Orange SMD LED LTST-S220KFKT Datenblatt - AlInGaP-Chip - 20mA - 90mcd - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTST-S220KFKT ist eine hochhelle, seitlich abstrahlende SMD-LED (Surface-Mount Device). Sie nutzt einen AlInGaP-Halbleiterchip (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid), der für die Erzeugung von effizientem und hellem orangefarbenem Licht bekannt ist. Diese Komponente ist für automatisierte Bestückungsprozesse ausgelegt und mit Standard-Infrarot-Reflow-Lötverfahren kompatibel, was sie für die Serienfertigung geeignet macht. Ihre Hauptanwendung liegt als Anzeigeleuchte oder Hintergrundbeleuchtung in verschiedenen elektronischen Geräten, bei denen der Platz begrenzt ist und ein seitliches Abstrahlprofil vorteilhaft ist.

1.1 Kernvorteile

• Hohe Helligkeit:Die AlInGaP-Technologie liefert eine hohe Lichtstärke mit einem typischen Wert von 90 Millicandela (mcd) bei einem Durchlassstrom von 20 mA.
• Großer Betrachtungswinkel:Bietet einen Betrachtungswinkel von 130 Grad (2θ1/2) und gewährleistet so gute Sichtbarkeit aus verschiedenen Blickwinkeln.
• Automatisierungsfreundlich:Geliefert auf 8-mm-Tape auf 7-Zoll-Spulen, kompatibel mit automatischen Bestückungsgeräten für eine effiziente Leiterplattenmontage.
• Robuste Konstruktion:Konzipiert für Standard-Blei-freie (Pb-freie) Infrarot-Reflow-Lötprofile mit einer Spitzentemperaturtoleranz von 260 °C für 10 Sekunden.
• Konformität:Das Produkt erfüllt die RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe).

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte Aufschlüsselung der wichtigsten elektrischen, optischen und thermischen Parameter, die die Leistung und Betriebsgrenzen der LED definieren.

2.1 Absolute Grenzwerte

Diese Grenzwerte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb unter oder an diesen Grenzen über längere Zeit wird nicht empfohlen.

• Verlustleistung (Pd):75 mW. Dies ist die maximale Leistung, die das LED-Gehäuse sicher als Wärme abführen kann.
• Spitzen-Durchlassstrom (IFP):80 mA. Dies ist der maximal zulässige Pulsstrom, typischerweise spezifiziert unter Bedingungen wie einem Tastverhältnis von 1/10 und einer Pulsbreite von 0,1 ms. Er wird für kurze, hochintensive Blitze verwendet.
• Dauer-Durchlassstrom (IF):30 mA DC. Dies ist der maximale stationäre Strom für den Dauerbetrieb.
• Sperrspannung (VR):5 V. Das Überschreiten dieser Spannung in Sperrrichtung kann den PN-Übergang der LED beschädigen.
• Betriebstemperaturbereich (Topr):-30 °C bis +85 °C. Der Umgebungstemperaturbereich, in dem die LED ordnungsgemäß funktionieren soll.
• Lagertemperaturbereich (Tstg):-40 °C bis +85 °C. Der Temperaturbereich für die sichere Lagerung, wenn das Bauteil nicht unter Spannung steht.

2.2 Elektro-optische Kenngrößen

Gemessen bei einer Standard-Umgebungstemperatur von 25 °C definieren diese Parameter die typische Leistung der LED unter normalen Betriebsbedingungen.

