LTST-S270KRKT SMD LED Datenblatt - AlInGaP Rot - 20mA - 2,4V - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTST-S270KRKT ist eine hochhelle, seitlich abstrahlende SMD-LED (Surface Mount Device), die für moderne elektronische Anwendungen entwickelt wurde, die zuverlässige und effiziente Anzeigebeleuchtung erfordern. Sie nutzt einen fortschrittlichen AlInGaP-Halbleiterchip (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid), der für hohe Lichtstärke mit ausgezeichneter Farbreinheit im roten Spektrum bekannt ist. Das Bauteil ist in einem standardkonformen EIA-Gehäuse untergebracht, was die Kompatibilität mit automatisierten Bestückungsanlagen und Standard-Infrarot (IR)-Reflow-Lötprozessen gewährleistet – entscheidend für die Serienfertigung. Ihr seitlich abstrahlendes Linsendesign (wasserklar) ermöglicht eine Lichtabstrahlung parallel zur Montagefläche, ideal für Anwendungen mit begrenzter vertikaler Bauraumhöhe, wie randbeleuchtete Panels, Hintergrundbeleuchtung für Folientastaturen oder Statusanzeigen in schlanken Konsumelektronikgeräten.

1.1 Kernmerkmale und Vorteile

• Hochheller AlInGaP-Chip:Bietet eine überlegene Lichtstärke im Vergleich zu traditionellen LED-Materialien und gewährleistet eine klare Sichtbarkeit.
• Seitlich abstrahlendes Gehäuse:Die primäre Lichtabstrahlung erfolgt von der Seite des Bauteils, perfekt für platzsparende Designs.
• RoHS-konform & "grünes" Produkt:Herstellung ohne gefährliche Stoffe wie Blei, Quecksilber und Cadmium, entspricht globalen Umweltvorschriften.
• Verzinnte Anschlüsse:Verbessert die Lötbarkeit und bietet gute Oxidationsbeständigkeit, gewährleistet zuverlässige Lötstellen während der Montage.
• Automatisierungsfreundlich:Geliefert auf 8-mm-Trägerband auf 7-Zoll-Spulen, voll kompatibel mit Hochgeschwindigkeits-Bestückungsautomaten.
• Reflow-lötbar:Hält den für bleifreie (Pb-free) Montageprozesse erforderlichen Standard-IR-Reflow-Lötprofilen stand.

2. Technische Spezifikationen und objektive Interpretation

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Analyse der im Datenblatt definierten elektrischen, optischen und thermischen Parameter. Das Verständnis dieser Werte ist entscheidend für einen korrekten Schaltungsentwurf und die langfristige Zuverlässigkeit.

2.1 Absolute Grenzwerte

Diese Grenzwerte stellen die Belastungsgrenzen dar, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Ein Betrieb bei oder nahe diesen Grenzen wird für den Normalbetrieb nicht empfohlen und verkürzt wahrscheinlich die Lebensdauer der LED.

• Verlustleistung (Pd):75 mW. Dies ist die maximale Leistung, die das LED-Gehäuse als Wärme abführen kann. Eine Überschreitung kann zu Überhitzung und Totalausfall führen.
• Spitzen-Strom (I_FP):80 mA. Dies ist der maximal zulässige Momentanstrom unter gepulsten Bedingungen (1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Pulsbreite). Er ist deutlich höher als der DC-Nennwert und nützlich für kurze, hochintensive Blitze.
• DC-Durchlassstrom (I_F):30 mA. Dies ist der maximale empfohlene Dauerstrom für einen zuverlässigen Langzeitbetrieb. Die typische Testbedingung für optische Spezifikationen ist 20 mA.
• Sperrspannung (V_R):5 V. Das Anlegen einer höheren Sperrspannung kann den PN-Übergang der LED durchschlagen und sofortigen Ausfall verursachen. In Wechselstrom- oder bipolaren Signalumgebungen ist ein geeigneter Schaltungsschutz (z. B. eine antiparallel geschaltete Diode) ratsam.
• Betriebs- & Lagertemperatur:-30°C bis +85°C / -40°C bis +85°C. Das Bauteil kann innerhalb dieser Umgebungstemperaturbereiche betrieben und gelagert werden. Die Leistung, insbesondere Lichtstärke und Durchlassspannung, variiert mit der Temperatur.
• IR-Reflow-Bedingung:260°C Spitzentemperatur für 10 Sekunden. Dies definiert das maximale Wärmeprofil, dem das Gehäuse während des Lötens ohne Schaden standhalten kann.

