LTST-S326KGKFKT Zweifarbige SMD LED Datenblatt - Seitenemittierend - Grün/Orange - 20mA - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTST-S326KGKFKT ist eine zweifarbige, seitenemittierende SMD (Surface Mount Device) LED. Sie integriert zwei unterschiedliche AlInGaP-Halbleiterchips in einem einzigen Gehäuse: einen, der grünes Licht emittiert, und einen, der orangefarbenes Licht emittiert. Diese Konfiguration ermöglicht eine Zweifarben-Anzeige oder -Signalisierung mit einer einzigen kompakten Komponente. Das Bauteil ist für die Kompatibilität mit automatisierten Bestückungsprozessen und modernen bleifreien (Pb-free) Lötverfahren ausgelegt.

1.1 Kernmerkmale und Vorteile

Die primären Vorteile dieser LED ergeben sich aus ihrer Materialtechnologie und Gehäuseauslegung. Der Einsatz von AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) Chips bietet eine hohe Lichtausbeute, was zu einer hellen Leuchtkraft führt. Das Design der seitenemittierenden Linse lenkt das Licht seitlich ab, was sie ideal für Anwendungen macht, bei denen die LED senkrecht zur Betrachtungsoberfläche montiert ist, wie z.B. in randbeleuchteten Panels oder Statusanzeigen an der Seite eines Geräts. Wichtige Merkmale sind die Einhaltung der RoHS (Restriction of Hazardous Substances) Richtlinie, verzinnte Anschlüsse für eine verbesserte Lötbarkeit und die Verpackung auf 8-mm-Traggerollbändern für eine effiziente automatisierte Pick-and-Place-Bestückung.

1.2 Zielanwendungen und Markt

Diese Komponente richtet sich an den allgemeinen Elektronikmarkt. Typische Anwendungen sind Statusanzeigen, Hintergrundbeleuchtung für Tasten oder Symbole sowie Zweifarben-Signallichter in Unterhaltungselektronik, Bürogeräten, Kommunikationsgeräten und Haushaltsgeräten. Die seitliche Abstrahlcharakteristik ist besonders wertvoll in platzbeschränkten Designs, bei denen frontemittierende LEDs nicht möglich sind.

2. Technische Spezifikationen und objektive Interpretation

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte Aufschlüsselung der Betriebsgrenzen und Leistungsmerkmale des Bauteils unter Standardbedingungen (Ta=25°C).

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):72 mW pro Chip. Dies ist die maximale Leistung, die kontinuierlich als Wärme abgeführt werden kann. Das Überschreiten dieses Limits birgt das Risiko von Überhitzung und beschleunigtem Leistungsabfall.
• Spitzen-Strom (I_FP):80 mA, nur unter gepulsten Bedingungen zulässig (1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Pulsbreite). Dies ermöglicht kurze Perioden mit hoher Leuchtintensität beim Blinken.
• Dauer-Strom (I_F):30 mA DC. Dies ist der empfohlene maximale Strom für den Dauerbetrieb, um eine langfristige Zuverlässigkeit sicherzustellen.
• Sperrspannung (V_R):5 V. Das Anlegen einer höheren Sperrspannung kann zum Durchbruch der Sperrschicht führen.
• Betriebs- & Lagertemperatur:-30°C bis +85°C bzw. -40°C bis +85°C. Das Bauteil kann im nicht betriebsbereiten Zustand bei etwas niedrigeren Temperaturen gelagert werden.
• Löttemperatur:Hält Infrarot-Reflow-Löten mit einer Spitzentemperatur von 260°C für bis zu 10 Sekunden stand, was gängigen bleifreien Bestückungsprofilen entspricht.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Diese Parameter definieren die Leistung des Bauteils am typischen Arbeitspunkt von 20 mA Durchlassstrom.

