Technisches Datenblatt für Orange SMD LED LTST-M670KFKT - AlInGaP - 120° Abstrahlwinkel - 20mA

1. Produktübersicht

Dieses Dokument enthält die vollständigen technischen Spezifikationen für eine oberflächenmontierbare (SMD) Leuchtdiode (LED). Das Bauteil ist eine orangefarbene LED, die einen Halbleiter aus Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP) als Lichtquelle nutzt und in einem wasserklaren Linsengehäuse untergebracht ist. Es ist für automatisierte Bestückungsprozesse ausgelegt und mit Infrarot-Reflow-Lötverfahren kompatibel, was es für die Serienfertigung auf Leiterplatten (PCBs) geeignet macht. Das Produkt entspricht der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe) und wird somit als umweltfreundliches Produkt eingestuft.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die Hauptvorteile dieser LED umfassen ihre Kompatibilität mit automatischen Pick-and-Place-Anlagen, was die Produktion optimiert, sowie ihre Eignung für bleifreie Infrarot-Reflow-Lötprofile, was modernen Umwelt- und Fertigungsstandards entspricht. Ihr EIA-Standardgehäuse (Electronic Industries Alliance) gewährleistet die mechanische Kompatibilität mit branchenüblichen Bestückungssystemen. Das Bauteil wird zudem als I.C.-kompatibel (Integrated Circuit) beschrieben, was bedeutet, dass seine Ansteuerungseigenschaften für die direkte Anbindung an typische Logikpegelausgänge geeignet sind. Die Zielanwendungen sind breit gefächert und umfassen allgemeine elektronische Geräte, die zuverlässige Anzeigebeleuchtung erfordern.

2. Detaillierte Betrachtung der technischen Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Grenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Sie gelten bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C.

• Verlustleistung (Pd):72 mW. Dies ist die maximale Leistung, die das Bauteil als Wärme abführen kann, ohne seine thermischen Grenzen zu überschreiten.
• Spitzen-Durchlassstrom (IFP):80 mA. Dies ist der maximal zulässige momentane Durchlassstrom, typischerweise unter gepulsten Bedingungen spezifiziert (1/10 Tastverhältnis, 0,1ms Pulsbreite), um Überhitzung zu vermeiden.
• DC-Durchlassstrom (IF):30 mA. Dies ist der maximale kontinuierliche Durchlassstrom, der unter stationären Bedingungen an die LED angelegt werden kann.
• Sperrspannung (VR):5 V. Das Anlegen einer Spannung über diesem Wert in Sperrrichtung kann zum Durchbruch und zur Beschädigung des LED-Übergangs führen.
• Betriebstemperaturbereich:-40°C bis +85°C. Der Umgebungstemperaturbereich, in dem garantiert wird, dass das Bauteil innerhalb seiner spezifizierten Parameter arbeitet.
• Lagertemperaturbereich:-40°C bis +100°C. Der Temperaturbereich für die sichere Lagerung, wenn das Bauteil nicht unter Spannung steht.

2.2 Elektrische und optische Kenngrößen

Dies sind die typischen Leistungsparameter, gemessen bei Ta=25°C und einem Prüfstrom (IF) von 20 mA, sofern nicht anders angegeben.

• Lichtstärke (Iv):Reicht von einem Minimum von 140 mcd bis zu einem typischen Maximum von 450 mcd. Dies misst die vom menschlichen Auge wahrgenommene Helligkeit der LED unter Verwendung eines Filters, der der CIE photopischen Empfindlichkeitskurve entspricht.
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):120 Grad. Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte des auf der Mittelachse (0°) gemessenen Wertes abfällt. Ein Winkel von 120° deutet auf ein breites Abstrahlverhalten hin.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λP):611 nm. Dies ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsabgabe der LED ihr Maximum erreicht.
• Dominante Wellenlänge (λd):Reicht von 600 nm bis 612 nm. Dieser Wert wird aus dem CIE-Farbtafeldiagramm abgeleitet und repräsentiert die einzelne Wellenlänge, die die wahrgenommene Lichtfarbe am besten beschreibt. Es ist der Schlüsselparameter für die Farbangabe.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):17 nm. Dies ist die Breite des Emissionsspektrums bei der halben maximalen Leistung (Full Width at Half Maximum - FWHM). Ein Wert von 17nm ist typisch für eine AlInGaP-Orange-LED und deutet auf eine relativ reine Farbe hin.
• Durchlassspannung (VF):Reicht von 1,8 V bis 2,4 V bei IF=20mA. Dies ist der Spannungsabfall über der LED, wenn sie Strom führt.
• Sperrstrom (IR):Maximal 10 μA bei VR=5V. Dies ist der kleine Leckstrom, der fließt, wenn die spezifizierte Sperrspannung angelegt wird.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um die Konsistenz in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs anhand von Schlüsselparametern in Bins (Sortierklassen) eingeteilt. Dies ermöglicht es Konstrukteuren, Bauteile auszuwählen, die spezifische Anforderungen an Farbe und elektrische Leistung erfüllen.