• Lichtstärke (Iv):Reicht von mindestens 45,0 mcd bis typisch 90,0 mcd bei IF=20 mA. Dies misst die vom menschlichen Auge wahrgenommene Helligkeit des Lichtausgangs.
• Durchlassspannung (VF):Typisch 2,4 V, maximal 2,4 V bei IF=20 mA. Dies ist der Spannungsabfall über der LED, wenn sie Strom führt.
• Spitzenwellenlänge (λP):611 nm. Dies ist die Wellenlänge, bei der die optische Ausgangsleistung maximal ist. Für diese orangefarbene LED liegt sie im orange-roten Teil des Spektrums.
• Dominante Wellenlänge (λd):605 nm. Dieser Wert wird aus dem CIE-Farbdiagramm abgeleitet und repräsentiert die einzelne Wellenlänge, die die wahrgenommene Lichtfarbe am besten beschreibt.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):17 nm. Dies zeigt die spektrale Reinheit an; ein kleinerer Wert bedeutet eine monochromatischere (reinfarbigere) Lichtabgabe.
• Sperrstrom (IR):10 μA maximal bei VR=5 V. Dies ist der kleine Leckstrom, der fließt, wenn die LED innerhalb ihrer maximalen Grenzwerte in Sperrrichtung vorgespannt ist.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um die Konsistenz der Helligkeit über Produktionschargen hinweg sicherzustellen, werden LEDs basierend auf ihrer gemessenen Lichtstärke in Bins sortiert. Das LTST-S220KFKT verwendet ein Binning-System mit den folgenden Codes und Bereichen, gemessen bei 20 mA. Die Toleranz für jeden Intensitäts-Bin beträgt +/-15 %.

• Bin-Code P:45,0 - 71,0 mcd
• Bin-Code Q:71,0 - 112,0 mcd
• Bin-Code R:112,0 - 180,0 mcd
• Bin-Code S:180,0 - 280,0 mcd

Dies ermöglicht es Entwicklern, LEDs aus einem bestimmten Bin für Anwendungen auszuwählen, die einheitliche Helligkeitsniveaus erfordern.

4. Analyse der Leistungskurven

Während spezifische grafische Kurven im Datenblatt referenziert werden, sind ihre Implikationen für das Design entscheidend.

4.1 Strom vs. Lichtstärke (I-Iv-Kurve)

Die Lichtausbeute (Lichtstärke) einer LED ist bis zu einem gewissen Punkt direkt proportional zum durch sie fließenden Durchlassstrom. Ein Betrieb über dem empfohlenen Dauerstrom (30 mA) kann zu übermäßiger Hitze, reduzierter Lebensdauer und Farbverschiebung führen. Der Pulsstromwert (80 mA) ermöglicht kurze Helligkeitsstöße ohne thermische Schäden.

4.2 Temperaturabhängigkeit

Die LED-Leistung ist temperaturabhängig. Mit steigender Sperrschichttemperatur:

• Lichtstärke nimmt ab:Die Lichtausbeute sinkt typischerweise. Die Datenblattspezifikationen gelten bei 25 °C; bei höheren Betriebstemperaturen wird die Ausbeute geringer sein.
• Durchlassspannung nimmt ab:VF hat einen negativen Temperaturkoeffizienten.
• Wellenlänge verschiebt sich:Die Spitzen- und dominante Wellenlänge können sich leicht verschieben, was möglicherweise die wahrgenommene Farbe beeinflusst.

Ein ordnungsgemäßes Wärmemanagement (z. B. ausreichende Kupferfläche auf der Leiterplatte zur Wärmeableitung) ist entscheidend, um Leistung und Zuverlässigkeit aufrechtzuerhalten.

4.3 Spektrale Verteilung

Die Spektralkurve zeigt die Lichtintensität über verschiedene Wellenlängen. Das Maximum bei 611 nm und die Halbwertsbreite von 17 nm bestätigen, dass es sich um eine orangefarbene LED mit einer relativ schmalen spektralen Bandbreite handelt, die eine gesättigte Farbe liefert.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

Die LED verfügt über ein seitlich abstrahlendes Gehäusedesign, was bedeutet, dass die primäre Lichtemission von der Seite und nicht von der Oberseite der Komponente erfolgt. Dies ist ideal für Kantenbeleuchtungsanwendungen.

