Dual-Color SMD LED LTST-C155TBJSKT-5A Datenblatt - Gehäuse 3,2x1,6x1,9mm - Blau/Gelb - Spannung 3,6V/2,4V - Leistung 76mW/75mW - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument enthält die vollständigen technischen Spezifikationen für eine zweifarbige, oberflächenmontierbare LED-Komponente. Das Bauteil integriert zwei unterschiedliche Halbleiterchips in einem einzigen Gehäuse: einen InGaN-Chip (Indiumgalliumnitrid) für blaue Emission und einen AlInGaP-Chip (Aluminiumindiumgalliumphosphid) für gelbe Emission. Diese Konfiguration ermöglicht die Erzeugung von zwei separaten Farben auf einer kompakten Fläche, was es für Anwendungen geeignet macht, die Statusanzeige, Hintergrundbeleuchtung oder dekorative Beleuchtung in platzbeschränkten Designs erfordern. Die Komponente ist für den Einsatz mit automatisierten Bestückungssystemen (Pick-and-Place) und Standard-Reflow-Lötprozessen ausgelegt und entspricht gängigen Industriegehäusestandards.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Die absoluten Maximalwerte definieren die Grenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Für den blauen Chip beträgt der maximale kontinuierliche Gleichstrom-Vorwärtsstrom 20 mA, wobei unter gepulsten Bedingungen (1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Pulsbreite) ein Spitzenvorwärtsstrom von 100 mA zulässig ist. Seine maximale Verlustleistung liegt bei 76 mW. Der gelbe Chip hat eine etwas höhere Nenn-Dauerstrombelastbarkeit von 30 mA, jedoch eine niedrigere Spitzenstrombelastbarkeit von 80 mA und eine Verlustleistung von 75 mW. Beide Chips haben eine maximale Sperrspannung von 5 V, wobei ein Dauerbetrieb bei dieser Spannung nicht empfohlen wird. Der Betriebstemperaturbereich ist von -20 °C bis +80 °C spezifiziert, mit einem weiteren Lagerbereich von -30 °C bis +100 °C. Das Bauteil hält Wellen- oder Infrarotlötungen bei 260 °C für 5 Sekunden oder Dampfphasenlötungen bei 215 °C für 3 Minuten stand.

2.2 Elektrische & Optische Kenngrößen

Die wichtigsten Leistungsparameter werden bei einem Standard-Prüfstrom von 5 mA und einer Umgebungstemperatur von 25 °C gemessen. Die Lichtstärke für beide Chips (blau und gelb) hat einen Mindestwert von 4,50 Millicandela (mcd) und kann bis zu einem Maximum von 45,0 mcd reichen, wobei die typischen Werte vom spezifischen Bin-Code abhängen. Der Abstrahlwinkel (2θ1/2) beträgt für beide Farben 130 Grad, was auf ein diffuses Abstrahlmuster hinweist. Die typische dominante Wellenlänge des blauen Chips liegt bei 470 nm (Spitze bei 468 nm) mit einer spektralen Halbwertsbreite von 25 nm, charakteristisch für InGaN-Technologie. Die typische dominante Wellenlänge des gelben Chips liegt bei 589 nm (Spitze bei 591 nm) mit einer schmaleren Halbwertsbreite von 15 nm, typisch für AlInGaP. Die Durchlassspannung (VF) beträgt typischerweise 3,10 V für Blau (max. 3,60 V) und 2,00 V für Gelb (max. 2,40 V). Der Sperrstrom ist auf maximal 10 µA bei 5 V Sperrspannung begrenzt.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Produkt verwendet ein Binning-System, um Einheiten basierend auf ihrer Lichtstärke beim Standard-Prüfstrom von 5 mA zu kategorisieren. Sowohl der blaue als auch der gelbe Chip verwenden die gleiche Bin-Code-Struktur. Die Bins sind mit J, K, L, M und N bezeichnet. Bin J deckt den Intensitätsbereich von 4,50 mcd bis 7,10 mcd ab. Bin K reicht von 7,10 mcd bis 11,20 mcd. Bin L deckt 11,20 mcd bis 18,00 mcd ab. Bin M umfasst 18,00 mcd bis 28,00 mcd. Das Bin mit der höchsten Ausgangsleistung, N, umfasst Bauteile von 28,00 mcd bis zum Maximum von 45,00 mcd. Auf die Grenzen jedes Intensitäts-Bins wird eine Toleranz von +/-15 % angewendet. Dieses System ermöglicht es Konstrukteuren, Bauteile mit konsistenten Helligkeitsstufen für ihre Anwendung auszuwählen und so visuelle Gleichmäßigkeit in Multi-LED-Arrays sicherzustellen.