3.1 Binning der Durchlassspannung (Einheit: V @20mA)

LEDs werden nach ihrem Durchlassspannungsabfall kategorisiert:
Bin-Code D2: 1,8V (Min) bis 2,0V (Max)
Bin-Code D3: 2,0V (Min) bis 2,2V (Max)
Bin-Code D4: 2,2V (Min) bis 2,4V (Max)
Toleranz für jedes Bin: +/-0,1V.

3.2 Binning der Lichtstärke (Einheit: mcd @20mA)

LEDs werden nach ihrer Helligkeitsabgabe sortiert:
Bin-Code R2: 140,0 bis 180,0 mcd
Bin-Code S1: 180,0 bis 224,0 mcd
Bin-Code S2: 224,0 bis 280,0 mcd
Bin-Code T1: 280,0 bis 355,0 mcd
Bin-Code T2: 355,0 bis 450,0 mcd
Toleranz für jedes Bin: +/-11%.

3.3 Binning der dominanten Wellenlänge (Einheit: nm @20mA)

LEDs werden nach ihrer präzisen Farbe (dominante Wellenlänge) klassifiziert:
Bin-Code P: 600,0 bis 603,0 nm
Bin-Code Q: 603,0 bis 606,0 nm
Bin-Code R: 606,0 bis 609,0 nm
Bin-Code S: 609,0 bis 612,0 nm
Toleranz für jedes Bin: +/- 1nm.

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt verweist auf typische Kennlinien, die für das Verständnis des Bauteilverhaltens unter verschiedenen Bedingungen wesentlich sind. Obwohl die spezifischen Grafiken nicht im Text wiedergegeben sind, werden ihre Implikationen nachfolgend analysiert.

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

Die I-V-Kennlinie einer LED ist exponentiell. Für den spezifizierten Durchlassspannungsbereich von 1,8V bis 2,4V bei 20mA können Konstrukteure erwarten, dass der Arbeitspunkt innerhalb dieses Fensters liegt. Die Kurve hilft bei der Auswahl geeigneter strombegrenzender Widerstände und beim Verständnis der Spannungsanforderungen der Ansteuerschaltung.

4.2 Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Diese Kurve zeigt typischerweise, dass die Lichtstärke mit dem Durchlassstrom zunimmt, jedoch nicht unbedingt linear, insbesondere wenn sich der Strom dem Maximalwert nähert. Sie ist entscheidend für die Bestimmung des benötigten Treiberstroms, um eine gewünschte Helligkeitsstufe zu erreichen.

4.3 Temperaturkennlinien

Die LED-Leistung ist temperaturabhängig. Typischerweise nimmt die Durchlassspannung mit steigender Sperrschichttemperatur ab, während auch die Lichtstärke abnimmt. Das Verständnis dieser Kurven ist für Anwendungen, die über den gesamten Bereich von -40°C bis +85°C arbeiten, von entscheidender Bedeutung, um eine konsistente Leistung sicherzustellen.

4.4 Spektrale Verteilung

Die spektrale Ausgangskurve zeigt die Intensität des emittierten Lichts über verschiedene Wellenlängen, zentriert um die Spitzenwellenlänge von 611nm mit einer Halbwertsbreite von 17nm. Dies definiert die Farbreinheit des orangefarbenen Lichts.

5. Mechanische und Verpackungsinformationen

5.1 Bauteilgehäuseabmessungen

Die LED wird in einem Standard-SMD-Gehäuse geliefert. Das Datenblatt enthält eine detaillierte Maßzeichnung mit allen kritischen Maßen in Millimetern (und Zoll). Zu den Hauptabmessungen gehören Gehäuselänge, -breite, -höhe, Anschlussabstand und Lötflächenempfehlungen. Die Toleranzen betragen typischerweise ±0,2mm, sofern nicht anders angegeben. Diese Informationen sind entscheidend für das Design des Leiterplatten-Land Patterns.

