Dual-Color SMD LED LTW-C235DSKF-5A Datenblatt - Weiß & Orange - 20-30mA - 72-75mW - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt die Spezifikationen einer leistungsstarken, zweifarbigen Oberflächenmontage-LED (SMD). Das Bauteil integriert zwei verschiedene LED-Chips in einem einzigen Gehäuse: einen, der weißes Licht emittiert, und einen, der orangefarbenes Licht emittiert. Dieses Design ist für Anwendungen konzipiert, die mehrere Anzeigezustände oder farbcodierte Signalisierung von einem kompakten Bauraum aus erfordern.

Die LED ist aus fortschrittlichen Halbleitermaterialien aufgebaut. Das weiße Licht wird von einem auf InGaN (Indiumgalliumnitrid) basierenden Chip erzeugt, während das orangefarbene Licht von einem auf AlInGaP (Aluminiumindiumgalliumphosphid) basierenden Chip stammt. Diese Kombination nutzt die Effizienz- und Helligkeitseigenschaften beider Materialsysteme.

Zu den Hauptvorteilen dieses Produkts zählen seine Konformität mit der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe), die Einstufung als "Green Product" und die Kompatibilität mit Standard-Hochvolumen-Fertigungsprozessen. Es wird in Band- und Rollenverpackung geliefert, die für automatisierte Bestückungsgeräte geeignet ist, und ist für Infrarot-Lötprozesse (IR-Reflow) ausgelegt, was es ideal für moderne Leiterplattenbestückungslinien macht.

2. Detaillierte technische Spezifikationen

2.1 Absolute Maximalwerte

Ein Betrieb des Bauteils über diese Grenzwerte hinaus kann dauerhafte Schäden verursachen. Die Werte gelten bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C.

• Verlustleistung:Weiß: 72 mW, Orange: 75 mW. Dieser Parameter definiert die maximale Leistung, die die LED im Dauerbetrieb als Wärme abführen kann.
• Spitzen-Strom (Impuls):Weiß: 100 mA, Orange: 80 mA. Dies ist der maximal zulässige Impulsstrom (1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Impulsbreite) für kurze, hochintensive Blitze.
• DC-Durchlassstrom (Dauerbetrieb):Weiß: 20 mA, Orange: 30 mA. Dies ist der empfohlene maximale kontinuierliche Durchlassstrom für einen zuverlässigen Langzeitbetrieb.
• Sperrspannung:5 V für beide Farben. Das Anlegen einer Spannung über diesem Wert in Sperrrichtung kann den LED-Übergang beschädigen. Ein Dauerbetrieb mit Sperrspannung ist untersagt.
• Temperaturbereiche:Betrieb: -20°C bis +80°C; Lagerung: -30°C bis +100°C. Diese definieren die Umgebungsgrenzen für den Betrieb und die Lagerung im nicht betriebsbereiten Zustand.
• Infrarot-Lötbedingung:Hält 260°C für 10 Sekunden stand, was seine Kompatibilität mit Standard bleifreien Reflow-Profilen definiert.

2.2 Elektrische & Optische Kenngrößen

Dies sind die typischen Leistungsparameter, gemessen bei Ta=25°C und einem Prüfstrom (IF) von 5mA, sofern nicht anders angegeben.

