LTST-S220KEKT SMD LED Datenblatt - Seitenemittierend - Rot (AlInGaP) - 20mA - 50mcd - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Das LTST-S220KEKT ist eine oberflächenmontierbare (SMD) Leuchtdiode (LED), die hauptsächlich für seitenemittierende Beleuchtungsanwendungen konzipiert ist. Ihr Kernaufbau nutzt einen Halbleiterchip aus Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP), der für die Erzeugung von hochintensivem rotem Licht ausgelegt ist. Die primäre Designabsicht und der Hauptmarkt für dieses Bauteil ist die Integration als Hintergrundlichtquelle für Flüssigkristallanzeigen (LCD-Panels), wo eine gleichmäßige Kantenbeleuchtung erforderlich ist.

Das Bauteil ist in einem standardkonformen EIA-Format verpackt, geliefert auf 8-mm-Tape, das auf 7-Zoll-Spulen aufgewickelt ist. Diese Verpackung ist voll kompatibel mit der in der modernen Elektronikfertigung üblichen Hochgeschwindigkeits-Automatikbestückung (Pick-and-Place). Die LED ist zudem kompatibel mit Standard-Lötverfahren wie Infrarot- (IR) Reflow, Dampfphasenreflow und Wellenlöten, was sie für die Serienfertigung geeignet macht.

1.1 Kernvorteile

• Spezialisierte Optik:Das seitenemittierende Linsendesign ist optimiert, um das Licht seitlich abzustrahlen, was ideal für die Lichteinkopplung in Lichtleiter von LCD-Hintergrundbeleuchtungseinheiten (BLUs) ist.
• Hohe Helligkeit:Die Verwendung von AlInGaP-Technologie ermöglicht hohe Lichtstärke bei geringer Chipfläche.
• Fertigungsbereitschaft:Tape-and-Reel-Verpackung und Reflow-Prozesskompatibilität ermöglichen eine effiziente, automatisierte Montage und reduzieren Produktionszeit und -kosten.
• Zuverlässigkeit:Das Bauteil ist für den Betrieb in einem weiten Temperaturbereich von -55°C bis +85°C ausgelegt und unterstützt Anwendungen in verschiedenen Umgebungen.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Alle Spezifikationen gelten bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C, sofern nicht anders angegeben. Das Verständnis dieser Parameter ist entscheidend für einen zuverlässigen Schaltungsentwurf und eine langfristige Leistungsfähigkeit.

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Ein Betrieb unter oder an diesen Grenzen wird nicht garantiert und sollte für einen zuverlässigen Betrieb vermieden werden.

• Verlustleistung (Pd):75 mW. Dies ist die maximal zulässige Verlustleistung innerhalb des Bauteils.
• Dauerstrom in Durchlassrichtung (IF):30 mA. Der Gleichstrom, der kontinuierlich angelegt werden kann.
• Spitzenstrom in Durchlassrichtung:80 mA. Nur unter gepulsten Bedingungen zulässig (1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Pulsbreite).
• Derating-Faktor:0,4 mA/°C. Für jedes Grad Celsius über 25°C muss der maximal zulässige Dauerstrom in Durchlassrichtung um diesen Betrag reduziert werden.
• Sperrspannung (VR):5 V. Das Überschreiten dieser Spannung in Sperrrichtung kann zum Durchbruch des pn-Übergangs führen.
• Betriebs- und Lagertemperaturbereich:-55°C bis +85°C.

2.2 Elektrische und optische Eigenschaften

Dies sind die typischen Leistungsparameter unter normalen Betriebsbedingungen.

