LTST-C28NBEGK-2A SMD LED Datenblatt - 2,8x3,5x0,25mm - Rot/Blau/Grün - 10-20mA - Technisches Dokument auf Deutsch

1. Produktübersicht

Die LTST-C28NBEGK-2A ist eine vollfarbige, extraflache Oberflächenmontage-LED (SMD), die für moderne, platzbeschränkte elektronische Anwendungen konzipiert ist. Diese Komponente integriert drei verschiedene LED-Chips in einem einzigen, kompakten Gehäuse und ermöglicht so die Erzeugung von rotem, blauem und grünem Licht von einem gemeinsamen Footprint aus. Ihr primäres Designziel ist die Erleichterung automatisierter Bestückungsprozesse bei gleichzeitiger Bereitstellung einer hohen Helligkeitsleistung, die für verschiedene Anzeige- und Hintergrundbeleuchtungsfunktionen geeignet ist.

1.1 Kernvorteile

Das Bauteil bietet mehrere entscheidende Vorteile für Entwickler und Hersteller. Seine ultraflache Bauhöhe von 0,25 mm macht es ideal für Anwendungen, in denen der vertikale Platz knapp ist, wie z. B. in ultradünnen Mobilgeräten oder Displays. Das Gehäuse entspricht EIA-Standards und gewährleistet so die Kompatibilität mit einer breiten Palette automatisierter Pick-and-Place- und Infrarot-Reflow-Lötanlagen, was die Serienfertigung optimiert. Darüber hinaus sorgt der Einsatz fortschrittlicher Halbleitermaterialien wie InGaN (für Blau/Grün) und AlInGaP (für Rot) für hohe Lichtausbeute und ausgezeichnete Farbreinheit.

1.2 Zielmarkt und Anwendungen

Diese LED richtet sich an die Märkte für Unterhaltungselektronik, Telekommunikation und Industrieausrüstung. Typische Anwendungen umfassen, sind aber nicht beschränkt auf: Statusanzeigen und Hintergrundbeleuchtung für Tastaturen und Keypads in Smartphones, Tablets und Laptops; Signal- und Symbolbeleuchtung in Netzwerkgeräten und Haushaltsgeräten; sowie Mikrodisplays oder dekorative Beleuchtung, bei der mehrere Farben von einer einzigen Punktquelle benötigt werden. Ihre Zuverlässigkeit und Kompatibilität machen sie zu einer vielseitigen Wahl für sowohl tragbare als auch stationäre elektronische Produkte.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Ein gründliches Verständnis der elektrischen und optischen Parameter ist entscheidend für einen erfolgreichen Schaltungsentwurf und die Leistungsvorhersage.

2.1 Absolute Maximalwerte

Ein Betrieb des Bauteils außerhalb dieser Grenzwerte kann dauerhafte Schäden verursachen. Der maximale Gleichstrom-Vorwärtsstrom (I_F) ist mit 10 mA für die blauen und grünen Chips und mit 20 mA für den roten Chip bei einer Umgebungstemperatur (T_a) von 25°C spezifiziert. Die maximale Verlustleistung beträgt 38 mW für Blau/Grün und 50 mW für Rot. Das Bauteil hält einem Spitzen-Vorwärtsstrom von 40 mA unter gepulsten Bedingungen stand (1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Pulsbreite). Der Betriebstemperaturbereich reicht von -20°C bis +80°C, die Lagerbedingungen von -30°C bis +85°C. Die Komponente ist für Infrarot-Reflow-Lötung mit einer Spitzentemperatur von 260°C für maximal 10 Sekunden ausgelegt.

