LTST-FS63HBGED SMD LED Datenblatt - Seitenemittierender Vollfarb-LED - 0,30mm Dünn - Blau/Grün/Rot - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTST-FS63HBGED ist eine hochintegrierte, oberflächenmontierbare (SMD) LED-Lampe, die für moderne, platzbeschränkte elektronische Anwendungen konzipiert ist. Sie stellt eine spezielle Konfiguration innerhalb der Familie miniaturisierter LEDs dar, die speziell für automatisierte Leiterplattenbestückungsprozesse (PCB) entwickelt wurde. Dieses Bauteil vereint drei verschiedene Halbleiterlichtquellen in einem einzigen, außergewöhnlich dünnen Gehäuse und ermöglicht so Vollfarbfähigkeit auf minimaler Grundfläche.

1.1 Kernvorteile und Produktpositionierung

Der primäre Wettbewerbsvorteil dieser LED liegt in ihrem ultradünnen Profil von 0,30 mm, was sie zu einem seitenemittierenden Bauteil macht. Diese Bauform ist entscheidend für Anwendungen, bei denen der vertikale Bauraum stark begrenzt ist, wie z.B. in ultradünnen Mobilgeräten, Wearable-Technologie und kantengeleuchteten Panels. Die Integration von Blau- (InGaN), Grün- (InGaN) und Rot- (AlInGaP) Chips ermöglicht die Erzeugung eines breiten Farbspektrums durch individuelle oder kombinierte Ansteuerung, wodurch der Einsatz mehrerer diskreter Einfarb-LEDs entfällt. Das Gehäuse verwendet eine weiße Streulinse, die dazu beiträgt, das Licht der drei Chips zu vermischen und für ein gleichmäßigeres Erscheinungsbild bei Betrachtung außerhalb der Achse sorgt.

1.2 Zielmarkt und Anwendungen

Das Bauteil richtet sich an eine Vielzahl von Elektronikgeräteherstellern. Zu den wichtigsten Anwendungssegmenten gehören:

• Unterhaltungselektronik:Hintergrundbeleuchtung für Tastaturen, Keypads und Statusanzeigen in schnurlosen/Mobiltelefonen, Notebooks, Tablets und Fernbedienungen.
• Büroautomatisierung & Netzwerksysteme:Status- und Aktivitätsanzeigen in Routern, Switches, Modems, Druckern und externen Speichergeräten.
• Haushaltsgeräte & Industrieelektronik:Beleuchtung von Benutzerschnittstellen, Betriebsstatusleuchten und symbolischen Anzeigen auf Bedienfeldern.
• Display-Technologie:Geeignet für Mikrodisplays und als kompakte Lichtquelle für die Beleuchtung kleiner Signale und Symbole.

Das Bauteil ist voll kompatibel mit Hochvolumen-Automatikbestückungsanlagen und Infrarot (IR)-Reflow-Lötprozessen und entspricht damit modernen, RoHS-konformen Fertigungslinien.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Ein gründliches Verständnis der elektrischen und optischen Eigenschaften ist für eine zuverlässige Schaltungsauslegung und das Erreichen der gewünschten Leistung unerlässlich.

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.

• Verlustleistung (Pd):Variiert je nach Farbe: Blau: 97,5 mW, Grün: 100,5 mW, Rot: 81,0 mW. Dieser Parameter bestimmt zusammen mit dem thermischen Widerstand (implizit durch die Derating-Kurven) den maximal zulässigen Dauerstrom bei erhöhten Umgebungstemperaturen.
• Durchlassstrom:Der zulässige kontinuierliche Gleichstrom-Durchlassstrom beträgt für alle drei Farben 30 mA. Ein höherer Spitzenstrom von 100 mA ist zulässig, jedoch nur unter gepulsten Bedingungen (1/10 Tastverhältnis, 0,1ms Pulsbreite), um die Sperrschichttemperatur zu kontrollieren.
• Elektrostatische Entladung (ESD)-Schwelle:Bewertet mit 2000V (Human Body Model). Dies ist ein Standardwert für Consumer-Komponenten, der Standard-ESD-Handhabungsvorkehrungen während der Montage erfordert.
• Temperaturbereiche:Betrieb: -40°C bis +85°C; Lagerung: -40°C bis +100°C. Der weite Betriebstemperaturbereich macht es sowohl für Consumer- als auch für einige Industrieumgebungen geeignet.
• Lötbedingungen:Hält einem IR-Reflow-Lötprozess mit einer Spitzentemperatur von 260°C für 10 Sekunden stand, kompatibel mit bleifreien (Pb-free) Lötprozessen.