• Lichtstärke (Iv):30,0 mcd (Min), 50,0 mcd (Typ) bei einem Durchlassstrom (IF) von 20 mA. Die Intensität wird mit einem Sensor gemessen, der auf die CIE-Photopische Augenempfindlichkeitskurve gefiltert ist.
• Abstrahlwinkel (2θ½):130 Grad (Typ). Dieser weite Abstrahlwinkel ist charakteristisch für das seitenemittierende Design und zeigt an, dass das Licht über eine breite seitliche Ebene abgegeben wird.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λPeak):632 nm (Typ). Die Wellenlänge, bei der die spektrale Ausgangsleistung am höchsten ist.
• Dominante Wellenlänge (λd):624 nm (Typ). Dies ist die einzelne Wellenlänge, die das menschliche Auge wahrnimmt, abgeleitet aus den CIE-Farbortkoordinaten, die den roten Farbpunkt definieren.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):20 nm (Typ). Die Bandbreite des emittierten Spektrums bei halber Spitzenintensität, ein Indikator für die Farbreinheit.
• Durchlassspannung (VF):2,0 V (Min), 2,4 V (Typ) bei IF=20mA. Dieser Parameter ist entscheidend für die Berechnung von Vorwiderstandswerten und das Netzteil-Design.
• Sperrstrom (IR):100 µA (Max) bei VR=5V.
• Kapazität (C):40 pF (Typ) bei VF=0V, f=1MHz. Relevant für Hochfrequenz-Schaltanwendungen.

3. Analyse der Kennlinien

Obwohl spezifische grafische Daten im Textauszug nicht enthalten sind, wären typische Kennlinien für ein solches Bauteil für die Designanalyse unerlässlich. Ingenieure würden die folgenden Zusammenhänge erwarten, die für die LED-Charakterisierung standardmäßig sind:

3.1 Strom-Spannungs-Kennlinie (I-V-Kurve)

Diese Kurve zeigt den exponentiellen Zusammenhang zwischen Durchlassspannung und -strom. Die Kniespannung (bei der der Strom stark anzusteigen beginnt) für AlInGaP-LEDs liegt typischerweise bei etwa 1,8-2,0V. Die Kurve ist wesentlich für die Bestimmung des dynamischen Widerstands der LED und für den Entwurf einer geeigneten strombegrenzenden Schaltung.

3.2 Lichtstärke in Abhängigkeit vom Durchlassstrom

Diese Darstellung zeigt typischerweise einen nahezu linearen Zusammenhang zwischen Durchlassstrom und Lichtausbeute innerhalb des empfohlenen Betriebsbereichs. Sie hilft Entwicklern, den Treiberstrom zur Erzielung eines gewünschten Helligkeitsniveaus zu wählen, während thermische Grenzen eingehalten werden.

3.3 Temperaturabhängigkeit

Schlüsselparameter wie Durchlassspannung und Lichtstärke variieren mit der Sperrschichttemperatur. VF nimmt typischerweise mit steigender Temperatur ab (negativer Temperaturkoeffizient), während die Lichtstärke im Allgemeinen abnimmt. Das Verständnis dieser Verschiebungen ist entscheidend für Designs, die über einen weiten Temperaturbereich oder bei hohen Leistungspegeln arbeiten.

3.4 Spektrale Verteilung

Ein Diagramm der relativen Intensität gegenüber der Wellenlänge würde ein Maximum bei etwa 632 nm mit einer typischen Halbwertsbreite von 20 nm zeigen, was die monochromatische rote Ausgabe des AlInGaP-Chips bestätigt.

4. Mechanische und Verpackungsinformationen

4.1 Bauteilabmessungen

Die LED entspricht einer standardmäßigen EIA-Gehäuseform. Kritische Abmessungen umfassen die Körperlänge, -breite, -höhe und die Position der Kathodenkennzeichnung (typischerweise eine Kerbe oder eine grüne Markierung auf dem Tape). Die genauen Millimeter-Abmessungen und Toleranzen (±0,1 mm) sind in der Gehäusezeichnung im Datenblatt angegeben.

4.2 Polaritätskennzeichnung

Die korrekte Ausrichtung ist zwingend erforderlich. Die Kathode ist üblicherweise auf dem Bauteilkörper markiert oder durch ein bestimmtes Merkmal in der Tape-Tasche angezeigt. Eine falsche Ausrichtung verhindert das Leuchten der LED, und das Anlegen einer Sperrspannung kann sie beschädigen.

