LTST-S225KFKGKT-5A Zweifarbige SMD LED Datenblatt - Gehäuseabmessungen - Orange/Grün - 20mA - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTST-S225KFKGKT-5A ist eine oberflächenmontierbare (SMD) Leuchtdiode (LED), die für moderne, platzbeschränkte elektronische Anwendungen konzipiert ist. Sie gehört zu einer Familie von Miniaturbauteilen, die für automatisierte Leiterplattenbestückungsprozesse optimiert sind. Dieses spezielle Modell integriert zwei verschiedene LED-Chips in einem einzigen Gehäuse, was eine Zweifarbenfunktionalität mit kompaktem Platzbedarf ermöglicht.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Der Hauptvorteil dieses Bauteils ist die Kombination aus Miniaturisierung und Mehrfarben-Fähigkeit. Es ist mit der ultrahellen AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) Halbleitertechnologie für seine orangen und grünen Emitter aufgebaut, die typischerweise eine höhere Effizienz und bessere Leistungsstabilität im Vergleich zu älteren Technologien wie Standard-GaP bietet. Das Gehäuse verfügt über eine wasserklare Linse, die das Licht nicht streut, was es für Seitenansichts-Anwendungen geeignet macht, bei denen das Licht parallel zur Leiterplattenoberfläche abgestrahlt werden soll. Dieses Design ist ideal für die Hintergrundbeleuchtung von Tastaturen, Statusanzeigen in Handheld-Geräten und Mikrodisplays, bei denen das Licht seitlich gelenkt werden muss. Das Bauteil ist vollständig mit der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe) konform und für die Infrarot-Rückflusslötung ausgelegt, die in der Serienfertigung von Elektronik Standard ist. Die Zielmärkte umfassen Telekommunikationsgeräte (z.B. Mobil- und Schnurlostelefone), tragbare Computergeräte wie Notebooks, Netzwerksystem-Hardware, verschiedene Haushaltsgeräte und Indoor-Beschilderungsanwendungen.

2. Technische Parameter: Detaillierte objektive Interpretation

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte Analyse der für die LTST-S225KFKGKT-5A spezifizierten Hauptleistungsparameter, basierend auf Standardtestbedingungen bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 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):50 mW pro Farbchip. Dies ist die maximale elektrische Leistung, die in Wärme und Licht umgewandelt werden kann, ohne die LED zu beschädigen. Das Überschreiten dieser Grenze birgt das Risiko eines thermischen Durchgehens und Ausfalls.
• Spitzen-Durchlassstrom (I_F(PEAK)):40 mA, nur zulässig unter gepulsten Bedingungen mit einem Tastverhältnis von 1/10 und einer Pulsbreite von 0,1 ms. Dies ermöglicht kurze Perioden hoher Helligkeit, z.B. bei Blinkanzeigen.
• Dauer-Durchlassstrom (I_F):20 mA DC. Dies ist der empfohlene maximale Strom für den kontinuierlichen, stationären Betrieb, um langfristige Zuverlässigkeit und spezifizierte optische Leistung zu gewährleisten.
• Betriebstemperaturbereich:-30°C bis +85°C. Die Funktionsfähigkeit des Bauteils ist innerhalb dieses Umgebungstemperaturbereichs garantiert.
• Lagertemperaturbereich:-40°C bis +85°C. Das Bauteil kann ohne angelegte Leistung innerhalb dieser Grenzen gelagert werden.

2.2 Elektrische und optische Eigenschaften

Dies sind die typischen Leistungsparameter, gemessen unter normalen Betriebsbedingungen (I_F= 5mA).