5.2 Polaritätskennzeichnung

SMD-LEDs müssen korrekt auf der Leiterplatte ausgerichtet sein. Die Datenblattzeichnung zeigt die Kathode (negativ) und Anode (positiv) Anschlüsse, oft durch eine Markierung auf dem Gehäuse oder ein asymmetrisches Merkmal.

5.3 Tape-and-Reel-Verpackung

Für die automatisierte Bestückung werden die LEDs auf geprägter Trägerfolie und Rollen geliefert.
Folienabmessungen:Die Folienbreite, Taschenabmessungen und Deckfolienspezifikationen werden angegeben, um die Kompatibilität mit Bestückungsautomaten zu gewährleisten.
Rollen-Spezifikationen:Die LEDs sind auf Rollen mit einem Durchmesser von 7 Zoll (178mm) verpackt. Jede Rolle enthält 2000 Stück. Die Mindestpackungsmenge für Restposten beträgt 500 Stück. Die Verpackung entspricht den ANSI/EIA-481-Spezifikationen. Hinweise geben an, dass leere Taschen versiegelt sind und maximal zwei aufeinanderfolgende fehlende Bauteile zulässig sind.

6. Löt- und Bestückungsrichtlinien

6.1 Infrarot-Reflow-Lötprofil

Das Bauteil ist mit Infrarot-Reflow-Lötprozessen kompatibel. Ein empfohlenes Profil, das mit J-STD-020B für bleifreies Löten konform ist, wird bereitgestellt. Zu den Schlüsselparametern dieses Profils gehören:
Vorwärmen:150-200°C.
Vorwärmzeit:Maximal 120 Sekunden.
Spitzentemperatur:Maximal 260°C.
Zeit oberhalb Liquidus:Kritisch für die ordnungsgemäße Lötstellenbildung (spezifische Zeit, bezogen auf die Profilkurve auf Seite 3).
Das Profil ist ein generisches Ziel; endgültige Leiterplattenprofile sollten basierend auf dem spezifischen Leiterplattendesign, der verwendeten Lötpaste und dem Ofen charakterisiert werden.

6.2 Handlöten (Lötkolben)

Falls Handlöten erforderlich ist, gelten die folgenden Grenzwerte:
Kolbentemperatur:Maximal 300°C.
Lötzeit:Maximal 3 Sekunden pro Lötstelle.
Handlöten sollte nur einmal durchgeführt werden, um thermische Belastung zu vermeiden.

6.3 Reinigung

Falls 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 wird empfohlen. Nicht spezifizierte Chemikalien können das Gehäuse beschädigen.

6.4 Lagerbedingungen

Eine ordnungsgemäße Lagerung ist unerlässlich, um die Lötbarkeit aufrechtzuerhalten, insbesondere für feuchtigkeitsempfindliche Bauteile.
Versiegelte Verpackung:Lagern bei ≤30°C und ≤70% relativer Luftfeuchtigkeit (RH). Die Haltbarkeit beträgt ein Jahr bei Lagerung in der original feuchtigkeitsgeschützten Beutel mit Trockenmittel.
Geöffnete Verpackung:Für Bauteile, die aus ihrem versiegelten Beutel entnommen wurden, sollte die Lagerumgebung 30°C und 60% RH nicht überschreiten. Es wird empfohlen, das IR-Reflow-Löten innerhalb von 168 Stunden (7 Tagen) nach der Entnahme abzuschließen. Für längere Lagerung sollten die Bauteile in einem versiegelten Behälter mit Trockenmittel oder in einem Stickstoff-Exsikkator aufbewahrt werden. Bauteile, die länger als 168 Stunden exponiert waren, sollten vor der Bestückung bei etwa 60°C für mindestens 48 Stunden getrocknet (gebaked) werden, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und ein \"Popcorning\" während des Reflow zu verhindern.

