SMD LED LTST-S220KGKT Datenblatt - Seitenemittierender Chip - Grün (568nm) - 2,4V - 75mW - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt detailliert die technischen Spezifikationen einer hochhellen, seitlich emittierenden SMD (Surface Mount Device) LED. Das Bauteil nutzt einen fortschrittlichen AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) Halbleiterchip zur Erzeugung von grünem Licht. Es ist für automatisierte Bestückungsprozesse ausgelegt und mit Infrarot (IR) Reflow-Lötverfahren kompatibel, was es für die Serienfertigung geeignet macht. Das Gehäuse wird auf industrieüblichem 8-mm-Trägerband geliefert, das auf 7-Zoll-Spulen aufgewickelt ist.

1.1 Kernvorteile

• Hohe Helligkeit:Verfügt über einen ultrahellen AlInGaP-Chip für eine überlegene Lichtstärke.
• Seitenemission:Das Gehäuse ist für die Lichtabstrahlung von der Seite ausgelegt, ideal für Anwendungen, die seitliche Beleuchtung oder Statusanzeige in flachen Geräten erfordern.
• Fertigungskompatibel:Kompatibel mit automatischen Bestückungsgeräten und standardmäßigen IR-Reflow-Lötprofilen.
• Umweltkonformität:Das Produkt erfüllt die RoHS (Restriction of Hazardous Substances) Richtlinie.
• Zuverlässige Konstruktion:Verfügt über verzinnte Anschlüsse für gute Lötbarkeit und lange Lebensdauer.

1.2 Zielanwendungen

Diese LED ist für den Einsatz in Standard-Elektronikgeräten vorgesehen. Typische Anwendungen umfassen, sind aber nicht beschränkt auf:

• Hintergrundbeleuchtung für LCD-Panels in Unterhaltungselektronik.
• Status- und Anzeigeleuchten in Kommunikationsgeräten, Büroausstattung und Haushaltsgeräten.
• Panelbeleuchtung auf Automobil-Armaturenbrettern oder Bedienfeldern (für nicht-kritische Funktionen, abhängig von spezifischer Qualifikation).
• Jede Anwendung, die eine zuverlässige, helle, grüne seitlich emittierende Lichtquelle in einem kompakten SMD-Gehäuse erfordert.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Alle Parameter sind bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C spezifiziert, sofern nicht anders angegeben.

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Grenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb unter diesen Bedingungen ist nicht garantiert.

• Verlustleistung (Pd):75 mW. Dies ist die maximale Leistung, die das Gehäuse als Wärme abführen kann.
• Spitzen-Durchlassstrom (I_FP):80 mA. Dies ist der maximale Momentanstrom, nur zulässig unter gepulsten Bedingungen (1/10 Tastverhältnis, 0,1ms Pulsbreite).
• Dauer-Durchlassstrom (I_F):30 mA DC. Dies ist der maximal empfohlene Strom für Dauerbetrieb.
• Sperrspannung (V_R):5 V. Das Überschreiten dieser Spannung in Sperrrichtung kann den LED-Übergang beschädigen.
• Betriebstemperaturbereich:-30°C bis +85°C. Der Umgebungstemperaturbereich für zuverlässigen Betrieb.
• Lagertemperaturbereich:-40°C bis +85°C.
• Löttemperatur:Hält IR-Reflow-Lötung mit einer Spitzentemperatur von 260°C für bis zu 10 Sekunden stand.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Dies sind die typischen Leistungsparameter, gemessen unter Standard-Testbedingungen (I_F= 20mA).

