Technisches Datenblatt für Reverse-Mount SMD LED LTST-C21KGKT - Grün AlInGaP - 20mA - 2,4V

1. Produktübersicht

Dieses Dokument enthält die vollständigen technischen Spezifikationen für eine hochhelle, rückseitig montierbare Oberflächenmontage-Leuchtdiode (SMD LED). Das Bauteil nutzt einen Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP) Halbleiterchip zur Erzeugung von grünem Licht. Es ist für automatisierte Bestückungsprozesse ausgelegt und entspricht der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe), wodurch es eine umweltfreundliche Komponente für die moderne Elektronikfertigung darstellt.

Die Hauptanwendung dieser LED liegt in der Hintergrundbeleuchtung, als Statusanzeige und für die Panelbeleuchtung, wo auf der Oberseite einer Leiterplatte (PCB) nur begrenzt Platz zur Verfügung steht. Ihr Reverse-Mount-Design ermöglicht es, sie auf der gegenüberliegenden Seite der Platine zu löten, von der aus das Licht austritt, was innovative und platzsparende Produktdesigns ermöglicht.

2. Detaillierte technische Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Das Bauteil darf nicht über diese Grenzwerte hinaus betrieben werden, um dauerhafte Schäden zu vermeiden. Zu den wichtigsten Grenzwerten gehört ein maximaler Dauer-Durchlassstrom (I_F) von 30 mA bei einer Umgebungstemperatur (T_a) von 25°C. Die Verlustleistung ist mit 75 mW angegeben. Für den Impulsbetrieb ist ein Spitzen-Durchlassstrom von 80 mA bei einem Tastverhältnis von 1/10 und einer Impulsbreite von 0,1 ms zulässig. Die maximale Sperrspannung (V_R) beträgt 5 V. Der Betriebs- und Lagertemperaturbereich liegt zwischen -55°C und +85°C.

Die Lötbedingungen sind kritisch: Wellen- oder Infrarot-Reflow-Löten sollte 260°C für nicht mehr als 5 Sekunden überschreiten, während Dampfphasenlöten 215°C für nicht mehr als 3 Minuten überschreiten sollte. Für Umgebungstemperaturen über 50°C gilt ein linearer Derating-Faktor von 0,4 mA/°C für den Durchlassstrom.

2.2 Elektro-optische Kenngrößen

Gemessen bei T_a=25°C und einem Durchlassstrom (I_F) von 20 mA werden die wichtigsten Leistungsparameter definiert.

• Lichtstärke (I_V):Liegt zwischen einem Minimum von 28,0 mcd und einem Maximum von 180,0 mcd. Der typische Wert ist in der Übersichtstabelle nicht angegeben, was darauf hindeutet, dass er vom spezifischen Bin-Code abhängt (siehe Abschnitt 3). Die Messung folgt der CIE-Photopischen Augenempfindlichkeitskurve.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):Definiert als 70 Grad. Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte des auf der Mittelachse gemessenen Wertes abfällt.
• Spitzenwellenlänge (λ_P):Beträgt etwa 574 nm. Dies ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsverteilung ihr Maximum erreicht.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):Liegt bei I_F=20mA im Bereich von 567,5 nm bis 576,5 nm. Dies ist die einzelne Wellenlänge, die vom menschlichen Auge wahrgenommen wird und die Farbe des Lichts definiert, abgeleitet aus dem CIE-Farbtafeldiagramm.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):Beträgt etwa 15 nm. Dies gibt die spektrale Reinheit des grünen Lichts an.
• Durchlassspannung (V_F):Liegt bei I_F=20mA im Bereich von 1,80 V bis 2,40 V.
• Sperrstrom (I_R):Maximal 10 μA bei V_R=5V.
• Kapazität (C):Typischerweise 40 pF gemessen bei 0 V Vorspannung und 1 MHz Frequenz.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um Farb- und Helligkeitskonstanz in der Produktion zu gewährleisten, werden LEDs in Bins sortiert. Dieses Produkt verwendet zwei unabhängige Binning-Kriterien.

3.1 Binning der Lichtstärke

Die Einheit ist Millicandela (mcd) bei I_F=20mA. Die Bins sind:

• Code N:28,0 mcd (Min) bis 45,0 mcd (Max)
• Code P:45,0 mcd bis 71,0 mcd
• Code Q:71,0 mcd bis 112,0 mcd
• Code R:112,0 mcd bis 180,0 mcd

Innerhalb jedes Helligkeits-Bins gilt eine Toleranz von ±15%.