5.1 Gehäuseabmessungen und Polarität

Die Komponente folgt einem EIA-Standardgehäuseumriss. Wichtige Maßtoleranzen betragen typischerweise ±0,10 mm. Die Kathode (negativer Anschluss) ist üblicherweise durch eine Markierung auf dem Gehäuse gekennzeichnet, wie z. B. eine Kerbe, einen Punkt oder einen gekürzten Anschluss. Das Datenblatt enthält eine detaillierte Maßzeichnung mit einem vorgeschlagenen Lötpad-Layout, um eine korrekte Ausrichtung und Lötstellenbildung während des Reflow-Prozesses zu gewährleisten.

5.2 Vorgeschlagenes Lötpad-Design

Ein empfohlenes Land Pattern (Lötpad-Fußabdruck) wird bereitgestellt, um eine gute Lötausbeute und mechanische Stabilität zu erleichtern. Die Einhaltung dieses Designs hilft, Probleme wie "Tombstoning" (ein Ende hebt sich vom Pad ab) oder unzureichende Lötstellen zu vermeiden.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil

Die LED ist mit bleifreien (Pb-freien) Infrarot-Reflow-Prozessen kompatibel. Ein vorgeschlagenes Profil wird bereitgestellt, das den JEDEC-Standards entspricht. Wichtige Parameter sind:

• Vorwärmen:150-200 °C für bis zu 120 Sekunden, um die Leiterplatte allmählich zu erwärmen und das Flussmittel im Lotpaste zu aktivieren.
• Spitzentemperatur:Maximal 260 °C.
• Zeit über Liquidus (TAL):Die Zeit, die die Lötstelle über ihrem Schmelzpunkt verbringt, sollte für eine ordnungsgemäße Benetzung ausreichen, aber nicht übermäßig sein, um thermische Belastung der LED zu vermeiden. Das Profil schlägt eine maximale Spitzentemperaturzeit von 10 Sekunden vor.

Die Komponente kann diesen Reflow-Prozess maximal zweimal überstehen.

6.2 Handlötung

Falls Handlötung erforderlich ist, verwenden Sie einen temperaturgeregelten Lötkolben mit maximal 300 °C. Begrenzen Sie die Kontaktzeit auf 3 Sekunden pro Lötstelle und löten Sie nur einmal, um thermische Schäden am Kunststoffgehäuse und den internen Bonddrähten zu verhindern.

6.3 Reinigung

Falls eine Nachlötreinigung erforderlich ist, verwenden Sie nur spezifizierte Lösungsmittel. Das Eintauchen der LED in Ethylalkohol oder Isopropylalkohol bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute ist akzeptabel. Vermeiden Sie aggressive oder nicht spezifizierte Chemikalien, die die Kunststofflinse oder das Gehäuse beschädigen könnten.

6.4 Lagerung und Handhabung

• ESD-Vorsichtsmaßnahmen:LEDs sind empfindlich gegenüber elektrostatischer Entladung (ESD). Verwenden Sie Handgelenkbänder, antistatische Matten und ordnungsgemäß geerdete Geräte während der Handhabung.
• Feuchtigkeitsempfindlichkeit:Obwohl das Datenblatt angibt, dass das Gehäuse versiegelt ist, gelten für SMD-Komponenten nach dem Öffnen der Originalverpackung Standard-MSL-Vorsichtsmaßnahmen (Moisture Sensitivity Level). Wenn sie Umgebungsfeuchtigkeit ausgesetzt waren, kann vor dem Reflow ein Ausheizen (z. B. 60 °C für 20 Stunden) erforderlich sein, um "Popcorning" (Gehäuserissbildung durch Dampfdruck während des Erhitzens) zu verhindern.
• Lagerbedingungen:Für geöffnete Verpackungen lagern Sie bei ≤30 °C und ≤60 % relativer Luftfeuchtigkeit. Eine Verwendung innerhalb einer Woche wird für optimale Ergebnisse empfohlen.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

Das Standardverpackungsformat ist entscheidend für die automatisierte Bestückung.

