LTST-S110KRKT SMD LED Datenblatt - Seitenansicht - Rot - 20mA - 2,4V - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTST-S110KRKT ist eine oberflächenmontierbare (SMD) Leuchtdiode (LED), die für Anwendungen konzipiert ist, die eine seitlich emittierende Lichtquelle erfordern. Ihre Hauptanwendung liegt in LCD-Hintergrundbeleuchtungsmodulen, bei denen der Platz begrenzt ist und das Licht seitlich gerichtet werden muss. Das Bauteil nutzt einen Ultra-Hell-AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) Halbleiterchip, der für seine hohe Effizienz und Helligkeit im roten Farbspektrum bekannt ist. Das Gehäuse ist wasserklar, was eine maximale Lichtausbeute ohne Farbstich durch das Linsenmaterial ermöglicht.

Zu den Hauptvorteilen dieser LED gehört ihre Konformität mit der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe), was sie zu einem umweltfreundlichen "Grünen Produkt" macht. Sie ist auf 8 mm breitem Band verpackt, das auf 7-Zoll (178 mm) Spulen aufgewickelt ist, und ist mit der standardmäßigen EIA-Verpackung und automatischen Bestückungsgeräten kompatibel. Diese Kompatibilität gewährleistet eine effiziente Serienfertigung. Das Bauteil ist zudem für gängige Lötprozesse ausgelegt, einschließlich Infrarot- (IR) und Dampfphasenreflow, die in der modernen Elektronikmontage Standard sind.

2. Absolute Grenzwerte

Die absoluten Grenzwerte definieren die Grenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Diese Werte gelten bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C. Der maximale Dauerstrom (DC) beträgt 30 mA. Für den Pulsbetrieb ist unter bestimmten Bedingungen ein Spitzenstrom von 80 mA zulässig: ein Tastverhältnis von 1/10 und eine Pulsbreite von 0,1 ms. Die maximale Verlustleistung beträgt 75 mW. Um einen zuverlässigen Betrieb bei höheren Temperaturen zu gewährleisten, wird ab 50°C linear ein Derating-Faktor von 0,4 mA/°C angewendet. Das bedeutet, dass der zulässige Durchlassstrom mit steigender Temperatur über 50°C hinaus abnimmt.

Das Bauteil hält eine Sperrspannung von bis zu 5 V aus. Der Betriebs- und Lagertemperaturbereich liegt zwischen -55°C und +85°C, was die Eignung für eine Vielzahl von Umgebungsbedingungen anzeigt. Beim Löten toleriert die LED Wellenlöten bei 260°C für 5 Sekunden, Infrarotreflow bei 260°C für 5 Sekunden und Dampfphasenreflow bei 215°C für 3 Minuten. Die Einhaltung dieser Grenzwerte ist entscheidend, um die Integrität des Bauteils während des Montageprozesses zu erhalten.

3. Elektro-optische Eigenschaften

Die elektro-optischen Eigenschaften werden bei Ta=25°C und einem Betriebsstrom (IF) von 20 mA gemessen, was der Standardtestbedingung entspricht. Die Lichtstärke (Iv), ein Maß für die wahrgenommene Helligkeit, hat einen typischen Wert von 54,0 Millicandela (mcd) mit einem Minimum von 18,0 mcd. Der Abstrahlwinkel (2θ1/2), definiert als der volle Winkel, bei dem die Intensität auf die Hälfte ihres axialen Wertes abfällt, beträgt 130 Grad und bietet somit ein sehr breites Strahlprofil, das sich für die Hintergrundbeleuchtung eignet.

Die Peak-Emissionswellenlänge (λP) beträgt 639 Nanometer (nm) und liegt damit im roten Bereich des sichtbaren Spektrums. Die dominante Wellenlänge (λd), die die wahrgenommene Farbe definiert, beträgt 631 nm. Die spektrale Halbwertsbreite (Δλ) beträgt 20 nm und gibt die spektrale Reinheit des emittierten Lichts an. Die Durchlassspannung (VF) beträgt typischerweise 2,4 V mit einem Maximum von 2,4 V bei 20 mA. Der Sperrstrom (IR) beträgt maximal 10 Mikroampere (μA) bei einer Sperrspannung (VR) von 5 V. Die Bauteilkapazität (C) beträgt 40 Picofarad (pF), gemessen bei Nullvorspannung und einer Frequenz von 1 MHz.