• Lichtstärke (I_V):Dies ist die vom menschlichen Auge wahrgenommene Helligkeit der LED. Für den orangen Chip beträgt das Minimum 18,0 mcd (Millicandela), typisch ist nicht spezifiziert, und das Maximum ist 45,0 mcd. Für den grünen Chip beträgt das Minimum 7,1 mcd und das Maximum 18,0 mcd. Die tatsächliche gelieferte Intensität fällt in spezifische Bins (siehe Abschnitt 4).
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):130 Grad (typisch). Dieser breite Abstrahlwinkel zeigt, dass die LED Licht über einen großen Bereich abgibt, was charakteristisch für Seitenansichtsgehäuse mit klarer Linse ist. θ_1/2ist der Winkel außerhalb der Achse, bei dem die Intensität auf die Hälfte ihres Achsenwertes abfällt.
• Spitzenwellenlänge (λ_P):Die Wellenlänge, bei der die optische Ausgangsleistung am größten ist. Typische Werte sind 611,0 nm (Orange) und 573,0 nm (Grün).
• Dominante Wellenlänge (λ_d):Die einzelne Wellenlänge, die die wahrgenommene Farbe am besten repräsentiert. Typische Werte sind 605,0 nm (Orange) und 571,0 nm (Grün). Dieser Wert wird aus dem CIE-Farbdiagramm abgeleitet.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):Die Bandbreite des emittierten Lichts, gemessen als volle Breite bei halbem Maximum (FWHM) des Spektrums. Typische Werte sind 17 nm (Orange) und 15 nm (Grün), was auf relativ reine, gesättigte Farben hinweist.
• Durchlassspannung (V_F):Der Spannungsabfall über der LED beim Durchleiten des spezifizierten Stroms. Bei 5mA liegt V_Ffür beide Farben zwischen einem Minimum von 1,7V und einem Maximum von 2,5V. Entwickler müssen sicherstellen, dass die Treiberschaltung diesen Bereich abdecken kann.
• Sperrstrom (I_R):Maximal 10 μA bei einer Sperrspannung (V_R) von 5V. Dieser Parameter dient nur Testzwecken; die LED ist nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt.

3. Erklärung des Bin-Sortiersystems

Um Produktionsschwankungen zu handhaben, werden LEDs nach Leistung in Bins sortiert. Die LTST-S225KFKGKT-5A verwendet ein Binning-System für die Lichtstärke.

3.1 Lichtstärke-Binning

Die Lichtstärke jedes Farbchips wird getestet und in spezifische Bins mit einer Toleranz von +/-15% innerhalb jedes Bins sortiert.

• Orange Chip Bins:
  • Bin-CodeM: Minimum 18,0 mcd, Maximum 28,0 mcd.
  • Bin-CodeN: Minimum 28,0 mcd, Maximum 45,0 mcd.
• Grüner Chip Bins:
  • Bin-CodeK: Minimum 7,1 mcd, Maximum 11,2 mcd.
  • Bin-CodeL: Minimum 11,2 mcd, Maximum 18,0 mcd.

Dieses Binning ermöglicht es Entwicklern, Bauteile mit konsistenten Helligkeitsstufen für ihre Anwendung auszuwählen, was für ein einheitliches Erscheinungsbild in Multi-LED-Arrays oder Anzeigen entscheidend ist.

4. Mechanische und Gehäuseinformationen

4.1 Gehäuseabmessungen und Pinbelegung

Die LED entspricht einem EIA-Standard-Gehäuseumriss. Alle Abmessungen sind in Millimetern mit einer Standardtoleranz von ±0,1 mm, sofern nicht anders angegeben. Das Gehäuse ist vom Typ Seitenansicht, was bedeutet, dass die Hauptlichtemission parallel zur Montageebene erfolgt. Die Pinbelegung ist für den korrekten Betrieb entscheidend: Die Pins 1 und 2 sind dem grünen LED-Chip zugeordnet, während die Pins 3 und 4 dem orangen LED-Chip zugeordnet sind. Entwickler müssen auf die detaillierte Maßzeichnung im Datenblatt für die genaue Platzierung der Lötpads auf der Leiterplatte verweisen.

4.2 Empfohlene Leiterplatten-Padgestaltung und Polarität

Das Datenblatt enthält ein empfohlenes Land Pattern (Lötpad-Geometrie) für die Leiterplatte. Die Einhaltung dieser Empfehlung ist entscheidend für zuverlässige Lötstellen, korrekte Ausrichtung und effektive Wärmeableitung während des Reflow-Prozesses. Das Pad-Design unterstützt auch die Selbstausrichtung des Bauteils während des Lötens. Der Kathoden-Pin ist typischerweise durch eine Markierung auf dem LED-Gehäuse selbst (wie eine Kerbe oder ein Punkt) gekennzeichnet, die mit der entsprechenden Markierung auf dem Leiterplatten-Siebdruck ausgerichtet werden muss.

