LTST-C195TBJRKT Zweifarbige SMD-LED Datenblatt - 0,55mm Bauhöhe - Blau 3,3V / Rot 2,0V - 76mW / 75mW - Technische Dokumentation

1. Produktübersicht

Dieses Dokument erläutert die Spezifikationen einer miniaturisierten, zweifarbigen Oberflächenmontage-LED (SMD-LED). Das Bauteil ist für die automatisierte Leiterplattenbestückung konzipiert und eignet sich für platzbeschränkte Anwendungen. Es integriert zwei unterschiedliche LED-Chips in einem ultradünnen Gehäuse.

1.1 Kernvorteile

• Ultradünnes Profil:Die Gehäusehöhe beträgt lediglich 0,55 mm und ermöglicht so den Einsatz in schlanken Geräten.
• Zweifarbige Lichtquelle:Vereint einen hochhellen InGaN (Indiumgalliumnitrid) Blau-Chip und einen AlInGaP (Aluminiumindiumgalliumphosphid) Rot-Chip in einem einzigen Gehäuse.
• Kompatibilität:Konzipiert für die Kompatibilität mit automatischen Bestückungsautomaten und Standard-Infrarot (IR) Reflow-Lötprozessen.
• Normenkonformität:Das Gehäuse entspricht den EIA (Electronic Industries Alliance) Standards und ist RoHS (Restriction of Hazardous Substances) konform.

1.2 Zielmärkte und Anwendungen

Diese Komponente ist für ein breites Spektrum an Konsum- und Industrieelektronik vorgesehen, bei denen kompakte Bauweise und Statusanzeige entscheidend sind. Hauptanwendungsbereiche sind:

• Telekommunikation:Statusanzeigen in Mobiltelefonen, Routern und Netzwerkgeräten.
• Computer-Peripherie:Hintergrundbeleuchtung für Tastaturen und Tastenfelder, Statusleuchten an Laptops und externen Laufwerken.
• Haushaltsgeräte & Industrieequipment:Strom-, Modus- und Fehleranzeigen.
• Display-Technologie:Mikrodisplays und symbolische Beleuchtung.

2. Technische Parameter: Detaillierte objektive Interpretation

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte stellen die Grenzen dar, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Ein Betrieb unter diesen Bedingungen ist nicht garantiert.

• Verlustleistung (Pd):Blau: 76 mW, Rot: 75 mW. Dies ist die maximale Leistung, die die LED bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C als Wärme abführen kann.
• Spitzen-Strom (I_FP):Blau: 100 mA, Rot: 80 mA. Dies ist der maximal zulässige gepulste Strom (1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Pulsbreite) für den Kurzzeitbetrieb.
• DC-Durchlassstrom (I_F):Blau: 20 mA, Rot: 30 mA. Dies ist der empfohlene maximale kontinuierliche Durchlassstrom für einen zuverlässigen Dauerbetrieb.
• Temperaturbereiche:Betrieb: -20°C bis +80°C. Lagerung: -30°C bis +100°C.
• Lötgrenze:Das Bauteil hält einem Infrarot-Reflow-Lötprozess mit einer Spitzentemperatur von 260°C für maximal 10 Sekunden stand.

2.2 Elektrische und optische Kenngrößen

Gemessen bei Ta=25°C und I_F=20mA. Dies sind die typischen Leistungsparameter.

