LTST-C195KFKGKT Zweifarbige SMD-LED Datenblatt - Orange & Grün - 20mA - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument enthält die vollständigen technischen Spezifikationen für eine zweifarbige, oberflächenmontierbare LED-Bauteil. Das Bauteil integriert zwei unterschiedliche lichtemittierende Chips in einem einzigen, industrieüblichen Gehäuse, wodurch die Erzeugung von orangem und grünem Licht ermöglicht wird. Es ist für die Kompatibilität mit automatisierten Bestückungsprozessen und modernen Lötverfahren ausgelegt und eignet sich somit für Anwendungen in der Großserienfertigung von Konsumelektronik, Anzeigen und Hintergrundbeleuchtung.

1.1 Hauptmerkmale und Produktpositionierung

Die Hauptmerkmale dieses Bauteils umfassen die Einhaltung von Umweltvorschriften, die Nutzung von AlInGaP-Halbleitertechnologie mit hoher Helligkeit für eine effiziente Lichtausbeute und eine für die automatische Tape & Reel-Bestückung optimierte Verpackung. Sein Design ist kompatibel mit Infrarot- (IR) und Dampfphasen-Reflow-Lötprozessen, die in Oberflächenmontage- (SMT) Fertigungslinien Standard sind. Die Zweifarben-Fähigkeit in einem einzigen Gehäuse spart Leiterplattenfläche und vereinfacht das Design im Vergleich zur Verwendung von zwei separaten einfarbigen LEDs.

2. Technische Parameter: Detaillierte objektive Interpretation

Die folgenden Abschnitte bieten eine detaillierte Analyse der elektrischen, optischen und thermischen Eigenschaften des Bauteils, wie im Datenblatt definiert.

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 im Schaltungsentwurf vermieden werden.

• Verlustleistung (Pd):75 mW pro Chip (Orange und Grün). Dies ist die maximale Leistung, die die LED bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C als Wärme abführen kann. Das Überschreiten dieses Wertes birgt das Risiko eines thermischen Durchgehens und eines Ausfalls.
• Spitzendurchlassstrom (I_FP):):
• Dauer-Durchlassstrom (I_F):30 mA DC. Dies ist der maximal empfohlene Strom für den Dauerbetrieb unter normalen Bedingungen.
• Stromdezimierung:0,4 mA/°C linear ab 25°C. Wenn die Umgebungstemperatur über 25°C steigt, muss der maximal zulässige Dauer-Durchlassstrom um diesen Faktor reduziert werden, um die Sperrschichttemperatur innerhalb sicherer Grenzen zu halten.
• Sperrspannung (V_R):5 V. Das Anlegen einer Sperrvorspannung, die größer als dieser Wert ist, kann zum Durchbruch und zur Beschädigung des LED-Übergangs führen.
• Betriebs- & Lagertemperatur:-30°C bis +85°C bzw. -40°C bis +85°C. Diese definieren die Umgebungsgrenzen für einen zuverlässigen Betrieb und die Lagerung im nicht betriebsbereiten Zustand.
• Löttemperaturgrenzen:Das Bauteil kann Wellen- oder IR-Lötung bei 260°C für 5 Sekunden und Dampfphasenlötung bei 215°C für 3 Minuten widerstehen. Diese Parameter sind entscheidend für die Definition des Reflow-Profils während der Leiterplattenbestückung.

2.2 Elektrische & Optische Eigenschaften

Diese Parameter werden unter Standardtestbedingungen von Ta=25°C und I_F=20mA gemessen, sofern nicht anders angegeben. Sie definieren die typische Leistung des Bauteils.

• Leuchtstärke (I_V):
  • Oranger Chip:Minimum 45,0 mcd, Typischer Wert nicht spezifiziert, Maximum 280,0 mcd.
  • Grüner Chip:Minimum 18,0 mcd, Typischer Wert nicht spezifiziert, Maximum 71,0 mcd.

  Die große Spanne zwischen Min und Max zeigt, dass das Bauteil in verschiedenen Leuchtstärke-Bins erhältlich ist (siehe Abschnitt 3). Der orangefarbene Chip ist bei gleichem Treiberstrom deutlich heller als der grüne Chip.

• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):130 Grad (typisch) für beide Farben. Dieser breite Abstrahlwinkel deutet auf einen diffusen Linsentyp hin, der für Anwendungen geeignet ist, die eine breite Ausleuchtung anstelle eines fokussierten Strahls erfordern.
• Wellenlänge:
  • Orange:Spitzenwellenlänge (λ_P) ~611 nm, Dominante Wellenlänge (λ_d) ~605 nm.
  • Grün:Spitzenwellenlänge (λ_P) ~574 nm, Dominante Wellenlänge (λ_d) ~571 nm.

  Die dominante Wellenlänge ist die vom menschlichen Auge wahrgenommene Farbe, abgeleitet aus dem CIE-Farbdiagramm.

• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):~17 nm für Orange, ~15 nm für Grün. Dies gibt Aufschluss über die spektrale Reinheit oder Bandbreite des emittierten Lichts.
• Durchlassspannung (V_F):Typisch 2,0V, Maximum 2,4V bei 20mA für beide Farben. Diese niedrige Durchlassspannung ist charakteristisch für die AlInGaP-Technologie und wichtig für die Berechnung von Vorwiderstandswerten und des Stromverbrauchs.
• Sperrstrom (I_R):Maximum 10 µA bei V_R=5V. Dies ist der Leckstrom, wenn die LED in Sperrrichtung vorgespannt ist.
• Kapazität (C):Typisch 40 pF bei 0V, 1MHz. Dieser Parameter kann bei Hochfrequenz-Schaltanwendungen relevant sein.

3. Erklärung des Binning-Systems

Die Leuchtstärke der LEDs wird in Bins sortiert, um die Konsistenz innerhalb einer Produktionscharge sicherzustellen. Der Bin-Code definiert einen bestimmten Leuchtstärkebereich.

3.1 Bins für die Leuchtstärke der orangen LED

Leuchtstärke gemessen bei I_F=20mA. Toleranz für jedes Bin beträgt +/-15%.

• 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

3.2 Bins für die Leuchtstärke der grünen LED

Leuchtstärke gemessen bei I_F=20mA. Toleranz für jedes Bin beträgt +/-15%.

• Bin M:18,0 - 28,0 mcd
• Bin N:28,0 - 45,0 mcd
• Bin P:45,0 - 71,0 mcd

Entwickler sollten den erforderlichen Bin-Code bei der Bestellung angeben, um die gewünschte Helligkeitsstufe in ihrer Anwendung zu garantieren.

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt verweist auf typische Kennlinien, die für das Verständnis des Bauteilverhaltens unter verschiedenen Bedingungen wesentlich sind. Obwohl die spezifischen Grafiken hier nicht reproduziert werden, werden ihre Auswirkungen analysiert.

4.1 Strom-Spannungs-Kennlinie (I-V-Kurve)

Die I-V-Kurve einer LED ist exponentiell. Der typische V_F-Wert von 2,0V bei 20mA stellt einen wichtigen Arbeitspunkt dar. Die Kurve zeigt, dass ein kleiner Spannungsanstieg über den Knickpunkt hinaus zu einem großen, potenziell schädlichen Stromanstieg führt. Dies unterstreicht die Notwendigkeit von strombegrenzenden Methoden (z.B. eines Vorwiderstands oder Konstantstromtreibers).

4.2 Leuchtstärke in Abhängigkeit vom Durchlassstrom

Diese Kurve ist in einem Bereich im Allgemeinen linear. Die Leuchtstärke ist annähernd proportional zum Durchlassstrom. Das Betreiben der LED mit dem maximalen Dauerstrom (30mA) würde eine höhere Helligkeit als die Standardtestbedingung von 20mA ergeben, jedoch müssen Thermomanagement- und Lebensdauerüberlegungen bewertet werden.

4.3 Temperaturabhängigkeit

Die LED-Leistung ist temperaturabhängig. Die Durchlassspannung (V_F) nimmt typischerweise mit steigender Sperrschichttemperatur ab. Kritischer ist, dass die Leuchtstärke mit steigender Temperatur abnimmt. Die Spezifikation der Stromdezimierung (0,4 mA/°C) ist eine direkte Entwurfsbeschränkung, um diesen thermischen Effekt zu beherrschen und die Zuverlässigkeit aufrechtzuerhalten.

5. Mechanische & Gehäuseinformationen

Das Bauteil entspricht einem EIA-Standard-Fußabdruck für Oberflächenmontage.