7. Anwendungsvorschläge und Designüberlegungen

7.1 Typische Anwendungsschaltungen

LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Die gebräuchlichste Ansteuerungsmethode ist die Verwendung eines seriellen strombegrenzenden Widerstands. Der Widerstandswert (R) wird mit dem Ohmschen Gesetz berechnet: R = (Vcc - VF) / IF, wobei Vcc die Versorgungsspannung, VF die LED-Durchlassspannung (für Zuverlässigkeit den Maximalwert aus dem Bin oder Datenblatt verwenden) und IF der gewünschte Durchlassstrom (z.B. 20mA) ist. Für mehrere LEDs gewährleistet eine Reihenschaltung identischen Strom durch jede LED und fördert so eine gleichmäßige Helligkeit. Eine Parallelschaltung ohne individuelle Widerstände wird nicht empfohlen, da geringe Unterschiede in VF zu erheblichen Stromungleichgewichten führen können.

7.2 Leiterplatten-Lötflächen-Design (Land Pattern)

Das Datenblatt enthält ein empfohlenes Lötflächenlayout für Infrarot- oder Dampfphasen-Reflow-Löten. Die Einhaltung dieser Empfehlung ist entscheidend für zuverlässige Lötstellen, korrekte Ausrichtung und die Minimierung von Tombstoning-Effekten. Das Lötflächendesign berücksichtigt thermische Masse und Lotvolumen.

7.3 Thermomanagement

Obwohl die Verlustleistung relativ gering ist (max. 72mW), kann ein ordnungsgemäßes thermisches Design auf der Leiterplatte dazu beitragen, niedrigere Sperrschichttemperaturen aufrechtzuerhalten, was den Lichtwirkungsgrad und die Langzeitzuverlässigkeit verbessert. Dies kann die Verwendung von Wärmeleitungen (Thermal Vias) oder die Sicherstellung einer ausreichenden Kupferfläche, die mit den LED-Lötflächen verbunden ist, umfassen.

7.4 Anwendungsbereich und Vorsichtsmaßnahmen

Die LED ist für den Einsatz in gewöhnlichen elektronischen Geräten wie Bürogeräten, Kommunikationsgeräten und Haushaltsgeräten vorgesehen. Für Anwendungen, die außergewöhnliche Zuverlässigkeit erfordern, bei denen ein Ausfall Leben oder Gesundheit gefährden könnte (z.B. Luftfahrt, Medizinsysteme, Sicherheitseinrichtungen), sind vor der Verwendung spezifische Beratung und Qualifizierung erforderlich.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Diese AlInGaP-Orange-LED bietet spezifische Vorteile. Im Vergleich zu älteren Technologien bietet AlInGaP einen höheren Wirkungsgrad und eine bessere Farbstabilität über Zeit und Temperatur. Der 120-Grad-Abstrahlwinkel ist für eine SMD-Indikator-LED bemerkenswert breit und bietet gute Sichtbarkeit aus schrägen Positionen. Ihre Kompatibilität mit Standard-IR-Reflow-Profilen für bleifreies Löten macht sie zu einer modernen, umweltfreundlichen Wahl, die für zeitgemäße Fertigungslinien geeignet ist. Die umfassende Binning-Struktur ermöglicht eine präzise Auswahl basierend auf Farb- und Helligkeitsanforderungen, was für Anwendungen, die visuelle Konsistenz über mehrere Indikatoren hinweg erfordern, entscheidend ist.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Mit welchem Strom sollte ich diese LED betreiben?
A: Die typische Prüfbedingung ist 20mA, und der maximale Dauerstrom beträgt 30mA. Für den allgemeinen Indikatorbetrieb und eine gute Lebensdauer ist ein Betrieb bei 20mA Standard. Verwenden Sie stets einen seriellen strombegrenzenden Widerstand.

F: Wie interpretiere ich den Lichtstärkewert?
A: Lichtstärke (mcd) ist ein Maß für die Helligkeit in einer bestimmten Richtung. Der Bereich von 140-450 mcd bei 20mA, kombiniert mit dem 120° Abstrahlwinkel, bedeutet, dass sie auf der Achse hell erscheint und über einen weiten Bereich sichtbar bleibt.

F: Kann ich diese LED im Freien verwenden?
A: Der Betriebstemperaturbereich von -40°C bis +85°C deutet darauf hin, dass sie einem breiten Spektrum an Umgebungsbedingungen standhalten kann. Das Gehäuse ist jedoch nicht speziell für Wasserdichtigkeit oder UV-Beständigkeit ausgelegt. Für den Außeneinsatz wären zusätzliche Umweltschutzmaßnahmen (Konformalbeschichtung, Gehäuse) erforderlich.