4.3 Vorgeschlagenes Lötpad-Layout

Ein empfohlenes Footprint für die PCB-Lands wird bereitgestellt, um eine ordnungsgemäße Lötstellenbildung, mechanische Stabilität und Wärmeableitung während des Reflow zu gewährleisten. Die Einhaltung dieses Layouts minimiert "Tombstoning" und andere Montagefehler.

4.4 Tape-and-Reel-Spezifikationen

Das Bauteil wird in einer geprägten Trägerbahn mit einer Schutzdeckfolie geliefert. Wichtige Spezifikationen sind: 8 mm Bahnbreite, 7-Zoll-Spulendurchmesser und 4000 Stück pro Spule. Die Verpackung folgt den ANSI/EIA 481-1-A-1994-Standards. Maximal zwei aufeinanderfolgende fehlende Bauteile (leere Taschen) sind pro Spule zulässig.

5. Löt- und Montagerichtlinien

5.1 Reflow-Lötbedingungen

Die LED ist für gängige Lötverfahren ausgelegt. Das Datenblatt spezifiziert maximale Belastungsbedingungen, um thermische Schäden am Kunststoffgehäuse und den Bonddrähten zu verhindern:

• Infrarot- (IR) / Wellenlöten:260°C Spitzentemperatur für maximal 5 Sekunden.
• Dampfphasenlöten:215°C für maximal 3 Minuten.

Ein detailliertes Reflow-Profil (Vorwärmen, Halten, Reflow, Abkühlen) mit Zeit- und Temperaturbeschränkungen wird typischerweise vorgeschlagen, um zuverlässige Lötstellen zu gewährleisten, ohne die LED zu schädigen.

5.2 Reinigung

Die Reinigung nach dem Löten erfordert Vorsicht. Es sollten nur spezifizierte Chemikalien verwendet werden. Das Datenblatt empfiehlt ausdrücklich:

• Eintauchen in Ethylalkohol oder Isopropylalkohol bei normaler Raumtemperatur.
• Die Eintauchzeit sollte weniger als eine Minute betragen.
• Nicht spezifizierte chemische Flüssigkeiten müssen vermieden werden, da sie die Epoxidlinse oder das Gehäuse der LED beschädigen können.

5.3 Lagerung und Handhabung

Bauteile sollten in ihrer originalen, versiegelten Feuchtigkeitssperrbeutel mit Trockenmittel in einer kontrollierten Umgebung (innerhalb des Bereichs von -55°C bis +85°C) gelagert werden. Eine übermäßige Feuchtigkeitsexposition vor dem Löten kann während des Reflow zu "Popcorning" führen. Während der Handhabung sollten Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen (Schutz vor elektrostatischer Entladung) beachtet werden.

6. Anwendungshinweise und Designüberlegungen

6.1 Hauptanwendung: LCD-Hintergrundbeleuchtung

Das seitenemittierende Design ist ideal für kantenbeleuchtete Hintergrundbeleuchtungseinheiten. Mehrere LEDs werden entlang einer oder mehrerer Kanten einer Lichtleitplatte (LGP) platziert. Das Licht der LEDs wird in die Kante der LGP eingekoppelt, wo es sich durch Totalreflexion ausbreitet und durch gedruckte oder geformte Oberflächenstrukturen nach oben zur LCD-Anzeige ausgekoppelt wird, wodurch eine gleichmäßige Flächenlichtquelle entsteht.

6.2 Treiberschaltungs-Design

LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Ein Vorwiderstand ist die einfachste Ansteuerungsmethode. Der Widerstandswert (R) wird mit dem Ohmschen Gesetz berechnet: R = (Vcc - VF) / IF, wobei Vcc die Versorgungsspannung, VF die LED-Durchlassspannung (für Zuverlässigkeit den typischen oder Maximalwert verwenden) und IF der gewünschte Durchlassstrom (z.B. 20mA) ist. Für konstante Helligkeit über mehrere LEDs oder bei variierenden Temperaturen wird eine Konstantstrom-Treiberschaltung empfohlen.