• Lichtstärke (Iv):Ein Maß für die wahrgenommene Lichtleistung. Weiß: Min. 45,0 mcd, Typ. (nicht spezifiziert), Max. 180,0 mcd. Orange: Min. 11,2 mcd, Typ. (nicht spezifiziert), Max. 71,0 mcd. Die Intensität wird mit einem Sensor gemessen, der auf die photopische Hellempfindlichkeitskurve des menschlichen Auges (CIE-Kurve) gefiltert ist.
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):Ca. 130 Grad für beide Farben. Dies ist der Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte ihres Spitzenwertes abfällt, und definiert die Strahlausbreitung.
• Durchlassspannung (VF):Der Spannungsabfall über der LED im leitenden Zustand. Weiß: Typ. 2,85V, Max. 3,15V. Orange: Typ. 2,00V, Max. 2,40V. Dies ist entscheidend für den Schaltungsentwurf und die Berechnung des Vorwiderstands.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λP):Für die orangefarbene LED beträgt der typ. Wert 611 nm. Dies ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsverteilung am höchsten ist.
• Dominante Wellenlänge (λd):Für die orangefarbene LED beträgt der typ. Wert 605 nm. Dies ist die einzelne Wellenlänge, die vom menschlichen Auge als repräsentativ für die Farbe wahrgenommen wird, abgeleitet aus dem CIE-Farbdiagramm.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):Für die orangefarbene LED: typ. 20 nm. Dies gibt die spektrale Reinheit oder Bandbreite des emittierten Lichts an.
• Farbwertanteile (x, y):Für die weiße LED: typ. (0,3; 0,3) im CIE-1931-Diagramm. Es gilt eine Toleranz von ±0,01. Diese Koordinaten definieren präzise den Farbort des weißen Lichts.
• Sperrstrom (IR):Max. 10 μA bei VR=5V für beide Farben. Dies zeigt den sehr geringen Leckstrom an, wenn das Bauteil innerhalb seiner Grenzen in Sperrrichtung vorgespannt ist.

Hinweis zu elektrostatischer Entladung (ESD):LEDs sind empfindlich gegenüber statischer Elektrizität. Während der Handhabung sind geeignete ESD-Vorkehrungen wie geerdete Handgelenkbänder, antistatische Matten und Geräte zwingend erforderlich, um latente oder katastrophale Schäden zu verhindern.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um die Konsistenz in der Serienfertigung sicherzustellen, werden LEDs nach Leistungsklassen sortiert. Der spezifische Binning-Code für eine bestimmte Charge ist auf ihrer Verpackung gekennzeichnet.

3.1 Binning der Durchlassspannung (VF) für weiße LED

LEDs werden basierend auf ihrer Durchlassspannung bei IF=5mA kategorisiert. Jede Binning-Klasse hat eine Toleranz von ±0,1V.

- Klasse A: 2,55V - 2,70V

- Klasse B: 2,70V - 2,85V

- Klasse C: 2,85V - 3,00V

- Klasse D: 3,00V - 3,15V

3.2 Binning der Lichtstärke (Iv)

Weiße LED (bei IF=5mA, Toleranz ±15% pro Klasse):

- Klasse P: 45,0 mcd - 71,0 mcd

- Klasse Q: 71,0 mcd - 112,0 mcd

- Klasse R: 112,0 mcd - 180,0 mcd

Orangefarbene LED (bei IF=5mA):

- Klasse L: 11,2 mcd - 18,0 mcd

- Klasse M: 18,0 mcd - 28,0 mcd

- Klasse N: 28,0 mcd - 45,0 mcd

- Klasse P: 45,0 mcd - 71,0 mcd

3.3 Farbton-Binning für weiße LED

Der Farbort des weißen Lichts wird gemäß seinen Farbwertanteilen (x, y) im CIE-1931-Diagramm bei IF=5mA klassifiziert. Sechs Klassen (S1 bis S6) sind durch spezifische viereckige Bereiche im Farbdiagramm definiert. Innerhalb jeder Klasse gilt eine Toleranz von ±0,01 für die (x, y)-Koordinaten. Dies gewährleistet eine visuelle Farbkonsistenz zwischen verschiedenen Produktionschargen.