5.1 Pinbelegung

Die zweifarbige LED hat vier Pins (1, 2, 3, 4). Gemäß Datenblatt:

• Pins 1 und 3 sind dem orangen LED-Chip zugeordnet.
• Pins 2 und 4 sind dem grünen LED-Chip zugeordnet.

Diese Konfiguration impliziert typischerweise intern eine Gemeinsame-Kathoden- oder Gemeinsame-Anoden-Anordnung, die anhand der Gehäusezeichnung für eine korrekte Schaltungsverbindung überprüft werden muss.

5.2 Gehäuseabmessungen und Tape & Reel

Das Bauteil wird auf 8mm breitem Trägerband auf 7-Zoll-Spulen geliefert, kompatibel mit automatischen Pick-and-Place-Maschinen. Die Tape & Reel-Spezifikationen folgen den ANSI/EIA 481-1-A-1994-Standards. Wichtige Verpackungsdetails umfassen:

• 4000 Stück pro 7-Zoll-Spule.
• Mindestpackmenge für Restposten beträgt 500 Stück.
• Maximal zwei aufeinanderfolgende fehlende Bauteile ("Lampen") sind im Band zulässig.

Empfohlene Lötpad-Abmessungen werden bereitgestellt, um eine zuverlässige Lötstelle und eine korrekte Ausrichtung während des Reflow-Lötens sicherzustellen.

6. Löt- & Bestückungsrichtlinien

6.1 Empfohlene Reflow-Profile

Es werden zwei Lötprofile vorgeschlagen:

1. Standard IR-Relflow-Profil:Für konventionelle Zinn-Blei-Lötprozesse.
2. Bleifreies (Pb-Free) IR-Relflow-Profil:Muss mit Sn-Ag-Cu (SAC)-Lötpaste verwendet werden. Dieses Profil hat typischerweise eine höhere Spitzentemperatur (z.B. 260°C), jedoch eine sorgfältig kontrollierte Zeit oberhalb der Liquidustemperatur, um thermische Schäden an der Kunststofflinse und der internen Struktur der LED zu verhindern.

Der absolute Maximalwert beträgt 260°C für 5 Sekunden für IR/Wellenlötung und 215°C für 3 Minuten für Dampfphasenlötung.

6.2 Lagerung und Handhabungshinweise

• Lagerung:Empfohlen wird, 30°C und 70% relative Luftfeuchtigkeit nicht zu überschreiten. LEDs, die aus ihrer ursprünglichen Feuchtigkeitssperrbeutel entnommen wurden, sollten innerhalb einer Woche reflow-gelötet werden. Für eine längere Lagerung sollten sie in einer trockenen, versiegelten Umgebung (z.B. mit Trockenmittel oder in Stickstoff) aufbewahrt und vor der Verwendung etwa 60°C für 24 Stunden getrocknet (gebaked) werden, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und ein "Popcorning" während des Reflow-Lötens zu verhindern.
• Reinigung:Es sollten nur spezifizierte Reinigungsmittel verwendet werden. Isopropylalkohol oder Ethylalkohol bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute wird empfohlen. Nicht spezifizierte Chemikalien können das LED-Gehäuse oder die Linse beschädigen.
• ESD-Schutz:LEDs sind empfindlich gegenüber elektrostatischer Entladung (ESD). Während der Handhabung müssen geeignete ESD-Schutzmaßnahmen getroffen werden: Verwenden Sie geerdete Handgelenkbänder, antistatische Matten, Ionisatoren zur Neutralisierung statischer Aufladung auf der Linse und stellen Sie sicher, dass alle Geräte ordnungsgemäß geerdet sind.

7. Anwendungsvorschläge

7.1 Typische Anwendungsszenarien

Diese zweifarbige LED eignet sich für eine Vielzahl von Anzeige- und Statusanzeigeanwendungen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf:

• Strom-/Statusanzeigen an Konsumelektronik (z.B. Router, Ladegeräte, Haushaltsgeräte).
• Zweifarbige Statusleuchten (z.B. grün für "Ein/OK", orange für "Standby/Warnung").
• Hintergrundbeleuchtung für kleine Symbole oder Tasten.
• Fahrzeuginnenraum-Anzeigeleuchten (vorbehaltlich entsprechender Qualifikation).
• Statusanzeigen für Industrieanlagen.

