieser breite Abstrahlwinkel deutet auf ein lambertisches Abstrahlverhalten hin und eignet sich für Anwendungen, die eine breitflächige Ausleuchtung anstelle eines fokussierten Strahls erfordern.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_P):Die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsverteilung maximal ist. Blau: 468 nm (typisch). Grün: 525 nm (typisch).
• Dominante Wellenlänge (λ_d):Die einzelne Wellenlänge, die die wahrgenommene Farbe im CIE-Farbdiagramm definiert. Blau: 470 nm (typisch). Grün: 530 nm (typisch). Dieser Wert ist für die Farbspezifikation relevanter als die Spitzenwellenlänge.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):Die Bandbreite des emittierten Spektrums bei halber Maximalintensität. Blau: 25 nm (typisch). Grün: 17 nm (typisch). Eine schmalere Halbwertsbreite deutet auf eine spektral reiner Farbe hin.
• Durchlassspannung (V_F):Der Spannungsabfall über der LED beim Betrieb mit dem spezifizierten Strom. Blau: Typisch 3,30V, Maximum 3,80V. Grün: Typisch 2,00V, Maximum 2,40V. Dieser Unterschied ist auf die unterschiedlichen Bandlückenenergien der Halbleitermaterialien zurückzuführen. Er ist entscheidend für das Treiberdesign, insbesondere wenn beide Farben von derselben Spannungsversorgung gespeist werden.
• Sperrstrom (I_R):Maximum 10 μA bei einer Sperrspannung (V_R) von 5V. LEDs sind nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt; dieser Parameter dient nur der Charakterisierung des Leckstroms.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um Konsistenz in der Massenproduktion zu gewährleisten, werden LEDs basierend auf ihrer Lichtstärke in Leistungsklassen (Bins) sortiert. Dies ermöglicht es Entwicklern, einen für ihre Anwendung geeigneten Helligkeitsgrad auszuwählen.

3.1 Lichtstärke-Binning

Der Bin-Code ist ein einzelner Buchstabe, der einen Min/Max-Intensitätsbereich definiert. Die Toleranz innerhalb jedes Bins beträgt +/-15%.

Für den Blauen Chip (gemessen in mcd @ 20mA):

• Bin N: 28,0 – 45,0 mcd
• Bin P: 45,0 – 71,0 mcd
• Bin Q: 71,0 – 112,0 mcd
• Bin R: 112,0 – 180,0 mcd

Für den Grünen Chip (gemessen in mcd @ 20mA):

• Bin P: 45,0 – 71,0 mcd
• Bin Q: 71,0 – 112,0 mcd
• Bin R: 112,0 – 180,0 mcd
• Bin S: 180,0 – 280,0 mcd

Der spezifische Bin für eine bestimmte Produktionscharge wird auf der Verpackung oder in der Bestelldokumentation angegeben.

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 Grafiken im Text nicht reproduziert werden, sind ihre Aussagen standardisiert.

• I-V (Strom-Spannungs-) Kennlinie:Zeigt den exponentiellen Zusammenhang zwischen Durchlassspannung und Strom. Die Kniespannung liegt in der Nähe der typischen V_F-Werte. Diese Kurve ist entscheidend für den Entwurf von strombegrenzenden Schaltungen.
• Lichtstärke vs. Vorwärtsstrom:Zeigt, dass die Intensität bis zu einem gewissen Punkt annähernd linear mit dem Strom ansteigt, danach sinkt die Effizienz aufgrund von Erwärmung und anderen Effekten. Der Betrieb mit den empfohlenen 20mA gewährleistet optimale Effizienz und Lebensdauer.
• Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Zeigt den thermischen Quenching-Effekt, bei dem die Lichtausbeute mit steigender Sperrschichttemperatur abnimmt. Dies ist eine kritische Überlegung für Hochleistungs- oder Hochtemperaturanwendungen.
• Spektrale Verteilung:Stellt die relative Intensität über der Wellenlänge dar und zeigt die Spitzen- und dominante Wellenlänge sowie die spektrale Halbwertsbreite.

