Dual-Color SMD LED LTST-C155TBKFKT Datenblatt - Blau & Orange - 20mA & 30mA - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument erläutert die Spezifikationen einer zweifarbigen, oberflächenmontierbaren (SMD) LED. Das Bauteil vereint zwei unterschiedliche Halbleiterchips in einem einzigen Gehäuse: einen InGaN-Chip (Indiumgalliumnitrid), der blaues Licht emittiert, und einen AlInGaP-Chip (Aluminiumindiumgalliumphosphid), der orangefarbenes Licht emittiert. Dieses Design ermöglicht die Erzeugung zweier unabhängiger Lichtquellen oder, durch gesteuerte Ansteuerung, potenzielle Farbmischung in Anwendungen. Die LED ist im Tape-and-Reel-Format verpackt, das mit automatischen Bestückungssystemen kompatibel ist, und entspricht dem EIA-Standard. Sie ist als RoHS-konformes und umweltfreundliches Produkt ausgelegt.

1.1 Kernmerkmale und Zielanwendungen

Der Hauptvorteil dieser LED ist ihre Zweifarbfähigkeit in einem kompakten SMD-Gehäuse. Zu den Hauptmerkmalen zählen die ultrahohe Helligkeit beider Chip-Technologien, die Kompatibilität mit Infrarot- (IR) und Dampfphasen-Reflow-Lötverfahren sowie die Auslegung für die Integration in automatisierte Bestückungsanlagen. Ihre I.C.-Kompatibilität zeigt an, dass sie direkt von Standard-Logikpegelsignalen mit entsprechender Strombegrenzung angesteuert werden kann. Typische Anwendungen sind Statusanzeigen, Hintergrundbeleuchtung für Schalter und Panels, dekorative Beleuchtung und Unterhaltungselektronik, wo Platz knapp ist und mehrere Anzeigefarben von einer einzigen Bauteilposition benötigt werden.

2. Absolute Maximalwerte

Der Betrieb oder die Lagerung des Bauteils außerhalb dieser Grenzwerte kann zu dauerhaften Schäden führen.

• Verlustleistung:Blau: 76 mW, Orange: 75 mW (bei Ta=25°C)
• Spitzenstrom im Vorwärtsbetrieb:Blau: 100 mA, Orange: 80 mA (1/10 Tastverhältnis, 0,1ms Impulsbreite)
• Gleichstrom im Vorwärtsbetrieb:Blau: 20 mA, Orange: 30 mA
• Derating:Blau: 0,25 mA/°C, Orange: 0,4 mA/°C (linear ab 25°C)
• Sperrspannung:5 V für beide Farben (Hinweis: Dauerbetrieb in Sperrrichtung ist nicht möglich)
• Betriebs- und Lagertemperaturbereich:-55°C bis +85°C
• Löttemperatur:Wellen-/IR-Löten: max. 260°C für 5 Sekunden; Dampfphasenlöten: max. 215°C für 3 Minuten.

3. Elektrische und optische Kennwerte

Gemessen bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C unter spezifizierten Testbedingungen.

3.1 Optische Parameter (bei IF=20mA)

• Lichtstärke (Iv):
  
  Blau: Min. 28,0 mcd, Typ. 45,0 mcd.
  
  Orange: Min. 45,0 mcd, Typ. 90,0 mcd.
  
  Gemessen mit einem Sensor/Filter, der der CIE-Photopischen Augenempfindlichkeitskurve entspricht.
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):Typisch 130 Grad für beide Farben. Dies ist der volle Winkel, bei dem die Intensität auf die Hälfte ihres Achsenwertes abfällt.
• Spitzenwellenlänge (λP):Blau: Typ. 468 nm, Orange: Typ. 611 nm.
• Dominante Wellenlänge (λd):Blau: Typ. 470 nm, Orange: Typ. 605 nm. Abgeleitet vom CIE-Farbdiagramm, definiert sie die wahrgenommene Farbe.
• Spektrale Bandbreite (Δλ):Blau: Typ. 25 nm, Orange: Typ. 17 nm.

