LTST-C19FD1WT Vollfarben-SMD-LED Datenblatt - Abmessungen 3,2x1,6x0,55mm - Spannung 2,0-3,8V - Leistung 0,08W - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTST-C19FD1WT ist eine vollfarbige, oberflächenmontierbare (SMD) LED-Lampe, die für moderne, platzbeschränkte elektronische Anwendungen konzipiert ist. Sie integriert drei verschiedene LED-Chips in einem einzigen, ultradünnen Gehäuse und ermöglicht so die Erzeugung mehrerer Farben auf einer einzigen Bauteilfläche. Dieses Design ist besonders vorteilhaft für Anwendungen, die Statusanzeigen, Hintergrundbeleuchtung oder kompakte Displayelemente erfordern, ohne auf Farbfähigkeit verzichten zu müssen.

Ihre Miniaturgröße und Kompatibilität mit automatisierten Montageprozessen machen sie zu einer vielseitigen Wahl für die Serienfertigung. Das Bauteil ist RoHS-konform (Beschränkung gefährlicher Stoffe) aufgebaut und entspricht damit globalen Umweltstandards für elektronische Komponenten.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Der Hauptvorteil dieser LED ist die Integration von blauen (InGaN), grünen (InGaN) und orangen (AlInGaP) Lichtquellen in ein EIA-Standardgehäuse mit einer Höhe von nur 0,55 mm. Diese Multi-Chip-Konfiguration macht mehrere diskrete LEDs zur Erzielung ähnlicher Farbfunktionen überflüssig und spart wertvolle Leiterplattenfläche (PCB).

Das Bauteil ist gezielt für Anwendungen in folgenden Bereichen ausgelegt:

• Telekommunikationsgeräte:Statusanzeigen an Routern, Modems und Handgeräten.
• Büroautomatisierung:Hintergrundbeleuchtung für Tastaturen und Keypads in Laptops und Peripheriegeräten.
• Unterhaltungselektronik & Haushaltsgeräte:Strom-, Modus- oder Funktionsanzeigen.
• Industrieausrüstung:Pultanzeigen und Bedienelemente.
• Mikrodisplays & Beschilderung:Kleinformatige Informations- oder Symbolleuchten.

Ihre Kompatibilität mit Infrarot (IR) Reflow-Lötprozessen entspricht Standard-SMT-Montagelinien und erleichtert eine effiziente und zuverlässige Bestückung.

2. Technische Parameter: Detaillierte objektive Interpretation

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte Analyse der im Datenblatt definierten elektrischen, optischen und thermischen Eigenschaften. Das Verständnis dieser Parameter ist entscheidend für einen korrekten Schaltungsentwurf und die langfristige Zuverlässigkeit.

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb unter oder an diesen Grenzen wird nicht garantiert und sollte im Design vermieden werden.

• Verlustleistung (Pd):80 mW für Blau/Grün, 75 mW für Orange. Dies ist die maximal zulässige Leistung, die die LED bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C als Wärme abführen kann. Das Überschreiten dieses Limits riskiert thermisches Durchgehen und Degradation.
• DC-Durchlassstrom (IF):20 mA für Blau/Grün, 30 mA für Orange. Dies ist der maximale empfohlene kontinuierliche Durchlassstrom für den Normalbetrieb. Die höhere Bewertung für den Orange-Chip ist typisch für AlInGaP-Technologie im Vergleich zu InGaN.
• Spitzen-Durchlassstrom:100 mA für Blau/Grün, 80 mA für Orange (bei 1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Pulsbreite). Dieser Wert gilt nur für kurze gepulste Betriebsarten und sollte nicht für DC-Designberechnungen verwendet werden.
• Temperaturbereiche:Betrieb: -20°C bis +80°C; Lagerung: -30°C bis +100°C. Die Funktionalität des Bauteils ist innerhalb des Betriebsbereichs garantiert. Längere Lagerung außerhalb des spezifizierten Bereichs kann Materialeigenschaften beeinflussen.
• Infrarot-Lötbedingung:260°C Spitzentemperatur für maximal 10 Sekunden. Dies definiert die Toleranz des thermischen Profils für bleifreie (Pb-free) Reflow-Lötprozesse.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Diese Parameter werden unter Standardtestbedingungen (Ta=25°C, IF=20mA) gemessen und definieren die Leistung des Bauteils.