• Lichtstärke (I_V):Ein Schlüsselmaß für die Helligkeit. Für den Blau-Chip beträgt der typische Wert 45,0 mcd (Millicandela) mit einem Bereich von 28,0 mcd (Min) bis 180 mcd (Max). Für den Rot-Chip ist der typische Wert 45,0 mcd, im Bereich von 18,0 mcd bis 112 mcd.
• Abstrahlwinkel (2\u03b8_1/2):Typischerweise 130 Grad. Dieser weite Abstrahlwinkel deutet auf eine diffuse, nicht gerichtete Lichtabgabe hin, die für Statusanzeigen geeignet ist, die aus verschiedenen Blickwinkeln sichtbar sein müssen.
• Spitzenwellenlänge (\u03bb_P):Blau: 468,0 nm, Rot: 639,0 nm. Dies ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsverteilung ihr Maximum erreicht.
• Dominante Wellenlänge (\u03bb_d):Blau: 470,0 nm (465-475 nm), Rot: 631,0 nm (626-638 nm). Dies ist die einzelne Wellenlänge, die vom menschlichen Auge wahrgenommen wird und die Farbe definiert.
• Spektrale Halbwertsbreite (\u0394\u03bb):Blau: 25,0 nm, Rot: 15,0 nm. Dies gibt die spektrale Reinheit an; ein kleinerer Wert bedeutet eine monochromatischere Farbe.
• Durchlassspannung (V_F):Blau: 3,30V (2,80-3,80V), Rot: 2,00V (1,80-2,40V). Dies ist der Spannungsabfall über der LED bei einem Betriebsstrom von 20mA. Der signifikante Unterschied zwischen den Farben ist auf die unterschiedlichen Halbleitermaterialien zurückzuführen.
• Sperrstrom (I_R):Max. 10 \u00b5A bei V_R=5V. Das Bauteil ist nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt; dieser Parameter dient nur Testzwecken.

2.3 Thermische Betrachtungen

Die Verlustleistungsgrenzwerte sind direkt mit dem Wärmemanagement verknüpft. Das Überschreiten der maximalen Sperrschichttemperatur verringert die Lichtausbeute und die Lebensdauer. Der weite Betriebstemperaturbereich (-20°C bis +80°C) macht die LED für die meisten Innenumgebungen geeignet. Ein ordnungsgemäßes Leiterplattenlayout, einschließlich ausreichender Wärmeableitung und Kupferfläche, ist für die Aufrechterhaltung der Leistung unerlässlich, insbesondere wenn die LED nahe ihrem maximalen Strom betrieben wird.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um Farb- und Helligkeitskonstanz in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs nach Leistungsklassen sortiert. Dieses Bauteil verwendet ein Lichtstärke-Binning-System.

3.1 Lichtstärke-Binning

Die Lichtausbeute bei I_F=20mA wird in Klassen kategorisiert, die durch einen Einzelbuchstabencode identifiziert werden. Jede Klasse hat einen Minimal- und Maximalwert für die Lichtstärke, mit einer Toleranz von +/-15% innerhalb jeder Klasse.

• Blau-Chip Klassen:N (28,0-45,0 mcd), P (45,0-71,0 mcd), Q (71,0-112,0 mcd), R (112,0-180,0 mcd).
• Rot-Chip Klassen:M (18,0-28,0 mcd), N (28,0-45,0 mcd), P (45,0-71,0 mcd), Q (71,0-112,0 mcd).

Dieses System ermöglicht es Entwicklern, Bauteile mit garantierten Mindesthelligkeitswerten für ihre Anwendung auszuwählen. Beispielsweise würde eine Anwendung mit hohem Helligkeitsbedarf die Klassen Q oder R für Blau und P oder Q für Rot spezifizieren.

4. Analyse der Kennlinien

Während im Datenblatt auf spezifische grafische Kurven verwiesen wird, sind deren Implikationen für die LED-Technologie standardmäßig.

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

Die I-V-Kennlinie ist exponentiell. Für die blaue LED (InGaN) ist die Schwellspannung höher (~2,8V) als für die rote LED (AlInGaP, ~1,8V). Der Betrieb der LED erfordert einen strombegrenzenden Mechanismus (z.B. einen Vorwiderstand oder Konstantstromtreiber), um thermisches Durchgehen zu verhindern, da die Durchlassspannung mit steigender Temperatur abnimmt, während der Strom zunimmt.