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt verweist auf typische Kennlinien, die das Bauteilverhalten grafisch darstellen. Obwohl die spezifischen Grafiken hier nicht wiedergegeben sind, umfassen sie typischerweise:

• Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom:Zeigt, wie die Lichtleistung mit dem Strom ansteigt, üblicherweise in einem sublinearen Verhältnis, und hebt Effizienzänderungen hervor.
• Durchlassspannung vs. Durchlassstrom:Zeigt die Dioden-Kennlinie (I-V), entscheidend für das thermische Management und den Treiberentwurf.
• Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Veranschaulicht den Rückgang der Lichtleistung bei steigender Sperrschichttemperatur, ein Schlüsselfaktor für das thermische Design.
• Spektrale Leistungsverteilung:Für die orangefarbene LED würde diese Kurve die Intensität des bei jeder Wellenlänge emittierten Lichts zeigen, zentriert um 611 nm mit einer Halbwertsbreite von 20 nm.

Diese Kurven sind für Entwickler unerlässlich, um die Leistung unter nicht standardmäßigen Bedingungen (unterschiedliche Ströme, Temperaturen) vorherzusagen und die Anwendungsschaltung zu optimieren.

5. Mechanische & Gehäuseinformationen

5.1 Artikelnummer und Pinbelegung

Artikelnummer:LTW-C235DSKF-5A

Linsenfarbe:Gelb (beeinflusst die Lichtstreuung und das Erscheinungsbild im ausgeschalteten Zustand).

Emittierte Farben & Pinbelegung:

- InGaN Weißer Chip: Verbunden mit Pin 1 und 2.

- AlInGaP Orangefarbener Chip: Verbunden mit Pin 3 und 4.

Diese 4-Pin-Konfiguration ermöglicht die unabhängige Steuerung der beiden Farben.

5.2 Gehäuseabmessungen

Die LED entspricht einem EIA-Standard-SMD-Gehäuse. Alle Abmessungen sind in Millimetern mit einer Standardtoleranz von ±0,10 mm angegeben, sofern nicht anders spezifiziert. Das Datenblatt enthält eine detaillierte Maßzeichnung, die die Länge, Breite, Höhe, Anschlussabstände und andere kritische mechanische Merkmale zeigt, die für das Leiterplatten-Layoutdesign notwendig sind.

5.3 Vorgeschlagene Lötpad-Abmessungen

Ein empfohlenes Leiterplatten-Layout (Pad-Anordnung) wird bereitgestellt, um zuverlässige Lötstellen während des Reflow-Lötens zu gewährleisten. Die Einhaltung dieser Abmessungen fördert die korrekte Ausbildung des Lötfilets, die mechanische Stabilität und den Wärmeabfluss.

6. Löt-, Montage- & Handhabungsrichtlinien

6.1 Lötprozess

Das Bauteil ist vollständig mit Infrarot-Reflow-Lötprozessen kompatibel. Ein empfohlenes Reflow-Profil wird bereitgestellt, mit einer Spitzentemperaturbedingung von 260°C für 10 Sekunden, entsprechend gängigen bleifreien Lötmittelanforderungen. Die Einhaltung des empfohlenen Profils ist entscheidend, um thermische Schäden am LED-Gehäuse oder Chip zu verhindern.

6.2 Reinigung

Falls eine Nachlötreinigung erforderlich ist, sollten nur spezifizierte Chemikalien verwendet werden. Nicht spezifizierte Lösungsmittel können die Epoxidlinse oder das Gehäuse beschädigen. Die empfohlene Methode ist das Eintauchen in Ethylalkohol oder Isopropylalkohol bei normaler Raumtemperatur für eine Dauer von weniger als einer Minute.

6.3 Lagerbedingungen

Versiegelte Verpackung (mit Trockenmittel):Lagern bei ≤30°C und ≤90% relativer Luftfeuchtigkeit (RLF). Die Haltbarkeit unter diesen Bedingungen beträgt ein Jahr.

Geöffnete Verpackung:Bauteile müssen bei ≤30°C und ≤60% RLF gelagert werden. Es wird dringend empfohlen, den IR-Relfow-Prozess innerhalb einer Woche nach dem Öffnen der feuchtigkeitsgeschützten Beutel abzuschließen.

Längere Lagerung (geöffnet):Für eine Lagerung über eine Woche hinaus, sollten die Bauteile in einem verschlossenen Behälter mit Trockenmittel oder in einem Stickstoff-Exsikkator aufbewahrt werden.