• Lichtstärke (I_V):Der grüne Chip hat eine typische Lichtstärke von 35,0 mcd (Millicandela), mit einem Minimum von 18,0 mcd. Der orangefarbene Chip ist heller, mit einer typischen Lichtstärke von 90,0 mcd und einem Minimum von 28,0 mcd. Die Lichtstärke wird mit einem Filter gemessen, der die photopische Reaktion des menschlichen Auges (CIE-Kurve) nachbildet.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):130 Grad (typisch). Dieser weite Winkel zeigt ein breites, diffuses Abstrahlmuster an, das für Seitenbeleuchtung geeignet ist.
• Wellenlänge:
  • Spitzenwellenlänge (λ_P):574 nm (grün, typisch) und 611 nm (orange, typisch). Dies ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Ausgangsleistung am stärksten ist.
  • Dominante Wellenlänge (λ_d):571 nm (grün, typisch) und 605 nm (orange, typisch). Dies ist die einzelne Wellenlänge, die vom menschlichen Auge wahrgenommen wird, abgeleitet vom CIE-Farbtafeldiagramm, und definiert die Farbe am besten.
  • Spektrale Bandbreite (Δλ):15 nm (grün) und 17 nm (orange, typisch). Dies zeigt die spektrale Reinheit an; schmalere Bandbreiten führen zu gesättigteren Farben.
• Durchlassspannung (V_F):2,0 V typisch, 2,4 V maximal bei 20 mA. Diese niedrige Spannung macht sie kompatibel mit gängigen 3,3V- und 5V-Logikschaltungen, oft ohne einen Vorwiderstand für Niedrigstrom-Anzeigen zu benötigen.
• Sperrstrom (I_R):10 μA maximal bei 5 V Sperrspannung. Ein niedriger Sperrstrom ist wünschenswert.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um eine konsistente Farbe und Helligkeit in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs nach Leistungsklassen sortiert. Die LTST-S326KGKFKT verwendet ein Lichtstärke-Binning-System.

3.1 Lichtstärke-Binning

Die Lichtausbeute bei 20 mA wird in Klassen kategorisiert, die durch einen Buchstabencode identifiziert werden. Jede Klasse hat einen Minimal- und Maximalwert für die Lichtstärke, wobei innerhalb jeder Klasse eine Toleranz von +/-15% erlaubt ist.

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

Dieses System ermöglicht es Entwicklern, eine Klasse auszuwählen, die ihren spezifischen Helligkeitsanforderungen entspricht. Beispielsweise würde eine Anwendung, die eine gleichmäßige Panelhelligkeit erfordert, eine enge Klasse wie P oder Q vorgeben, um die Variation zwischen den Einheiten zu minimieren.

4. Analyse der Leistungskurven

Während im Datenblatt auf spezifische grafische Kurven verwiesen wird (Seiten 6-7), sind deren Implikationen für die LED-Technologie standardmäßig.

4.1 Strom vs. Lichtstärke (I_V-Kurve)

Die Lichtausbeute einer LED ist über einen Bereich annähernd proportional zum Durchlassstrom. Ein Betrieb über den empfohlenen 20 mA hinaus erhöht die Helligkeit, aber auch die Verlustleistung (Wärme) und kann möglicherweise die Betriebslebensdauer verringern. Der gepulste Spitzenstromwert (80mA) ermöglicht kurze, helle Blitze ohne Wärmeakkumulation.

4.2 Temperaturabhängigkeit

Die LED-Leistung ist temperaturabhängig. Typischerweise nimmt die Durchlassspannung (V_F) mit steigender Temperatur leicht ab. Bedeutender ist, dass die Lichtstärke im Allgemeinen abnimmt, wenn die Sperrschichttemperatur steigt. Ein ordnungsgemäßes Wärmemanagement im Leiterplattendesign (z.B. ausreichende Kupferfläche zur Wärmeableitung) ist entscheidend, um eine konstante Helligkeit aufrechtzuerhalten, insbesondere in Umgebungen mit hoher Umgebungstemperatur oder bei höheren Treiberströmen.