7.2 Schaltungsentwurfsüberlegungen

Ansteuerungsmethode:LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Um eine gleichmäßige Helligkeit sicherzustellen, insbesondere wenn mehrere LEDs parallel geschaltet sind, muss ein strombegrenzender Widerstand in Reihe mitjederLED geschaltet werden (Schaltungsmodell A). Es wird nicht empfohlen, sich auf die natürliche I-V-Kennlinie zur Stromaufteilung in einer Parallelschaltung ohne Einzelwiderstände zu verlassen (Schaltungsmodell B), da kleine Unterschiede in V_Fzwischen den LEDs zu erheblichen Unterschieden im Strom und somit in der Helligkeit führen können.

Der Wert des Vorwiderstands (R_s) kann mit dem Ohmschen Gesetz berechnet werden: R_s= (V_Versorgung- V_F) / I_F. Verwenden Sie den maximalen V_F-Wert aus dem Datenblatt (2,4V), um unter allen Bedingungen ausreichend Strom sicherzustellen.

7.3 Thermomanagement

Obwohl die Verlustleistung gering ist (75mW pro Chip), kann ein geeignetes Leiterplattenlayout die thermische Leistung unterstützen. Sorgen Sie für eine ausreichende Kupferfläche, die mit den thermischen Pads der LED (falls vorhanden) verbunden ist oder die Lötpads umgibt, um als Kühlkörper zu wirken, insbesondere bei Betrieb nahe der Maximalwerte oder bei hohen Umgebungstemperaturen.

8. Technischer Vergleich & Differenzierung

Die wichtigsten Unterscheidungsmerkmale dieses Bauteils sind seineZweifarben-Fähigkeit in einem einzigen SMD-Gehäuseund die Verwendung vonAlInGaP-Technologiefür den orangen Emitter.

• Vergleich mit einfarbigen LEDs:Spart Leiterplattenfläche, reduziert die Bauteilanzahl und vereinfacht die Bestückung im Vergleich zur Montage von zwei separaten LEDs.
• AlInGaP im Vergleich zu anderen Technologien:AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) ist bekannt für hohe Effizienz und Stabilität im roten, orangen und gelben Wellenlängenbereich und bietet oft höhere Helligkeit und bessere Temperaturleistung als ältere Technologien wie GaAsP.
• Breiter Abstrahlwinkel (130°):Bietet ein diffuses Lichtmuster, ideal für großflächige Anzeigen, im Gegensatz zu schmalwinkligen LEDs, die für fokussierte Beleuchtung verwendet werden.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

9.1 Kann ich diese LED direkt von einem 5V- oder 3,3V-Mikrocontroller-Pin ansteuern?

Nein, nicht direkt.Eine LED benötigt eine Stromsteuerung. Das direkte Anschließen an eine Spannungsquelle wie einen MCU-Pin (der typischerweise strombegrenzt, aber nicht zum Treiben von LEDs ausgelegt ist) kann sowohl die LED als auch den Mikrocontroller-Ausgang beschädigen. Verwenden Sie stets einen Vorwiderstand zur Strombegrenzung oder eine dedizierte LED-Treiberschaltung.

9.2 Was ist der Unterschied zwischen Spitzenwellenlänge und dominanter Wellenlänge?

Spitzenwellenlänge (λ_P)) ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsverteilung maximal ist.Dominante Wellenlänge (λ_d)) ist die einzelne Wellenlänge von monochromatischem Licht, die der wahrgenommenen Farbe der LED entsprechen würde, berechnet aus den CIE-Farbkoordinaten. λ_d ist für die Farbangabe in menschenzentrierten Anwendungen relevanter.

9.3 Warum ist die Stromdezimierung notwendig?

Mit steigender Umgebungstemperatur erhöht sich die Sperrschichttemperatur der LED bei einem gegebenen Betriebsstrom. Höhere Sperrschichttemperaturen beschleunigen Degradationsmechanismen, verringern die Lebensdauer der LED und können zu katastrophalen Ausfällen führen. Die Dezimierung des Stroms verringert die Verlustleistung und somit die Sperrschichttemperatur, was die Langzeitzuverlässigkeit sicherstellt.

10. Praktische Entwurfsfallstudie

Szenario:Entwurf einer zweifarbigen Statusanzeige für ein Gerät, das von einer 5V-Schiene versorgt wird. Die Anzeige soll Grün für "Normalbetrieb" und Orange für "Laden/Warnung" anzeigen.