3.2 Binning der dominanten Wellenlänge

Die Einheit ist Nanometer (nm) bei I_F=20mA. Die Bins sind:

• Code C:567,5 nm (Min) bis 570,5 nm (Max)
• Code D:570,5 nm bis 573,5 nm
• Code E:573,5 nm bis 576,5 nm

Innerhalb jedes Wellenlängen-Bins gilt eine enge Toleranz von ±1 nm. Die vollständige Artikelnummer enthält diese Bin-Codes, um die genaue Leistung zu spezifizieren.

4. Analyse der Kennlinien

Während spezifische Graphen im bereitgestellten Text erwähnt, aber nicht detailliert werden, würden typische Kurven für solche Bauteile umfassen:

• I-V (Strom-Spannungs-) Kennlinie:Zeigt den exponentiellen Zusammenhang zwischen Durchlassspannung und Strom. Die Kurve weist eine spezifische Kniespannung von etwa 1,8-2,4V auf.
• Lichtstärke vs. Durchlassstrom:Zeigt, dass die Lichtausbeute mit dem Strom zunimmt, jedoch nicht unbedingt linear, insbesondere bei höheren Strömen aufgrund von Erwärmungseffekten.
• Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Zeigt die Abnahme der Lichtausbeute mit steigender Sperrschichttemperatur. AlInGaP-LEDs haben typischerweise einen negativen Temperaturkoeffizienten für die Lichtausbeute.
• Spektrale Verteilung:Eine Darstellung der relativen Leistung über die Wellenlängen, mit einem Maximum bei etwa 574 nm und einer Halbwertsbreite von etwa 15 nm.
• Abstrahlcharakteristik:Ein Polardiagramm, das die Winkelverteilung der Lichtintensität veranschaulicht, die für diesen Gehäusetyp typischerweise lambertisch oder seitlich abstrahlend geformt ist.

Diese Kurven sind für Designer unerlässlich, um die Leistung unter nicht standardmäßigen Betriebsbedingungen vorherzusagen.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die LED entspricht einer EIA-Standard-SMD-Gehäuseform. Alle kritischen Abmessungen (Gehäuselänge, -breite, -höhe, Anschlussabstand usw.) werden in millimeterbasierten Zeichnungen mit einer Standardtoleranz von ±0,10 mm angegeben, sofern nicht anders vermerkt. Die Linse ist als "Wasserklar" spezifiziert.

5.2 Polaritätskennzeichnung und Lötflächenlayout

Das Bauteil hat Anoden- und Kathodenanschlüsse. Das Datenblatt enthält ein empfohlenes Lötflächen-Layoutdiagramm für das PCB-Design. Die Einhaltung dieser Abmessungen ist entscheidend für eine zuverlässige Lötstelle, korrekte Ausrichtung und effektive Wärmeableitung während des Reflow-Prozesses. Das Lötflächen-Design hilft auch, das "Tombstoning" (Aufstellen der Komponente auf einer Seite) während des Lötens zu verhindern.

6. Löt- und Bestückungsrichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofile

Es werden zwei vorgeschlagene Infrarot (IR) Reflow-Profile bereitgestellt: eines für den Standard-Zinn-Blei (SnPb) Lötprozess und eines für den bleifreien (Pb-free) Lötprozess, typischerweise mit SAC (Sn-Ag-Cu) Legierungen. Das bleifreie Profil erfordert eine höhere Spitzentemperatur (bis zu 260°C), muss jedoch die Zeit oberhalb der Liquidustemperatur sorgfältig kontrollieren, um Schäden am Epoxid-Gehäuse der LED zu verhindern. Vorwärmphasen sind entscheidend, um thermischen Schock zu minimieren.

6.2 Lagerung und Handhabung

LEDs sind feuchtigkeitsempfindliche Bauteile. Für eine längere Lagerung außerhalb der original Feuchtigkeitssperrbeutel sollten sie in einer Umgebung von maximal 30°C und 70% relativer Luftfeuchtigkeit aufbewahrt werden. Wenn sie unverpackt länger als eine Woche gelagert wurden, wird vor dem Löten ein Ausheizen bei etwa 60°C für mindestens 24 Stunden empfohlen, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und "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. Nicht spezifizierte oder aggressive Chemikalien können die Kunststofflinse und das Gehäusematerial beschädigen.

6.4 Schutz vor elektrostatischer Entladung (ESD)

Die LED ist anfällig für Schäden durch elektrostatische Entladung. Während der Handhabung und Bestückung müssen geeignete ESD-Schutzmaßnahmen getroffen werden:

• Verwendung von geerdeten Handgelenkbändern und antistatischen Matten.
• Sicherstellen, dass alle Geräte und Arbeitsplätze ordnungsgemäß geerdet sind.
• Erwägen Sie den Einsatz eines Ionisators, um statische Aufladungen zu neutralisieren, die sich auf der Kunststofflinse ansammeln können.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

Die LEDs werden in industrieüblicher Verpackung geliefert, um die automatisierte Bestückung zu erleichtern.

