Dual-Color SMD LED LTST-C195TBJRKT-2A Datenblatt - Gehäuseabmessungen - Blau 3,0V / Rot 2,0V - 20mA/30mA - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt detailliert die Spezifikationen einer hochhellen, zweifarbigen Oberflächenmontage-LED (SMD-LED). Das Bauteil integriert zwei unterschiedliche Halbleiterchips in einem einzigen Gehäuse: einen, der blaues Licht emittiert, und einen, der rotes Licht emittiert. Dieses Design ist für Anwendungen optimiert, die kompakte, zweifarbige Anzeige- oder Beleuchtungslösungen erfordern. Das Bauteil entspricht den RoHS-Richtlinien und ist als grünes Produkt klassifiziert. Es wird auf industrieüblichen 8-mm-Trägerbändern auf 7-Zoll-Spulen geliefert, was die Kompatibilität mit automatischen Bestückungsanlagen und Serienfertigungsprozessen erleichtert.

1.1 Kernmerkmale und Zielanwendungen

Die Hauptmerkmale dieser LED umfassen ihre ultrahelle Lichtausbeute, die durch InGaN-Technologie für den blauen Emitter und AlInGaP-Technologie für den roten Emitter erreicht wird. Diese Kombination bietet hohe Lichtausbeute. Das Gehäuse entspricht EIA-Standards und gewährleistet somit breite Kompatibilität. Das Bauteil ist für den Betrieb mit integrierten Schaltkreisen (I.C.-kompatibel) ausgelegt und kann Standard-Infrarot- (IR) und Dampfphasen-Reflow-Lötprozesse verkraften, was es für moderne Leiterplattenbestückungslinien geeignet macht. Typische Anwendungen erstrecken sich auf Unterhaltungselektronik, Industrie-Bedienfelder, Kfz-Innenraumbeleuchtung, Statusanzeigen in Kommunikationsgeräten und Hintergrundbeleuchtung für Schalter oder Displays, bei denen eine Zweifarbenfunktionalität erforderlich ist.

2. Vertiefung der technischen Spezifikationen

2.1 Absolute Grenzwerte

Ein Betrieb des Bauteils außerhalb dieser Grenzwerte kann dauerhafte Schäden verursachen. Bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C beträgt die maximale Verlustleistung 76 mW für den blauen Chip und 75 mW für den roten Chip. Der Spitzen-Strom in Vorwärtsrichtung, der unter gepulsten Bedingungen zulässig ist (1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Pulsbreite), beträgt 100 mA für Blau und 80 mA für Rot. Der maximale kontinuierliche Gleichstrom in Vorwärtsrichtung beträgt 20 mA für die blaue LED und 30 mA für die rote LED. Ein linearer Derating-Faktor ist angegeben: 0,25 mA/°C für Blau und 0,4 mA/°C für Rot, was bedeutet, dass der maximal zulässige Gleichstrom mit steigender Umgebungstemperatur über 25°C abnimmt. Die maximale Sperrspannung für beide Farben beträgt 5V, obwohl ein Dauerbetrieb unter Sperrspannung verboten ist. Das Bauteil kann in einem Temperaturbereich von -55°C bis +85°C gelagert und betrieben werden.

2.2 Elektrische und optische Kenngrößen

Alle Messungen sind bei Ta=25°C und einem Standard-Prüfstrom (IF) von 2mA definiert. Die Lichtstärke (Iv) hat für beide Farben einen Mindestwert von 4,50 mcd. Typische Werte sind 20,0 mcd für Blau und 18,0 mcd für Rot. Der Abstrahlwinkel (2θ1/2), bei dem die Intensität die Hälfte des Achswerts beträgt, beträgt typischerweise 130 Grad für beide Emitter und bietet somit ein breites Strahlprofil. Die blaue LED hat eine typische Spitzen-Emissionswellenlänge (λP) von 468 nm und eine dominante Wellenlänge (λd) von 470 nm. Die rote LED hat eine typische λP von 639 nm und λd von 631 nm. Die spektrale Halbwertsbreite (Δλ) beträgt 25 nm für Blau und 20 nm für Rot. Die Durchlassspannung (VF) beträgt typischerweise 3,00V für Blau (max. 3,15V) und 2,00V für Rot (max. 2,20V) bei 2mA. Der maximale Sperrstrom (IR) bei VR=5V beträgt für beide 10 µA.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um die Konsistenz in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs nach Leistungsklassen sortiert. Dies ermöglicht es Konstrukteuren, Bauteile auszuwählen, die den spezifischen Schaltungsanforderungen entsprechen.

