Orange SMD LED LTST-C150KFKT Datenblatt - EIA-Gehäuse - 20mA - 90mcd - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTST-C150KFKT ist eine hochhelle, oberflächenmontierbare LED, die für moderne elektronische Anwendungen entwickelt wurde, die zuverlässige und effiziente orange Anzeigebeleuchtung erfordern. Sie nutzt einen fortschrittlichen AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) Halbleiterchip, der für hohe Lichtstärke und gute Effizienz im orange-roten Spektrum bekannt ist. Das Bauteil ist in einem standardkonformen EIA-Format verpackt, was es mit automatisierten Bestückungssystemen kompatibel macht, die in der Serienfertigung üblich sind. Das Bauteil wird auf 8mm breitem Trägerband geliefert, das auf 7-Zoll-Spulen aufgewickelt ist, was eine effiziente Handhabung und Verarbeitung ermöglicht.

Ihre primären Designziele sind konsistente optische Leistung, Kompatibilität mit bleifreien (Pb-freien) Lötprozessen und die Einhaltung von Umweltstandards wie RoHS (Beschränkung gefährlicher Stoffe). Das "Wasserklare" Linsenmaterial ermöglicht die Emission der intrinsischen Chipfarbe ohne signifikante Streuung oder Farbverschiebung, was zu einer gesättigten orangen Ausgabe führt.

2. Detaillierte Betrachtung der technischen Parameter

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 für eine zuverlässige Langzeitleistung vermieden werden.

• Verlustleistung (Pd):75 mW. Dies ist die maximale Gesamtleistung, die das Gehäuse bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C als Wärme abführen kann. Das Überschreiten dieses Limits riskiert eine Überhitzung des Halbleiterübergangs.
• DC-Durchlassstrom (IF):30 mA. Der maximale kontinuierliche Durchlassstrom, der angelegt werden kann.
• Spitzen-Durchlassstrom:80 mA. Dieser ist nur unter gepulsten Bedingungen zulässig (1/10 Tastverhältnis, 0,1ms Impulsbreite), um kurze Stromspitzen zu bewältigen.
• Derating-Faktor:0,4 mA/°C über 25°C. Für jedes Grad Celsius, um das die Umgebungstemperatur über 25°C steigt, muss der maximal zulässige DC-Durchlassstrom um 0,4 mA reduziert werden, um thermische Überlastung zu verhindern.
• Sperrspannung (VR):5 V. Das Anlegen einer höheren Sperrspannung kann zum Durchbruch und Ausfall führen.
• Betriebs- und Lagertemperaturbereich:-55°C bis +85°C. Das Bauteil kann in diesem gesamten Bereich funktionieren und gelagert werden.
• Löttemperaturtoleranz:Das Bauteil hält Wellen- oder Infrarotlötung bei 260°C für 5 Sekunden und Dampfphasenlötung bei 215°C für 3 Minuten stand.

2.2 Elektrische und optische Kennwerte

Dies sind die typischen Leistungsparameter, gemessen bei Ta=25°C und einem IF von 20mA, was der Standardprüfbedingung entspricht.

• Lichtstärke (Iv):45,0 mcd (Min), 90,0 mcd (Typ). Dies ist die gemessene Lichtausgabe in Millicandela. Der Wert wird mit einem Sensor gemessen, der auf die photopische (menschliche Augen) Ansprechkurve (CIE) gefiltert ist.
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):130° (Typ). Dieser weite Abstrahlwinkel zeigt an, dass das Licht in einem breiten, lambert'schen Muster abgegeben wird, was für Anwendungen geeignet ist, die eine weite Sichtbarkeit erfordern.
• Spitzenemissionswellenlänge (λP):611 nm (Typ). Die spezifische Wellenlänge, bei der die spektrale Ausgabe am stärksten ist.
• Dominante Wellenlänge (λd):605 nm (Typ). Dies ist die einzelne Wellenlänge, die vom menschlichen Auge wahrgenommen wird und die Farbe der LED definiert, abgeleitet vom CIE-Farbtafeldiagramm.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):17 nm (Typ). Dies zeigt die spektrale Reinheit; eine schmalere Breite bedeutet eine monochromatischere (reinfarbigere) Ausgabe.
• Durchlassspannung (VF):2,0V (Min), 2,4V (Typ) bei IF=20mA. Der Spannungsabfall über der LED im Betrieb. Dies ist entscheidend für die Auslegung der strombegrenzenden Schaltung.
• Sperrstrom (IR):10 µA (Max) bei VR=5V. Ein kleiner Leckstrom, wenn das Bauteil in Sperrrichtung betrieben wird.
• Kapazität (C):40 pF (Typ) bei VF=0V, f=1MHz. Die Sperrschichtkapazität, die für Hochgeschwindigkeitsschaltanwendungen relevant sein kann.

