LTST-S327KGJRKT Zweifarbige SMD LED Datenblatt - Gehäuseabmessungen - Grün/Rot - 30mA - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument enthält die vollständigen technischen Spezifikationen für eine zweifarbige, oberflächenmontierbare (SMD) LED-Lampe. Das Bauteil ist in einem Miniaturgehäuse konzipiert, das für automatisierte Leiterplattenbestückungsprozesse geeignet ist, und eignet sich daher ideal für Anwendungen, bei denen Platz knapp ist. Seine Hauptfunktion ist die Verwendung als visuelle Anzeige oder Hintergrundbeleuchtungsquelle.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die LED bietet mehrere entscheidende Vorteile für die moderne Elektronikfertigung. Sie entspricht der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe). Das Gehäuse verfügt über ein seitlich abstrahlendes Design mit verzinnten Anschlüssen, was die Lötbarkeit und Zuverlässigkeit verbessert. Sie nutzt die ultrahelle AlInGaP-Halbleitertechnologie für eine effiziente Lichtausbeute. Das Bauteil wird auf industrieüblichen 8-mm-Trägerbändern auf 7-Zoll-Durchmesser-Spulen geliefert, was eine schnelle automatisierte Pick-and-Place-Bestückung erleichtert. Es ist vollständig kompatibel mit Infrarot-Reflow-Lötprozessen und passt somit zu modernen bleifreien (Pb-free) Fertigungslinien. Das Bauteil ist zudem für den direkten Anschluss an integrierte Schaltkreise (IC) mit Logikpegeln ausgelegt.

Die Zielanwendungen sind breit gefächert und umfassen Telekommunikationsgeräte, Geräte der Büroautomatisierung, Haushaltsgeräte und industrielle Steuerungssysteme. Konkrete Einsatzgebiete sind die Hintergrundbeleuchtung von Tastaturen und Keypads, Statusanzeigen, die Integration in Mikrodisplays sowie die allgemeine Beleuchtung von Signalen oder Symbolen.

2. Technische Parameter: Detaillierte objektive Interpretation

Dieser Abschnitt beschreibt detailliert die absoluten Grenzwerte und Betriebseigenschaften des Bauteils. Alle Parameter sind, sofern nicht anders angegeben, bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C definiert.

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte stellen Belastungsgrenzen dar, die unter keinen Umständen überschritten werden dürfen, da dies zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Ein Betrieb außerhalb dieser Grenzen ist nicht vorgesehen.

• Verlustleistung (Pd):Maximal 75 mW für sowohl den grünen als auch den roten Chip. Dies ist die Gesamtleistung (Durchlassspannung * Durchlassstrom), die sicher als Wärme abgeführt werden kann.
• Spitzen-Durchlassstrom (I_FP):Maximal 80 mA, nur zulässig unter gepulsten Bedingungen (1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Pulsbreite). Dies ermöglicht kurze, hochintensive Lichtblitze.
• DC-Durchlassstrom (I_F):Maximal 30 mA Dauerstrom. Dies ist der Standard-Betriebsstrom, für den die meisten optischen Kenngrößen spezifiziert sind.
• Sperrspannung (V_R):Maximal 5 V. Das Anlegen einer höheren Sperrspannung kann den Halbleiterübergang der LED zerstören.
• Betriebstemperaturbereich:-30°C bis +85°C. Die Funktionsfähigkeit des Bauteils ist innerhalb dieses Umgebungstemperaturbereichs garantiert.
• Lagertemperaturbereich:-40°C bis +85°C. Das Bauteil kann innerhalb dieser Grenzen ohne Qualitätseinbußen gelagert werden.
• Infrarot-Lötbedingung:Hält einer Spitzentemperatur von 260°C für maximal 10 Sekunden während des Reflow-Lötens stand.

2.2 Elektrische und optische Kenngrößen

Dies sind die typischen Leistungsparameter, gemessen unter Standard-Testbedingungen (I_F= 20mA, Ta=25°C).