2.2 Elektrische & Optische Kenngrößen (typisch bei Ta=25°C)

Dies sind die Standardtestbedingungen und typischen Leistungswerte, die für das Design und die Binning-Klassifizierung verwendet werden.

• Lichtstärke (Iv):Gemessen bei spezifischen Testströmen (Blau: 12mA, Grün: 30mA, Rot: 30mA). Der typische Wert beträgt 2750 mcd (Millicandela), mit einem Minimum von 1735 mcd und einem Maximum von 4265 mcd. Die Variation wird durch das Binning-System berücksichtigt.
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):Ein sehr weiter Winkel von 130 Grad (typisch). Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte ihres Achswertes abfällt, charakteristisch für eine seitenemittierende LED mit Streulinse, die eine breite, gleichmäßige Ausleuchtung bietet.
• Wellenlängenparameter:
  • Spitzen-Emissionswellenlänge (λP): Blau: 466 nm, Grün: 516 nm, Rot: 632 nm (typisch).
  • Dominante Wellenlänge (λd): Der Bereich definiert die wahrgenommene Farbe. Blau: 467-477 nm, Grün: 516-526 nm, Rot: 618-628 nm.
  • Spektrale Halbwertsbreite (Δλ): Blau: 25 nm, Grün: 35 nm, Rot: 20 nm (typisch). Dies gibt die spektrale Reinheit an; ein kleineres Δλ bedeutet monochromatischeres Licht.
• Durchlassspannung (Vf):Der Spannungsabfall über der LED beim Teststrom. Die Bereiche sind: Blau: 2,45-3,25V, Grün: 2,55-3,35V, Rot: 1,90-2,70V. Dieser Bereich muss für den Treiberentwurf berücksichtigt werden, insbesondere bei Konstantspannungsquellen.
• Sperrstrom (Ir):Maximal 10 μA bei einer Sperrspannung (Vr) von 5V. Dieser Test dient der Qualitätssicherung; das Bauteil ist nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um Farb- und Helligkeitskonstanz in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs in Bins sortiert. Die LTST-FS63HBGED verwendet zwei primäre Binning-Kriterien.

3.1 Lichtstärke (Iv)-Klasse

LEDs werden basierend auf ihrer gemessenen Lichtstärke bei den Standardtestströmen sortiert. Die Bins sind definiert als:

- Bin BB:1735 mcd (Min) bis 2340 mcd (Max).

- Bin CC:2340 mcd (Min) bis 3160 mcd (Max).

- Bin DD:3160 mcd (Min) bis 4265 mcd (Max).

Innerhalb jedes Bins wird eine Toleranz von +/-15% angewendet. Entwickler müssen die erforderliche Bin-Klasse spezifizieren, um ein Mindesthelligkeitsniveau für ihre Anwendung zu garantieren.

3.2 Farbton (Farbart)-Klasse

Dies ist ein komplexeres zweidimensionales Binning basierend auf den CIE 1931 (x, y)-Farbartkoordinaten. Das Datenblatt stellt eine Matrix von Bins bereit (z.B. B0, B1, B2, B3, C0, C1... D3). Jeder Bin ist durch einen viereckigen Bereich im Farbdiagramm definiert. Beispielsweise deckt Bin B0 Koordinaten innerhalb der durch (x: 0,2685-0,2885, y: 0,2730-0,3010) definierten Grenzen ab. Innerhalb eines Bins ist eine Toleranz von +/- 0,01 für jede (x, y)-Koordinate zulässig. Dieses System stellt sicher, dass alle LEDs innerhalb einer spezifischen Farbton-Bin-Klasse unter Standardbedingungen visuell identisch in der Farbe erscheinen, was für Anwendungen mit einheitlichem Farbauftritt über mehrere Anzeigen hinweg entscheidend ist.

4. Analyse der Kennlinien

Die bereitgestellten Kennlinien bieten tiefere Einblicke in das Verhalten des Bauteils unter variierenden Bedingungen.