• Lichtstärke (I_V):18,0 - 35,0 mcd (Millicandela). Die Menge des abgestrahlten sichtbaren Lichts, auf der Achse gemessen. Der tatsächliche Wert wird sortiert (siehe Abschnitt 3).
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):130 Grad. Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte ihres Spitzenwerts (auf der Achse) abfällt. Ein breiter 130°-Winkel zeigt ein breites, diffuses Abstrahlmuster an, das für Seitenbeleuchtung geeignet ist.
• Spitzenwellenlänge (λ_P):574 nm. Die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsverteilung maximal ist.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):568 nm. Dies ist die einzelne Wellenlänge, die die vom menschlichen Auge wahrgenommene Farbe der LED am besten repräsentiert, abgeleitet aus den CIE-Farbwertkoordinaten. Dies definiert die "grüne" Farbe.
• Spektrale Bandbreite (Δλ):15 nm. Die Breite des Emissionsspektrums bei halber maximaler Leistung (FWHM). Eine schmalere Bandbreite zeigt eine spektral reinere Farbe an.
• Durchlassspannung (V_F):2,0V - 2,4V. Der Spannungsabfall über der LED bei einem Betriebsstrom von 20mA. Dieser Parameter wird ebenfalls sortiert.
• Sperrstrom (I_R):10 μA (max). Der Leckstrom bei Anlegen von 5V in Sperrrichtung.

3. Erklärung des Sortiersystems

Um Konsistenz in der Serienfertigung zu gewährleisten, werden LEDs basierend auf Schlüsselparametern sortiert (gebinned). Dies ermöglicht es Konstrukteuren, Bauteile auszuwählen, die spezifische Anforderungen an Farbe, Helligkeit und Spannung erfüllen.

3.1 Sortierung der Durchlassspannung

Bins stellen sicher, dass LEDs in einer Schaltung ähnliche Spannungsabfälle haben, was eine gleichmäßige Helligkeit bei Parallelschaltung fördert. Die Toleranz innerhalb jedes Bins beträgt ±0,1V.

• Bin 4:1,90V - 2,00V
• Bin 5:2,00V - 2,10V
• Bin 6:2,10V - 2,20V
• Bin 7:2,20V - 2,30V
• Bin 8:2,30V - 2,40V

3.2 Sortierung der Lichtstärke

Bins kategorisieren LEDs nach ihrer Helligkeitsleistung. Die Toleranz innerhalb jedes Bins beträgt ±15%.

• Bin M:18,0 mcd - 28,0 mcd
• Bin N:28,0 mcd - 45,0 mcd
• Bin P:45,0 mcd - 71,0 mcd

3.3 Sortierung der dominanten Wellenlänge

Dies gewährleistet Farbkonsistenz. Die Toleranz innerhalb jedes Bins beträgt ±1nm.

• Bin C:567,5 nm - 570,5 nm
• Bin D:570,5 nm - 573,5 nm
• Bin E:573,5 nm - 576,5 nm

Die spezifische Artikelnummer LTST-S220KGKT impliziert eine Kombination dieser Bins (wahrscheinlich ein spezifischer V_F, I_V, und λ_d Bin).

4. Analyse der Leistungskurven

Während spezifische Diagramme im Datenblatt referenziert werden (z.B. Abb.1, Abb.5), basiert die folgende Analyse auf dem Standardverhalten von LEDs und den angegebenen Parametern.

4.1 Strom-Spannungs-Kennlinie (I-V)

Die Durchlassspannung (V_F) hat einen positiven Temperaturkoeffizienten und steigt logarithmisch mit dem Strom. Betrieb bei den typischen 20mA gewährleistet eine stabile Leistung innerhalb des spezifizierten V_F-Bereichs von 2,0-2,4V. Das Betreiben der LED über dem absoluten maximalen DC-Strom (30mA) hinaus erzeugt übermäßige Wärme, reduziert die Effizienz (Lichtausbeute) und verkürzt die Lebensdauer.

4.2 Temperaturabhängigkeit

AlInGaP LEDs zeigen Leistungsänderungen mit der Temperatur. Typischerweise nimmt die Lichtstärke mit steigender Sperrschichttemperatur ab. Der spezifizierte Betriebsbereich von -30°C bis +85°C definiert die Umgebungsbedingungen, unter denen die LED innerhalb ihrer veröffentlichten Spezifikationen funktionieren wird. Für optimale Lebensdauer und stabile Lichtleistung wird empfohlen, eine niedrigere Betriebstemperatur durch geeignetes PCB-Wärmemanagement zu gewährleisten.