Entwurfsschritte:

1. Schaltungstopologie:Verwenden Sie zwei Mikrocontroller-GPIO-Pins. Jeder Pin steuert eine Farbe der LED über einen separaten strombegrenzenden Widerstand. Konfigurieren Sie die interne Verbindung (gemeinsame Anode/Kathode) korrekt basierend auf der Gehäusezeichnung.
2. Widerstandsberechnung (für 20mA Ansteuerung):
   • Angenommen V_F(max) = 2,4V, V_Versorgung= 5V, I_F= 20mA.
   • R = (5V - 2,4V) / 0,020A = 130 Ohm.
   • Wählen Sie den nächstgelegenen Normwert (z.B. 130Ω oder 120Ω). Ein 120Ω-Widerstand würde einen etwas höheren Strom (~21,7mA) ergeben, was akzeptabel ist, da er unter dem Maximum von 30mA liegt.
3. Leiterplattenlayout:Platzieren Sie die LED und ihre Vorwiderstände nahe beieinander. Sorgen Sie für eine angemessene Kupferfläche um die LED-Pads zur Wärmeableitung. Befolgen Sie das empfohlene Lötpad-Layout aus dem Datenblatt.
4. Software:Implementieren Sie eine Logik, um den grünen GPIO-Pin für den Normalzustand und den orangen GPIO-Pin für den Warnzustand einzuschalten. Stellen Sie sicher, dass sie nicht gleichzeitig eingeschaltet sind, es sei denn, eine Mischfarbe ist gewünscht, wobei die Stromgrenzwerte für das Gehäuse zu berücksichtigen sind.

11. Einführung in das Funktionsprinzip

Leuchtdioden (LEDs) sind Halbleiterbauteile, die Licht durch Elektrolumineszenz emittieren. Wenn eine Durchlassspannung an den p-n-Übergang angelegt wird, werden Elektronen und Löcher in den aktiven Bereich injiziert, wo sie rekombinieren. Die bei dieser Rekombination freigesetzte Energie wird als Photonen (Licht) emittiert. Die spezifische Wellenlänge (Farbe) des Lichts wird durch die Bandlückenenergie des im aktiven Bereich verwendeten Halbleitermaterials bestimmt. In diesem Bauteil wird das orangefarbene Licht von einem AlInGaP-Chip erzeugt und das grüne Licht von einem anderen Chip (wahrscheinlich basierend auf InGaN-Technologie, obwohl hier für Grün nicht explizit angegeben). Die beiden Chips sind zusammen in einem einzigen Epoxid-Gehäuse mit einer diffusen Linse untergebracht, die den Lichtaustritt zu einem breiten Abstrahlwinkel formt.

12. Technologietrends

Das Gebiet der LED-Technologie entwickelt sich weiter, mit mehreren klaren Trends, die für Bauteile wie dieses relevant sind:

• Erhöhte Effizienz:Fortschritte in der Materialwissenschaft und im Chipdesign führen zu einer höheren Lichtausbeute (mehr Lichtleistung pro Watt elektrischer Eingangsleistung), was hellere Anzeigen oder einen geringeren Stromverbrauch ermöglicht.
• Miniaturisierung:Das Streben nach kleineren elektronischen Geräten treibt die Entwicklung von LEDs in immer kleineren Gehäuseabmessungen voran, während die optische Leistung beibehalten oder verbessert wird.
• Verbesserte Zuverlässigkeit & Lebensdauer:Verbesserungen bei Verpackungsmaterialien, Die-Attach-Methoden und Leuchtstofftechnologien (für weiße LEDs) verlängern weiterhin die Betriebslebensdauer und Stabilität unter rauen Bedingungen.
• Integration:Über Mehrfarbigkeit hinaus gibt es einen Trend zur Integration von Steuerelektronik (wie Konstantstromtreiber oder PWM-Controller) direkt mit dem LED-Chip oder innerhalb des Gehäuses, wodurch "intelligente LED"-Module entstehen, die den Systementwurf vereinfachen.
• Umweltkonformität:Der Wechsel zu bleifreiem (Pb-Free) Löten und halogenfreien Materialien ist mittlerweile Standard, wie in den separaten Lötprofilen in diesem Datenblatt widergespiegelt.