3.2 Elektrische Parameter

• Flussspannung (VF) bei IF=20mA:
  
  Blau: Min. 2,80V, Typ. 3,50V, Max. 3,80V.
  
  Orange: Min. 1,80V, Typ. 2,00V, Max. 2,40V.
• Sperrstrom (IR):Max. 10 μA für beide bei VR=5V.
• Kapazität (C):Typisch 40 pF für Orange bei VF=0V, f=1MHz.

4. Binning-System

Die LEDs werden basierend auf ihrer Lichtstärke in Bins sortiert, um Konsistenz innerhalb einer Produktionscharge sicherzustellen.

4.1 Lichtstärke-Binning

Blauer Chip (@20mA):

Code N: 28,0 - 45,0 mcd

Code P: 45,0 - 71,0 mcd

Code Q: 71,0 - 112,0 mcd

Code R: 112,0 - 180,0 mcd

Orangefarbener Chip (@20mA):

Code P: 45,0 - 71,0 mcd

Code Q: 71,0 - 112,0 mcd

Code R: 112,0 - 180,0 mcd

Toleranz innerhalb jedes Intensitäts-Bins beträgt +/-15%.

5. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt verweist auf typische Kennlinien, die normalerweise die Beziehung zwischen Schlüsselparametern veranschaulichen. Entwickler sollten diese nichtlinearen Zusammenhänge berücksichtigen.

5.1 Vorwärtsstrom vs. Flussspannung (I-V-Kennlinie)

Beide LEDs zeigen eine diodenähnliche exponentielle I-V-Charakteristik. Die blaue (InGaN) LED hat bei 20mA eine deutlich höhere typische Flussspannung (~3,5V) im Vergleich zur orangefarbenen (AlInGaP) LED (~2,0V). Dieser Spannungsunterschied ist entscheidend für die Schaltungsentwicklung, insbesondere wenn beide Farben von einer gemeinsamen Spannungsversorgung angesteuert werden, da dies unterschiedliche Vorwiderstandswerte erfordert, um denselben Zielstrom zu erreichen.

5.2 Lichtstärke vs. Vorwärtsstrom

Die Lichtstärke ist innerhalb des empfohlenen Betriebsbereichs annähernd proportional zum Vorwärtsstrom. Die Effizienz kann jedoch bei sehr hohen Strömen aufgrund erhöhter Wärmeentwicklung sinken. Die Derating-Spezifikationen (0,25 mA/°C für Blau, 0,4 mA/°C für Orange) zeigen, wie der maximal zulässige Gleichstrom reduziert werden muss, wenn die Umgebungstemperatur über 25°C steigt, um Überhitzung zu verhindern und die Lebensdauer sicherzustellen.

5.3 Spektrale Verteilung

Der blaue Chip emittiert im Bereich von ~468-470 nm mit einer relativ breiten spektralen Bandbreite von 25 nm (Typ.). Der orangefarbene Chip emittiert im Bereich von ~605-611 nm mit einer schmaleren Bandbreite von 17 nm (Typ.). Die Werte der dominanten Wellenlänge sind für farbkritische Anwendungen entscheidend.

6. Mechanische und Verpackungsinformationen

6.1 Pinbelegung und Polarität

Das Bauteil hat vier Pins. Für die Variante LTST-C155TBKFKT:

- Der InGaN-Blauchip ist mit Pin 1 und 3 verbunden.

- Der AlInGaP-Orangechip ist mit Pin 2 und 4 verbunden.

Diese Konfiguration ermöglicht typischerweise die unabhängige Steuerung jeder Farbe. Die Linse ist wasserklar.