3.1 Binning der Durchlassspannung (Blaue LED)

Die blauen LED-Chips werden basierend auf ihrer Durchlassspannung bei 2mA sortiert. Die Binklasse E6 umfasst 2,55V bis 2,75V, E7 umfasst 2,75V bis 2,95V und E8 umfasst 2,95V bis 3,15V. Für jede Binklasse gilt eine Toleranz von ±0,1V.

3.2 Binning der Lichtstärke

Sowohl blaue als auch rote LEDs teilen sich die gleiche Binning-Struktur für die Lichtstärke bei 2mA. Die Binklasse J umfasst 4,50 bis 7,10 mcd, K umfasst 7,10 bis 11,2 mcd, L umfasst 11,2 bis 18,0 mcd und M umfasst 18,0 bis 28,0 mcd. Für jede Lichtstärkebinklasse gilt eine Toleranz von ±15%.

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt verweist auf typische Kennlinien, die für das Verständnis des Bauteilverhaltens unter verschiedenen Bedingungen wesentlich sind. Dazu gehört die Beziehung zwischen Vorwärtsstrom (IF) und Vorwärtsspannung (VF), die exponentiell ist und sich aufgrund der unterschiedlichen Halbleitermaterialien zwischen den blauen und roten Chips unterscheidet. Die Kurven, die die Lichtstärke in Abhängigkeit vom Vorwärtsstrom zeigen, sind entscheidend, um den erforderlichen Treiberstrom für eine gewünschte Helligkeitsstufe zu bestimmen. Obwohl im bereitgestellten Text nicht grafisch detailliert, zeigen diese Kurven typischerweise, dass die Intensität mit dem Strom zunimmt, bei höheren Werten jedoch sättigen kann und auch durch steigende Sperrschichttemperatur negativ beeinflusst wird.

5. Mechanische und Verpackungsinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen und Pinbelegung

Das Bauteil verwendet ein Standard-SMD-Gehäuse. Die Pinbelegung ist für den korrekten Betrieb entscheidend: Die Pins 1 und 3 sind der Anode und Kathode des blauen LED-Chips zugeordnet. Die Pins 2 und 4 sind der Anode und Kathode des roten LED-Chips zugeordnet. Diese Konfiguration ermöglicht die unabhängige Steuerung jeder Farbe. Alle Maßtoleranzen betragen ±0,10 mm, sofern nicht anders angegeben.

5.2 Vorgeschlagenes Lötpad-Layout und Band & Spule

Ein empfohlenes Land Pattern (Lötpad-Abmessungen) wird bereitgestellt, um zuverlässige Lötstellenbildung und korrekte Ausrichtung während des Reflow-Lötens zu gewährleisten. Das Bauteil wird auf 8 mm breiter, geprägter Trägerbandfolie geliefert, die auf Spulen mit einem Durchmesser von 7 Zoll (178 mm) aufgewickelt ist. Jede Spule enthält 4000 Stück. Die Band- und Spulenspezifikationen entsprechen ANSI/EIA 481-1-A-1994. Wichtige Spulenhinweise umfassen: Leere Taschen sind mit Deckband versiegelt, die Mindestbestellmenge für Restposten beträgt 500 Stück, und maximal zwei aufeinanderfolgende fehlende Bauteile sind pro Spule zulässig.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofile

Es werden zwei vorgeschlagene Infrarot- (IR) Reflow-Profile bereitgestellt: eines für den Standard-Lötprozess (Zinn-Blei) und eines für den bleifreien Lötprozess (z.B. SnAgCu). Das bleifreie Profil erfordert eine höhere Spitzentemperatur. Die allgemeine Bedingung für IR- und Wellenlöten ist eine Spitzentemperatur von 260°C für maximal 5 Sekunden. Für Dampfphasenlöten beträgt die Bedingung 215°C für 3 Minuten. Ein detailliertes grafisches Profil wird referenziert, das die Aufwärm-, Halte-, Reflow- und Abkühlphasen mit spezifischen Zeit- und Temperaturgrenzen umreißt, um thermischen Schock zu verhindern.