2.2 Elektro-optische Kenngrößen

Gemessen bei einer Umgebungstemperatur (T_a) von 25°C definieren diese Parameter die Leistung der LED unter normalen Betriebsbedingungen.

• Lichtstärke (I_V):18,0 - 54,0 mcd (typisch 54,0 mcd) bei I_F= 20 mA. Dies ist ein Maß für die vom menschlichen Auge wahrgenommene Helligkeit der LED. Der große Min-Max-Bereich macht ein Binning-System erforderlich (siehe Abschnitt 3).
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):130 Grad. Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte ihres Maximalwerts (auf der Achse) abfällt. Ein 130°-Winkel deutet auf ein sehr breites Abstrahlverhalten hin, typisch für seitlich abstrahlende Linsen ohne schmalen Strahl.
• Spitzenwellenlänge (λ_P):639 nm. Dies ist die Wellenlänge, bei der die optische Ausgangsleistung der LED maximal ist. Sie definiert physikalisch die "Farbe".
• Dominante Wellenlänge (λ_d):631 nm. Abgeleitet vom CIE-Farbdiagramm ist dies die einzelne Wellenlänge, die die vom menschlichen Auge wahrgenommene Farbe am besten repräsentiert. Sie ist der Schlüsselparameter für die Farbspezifikation.
• Spektrale Bandbreite (Δλ):20 nm. Dies ist die Breite des emittierten Spektrums bei halber Maximalleistung (Full Width at Half Maximum - FWHM). Eine schmalere Bandbreite deutet auf eine spektral reinerere, gesättigtere Farbe hin.
• Durchlassspannung (V_F):2,0 V - 2,4 V (typisch 2,4 V) bei I_F= 20 mA. Dies ist der Spannungsabfall über der LED im Betrieb. Er ist entscheidend für die Auslegung des in Reihe geschalteten strombegrenzenden Widerstands. Entwickler müssen den maximalen V_F-Wert aus dem Datenblatt verwenden, um sicherzustellen, dass der Strom unter ungünstigsten Bedingungen das Soll nicht überschreitet.
• Sperrstrom (I_R):10 µA max. bei V_R= 5 V. Dies ist der kleine Leckstrom, der fließt, wenn die LED innerhalb ihrer maximalen Nennwerte in Sperrrichtung betrieben wird.

3. Erklärung des Binning-Systems

Aufgrund inhärenter Schwankungen in der Halbleiterfertigung werden LEDs nach Leistungsklassen (Bins) sortiert. Dies gewährleistet Konsistenz innerhalb einer Fertigungslos. Die LTST-S270KRKT verwendet ein Binning-System für die Lichtstärke.

3.1 Lichtstärke-Binning

Die LEDs werden anhand ihrer gemessenen Lichtstärke bei 20 mA in Bins kategorisiert. Jedes Bin hat einen Minimal- und Maximalwert mit einer Toleranz von +/-15 % innerhalb des Bins. Dies ermöglicht es Entwicklern, den passenden Helligkeitsgrad für ihre Anwendung auszuwählen.

• 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
• Bin R:112,0 - 180,0 mcd

Entwurfsimplikation:Für Anwendungen, die eine gleichmäßige Helligkeit über mehrere LEDs hinweg erfordern (z. B. eine Anordnung von Statusleuchten), ist es entscheidend, LEDs aus demselben Lichtstärke-Bin zu spezifizieren und zu beschaffen. Das Mischen von Bins kann zu sichtbar ungleichmäßiger Beleuchtung führen.