6.2 Gehäuseabmessungen und Tape/Reel

Die LED wird auf 8 mm breitem, geprägtem Trägerband auf 7-Zoll (178 mm) Durchmesser großen Spulen geliefert. Die Standardspulenmenge beträgt 4000 Stück. Das Datenblatt enthält detaillierte Maßzeichnungen für das LED-Gehäuse, das empfohlene Lötpad-Layout (Land Pattern) und die Tape-&-Reel-Spezifikationen gemäß ANSI/EIA 481-1-A-1994. Alle Maße sind in Millimetern mit einer Standardtoleranz von ±0,10 mm, sofern nicht anders angegeben. Ein korrektes Pad-Design ist für zuverlässiges Löten und mechanische Stabilität unerlässlich.

7. Löt- und Bestückungsrichtlinien

7.1 Reflow-Lötprofile

Das Bauteil ist mit Standard-Reflow-Prozessen kompatibel. Es werden zwei vorgeschlagene Infrarot- (IR) Reflow-Profile bereitgestellt: eines für normale (Zinn-Blei) Lötprozesse und eines für bleifreie (z.B. SnAgCu) Lötprozesse. Kritische Parameter sind:

- Vorwärmen:Aufheizen auf 120-150°C.

- Einweich-/Vorwärmzeit:Maximal 120 Sekunden.

- Spitzentemperatur:Maximal 260°C.

- Zeit oberhalb Liquidus:Maximal 5 Sekunden bei Spitzentemperatur.

Die Einhaltung dieser Profile verhindert thermischen Schock und Schäden am LED-Gehäuse oder Chip.

7.2 Wellen- und Handlöten

Beim Wellenlöten sollte die Vorwärmung 100°C für maximal 60 Sekunden nicht überschreiten, wobei die Lötwellentemperatur maximal 260°C für bis zu 10 Sekunden beträgt. Falls Handlöten mit einem Lötkolben erforderlich ist, sollte die Spitzentemperatur 300°C nicht überschreiten und die Kontaktzeit auf 3 Sekunden pro Lötstelle, nur einmalig, begrenzt werden, um eine übermäßige Wärmeübertragung zu verhindern.

7.3 Reinigung und Lagerung

Reinigung:Es sollten nur spezifizierte Reinigungsmittel verwendet werden. Isopropylalkohol oder Ethylalkohol bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute wird empfohlen. Nicht spezifizierte Chemikalien können die Epoxidlinse oder das Gehäuse beschädigen.

Lagerung:Für die Langzeitlagerung außerhalb der original Feuchtigkeitssperrbeutel sollten LEDs in einer Umgebung von nicht mehr als 30°C und 70% relativer Luftfeuchtigkeit aufbewahrt werden. Für eine längere Lagerung verwenden Sie einen versiegelten Behälter mit Trockenmittel oder eine Stickstoffatmosphäre. Bauteile, die länger als eine Woche der Umgebungsluft ausgesetzt waren, sollten vor dem Löten bei etwa 60°C für mindestens 24 Stunden getrocknet (gebrannt) werden, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und ein \"Popcorning\" während des Reflow-Lötens zu verhindern.

8. Anwendungsdesign-Überlegungen

8.1 Treiberschaltungsentwurf

LEDs sind strombetriebene Bauteile. Um eine gleichmäßige Helligkeit sicherzustellen und Schäden zu verhindern, ist eine Strombegrenzung zwingend erforderlich. Die empfohlene Schaltung (Schaltung A) verwendet einen Vorwiderstand für jede LED. Der Widerstandswert (R) wird mit dem Ohmschen Gesetz berechnet: R = (V_Versorgung - V_F_LED) / I_F, wobei V_F_LED die Flussspannung der spezifischen LED beim gewünschten Strom I_F ist. Aufgrund der Varianz in V_F (siehe Binning und typische Bereiche) wird davon abgeraten, mehrere LEDs parallel von einer einzigen Spannungsquelle mit einem gemeinsamen Widerstand (Schaltung B) anzusteuern, da dies zu erheblichen Stromungleichgewichten und ungleichmäßiger Helligkeit führen kann.