4.2 Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Die Lichtstärke ist innerhalb des empfohlenen Betriebsbereichs annähernd proportional zum Durchlassstrom. Die Effizienz (Lumen pro Watt) erreicht jedoch typischerweise ihren Höhepunkt bei einem Strom, der unterhalb des Maximalwerts liegt, und nimmt bei höheren Strömen aufgrund erhöhter Wärmeentwicklung ab.

4.3 Spektrale Verteilung

Die referenzierten Spektraldiagramme würden die für LEDs charakteristischen schmalen Emissionsbanden zeigen. Die Emission des Blau-Chips liegt im Bereich von 468-470 nm, die des Rot-Chips im Bereich von 631-639 nm. Die Halbwertsbreitenwerte zeigen, dass die blaue Emission eine breitere spektrale Streuung aufweist als die rote.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen und Pinbelegung

Das Bauteil verwendet einen Standard-SMD-Fußabdruck. Kritische Abmessungen umfassen eine Höhe von 0,55 mm. Die Pinbelegung für die Zweifarbenfunktion ist klar definiert: Pin 3 und 1 sind für die Anode bzw. Kathode der blauen LED. Pin 4 und 2 sind für die Anode bzw. Kathode der roten LED. Die Linse ist wasserklar, um die tatsächliche Chipfarbe sichtbar zu machen.

5.2 Empfohlener Leiterplatten-Pad-Entwurf und Polarität

Das Datenblatt enthält ein empfohlenes Lötflächenmuster (Footprint) für den Leiterplattenentwurf. Die Einhaltung dieses Musters gewährleistet ein ordnungsgemäßes Löten und mechanische Stabilität. Die Polarität wird durch die Pinnummerierung angezeigt. Die korrekte Ausrichtung während der Bestückung ist entscheidend, da das Anlegen einer Sperrspannung die LED beschädigen kann.

6. Löt- und Bestückungsrichtlinien

6.1 IR-Relflow-Lötparameter

Das Bauteil ist mit bleifreien (Pb-free) Reflow-Prozessen kompatibel. Das maximal zulässige Temperaturprofil ist definiert:

• Spitzentemperatur:Maximal 260°C.
• Zeit bei Spitzentemperatur:Maximal 10 Sekunden.
• Vorwärmen:150-200°C für bis zu 120 Sekunden, um thermischen Schock zu minimieren.
• Anzahl der Zyklen:Maximal zwei Reflow-Zyklen sind zulässig.

Diese Parameter entsprechen den JEDEC-Standards. Das tatsächliche Profil muss für die spezifische Leiterplattenbestückung charakterisiert werden, unter Berücksichtigung von Platinendicke, Bauteildichte und Lotpastentyp.

6.2 Handlöten

Falls manuelles Löten erforderlich ist, verwenden Sie einen temperaturgeregelten Lötkolben, der auf maximal 300°C eingestellt ist. Die Lötzeit pro Anschluss sollte 3 Sekunden nicht überschreiten und dies sollte nur einmal pro Anschluss erfolgen.

6.3 Reinigung und Lagerung

• Reinigung:Verwenden Sie nur spezifizierte Lösungsmittel wie Ethylalkohol oder Isopropylalkohol bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute. Nicht spezifizierte Chemikalien können das Kunststoffgehäuse beschädigen.
• Lagerung (verschweißte Verpackung):Lagern bei ≤ 30°C und ≤ 90% relativer Luftfeuchtigkeit (RH). Die Haltbarkeit in der feuchtigkeitsgeschützten Beutel mit Trockenmittel beträgt ein Jahr (Feuchtigkeitssensitivitätsstufe, MSL 3).
• Lagerung (geöffnete Verpackung):Wenn aus dem versiegelten Beutel entnommen, lagern bei ≤ 30°C und ≤ 60% RH. Die Bauteile sollten innerhalb einer Woche reflow-gelötet werden. Für längere Lagerung verwenden Sie einen versiegelten Behälter mit Trockenmittel. Bei Lagerung über eine Woche hinaus ist vor dem Löten ein Ausheizen bei 60°C für 20+ Stunden erforderlich, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und \"Popcorning\" während des Reflow zu verhindern.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Band- und Spulenspezifikationen

Die Bauteile werden auf 8 mm Trägerband geliefert, das auf Spulen mit 7 Zoll (178 mm) Durchmesser aufgewickelt ist, Standard für die automatisierte Bestückung.