4.3 Spektrale Verteilung

Die referenzierten Spektralkurven würden das Emissionsprofil jedes Chips zeigen. Die Spitzen- und dominante Wellenlänge sind spezifiziert, und die Kurven würden die spektrale Bandbreite (Δλ) veranschaulichen. Der orangefarbene AlInGaP-Chip hat typischerweise eine breitere spektrale Breite als der grüne, was sich in der Spezifikation von 17 nm gegenüber 15 nm widerspiegelt.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Physikalische Abmessungen und Polarität

Das Bauteil entspricht einer EIA-Standard-SMD-Gehäuseform. Die Pinbelegung ist klar definiert: Kathode 1 (C1) ist für den orangefarbenen Chip, und Kathode 2 (C2) ist für den grünen Chip. Die gemeinsame Anode ist im Ausschnitt nicht explizit gekennzeichnet, ist aber für diese Art von zweifarbiger LED mit gemeinsamer Anode Standard. Die seitenemittierende Linse ist ein wesentliches mechanisches Merkmal.

5.2 Empfohlenes Leiterplatten-Pad-Layout

Das Datenblatt bietet empfohlene Lötpad-Abmessungen und Ausrichtung. Die Einhaltung dieser Empfehlungen ist entscheidend für zuverlässige Lötstellen, um das "Tombstoning" (Abheben eines Endes) zu verhindern und die korrekte Ausrichtung für die seitliche Lichtabstrahlung sicherzustellen. Die vorgeschlagene Lötrichtung wird angegeben, um den Reflow-Prozess zu optimieren.

6. Bestückungs-, Löt- und Handhabungsrichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil

Ein detailliertes, empfohlenes Infrarot-Reflow-Profil für bleifreie Prozesse wird bereitgestellt. Wichtige Parameter umfassen eine Aufwärmzone (150-200°C), einen kontrollierten Anstieg auf eine maximale Spitzentemperatur von 260°C und eine Zeit oberhalb der Liquidus-Temperatur (TAL), die eine ordnungsgemäße Lötstellenbildung ohne thermische Schädigung des LED-Gehäuses sicherstellt. Das Profil basiert auf JEDEC-Standards, um die Zuverlässigkeit zu gewährleisten.

6.2 Manuelles Löten

Falls manuelles Löten mit einem Lötkolben erforderlich ist, darf die Temperatur 300°C nicht überschreiten, und die Kontaktzeit sollte auf maximal 3 Sekunden pro Lötvorgang begrenzt sein. Übermäßige Hitze oder Zeit können die internen Bonddrähte oder die Epoxidlinse beschädigen.

6.3 Reinigung

Es sollten nur spezifizierte Reinigungsmittel verwendet werden. Empfohlene Lösungsmittel sind Ethylalkohol oder Isopropylalkohol bei Raumtemperatur, wobei die Tauchzeit auf weniger als eine Minute begrenzt sein sollte. Aggressive oder nicht spezifizierte Chemikalien können die LED-Linse trüben, rissig machen oder beschädigen.

6.4 Lagerung und Feuchtigkeitsempfindlichkeit

Die LEDs sind feuchtigkeitsempfindlich. Ungeöffnete, werksversiegelte Rollen mit Trockenmittel haben bei Lagerung bei ≤30°C und ≤90% relativer Luftfeuchtigkeit eine Haltbarkeit von einem Jahr. Sobald die feuchtigkeitsdichte Verpackung geöffnet ist, sollten die Bauteile bei ≤30°C und ≤60% relativer Luftfeuchtigkeit gelagert und idealerweise innerhalb einer Woche verwendet werden. Für eine längere Lagerung außerhalb der Originalverpackung müssen sie in einer trockenen, versiegelten Umgebung (z.B. mit Trockenmittel oder in Stickstoff) aufbewahrt werden und erfordern möglicherweise einen Trocknungszyklus (z.B. 60°C für 20 Stunden) vor dem Löten, um "Popcorning"-Schäden während des Reflow-Lötens zu verhindern.

6.5 ESD (Elektrostatische Entladung) Vorsichtsmaßnahmen

LEDs sind anfällig für Schäden durch elektrostatische Entladung. Während der Handhabung müssen geeignete ESD-Schutzmaßnahmen getroffen werden: Verwenden Sie geerdete Handgelenkbänder, antistatische Matten und stellen Sie sicher, dass alle Geräte ordnungsgemäß geerdet sind.