5. Löt- und Montagerichtlinien

5.1 IR-Rückflusslötparameter

Das Bauteil ist für bleifreie Lötprozesse ausgelegt. Die vorgeschlagene Infrarot-Rückflussbedingung ist eine Spitzentemperatur von 260°C für maximal 10 Sekunden. Ein Temperaturprofil, das mit JEDEC-Standards konform ist, wird als generisches Ziel bereitgestellt. Wichtige Stufen umfassen eine Vorwärmzone (150-200°C für bis zu 120 Sekunden), um die Platine allmählich zu erwärmen und das Flussmittel im Lotpaste zu aktivieren, gefolgt von der Reflow-Zone, in der die Temperatur ihren Höhepunkt erreicht. Es ist entscheidend, die Spezifikationen des Lotpaste-Herstellers und die JEDEC-Profilgrenzen einzuhalten, um thermischen Schock, Delaminierung oder Schäden an der internen Struktur der LED zu vermeiden. Das Bauteil sollte nicht mehr als zwei Reflow-Zyklen ausgesetzt werden.

5.2 Handlötung (Lötkolben)

Falls Handlötung notwendig ist, muss äußerste Vorsicht walten. Die empfohlene maximale Lötspitzentemperatur beträgt 300°C, und die Kontaktzeit mit einem Anschluss sollte auf maximal 3 Sekunden begrenzt werden. Dies sollte nur einmal durchgeführt werden, um übermäßige Wärmebelastung zu verhindern.

5.3 Lager- und Handhabungsbedingungen

Eine ordnungsgemäße Handhabung ist für die Zuverlässigkeit entscheidend. Die LEDs sind empfindlich gegenüber elektrostatischer Entladung (ESD). Es wird empfohlen, ein Erdungsarmband oder antistatische Handschuhe zu verwenden und sicherzustellen, dass alle Geräte geerdet sind. Für die Lagerung sollten ungeöffnete feuchtigkeitsdichte Beutel (mit Trockenmittel) bei ≤30°C und ≤90% relativer Luftfeuchtigkeit (RH) aufbewahrt werden, mit einer empfohlenen Haltbarkeit von einem Jahr. Sobald der Beutel geöffnet ist, sind die Bauteile mit der Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe (MSL) 3 bewertet, was bedeutet, dass sie innerhalb von 168 Stunden (eine Woche) nach Exposition gegenüber einer Umgebung von ≤30°C/60% RH der Rückflusslötung unterzogen werden müssen. 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.

5.4 Reinigung

Falls eine Reinigung nach dem Löten erforderlich ist, sollten nur spezifizierte alkoholbasierte Lösungsmittel wie Isopropylalkohol (IPA) oder Ethylalkohol verwendet werden. Die LED sollte bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute eingetaucht werden. Nicht spezifizierte chemische Reiniger können die Epoxidlinse oder das Gehäuse beschädigen.

6. Verpackungs- und Bestellinformationen

6.1 Band- und Rollenspezifikationen

Die LEDs werden für die automatisierte Montage verpackt geliefert. Sie sind in 8 mm breiter, geprägter Trägerband auf 7-Zoll (178 mm) Durchmesser Rollen montiert. Die Standardrollenmenge beträgt 4000 Stück. Für Restmengen beträgt die kleinste bestellbare Packungsgröße 500 Stück. Die Verpackung entspricht den ANSI/EIA-481-Spezifikationen. Das Band hat eine Deckfolie, um die Bauteiltaschen zu versiegeln, und es gibt eine Spezifikation, dass nicht mehr als zwei aufeinanderfolgende Bauteiltaschen leer sein dürfen.