4. Binning-System

Die Lichtstärke der LEDs wird in Bins kategorisiert, um eine gleichmäßige Helligkeit für Produktionsanwendungen sicherzustellen. Das Binning basiert auf den bei 20 mA gemessenen Minimal- und Maximalwerten der Lichtstärke. Die Bincodes und ihre entsprechenden Bereiche sind wie folgt: Bin M (18,0-28,0 mcd), Bin N (28,0-45,0 mcd), Bin P (45,0-71,0 mcd), Bin Q (71,0-112,0 mcd) und Bin R (112,0-180,0 mcd). Auf jedes Intensitäts-Bin wird eine Toleranz von +/- 15 % angewendet. Dieses System ermöglicht es Konstrukteuren, LEDs mit einem garantierten Helligkeitsbereich für ihre spezifische Anwendung auszuwählen und so eine gleichmäßige Ausleuchtung bei Verwendung mehrerer LEDs sicherzustellen.

5. Löt- und Montagerichtlinien

5.1 Reflow-Lötprofile

Das Datenblatt enthält vorgeschlagene Infrarot- (IR) Reflow-Profile sowohl für Standard- (Zinn-Blei) als auch für bleifreie Lötprozesse. Für den bleifreien Prozess, der typischerweise SnAgCu-Lötpaste verwendet, muss das Profil zwischen der Montagelinie und der Hitzebeständigkeitslinie des Bauteils bleiben. Die Einhaltung dieser Temperatur-Zeit-Profile ist entscheidend, um thermische Schäden am LED-Gehäuse wie Delamination oder Rissbildung zu verhindern und gleichzeitig eine ordnungsgemäße Lötstellenbildung sicherzustellen.

5.2 Reinigung

Die Reinigung der LEDs nach dem Löten erfordert Vorsicht. Nicht spezifizierte chemische Flüssigkeiten sollten nicht verwendet werden, da sie das Kunststoffgehäuse beschädigen können. Falls eine Reinigung erforderlich ist, wird empfohlen, die LED bei normaler Raumtemperatur für weniger als eine Minute in Ethylalkohol oder Isopropylalkohol zu tauchen. Längere Einwirkzeiten oder die Verwendung aggressiver Lösungsmittel können das Linsenmaterial oder den Epoxid-Verguss schädigen.

5.3 Lagerung und Handhabung

Für die Langzeitlagerung sollten LEDs in einer Umgebung mit nicht mehr als 30°C und 70 % relativer Luftfeuchtigkeit aufbewahrt werden. Wenn sie aus ihrer ursprünglichen feuchtigkeitssperrenden Verpackung entnommen wurden, sollten LEDs innerhalb einer Woche einem IR-Reflow-Lötprozess unterzogen werden. Für eine Lagerung von mehr als einer Woche außerhalb der Originalverpackung sollten sie in einem verschlossenen Behälter mit Trockenmittel oder in einer Stickstoffatmosphäre aufbewahrt werden. LEDs, die auf diese Weise länger als eine Woche gelagert wurden, müssen vor der Montage etwa 24 Stunden lang bei ca. 60°C getrocknet (gebrannt) werden, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und ein "Popcorning" während des Reflow-Prozesses zu verhindern.

6. Mechanische und Verpackungsinformationen

Die LED wird im Band- und Spulenformat geliefert, das mit der automatischen Montage kompatibel ist. Die Bandbreite beträgt 8 mm, und es ist auf einer Standardspule mit 7 Zoll (178 mm) Durchmesser aufgewickelt. Jede Spule enthält 3000 Stück. Für Mengen unter einer vollen Spule ist eine Mindestpackmenge von 500 Stück für Restposten festgelegt. Die Verpackung folgt den ANSI/EIA 481-1-A-1994-Spezifikationen. Leere Bauteiltaschen auf dem Band sind mit einem Deckband versiegelt. Die maximal zulässige Anzahl aufeinanderfolgender fehlender Bauteile (leerer Taschen) beträgt zwei, um die Zuführzuverlässigkeit in automatischen Maschinen sicherzustellen. Detaillierte Maßzeichnungen für das Band, die Spule und das vorgeschlagene Lötpad-Layout auf der Leiterplatte sind enthalten, um das Leiterplattendesign und die Einrichtung des Montageprozesses zu unterstützen.

7. Anwendungshinweise und Designüberlegungen

7.1 Treiberschaltungsdesign

LEDs sind strombetriebene Bauteile. Um eine gleichmäßige Helligkeit beim parallelen Betrieb mehrerer LEDs sicherzustellen, wird dringend empfohlen, einen strombegrenzenden Widerstand in Reihe mit jeder LED zu verwenden (Schaltungsmodell A). Der direkte Parallelbetrieb von LEDs ohne individuelle Widerstände (Schaltungsmodell B) wird nicht empfohlen. Geringe Schwankungen in der Durchlassspannung (VF) zwischen einzelnen LEDs können zu erheblichen Stromungleichgewichten führen, was zu sichtbaren Helligkeitsunterschieden und möglicherweise zur Überlastung einiger Bauteile führt.