4.1 Relative Intensität vs. Wellenlänge (Abb.1)

Diese spektrale Verteilungskurve zeigt die relative Lichtausgangsleistung bei jeder Wellenlänge. Sie bestätigt visuell die Spitzenwellenlängen (λP) und spektralen Halbwertsbreiten (Δλ) für jeden Farbchip. Die Kurven für InGaN (Blau und Grün) zeigen typischerweise einen schärferen Peak im Vergleich zu AlInGaP (Rot), das ein etwas breiteres Spektrum aufweisen kann.

4.2 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (Abb.2)

Diese I-V-Kennlinie ist nichtlinear und exponentiell, typisch für eine Diode. Die Kurve zeigt unterschiedliche Schwellspannungen für Rot (AlInGaP, ~1,9V) gegenüber Blau/Grün (InGaN, ~2,5-3,0V). Die Steigung der Kurve im Arbeitsbereich repräsentiert den dynamischen Widerstand der LED. Dieses Diagramm ist entscheidend für den Entwurf von Konstantstrom-Treibern, um einen stabilen Betrieb über den gesamten Durchlassspannungsbereich sicherzustellen.

4.3 Derating-Kurve für den Durchlassstrom (Abb.3)

Dies ist eines der kritischsten Diagramme für die Zuverlässigkeit. Es zeigt den maximal zulässigen kontinuierlichen Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur (Ta). Mit steigender Ta muss der maximale Strom reduziert werden, um zu verhindern, dass die Sperrschichttemperatur der LED ihre Grenze überschreitet, was zu beschleunigtem Lichtstromrückgang und reduzierter Lebensdauer führen würde. Die Kurve zeigt typischerweise ein lineares Derating von einem spezifizierten Strom bei 25°C bis auf null bei der maximalen Sperrschichttemperatur (impliziert durch die maximale Betriebstemperatur).

4.4 Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom (Abb.4)

Diese Kurve zeigt, dass die Lichtausbeute (Lichtstärke) mit dem Durchlassstrom zunimmt, die Beziehung jedoch nicht perfekt linear ist, insbesondere bei höheren Strömen, wo der Wirkungsgrad aufgrund erhöhter Wärmeentwicklung sinken kann. Sie hilft Entwicklern, einen Arbeitsstrom zu wählen, der Helligkeit mit Effizienz und Langlebigkeit in Einklang bringt.

4.5 Abstrahlcharakteristik (Abb.5 & Abb.6)

Diese Polardiagramme veranschaulichen die räumliche Verteilung der Lichtintensität. Eine seitenemittierende LED mit Streulinse zeigt typischerweise ein breites, lambertstrahlerähnliches Abstrahlmuster. Abb.5 (horizontal) und Abb.6 (vertikal) zeigen die Intensität als Funktion des Winkels von der Mittelachse und bestätigen den 130-Grad-Abstrahlwinkel. Das Muster sollte für ein konsistentes Erscheinungsbild außerhalb der Achse symmetrisch sein.

5. Mechanische Daten, Verpackung & Montageinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen und Pinbelegung

Das Bauteil entspricht einem EIA-Standardgehäuse. Kritische Abmessungen sind die Gesamtlänge, -breite und die äußerst kritische Dicke von 0,30 mm. Die Pinbelegung ist klar definiert: Pin 3 ist die gemeinsame Kathode (oder Anode, abhängig vom internen Aufbau; das Datenblatt spezifiziert ihn als gemeinsamen Pin für alle drei Farben). Die Anode für den Rot-Chip ist Pin 1, für Grün Pin 2 und für Blau Pin 4. Diese Information ist entscheidend für das korrekte PCB-Layout und die Ausrichtung während der Montage.

5.2 Empfohlenes PCB-Pad-Design & Lötrichtung

Das Datenblatt enthält eine Empfehlung für das Lötflächenmuster (Land Pattern). Dies zeigt die optimale Größe und Form der Kupferpads auf der Leiterplatte, um eine zuverlässige Lötstelle zu gewährleisten und gleichzeitig das "Tombstoning" (Aufrichten der Komponente auf einer Seite während des Reflow) zu minimieren. Es zeigt auch die korrekte Ausrichtung der LED auf dem Band relativ zur Leiterplatte für automatisierte Pick-and-Place-Maschinen an.

5.3 Band- und Spulenverpackungsspezifikationen

Die LEDs werden auf 8 mm breitem, geprägtem Trägerband geliefert, das auf Spulen mit 7 Zoll (178 mm) Durchmesser aufgewickelt ist. Wichtige Spezifikationen umfassen:

- Taschenabmessungen:Präzise Kavitätengröße zur sicheren Aufnahme der LED.