2.2 Elektrische und optische Kenngrößen

Diese Parameter werden unter Standard-Testbedingungen gemessen (T_a=25°C, I_F=2mA). Die Lichtstärke (I_V) variiert je nach Farbe: Blau hat einen Bereich von 18,0-45,0 mcd, Rot von 28,0-71,0 mcd und Grün von 112,0-280,0 mcd. Der typische Abstrahlwinkel (2θ_1/2) beträgt 120 Grad und sorgt für ein breites, diffuses Lichtmuster. Die Flussspannung (V_F) ist ein weiterer kritischer Parameter für das Netzteil-Design: Blaue und grüne LEDs haben einen V_F-Bereich von 2,2V bis 3,0V, während die rote LED bei 2mA zwischen 1,2V und 2,2V arbeitet. Der Sperrstrom (I_R) ist für alle Farben bei einer Sperrspannung (V_R) von 5V garantiert kleiner als 10 μA.

2.3 Spektrale Eigenschaften

Die Farbe des emittierten Lichts wird durch seine Wellenlänge definiert. Die typische Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_P) beträgt 465 nm für Blau, 632 nm für Rot und 518 nm für Grün. Die dominante Wellenlänge (λ_d), die stärker mit der wahrgenommenen Farbe korreliert, hat spezifizierte Bins: Blau reicht von 465-475 nm und Grün von 525-535 nm. Die spektrale Halbwertsbreite (Δλ), ein Indikator für die Farbreinheit, beträgt typischerweise 25 nm für Blau, 20 nm für Rot und 35 nm für Grün. Diese Werte stammen aus dem CIE-Farbraumdiagramm von 1931.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um Farb- und Helligkeitskonstanz in der Produktion sicherzustellen, werden die LEDs anhand wichtiger Leistungskennzahlen in Bins sortiert.

3.1 Binning der Lichtstärke

LEDs werden nach ihrer Lichtleistung bei einem Standard-Teststrom von 2mA klassifiziert. Jede Farbe hat spezifische Bin-Codes mit minimalen und maximalen Lichtstärkewerten. Beispielsweise werden blaue LEDs in Bin M (18,0-28,0 mcd) und Bin N (28,0-45,0 mcd) sortiert. Rote LEDs verwenden Bin N (28,0-45,0 mcd) und Bin P (45,0-71,0 mcd). Grüne LEDs, die typischerweise heller sind, werden in Bin R (112,0-180,0 mcd) und Bin S (180,0-280,0 mcd) sortiert. Innerhalb jedes Helligkeits-Bins gilt eine Toleranz von ±15%.

3.2 Binning des Farbtons (Dominante Wellenlänge)

Für Anwendungen, die eine präzise Farbabstimmung erfordern, wie z. B. Vollfarbdisplays, werden LEDs auch nach ihrer dominanten Wellenlänge gebinnt. Blaue LEDs sind in Bin B (465,0-470,0 nm) und Bin C (470,0-475,0 nm) erhältlich. Grüne LEDs sind in Bin C (525,0-530,0 nm) und Bin D (530,0-535,0 nm) erhältlich. Die Toleranz für jeden dominante-Wellenlängen-Bin ist eng mit ±1 nm. Der spezifische Bin-Code für sowohl Intensität als auch Wellenlänge ist auf der Produktverpackung angegeben, sodass Entwickler Bauteile auswählen können, die ihren genauen Farb- und Helligkeitsanforderungen entsprechen.

4. Analyse der Leistungskurven

Grafische Daten geben tiefere Einblicke in das Verhalten des Bauteils unter verschiedenen Bedingungen, was für ein robustes Design unerlässlich ist.

4.1 Strom vs. Spannung (I-V) und Lichtstärke

Die Flussspannung (V_F) einer LED ist nicht konstant; sie steigt mit dem Vorwärtsstrom (I_F). Die typischen Kurven zeigen die Beziehung für jeden Farbchip. Die rote LED hat typischerweise bei einem gegebenen Strom eine niedrigere Flussspannung im Vergleich zu den blauen und grünen LEDs, was mit ihrem unterschiedlichen Halbleitermaterial (AlInGaP vs. InGaN) übereinstimmt. Ebenso steigt die Lichtstärke überlinear mit dem Strom, bevor sie bei höheren Strömen möglicherweise sättigt. Entwickler müssen diese Kurven nutzen, um geeignete strombegrenzende Widerstände oder Konstantstromtreiber auszuwählen, um die gewünschte Helligkeit zu erreichen und gleichzeitig innerhalb der thermischen und elektrischen Grenzen des Bauteils zu bleiben.