7. Verpackung und Bestellung

7.1 Band- und Rollenspezifikationen

Das Produkt wird standardmäßig auf 8 mm breitem, geprägtem Trägerband geliefert, das auf 7-Zoll (178 mm) Durchmesser große Rollen aufgewickelt ist. Jede volle Rolle enthält 3000 Stück. Die Band- und Rollenspezifikationen entsprechen den ANSI/EIA-481-Standards, um die Kompatibilität mit automatisierten Geräten sicherzustellen. Für Teilrollen (Restposten) gilt eine Mindestbestellmenge von 500 Stück. Die Verpackung gewährleistet die Ausrichtung der Komponenten und schützt die Bauteile während des Versands und der Handhabung.

8. Anwendungsdesign-Überlegungen

8.1 Schaltungsdesign

Ein Vorwiderstand ist fast immer in Reihe mit jedem LED-Chip erforderlich, um den Durchlassstrom einzustellen. Der Widerstandswert kann mit dem Ohmschen Gesetz berechnet werden: R = (V_versorgung- V_F) / I_F. Unter Verwendung der typischen V_Fvon 2,0V und einem gewünschten I_Fvon 20mA aus einer 5V-Versorgung: R = (5V - 2,0V) / 0,020A = 150 Ω. Ein etwas höherer Wert (z.B. 180 Ω) kann verwendet werden, um die Marge zu erhöhen und den Strom/die Leistung leicht zu reduzieren. Für Multiplexing oder Ansteuerung von einem Mikrocontroller-GPIO-Pin muss sichergestellt werden, dass die Stromquellen-/Senkenfähigkeit des Pins nicht überschritten wird.

8.2 Wärmemanagement

Obwohl die Verlustleistung gering ist (max. 72 mW pro Chip), kann der Dauerbetrieb bei Maximalwerten in einer hohen Umgebungstemperatur zu Sperrschichttemperaturen führen, die die Spezifikationen überschreiten. Eine ausreichende Kupferfläche auf der Leiterplatte um die LED-Pads herum hilft bei der Wärmeableitung. Vermeiden Sie es, die LED in der Nähe anderer bedeutender Wärmequellen zu platzieren.

8.3 Optische Integration

Die 130-Grad-Seitenabstrahlung muss im mechanischen Design berücksichtigt werden. Lichtleiter, Diffusoren oder reflektierende Hohlräume können erforderlich sein, um die Lichtausgabe für den beabsichtigten visuellen Effekt zu lenken oder zu formen. Die gewählte Lichtstärke-Klasse wirkt sich direkt auf die endgültige Helligkeit aus.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die wichtigsten Unterscheidungsmerkmale dieser Komponente sind ihreZweifarben-Fähigkeit in einem seitenemittierenden Gehäuse. Im Vergleich zu einfarbigen LEDs spart sie Leiterplattenplatz und vereinfacht die Bestückung für Zweifarben-Anzeigen. Im Vergleich zu top-emittierenden LEDs löst sie eine spezifische mechanische Layout-Herausforderung. Der Einsatz von AlInGaP-Technologie bietet für diese Farben eine höhere Effizienz und bessere Temperaturstabilität als ältere Technologien wie GaAsP, was zu einer helleren und konsistenteren Ausgangsleistung führt.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

10.1 Kann ich beide Farben gleichzeitig ansteuern?

Ja, aber Sie müssen die gesamte Verlustleistung berücksichtigen. Die kombinierte Leistung beider Chips bei ihrem maximalen Dauerstrom (jeweils 30 mA bei ~2,0 V) würde etwa 120 mW betragen, was die individuelle Chip-Bewertung von 72 mW überschreitet. Die kombinierte Wärme im gemeinsamen Gehäuse muss gemanagt werden. Für einen zuverlässigen Langzeitbetrieb ist es ratsam, beide Chips mit einem niedrigeren Strom (z.B. jeweils 15-20 mA) anzusteuern, wenn sie über längere Zeit gleichzeitig eingeschaltet sein sollen.