F: Warum sind die Lagerbedingungen so wichtig?
A: SMD-Gehäuse können Feuchtigkeit aus der Luft aufnehmen. Wenn ein feuchtes Bauteil den hohen Temperaturen des Reflow-Lötens ausgesetzt wird, kann die schnelle Verdampfung der Feuchtigkeit zu innerer Delamination oder Rissen (\"Popcorning\") führen, was zu einem Ausfall führt. Die Einhaltung der Lager- und Trocknungsrichtlinien verhindert dies.

10. Praktisches Design- und Anwendungsbeispiel

Szenario: Entwurf eines Statusanzeigepanels für einen Netzwerkrouter.
Das Panel benötigt mehrere orangefarbene LEDs, um verschiedene Verbindungs- und Aktivitätsstatus anzuzeigen. Einheitliche Farbe und Helligkeit sind für die Benutzererfahrung wichtig.
Designschritte:
1. Binning-Auswahl:Spezifizieren Sie Bins für die dominante Wellenlänge (z.B. Bin R: 606-609nm) und Lichtstärke (z.B. Bin T1: 280-355 mcd), um sicherzustellen, dass alle LEDs auf dem Panel identisch aussehen.
2. Schaltungsentwurf:Die Logikversorgung des Routers beträgt 3,3V. Unter Verwendung der maximalen VF von 2,4V (aus Bin D4) und eines Ziel-IF von 20mA berechnen Sie den Serienwiderstand: R = (3,3V - 2,4V) / 0,020A = 45 Ohm. Ein Standard-47-Ohm-Widerstand würde verwendet werden.
3. Leiterplatten-Layout:Verwenden Sie die empfohlenen Lötflächenabmessungen aus dem Datenblatt. Platzieren Sie die LEDs mit ausreichendem Abstand für den breiten 120° Abstrahlwinkel, um optische Übersprechung zu verhindern.
4. Bestückung:Stellen Sie sicher, dass die Fertigung das bereitgestellte J-STD-020B-Reflow-Profil einhält. Überprüfen Sie, dass Bauteile aus geöffneten Rollen innerhalb von 168 Stunden verwendet oder ordnungsgemäß getrocknet wurden.
5. Ergebnis:Ein Panel mit konsistent hellen, einheitlich gefärbten orangefarbenen Indikatoren, die aus einem weiten Blickwinkelbereich klar sichtbar sind.

11. Einführung in das Funktionsprinzip

Leuchtdioden sind Halbleiterbauelemente, die Licht durch Elektrolumineszenz emittieren. Wenn eine Durchlassspannung über den p-n-Übergang angelegt wird, rekombinieren Elektronen aus dem n-Typ-Material mit Löchern aus dem p-Typ-Material im aktiven Bereich. Diese Rekombination setzt Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts wird durch die Bandlückenenergie des verwendeten Halbleitermaterials bestimmt. In diesem Bauteil entspricht die Bandlücke des Verbindungshalbleiters AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) orangefarbenem Licht mit einer dominanten Wellenlänge im Bereich von 600-612 nm. Die wasserklare Epoxidharzlinse verkapselt den Halbleiterchip, bietet mechanischen Schutz und formt den Lichtaustritt, um den spezifizierten 120-Grad-Abstrahlwinkel zu erreichen.

12. Technologietrends

Die Entwicklung der LED-Technologie konzentriert sich weiterhin auf mehrere Schlüsselbereiche, die für Indikator-LEDs wie diese relevant sind. Effizienzverbesserungen (mehr Lichtausbeute pro elektrischer Eingangsleistung) sind ein anhaltender Trend, der potenziell ähnliche Helligkeit bei niedrigeren Treiberströmen ermöglicht, was den Stromverbrauch und die Wärmeentwicklung reduziert. Fortschritte bei Verpackungsmaterialien zielen darauf ab, die Langzeitzuverlässigkeit und Farbstabilität unter Hochtemperatur- und Hochfeuchtigkeitsbedingungen zu verbessern. Es gibt auch einen Trend zur weiteren Miniaturisierung von Gehäusen bei gleichzeitiger Beibehaltung oder Verbesserung der optischen Leistung. Darüber hinaus ist die Integration von Ansteuerelektronik oder Steuerungsfunktionen (wie eingebaute Stromregelung oder PWM-Dimmung) direkt in das LED-Gehäuse ein Entwicklungsbereich für anspruchsvollere Indikatoranwendungen, der die Schaltungsentwicklung für den Endbenutzer vereinfacht.