8.2 Schutz vor elektrostatischer Entladung (ESD)

Die LED ist empfindlich gegenüber elektrostatischer Entladung und Spannungsspitzen. Während der Handhabung und Bestückung müssen Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden:

- Verwenden Sie geerdete Handgelenkbänder oder antistatische Handschuhe.

- Stellen Sie sicher, dass alle Arbeitsplätze, Werkzeuge und Geräte ordnungsgemäß geerdet sind.

- Implementieren Sie ESD-sichere Verpackungs- und Transportverfahren.

Die Nichtbeachtung von ESD-Vorsichtsmaßnahmen kann zu sofortigem Ausfall oder latenten Schäden führen, die die Langzeitzuverlässigkeit verringern.

8.3 Thermomanagement

Obwohl die Verlustleistung relativ gering ist, verlängert ein korrektes thermisches Design die Lebensdauer und erhält die optische Leistung. Die Derating-Kurven geben an, wie der maximale Strom mit steigender Umgebungstemperatur verringert werden muss. Eine ausreichende Kupferfläche auf der Leiterplatte um die thermischen Pads (falls vorhanden) der LED oder Durchkontaktierungen zu inneren Lagen kann helfen, Wärme abzuführen, insbesondere bei hohen Umgebungstemperaturen oder in geschlossenen Anwendungen.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die primäre Unterscheidung dieser zweifarbigen LED liegt in ihren zwei unterschiedlichen, hochhellen Chips in einem Standard-SMD-Gehäuse. Im Vergleich zur Verwendung von zwei separaten einfarbigen LEDs spart sie Leiterplattenplatz, reduziert die Bauteilanzahl und vereinfacht die Pick-and-Place-Bestückung. Die Verwendung von InGaN für Blau bietet eine höhere Effizienz und Helligkeit als ältere Technologien wie GaP. Die AlInGaP-Technologie für Orange bietet hohe Effizienz und ausgezeichnete Farbreinheit im Rot-Orange-Bernstein-Spektrum. Die Kombination ermöglicht Designflexibilität bei Statusanzeigen (z.B. Blau für Standby, Orange für Aktiv/Fehler) oder einfacher Farbmischung.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F1: Kann ich die blaue und die orangefarbene LED gleichzeitig mit ihrem vollen Nennstrom betreiben?

A1: Die absoluten Maximalwerte sind pro Chip spezifiziert. Die gesamte Verlustleistung des Gehäuses wäre die Summe der Verlustleistung jedes aktiven Chips. Sie müssen sicherstellen, dass die kombinierte thermische Belastung die Fähigkeit des Gehäuses zur Wärmeableitung nicht überschreitet, insbesondere bei hohen Umgebungstemperaturen. Konsultieren Sie die Derating-Spezifikationen.

F2: Warum sind die Flussspannungen zwischen dem blauen und dem orangefarbenen Chip so unterschiedlich?

A2: Die Flussspannung ist eine grundlegende Eigenschaft der Bandlücke des Halbleitermaterials. InGaN (Blau) hat eine breitere Bandlücke (~3,4 eV) als AlInGaP (Orange/Rot, ~2,0 eV), was direkt zu einer höheren benötigten Flussspannung für Leitung und Lichtemission führt.

F3: Was ist der Unterschied zwischen Spitzenwellenlänge und dominanter Wellenlänge?

A3: Die Spitzenwellenlänge (λP) ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsverteilung maximal ist. Die dominante Wellenlänge (λd) ist die einzelne Wellenlänge eines monochromatischen Lichts, das im Vergleich zu einer Standard-Weißreferenz dieselbe Farbe wie die LED-Ausgabe zu haben scheint. Bei LEDs mit symmetrischem Spektrum liegen sie oft nahe beieinander. Bei schiefen Spektren ist λd repräsentativer für die wahrgenommene Farbe.

F4: Wie interpretiere ich die Intensitäts-Bin-Codes bei der Bestellung?