4.2 Temperaturabhängigkeit

Die LED-Leistung wird signifikant von der Sperrschichttemperatur beeinflusst. Mit steigender Temperatur nimmt die Flussspannung bei einem gegebenen Strom typischerweise leicht ab, während die Lichtleistung abnimmt. Das Datenblatt enthält typische Derating-Kurven, die die relative Lichtstärke in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur zeigen. Das Verständnis dieser Beziehung ist entscheidend für Anwendungen, die über einen weiten Temperaturbereich arbeiten oder in Umgebungen mit schlechtem Wärmemanagement, da sie die langfristige Helligkeitsstabilität und den Farbort beeinflusst.

4.3 Spektrale Verteilung

Die spektrale Leistungsverteilungskurven veranschaulichen die relative Intensität des emittierten Lichts über verschiedene Wellenlängen für jede Farbe. Die blauen und grünen InGaN-Chips zeigen typischerweise eine schmalere, eher gaußförmige Verteilung, die um ihre Spitzenwellenlänge zentriert ist. Der rote AlInGaP-Chip kann eine leicht andere spektrale Form aufweisen. Diese Kurven sind wichtig für Anwendungen mit Farbsensoren, Filtern oder bei denen spezifischer spektraler Inhalt erforderlich ist, da sie nicht nur die dominante Farbe, sondern auch die Menge des Lichts bei benachbarten Wellenlängen zeigen.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen und Pinbelegung

Die LTST-C28NBEGK-2A entspricht einem standardmäßigen SMD-Footprint. Die Gehäuseabmessungen sind in einer detaillierten Zeichnung mit allen kritischen Maßen in Millimetern angegeben. Die Toleranz für die meisten Abmessungen beträgt ±0,1 mm. Das Bauteil hat vier Pins. Pin 1 ist die gemeinsame Anode für alle drei LED-Chips. Pin 2 ist die Kathode für den roten Chip, Pin 3 ist die Kathode für den blauen Chip und Pin 4 ist die Kathode für den grünen Chip. Die Linse ist wasserklar, sodass die native Chipfarbe sichtbar ist.

5.2 Empfohlene Leiterplatten-Padgestaltung

Für zuverlässiges Löten und optimale thermische Leistung wird ein spezifisches Lötflächenlayout für die Leiterplatte empfohlen. Dieses Layout umfasst die Abmessungen und Abstände der Lötpads, die so gestaltet sind, dass sie während des Reflow-Prozesses eine gute Lötpastenausbildung ermöglichen, ohne Brückenbildung oder Tombstoning zu verursachen. Die Einhaltung dieses empfohlenen Layouts trägt dazu bei, eine starke mechanische Befestigung und eine effiziente Wärmeableitung von der LED-Sperrschicht weg zu gewährleisten.

6. Löt- und Bestückungsrichtlinien

6.1 Infrarot-Reflow-Lötprofil

Das Bauteil ist mit bleifreien (Pb-free) Infrarot-Reflow-Lötprozessen kompatibel. Ein vorgeschlagenes Temperaturprofil wird bereitgestellt, das typischerweise eine Vorwärmphase (z. B. 150-200°C), einen kontrollierten Anstieg, eine Zeit oberhalb der Liquidustemperatur (TAL), eine Spitzentemperatur von nicht mehr als 260°C und eine kontrollierte Abkühlphase umfasst. Der kritische Parameter ist, dass der Bauteilkörper nicht länger als 10 Sekunden Temperaturen über 260°C ausgesetzt werden sollte. Es wird betont, dass das optimale Profil je nach spezifischer Leiterplattenbestückung, Lotpaste und verwendetem Ofen variieren kann und eine platinenbezogene Charakterisierung empfohlen wird.