• Lichtstärke (Iv):Gemessen in Millicandela (mcd). Das Datenblatt gibt Mindest- und Höchstwerte für jede Farbe an, die weiter in Bins unterteilt sind (siehe Abschnitt 3). Typische Werte sind: Blau: 28-180 mcd, Grün: 71-450 mcd, Orange: 45-180 mcd. Der Grün-Chip weist generell eine höhere Effizienz auf.
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):Typischerweise 130 Grad. Dieser breite Abstrahlwinkel deutet auf eine diffuse Linse hin, die das Licht über einen großen Bereich verteilt, anstatt es zu bündeln, was ideal für Statusanzeigen ist, die aus verschiedenen Blickwinkeln sichtbar sein sollen.
• Durchlassspannung (VF):Der Spannungsabfall über der LED bei einem Strom von 20mA. Typisch/Max: Blau/Grün: 3,5V/3,8V; Orange: 2,0V/2,4V. Dies ist ein entscheidender Parameter für den Treiberentwurf. Die niedrigere VF des Orange-Chips erfordert andere strombegrenzende Überlegungen, wenn die Farben unabhängig angesteuert werden.
• Peak-Emissionswellenlänge (λp) & Dominante Wellenlänge (λd):λp ist die Wellenlänge am höchsten Punkt des Emissionsspektrums. λd ist die vom menschlichen Auge wahrgenommene Einzelwellenlänge. Typische Werte: Blau: λp=468nm, λd=470nm; Grün: λp=520nm, λd=525nm; Orange: λp=611nm, λd=605nm. Der Unterschied zwischen λp und λd ergibt sich aus der Form des Emissionsspektrums und der photopischen Reaktion des Auges.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):Die Breite des Emissionsspektrums bei halber Maximalintensität. Typisch: Blau: 26nm, Grün: 35nm, Orange: 17nm. Eine schmalere Δλ, wie bei Orange, deutet auf eine spektral reinere Farbe hin.
• Sperrstrom (IR):Maximal 10 µA bei VR=5V. LEDs sind nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt. Dieser Testparameter zeigt sehr geringe Leckage an. Das Anlegen einer signifikanten Sperrspannung beschädigt das Bauteil.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um natürliche Schwankungen in der Halbleiterfertigung zu handhaben, werden LEDs nach Leistung sortiert (Binning). Dies ermöglicht es Designern, Bauteile auszuwählen, die spezifische Helligkeitsanforderungen erfüllen.

3.1 Binning der Lichtstärke

Die LTST-C19FD1WT verwendet ein buchstabenbasiertes Binning-System für die Lichtstärke mit einer Toleranz von +/-15% innerhalb jedes Bins. Die verfügbaren Bins unterscheiden sich je nach Farbe aufgrund inhärenter Materialeffizienzen.

• Blau (InGaN):Bins N (28-45 mcd), P (45-71 mcd), Q (71-112 mcd), R (112-180 mcd).
• Grün (InGaN):Bins Q (71-112 mcd), R (112-180 mcd), S (180-280 mcd), T (280-450 mcd). Beachten Sie den höheren oberen Bereich im Vergleich zu Blau.
• Orange (AlInGaP):Bins P (45-71 mcd), Q (71-112 mcd), R (112-180 mcd).

Bei der Bestellung stellt die Angabe des Bin-Codes eine konsistente Helligkeit über einen Produktionslauf sicher. Beispielsweise garantiert die Angabe "Grün, Bin T" die hellsten verfügbaren grünen Chips für dieses Produkt.

4. Analyse der Leistungskurven

Während das Datenblatt auf typische Kurven verweist, basiert ihre allgemeine Interpretation auf der Standardphysik von LEDs.