10.2 Was ist der Unterschied zwischen Spitzenwellenlänge und dominanter Wellenlänge?

Spitzenwellenlänge (λ_P) ist die physikalische Messung des höchsten Punkts auf der spektralen Ausgangskurve. Dominante Wellenlänge (λ_d) ist ein berechneter Wert basierend darauf, wie das menschliche Auge die Farbmischung von der LED wahrnimmt; es ist die einzelne Wellenlänge, die dem wahrgenommenen Farbton am besten entspricht. Für LEDs mit einem relativ schmalen Spektrum liegen sie oft nahe beieinander, aber λ_dist für die Farbspezifikation relevanter.

10.3 Warum ist ein Trocknungsprozess vor dem Löten erforderlich?

SMD-Bauteile absorbieren Feuchtigkeit aus der Luft. Während der schnellen Erwärmung beim Reflow-Löten kann diese eingeschlossene Feuchtigkeit explosionsartig verdampfen und innere Delamination, Risse oder "Popcorning" verursachen. Das Trocknen entfernt diese absorbierte Feuchtigkeit und macht die Bauteile für den Hochtemperatur-Reflow-Prozess sicher.

11. Praktisches Anwendungsbeispiel

Szenario: Zweifarben-Statusanzeige an einem Netzwerkrouter.Ein Router verwendet einen einzelnen Ausschnitt an seiner Seitenwand für die Statusanzeige. Die LTST-S326KGKFKT ist auf der Leiterplatte direkt hinter diesem Ausschnitt montiert. Der Mikrocontroller steuert die LEDs an: Dauerhaft grün zeigt normalen Betrieb und Netzwerkverbindung an. Blinkend orange zeigt Datenaktivität an. Dauerhaft orange zeigt einen Systemfehler oder den Boot-Vorgang an. Dieses Design nutzt einen einzigen Komponenten-Footprint, um drei klare visuelle Zustände bereitzustellen, nutzt die Seitenabstrahlung, um von der Vorderseite des Geräts sichtbar zu sein, und spart Platz und vereinfacht das Frontpanel-Design im Vergleich zur Verwendung von zwei separaten top-emittierenden LEDs.

12. Einführung in das Technologieprinzip

Eine LED ist eine Halbleiterdiode. Wenn eine Durchlassspannung an den p-n-Übergang angelegt wird, rekombinieren Elektronen und Löcher und setzen Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Farbe des Lichts wird durch die Bandlückenenergie des Halbleitermaterials bestimmt. AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) ist ein Verbindungshalbleiter, dessen Bandlücke durch Variation der Anteile seiner Bestandteile eingestellt werden kann. Für die LTST-S326KGKFKT ist ein Chip mit einer Bandlücke für grünes Licht (~571 nm) und ein weiterer mit einer Bandlücke für orangefarbenes Licht (~605 nm) ausgelegt. Das seitenemittierende Gehäuse enthält eine geformte Epoxidlinse, die das emittierte Licht in ein breites, seitliches Muster formt.

13. Technologietrends

Der allgemeine Trend in der LED-Technologie für Anzeigeanwendungen geht weiterhin in Richtung höherer Effizienz (mehr Lichtausbeute pro Einheit elektrischer Leistung), was niedrigere Betriebsströme und einen reduzierten Systemstromverbrauch ermöglicht. Es gibt auch einen Trend zur Miniaturisierung bei gleichzeitiger Beibehaltung oder Verbesserung der optischen Leistung. Darüber hinaus ist Integration ein Schlüsseltrend, wie z.B. die Integration von Vorwiderständen oder Treiber-ICs innerhalb des LED-Gehäuses selbst, um das Schaltungsdesign zu vereinfachen. Während dieses spezifische Datenblatt ein ausgereiftes Produkt darstellt, können neuere Angebote auf dem Markt diese Fortschritte aufweisen und Entwicklern noch kleinere, effizientere und benutzerfreundlichere Lösungen für Statusanzeigen und Panelbeleuchtung bieten.