6.3 Thermomanagement

Obwohl die Verlustleistung gering ist (max. 75mW), ist ein effektives Thermomanagement entscheidend für Langlebigkeit und stabile Lichtausbeute. Die Leiterplatte dient als Kühlkörper. Stellen Sie sicher, dass ausreichend Kupferfläche mit den thermischen Pads der LED (falls vorhanden) oder den Lötflächen verbunden ist, um Wärme von der Sperrschicht abzuleiten. Halten Sie sich an die Strom-Derating-Kurve bei Umgebungstemperaturen über 25°C.

6.4 Optische Integration

Für Hintergrundbeleuchtungsanwendungen sind die präzise mechanische Ausrichtung und der Abstand zwischen der LED-Emissionsfläche und der Lichtleitplattenkante entscheidend, um die Kopplungseffizienz zu maximieren und optische Verluste zu minimieren. Der weite Abstrahlwinkel von 130 Grad unterstützt diese Kopplung.

7. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu anderen LED-Technologien für rote Emission:

• vs. Traditionelles GaAsP:AlInGaP bietet eine deutlich höhere Lichtausbeute und bessere Temperaturstabilität, was zu hellerem und gleichmäßigerem rotem Licht führt.
• vs. AlInGaP Top-View-LEDs:Der Hauptunterschied liegt im Abstrahlverhalten. Diese seitenemittierende Variante strahlt Licht parallel zur PCB-Ebene ab, während Standard-LEDs senkrecht abstrahlen. Dies macht sie für direkte Anzeigen ungeeignet, aber optimal für Kantenbeleuchtung.
• vs. Weiße LEDs für Hintergrundbeleuchtung:Monochromatische rote LEDs wie diese werden oft in Mehrfarben- (RGB) Hintergrundbeleuchtungssystemen zur Erzeugung eines breiten Farbraums oder in Monochrom-Displays verwendet, die eine spezifische rote Beleuchtung erfordern.

8. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

8.1 Kann ich diese LED direkt von einem 5V- oder 3,3V-Logikausgang ansteuern?

Nein. Sie müssen einen Vorwiderstand oder einen Konstantstromtreiber verwenden, um den Strom auf den spezifizierten Maximalwert (30 mA Dauerstrom) zu begrenzen. Ein direkter Anschluss an eine Spannungsquelle führt zu übermäßigem Stromfluss und kann die LED zerstören.

8.2 Was ist der Unterschied zwischen Spitzenwellenlänge und dominanter Wellenlänge?

Die Spitzenwellenlänge (λPeak) ist die physikalische Wellenlänge, bei der die spektrale Leistung am höchsten ist. Die dominante Wellenlänge (λd) ist eine wahrnehmungsbezogene Metrik aus der Farbwissenschaft (CIE-Diagramm), die die einzelne Wellenlänge darstellt, die das menschliche Auge als mit der Farbe der LED übereinstimmend wahrnehmen würde. Bei monochromatischen LEDs liegen sie oft nahe beieinander, sind aber nicht identisch.

8.3 Wie viele LEDs kann ich in Reihe schalten?

Die Anzahl hängt von Ihrer Versorgungsspannung (Vcc) und der Durchlassspannung (VF) jeder LED ab. Die Summe der VF aller LEDs in der Reihe muss kleiner als Vcc sein, mit ausreichend Spielraum für das strombegrenzende Element (Widerstand oder Regler). Beispiel: Bei einer 12V-Versorgung und VF=2,4V könnten Sie theoretisch 4 LEDs in Reihe schalten (4 * 2,4V = 9,6V), was 2,4V für den Vorwiderstand übrig lässt.