6.2 Lager- und Handhabungshinweise

LEDs sollten in einer Umgebung gelagert werden, die 30°C und 70% relative Luftfeuchtigkeit nicht überschreitet. Bauteile, die aus ihrer original Feuchtigkeitssperrbeutel entnommen wurden, sollten innerhalb einer Woche IR-reflowgelötet werden. Für eine längere Lagerung außerhalb der Originalverpackung müssen sie in einem verschlossenen Behälter mit Trockenmittel oder in einem Stickstoff-Exsikkator aufbewahrt werden. Wenn sie länger als eine Woche außerhalb des Beutels gelagert wurden, ist vor dem Löten ein Ausheizen bei 60°C für mindestens 24 Stunden erforderlich, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und ein \"Popcorning\" während des Reflow-Lötens zu verhindern.

7. Anwendungshinweise und Designüberlegungen

7.1 Treiberschaltungsdesign

LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Um eine gleichmäßige Helligkeit beim Parallelschalten mehrerer LEDs zu gewährleisten, wird dringend empfohlen, einen individuellen strombegrenzenden Widerstand in Reihe mit jeder LED zu verwenden (Schaltungsmodell A). Die Verwendung eines einzelnen Widerstands für eine Parallelschaltung (Schaltungsmodell B) wird nicht empfohlen, da kleine Unterschiede in den Durchlassspannungs- (Vf) Kennwerten zwischen einzelnen LEDs zu erheblichen Unterschieden in der Stromaufteilung und folglich der Lichtstärke führen. Der Widerstandswert wird mit dem Ohmschen Gesetz berechnet: R = (Vcc - Vf) / If, wobei Vcc die Versorgungsspannung, Vf die Durchlassspannung der LED beim gewünschten Strom und If der Ziel-Vorwärtsstrom ist.

7.2 Schutz vor elektrostatischer Entladung (ESD)

Die LED-Chips sind empfindlich gegenüber elektrostatischer Entladung und Spannungsspitzen. Um Schäden zu vermeiden, müssen während der Handhabung und Montage geeignete ESD-Schutzmaßnahmen implementiert werden. Dazu gehören die Verwendung geerdeter Handgelenkbänder, antistatischer Handschuhe und die Sicherstellung, dass alle Arbeitsplätze, Werkzeuge und Maschinen ordnungsgemäß geerdet sind. Die Bauteile sollten in ESD-geschützten Bereichen gehandhabt werden.

7.3 Reinigung

Wenn eine Reinigung nach dem Löten erforderlich ist, sollten nur spezifizierte Lösungsmittel verwendet werden. Nicht spezifizierte Chemikalien können die Epoxidlinse oder das Gehäuse beschädigen. Die empfohlene Methode ist das Eintauchen der LED in Ethylalkohol oder Isopropylalkohol bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute. Aggressive oder Ultraschallreinigung wird nicht empfohlen, es sei denn, sie wurde speziell validiert.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Das Hauptunterscheidungsmerkmal dieser zweifarbigen LED ist die gemeinsame Verpackung von hocheffizienten InGaN- (blau) und AlInGaP- (rot) Chips. InGaN-Technologie ist für hohe Helligkeit im blau/grünen Spektrum bekannt, während AlInGaP im Vergleich zu älteren Technologien wie GaAsP eine überlegene Effizienz und thermische Stabilität im rot/bernsteinfarbenen Spektrum bietet. Die Integration beider in ein EIA-Standard-SMD-Gehäuse spart im Vergleich zur Verwendung von zwei separaten einfarbigen LEDs Leiterplattenfläche. Der breite Abstrahlwinkel von 130 Grad ist für Anwendungen geeignet, die eine große Sichtbarkeit erfordern. Die spezifizierte Kompatibilität mit bleifreien Reflow-Profilen entspricht modernen Umweltvorschriften und Fertigungstrends.

9. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F: Kann ich die blaue und rote LED gleichzeitig mit ihrem maximalen Gleichstrom betreiben?