• Tape and Reel:Komponenten sind in 8 mm breitem, geprägtem Trägertape platziert.
• Spulengröße:7 Zoll Durchmesser.
• Menge pro Spule:4000 Stück.
• Verpackungshinweise:Leere Taschen sind mit Deckband versiegelt. Die maximale Anzahl aufeinanderfolgender fehlender Komponenten beträgt zwei. Die Mindestbestellmenge für Restposten beträgt 500 Stück. Die Verpackung entspricht den ANSI/EIA-481-Spezifikationen.

8. Anwendungshinweise und Designüberlegungen

8.1 Typische Anwendungsschaltungen

LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Um eine gleichmäßige Helligkeit und Langlebigkeit zu gewährleisten, müssen sie mit einem Konstantstrom oder mit einem in Reihe geschalteten strombegrenzenden Widerstand betrieben werden, wenn eine Spannungsquelle verwendet wird.

Beispielberechnung für Reihenwiderstand (mit 5-V-Versorgung und typisch VF=2,4 V, IF=20 mA):
Widerstandswert, R = (Versorgungsspannung - VF) / IF = (5 V - 2,4 V) / 0,020 A = 130 Ohm.
Widerstandsleistung, P = (Versorgungsspannung - VF) * IF = (2,6 V) * 0,020 A = 0,052 W. Ein Standard-1/8-W- (0,125 W) oder 1/10-W-Widerstand ist ausreichend.

Für mehrere LEDs ist eine Reihenschaltung (wenn die Versorgungsspannung hoch genug ist) einer Parallelschaltung vorzuziehen, da sie einen identischen Strom durch jede LED gewährleistet und so eine gleichmäßige Helligkeit fördert.

8.2 Designüberlegungen

• Wärmemanagement:Stellen Sie sicher, dass das Leiterplattenlayout eine ausreichende Wärmeableitung bietet, insbesondere wenn in der Nähe der maximalen Stromgrenzwerte gearbeitet wird. Das Anschließen der thermischen Fläche (falls vorhanden) an eine Massefläche kann bei der Wärmeableitung helfen.
• Strombegrenzung:Schließen Sie eine LED niemals direkt an eine Spannungsquelle ohne einen Strombegrenzungsmechanismus an.
• Sperrspannungsschutz:Vermeiden Sie das Anlegen einer Sperrspannung. In Schaltungen, in denen eine Sperrspannung möglich ist (z. B. AC-Kopplung), sollten Sie einen Schutzdiode parallel zur LED (Kathode an Kathode, Anode an Anode) in Betracht ziehen.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die LTST-S220KFKT unterscheidet sich durch die Kombination aus AlInGaP-Technologie und Seitenansichtsgehäuse. Im Vergleich zu älteren GaAsP- oder GaP-LEDs bietet AlInGaP eine deutlich höhere Effizienz und Helligkeit für orange/rote Farben. Das seitlich abstrahlende Formfaktor bietet Designflexibilität für Anwendungen, bei denen Licht horizontal über eine Oberfläche gelenkt werden muss, wie z. B. bei Tasten-Hintergrundbeleuchtung, Statusanzeigen am Geräterand oder Lichtleitern.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQs)

10.1 Was ist der Unterschied zwischen Spitzenwellenlänge und dominanter Wellenlänge?

Die Spitzenwellenlänge (λP) ist die physikalische Wellenlänge, bei der die LED die meiste optische Leistung emittiert. Die dominante Wellenlänge (λd) ist ein berechneter Wert basierend auf der menschlichen Farbwahrnehmung (CIE-Diagramm), der die von uns gesehene Farbe am besten repräsentiert. Sie sind oft nahe beieinander, aber nicht identisch.