• Leuchtdichte (I_V):Reicht von mindestens 18,0 mcd bis maximal 112,0 mcd für beide Farben. Der typische Wert liegt innerhalb dieses Bereichs und unterliegt dem Binning (siehe Abschnitt 3).
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):130 Grad (typisch). Dieser große Abstrahlwinkel deutet auf ein diffuses, nicht fokussiertes Abstrahlverhalten hin, das für eine großflächige Ausleuchtung geeignet ist.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_P):574 nm (typisch) für Grün, 639 nm (typisch) für Rot. Dies ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Ausgangsleistung am stärksten ist.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):571 nm (typisch) für Grün, 631 nm (typisch) für Rot. Dies ist die einzelne Wellenlänge, die vom menschlichen Auge wahrgenommen wird und die Farbe definiert.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):15 nm (typisch) für Grün, 20 nm (typisch) für Rot. Dieser Parameter definiert die Farbreinheit; ein kleinerer Wert weist auf ein monochromatischeres Licht hin.
• Durchlassspannung (V_F):2,0 V (typisch), maximal 2,4 V bei 20mA. Dies ist der Spannungsabfall über der LED im Betrieb.
• Sperrstrom (I_R):Maximal 10 μA bei einer Sperrspannung von 5V.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um eine konsistente Leistung in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs anhand wichtiger optischer Parameter in Bins sortiert. Dies ermöglicht es Konstrukteuren, Bauteile mit eng tolerierten Eigenschaften auszuwählen.

3.1 Leuchtdichte (I_V) Binning

Sowohl der grüne als auch der rote Chip werden bei 20mA identisch nach Leuchtdichte sortiert. Die Bins sind wie folgt definiert, mit einer Toleranz von ±15 % innerhalb jedes Bins:

• Bin-Code M:18,0 mcd (Min) bis 28,0 mcd (Max)
• Bin-Code N:28,0 mcd bis 45,0 mcd
• Bin-Code P:45,0 mcd bis 71,0 mcd
• Bin-Code Q:71,0 mcd bis 112,0 mcd

3.2 Farbton (Dominante Wellenlänge) Binning für Grün

Der grüne Chip wird zusätzlich nach seiner dominanten Wellenlänge sortiert, um die Farbkonstanz zu steuern. Die Toleranz für jedes Bin beträgt ±1 nm.

• Bin-Code C:567,5 nm bis 570,5 nm
• Bin-Code D:570,5 nm bis 573,5 nm
• Bin-Code E:573,5 nm bis 576,5 nm

Hinweis: Das Datenblatt spezifiziert im vorliegenden Inhalt kein Farbton-Binning für den roten Chip.

4. Analyse der Kennlinien

Während die spezifischen grafischen Kurven im Textauszug nicht detailliert sind, enthalten typische LED-Datenblätter mehrere wichtige Diagramme für die Konstruktionsanalyse. Basierend auf der gängigen Praxis wären die folgenden Kurven wesentlich:

4.1 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kennlinie)

Diese Kurve zeigt den nichtlinearen Zusammenhang zwischen dem durch die LED fließenden Strom und der daran anliegenden Spannung. Sie ist entscheidend für den Entwurf der strombegrenzenden Schaltung (z.B. Vorwiderstand oder Konstantstromtreiber). Die Kurve zeigt eine Schwellenspannung (etwa 1,8-2,0V für diese AlInGaP-LEDs), nach der der Strom bei einer kleinen Spannungserhöhung schnell ansteigt.

4.2 Leuchtdichte vs. Durchlassstrom

Diese Darstellung zeigt, wie die Lichtausbeute mit dem Treiberstrom zunimmt. Sie ist über einen Bereich im Allgemeinen linear, wird jedoch bei höheren Strömen aufgrund thermischer Effekte und des Efficiency Droop sättigen. Der Betrieb bei oder unterhalb des empfohlenen 20mA-Stroms gewährleistet optimale Effizienz und Langlebigkeit.