6.2 Lager- und Handhabungsvorsichtsmaßnahmen

Eine ordnungsgemäße Handhabung ist unerlässlich, um Schäden durch elektrostatische Entladung (ESD) zu verhindern. Es wird empfohlen, Erdungsarmbänder oder antistatische Handschuhe zu verwenden und sicherzustellen, dass alle Geräte geerdet sind. Für die Lagerung sollten ungeöffnete, feuchtigkeitsempfindliche Bauteile (MSL 3) bei ≤30°C und ≤90% relativer Luftfeuchtigkeit (RH) aufbewahrt und innerhalb eines Jahres verwendet werden. Sobald die originalversiegelte Verpackung geöffnet ist, sollten die LEDs bei ≤30°C und ≤60% RH gelagert werden. Bauteile, die länger als eine Woche aus ihrer Trockenpackung entnommen wurden, sollten vor dem Löten bei etwa 60°C für mindestens 20 Stunden getrocknet (gebaket) werden, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und ein \"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 akzeptabel. Die Verwendung nicht spezifizierter oder aggressiver chemischer Reinigungsmittel kann das Kunststoffgehäuse oder die Linse beschädigen, was zu reduzierter Lichtleistung oder Zuverlässigkeitsproblemen führt.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Band- und Spulenspezifikationen

Die LEDs werden gemäß ANSI/EIA-481-Spezifikationen in 8 mm breitem, geprägtem Trägerband auf Spulen mit einem Durchmesser von 7 Zoll (178 mm) geliefert. Jede Spule enthält 3000 Stück. Das Band hat eine Taschenteilung und Abmessungen, die für die Kompatibilität mit standardmäßigen automatischen Zuführern ausgelegt sind. Ein Deckband versiegelt die Bauteiltaschen. Die Verpackungsspezifikationen geben auch an, dass maximal zwei aufeinanderfolgende fehlende Bauteile (leere Taschen) zulässig sind und die Mindestbestellmenge für Restposten 500 Stück beträgt.

8. Anwendungshinweise und Designüberlegungen

8.1 Schaltungsdesign

Jeder Farbkanal (Rot, Grün, Blau) muss unabhängig über seine eigene strombegrenzende Schaltung angesteuert werden, die mit der gemeinsamen Anode (Pin 1) und dem jeweiligen Kathodenpin verbunden ist. Aufgrund der unterschiedlichen Flussspannungseigenschaften sind für jede Farbe separate Strom-Einstellungsberechnungen erforderlich, um eine gleichmäßig wahrgenommene Helligkeit oder spezifische Farbmischungen zu erreichen. Ein Konstantstromtreiber wird oft einem einfachen Vorwiderstand vorgezogen, um eine bessere Stabilität über Temperatur- und Versorgungsspannungsänderungen hinweg zu erreichen, insbesondere in batteriebetriebenen Geräten.

8.2 Thermomanagement

Obwohl die Verlustleistung relativ gering ist (38-50 mW pro Chip), ist ein effektives Thermomanagement dennoch wichtig, um die Leistung und Lebensdauer aufrechtzuerhalten, insbesondere wenn die LEDs bei oder nahe ihrem maximalen Nennstrom betrieben werden. Die Leiterplatte dient als primärer Kühlkörper. Eine gute thermische Verbindung über das empfohlene Pad-Design und gegebenenfalls die Verwendung von Wärmeleitungen oder einer Kupferfläche unter dem Gehäuse hilft, die Wärme von der LED-Sperrschicht abzuleiten.