3. Erklärung des Binning-Systems

Die Lichtstärke von LEDs kann von Charge zu Charge variieren. Um für den Endanwender Konsistenz zu gewährleisten, werden die Produkte basierend auf gemessener Leistung in "Bins" sortiert. Für die LTST-C150KFKT erfolgt das primäre Binning für die Lichtstärke bei 20mA.

• Bin-Code P:45,0 - 71,0 mcd
• Bin-Code Q:71,0 - 112,0 mcd
• Bin-Code R:112,0 - 180,0 mcdBin-Code S:180,0 - 280,0 mcd

Auf jeden Lichtstärke-Bin wird eine Toleranz von +/-15% angewendet. Bei der Auslegung eines Systems, bei dem gleichmäßige Helligkeit entscheidend ist (z.B. Multi-LED-Displays oder Hintergrundbeleuchtungen), ist die Spezifikation eines einzelnen Bin-Codes oder das Verständnis des Bin-Bereichs wesentlich, um sichtbare Helligkeitsunterschiede zu vermeiden.

4. Analyse der Leistungskurven

Während im Datenblatt auf spezifische Diagramme verwiesen wird (Abb.1, Abb.6), sind ihre implizierten Eigenschaften für AlInGaP-LEDs standardmäßig und für das Design entscheidend.

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

Die Beziehung ist exponentiell. Eine kleine Erhöhung der Spannung über die Einschaltspannung (~1,8V) hinaus verursacht einen großen Anstieg des Stroms. Deshalb müssen LEDs von einer strombegrenzten Quelle und nicht von einer Konstantspannungsquelle angesteuert werden, um thermisches Durchgehen und Zerstörung zu verhindern.

4.2 Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Die Lichtausgabe ist im Betriebsbereich im Allgemeinen proportional zum Durchlassstrom. Die Effizienz (Lumen pro Watt) erreicht jedoch typischerweise ihren Höhepunkt bei einem Strom unterhalb des Maximalwerts und nimmt bei höheren Strömen aufgrund erhöhter Wärmeentwicklung ab.

4.3 Temperaturabhängigkeit

Lichtstärke und Durchlassspannung sind temperaturabhängig. Mit steigender Sperrschichttemperatur:

• Lichtstärke nimmt ab:Die Ausgabe kann signifikant sinken, ein Faktor, der im thermischen Management berücksichtigt werden muss.
• Durchlassspannung nimmt ab:Die VF hat einen negativen Temperaturkoeffizienten (typischerweise etwa -2 mV/°C für AlInGaP). Dies kann den Strom in einer einfachen, widerstandsbegrenzten Schaltung beeinflussen, wenn die Umgebungstemperatur stark schwankt.

4.4 Spektrale Verteilung

Die spektrale Ausgabekurve wird um den 611 nm-Peak zentriert sein. Die 17 nm Halbwertsbreite zeigt ein relativ schmales Spektrum, charakteristisch für Direkthalbleiter wie AlInGaP, was zu einer reinen orangen Farbe führt.

5. Mechanische und Verpackungsinformationen

Das Bauteil entspricht einem standardmäßigen EIA-Oberflächenmontage-Gehäuse. Wichtige dimensionale Hinweise umfassen:

• Alle Hauptabmessungen sind in Millimetern.Eine Standardtoleranz von ±0,10 mm gilt, sofern nicht anders angegeben.