7. Anwendungsvorschläge und Designüberlegungen

7.1 Typische Anwendungsschaltungen

Jeder LED-Chip (Grün und Orange) muss unabhängig angesteuert werden. Ein serieller strombegrenzender Widerstand ist für jeden Chip zwingend erforderlich, um den Betriebsstrom einzustellen und die LED vor Überstrom zu schützen. Der Widerstandswert (R_serie) kann mit dem Ohmschen Gesetz berechnet werden: R_serie= (V_versorgung- V_F) / I_F. Da V_Fzwischen 1,7V und 2,5V variieren kann, sollte die Berechnung den maximalen V_F-Wert verwenden, um sicherzustellen, dass der Strom unter ungünstigsten Bedingungen niemals das gewünschte Niveau überschreitet. Für eine 5V-Versorgung und einen Ziel-I_Fvon 5mA ergibt die Verwendung von V_F(max)=2,5V: R_serie= (5V - 2,5V) / 0,005A = 500Ω. Ein Standard-510Ω-Widerstand wäre eine geeignete Wahl. Für höhere Helligkeit bei 20mA wäre die Berechnung anders. Die beiden LEDs können von separaten Mikrocontroller-GPIO-Pins oder Logikschaltungen angesteuert werden.

7.2 Thermomanagement

Obwohl die Verlustleistung gering ist (50 mW pro Chip), ist ein effektives Thermomanagement auf der Leiterplatte dennoch wichtig für Langlebigkeit und stabile Leistung. Die Verwendung des empfohlenen Lötpad-Designs hilft, Wärme von der LED-Sperrschicht in die Leiterplattenkupferung abzuleiten. Vermeiden Sie die Platzierung der LED in geschlossenen Räumen ohne Luftströmung, insbesondere bei Betrieb mit höheren Strömen oder in hohen Umgebungstemperaturen.

7.3 Optisches Design

Die Seitenansichts-, wasserklare Linse erzeugt einen breiten Abstrahlwinkel (130°). Für Anwendungen, die fokussierteres oder gestreutes Licht erfordern, können externe Lichtleiter, Linsen oder Diffusorfolien notwendig sein. Die klare Linse ist ideal für Anwendungen, bei denen die LED selbst nicht direkt sichtbar ist, sondern ihr Licht kanalisiert wird, wie z.B. in randbeleuchteten Panels oder Lichtleitern.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die Hauptunterscheidungsmerkmale der LTST-S225KFKGKT-5A sind ihre Zweifarben-Fähigkeit in einem einzigen, miniaturisierten Seitenansichtsgehäuse und die Verwendung von AlInGaP-Technologie für beide Farben. Im Vergleich zu älteren zweifarbigen LEDs, die möglicherweise verschiedene Materialsysteme verwenden (z.B. GaP für Grün), kann die Verwendung von AlInGaP für beide Farben konsistentere Durchlassspannungseigenschaften und potenziell höhere Effizienz bieten. Das Seitenansichts-Formfaktor unterscheidet sich von Aufsicht-LEDs und ist speziell für Anwendungen konzipiert, bei denen eine Lichtemission parallel zur Platine erforderlich ist, wodurch vertikaler Platz gespart wird. Die Kompatibilität mit Standard-IR-Rückflusslötung und Band-und-Rolle-Verpackung macht sie zu einer Plug-and-Play-Lösung für Hochvolumen-Automatisierungsfertigungslinien.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Kann ich sowohl die orangen als auch die grünen LEDs gleichzeitig mit ihrem maximalen DC-Strom von jeweils 20 mA betreiben?

A: Ja, aber Sie müssen die gesamte Verlustleistung berücksichtigen. Bei 20 mA und einer typischen V_Fvon ~2,1 V beträgt die Verlustleistung pro Chip etwa 42 mW. Gleichzeitiger Betrieb würde eine Gesamtverlustleistung von ~84 mW aus dem Gehäuse bedeuten. Obwohl dies unter der Summe der einzelnen Maximalwerte (50 mW+50 mW=100 mW) liegt, nähert es sich der Grenze. Thermomanagement und Umgebungstemperatur werden in diesem Szenario zu kritischen Faktoren für einen zuverlässigen Langzeitbetrieb.