4.3 Leuchtdichte vs. Umgebungstemperatur

Die LED-Lichtausbeute nimmt mit steigender Sperrschichttemperatur ab. Diese Kurve ist für Anwendungen, die über einen weiten Temperaturbereich arbeiten, von entscheidender Bedeutung, da sie es Konstrukteuren ermöglicht, die erwartete Helligkeit abzuwerten oder bei Bedarf ein Wärmemanagement zu implementieren.

4.4 Spektrale Verteilung

Diese Diagramme würden die relative Strahlungsleistung über das sichtbare Spektrum für sowohl den grünen als auch den roten Chip zeigen, jeweils zentriert um ihre Spitzenwellenlängen von 574 nm bzw. 639 nm, mit den spezifizierten Halbwertsbreiten.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen und Polaritätskennzeichnung

Die LED ist in einem standardmäßigen SMD-Gehäuse untergebracht. Die Linse ist wasserklar. Die Pinbelegung ist für den korrekten Betrieb entscheidend: Pin A1 ist die Anode für den grünen Chip und Pin A2 ist die Anode für den roten Chip. Die Kathoden sind wahrscheinlich gemeinsam, dies sollte jedoch aus dem Gehäusediagramm überprüft werden. Alle Abmessungen sind in Millimetern angegeben, mit einer Standardtoleranz von ±0,1 mm, sofern nicht anders vermerkt.

5.2 Empfohlenes Leiterplatten-Pad-Design und Lötausrichtung

Das Datenblatt enthält ein empfohlenes Land Pattern (Footprint) für die Leiterplattenpads, um zuverlässige Lötstellen während des Reflow-Prozesses zu gewährleisten. Es zeigt auch die korrekte Ausrichtung des Bauteils auf dem Band relativ zur Leiterplatte für die automatisierte Bestückung an.

6. Löt- und Bestückungsrichtlinien

6.1 Reflow-Lötparameter für bleifreie Prozesse

Ein empfohlener Infrarot-Reflow-Profil wird bereitgestellt. Während spezifische Anstiegsraten im Text nicht detailliert sind, sind die Schlüsselparameter die Spitzentemperatur (max. 260°C) und die Zeit oberhalb der Liquidustemperatur (wahrscheinlich auf bleifreie Lötpaste abgestimmt). Das Profil sollte eine Vorwärmphase (z.B. 150-200°C) zum Aktivieren des Flussmittels und zur Minimierung von thermischen Schocks umfassen, gefolgt von einem kontrollierten Anstieg auf die Spitzentemperatur und einer kontrollierten Abkühlphase.

6.2 Handlöten

Falls Handlöten erforderlich ist, sollte dies mit einem temperaturgeregelten Lötkolben durchgeführt werden, der auf maximal 300°C eingestellt ist. Die Lötzeit pro Anschluss darf 3 Sekunden nicht überschreiten, und dies sollte nur einmal erfolgen, um thermische Schäden am Kunststoffgehäuse und am Halbleiterchip zu verhindern.

6.3 Reinigung

Wenn nach dem Löten eine Reinigung erforderlich ist, sollten nur spezifizierte Lösungsmittel verwendet werden. Das Eintauchen der LED in Ethylalkohol oder Isopropylalkohol bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute ist akzeptabel. Nicht spezifizierte Chemikalien können das Gehäusematerial oder die Linse beschädigen.

6.4 Lagerung und Handhabung

Elektrostatische Entladung (ESD):Das Bauteil ist empfindlich gegenüber ESD. Es müssen geeignete Handhabungsverfahren eingehalten werden, einschließlich der Verwendung von geerdeten Handgelenkbändern, antistatischen Matten sowie ESD-sicherer Verpackung und Ausrüstung.