• IV-Kurve (Strom vs. Spannung):Die Durchlassspannung (VF) steigt logarithmisch mit dem Strom. Die Kurve für den Orange-Chip (AlInGaP) hat typischerweise eine niedrigere Kniespannung (~1,8-2,0V) als die Blau/Grün-Chips (InGaN, ~3,0-3,2V). Jenseits des Knies steigt die Spannung linearer an.
• Lichtstärke vs. Durchlassstrom:Die Intensität ist bis zum maximalen Nennstrom annähernd proportional zum Durchlassstrom. Die Effizienz (Lumen pro Watt) nimmt jedoch bei sehr hohen Strömen aufgrund erhöhter Wärme oft ab.
• Temperatureigenschaften:Die Lichtstärke nimmt typischerweise mit steigender Sperrschichttemperatur ab. Die Durchlassspannung sinkt ebenfalls mit steigender Temperatur (negativer Temperaturkoeffizient für VF).
• Spektrale Verteilung:Jeder Chip emittiert Licht in einem schmalen Wellenlängenband mit einem Maximum bei λp. Das Orange-AlInGaP-Spektrum ist typischerweise schmaler als die InGaN-Spektren für Blau und Grün.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen und Pinbelegung

Das Bauteil entspricht einem industrieüblichen SMD-Fußabdruck. Wichtige Abmessungen sind eine Baugröße von ca. 3,2 mm x 1,6 mm bei einer Höhe von nur 0,55 mm. Die Pinbelegung ist für die korrekte Ausrichtung entscheidend: Pin 1: Blau (InGaN) Anode, Pin 2: Orange (AlInGaP) Anode, Pin 3: Grün (InGaN) Anode. Die Kathoden aller drei Chips sind intern mit dem/den verbleibenden Anschlüssen verbunden. Das genaue Pad-Layout muss gemäß der "Empfohlenes Leiterplatten-Lötpad"-Zeichnung im Datenblatt eingehalten werden, um ein korrektes Löten und thermische Entlastung zu gewährleisten.

5.2 Polaritätskennzeichnung

Die Polarität wird typischerweise durch eine Markierung auf dem LED-Gehäuse angezeigt, z.B. einen Punkt, eine Kerbe oder eine abgeschrägte Kante in der Nähe von Pin 1. Die Leiterplattenbestückungszeichnung sollte diese Markierung klar widerspiegeln, um Montagefehler zu vermeiden. Falsche Polarität verhindert das Leuchten der LED und kann das Bauteil belasten, wenn die Treiberschaltung eine hohe Sperrspannung anlegt.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötparameter

Das Bauteil ist für bleifreies (Pb-free) IR-Reflow-Löten ausgelegt. Das empfohlene Profil umfasst eine Vorwärmzone (150-200°C), einen kontrollierten Anstieg auf eine maximale Spitzentemperatur von 260°C und eine Zeit oberhalb der Liquidus-Temperatur (TAL), in der die Spitzentemperatur maximal 10 Sekunden gehalten wird. Die gesamte Vorwärmzeit sollte 120 Sekunden nicht überschreiten. Diese Parameter basieren auf JEDEC-Standards, um thermischen Schock und Schäden am Epoxid-Gehäuse und den internen Bonddrähten zu verhindern. Das Profil sollte für die spezifische Leiterplattenbestückung charakterisiert werden.

6.2 Lagerung und Handhabung

• ESD-Vorsichtsmaßnahmen (Elektrostatische Entladung):Die LED ist empfindlich gegenüber ESD. Die Handhabung sollte an einem ESD-geschützten Arbeitsplatz mit geerdeten Handgelenkbändern und leitfähigem Schaumstoff erfolgen.
• Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe (MSL):Das Bauteil ist mit MSL 3 bewertet. Wenn die originale Feuchtigkeitssperrbeutel geöffnet wird, müssen die Bauteile innerhalb von 168 Stunden (1 Woche) nach der Exposition unter Werkshallenbedingungen (<30°C/60% r.F.) gelötet werden. Bei Überschreitung ist ein Trocknen bei 60°C für mindestens 20 Stunden erforderlich, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und "Popcorning" während des Reflow zu verhindern.
• Langzeitlagerung:Ungeöffnete Beutel sollten bei ≤30°C und ≤90% r.F. gelagert werden. Geöffnete Bauteile sollten in einem Trockenschrank oder verschlossenen Behälter mit Trockenmittel gelagert werden.