8.3 Optische Integration

Der breite Abstrahlwinkel von 120 Grad macht diese LED für Anwendungen geeignet, die eine breite, gleichmäßige Ausleuchtung anstelle eines fokussierten Strahls erfordern. Für Hintergrundbeleuchtungspaneele oder Lichtleiter müssen die optischen Kopplungs- und Diffusionsmaterialien so ausgewählt werden, dass sie effektiv mit dem Abstrahlmuster und den Farborten der LED zusammenarbeiten. Entwickler sollten auch das Potenzial für Farbmischung berücksichtigen, wenn mehrere LEDs nahe beieinander platziert werden, was zur Erzeugung von Sekundärfarben wie Cyan, Magenta, Gelb oder Weiß genutzt werden kann.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die LTST-C28NBEGK-2A differenziert sich auf dem Markt durch ihre Kombination von Merkmalen. Ihr Hauptvorteil ist die Integration von drei hochhellen, verschiedenfarbigen Chips in ein industrieübliches, extraflaches (0,25 mm) Gehäuse. Dies steht im Gegensatz zu Alternativen wie der Verwendung von drei separaten einfarbigen LEDs (verbraucht mehr Leiterplattenfläche) oder einer einzelnen weißen LED mit Farbfiltern (die weniger effizient ist und weniger gesättigte Farben bietet). Die Verwendung von AlInGaP für Rot bietet im Vergleich zu älteren Technologien wie GaAsP eine höhere Effizienz und bessere thermische Stabilität, was zu hellerer und konsistenterer Rotleistung führt. Ihre Konformität mit automatisierten Bestückungs- und Reflow-Standards macht sie im Vergleich zu LEDs, die manuelles Löten erfordern, zu einer kosteneffektiven Wahl für die Massenproduktion.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

10.1 Kann ich alle drei Farben gleichzeitig mit ihrem maximalen Strom betreiben?

Nein, nicht ohne die Gesamtverlustleistungsgrenzen des Gehäuses zu überschreiten. Wenn alle drei Chips mit ihrem maximalen Gleichstrom (Rot: 20mA, Blau: 10mA, Grün: 10mA) und typischen Flussspannungen betrieben würden, könnte die Gesamtleistung die kombinierte Wärmekapazität des kleinen Gehäuses erreichen oder überschreiten, was zu Überhitzung und reduzierter Lebensdauer führt. Das Design muss das Tastverhältnis und die thermische Umgebung berücksichtigen. Für vollständig weißes Licht (alle drei an) ist es üblich, jeden Kanal mit einem niedrigeren Strom zu betreiben, um die Gesamtwärme zu managen.

10.2 Warum ist die Flussspannung für jede Farbe unterschiedlich?

Die Flussspannung ist eine grundlegende Eigenschaft der Bandlückenenergie des Halbleitermaterials. Blaue und grüne LEDs verwenden Indiumgalliumnitrid (InGaN), das eine größere Bandlücke hat und eine höhere Spannung (typischerweise ~2,8V) benötigt, um Elektronen darüber zu \"drücken\" und Lichtemission zu verursachen. Rote LEDs verwenden Aluminiumindiumgalliumphosphid (AlInGaP), das eine kleinere Bandlücke hat, was zu einer niedrigeren Flussspannung (typischerweise ~1,8V) führt.

10.3 Wie interpretiere ich die Bin-Codes bei der Bestellung?

Bei der Bestellung können Sie die gewünschten Bin-Codes für Lichtstärke und dominante Wellenlänge für jede Farbe angeben. Beispielsweise fordert die Bestellung \"Blau: Bin N, Bin B\" blaue LEDs mit einer Lichtstärke zwischen 28,0-45,0 mcd und einer dominanten Wellenlänge zwischen 465,0-470,0 nm an. Die Angabe von Bins ermöglicht eine engere Kontrolle über die Farbkonstanz und Helligkeitsabstimmung über mehrere Einheiten in Ihrem Produkt hinweg, was für Display- und Anzeigeanwendungen entscheidend ist.