A: Nein. Die Verlustleistungsgrenzen (76mW blau, 75mW rot) und die thermischen Aspekte des gemeinsamen Gehäuses müssen beachtet werden. Ein gleichzeitiger Betrieb mit 20mA (blau) und 30mA (rot) kann je nach den Durchlassspannungen die gesamte Verlustleistungsfähigkeit des Gehäuses überschreiten. Zudem ist eine Leistungsreduzierung bei erhöhter Umgebungstemperatur erforderlich.

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

A: Die Spitzenwellenlänge (λP) ist die Wellenlänge, bei der das Emissionsspektrum seine maximale Intensität hat. Die dominante Wellenlänge (λd) wird aus dem CIE-Farbdiagramm abgeleitet und repräsentiert die wahrgenommene Farbe des Lichts – die einzelne Wellenlänge, die die Farbe der LED für das menschliche Auge entsprechen würde. λd ist oft relevanter für farbbasierte Anwendungen.

F: Wie interpretiere ich die Bincodes bei der Bestellung?

A: Sie müssen die erforderlichen Bincodes für die Spannung (für Blau, z.B. E7) und die Lichtstärke (für beide Farben, z.B. K) angeben. Dies stellt sicher, dass Sie LEDs mit elektrischen und optischen Eigenschaften innerhalb Ihres gewünschten Bereichs erhalten, um eine konsistente Leistung in Ihrem Produkt zu gewährleisten.

10. Design-Fallstudie

Betrachten Sie eine zweifarbige Statusanzeige für einen Netzwerkrouter: Dauerhaft blau für \"Betriebsbereit\" und blinkend rot für \"Fehler\". Mit dieser LED wird nur ein Leiterplatten-Footprint benötigt. Der Mikrocontroller steuert Pin 1 (blaue Anode) über einen 150Ω-Widerstand (für ~3V Versorgung und 20mA Zielstrom) für den Dauerzustand. Die rote LED (Pin 2 Anode) wird über einen 100Ω-Widerstand (für ~3V Versorgung und 30mA Zielstrom) angesteuert und von einem anderen GPIO-Pin gesteuert, der im Fehlerzustand blinkt. Die gemeinsamen Kathodenpins (3 & 4) sind mit Masse verbunden. Dieses Design minimiert die Bauteilanzahl, spart Leiterplattenfläche und nutzt Standard-SMT-Montage.

11. Funktionsprinzip

Die Lichtemission in einer LED basiert auf Elektrolumineszenz in einem Halbleiter-p-n-Übergang. Wenn eine Vorwärtsspannung angelegt wird, werden Elektronen aus dem n-dotierten Bereich und Löcher aus dem p-dotierten Bereich in den Übergangsbereich injiziert. Wenn diese Ladungsträger rekombinieren, wird Energie in Form von Photonen (Licht) freigesetzt. Die spezifische Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts wird durch die Bandlückenenergie des Halbleitermaterials bestimmt. Die blaue LED verwendet eine Indium-Gallium-Nitrid- (InGaN) Verbindung, die eine breitere Bandlücke für kürzere Wellenlängen (blaues Licht) aufweist. Die rote LED verwendet eine Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid- (AlInGaP) Verbindung, die eine schmalere Bandlücke für längere Wellenlängen (rotes Licht) besitzt. Die Epoxidlinse dient zum Schutz des Chips, zur Formung des Lichtstrahls und zur Verbesserung der Lichtauskopplung.

12. Technologietrends

Der SMD-LED-Markt entwickelt sich weiterhin in Richtung höherer Effizienz (mehr Lumen pro Watt), erhöhter Leistungsdichte in kleineren Gehäusen und verbesserter Farbwiedergabe. Es gibt einen starken Trend zur Miniaturisierung, wobei Chip-Scale-Package- (CSP) LEDs immer verbreiteter werden. Bei mehrfarbigen Bauteilen umfassen Fortschritte engere Binning-Toleranzen für eine bessere Farbkonsistenz und die Integration von mehr als zwei Chips (z.B. RGB oder RGBW) in ein einziges Gehäuse für vollfarbig einstellbare Beleuchtung. Darüber hinaus erhöht der Trend zu IoT- und Smart-Geräten die Nachfrage nach zuverlässigen, langlebigen Anzeige-LEDs, die mit automatisierten, hochgeschwindigkeits-Montageprozessen kompatibel sind – ein Segment, in dem Bauteile wie dieses gut positioniert sind.