Das Datenblatt enthält detaillierte Maßzeichnungen für den LED-Körper, die für die Erstellung des PCB-Footprints (Lötflächenmuster) wesentlich sind. Ein vorgeschlagenes Lötpad-Layout wird ebenfalls bereitgestellt, um eine zuverlässige Lötstelle und korrekte Ausrichtung während des Reflow zu gewährleisten. Die Polarität wird durch eine Kathodenmarkierung auf dem Bauteil angezeigt, typischerweise eine Kerbe, eine grüne Linie oder ein anderer visueller Indikator auf einer Seite des Gehäuses.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofile

Das Datenblatt bietet zwei vorgeschlagene Infrarot (IR) Reflow-Profile:

1. Für Normalprozess:Ein Standardprofil geeignet für Zinn-Blei (SnPb) Lot.
2. Für bleifreien Prozess:Ein Profil optimiert für bleifreie Lotpasten wie SAC (Sn-Ag-Cu). Dieses Profil hat typischerweise eine höhere Spitzentemperatur (bis zu 260°C), um den höheren Schmelzpunkt bleifreier Legierungen zu berücksichtigen. Die Zeit über Liquidus (TAL) und die Anstiegsraten sind kritisch, um thermischen Schock zu verhindern und eine ordnungsgemäße Lötstellenbildung ohne Beschädigung des Epoxid-Gehäuses der LED sicherzustellen.

6.2 Lagerbedingungen

LEDs sind feuchtigkeitsempfindliche Bauteile. Längere Exposition gegenüber Umgebungsfeuchtigkeit kann während des Hochtemperatur-Reflow-Lötprozesses zu "Popcorning" (Gehäuserissbildung) führen, aufgrund der schnellen Verdampfung aufgenommener Feuchtigkeit.

• Empfohlene Lagerung:Nicht über 30°C und 70% relative Luftfeuchtigkeit.
• Zeit außerhalb der Verpackung:Wenn sie aus der original Feuchtigkeitssperrbeutel entnommen wurden, sollten LEDs innerhalb einer Welle gelötet werden.
• Erweiterte Lagerung/Trocknung:Für Lagerung über eine Woche außerhalb der Originalverpackung, in einem versiegelten Behälter mit Trockenmittel oder in Stickstoffatmosphäre lagern. LEDs, die länger als eine Woche so gelagert wurden, sollten vor dem Löten bei etwa 60°C für mindestens 24 Stunden getrocknet werden, um Feuchtigkeit auszutreiben.

6.3 Reinigung

Es sollten nur spezifizierte Reinigungsmittel verwendet werden. Nicht spezifizierte Chemikalien können die Epoxidlinse oder das Gehäuse beschädigen. Wenn nach dem Löten eine Reinigung notwendig ist, wird ein kurzes Eintauchen (unter einer Minute) in Ethylalkohol oder Isopropylalkohol bei Raumtemperatur empfohlen.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

Das Produkt wird in industrieüblicher Verpackung für die automatisierte Bestückung geliefert:

• Band und Spule:8mm breites, geprägtes Trägerband.
• Spulengröße:7 Zoll Durchmesser.
• Menge pro Spule:3000 Stück.
• Mindestbestellmenge (MOQ):500 Stück für Restmengen.
• Verpackungsstandards:Entspricht den ANSI/EIA-481-1-A-1994 Spezifikationen. Leere Taschen im Band sind mit Deckband versiegelt.

Die Teilenummer LTST-C150KFKT folgt einem typischen Herstellercodierungssystem, bei dem Elemente wahrscheinlich Serie, Farbe, Lichtstärke-Bin, Linsentyp und Verpackung angeben.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

Diese LED eignet sich für eine Vielzahl von Anwendungen, die orangefarbene Statusanzeige, Hintergrundbeleuchtung oder dekorative Beleuchtung erfordern, einschließlich:

• Unterhaltungselektronik (Audio/Video-Geräte, Haushaltsgeräte).
• Industrielle Bedienfelder und Instrumentierung.
• Automobil-Innenraumbeleuchtung (nicht sicherheitskritisch).
• Beschilderung und dekorative Beleuchtung.
• Allgemeine Anzeigelampen auf Leiterplatten.