4. Analyse der Leistungskurven

Während spezifische grafische Daten im Quelldokument referenziert werden (z. B. Abbildung 1 für Emissionsspitze, Abbildung 6 für Abstrahlwinkel), würden typische Leistungskurven für solche Bauteile mehrere Schlüsselbeziehungen veranschaulichen. Die Strom-Spannungs-Kennlinie (I-V-Kurve) würde die für eine Diode charakteristische exponentielle Beziehung zeigen, wobei die Schwellspannung für den blauen InGaN-Chip (~3,1 V) höher ist als für den gelben AlInGaP-Chip (~2,0 V). Die Kurven der Lichtstärke über dem Vorwärtsstrom (I-L-Kurven) würden einen nahezu linearen Anstieg der Lichtleistung mit dem Strom im normalen Betriebsbereich zeigen, der bei höheren Strömen aufgrund von thermischem und Effizienzabfall (Droop) in die Sättigung geht. Die Kurve der Intensität über der Temperatur würde typischerweise eine Abnahme der Ausgangsleistung mit steigender Sperrschichttemperatur zeigen. Die angegebenen Derating-Faktoren (0,25 mA/°C für Blau, 0,4 mA/°C für Gelb) ermöglichen die Berechnung des maximalen Stroms bei erhöhten Temperaturen. Das Spektralverteilungsdiagramm würde die schmalen Emissionsbanden um die Spitzenwellenlängen herum zeigen.

5. Mechanische & Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen und Polarität

Das Bauteil entspricht einem industrieüblichen Gehäuse für die Oberflächenmontage. Wichtige Abmessungen umfassen Gehäuselänge, -breite und -höhe. Die Pinbelegung ist klar definiert: Für die Artikelnummer LTST-C155TBJSKT-5A sind die Pins 1 und 3 dem blauen InGaN-Chip zugeordnet, während die Pins 2 und 4 dem gelben AlInGaP-Chip zugeordnet sind. Diese 4-Pin-Konfiguration ermöglicht die unabhängige elektrische Steuerung der beiden Farben. Die Linse ist wasserklar, was optimal ist, um die Reinheit der emittierten Farben zu erhalten, ohne eine Einfärbung zu verursachen.

5.2 Empfohlenes Lötpad-Layout

Ein vorgeschlagenes Land Pattern (Lötpad-Design) für das Leiterplattenlayout wird bereitgestellt, um zuverlässige Lötstellenbildung während des Reflow-Lötens zu gewährleisten. Die Einhaltung dieser empfohlenen Abmessungen hilft, Probleme wie "Tombstoning" (Bauteil stellt sich auf) oder unzureichende Lötfugen zu vermeiden, die für die mechanische Festigkeit und elektrische Verbindung in der automatisierten Bestückung kritisch sind.

6. Löt- & Bestückungsrichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofile

Zwei vorgeschlagene Infrarot (IR)-Reflow-Profile werden detailliert beschrieben: eines für den Standard-Zinn-Blei (SnPb)-Lötprozess und eines für den bleifreien (Pb-free) Lötprozess, typischerweise mit SAC (Sn-Ag-Cu)-Legierungen. Das bleifreie Profil erfordert, wie angegeben, eine höhere Spitzentemperatur. Beide Profile umfassen kritische Parameter: Vorwärmtemperatur und -dauer, Zeit oberhalb der Liquidustemperatur (TAL), Spitzentemperatur und Zeit innerhalb der kritischen Temperaturzone. Die Einhaltung dieser Profile ist entscheidend, um einen thermischen Schock für das LED-Gehäuse zu verhindern, der zu innerer Delamination oder Chipschäden führen kann, während gleichzeitig ein ordnungsgemäßes Reflow-Löten sichergestellt wird.

6.2 Lagerung und Handhabung

LEDs sind empfindlich gegenüber Feuchtigkeitsaufnahme. Wenn sie aus ihrer ursprünglichen feuchtigkeitssperrenden Verpackung entnommen werden, sollten sie innerhalb einer Woche dem Reflow-Lötprozess unterzogen werden. Für eine längere Lagerung außerhalb des Originalbeutels müssen sie in einer trockenen Umgebung gelagert werden, z. B. in einem verschlossenen Behälter mit Trockenmittel oder einem Stickstoff-Exsikkator. Wenn sie länger als eine Woche unverpackt gelagert wurden, wird vor dem Löten ein Trocknungsvorgang (z. B. 60 °C für 24 Stunden) empfohlen, um aufgenommene Feuchtigkeit auszutreiben und "Popcorning" während des Reflow zu verhindern.