4. Analyse der Kennlinien

Während im Datenblatt auf spezifische grafische Kurven verwiesen wird (z. B. Abb.1, Abb.6), kann ihr typisches Verhalten basierend auf der Standard-LED-Physik beschrieben werden.

4.1 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kennlinie)

Die Beziehung ist exponentiell. Eine kleine Spannungserhöhung über den "Einschaltpunkt" (~1,8 V für AlInGaP rot) hinaus verursacht einen starken Stromanstieg. Deshalb ist eine strombegrenzende Schaltung (üblicherweise ein Widerstand) zwingend erforderlich; der direkte Anschluss der LED an eine Spannungsquelle würde sie zerstören.

4.2 Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Die Lichtstärke ist bis zu einem gewissen Punkt annähernd proportional zum Durchlassstrom. Ein Betrieb über dem empfohlenen DC-Strom (30 mA) bringt abnehmende Helligkeitsgewinne bei gleichzeitiger Erzeugung übermäßiger Wärme, was den Lichtstromrückgang beschleunigt.

4.3 Temperaturabhängigkeit

Mit steigender Sperrschichttemperatur:

• Durchlassspannung (V_F):Sinkt leicht. Dies kann bei Ansteuerung durch eine Konstantspannungsquelle mit Vorwiderstand zu einem leichten Stromanstieg führen.
• Lichtstärke (I_V):Sinkt. Hohe Temperaturen reduzieren die Lichtausbeute. Ein ordnungsgemäßes Wärmemanagement (z. B. ausreichende Kupferfläche auf der Leiterplatte) ist wichtig, um eine konstante Helligkeit aufrechtzuerhalten.
• Wellenlänge (λ_d):Verschiebt sich leicht, typischerweise zu längeren Wellenlängen (Rotverschiebung).

5. Mechanische und Verpackungsinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen und Polarität

Das Datenblatt enthält detaillierte mechanische Zeichnungen. Wichtige Merkmale sind die Geometrie der seitlich abstrahlenden Linse und die Kennzeichnung der Anoden-/Kathodenanschlüsse. Die Kathode ist typischerweise durch eine Kerbe, einen grünen Streifen auf dem Band oder eine andere Anschlussform markiert. Die korrekte Polarität ist während der Montage entscheidend.

5.2 Empfohlenes Lötflächenlayout

Ein empfohlenes Land Pattern (Lötflächenlayout) wird bereitgestellt, um einen zuverlässigen Lötfillet und eine korrekte Ausrichtung während des Reflow-Lötens zu gewährleisten. Die Befolgung dieser Empfehlung hilft, "Tombstoning" (Aufstellen des Bauteils auf einer Seite) zu verhindern und sorgt für gute mechanische Festigkeit.

5.3 Band- und Spulenspezifikationen

Das Bauteil wird auf geprägten Trägerbändern (8 mm Teilung) auf 7-Zoll-Spulen geliefert, konform mit ANSI/EIA-481.

• Stück pro Spule: 4000
• Mindestbestellmenge:500 Stück für Restmengen.
• Deckfolie:Verschließt die Taschen, um ein Herausfallen der Teile zu verhindern.
• Fehlende LEDs:Gemäß Spezifikation sind maximal zwei aufeinanderfolgende leere Taschen zulässig.

6. Löt-, Montage- und Handhabungsrichtlinien

6.1 IR-Reflow-Lötprofil

Ein empfohlenes Reflow-Profil für bleifreie Prozesse wird bereitgestellt, das JEDEC-Standards entspricht. Wichtige Parameter sind:

• Vorwärmen:150-200°C für bis zu 120 Sekunden, um die Temperatur langsam anzuheben und das Flussmittel zu aktivieren.
• Spitzentemperatur:Maximal 260°C.
• Zeit oberhalb Liquidus (TAL):Das Profil empfiehlt eine maximale Spitzentemperaturzeit von 10 Sekunden. Die Gesamtzeit von ~217°C bis zur Spitze sollte kontrolliert werden.
• Maximale Zyklen:Die LED sollte nicht mehr als zwei Reflow-Zyklen ausgesetzt werden.