Wichtiger Hinweis:Das Datenblatt stellt ausdrücklich klar, dass diese LED für "gewöhnliche elektronische Geräte" vorgesehen ist. Für Anwendungen, die außergewöhnliche Zuverlässigkeit erfordern, bei denen ein Ausfall Leben oder Gesundheit gefährden könnte (Luftfahrt, Medizin, Verkehrssicherheitssysteme), ist eine Konsultation mit dem Hersteller vor der Integration erforderlich.

8.2 Designüberlegungen und Schaltungskonfiguration

Ansteuerungsmethode:LEDs sind strombetriebene Bauteile. Die wichtigste Designregel ist die Kontrolle des Durchlassstroms.

• Empfohlene Schaltung (Schaltung A):Verwenden Sie einen seriellen strombegrenzenden Widerstand für jede LED. Dies ist wesentlich, wenn mehrere LEDs parallel geschaltet werden, da es natürliche Schwankungen in der Durchlassspannung (VF) einzelner LEDs ausgleicht. Ohne individuelle Widerstände werden LEDs mit einer etwas niedrigeren VF unverhältnismäßig mehr Strom ziehen, was zu ungleichmäßiger Helligkeit und möglichem Überstromausfall führt.
• Nicht empfohlene Schaltung (Schaltung B):Das direkte Parallelschalten mehrerer LEDs mit einem einzigen gemeinsamen strombegrenzenden Widerstand wird aufgrund des oben beschriebenen Risikos der Stromkonzentration nicht empfohlen.

Der Wert des Serienwiderstands (R) wird mit dem Ohmschen Gesetz berechnet: R = (V_Versorgung - VF_LED) / I_gewünscht. Verwenden Sie für ein konservatives Design immer den typischen oder maximalen VF aus dem Datenblatt.

8.3 Schutz vor elektrostatischer Entladung (ESD)

LEDs sind empfindlich gegenüber elektrostatischer Entladung. ESD kann latente oder katastrophale Schäden verursachen, die sich als hoher Sperrleckstrom, niedrige Durchlassspannung oder Ausfall bei niedrigen Strömen manifestieren.

Präventionsmaßnahmen umfassen:

• Verwendung von leitfähigen Handgelenkbändern oder antistatischen Handschuhen bei der Handhabung.
• Sicherstellen, dass alle Arbeitsplätze, Geräte und Lagerregale ordnungsgemäß geerdet sind.
• Verwendung von Ionisatoren, um statische Aufladungen zu neutralisieren, die sich auf der Kunststofflinse aufbauen können.

Um potenzielle ESD-Schäden zu testen, prüfen Sie, ob die LED leuchtet, und messen Sie ihre VF bei einem niedrigen Prüfstrom (z.B. 1-5mA). Abnormale Messwerte deuten auf mögliche Schäden hin.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die Hauptunterscheidungsmerkmale der LTST-C150KFKT liegen in ihrem Materialsystem und Gehäusedesign:

• AlInGaP-Chip-Technologie:Im Vergleich zu älteren Technologien wie Standard-GaAsP bietet AlInGaP eine deutlich höhere Lumenausbeute und Helligkeit, bessere Temperaturstabilität und eine längere Betriebsdauer. Dies macht sie überlegen für Anwendungen, die hohe Sichtbarkeit und Zuverlässigkeit erfordern.
• Wasserklare Linse:Bietet eine gesättigtere, lebendigere Farbe im Vergleich zu gestreuten oder getönten Linsen, die Licht streuen und die Farbreinheit dämpfen können. Dies ist ideal für Anwendungen, bei denen Farbdefinition wichtig ist.
• Bleifrei & RoHS-Konformität:Erfüllt moderne Umweltvorschriften, was eine zwingende Voraussetzung für die meisten heute verkauften Elektronikprodukte ist.
• Weiter Abstrahlwinkel (130°):Bietet ausgezeichnete Sichtbarkeit außerhalb der Achse, was vorteilhaft für Bedienfeldanzeigen ist, die aus verschiedenen Winkeln sichtbar sein müssen.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