A4: Der Bin-Code (z.B. N, P, Q, R) definiert einen garantierten Mindest- und Maximalbereich der Lichtstärke für die LED beim Teststrom. Die Angabe eines Bin-Codes stellt sicher, dass Sie LEDs mit konsistenter Helligkeit innerhalb dieses Bereichs erhalten. Beispielsweise garantiert die Bestellung aus Bin \"P\" für den orangefarbenen Chip eine Intensität zwischen 45,0 und 71,0 mcd bei 20mA.

11. Design- und Anwendungsfallstudie

Szenario: Zweifarbige Statusanzeige für einen Netzwerkrouter

Ein Entwickler benötigt zwei Statusanzeigen (\"Eingeschaltet/Standby\" und \"Netzwerkaktivität\"), hat aber nur Platz für eine LED-Anzeigeöffnung auf der Frontplatte. Die Verwendung des LTST-C155TBKFKT bietet eine elegante Lösung.

Umsetzung:Die blaue LED wird über einen für 15mA berechneten Vorwiderstand (z.B. R = (3,3V - 3,5V)/0,015A, erfordert eine leichte Anpassung der Versorgungsspannung oder des Widerstandswerts basierend auf typischem Vf) mit dem \"Strom\"-Signal verbunden. Die orangefarbene LED wird mit einem Impulssignal vom Netzwerkcontroller verbunden, das blinkt, um Datenaktivität anzuzeigen. Die Mikrocontroller-Firmware kann so programmiert werden, dass sie beide LEDs auch für einen dritten Zustand verwendet (z.B. konstantes Orange für einen Fehlerzustand). Diese einzelne Komponente erfüllt mehrere Rollen, spart Platz, Bestückungskosten und vereinfacht die Stückliste im Vergleich zu einer Zwei-LED-Lösung.

12. Technologieprinzipien

Die Lichtemission in diesen LEDs basiert auf Elektrolumineszenz in direkten Bandlücken-Halbleitermaterialien. Wenn eine Flussspannung an den p-n-Übergang angelegt wird, werden Elektronen und Löcher in den aktiven Bereich injiziert, wo sie rekombinieren. Die bei der Rekombination freigesetzte Energie wird als Photon emittiert. Die Wellenlänge (Farbe) dieses Photons wird durch die Bandlückenenergie (Eg) des Halbleitermaterials bestimmt, gemäß der Gleichung λ ≈ 1240/Eg (nm), wobei Eg in Elektronenvolt (eV) angegeben ist. InGaN-Materialien werden für kürzere Wellenlängen (Blau, Grün, Weiß) verwendet, während AlInGaP-Materialien für längere Wellenlängen (Gelb, Orange, Rot) verwendet werden. Die \"wasserklare\" Linse besteht typischerweise aus Epoxid oder Silikon, das für die emittierten Wellenlängen transparent ist.

13. Branchentrends

Der Trend bei SMD-Indikator-LEDs geht weiterhin in Richtung höherer Effizienz (mehr Lichtausbeute pro elektrischer Leistungseinheit), kleinerer Gehäusegrößen und erhöhter Integration. Zwei- und mehrfarbige LEDs in einzelnen Gehäusen werden immer häufiger, um komplexe Statusanzeigen und Miniaturisierung zu unterstützen. Es gibt auch einen starken Trend zu verbesserter Zuverlässigkeit unter rauen Bedingungen (höhere Temperatur, Luftfeuchtigkeit) und Kompatibilität mit bleifreien (Pb-freien) und Hochtemperatur-Lötprozessen, die von der modernen Elektronikfertigung gefordert werden. Darüber hinaus wächst die Nachfrage nach präziser Farbkonstanz und engeren Binning-Toleranzen für Anwendungen in Automobilinnenräumen, Haushaltsgeräten und professioneller Ausrüstung, bei denen Markenidentität und Benutzererfahrung mit präzisen visuellen Hinweisen verbunden sind.