- Teilung (Pitch):Der Abstand zwischen den Komponententaschen (z.B. 4 mm).

- Spulenabmessungen:Nabendurchmesser, Flanschdurchmesser und Gesamtbreite.

- Stückzahl:4000 Stück pro volle Spule.

- Deckband:Wird zum Verschließen der Taschen verwendet; es muss die korrekte Abziehfestigkeit für die Bestückungsmaschine aufweisen.

- Verpackungsstandards:Entspricht ANSI/EIA-481.

- Qualitätsregeln:Maximal zwei aufeinanderfolgende fehlende Komponenten erlaubt; Mindestpackmenge für Restposten beträgt 500 Stück.

6. Montage-, Handhabungs- und Anwendungsrichtlinien

6.1 Lötprozess

Das Bauteil ist für Infrarot (IR)-Reflow-Löten mit einem bleifreien Profil qualifiziert. Der kritische Parameter ist eine Spitzentemperatur von 260°C für eine Dauer von 10 Sekunden, wie in den absoluten Maximalwerten definiert. Entwickler müssen sicherstellen, dass ihr Reflow-Ofenprofil innerhalb dieser Grenzen bleibt, um Schäden am Kunststoffgehäuse oder den internen Bonddrähten zu vermeiden.

6.2 Reinigung

Die Reinigung nach dem Löten muss sorgfältig durchgeführt werden. Es sollten nur spezifizierte Lösungsmittel verwendet werden. Das Datenblatt empfiehlt das Eintauchen in Ethylalkohol oder Isopropylalkohol bei normaler Raumtemperatur für weniger als eine Minute. Aggressivere Chemikalien oder längere Einwirkzeiten können die Epoxidlinse oder die Gehäusebeschriftung beschädigen.

6.3 Vorsichtsmaßnahmen gegen elektrostatische Entladung (ESD)

Obwohl mit 2000V HBM bewertet, ist das Bauteil anfällig für ESD-Schäden. Richtige Handhabungsverfahren sind zwingend erforderlich: Verwenden Sie geerdete Handgelenkbänder, antistatische Matten und stellen Sie sicher, dass alle Geräte ordnungsgemäß geerdet sind. Die LED sollte nicht direkt mit bloßen Händen berührt werden.

6.4 Lagerbedingungen

Um die Haltbarkeit zu bewahren, sollten die LEDs in ihrer original Feuchtigkeitssperrbeutel unter Bedingungen von 30°C oder weniger und 90% relativer Luftfeuchtigkeit oder weniger gelagert werden. Die empfohlene Verwendungsdauer beträgt ein Jahr ab dem Versanddatum, sofern unter diesen Bedingungen gelagert. Wenn der Beutel geöffnet wurde oder die Feuchtigkeitsindikatorkarte übermäßige Feuchtigkeitseinwirkung anzeigt, kann vor dem Reflow ein Trocknungsprozess (Baking) erforderlich sein, um "Popcorning" (Gehäuserisse durch schnelle Dampfausdehnung) zu verhindern.

6.5 Anwendungshinweise

Das Datenblatt erklärt ausdrücklich den bestimmungsgemäßen Gebrauch für "gewöhnliche elektronische Geräte". Für Anwendungen, die außergewöhnliche Zuverlässigkeit erfordern, bei denen ein Ausfall Leben oder Gesundheit gefährden könnte (Luftfahrt, Medizin, Transportsicherheitssysteme), ist eine vorherige Konsultation und Qualifizierung mit dem Hersteller erforderlich. Dies unterstreicht die Einstufung der Komponente für kommerzielle/industrielle Anwendungen, nicht notwendigerweise für sicherheitskritische Anwendungen ohne weitere Prüfung.

7. Designüberlegungen und typische Anwendungsschaltungen

7.1 Ansteuerung der LED

Aufgrund der exponentiellen I-V-Kennlinie müssen LEDs für eine stabile Lichtausgabe von einer Stromquelle und nicht von einer Spannungsquelle angesteuert werden. Die einfachste Methode ist die Verwendung eines Vorwiderstands in Reihe mit einer Spannungsquelle. Der Widerstandswert (R) wird berechnet als R = (V_Versorgung - Vf_LED) / If, wobei Vf_LED die Durchlassspannung des spezifischen Farbchips beim gewünschten Strom (If) ist. Da Vf einen Bereich hat, sollte der Widerstand so gewählt werden, dass If selbst bei minimalem Vf den Maximalwert nicht überschreitet. Für präzise oder batteriebetriebene Anwendungen wird ein spezieller Konstantstrom-LED-Treiber-IC empfohlen. Jeder Farbchip muss unabhängig angesteuert werden, um Vollfarbmischung zu ermöglichen.