• Menge pro Spule:4000 Stück.
• Mindestbestellmenge (MOQ):500 Stück für Restmengen.
• Verpackungsstandards:Entspricht den ANSI/EIA-481 Spezifikationen. Das Band hat eine Abdeckung zum Schutz der Bauteile, und maximal zwei aufeinanderfolgende leere Taschen sind zulässig.

8. Anwendungsvorschläge und Designüberlegungen

8.1 Schaltungsentwurf

• Strombegrenzung:Verwenden Sie stets einen Vorwiderstand oder einen aktiven Konstantstromtreiber. Berechnen Sie den Widerstandswert mit R = (V_versorgung- V_F) / I_F. Verwenden Sie den typischen V_F-Wert für die Berechnung, stellen Sie jedoch sicher, dass die Versorgungsspannung hoch genug ist, um den maximalen V_F.
• -Wert zu berücksichtigen.Ansteuerung beider Farben:
• Die blauen und roten LEDs haben unabhängige Anoden und Kathoden, sodass sie separat angesteuert werden können. Dies ermöglicht individuelle Steuerung, Farbmischung (zur Erzeugung von Violett) oder abwechselnde Blinkmuster.Mikrocontroller-Schnittstelle:

Diese LEDs können direkt von Mikrocontroller-GPIO-Pins angesteuert werden, vorausgesetzt der Pin kann den erforderlichen Strom (20-30 mA) liefern/aufnehmen. Für höhere Ströme oder das Multiplexen vieler LEDs verwenden Sie Transistortreiber.

• 8.2 Leiterplattenlayout
• Befolgen Sie das empfohlene Pad-Layout für zuverlässiges Löten.
• Sorgen Sie für ausreichenden Abstand zwischen der LED und anderen hohen Bauteilen, um Abschattung oder physische Interferenz zu vermeiden.

Für Hochzuverlässigkeitsanwendungen sollten Sie in Betracht ziehen, Wärmeleitungen unter dem thermischen Pad der LED (falls vorhanden) hinzuzufügen, um Wärme in innere Leiterplattenschichten abzuleiten.

8.3 ESD (Elektrostatische Entladung) Vorsichtsmaßnahmen

LEDs sind empfindlich gegenüber ESD. Handhaben Sie sie mit geeigneten ESD-Vorsichtsmaßnahmen: Verwenden Sie geerdete Handgelenkbänder, antistatische Matten und stellen Sie sicher, dass alle Geräte geerdet sind. Integrieren Sie ESD-Schutzdioden auf empfindlichen Signalleitungen, wenn die LED mit externen Schnittstellen verbunden ist.

9. Technischer Vergleich und DifferenzierungDie primären Unterscheidungsmerkmale dieses Bauteils auf dem SMD-LED-Markt sind seineZweifarben-Fähigkeit in einem ultradünnen 0,55-mm-Gehäuse

und die Verwendung fortschrittlicher Halbleitermaterialien (InGaN für Blau, AlInGaP für Rot) für hohe Helligkeit. Im Vergleich zu einfarbigen LEDs spart es Leiterplattenfläche und Bestückungszeit, indem es zwei Bauteile durch eines ersetzt. Im Vergleich zu dickeren zweifarbigen LEDs ermöglicht es schlankere Endproduktdesigns. Der weite Abstrahlwinkel von 130 Grad ist für Anwendungen geeignet, bei denen die Anzeige aus seitlichen Positionen sichtbar sein muss.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