4.3 Spektrale Verteilung

Mit einer dominanten Wellenlänge von 568nm und einer spektralen Bandbreite von 15nm emittiert diese LED ein relativ reines grünes Licht. Die Spitzenwellenlänge (574nm) ist etwas höher als die dominante Wellenlänge, was für grüne AlInGaP LEDs typisch ist. Der breite Abstrahlwinkel von 130° resultiert aus dem Gehäuselinsendesign, das das von dem seitlich emittierenden Chip abgegebene Licht streut.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen und Polarität

Die LED entspricht einer EIA-Standardgehäuseform für Seitenemitter-LEDs. Detaillierte Maßzeichnungen sind im Datenblatt enthalten, einschließlich Gehäuselänge, -breite, -höhe und Anschlussabstand. Die Kathode ist typischerweise durch eine visuelle Markierung auf dem Gehäuse gekennzeichnet, wie z.B. eine Kerbe, einen grünen Punkt oder einen kürzeren Anschluss. Die korrekte Polarität muss während der Bestückung beachtet werden, um Schäden zu vermeiden.

5.2 Empfohlenes Lötpad-Layout

Ein vorgeschlagenes Land Pattern (Lötpad-Design) für die Leiterplatte wird bereitgestellt, um zuverlässiges Löten und korrekte Ausrichtung zu gewährleisten. Die Einhaltung dieses Musters hilft, gute Lötfillet, mechanische Festigkeit und korrekte Positionierung der seitlich emittierenden Linse zu erreichen. Das Datenblatt schlägt auch eine optimale Ausrichtung für den Wellen- oder Reflow-Lötprozess vor, um potenzielle Lötfehler zu minimieren.

6. Löt- und Bestückungsrichtlinien

6.1 IR-Reflow-Lötprofil

Die LED ist für bleifreie Lötprozesse qualifiziert. Ein detailliertes Reflow-Temperaturprofil wird vorgeschlagen, das mit JEDEC-Standards konform ist. Schlüsselparameter umfassen:

• Vorwärmen:150-200°C für maximal 120 Sekunden, um die Baugruppe allmählich zu erwärmen und das Flussmittel zu aktivieren.
• Spitzentemperatur:Maximal 260°C.
• Zeit über Liquidus (TAL):Die Zeit innerhalb von 5°C der Spitzentemperatur sollte auf maximal 10 Sekunden begrenzt werden.
• Anzahl der Zyklen:Die LED kann unter diesen Bedingungen maximal zwei Reflow-Zyklen standhalten.

Es ist entscheidend zu beachten, dass das optimale Profil vom spezifischen PCB-Design, der Lotpaste und dem Ofen abhängt. Das bereitgestellte Profil dient als Ausgangspunkt, der für den tatsächlichen Produktionsaufbau validiert werden muss.

6.2 Handlötung

Falls Handlötung notwendig ist, muss äußerste Vorsicht walten:

• Verwenden Sie einen temperaturgeregelten Lötkolben, eingestellt auf maximal 300°C.
• Begrenzen Sie die Lötzeit pro Anschluss auf maximal 3 Sekunden.
• Wenden Sie die Wärme auf das PCB-Pad an, nicht direkt auf das LED-Gehäuse.
• Lassen Sie ausreichende Abkühlzeit zwischen den Lötstellen.

6.3 Reinigung

Falls eine Nachlötreinigung erforderlich ist, verwenden Sie nur spezifizierte Lösungsmittel, um die Kunststofflinse und das Gehäuse nicht zu beschädigen. Empfohlene Mittel sind Ethylalkohol oder Isopropylalkohol (IPA). Die LED sollte bei normaler Raumtemperatur für weniger als eine Minute eingetaucht werden. Aggressive oder nicht spezifizierte Chemikalien müssen vermieden werden.

6.4 Lagerung und Handhabung

ESD-Vorsichtsmaßnahmen:LEDs sind empfindlich gegenüber elektrostatischer Entladung (ESD). Angemessene ESD-Kontrollen müssen während der Handhabung vorhanden sein, einschließlich der Verwendung von geerdeten Handgelenkbändern, antistatischen Matten und leitfähigen Behältern.