Nachbacken:LEDs, die länger als eine Woche außerhalb ihrer Originalverpackung gelagert wurden, müssen vor dem Löten etwa 20 Stunden bei ca. 60°C getrocknet ("gebacken") werden, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und ein "Popcorning" (Gehäuserissbildung) während des Reflow zu verhindern.

7. Verpackungs- & Bestellinformationen

7.1 Band- und Rollenspezifikationen

Die LEDs werden in einer geprägten Trägerbandverpackung mit einem Schutzdeckband geliefert, aufgewickelt auf Rollen mit einem Durchmesser von 7 Zoll (ca. 178 mm). Diese Verpackung entspricht den ANSI/EIA 481-1-A-1994-Standards.

• Stückzahl pro Rolle:3000 Einheiten.
• Mindestbestellmenge (MOQ) für Restposten:500 Stück.
• Deckband:Leere Taschen im Trägerband werden mit dem Deckband versiegelt.
• Fehlende Bauteile:Die maximal zulässige Anzahl aufeinanderfolgender fehlender Bauteile auf einer Rolle beträgt zwei.

Detaillierte Maßzeichnungen für das Trägerband (Taschengröße, Teilung usw.) und die Rolle (Nabendurchmesser, Flanschdurchmesser usw.) sind im Datenblatt enthalten, um die Kompatibilität mit automatisierten Bestückungsgeräten sicherzustellen.

8. Anwendungshinweise & Designüberlegungen

8.1 Bestimmungsgemäße Verwendung

Diese LED ist für den Einsatz in Standard-Elektronikgeräten konzipiert, einschließlich Geräten der Büroautomatisierung, Kommunikationsgeräten und Haushaltsgeräten. Für Anwendungen, die außergewöhnliche Zuverlässigkeit erfordern, bei denen ein Ausfall Leben oder Gesundheit gefährden könnte (z.B. Luftfahrt, Medizinsysteme, Sicherheitseinrichtungen), sind vor der Integration eine spezifische Beratung und Qualifizierung erforderlich.

8.2 Schaltungsentwurf

• Strombegrenzung:Ein externer Vorwiderstand ist für jede LED-Farbe zwingend erforderlich. Der Widerstandswert (R) kann mit dem Ohmschen Gesetz berechnet werden: R = (Vversorgung - VF) / IF, wobei VF die Durchlassspannung der spezifischen Farbe/Charge und IF der gewünschte Betriebsstrom ist (darf den DC-Durchlassstrom-Nennwert nicht überschreiten).
• Thermisches Management:Obwohl die Verlustleistung gering ist, kann eine ausreichende Kupferfläche auf der Leiterplatte oder thermische Durchkontaktierungen helfen, eine niedrigere Sperrschichttemperatur aufrechtzuerhalten, was die Lichtleistung und Lebensdauer erhält.
• Parallel-/Reihenschaltung:Das direkte Parallelschalten von LEDs wird aufgrund von VF-Schwankungen, die zu Stromungleichgewichten führen können, generell nicht empfohlen. Eine Reihenschaltung mit einem gemeinsamen Vorwiderstand wird für eine gleichmäßige Helligkeit bevorzugt.

8.3 Typische Anwendungsszenarien

• Statusanzeigen:Die Zweifarben-Fähigkeit ermöglicht mehrere Zustände (z.B. Weiß=Ein, Orange=Bereitschaft, Beide=Warnung).
• Hintergrundbeleuchtung für Tastaturen oder Symbole:Selektive Hintergrundbeleuchtung in verschiedenen Farben.
• Unterhaltungselektronik:Strom-, Verbindungs- oder Modusanzeigen in Geräten wie Routern, Ladegeräten oder Audiogeräten.
• Automobilinterne Anzeigen:(Falls für die spezifische Anwendungsumgebung qualifiziert).