Hinweis:Das tatsächliche Profil muss für das spezifische Leiterplattendesign, die verwendete Lötpaste und den Ofen charakterisiert werden.

6.2 Handlöten

Falls Handlöten notwendig ist:

• Lötkolbentemperatur:Maximal 300°C.
• Lötzeit:Maximal 3 Sekunden pro Anschluss.
• Begrenzung:Nur ein Handlötzyklus ist zulässig.

6.3 Reinigung

Zum Reinigen sollten nur alkoholbasierte Lösungsmittel wie Isopropanol (IPA) oder Ethanol bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute verwendet werden. Aggressive oder nicht spezifizierte Chemikalien können die Kunststofflinse und das Gehäuse beschädigen.

6.4 Vorsichtsmaßnahmen gegen elektrostatische Entladung (ESD)

LEDs sind ESD-empfindlich. Handhabungsvorsichtsmaßnahmen sind zwingend erforderlich:

• Verwendung geerdeter Handgelenkbänder oder antistatischer Handschuhe.
• Sicherstellen, dass alle Arbeitsplätze, Geräte und Werkzeuge ordnungsgemäß geerdet sind.
• Lagerung und Transport der Bauteile in ESD-sicherer Verpackung.

6.5 Lagerbedingungen

• Verschweißter Beutel (Feuchtigkeitssperrbeutel - MBB):Lagern bei ≤30°C und ≤90 % r.F. Die Haltbarkeit beträgt ein Jahr ab dem Versiegelungsdatum bei Lagerung mit Trockenmittel.
• Geöffneter Beutel oder lose Teile:Lagern bei ≤30°C und ≤60 % r.F. Es wird empfohlen, das IR-Reflow-Löten innerhalb einer Woche nach dem Öffnen abzuschließen. Für längere Lagerung Teile in einem verschlossenen Behälter mit Trockenmittel oder in einem Stickstoff-Exsikkator lagern. Teile, die länger als eine Woche außerhalb des MBB gelagert wurden, sollten vor dem Löten mindestens 20 Stunden bei 60°C getrocknet ("gebaked") werden, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und "Popcorning" während des Reflow-Lötens zu verhindern.

7. Anwendungshinweise und Entwurfsüberlegungen

7.1 Typische Anwendungsszenarien

• Statusanzeigen:Strom-, Verbindungs- oder Betriebsmodusanzeigen in Konsumelektronik, Haushaltsgeräten und Industrie-Bedienpanels.
• Hintergrundbeleuchtung:Randbeleuchtung für Folientastaturen, Tastenfelder oder kleine Grafikdisplays.
• Automobil-Innenraumbeleuchtung:Nicht sicherheitskritische Anzeigelampen (vorbehaltlich Temperatur- und Vibrationsvalidierung).
• Tragbare Geräte:Batterielade- oder Benachrichtigungs-LEDs in Smartphones, Tablets und Wearables (Nutzung der seitlichen Abstrahlung).

7.2 Schaltungsentwurf

Die gebräuchlichste Ansteuerschaltung ist eine Spannungsquelle (V_CC) in Reihe mit einem strombegrenzenden Widerstand (R_S). Der Widerstandswert wird mit dem Ohmschen Gesetz berechnet:
R_S= (V_CC- V_F) / I_F
Wobei V_Fdie LED-Durchlassspannung und I_Fder gewünschte Durchlassstrom (z. B. 20 mA) ist.Verwenden Sie für diese Berechnung stets den maximalen V_F-Wert aus dem Datenblatt (2,4 V), um zu garantieren, dass der Strom unter ungünstigsten Bedingungen das Entwurfsziel nicht überschreitet. Beispielsweise bei einer 5-V-Versorgung:
R_S= (5 V - 2,4 V) / 0,020 A = 130 Ω. Ein Standard-130-Ω- oder 150-Ω-Widerstand wäre geeignet.