6.3 Reinigung

Die Nachlötreinigung sollte, falls notwendig, milde, alkoholbasierte Lösungsmittel wie Isopropanol (IPA) oder Ethanol verwenden. Das Eintauchen sollte kurz (weniger als eine Minute) bei Raumtemperatur erfolgen. Aggressive oder nicht spezifizierte Chemikalien können das Linsenmaterial oder Gehäusemarkierungen beschädigen.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

Die LTST-C19FD1WT wird auf industrieüblichen geprägten Trägerbändern auf Spulen mit 7 Zoll (178 mm) Durchmesser geliefert. Jede Spule enthält 3000 Stück. Die Abmessungen von Band und Spule entsprechen den ANSI/EIA-481-Spezifikationen und gewährleisten die Kompatibilität mit automatischen Bestückungsgeräten. Für Mengen unter einer vollen Spule ist eine Mindestpackmenge von 1000 Stück für Restposten üblich.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsschaltungen

Jeder Farbchip muss unabhängig mit seinem eigenen strombegrenzenden Widerstand oder Konstantstromtreiber angesteuert werden. Der Widerstandswert (R) wird mit dem Ohmschen Gesetz berechnet: R = (Vversorgung - VF_LED) / IF. Beispiel: Ansteuerung der blauen LED von einer 5V-Versorgung mit einem Ziel-IF von 20mA und einer typischen VF von 3,5V: R = (5V - 3,5V) / 0,02A = 75 Ohm. Ein Standard-75Ω- oder 82Ω-Widerstand wäre geeignet. Die Nennleistung des Widerstands sollte mindestens I²R = (0,02)² * 75 = 0,03W betragen, daher ist ein 1/10W (0,1W) Widerstand ausreichend. Mikrocontroller oder dedizierte LED-Treiber-ICs können für PWM-Dimmung (Pulsweitenmodulation) oder dynamische Farbmischung verwendet werden.

8.2 Designüberlegungen

• Thermisches Management:Obwohl die Verlustleistung gering ist, hilft eine ausreichende Kupferfläche auf der Leiterplatte um die LED-Pads, Wärme von der Sperrschicht abzuleiten und so Helligkeit und Lebensdauer zu erhalten.
• Stromabgleich:Für eine gleichmäßige scheinbare Helligkeit, wenn mehrere Farben gleichzeitig leuchten, müssen die unterschiedlichen Lichtstärken und die Empfindlichkeit des menschlichen Auges (photopische Reaktion) berücksichtigt werden. Die Treiberströme müssen möglicherweise unabhängig eingestellt werden (z.B. niedrigerer Strom für den helleren Grün-Chip), um ausgewogenes weißes Licht oder andere Farbmischungen zu erreichen.
• Sperrspannungsschutz:In Schaltungen, in denen die LED einer Sperrspannung ausgesetzt sein könnte (z.B. in gemultiplexten Arrays), wird ein parallel zu jeder LED-Reihe geschalteter Schutzdiode empfohlen, um die Bauteile zu schützen.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Das Hauptunterscheidungsmerkmal der LTST-C19FD1WT ist ihre "Vollfarben"-Fähigkeit in einem ultradünnen 0,55-mm-Gehäuse. Im Vergleich zur Verwendung von drei separaten einfarbigen 0603- oder 0402-LEDs bietet diese integrierte Lösung erhebliche Platzersparnis, vereinfachte Bestückung (eine Komponente vs. drei) und potenziell bessere Farbmischung aufgrund der näheren Anordnung der Lichtquellen. Die Verwendung von InGaN für Blau/Grün und AlInGaP für Orange bietet hohe Effizienz und gute Farbsättigung über das gesamte Spektrum. Alternative Lösungen könnten eine weiße LED mit Farbfiltern oder ein dediziertes RGB-LED-Gehäuse verwenden, die dicker sein oder andere Ansteuerspannungsanforderungen haben können.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

10.1 Kann ich alle drei Farben gleichzeitig ansteuern, um weißes Licht zu erzeugen?

Ja, durch Ansteuerung der Rot- (Orange), Grün- und Blau-Chips mit geeigneten Stromverhältnissen können Sie Licht mischen, um verschiedene Farben, einschließlich Weiß, zu erzeugen. Die spezifische orangefarbene Wellenlänge (605-611 nm dominant) ist jedoch kein tiefes Rot, daher kann das resultierende "Weiß" im Vergleich zu einer LED mit einem echten Rot-Chip einen leicht warmen oder begrenzten Farbraum aufweisen. Das Erreichen eines bestimmten Weißpunkts (z.B. D65) erfordert eine präzise Stromregelung und kann Kalibrierung beinhalten.