• Tape and Reel:Die Bauteile sind in 8 mm breiter, geprägter Trägerbahn platziert.
• Rollen-Größe:Auf 7-Zoll (178 mm) Durchmesser Rollen montiert.
• Stückzahl:Eine Standardrolle enthält 3000 Stück. Eine Mindestbestellmenge von 500 Stück ist für Restbestände verfügbar.
• Verpackungsstandards:Entspricht den ANSI/EIA-481-1-A Spezifikationen. Die Trägerbahn hat einen Deckfolienverschluss, und maximal zwei aufeinanderfolgende leere Taschen sind zulässig.

Die vollständige Artikelnummer (z.B. LTST-C21KGKT) kodiert die spezifischen Eigenschaften, einschließlich der Bin-Codes für Lichtstärke und dominante Wellenlänge.

8. Anwendungshinweise und Design-Überlegungen

8.1 Ansteuerschaltungs-Design

LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Für einen stabilen und gleichmäßigen Betrieb, insbesondere beim parallelen Betrieb mehrerer LEDs, wird ein serieller strombegrenzender Widerstand für jede LEDdringend empfohlen(Schaltungsmodell A). Der direkte Parallelbetrieb von LEDs ohne individuelle Widerstände (Schaltungsmodell B) wird aufgrund von Schwankungen der Durchlassspannung (V_F) von Bauteil zu Bauteil nicht empfohlen. Diese Schwankungen können zu erheblichen Unterschieden in der Stromaufteilung führen, was zu ungleichmäßiger Helligkeit und möglicher Überlastung der LED mit der niedrigsten V_F.

Der Wert des Serienwiderstands (R_s) kann mit dem Ohmschen Gesetz berechnet werden: R_s= (V_Versorgung- V_F) / I_F, wobei I_Fder gewünschte Betriebsstrom (z.B. 20 mA) und V_Fdie typische oder maximale Durchlassspannung aus dem Datenblatt ist.

8.2 Thermomanagement

Obwohl die Verlustleistung relativ gering ist (max. 75 mW), ist ein effektives Thermomanagement dennoch wichtig, um langfristige Zuverlässigkeit und konstante Lichtausbeute zu gewährleisten. Die Lichtausbeute der LED nimmt mit steigender Sperrschichttemperatur ab. Eine gute Wärmeleitung von den Lötflächen der LED zu den Kupferebenen der Leiterplatte hilft, Wärme abzuführen. Vermeiden Sie den Betrieb an den absoluten Maximalgrenzen für Strom und Temperatur über längere Zeiträume.

8.3 Anwendungsbereich und Grenzen

Diese Komponente ist für elektronische Geräte des allgemeinen Gebrauchs wie Unterhaltungselektronik, Büroautomationsgeräte und Kommunikationsgeräte ausgelegt. Sie ist nicht speziell für Anwendungen entwickelt oder qualifiziert, bei denen ein Ausfall zu direkten Sicherheitsrisiken führen könnte (z.B. Flugsteuerung, medizinische Lebenserhaltungssysteme, Verkehrssicherheitssysteme). Für solche Hochzuverlässigkeitsanwendungen ist eine Konsultation mit dem Hersteller für spezialisierte Produkte erforderlich.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die wichtigsten Unterscheidungsmerkmale dieser LED sind ihreReverse-Mount-Fähigkeit und die Verwendung einesAlInGaP-Chips für grüne Emission.

• Reverse-Mount vs. Standard Top-View SMD:Dies ermöglicht es, die LED auf der Unterseite einer PCB zu montieren, während das Licht durch eine Bohrung oder einen Lichtleiter scheint, wodurch wertvolle Fläche auf der Oberseite für andere Komponenten frei wird. Es ermöglicht schlankere Produktdesigns.
• AlInGaP vs. Traditionelles GaP oder InGaN:Die AlInGaP-Technologie bietet für rote, orange, gelbe und grüne Wellenlängen eine höhere Effizienz und bessere Temperaturstabilität im Vergleich zu älteren Technologien. Sie bietet typischerweise höhere Helligkeit und gesättigtere Farbpunkte.
• Wasserklares Linsengehäuse:Liefert die wahre Farbe des Chips ohne Diffusion, was im Vergleich zu diffundierenden Linsen zu einem fokussierteren und intensiveren Strahlprofil führt.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F1: Was ist der Unterschied zwischen Spitzenwellenlänge und dominanter Wellenlänge?