10.1 Kann ich die blauen und roten LEDs gleichzeitig mit ihren vollen 20mA/30mA betreiben?

Ja, aber Sie müssen die gesamte Verlustleistung berücksichtigen. Wenn beide kontinuierlich mit Maximalstrom leuchten, ist die kombinierte Leistung für das kleine Gehäuse signifikant. Stellen Sie sicher, dass die Umgebungstemperatur deutlich innerhalb der Grenzwerte liegt und die Leiterplatte eine ausreichende Wärmeableitung bietet. Für den Dauerbetrieb wird empfohlen, den Strom zu reduzieren, um die maximale Lebensdauer zu erreichen.

10.2 Warum ist die Durchlassspannung zwischen den blauen und roten LEDs so unterschiedlich?

Die Durchlassspannung ist eine grundlegende Eigenschaft der Bandlückenenergie des Halbleitermaterials. InGaN (Blau) hat eine größere Bandlücke (~3,4 eV) als AlInGaP (Rot, ~2,0 eV), was eine höhere Spannung erfordert, um Elektronen über die Lücke zu \"erregen\" und Licht zu erzeugen.

10.3 Was bedeutet \"I.C. Compatible\"?

Es bedeutet, dass die Eingangseigenschaften der LED (Durchlassspannung und -strom) mit der direkten Ansteuerung durch Standard-IC-Ausgänge kompatibel sind, wie z.B. von Mikrocontrollern, Logikgattern oder Treiber-ICs, ohne in vielen Fällen zwischengeschaltete Leistungstransistoren zu benötigen.

11. Praktisches Anwendungsbeispiel

Szenario: Entwurf einer Statusanzeige für einen tragbaren Bluetooth-Lautsprecher.

Die Anzeige muss mehrere Zustände anzeigen: Ausgeschaltet (kein Licht), Eingeschaltet (dauerhaft blau), Kopplungsmodus (blinkend blau), Niedriger Akku (dauerhaft rot) und Laden (pulsierend rot). Die Verwendung des LTST-C195TBJRKT ist ideal.Design-Umsetzung:_FDie LED ist auf der Hauptplatine platziert. Ein Mikrocontroller steuert die Zustände. Zwei GPIO-Pins werden konfiguriert: einer zur Steuerung der blauen LED (über einen 100Ω Vorwiderstand, berechnet für eine 3,3V Versorgung und ~3,3V V_F), und ein weiterer zur Steuerung der roten LED (über einen 68Ω Widerstand für ~2,0V V

). Die Firmware schaltet diese Pins, um die erforderlichen Beleuchtungsmuster zu erzeugen. Die ultradünne Bauhöhe ermöglicht es der LED, hinter einem schlanken Gitter zu passen, und der weite Abstrahlwinkel stellt sicher, dass der Status von überall vor dem Lautsprecher 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-Typ-Material mit Löchern aus dem p-Typ-Material. Diese Rekombination setzt Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts wird durch die Bandlückenenergie des Halbleitermaterials bestimmt. InGaN wird für kürzere Wellenlängen (Blau, Grün) verwendet, während AlInGaP für längere Wellenlängen (Rot, Orange, Gelb) verwendet wird. Das wasserklare Epoxidharzgehäuse fungiert als Linse, formt die Lichtabgabe und bietet Umweltschutz.

13. TechnologietrendsDie Entwicklung von SMD-LEDs konzentriert sich weiterhin auf mehrere Schlüsselbereiche:Erhöhte Effizienz (lm/W), um mehr Licht bei weniger Leistung zu liefern, entscheidend für batteriebetriebene Geräte.Höhere Leistungsdichtein kleineren Gehäusen, was hellere Anzeigen oder sogar Beleuchtung aus winzigen Quellen ermöglicht.Verbesserte Farbwiedergabe und Konsistenzdurch engere Binning-Klassen und fortschrittliche Phosphortechnologien für weiße LEDs.Integration