6.3 Reinigung

Wenn eine Reinigung nach dem Löten erforderlich ist, sollten nur spezifizierte Lösungsmittel verwendet werden. Das Eintauchen der LED in Ethylalkohol oder Isopropylalkohol bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute ist zulässig. Aggressive oder nicht spezifizierte Chemikalien können die Epoxidlinse oder das Gehäusematerial beschädigen, was zu Verfärbungen, Rissen oder reduzierter Lichtleistung führt.

7. Verpackungs- & Bestellinformationen

Die Bauteile werden in 8 mm breiter, geprägter Trägerbandverpackung auf Spulen mit einem Durchmesser von 7 Zoll (178 mm) geliefert. Jede Spule enthält 3000 Stück. Die Bandtaschen sind mit einem schützenden Deckband versiegelt. Für die Produktionseffizienz folgt die Verpackung Industriestandards (ANSI/EIA 481-1-A) und gewährleistet so die Kompatibilität mit Standard-Bandführungen für die Automatenbestückung. Für Restbestellungen ist eine Mindestpackungsmenge von 500 Stück festgelegt. Die Qualitätskontrolle erlaubt maximal zwei aufeinanderfolgende fehlende Bauteile im Band.

8. Anwendungsempfehlungen

8.1 Typische Anwendungsschaltungen

LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Um eine gleichmäßige Helligkeit zu gewährleisten, insbesondere wenn mehrere LEDs parallel verwendet werden, wird dringend empfohlen, für jede LED oder jeden Farbkanal innerhalb der Dual-LED einen seriellen strombegrenzenden Widerstand zu verwenden. Das bereitgestellte Schaltbild (Schaltung A) zeigt diese Konfiguration: einen Widerstand in Reihe mit der LED. Das direkte Parallelschalten von LEDs ohne individuelle Widerstände (Schaltung B) wird nicht empfohlen, da geringe Unterschiede in der Durchlassspannung (Vf) zwischen einzelnen LEDs zu erheblichen Stromungleichgewichten führen, was zu ungleichmäßiger Helligkeit und potenzieller Überstrombelastung in einigen Bauteilen führt.

8.2 Schutz vor elektrostatischer Entladung (ESD)

Die Halbleiterchips in der LED sind anfällig für Schäden durch elektrostatische Entladung. Während der Handhabung und Bestückung müssen geeignete ESD-Schutzmaßnahmen umgesetzt werden. Dazu gehören die Verwendung geerdeter Handgelenkbänder, antistatischer Matten und die Sicherstellung, dass alle Geräte ordnungsgemäß geerdet sind. Das Bauteil sollte in einem ESD-geschützten Bereich gehandhabt werden.

8.3 Anwendungsbereich und Einschränkungen

Diese LED ist für den Einsatz in gewöhnlichen elektronischen Geräten wie Unterhaltungselektronik, Bürogeräten und Kommunikationsgeräten ausgelegt. Sie ist nicht speziell für Anwendungen entwickelt oder qualifiziert, bei denen hohe Zuverlässigkeit für die Sicherheit entscheidend ist, wie z. B. in der Luftfahrt, Verkehrssteuerung, medizinischen Lebenserhaltungssystemen oder Sicherheitsvorrichtungen. Für solche Anwendungen müssen Bauteile mit entsprechenden Zuverlässigkeitsqualifikationen ausgewählt werden.

9. Technischer Vergleich & Differenzierung

Das wichtigste Unterscheidungsmerkmal dieser Komponente ist die Integration von zwei unterschiedlichen Farbchips (blau und gelb) in einem Standard-SMD-Gehäuse. Im Vergleich zur Verwendung von zwei separaten einfarbigen LEDs spart dies Leiterplattenfläche, reduziert die Bauteilanzahl und vereinfacht die Pick-and-Place-Bestückung. Die Verwendung von InGaN für Blau und AlInGaP für Gelb repräsentiert Standard-Halbleitertechnologien mit hohem Wirkungsgrad für diese jeweiligen Farben und bietet gute Helligkeit und Stabilität. Der breite Abstrahlwinkel von 130 Grad bietet ein diffuses Lichtmuster, das für die Anzeige auf Bedienfeldern geeignet ist, bei der die Betrachtung aus schrägen Winkeln erforderlich ist.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F: Kann ich den blauen und den gelben Chip gleichzeitig mit ihrem maximalen Strom betreiben?