5. Mechanische und Verpackungsinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Das Bauteil entspricht einem EIA-Standard-Gehäuse. Wichtige Abmessungen (alle in mm, Toleranz ±0,10mm sofern nicht anders angegeben) umfassen die Gesamtlänge (1,6mm), Breite (0,8mm) und die kritische Höhe von 0,55mm. Detaillierte Maßzeichnungen zeigen die Lage der Lötpads, die Linsenform und die Markierungsausrichtung.

5.2 Vorgeschlagenes Lötpad-Layout

Ein empfohlenes Bestückungsbild (Footprint) für die Leiterplatte wird bereitgestellt, um zuverlässige Lötstellenbildung während des Reflow-Prozesses zu gewährleisten. Die Einhaltung dieses Musters verhindert "Tombstoning" (Aufstellen des Bauteils) und sorgt für korrekte Ausrichtung und thermische Entlastung.

5.3 Band- und Spulenverpackung

Die LEDs werden in einer geprägten Trägerbandverpackung mit Schutzdeckband geliefert, aufgewickelt auf 7-Zoll (178mm) Spulen. Dies ist der Standard für die automatische Bestückung.

• Taschenabstand: 8mm.
• Stückzahl pro Spule: 4000 Stück.
• Mindestbestellmenge für Restposten: 500 Stück.
• Die Verpackung entspricht den ANSI/EIA-481-Spezifikationen.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 IR-Reflow-Lötprofil

Ein vorgeschlagenes Temperaturprofil für den bleifreien Lötprozess wird bereitgestellt. Wichtige Parameter sind:

• Vorwärmen:150-200°C.
• Vorwärmzeit:Maximal 120 Sekunden, um gleichmäßiges Aufheizen und Flussmittelaktivierung zu ermöglichen.
• Spitzentemperatur:Maximal 260°C.
• Zeit oberhalb der Liquidustemperatur:Maximal 10 Sekunden (und maximal zwei Reflow-Zyklen).

Das Profil basiert auf JEDEC-Standards und gewährleistet die Bauteilzuverlässigkeit. Das genaue Profil muss für das spezifische Leiterplattendesign, die verwendete Lötpaste und den Ofen charakterisiert werden.

6.2 Handlöten

Falls manuelle Reparatur notwendig ist:

• Lötkolbentemperatur:Maximal 300°C.
• Lötzeit:Maximal 3 Sekunden pro Lötstelle.
• Einschränkung:Handlöten sollte nur einmalig erfolgen, um thermische Schäden zu vermeiden.

6.3 Reinigung

Falls nach dem Löten eine Reinigung erforderlich ist, sollten nur spezifizierte Lösungsmittel verwendet werden, um das Kunststoffgehäuse nicht zu beschädigen. Empfohlene Mittel sind Ethylalkohol oder Isopropylalkohol (IPA). Die LED sollte bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute eingetaucht werden.

6.4 Vorsichtsmaßnahmen gegen elektrostatische Entladung (ESD)

LEDs sind empfindlich gegenüber statischer Elektrizität und Spannungsspitzen. Handhabungsvorsichtsmaßnahmen sind zwingend erforderlich:

• Verwendung eines geerdeten Handgelenkbands oder antistatischer Handschuhe.
• Sicherstellen, dass alle Geräte, Arbeitsplätze und Werkzeuge ordnungsgemäß geerdet sind.

7. Lagerung und Handhabung

• Versiegelte Verpackung (Feuchtigkeitssperrbeutel):Lagern bei ≤30°C und ≤90% relativer Luftfeuchtigkeit (RH). Die Haltbarkeit beträgt ein Jahr bei Lagerung im Originalbeutel mit Trockenmittel.
• Geöffnete Verpackung:Die Lagerumgebung sollte 30°C / 60% RH nicht überschreiten. Bauteile, die aus dem versiegelten Beutel entnommen wurden, sollten innerhalb einer Woche reflow-gelötet werden.
• Längere Lagerung (außerhalb des Beutels):In einem verschlossenen Behälter mit Trockenmittel oder in einem Stickstoff-Exsikkator lagern.
• Trocknen (Baking):Wenn Bauteile länger als eine Woche Umgebungsbedingungen ausgesetzt waren, müssen sie vor dem Löten bei etwa 60°C für mindestens 20 Stunden getrocknet werden, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und "Popcorning" während des Reflow zu verhindern.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

• Statusanzeigen:Die Zweifarben-Fähigkeit ermöglicht mehrere Zustände (z.B. blau für "Ein/Aktiv", grün für "Standby/Fertig", beide an für einen dritten Zustand).
• Hintergrundbeleuchtung für Tastaturen und Symbole:In Mobiltelefonen, Fernbedienungen und Unterhaltungselektronik, wo der Platz extrem begrenzt ist.
• Dekorative Beleuchtung:In Wearable-Geräten, wo das dünne Profil entscheidend ist.
• Pultanzeigen:In Industrie-Steuerungseinrichtungen, Netzwerkhardware und Automobil-Innenräumen.