10.2 Kann ich diese LED mit einer 3,3-V-Versorgung betreiben?

Ja. Unter Verwendung des typischen VF von 2,4 V bei 20 mA würde ein Reihenwiderstand berechnet als R = (3,3 V - 2,4 V) / 0,020 A = 45 Ohm. Stellen Sie sicher, dass die Widerstandsleistung ausreichend ist (0,9 V * 0,02 A = 0,018 W).

10.3 Warum gibt es einen Spitzenstromwert, der viel höher ist als der Dauerstrom?

Der Spitzenstromwert (80 mA) gilt für sehr kurze Pulse (0,1 ms). Dies ermöglicht es der LED, einen viel helleren Blitz für Signalzwecke zu erzeugen, ohne dass die Sperrschichttemperatur auf schädliche Werte ansteigt, da nicht genügend Zeit für eine Wärmeakkumulation vorhanden ist. Für konstante Beleuchtung darf der Dauerstrom (30 mA) nicht überschritten werden.

10.4 Wie interpretiere ich den Bin-Code?

Der Bin-Code (z. B. P, Q, R, S) auf dem Spulenetikett oder der Verpackung gibt den Lichtstärkebereich der enthaltenen LEDs an. Die Auswahl aus einem einzelnen Bin gewährleistet eine konsistente Helligkeit in Ihrem Produkt. Beispielsweise sind Bin-S-LEDs bei gleichem Betriebsstrom deutlich heller als Bin-P-LEDs.

11. Praktisches Anwendungsbeispiel

Szenario: Entwurf einer Niedrigbatterieanzeige für ein tragbares Gerät.
Die LTST-S220KFKT ist eine ausgezeichnete Wahl. Ihre orangefarbene Farbe ist eine gängige Warnanzeige. Das Seitenansichtsgehäuse ermöglicht die Montage am Rand der Leiterplatte, wodurch das Licht auf ein lichtdurchlässiges Fenster im Gerätegehäuse gelenkt wird. Angesteuert mit 15-20 mA über einen GPIO-Pin und einen Reihenwiderstand von der 3,3-V-Schiene des Geräts liefert sie ein klares, helles Signal. Der große Betrachtungswinkel von 130 Grad stellt sicher, dass die Anzeige auch bei schräger Betrachtung des Geräts sichtbar ist. Ihre Kompatibilität mit Reflow-Lötung ermöglicht die Bestückung zusammen mit allen anderen SMD-Komponenten in einem Durchgang, was die Herstellungskosten senkt.

12. Funktionsprinzip

Eine LED ist eine Halbleiterdiode. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die ihre Bandlückenspannung übersteigt, rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich (in diesem Fall der AlInGaP-Chip). Diese Rekombination setzt Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Materialzusammensetzung des Halbleiters (AlInGaP) bestimmt die Bandlückenenergie, die wiederum die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts bestimmt – in diesem Fall orange. Das Seitenansichtsgehäuse enthält eine geformte Kunststofflinse, die das vom Chip emittierte Licht seitlich formt und lenkt.

13. Technologietrends

Die Verwendung von AlInGaP-Materialien stellt eine etablierte und ausgereifte Technologie zur Herstellung hocheffizienter roter, orangefarbener und gelber LEDs dar. Die laufende Entwicklung in der breiteren LED-Industrie konzentriert sich auf die Steigerung der Effizienz (Lumen pro Watt), die Verbesserung der Farbwiedergabe und die Ermöglichung höherer Leistungsdichten. Für Anzeige-LEDs wie die LTST-S220KFKT umfassen die Trends eine weitere Miniaturisierung, die Entwicklung noch größerer Betrachtungswinkel und eine verbesserte Kompatibilität mit anspruchsvollen Bestückungsprozessen. Der Trend zu höherer Automatisierung und Zuverlässigkeit in der Elektronikfertigung macht robuste, reflow-lötbare SMD-LEDs weiterhin zur Standardwahl gegenüber bedrahteten Bauteilen.