10.1 Was ist der Unterschied zwischen Spitzenwellenlänge und dominanter Wellenlänge?

Spitzenwellenlänge (λP)ist die physikalische Wellenlänge, bei der die LED die meiste optische Leistung emittiert, direkt aus dem Spektrum gemessen.Dominante Wellenlänge (λd)ist ein berechneter Wert basierend auf der menschlichen Farbwahrnehmung (CIE-Diagramm), der die einzelne Farbe, die wir sehen, am besten repräsentiert. Für monochromatische LEDs wie diese orangefarbene sind sie oft nahe beieinander, aber λd ist der relevantere Parameter für die Farbspezifikation im Design.

10.2 Warum wird ein Prüfstrom von 20mA verwendet?

20mA war historisch ein Standard-Ansteuerstrom für viele Kleinsignal-LEDs und bietet einen guten Kompromiss zwischen Helligkeit, Effizienz und Verlustleistung. Es dient als gemeinsamer Referenzpunkt für den Vergleich verschiedener LED-Modelle. Ihre Anwendung kann einen anderen Strom verwenden, aber alle Leistungsparameter (Iv, VF) skalieren entsprechend, und Sie müssen innerhalb der absoluten Maximalwerte bleiben.

10.3 Wie wähle ich den richtigen Lichtstärke-Bin?

Wählen Sie einen Bin basierend auf den Helligkeitsanforderungen Ihrer Anwendung und der Uniformitätstoleranz. Für eine einzelne Anzeige kann jeder Bin ausreichen. Für ein Array, bei dem alle LEDs gleich hell erscheinen müssen, sollten Sie einen einzelnen, engen Bin (z.B. Bin Q) spezifizieren und möglicherweise optische Diffusion implementieren, um verbleibende geringe Variationen zu kaschieren.

10.4 Kann ich diese LED direkt von einem 3,3V- oder 5V-Mikrocontroller-Pin ansteuern?

Nein, nicht direkt.Ein Mikrocontroller-GPIO-Pin ist eine Spannungsquelle, keine Stromquelle, und kann typischerweise keinen konstanten 20mA-Strom liefern, während er seine Ausgangsspannung aufrechterhält. Noch wichtiger ist, dass er keinen Schutz vor dem negativen Temperaturkoeffizienten der LED bietet. Siemüsseneinen seriellen strombegrenzenden Widerstand verwenden, wie in Abschnitt 8.2 beschrieben. Der Widerstandswert für eine 3,3V-Versorgung und ein Ziel von 20mA wäre ungefähr (3,3V - 2,4V) / 0,02A = 45 Ohm. Ein Standard-47-Ohm-Widerstand wäre eine geeignete Wahl.

11. Praktische Design- und Anwendungsfallstudie

Szenario:Entwurf eines Statusanzeigepanels für ein Industriegerät, das drei helle, gleichmäßige orangefarbene LEDs benötigt, um "System aktiv" anzuzeigen.