8.2 Design-Überlegungen

• Stromtreiber:Immer einen Reihen-Strombegrenzungswiderstand oder einen Konstantstromtreiber verwenden. Den Widerstandswert aufgrund der unterschiedlichen Durchlassspannungen separat für jede Farbe berechnen (z.B. R_limit= (V_supply- V_F) / I_F).
• Thermisches Management:Obwohl die Verlustleistung gering ist, sollte bei Betrieb in hoher Umgebungstemperatur oder mit maximalem Strom für ausreichende Kupferfläche auf der Leiterplatte oder thermische Durchkontaktierungen gesorgt werden, um die Sperrschichttemperatur innerhalb der Grenzen zu halten.
• Leiterplatten-Layout:Die vorgeschlagenen Lötpad-Abmessungen einhalten, um mechanische Stabilität und korrekte Lötnahtbildung zu gewährleisten.
• Sperrspannungsschutz:Da das Bauteil nicht für Sperrspannung ausgelegt ist, muss das Schaltungsdesign eine Anwendung von Sperrspannung verhindern, die die 5V-Testbedingung überschreiten und sofortigen Ausfall verursachen könnte.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die primären Unterscheidungsmerkmale des LTST-C195TBTGKT im Vergleich zu generischen einfarbigen oder dickeren zweifarbigen LEDs sind:

• Ultradünnes Profil (0,55mm):Ermöglicht den Einsatz in Geräten der nächsten Generation, wo vertikaler Platz knapp ist.
• Zwei InGaN-Chips:Bietet Blau und Grün aus effizienten, modernen Halbleitermaterialien mit guter Helligkeit und Farbreinheit.
• Volle SMT-Kompatibilität:Entworfen für Kompatibilität mit automatischer Bestückung und standardmäßigen bleifreien Reflow-Profilen, reduziert Montagekosten und -komplexität.
• Standardisiertes Binning:Bietet vorhersehbare Lichtleistung und hilft bei der Entwicklung für konsistente visuelle Ausgabe über Produktionsläufe hinweg.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F1: Kann ich die blauen und grünen LEDs gleichzeitig von derselben Stromquelle ansteuern?

A: Ja, aber sie müssen unabhängig mit separaten Strombegrenzungspfaden (z.B. zwei Widerständen) angesteuert werden, da ihre Durchlassspannungen sich deutlich unterscheiden (3,3V vs. 2,0V). Ein direktes Parallelschalten würde dazu führen, dass der meiste Strom aufgrund der niedrigeren V_F.

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

A: Spitzenwellenlänge (λ_P) ist die physikalische Wellenlänge der höchsten spektralen Emission. Dominante Wellenlänge (λ_d) ist ein berechneter Wert aus dem CIE-Farbdiagramm, der die wahrgenommene Farbe repräsentiert. λ_dist für die Farbspezifikation im Design relevanter.

F3: Warum sind die Lagerbedingungen für geöffnete Verpackungen strenger als für versiegelte?

A: Das Kunststoffgehäuse der LED kann Feuchtigkeit aus der Luft aufnehmen. Während des Hochtemperatur-Reflow-Lötprozesses kann diese eingeschlossene Feuchtigkeit schnell verdampfen, internen Druck erzeugen und möglicherweise das Gehäuse zum Platzen bringen ("Popcorning" oder "Delamination"). Der versiegelte Beutel mit Trockenmittel verhindert die Feuchtigkeitsaufnahme.

F4: Kann ich diese LED für Automobil-Außenbeleuchtung verwenden?