7.2 Schutz vor elektrostatischer Entladung (ESD)

Die LED ist empfindlich gegenüber elektrostatischer Entladung (ESD) und Spannungsspitzen, die sofortige oder latente Schäden verursachen können. Um ESD-Schäden zu verhindern, müssen geeignete Handhabungsverfahren befolgt werden: Personal sollte leitfähige Handgelenkbänder oder antistatische Handschuhe verwenden. Alle Geräte, Arbeitsplätze und Lagerregale müssen ordnungsgemäß geerdet sein. Ein Ionisator (Ionenbläser) kann verwendet werden, um statische Aufladungen zu neutralisieren, die sich durch Reibung während der Handhabung auf der Kunststofflinse ansammeln können. ESD-geschädigte LEDs können ein abnormales Verhalten wie reduzierte Lichtleistung, erhöhten Leckstrom oder vollständigen Ausfall zeigen.

7.3 Anwendungsbereich und Zuverlässigkeit

Diese LEDs sind für den Einsatz in gewöhnlichen elektronischen Geräten bestimmt, einschließlich Bürogeräten, Kommunikationsgeräten und Haushaltsgeräten. Für Anwendungen, die eine außergewöhnliche Zuverlässigkeit erfordern, bei deren Ausfall Leben oder Gesundheit gefährdet wären – wie in der Luftfahrt, im Transportwesen, in Medizinsystemen oder Sicherheitseinrichtungen – sind vor der Verwendung zusätzliche Beratung und Qualifizierung erforderlich.

8. Leistungskurven und typische Eigenschaften

Das Datenblatt verweist auf typische Leistungskurven, die die Beziehung zwischen verschiedenen Parametern grafisch darstellen. Diese Kurven, die typischerweise über dem Durchlassstrom oder der Umgebungstemperatur aufgetragen sind, umfassen die Durchlassspannung (VF) über dem Durchlassstrom (IF), die Lichtstärke (Iv) über dem Durchlassstrom (IF) und die Lichtstärke über der Umgebungstemperatur. Die Analyse dieser Kurven hilft Konstrukteuren, das Verhalten des Bauteils unter verschiedenen Betriebsbedingungen zu verstehen. Beispielsweise nimmt die Lichtstärke typischerweise mit steigender Umgebungstemperatur ab, was im thermischen Management berücksichtigt werden muss. Die Durchlassspannung hat einen negativen Temperaturkoeffizienten, was bedeutet, dass sie mit steigender Sperrschichttemperatur leicht abnimmt.

9. Technischer Vergleich und Vorteile

Die Verwendung von AlInGaP-Technologie für den roten Chip bietet deutliche Vorteile gegenüber älteren Technologien wie GaAsP (Galliumarsenidphosphid). AlInGaP-LEDs bieten im Allgemeinen einen höheren Lichtwirkungsgrad, eine bessere Temperaturstabilität und eine längere Betriebsdauer. Die Seitenansichts-Gehäusegeometrie ist ein wesentliches Unterscheidungsmerkmal, da sie die Lichtemission parallel zur Montageebene ermöglicht. Dies ist entscheidend für kantenbeleuchtete Hintergrundbeleuchtungssysteme, wie sie häufig in LCD-Displays für Unterhaltungselektronik, Automobilarmaturenbretter und Industrie-Panels zu finden sind, wo der vertikale Platz extrem begrenzt ist. Der breite Abstrahlwinkel von 130 Grad sorgt für eine gute Lichtstreuung und Gleichmäßigkeit über die beleuchtete Fläche.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F: Was ist der Unterschied zwischen Peak-Wellenlänge und dominanter Wellenlänge?

A: Die Peak-Wellenlänge (λP) ist die Wellenlänge, bei der die optische Ausgangsleistung maximal ist. Die dominante Wellenlänge (λd) wird aus dem CIE-Farbdiagramm abgeleitet und repräsentiert die einzelne Wellenlänge, die der wahrgenommenen Farbe des Lichts am besten entspricht. Bei monochromatischen LEDs wie dieser roten liegen sie oft nahe beieinander, sind aber nicht identisch.

F: Kann ich diese LED mit ihrem maximalen Dauerstrom von 30mA kontinuierlich betreiben?