Feuchtigkeitssensitivität:Das Gehäuse ist mit MSL3 (Moisture Sensitivity Level 3) bewertet. Das bedeutet, dass nach dem Öffnen der original feuchtigkeitsdichten Verpackung die Bauteile innerhalb von 168 Stunden (eine Woche) bei Lagerbedingungen ≤ 30°C / 60 % relativer Luftfeuchtigkeit dem Reflow-Lötprozess unterzogen werden müssen. Für eine längere Lagerung nach dem Öffnen sollten die Bauteile vor der Bestückung etwa 20 Stunden bei ca. 60°C getrocknet (gebaked) werden, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und ein \"Popcorning\" während des Reflow-Lötens zu verhindern.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Band- und Spulenspezifikationen

Die Bauteile werden auf 8 mm breiten, geprägten Trägerbändern geliefert. Das Band ist auf standardmäßige 7-Zoll (178 mm) Durchmesser-Spulen aufgewickelt. Jede Spule enthält 3000 Stück. Für Mengen unter einer vollen Spule gilt eine Mindestpackmenge von 500 Stück für Restposten. Die Verpackung entspricht den ANSI/EIA-481-Standards.

8. Anwendungsvorschläge und Konstruktionshinweise

8.1 Typische Anwendungsschaltungen

Die gebräuchlichste Ansteuerungsmethode ist ein einfacher Vorwiderstand. Der Widerstandswert (R_s) wird mit dem Ohmschen Gesetz berechnet: R_s= (V_Versorgung- V_F) / I_F. Die Verwendung der maximalen V_F(2,4V) stellt auch bei Bauteiltoleranzen einen ausreichenden Strom sicher. Beispielsweise bei einer 5V-Versorgung und einem Ziel-I_Fvon 20mA: R_s= (5V - 2,4V) / 0,020A = 130 Ohm. Ein Standardwiderstand von 130Ω oder 150Ω wäre geeignet. Für eine präzise Stromregelung oder das Multiplexen vieler LEDs wird ein Konstantstromtreiber-IC empfohlen.

8.2 Konstruktionshinweise

• Strombegrenzung:Immer ein strombegrenzendes Bauteil (Widerstand oder Treiber) verwenden. Der direkte Anschluss der LED an eine Spannungsquelle führt zu übermäßigem Stromfluss und sofortigem Ausfall.
• Wärmemanagement:Obwohl die Verlustleistung gering ist, sollte das Leiterplattenlayout dennoch die Wärmeableitung berücksichtigen, insbesondere wenn mehrere LEDs gruppiert sind oder bei hohen Umgebungstemperaturen betrieben werden. Eine ausreichende Kupferfläche um die thermischen Pads (falls vorhanden) oder Durchkontaktierungen zu inneren Lagen kann helfen.
• Binning-Auswahl:Für Anwendungen, die eine gleichmäßige Helligkeit oder Farbe erfordern, die entsprechenden Bin-Codes angeben (z.B. Bin Q für höchste Helligkeit, Bin D für einen spezifischen Grünton).
• Sperrspannungsschutz:Wenn die Möglichkeit besteht, dass eine Sperrspannung angelegt wird (z.B. in antiparallelen Konfigurationen oder mit induktiven Lasten), sollte der Einbau einer Schutzdiode parallel zur LED in Betracht gezogen werden.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die primäre Unterscheidung dieser zweifarbigen LED liegt in der Kombination von zwei verschiedenen Lichtquellen (AlInGaP grün und rot) in einem einzigen, kompakten SMD-Gehäuse. Im Vergleich zur Verwendung von zwei separaten einfarbigen LEDs spart dies Leiterplattenplatz, reduziert die Bauteilanzahl und vereinfacht die Bestückung. Die Verwendung von AlInGaP-Technologie für beide Farben bietet eine höhere Effizienz und bessere Temperaturstabilität im Vergleich zu älteren Technologien wie Standard-GaP. Der große Abstrahlwinkel von 130 Grad ist ein Schlüsselmerkmal für Anwendungen, die eine breite Sichtbarkeit erfordern, im Gegensatz zu schmalwinkligen LEDs, die für fokussierte Strahlen verwendet werden.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Kann ich diese LED dauerhaft mit 30mA betreiben?

A: Ja, 30mA ist der maximal zulässige Dauer-DC-Durchlassstrom. Für optimale Langlebigkeit und unter Berücksichtigung realer thermischer Bedingungen wird jedoch empfohlen, für den typischen Betriebsstrom von 20mA auszulegen.