9. Technischer Vergleich & Differenzierung

Diese zweifarbige LED bietet in spezifischen Anwendungen deutliche Vorteile:

• Im Vergleich zu zwei einfarbigen LEDs:Spart Leiterplattenfläche, reduziert Bestückungszeit/-kosten (ein Bauteil vs. zwei) und gewährleistet eine präzise mechanische Ausrichtung der beiden Lichtquellen.
• Materialtechnologie:Verwendet optimierte Chipmaterialien (InGaN für weiß, AlInGaP für orange) für hohe Effizienz und Helligkeit in ihren jeweiligen Spektren, anstatt einen weniger effizienten phosphorkonvertierten orangefarbenen Chip zu verwenden.
• Reverse-Mount-Design:Die Erwähnung von "Reverse Mount" deutet auf ein Gehäusedesign hin, bei dem die primäre Lichtemission durch das Substrat oder in eine spezifische Richtung erfolgt, was für bestimmte optische Designs im Vergleich zu Standard-Top-Emitter-Gehäusen vorteilhaft sein kann.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F1: Kann ich die weiße und orangefarbene LED gleichzeitig mit ihrem maximalen DC-Strom betreiben?

A1: Ja, aber Sie müssen die gesamte Verlustleistung am Gehäuse berücksichtigen. Der Betrieb von Weiß bei 20mA (~2,85V=57mW) und Orange bei 30mA (~2,00V=60mW) ergibt insgesamt ~117mW, was die einzelnen Leistungsnennwerte (72mW, 75mW) überschreitet. Der gleichzeitige Betrieb mit vollem Strom kann eine Entlastung (Derating) oder ein verbessertes thermisches Management erfordern, um die Sperrschichttemperatur innerhalb sicherer Grenzen zu halten.

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

A2: Die Spitzenwellenlänge (λP=611 nm) ist die physikalische Wellenlänge, bei der die LED die meiste optische Leistung emittiert. Die dominante Wellenlänge (λd=605 nm) ist eine wahrnehmungsbezogene Metrik; es ist die Wellenlänge von monochromatischem Licht, die für einen standardisierten menschlichen Beobachter die gleiche Farbe wie die LED-Ausgabe zu haben scheint. Sie unterscheiden sich oft, insbesondere bei gesättigten Farben.

F3: Warum ist die Lagerfeuchteanforderung strenger, nachdem die Tüte geöffnet wurde?

A3: Die versiegelte Tüte enthält Trockenmittel, um einen sehr niedrigen Feuchtigkeitsgehalt aufrechtzuerhalten und die LEDs vor Feuchtigkeitsaufnahme zu schützen. Einmal geöffnet, sind die Bauteile der Umgebungsfeuchtigkeit ausgesetzt. Feuchtigkeit, die in das Kunststoffgehäuse eingedrungen ist, kann sich während des Hochtemperatur-Relfow-Lötprozesses schnell zu Dampf ausdehnen und möglicherweise interne Delamination oder Rissbildung ("Popcorning") verursachen.

F4: Wie interpretiere ich die Binning-Codes für die Bestellung?

A4: Für eine konsistente Leistung in Ihrem Produkt sollten Sie bei der Bestellung die erforderlichen Klassen für VF, Iv und Farbton angeben. Zum Beispiel könnten Sie "LTW-C235DSKF-5A, VF Klasse B, Iv Klasse Q für Weiß, Iv Klasse M für Orange, Farbton Klasse S3" anfordern. Dies stellt sicher, dass alle LEDs in Ihrer Produktionscharge eng übereinstimmende elektrische und optische Eigenschaften aufweisen.

11. Design-in Fallstudie Beispiel

Szenario:Entwurf einer Statusanzeige für einen Netzwerk-Switch mit drei Zuständen: Aus, Link Aktiv (Weiß) und Datenübertragung (Orange blinkend).