A: Nein. Die Verlustleistungsgrenzwerte (76 mW für Blau, 75 mW für Gelb) und das thermische Derating müssen berücksichtigt werden. Das gleichzeitige Betreiben beider Chips mit ihrem maximalen Gleichstrom (20 mA für Blau, 30 mA für Gelb) würde erhebliche Wärme erzeugen. Die tatsächlich zulässigen Ströme hängen von der Fähigkeit der Leiterplatte, Wärme abzuführen (Thermomanagement), und der Umgebungstemperatur ab. Berechnungen mit den Derating-Faktoren sind erforderlich.

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

A: Die Spitzenwellenlänge (λP) ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsverteilung maximal ist. Die dominante Wellenlänge (λd) wird aus dem CIE-Farbdiagramm abgeleitet und repräsentiert die einzelne Wellenlänge eines reinen monochromatischen Lichts, das der wahrgenommenen Farbe der LED entsprechen würde. Sie ist der Parameter, der am engsten mit der menschlichen Farbwahrnehmung zusammenhängt.

F: Warum ist ein strombegrenzender Widerstand notwendig, selbst wenn meine Stromversorgung spannungsgeregelt ist?

A: Die Durchlassspannung einer LED hat eine Toleranz und variiert mit der Temperatur. Eine direkt angeschlossene Spannungsquelle würde versuchen, den Strom zu liefern, der benötigt wird, um diese Spannung über der Diode aufrechtzuerhalten, was übermäßig hoch sein und die LED zerstören könnte. Der Serienwiderstand stellt eine lineare, vorhersagbare Beziehung zwischen Versorgungsspannung und LED-Strom her und stabilisiert so den Betrieb.

11. Praktische Design-Fallstudie

Betrachten Sie ein Design für eine zweifache Statusanzeige an einem Netzwerkrouter. Eine einzelne LTST-C155TBJSKT-5A LED kann Blau für "Eingeschaltet/Netzwerk aktiv" und Gelb für "Datenaktivität" anzeigen. Die GPIO-Pins des Mikrocontrollers würden zwei separate Treiberschaltungen steuern. Für den blauen Kanal mit einer 5-V-Versorgung (Vcc) und einem Zielstrom von 10 mA (deutlich unter dem Maximum von 20 mA für Reserve) wird der Serienwiderstandswert berechnet als R = (Vcc - Vf_blau) / I = (5 V - 3,1 V) / 0,01 A = 190 Ohm. Ein Standard-200-Ohm-Widerstand würde gewählt. Eine ähnliche Berechnung für den gelben Kanal bei 15 mA: R = (5 V - 2,0 V) / 0,015 A = 200 Ohm. Dieses Design benötigt minimalen Leiterplattenplatz, bietet klare, helle Anzeigen und ist einfach zu bestücken.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Leuchtdioden (LEDs) sind Halbleiter-p-n-Übergangsbauteile, die Licht durch einen Prozess namens Elektrolumineszenz emittieren. Wenn eine Vorwärtsspannung angelegt wird, werden Elektronen aus dem n-dotierten Bereich und Löcher aus dem p-dotierten Bereich in den aktiven Bereich injiziert. Wenn diese Ladungsträger rekombinieren, setzen sie Energie frei. In einer Standarddiode wird diese Energie als Wärme freigesetzt. In einer LED hat das Halbleitermaterial (wie InGaN oder AlInGaP) eine direkte Bandlücke, was bedeutet, dass diese Energie hauptsächlich als Photonen (Licht) freigesetzt wird. Die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts wird durch die Bandlückenenergie des Halbleitermaterials bestimmt, wie durch die Gleichung E = hc/λ beschrieben, wobei E die Bandlückenenergie, h das Plancksche Wirkungsquantum, c die Lichtgeschwindigkeit und λ die Wellenlänge ist.

13. Technologietrends

Das Gebiet der Optoelektronik schreitet mit Trends fort, die sich auf mehrere Schlüsselbereiche konzentrieren. Effizienzverbesserungen sind im Gange, mit Forschung zu neuen Materialstrukturen (wie Quantentöpfen und Nanodrähten) und Substraten, um interne Verluste zu reduzieren und die Lichtextraktion zu erhöhen. Die Miniaturisierung bleibt ein Treiber, der Gehäuse zu kleineren Abmessungen und niedrigeren Bauhöhen drängt, während die optische Leistung beibehalten oder verbessert wird. Es gibt auch einen starken Trend zu höherer Zuverlässigkeit und längerer Betriebsdauer, insbesondere für Anwendungen in der Automobilbeleuchtung und der Allgemeinbeleuchtung. Darüber hinaus ist die Integration mehrerer Funktionen, wie die Kombination von LEDs mit Sensoren oder Treiber-ICs in einem einzigen Gehäuse (System-in-Package oder SiP), ein Bereich aktiver Entwicklung, um mehr Wert zu bieten und das Endsystemdesign zu vereinfachen.