8.4 Ist diese LED für Automotive-Anwendungen geeignet?

Der Betriebstemperaturbereich (-55°C bis +85°C) deckt viele Automotive-Anforderungen ab. Echte Automotive-konforme Bauteile erfordern jedoch typischerweise zusätzliche Qualifikationen für Vibration, Feuchtigkeit und erweiterte Lebensdauer unter rauen Bedingungen. Dieses Datenblatt spezifiziert keine AEC-Q101 oder ähnliche Automotive-Qualifikationen, daher ist es ohne weitere Verifizierung möglicherweise nicht für sicherheitskritische oder externe Automotive-Beleuchtung geeignet.

9. Praktische Design-Fallstudie

Szenario:Entwurf einer einfachen Statusanzeige für ein tragbares Gerät, das eine Seitenbeleuchtung eines kleinen Acryl-Lichtleiters erfordert.

Umsetzung:Das LTST-S220KEKT ist eine ausgezeichnete Wahl. Es wird auf der Hauptplatine platziert, wobei seine Emissionsfläche an der Kante des Acryl-Lichtleiters ausgerichtet ist. Ein Vorwiderstand wird für ein 3,3V-System berechnet: R = (3,3V - 2,4V) / 0,020A = 45 Ohm. Ein Standard-47-Ohm-Widerstand wird gewählt, was zu einem Durchlassstrom von etwa 19,1 mA führt, gut innerhalb der Grenzwerte. Der weite Abstrahlwinkel gewährleistet eine effiziente Kopplung in den Lichtleiter und sorgt für ein helles, gleichmäßiges rotes Leuchten am Austrittspunkt der Anzeige am Gerätegehäuse.

10. Einführung in das Technologieprinzip

Das LTST-S220KEKT basiert auf der Halbleitertechnologie Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP). Wenn eine Durchlassspannung an den pn-Übergang angelegt wird, werden Elektronen und Löcher in den aktiven Bereich injiziert, wo sie rekombinieren. In AlInGaP setzt dieses Rekombinationsereignis hauptsächlich Energie in Form von Photonen (Licht) im Spektrum von Rot bis Gelb-Orange frei, abhängig von der genauen Legierungszusammensetzung. Das seitenemittierende Gehäuse enthält eine geformte Epoxidlinse, die so gestaltet ist, dass das emittierte Licht seitlich, parallel zur Montageebene, gebrochen und gelenkt wird, anstatt nach oben. Dies wird durch eine spezifische Linsenkrümmung und die Positionierung des Halbleiterchips innerhalb des Gehäuses erreicht.

11. Branchentrends und Entwicklungen

Der Markt für seitenemittierende LEDs entwickelt sich weiter. Wichtige Trends sind:

• Erhöhte Effizienz:Fortlaufende Verbesserungen in der Materialwissenschaft zielen darauf ab, die Lumen pro Watt (Lichtausbeute) für AlInGaP und andere Farb-LEDs zu steigern und so den Stromverbrauch in Hintergrundbeleuchtungseinheiten zu reduzieren.
• Miniaturisierung:Es gibt einen ständigen Trend zu kleineren Gehäusegrößen (z.B. 0603, 0402 metrisch), um dünnere Displays und kompaktere Geräte zu ermöglichen.
• Integrierte Lösungen:Trends gehen in Richtung Multi-LED-Module oder "Light Bars", die mehrere Farben (RGB) oder weiße LEDs mit Treibern und Optik in einer einzigen vormontierten Einheit kombinieren, was das Design und die Montage für die Hintergrundbeleuchtung vereinfacht.
• Alternative Technologien:Für weiße Hintergrundbeleuchtung bleiben blaue LEDs mit Phosphor-Konversion dominant. Für Farbdisplays gewinnen jedoch direkt emittierende rote, grüne und blaue (RGB) LEDs oder Mini-/Micro-LED-Arrays aufgrund ihres überlegenen Farbraums und ihrer lokalen Dimming-Fähigkeiten in Highend-Displays an Bedeutung.