7.2 Thermomanagement

Trotz ihrer geringen Größe ist die Kontrolle der Sperrschichttemperatur der Schlüssel zur Langlebigkeit. Der primäre Wärmeableitungspfad führt über die Lötpads in das PCB-Kupfer. Daher ist die Verwendung des empfohlenen Pad-Layouts und die Maximierung der mit den Pads verbundenen Kupferfläche (Wärmeableitung) wichtig. Vermeiden Sie den Betrieb am absoluten Maximalstrom, insbesondere bei hohen Umgebungstemperaturen, und beziehen Sie sich auf die Derating-Kurve.

7.3 Optische Integration

Die weiße Streulinse bietet eine vermischte Lichtausgabe. Für Anwendungen, die spezifische Strahlprofile erfordern, können Sekundäroptiken (Lichtleiter, Reflektoren) um die LED herum entworfen werden. Der weite Abstrahlwinkel macht sie geeignet für die Kantenbeleuchtung dünner Lichtleiter, wie sie häufig bei Tastatur-Hintergrundbeleuchtung verwendet werden.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die Hauptunterscheidungsmerkmale der LTST-FS63HBGED auf dem Markt sind:

1. Bauform:Die 0,30 mm Dicke ist ein Schlüsselfaktor für ultradünne Designs und unterscheidet sie von Standard-SMD-LEDs mit Aufsicht, die typischerweise höher sind.

2. Integration:Die Kombination von drei Grundfarbchips in einem Gehäuse spart PCB-Platz und vereinfacht die Montage im Vergleich zur Verwendung von drei separaten LEDs.

3. Leistung:Die Verwendung von InGaN für Blau/Grün und AlInGaP für Rot bietet hohe Effizienz und gute Farbsättigung.

4. Fertigungstauglichkeit:Volle Kompatibilität mit automatisierten, hochgeschwindigen SMT-Montagelinien macht sie kosteneffektiv für die Massenproduktion.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Kann ich alle drei Farben gleichzeitig mit ihrem maximalen Gleichstrom von jeweils 30 mA betreiben?

A: Nein. Die Gesamtverlustleistung muss berücksichtigt werden. Ein gleichzeitiger Betrieb mit jeweils 30 mA würde wahrscheinlich die Gesamtverlustleistungsfähigkeit des Gehäuses überschreiten und zu Überhitzung führen. Die Derating-Kurve und die individuellen Pd-Bewertungen müssen verwendet werden, um sichere gleichzeitige Betriebsströme basierend auf der Umgebungstemperatur zu bestimmen.

F: Warum sind die Testströme für den Blau- (12 mA) gegenüber den Grün-/Rot- (30 mA) Chips unterschiedlich?

A: Dies hängt mit der inhärenten Effizienz und den Betriebseigenschaften der verschiedenen Halbleitermaterialien (InGaN vs. AlInGaP) zusammen. Der Hersteller hat Testströme gewählt, die einen typischen, effizienten Arbeitspunkt für jeden Chip darstellen, um die Ziel-Lichtstärke zu erreichen und gleichzeitig Wärme und Langlebigkeit zu managen.

F: Wie erzeuge ich mit dieser RGB-LED weißes Licht?

A: Weißes Licht wird durch Mischen der drei Grundfarben in spezifischen Intensitätsverhältnissen erzeugt. Dies erfordert eine unabhängige Pulsweitenmodulation (PWM) oder analoge Stromregelung für jeden Chip. Die genauen Verhältnisse hängen von den Farbton-Bins der verwendeten spezifischen LEDs und dem Ziel-Weißpunkt ab (z.B. kaltweiß, warmweiß).

F: Ist ein Schutz gegen Sperrspannung erforderlich?

A: Obwohl das Bauteil einem 5V-Sperrspannungstest standhält, ist es nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt. Falls im Schaltkreis die Möglichkeit einer angelegten Sperrspannung besteht (z.B. bei induktiven Lasten oder mit AC-gekoppelten Signalen), sollte eine externe Schutzdiode in Reihe oder parallel (abhängig von der Konfiguration) verwendet werden.