7.3 Wärmemanagement

Obwohl die Verlustleistung gering ist, kann Dauerbetrieb bei hohen Umgebungstemperaturen oder mit maximalem DC-Strom die Sperrschichttemperatur erhöhen. Um Leistung und Lebensdauer aufrechtzuerhalten:

• Verwenden Sie ausreichend Kupferfläche auf der Leiterplatte, die mit den thermischen Anschlüssen der LED (falls vorhanden) oder einer benachbarten Massefläche verbunden ist, um als Kühlkörper zu dienen.
• Vermeiden Sie die Platzierung der LED in der Nähe anderer wärmeerzeugender Bauteile.
• Erwägen Sie eine Reduzierung (Derating) des Betriebsstroms (z. B. 15 mA statt 20 mA) in Hochtemperaturumgebungen.

7.4 Anwendungsbeschränkungen und Warnhinweise

Das Datenblatt stellt ausdrücklich klar, dass diese LEDs fürgewöhnliche elektronische Geräte(Büro, Kommunikation, Haushalt) bestimmt sind. Sie sindnicht qualifiziertfür sicherheitskritische Anwendungen, bei denen ein Ausfall Leben oder Gesundheit gefährden könnte, wie z. B.:

• Luft- und Raumfahrtsysteme
• Verkehrs- und Verkehrsleittechnik
• Medizinische Geräte und lebenserhaltende Systeme
• Kritische Sicherheitssysteme

Für solche Anwendungen müssen Bauteile mit entsprechenden Zuverlässigkeitszertifizierungen beschafft werden.

8. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

8.1 Was ist der Unterschied zwischen Spitzenwellenlänge und dominanter Wellenlänge?

Spitzenwellenlänge (λ_P):Die physikalische Wellenlänge, bei der die LED die meiste optische Leistung emittiert. Sie wird direkt aus dem Spektrum gemessen.
Dominante Wellenlänge (λ_d):Die wahrgenommene Farbe. Sie wird aus dem CIE-Farbdiagramm berechnet, um die einzelne Wellenlänge zu finden, die dem vom menschlichen Auge gesehenen Farbort der LED entspricht. Für monochromatische LEDs wie diese rote sind sie nahe, aber nicht identisch. λ_dist der relevantere Parameter für die Farbspezifikation.

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

Ja. Mit der Formel R_S= (3,3 V - 2,4 V) / 0,020 A = 45 Ω. Ein Standard-47-Ω-Widerstand würde funktionieren. Stellen Sie sicher, dass die Versorgung den erforderlichen Strom liefern kann.

8.3 Warum ist die Lagerfeuchteanforderung nach dem Öffnen des Beutels so streng?

SMD-Gehäuse können Feuchtigkeit aus der Luft aufnehmen. Während des Hochtemperatur-Reflow-Lötprozesses kann diese eingeschlossene Feuchtigkeit schnell verdampfen und internen Druck erzeugen, der das Gehäuse zum Reißen bringen oder innere Schichten delaminieren kann – ein Phänomen, das als "Popcorning" oder "feuchtigkeitsinduzierte Spannung" bekannt ist. Der Trocknungsprozess (60°C für 20+ Stunden) treibt diese aufgenommene Feuchtigkeit sicher aus.

8.4 Wie interpretiere ich den Bin-Code (z. B. P) auf einer Bestellung?

Der Bin-Code (M, N, P, Q, R) spezifiziert den garantierten Bereich der Lichtstärke für die LEDs in diesem Los. Bei einer Bestellung können Sie den erforderlichen Bin-Code angeben, um sicherzustellen, dass Sie LEDs mit Helligkeit in Ihrem gewünschten Bereich erhalten. Wenn nicht angegeben, kann der Lieferant aus jedem verfügbaren Bin liefern.