10.2 Warum ist der maximale Durchlassstrom für den Orange-Chip anders?

Der Orange-Chip verwendet AlInGaP-Halbleitertechnologie, während Blau und Grün InGaN verwenden. Diese unterschiedlichen Materialsysteme haben inhärente Unterschiede in der Stromdichtebelastbarkeit, internen Effizienz und thermischen Eigenschaften, was dazu führt, dass der Hersteller für den Orange-Chip unter denselben thermischen Gehäusebedingungen einen höheren sicheren Dauerstrom (30 mA vs. 20 mA) spezifiziert.

10.3 Was passiert, wenn ich die Reflow-Spezifikation von 260°C für 10 Sekunden überschreite?

Das Überschreiten des empfohlenen thermischen Profils kann zu mehreren Ausfällen führen: Delamination des Epoxid-Gehäuses, Risse im Silizium-Chip oder Substrat, Degradation des Leuchtstoffs (falls vorhanden) oder Ausfall der internen Goldbonddrähte. Dies führt wahrscheinlich zu sofortigem Ausfall (keine Lichtabgabe) oder deutlich reduzierter Langzeitzuverlässigkeit.

11. Praktisches Anwendungsbeispiel

Szenario: Multifunktionsstatusanzeige für einen Netzwerkrouter.Eine einzelne LTST-C19FD1WT kann drei separate LEDs ersetzen, um Netzteilstatus (konstant Orange), Netzwerkaktivität (blinkend Grün) und Fehlerstatus (blinkend Blau) anzuzeigen. Die GPIO-Pins eines Mikrocontrollers, jeweils mit einem in Abschnitt 8.1 berechneten Reihenstrombegrenzungswiderstand, steuern jede Farbe unabhängig. Der breite 130-Grad-Abstrahlwinkel stellt sicher, dass die Anzeige von überall im Raum sichtbar ist. Das ultradünne Profil ermöglicht die Montage hinter einer schmalen Blende. Durch Verwendung von PWM am Mikrocontroller kann die Helligkeit jeder Farbe für optimale Sichtbarkeit unter verschiedenen Umgebungslichtbedingungen angepasst werden.

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 und setzen Energie in Form von Photonen frei. Die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts wird durch die Bandlücke des Halbleitermaterials bestimmt. Die LTST-C19FD1WT nutzt zwei Materialsysteme: Indiumgalliumnitrid (InGaN) für die blauen und grünen Chips, das eine größere Bandlücke hat, und Aluminiumindiumgalliumphosphid (AlInGaP) für den orangen Chip, das eine schmalere Bandlücke hat, die längeren Wellenlängen (Rot/Orange) entspricht. Die diffuse weiße Linse umschließt die Chips, bietet mechanischen Schutz, formt den Lichtstrahl und mischt die Farben, wenn mehrere Chips aktiv sind.

13. Technologietrends

Die Entwicklung von SMD-LEDs wie der LTST-C19FD1WT folgt breiteren Trends in der Optoelektronik: erhöhte Integration, Miniaturisierung und Effizienz. Zukünftige Versionen könnten noch dünnere Gehäuse, höhere Lichtausbeute (mehr Licht pro Watt) und verbesserte Farbwiedergabeindizes (CRI) für Mischweißanwendungen aufweisen. Es gibt auch einen Trend zu engeren Binning-Toleranzen, um für hochwertige Displayanwendungen konsistentere Farben und Helligkeit zu bieten. Das Streben nach niedrigeren Betriebsspannungen zur Kompatibilität mit fortschrittlicher Niederspannungslogik (z.B. 1,8V- oder 3,3V-Systeme) ist ein weiteres laufendes Entwicklungsgebiet.