Feuchtigkeitsempfindlichkeit:Das Gehäuse ist feuchtigkeitsempfindlich. Ungeöffnete Spulen (mit Trockenmittel versiegelt) sollten bei ≤30°C und ≤90% r.F. gelagert und innerhalb eines Jahres verwendet werden. Sobald die Originalverpackung geöffnet ist, sollten die LEDs bei ≤30°C und ≤60% r.F. gelagert werden. Für eine längere Lagerung außerhalb des Originalbeutels, lagern Sie sie in einem versiegelten Behälter mit Trockenmittel. Bauteile, die länger als eine Woche offen gelagert wurden, sollten vor dem Löten bei etwa 60°C für mindestens 20 Stunden getrocknet (gebaked) werden, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und "Popcorning" während des Reflows zu verhindern.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Trägerband- und Spulenspezifikationen

Die LEDs werden auf geprägtem Trägerband für die automatisierte Bestückung geliefert.

• Bandbreite:8 mm.
• Spulendurchmesser:7 Zoll (178 mm).
• Menge pro Spule:4000 Stück (Standard-Vollspule).
• Mindestpackmenge:500 Stück für Teilspulen oder Restposten.
• Verpackungsstandard:Entspricht ANSI/EIA-481 Spezifikationen.
• Deckband:Leere Taschen auf dem Trägerband werden mit einem Deckband versiegelt.

8. Anwendungshinweise und Designüberlegungen

8.1 Strombegrenzung

Eine LED ist ein stromgesteuertes Bauteil. Ein serieller strombegrenzender Widerstand ist zwingend erforderlich, wenn sie von einer Spannungsquelle gespeist wird. Der Widerstandswert kann mit dem Ohmschen Gesetz berechnet werden: R = (V_quelle- V_F) / I_F. Verwenden Sie stets die maximale V_F aus dem Datenblatt (2,4V) für ein Worst-Case-Design, um sicherzustellen, dass der Strom das gewünschte Niveau (z.B. 20mA) nicht überschreitet. Für Präzision oder Langzeitstabilität sollten Sie eine Konstantstrom-Treiberschaltung in Betracht ziehen.

8.2 Wärmemanagement

Obwohl die Verlustleistung gering ist (max. 75mW), ist effektives Wärmemanagement entscheidend für Zuverlässigkeit und die Aufrechterhaltung der Lichtleistung. Stellen Sie sicher, dass die Leiterplatte über ausreichende Kupferfläche verfügt, die mit dem thermischen Pad der LED (falls vorhanden) oder den Lötpads verbunden ist, um Wärme von der Sperrschicht abzuleiten. Vermeiden Sie es, die LED in der Nähe anderer wärmeerzeugender Komponenten zu platzieren.

8.3 Optisches Design

Die Seitenemission und der 130°-Abstrahlwinkel machen diese LED geeignet für Anwendungen, bei denen Licht parallel zur PCB-Oberfläche gelenkt werden muss, wie z.B. in eine Lichtleitplatte für randbeleuchtete Displays oder zur Beleuchtung benachbarter Komponenten. Berücksichtigen Sie das Linsenprofil und das Abstrahlmuster beim Entwurf von Lichtleitern, Diffusoren oder Blenden, um den gewünschten optischen Effekt zu erzielen.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu älteren Technologien wie GaP (Galliumphosphid) grünen LEDs bietet AlInGaP eine deutlich höhere Helligkeit und Effizienz. Im Vergleich zu InGaN (Indium-Gallium-Nitrid) basierten grünen LEDs bietet AlInGaP typischerweise eine überlegene Leistung im echten Grün- bis Gelbgrün-Spektrum (um 570nm) mit höherer Effizienz und stabilerer Wellenlänge über Temperatur und Strom. Das Seitenemitter-Gehäuse unterscheidet es von oben emittierenden LEDs und löst spezifische räumliche Einschränkungen im Design.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

10.1 Welchen Widerstand sollte ich mit einer 5V-Versorgung verwenden?

Unter Verwendung der maximalen V_F von 2,4V und einem Ziel-I_F von 20mA: R = (5V - 2,4V) / 0,02A = 130 Ohm. Der nächstgelegene Standardwert ist 130Ω oder 150Ω. Ein 150Ω-Widerstand würde einen etwas geringeren Strom ergeben, was sicher ist und Strom spart.