Umsetzung:Es wird eine einzelne LTW-C235DSKF-5A verwendet. Der Mikrocontroller (MCU) hat zwei GPIO-Pins, die jeweils über einen Vorwiderstand mit einer LED-Farbe verbunden sind.

Berechnungen:Verwendung einer 3,3V-Versorgung und Zielsetzung von 10mA für gute Sichtbarkeit bei gleichzeitiger Stromersparnis.

- Für Weiß (VF~2,85V): R = (3,3V - 2,85V) / 0,01A = 45 Ω. Verwenden Sie einen Standard-47-Ω-Widerstand.

- Für Orange (VF~2,00V): R = (3,3V - 2,00V) / 0,01A = 130 Ω. Verwenden Sie einen Standard-130-Ω- oder 120-Ω-Widerstand.

Leiterplatten-Layout:Das empfohlene Pad-Layout wird verwendet. Unter der LED wird ein kleiner Freiraum eingehalten, um ein Hochsteigen von Lötzinn zu verhindern. Die MCU-Firmware steuert die Pins, um die gewünschten statischen und blinkenden Zustände zu erreichen.

Ergebnis:Eine kompakte, zuverlässige und klare Mehrzustandsanzeige, die nur den Bauraum eines Bauteils benötigt.

12. Funktionsprinzipien

LEDs sind Halbleiterdioden. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die die Bandlückenenergie des Chips übersteigt, rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich und setzen Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die Farbe des Lichts wird durch die Bandlückenenergie des Halbleitermaterials bestimmt. InGaN-Materialien haben eine größere Bandlücke, was Emission im blau/violett/ultravioletten Bereich ermöglicht; weißes Licht wird typischerweise durch Beschichtung eines blauen InGaN-Chips mit einem gelben Leuchtstoff erzeugt, wodurch das Licht gemischt wird, um weiß zu erscheinen. AlInGaP-Materialien haben eine Bandlücke, die für die direkte Emission im roten, orangefarbenen, bernsteinfarbenen und gelben Teil des Spektrums geeignet ist, wie sie für den orangefarbenen Chip in diesem Bauteil verwendet wird. Das Dual-Chip-Gehäuse isoliert die beiden Halbleiterübergänge elektrisch, sodass sie unabhängig gesteuert werden können.

13. Technologietrends

Die Optoelektronikindustrie entwickelt sich ständig weiter. Trends, die für Bauteile wie diese zweifarbige LED relevant sind, umfassen:

Erhöhte Effizienz:Fortlaufende Verbesserungen der internen Quanteneffizienz und Lichtextraktionstechniken führen zu höherer Lichtstärke (mcd) bei gleichem oder niedrigerem Treiberstrom, was die Systemleistungseffizienz verbessert.

Miniaturisierung:Während dieses Bauteil ein Standardgehäuse verwendet, gibt es einen ständigen Trend zu kleineren Gehäusegrößen (z.B. 0402, 0201 metrisch) für hochdichte Elektronik, oft jedoch auf Kosten der Gesamtlichtleistung oder Wärmeableitung.

Farbkonsistenz & Binning:Fortschritte in der epitaktischen Schichtabscheidung und Fertigungskontrolle reduzieren die natürliche Schwankung von VF und Farbort, was zu engeren Binning-Verteilungen führt und den Bedarf an umfangreichem Binning verringert oder die Lagerverwaltung vereinfacht.

Integrierte Lösungen:Ein Trend zur Integration des LED-Treiber-ICs (Konstantstromquelle, PWM-Controller) direkt mit dem LED-Gehäuse oder -Modul, was den Endschaltungsentwurf vereinfacht. Dieses spezielle Bauteil bleibt eine diskrete, treiberlose LED.

Zuverlässigkeit & Lebensdauer:Kontinuierliche Verbesserungen bei Gehäusematerialien (Epoxid, Silikon) und Chip-Bonding-Technologien erhöhen die Langzeitzuverlässigkeit, den Lichtstromerhalt und die Widerstandsfähigkeit gegen thermische und Umgebungsbelastungen.