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

A: Spitzenwellenlänge (λ_P) ist die physikalische Messung der Wellenlänge, bei der die optische Ausgangsleistung am höchsten ist. Dominante Wellenlänge (λ_d) ist ein berechneter Wert aus der Farbmessung, der die einzelne Wellenlänge repräsentiert, die das menschliche Auge als Farbe wahrnimmt. Für LEDs mit einem schmalen Spektrum liegen sie oft nahe beieinander, aber λ_dist der relevantere Parameter für die Farbspezifikation in Displays oder Anzeigen.

F: Im Datenblatt heißt es: \"Eine Sperrspannungsbedingung wird nur für IR-Tests angewendet.\" Was bedeutet das?

A: Dies ist eine Klarstellung. Der Parameter I_R(Sperrstrom) wird gemessen, indem während des Werktests eine 5V-Sperrvorspannung angelegt wird, um auf Leckage zu prüfen. Die LED ist jedoch eine Diode und nicht für den Betrieb in Sperrrichtung in der tatsächlichen Anwendung ausgelegt. Das Anlegen einer Sperrspannung in einer Schaltung könnte das Bauteil beschädigen.

10. Praktisches Anwendungsbeispiel

Szenario: Zweifarbige Statusanzeige für einen Netzwerkrouter

Ein Entwickler erstellt einen kompakten Router mit zwei Status-LEDs (Strom und Netzwerkaktivität), aber Platz für nur eine LED-Komponente auf der Platine. Die LTST-S225KFKGKT-5A ist eine ideale Lösung.

Umsetzung:Der grüne Chip wird als \"Strom\"-Anzeige zugewiesen (dauerhaft an bei Stromversorgung). Der orangefarbene Chip wird als \"Netzwerkaktivität\"-Anzeige zugewiesen (blinkend bei Datenverkehr). Zwei separate GPIO-Pins vom Hauptmikrocontroller des Routers werden verwendet, jeder über einen 510Ω-strombegrenzenden Widerstand mit der Anode des jeweiligen LED-Chips verbunden. Die Kathoden sind mit Masse verbunden. Die Seitenansichts-Emission ermöglicht es, das Licht in einen einzelnen, kleinen Lichtleiter einzukoppeln, der es zum Frontpanel leitet. Dieses Design spart Leiterplattenplatz, reduziert die Anzahl der Teile und liefert klare, eindeutige farbcodierte Statusinformationen.

11. Funktionsprinzip Einführung

Leuchtdioden (LEDs) sind Halbleiterbauelemente, die Licht durch Elektrolumineszenz emittieren. Wenn eine Durchlassspannung über den p-n-Übergang des Halbleitermaterials (in diesem Fall AlInGaP) angelegt wird, werden Elektronen und Löcher in den Übergangsbereich injiziert. Diese Ladungsträger rekombinieren und setzen Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts wird durch die Bandlückenenergie des Halbleitermaterials bestimmt. AlInGaP hat eine Bandlücke, die für die Erzeugung von Licht im roten, orangen und gelben Teil des Spektrums geeignet ist, und mit spezifischer Dotierung kann auch grünes Licht erzeugt werden. Das Seitenansichtsgehäuse enthält den Halbleiterchip, der auf einem Anschlussrahmen montiert, drahtgebondet und in einem klaren Epoxidharz eingekapselt ist, das die Linse bildet und den Lichtausgang seitlich lenkt.

12. Technologietrends

Der allgemeine Trend bei SMD-LEDs wie dieser geht hin zu fortschreitender Miniaturisierung, erhöhter Effizienz (mehr Lichtausbeute pro Watt elektrischer Eingangsleistung) und höherer Zuverlässigkeit. Die Einführung von AlInGaP für grüne Emitter, wie hier zu sehen, stellt einen Schritt weg von traditionellen, weniger effizienten Materialien dar. Darüber hinaus wird zunehmend Wert auf präzises Binning und engere Toleranzen gelegt, um den Anforderungen von Anwendungen mit hoher Farbkonstanz gerecht zu werden, wie z.B. Vollfarbdisplays, die aus diskreten LEDs zusammengesetzt sind. Fortschritte in der Verpackungstechnik konzentrieren sich auch auf die Verbesserung der thermischen Leistung, um höhere Treiberströme in kleineren Gehäusen zu ermöglichen und die Kompatibilität mit bleifreien, hochtemperaturbeständigen Lötprozessen zu verbessern.