10.2 Kann ich diese LED ohne einen strombegrenzenden Widerstand betreiben?

Nein. Das direkte Anschließen einer LED an eine Spannungsquelle führt zu übermäßigem Stromfluss, der das Bauteil schnell überhitzt und zerstört. Ein Serienwiderstand oder eine Konstantstromschaltung ist immer erforderlich.

10.3 Warum gibt es ein Sortiersystem?

Die Halbleiterfertigung weist natürliche Schwankungen auf. Das Sortieren (Binning) teilt LEDs in Gruppen mit eng kontrollierten Parametern (Farbe, Helligkeit, Spannung) ein, was es Konstrukteuren ermöglicht, Bauteile mit konsistenter Leistung für ihre Anwendung zu beziehen und so ein einheitliches Erscheinungsbild und Funktion im Endprodukt sicherzustellen.

10.4 Wie identifiziere ich die Kathode?

Beziehen Sie sich auf die Gehäusezeichnung im Datenblatt. Für dieses Seitenemitter-Gehäuse ist die Kathode typischerweise durch einen grünen Punkt auf der Oberseite des Gehäuses oder eine Kerbe/Fase an einem Ende des Gehäuses markiert. Der mit der Kathode verbundene Anschluss kann auch etwas kürzer sein.

11. Praktisches Anwendungsbeispiel

Szenario: Statusanzeige an einem tragbaren Gerät

Ein Konstrukteur entwickelt einen schlanken Handscanner. Er benötigt eine energieeffiziente, helle grüne Leuchte, um den "Bereit"-Status anzuzeigen. Der Platz am Rand der Hauptplatine ist extrem begrenzt.

Lösung:Der LTST-S220KGKT ist eine ideale Wahl. Seine Seitenemission ermöglicht es, ihn flach auf der PCB zu montieren, wobei seine Linse direkt am Platinenrand positioniert ist. Ein kleiner Lichtleiter oder ein klares Fenster im Gehäuse kann das Licht nach außen leiten. Der Konstrukteur betreibt ihn mit 15mA (unterhalb der typischen 20mA) über einen GPIO-Pin eines Mikrocontrollers mit einem Serienwiderstand, spart so Batterielebensdauer und bietet dennoch ausreichende Helligkeit. Die Kompatibilität mit Reflow-Lötung vereinfacht die automatisierte Bestückung der gesamten Leiterplatte.

12. Einführung in das Technologieprinzip

Diese LED basiert auf AlInGaP-Halbleitertechnologie. Der Chip besteht aus Schichten von Aluminium-, Indium-, Gallium- und Phosphid-Legierungen, die epitaktisch auf einem Substrat gewachsen sind. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, werden Elektronen und Löcher in den aktiven Bereich injiziert, wo sie rekombinieren und Energie in Form von Photonen (Licht) freisetzen. Die spezifische Zusammensetzung der AlInGaP-Legierung bestimmt die Bandlückenenergie, die direkt die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts definiert – in diesem Fall Grün bei 568nm. Das Seitenemitter-Gehäuse beinhaltet den auf einem Leadframe montierten, drahtgebondeten und in eine geformte Kunststofflinse eingekapselten Chip, die den Lichtaustritt formt.

13. Branchentrends und Entwicklungen

Der allgemeine Trend in der LED-Technologie geht hin zu höherer Effizienz (mehr Lumen pro Watt), erhöhter Leistungsdichte sowie besserer Farbkonsistenz und -steuerung. Für Anzeige- und Hintergrundbeleuchtungsanwendungen schreitet die Miniaturisierung voran, während die optische Leistung beibehalten oder verbessert wird. Es wird auch ein stärkerer Fokus auf breitere Betriebstemperaturbereiche und verbesserte Zuverlässigkeit für Automobil- und Industrieanwendungen gelegt. Während dieses spezifische Bauteil eine ausgereifte und zuverlässige Technologie darstellt, treiben laufende Materialwissenschaften und Gehäuseinnovationen weiterhin die Grenzen des Möglichen in der Festkörperbeleuchtung und -anzeige voran.