A: Das Datenblatt spezifiziert, dass die LED für "gewöhnliche elektronische Geräte" vorgesehen ist. Anwendungen, die außergewöhnliche Zuverlässigkeit erfordern, wie Automobil-Außenbeleuchtung (extremen Temperaturen, Vibrationen und Feuchtigkeit ausgesetzt), erfordern die Konsultation des Herstellers für qualifizierte Produkte, die nach Automobilstandards (z.B. AEC-Q102) entwickelt und getestet wurden.

11. Praktischer Design- und Anwendungsfall

Fall: Entwurf einer Zweifarben-Statusanzeige für einen tragbaren Bluetooth-Lautsprecher

Der Lautsprecher benötigt eine einzige, winzige Anzeige, um den Strom (blau) und den Bluetooth-Kopplungsstatus (grün blinkend bei Suche, grün fest bei Verbindung) anzuzeigen. Das LTST-C195TBTGKT ist ideal aufgrund seiner 0,55mm Höhe, die hinter einem dünnen Kunststoff-Diffusor passt. Der Mikrocontroller (MCU) hat zwei GPIO-Pins, die als Open-Drain-Ausgänge konfiguriert sind. Jeder Pin ist über einen Strombegrenzungswiderstand mit der Anode einer LED-Farbe verbunden. Die Kathoden sind mit Masse verbunden. Die Widerstandswerte werden basierend auf der 3,3V-Versorgung der MCU berechnet: R_Blau= (3,3V - 3,3V) / 0,02A ≈ 0Ω (verwende einen kleinen Widerstand wie 10Ω zur Sicherheit). R_Grün= (3,3V - 2,0V) / 0,02A = 65Ω (verwende einen Standard-68Ω-Widerstand). Die MCU-Firmware steuert die Pins, um die erforderlichen Beleuchtungssequenzen zu erzeugen.

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. Dieses Rekombinationsereignis setzt Energie frei. In Halbleitern mit indirekter Bandlücke wird diese Energie hauptsächlich als Wärme freigesetzt. In Halbleitern mit direkter Bandlücke wie InGaN (in diesem Bauteil verwendet) wird die Energie als Photonen (Licht) freigesetzt. Die spezifische Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts wird durch die Bandlückenenergie (E_g) des Halbleitermaterials bestimmt, gemäß der Gleichung λ = hc/E_g, wobei h das Plancksche Wirkungsquantum und c die Lichtgeschwindigkeit ist. Das InGaN-Materialsystem ermöglicht Bandlücken-Engineering, um Licht im blauen, grünen und ultravioletten Spektrum zu erzeugen. Die wasserklare Epoxidharzlinse verkapselt den Chip, bietet mechanischen Schutz und formt das Lichtaustrittsprofil.

13. Technologietrends

Die Entwicklung von LEDs wie dem LTST-C195TBTGKT folgt mehreren wichtigen Branchentrends:

• Miniaturisierung:Kontinuierliches Streben nach kleineren Gehäusegrößen (z.B. 01005, Micro-LEDs), um höhere Elektronikdichte und neue Formfaktoren wie flexible und aufrollbare Displays zu ermöglichen.
• Erhöhte Effizienz:Fortlaufende Verbesserungen der internen Quanteneffizienz (IQE) und Lichtextraktionstechniken, um höhere Lichtstärke (mcd) bei gleichem oder niedrigerem Treiberstrom zu liefern, was die Akkulaufzeit in tragbaren Geräten verbessert.
• Fortschrittliche Verpackungstechnik:Entwicklung von Package-on-Package (PoP) und Chip-Scale-Packaging (CSP) für LEDs, um die Dicke weiter zu reduzieren und die thermische Leistung zu verbessern.
• Farbmischung und intelligente Beleuchtung:Integration mehrerer Farbchips (RGB, RGBW) oder phosphorkonvertierter Weiß-LEDs mit integrierten Steuer-ICs in einzelne Gehäuse, ermöglicht einstellbares Weißlicht und dynamische Farbeffekte für fortschrittliche Mensch-Maschine-Schnittstellen und Ambient Lighting.
• Zuverlässigkeit und Standardisierung:Verbesserte Teststandards (wie JEDEC) für Feuchtigkeitssensitivität, thermisches Zyklieren und ESD, um Zuverlässigkeit in anspruchsvollen Anwendungen, einschließlich Automobil- und Industrieumgebungen, sicherzustellen.