1. Bauteilauswahl:Die LTST-C150KFKT wird aufgrund ihrer hohen Helligkeit (bis zu 280mcd in Bin S), orangen Farbe und des für die automatisierte Bestückung geeigneten SMD-Gehäuses gewählt.
2. Schaltungsentwurf:Die Systemversorgungsspannung beträgt 5V. Um gleichmäßige Helligkeit zu gewährleisten, werden drei identische Ansteuerschaltungen verwendet, eine für jede LED. Unter Verwendung der typischen VF von 2,4V und einem Designstrom von 20mA wird der Serienwiderstandswert berechnet: R = (5V - 2,4V) / 0,02A = 130 Ohm. Der nächstgelegene Standardwert von 130 oder 120 Ohm wird gewählt. Die Belastbarkeit des Widerstands beträgt (5V-2,4V)*0,02A = 0,052W, daher ist ein Standard-1/8W (0,125W) Widerstand mehr als ausreichend.
3. PCB-Layout:Die vom Hersteller vorgeschlagenen Lötpad-Abmessungen aus dem Datenblatt werden verwendet, um den PCB-Footprint zu erstellen. Zwischen den LEDs wird ausreichend Abstand für die Wärmeableitung eingehalten.
4. Thermische Betrachtung:Das Panel befindet sich in einem Gehäuse. Um den Temperaturanstieg, der die Lichtausgabe reduzieren würde, zu mildern, werden kleine Wärmeableitungs-Vias in der Nähe der LED-Pads platziert, um Wärme zu anderen PCB-Lagen zu leiten, und das Gehäuse verfügt über Belüftung.
5. Beschaffung:Um visuelle Gleichmäßigkeit zu garantieren, spezifiziert der Kaufauftrag "Bin-Code S" für alle 3.000 für die Produktion benötigten Einheiten.

12. Funktionsprinzip

Die Lichtemission in der LTST-C150KFKT basiert auf Elektrolumineszenz in einem Halbleiter-p-n-Übergang aus AlInGaP-Materialien. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, werden Elektronen aus dem n-dotierten Bereich und Löcher aus dem p-dotierten Bereich über den Übergang injiziert. Wenn diese Ladungsträger im aktiven Bereich des Halbleiters rekombinieren, setzen sie Energie frei. In einem Direkthalbleitermaterial wie AlInGaP wird diese Energie hauptsächlich in Form von Photonen (Licht) freigesetzt. Die spezifische Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts wird durch die Bandlückenenergie des Halbleitermaterials bestimmt, die während des Kristallwachstumsprozesses auf etwa 2,03 eV ausgelegt ist, was orangefarbenem Licht um 611 nm entspricht. Der "wasserklare" Epoxid-Verguss schützt den Chip, bietet mechanische Stabilität und wirkt als Linse, um den Lichtausgabestrahl zu formen.

13. Technologietrends

Die Entwicklung der LED-Technologie konzentriert sich weiterhin auf mehrere Schlüsselbereiche, die für Bauteile wie die LTST-C150KFKT relevant sind:

• Erhöhte Effizienz (lm/W):Laufende Materialwissenschaftsforschung zielt darauf ab, nichtstrahlende Rekombination zu reduzieren und die Lichtextraktion aus dem Chip zu verbessern, was zu helleren LEDs bei gleichem Strom oder gleicher Helligkeit bei geringerer Leistung führt.
• Verbesserte Farbkonsistenz & Binning:Fortschritte in der epitaktischen Wachstumstechnik und Fertigungsprozesskontrolle führen zu engeren Parameterverteilungen, reduzieren den Bedarf an umfangreichem Binning und bieten eine konsistentere Leistung direkt aus der Produktion.
• Miniaturisierung:Das Streben nach kleineren elektronischen Geräten treibt die Entwicklung von LEDs in immer kleineren Gehäuseabmessungen bei gleichzeitiger Beibehaltung oder Verbesserung der optischen Ausgabe voran.
• Höhere Zuverlässigkeit & Lebensdauer:Verbesserungen bei Verpackungsmaterialien (Epoxide, Silikone) und Die-Attach-Techniken erhöhen die Widerstandsfähigkeit gegen thermische Zyklen, Feuchtigkeit und andere Umweltbelastungen und verlängern die Betriebsdauer.
• Integration:Ein Trend zur Integration mehrerer LED-Chips (z.B. RGB), Steuerschaltungen oder sogar Treiber in ein einziges Gehäuse, um das Endanwenderdesign zu vereinfachen und PCB-Platz zu reduzieren.

Bauteile wie die LTST-C150KFKT repräsentieren einen ausgereiften, optimierten Punkt in dieser Entwicklung und bieten eine zuverlässige und leistungsstarke Lösung für Standard-Anzeigeanwendungen.