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

A: Die Spitzenwellenlänge (λ_P) ist der physikalische Punkt der höchsten Intensität im emittierten Spektrum. Die dominante Wellenlänge (λ_d) ist ein berechneter Wert basierend auf der menschlichen Farbwahrnehmung (CIE-Farbraum), der die \"Farbe\" repräsentiert, die wir sehen. Sie sind oft ähnlich, aber nicht identisch.

F: Warum gibt es ein Binning-System?

A: Fertigungstoleranzen führen zu leichten Leistungsunterschieden. Das Binning sortiert LEDs in Gruppen mit ähnlichen Eigenschaften (Helligkeit, Farbe), was es Herstellern ermöglicht, konsistente Produkte anzubieten, und Konstrukteuren erlaubt, Bauteile auszuwählen, die ihren spezifischen Anforderungen an Gleichmäßigkeit entsprechen.

F: Wie kritisch ist die Reflow-Spezifikation von 260°C für 10 Sekunden?

A: Sehr kritisch. Das Überschreiten dieser Zeit-Temperatur-Kombination kann die internen Bonddrähte überlasten, die Epoxidlinse schädigen oder den Halbleiterchip zerstören, was zu sofortigem Ausfall oder einer verkürzten Lebensdauer führt.

11. Praktisches Anwendungsbeispiel

Szenario: Zweizustands-Statusanzeige an einem Netzwerkrouter

Ein Konstrukteur benötigt eine einzelne Anzeige, um zwei Zustände anzuzeigen: \"System Ein/Aktiv\" (Grün) und \"Netzwerkfehler\" (Rot). Die Verwendung des LTST-S327KGJRKT vereinfacht das Design. Ein GPIO-Pin des Mikrocontrollers kann mit der grünen Anode (A1) verbunden werden, ein anderer mit der roten Anode (A2), wobei beide Kathoden mit Masse verbunden sind. Der Mikrocontroller kann den grünen oder roten Chip unabhängig einschalten. Ein einzelner strombegrenzender Widerstand kann an der gemeinsamen Kathode platziert werden, wenn beide LEDs nie gleichzeitig eingeschaltet sind, oder separate Widerstände können an jeder Anode für eine unabhängige Steuerung verwendet werden. Der große Abstrahlwinkel stellt sicher, dass die Anzeige aus verschiedenen Blickwinkeln um das Gerät herum sichtbar ist.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Leuchtdioden (LEDs) sind Halbleiterbauelemente, die Licht durch Elektrolumineszenz emittieren. Wenn eine Durchlassspannung an den p-n-Übergang angelegt wird, rekombinieren Elektronen aus dem n-dotierten Material mit Löchern aus dem p-dotierten Material im aktiven Bereich. Diese Rekombination setzt Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts wird durch die Bandlücke des verwendeten Halbleitermaterials bestimmt. Dieses Bauteil verwendet Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP) für sowohl den roten als auch den grünen Chip, ein Materialsystem, das für seine hohe Effizienz im gelb-roten Spektrum bekannt ist, wobei spezifische Dotierungen und Strukturanpassungen vorgenommen wurden, um die grüne Emission zu erreichen.

13. Technologietrends

Der allgemeine Trend bei SMD-Indikator-LEDs geht in Richtung höherer Effizienz (mehr Lichtausbeute pro elektrischer Leistung), kleinerer Gehäusegrößen und verbesserter Zuverlässigkeit. Es gibt auch eine Entwicklung hin zu engeren Binning-Toleranzen, um den Anforderungen von Anwendungen mit hoher Farb- und Helligkeitskonstanz gerecht zu werden, wie z.B. Vollfarbdisplays und Automobilbeleuchtung. Die Integration mehrerer Farben oder sogar RGB-Chips in ein einziges Gehäuse bleibt ein bedeutender Trend für platzbeschränkte Anwendungen mit mehreren Anzeigen. Darüber hinaus ist die Kompatibilität mit immer strengeren Automobil- und Industrienormen für Temperatur und Zuverlässigkeit ein wichtiger Treiber für die Produktentwicklung.