A: Obwohl möglich, wird dies für eine optimale Lebensdauer und Zuverlässigkeit nicht empfohlen, es sei denn, die Anwendung erfordert es. Der Betrieb unter den typischen 20mA-Bedingungen oder darunter reduziert die thermische Belastung und erhöht die Lebensdauer. Berücksichtigen Sie stets das Derating oberhalb von 50°C Umgebungstemperatur.

F: Warum ist ein Reihenwiderstand für jede parallel geschaltete LED notwendig?

A: Die Durchlassspannung (VF) von LEDs unterliegt Fertigungstoleranzen. Ohne individuelle Widerstände ziehen LEDs mit einer etwas niedrigeren VF unverhältnismäßig mehr Strom, was zu Helligkeitsunterschieden und möglichem Überstromversagen führt. Der Widerstand fungiert als einfacher, effektiver Stromregler für jede LED.

F: Ist vor dem Löten immer ein Trocknen (Baking) erforderlich?

A: Trocknen ist nur erforderlich, wenn die LEDs aus ihrer ursprünglichen feuchtigkeitssperrenden Verpackung entnommen und länger als eine Woche in einer nicht kontrollierten Umgebung gelagert wurden. Dieser Prozess entfernt aufgenommene Feuchtigkeit, um Schäden durch Dampfdruck während des Hochtemperatur-Reflow-Lötprozesses zu verhindern.

11. Design- und Anwendungsfallstudie

Betrachten Sie das Design einer Hintergrundbeleuchtung für ein kleines monochromes LCD-Display in einem tragbaren Medizingerät. Das Display benötigt eine gleichmäßige, rote Hintergrundbeleuchtung für die Lesbarkeit bei Nacht. Die LTST-S110KRKT wird aufgrund ihres seitlich emittierenden Profils ausgewählt, das in eine schmale Blende passt. Vier LEDs werden entlang einer Kante einer Lichtleitplatte platziert. Basierend auf der erforderlichen Helligkeit und der Effizienz der Lichtleitplatte wählt der Konstrukteur LEDs aus Bin N (28-45 mcd), um eine ausreichende Intensität sicherzustellen. Ein Konstantstromtreiber wird verwendet, wobei jede LED ihren eigenen 100-Ohm-Reihenwiderstand hat, der für einen Treiberstrom von 20 mA aus einer 5-V-Versorgung berechnet wurde. Das Leiterplattenlayout folgt den vorgeschlagenen Pad-Abmessungen, um ein ordnungsgemäßes Löten und Ausrichten sicherzustellen. Während der Montage werden ESD-Vorsichtsmaßnahmen strikt eingehalten und das empfohlene bleifreie Reflow-Profil verwendet. Das Endprodukt erreicht eine gleichmäßige Ausleuchtung bei geringem Stromverbrauch und hoher Zuverlässigkeit.

12. Funktionsprinzip

Eine LED ist eine Halbleiter-pn-Übergangsdiode. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, werden Elektronen aus dem n-dotierten Bereich und Löcher aus dem p-dotierten Bereich in den Übergangsbereich injiziert. Wenn diese Ladungsträger rekombinieren, wird Energie in Form von Photonen (Licht) freigesetzt. Die spezifische Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts wird durch die Bandlücke des Halbleitermaterials bestimmt. Das in dieser LED verwendete AlInGaP-Materialsystem hat eine Bandlücke, die rotem Licht entspricht. Das Seitenansichtsgehäuse enthält eine geformte Kunststofflinse, die das emittierte Licht formt und es seitlich von der Oberseite des Bauteils ablenkt.

13. Technologietrends

Der allgemeine Trend in der LED-Technologie geht hin zu höherer Effizienz (mehr Lumen pro Watt), verbesserter Farbwiedergabe und größerer Zuverlässigkeit. Für Anzeige- und Hintergrundbeleuchtungsanwendungen schreitet die Miniaturisierung weiter voran, wobei kleinere Gehäusegrößen zum Standard werden. Ein weiterer Fokus liegt auf der Verbesserung der Kompatibilität mit fortschrittlichen Niedertemperatur-Lötprozessen, um wärmeempfindliche Substrate zu berücksichtigen. Darüber hinaus treibt das Streben nach höherer Helligkeit in kleineren Gehäusen Fortschritte im Chipdesign und im thermischen Management innerhalb des Gehäuses selbst voran. Das Seitenansichts-LED-Format bleibt für ultradünne Display-Designs in mobilen und tragbaren Elektronikgeräten entscheidend.