11. Praktische Design- und Anwendungsfallstudie

Betrachten Sie ein tragbares Spielgerät, das die LTST-C28NBEGK-2A für mehrfarbige Statusanzeigen um seine Steuertasten herum verwendet. Die Designherausforderung besteht darin, lebendige, benutzerwählbare Farben (Rot, Grün, Blau, Cyan, Magenta, Gelb, Weiß) bereitzustellen und gleichzeitig den Stromverbrauch der Gerätebatterie zu minimieren. Der Ingenieur wählt einen dreikanaligen Konstantstrom-LED-Treiber-IC mit niedrigem Ruhestrom. Unter Verwendung der V_F- und I_V-Kurven aus dem Datenblatt programmiert er den Treiber so, dass er 5 mA an den Rotkanal und 3 mA an die Blau- und Grünkanäle liefert, um bei dem niedrigsten Gesamtstrom ein ausgewogenes weißes Licht zu erzeugen. Er wählt LEDs aus Bin P für Rot und Bin S für Grün, um eine hohe Helligkeit sicherzustellen, und gibt enge Wellenlängen-Bins (B für Blau, C für Grün) an, um eine konsistente Farbe über alle Einheiten hinweg zu garantieren. Das Leiterplattenlayout folgt dem empfohlenen Pad-Design und enthält eine kleine thermische Entlastungsverbindung zu einer Massefläche für die Wärmeableitung. Die Endmontage verwendet das spezifizierte IR-Reflow-Profil, was zu zuverlässigen, hellen und konsistenten Anzeigelichtern führt, die das Benutzererlebnis verbessern.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Leuchtdioden (LEDs) sind Halbleiterbauelemente, die Licht durch einen Prozess namens Elektrolumineszenz emittieren. Wenn eine Flussspannung über den p-n-Übergang des Halbleitermaterials angelegt wird, gewinnen Elektronen aus dem n-dotierten Bereich genug Energie, um den Übergang zu überqueren und sich mit Löchern im p-dotierten Bereich zu rekombinieren. Dieses Rekombinationsereignis setzt Energie frei. Bei einer LED ist das Halbleitermaterial so gewählt, dass diese Energie hauptsächlich in Form von Photonen (Lichtteilchen) freigesetzt wird. Die spezifische Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts wird durch die Bandlückenenergie des Halbleitermaterials bestimmt: Eine größere Bandlücke erzeugt Licht mit kürzerer Wellenlänge (blauer), und eine kleinere Bandlücke erzeugt Licht mit längerer Wellenlänge (röter). Das InGaN-Materialsystem wird für blaue und grüne LEDs verwendet, während AlInGaP für hocheffiziente rote und bernsteinfarbene LEDs verwendet wird. Das SMD-Gehäuse umschließt den winzigen Halbleiterchip, stellt elektrische Verbindungen über Metallanschlüsse bereit und enthält eine geformte Kunststofflinse, die den Lichtaustritt formt.

13. Technologietrends und Entwicklungen

Das Feld der SMD-LEDs entwickelt sich weiter, angetrieben durch die Nachfrage nach höherer Effizienz, kleinerer Größe, besserer Farbwiedergabe und niedrigeren Kosten. Trends, die in Komponenten wie der LTST-C28NBEGK-2A beobachtbar sind, umfassen die fortschreitende Miniaturisierung von Gehäusen bei gleichzeitiger Beibehaltung oder Steigerung der Lichtleistung (höhere Effizienz in Lumen pro Watt). Es gibt eine kontinuierliche Verbesserung in der Materialwissenschaft hinter InGaN- und AlInGaP-Chips, was zu reduziertem Efficiency Droop bei höheren Strömen und besserer Leistung bei erhöhten Temperaturen führt. Ein weiterer bedeutender Trend ist die Integration von mehr Funktionalität, wie z. B. die Kombination von RGB-LEDs mit einem dedizierten Treiber-IC oder Kontrolllogik in einem einzigen Gehäuse (\"Smart LED\"). Darüber hinaus stellen Fortschritte in der Phosphortechnologie für weiße LEDs und die Verfolgung von Mikro-LEDs für Displays der nächsten Generation parallele Entwicklungspfade dar, die das breitere optoelektronische Ökosystem beeinflussen, in dem mehrfarbige SMD-LEDs operieren.