A1: Die Spitzenwellenlänge (λ_P) ist die physikalische Wellenlänge, bei der die LED die meiste optische Leistung emittiert. Die dominante Wellenlänge (λ_d) ist ein berechneter Wert basierend auf der menschlichen Farbwahrnehmung (CIE-Diagramm), der die wahrgenommene Farbe am besten repräsentiert. Für eine monochromatische grüne LED liegen sie oft nahe beieinander, aber λ_dist der relevantere Parameter für das Farbabgleich.

F2: Kann ich diese LED mit 30 mA Dauerstrom betreiben?

A2: Während der absolute Maximalwert 30 mA DC beträgt, wird die optimale Leistung für Langlebigkeit und stabile Lichtausbeute typischerweise bei oder unterhalb des Teststroms von 20 mA erreicht. Der Betrieb bei 30 mA erzeugt mehr Wärme, verringert die Effizienz und kann die Lebensdauer verkürzen. Konsultieren Sie stets die Derating-Richtlinien für erhöhte Temperaturen.

F3: Wie interpretiere ich die Bin-Codes in der Artikelnummer?

A3: Das Suffix der Artikelnummer enthält Codes, die das Lichtstärke-Bin (z.B. R für höchste Ausgangsleistung) und das dominante Wellenlängen-Bin (z.B. D für mittleres Grün) spezifizieren. Die Auswahl der geeigneten Bin-Codes ist entscheidend für Anwendungen, die eine konsistente Helligkeit und Farbe über mehrere LEDs hinweg erfordern.

F4: Ist diese LED für Wellenlöten geeignet?

A4: Ja, das Datenblatt gibt eine Wellenlötbedingung von 260°C für maximal 5 Sekunden an. Reflow-Löten ist jedoch die bevorzugte und gebräuchlichste Methode für SMD-Komponenten wie diese.

11. Design- und Anwendungsfallstudie

Szenario: Design einer Statusanzeige für ein tragbares Medizingerät.

Das Gerät benötigt eine helle, eindeutige grüne "Eingeschaltet/Bereit"-Anzeige. Der Platz auf der oberen Bedienfläche ist extrem begrenzt. Eine Reverse-Mount LED wird gewählt. Sie wird auf der Unterseite der Hauptplatine platziert. Eine kleine, präzise gebohrte Öffnung in der oberen Abdeckung lässt das Licht durchscheinen. Ein Lichtleiter oder ein einfaches Loch-Design kann verwendet werden. Die Ansteuerschaltung verwendet eine 3,3V-Versorgung. Berechnung des Serienwiderstands: R_s= (3,3V - 2,2V_typ) / 0,020A = 55 Ohm. Ein 56 Ohm Standardwert-Widerstand wird gewählt. Um Farbkonstanz über alle Einheiten hinweg sicherzustellen, werden LEDs aus demselben Wellenlängen-Bin (z.B. Code D) in der Stückliste spezifiziert.

12. Einführung in das Technologieprinzip

Diese LED basiert auf Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (Al_xIn_yGa_1-x-yP) Halbleitermaterial, das auf einem Substrat gewachsen wird. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich des Chips und setzen Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Das spezifische Verhältnis von Aluminium, Indium und Gallium im Kristallgitter bestimmt die Bandlückenenergie, die direkt die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts definiert. Für grüne Emission wird eine spezifische Zusammensetzung verwendet, um eine Bandlücke zu erreichen, die Licht um 570-580 nm entspricht. Das AlInGaP-Materialsystem ist für seine hohe interne Quanteneffizienz im rot-grünen Spektralbereich bekannt.

13. Branchentrends und Entwicklungen

Der Trend bei SMD-LEDs für Anzeige- und Hintergrundbeleuchtungsanwendungen geht weiterhin in Richtung höherer Effizienz, kleinerer Gehäuse und größerer Zuverlässigkeit. Es gibt einen starken Drang zur Verbesserung der Leistung in bleifreien und Hochtemperatur-Reflow-Lötprozessen. Die Nachfrage nach präziser Farbkontrolle und engerem Binning nimmt zu, insbesondere in Anwendungen, bei denen Farbabgleich über Displays oder Panels hinweg kritisch ist. Darüber hinaus ist die Integration von LEDs mit eingebauter Stromregelung oder Steuerschaltungen (wie IC-gesteuerte LEDs) ein wachsender Trend, um das Design zu vereinfachen und die Leistungskonsistenz zu verbessern, obwohl es sich bei dieser speziellen Komponente um eine Standard-Diskret-LED handelt.