LTST-S220KSKT Gelbe SMD LED Datenblatt - EIA-Gehäuse - Spannung 2,4V - Leistung 75mW - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTST-S220KSKT ist eine oberflächenmontierbare (SMD) Leuchtdiode (LED), die für moderne elektronische Bestückungsprozesse konzipiert ist. Sie gehört zur Familie der seitlich abstrahlenden Chip-LEDs, was bedeutet, dass ihre primäre Lichtemission parallel zur Montageebene der Leiterplatte (PCB) gerichtet ist. Diese Ausrichtung ist besonders nützlich für Anwendungen, die Kantenbeleuchtung oder Statusanzeigen erfordern, die von der Seite eines Geräts aus sichtbar sind. Die LED nutzt einen Halbleiter aus Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP), der für seine hohe Effizienz im gelben bis roten Spektrum bekannt ist. Das Bauteil ist mit einer wasserklaren Linse verkapselt, die das Licht nicht streut, was zu einem fokussierteren und intensiveren Strahl für Indikatorzwecke führt.

Die Kernvorteile dieser Komponente umfassen ihre Konformität mit der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe), was sie für globale Märkte mit strengen Umweltvorschriften geeignet macht. Sie verfügt über verzinnte Anschlüsse für verbesserte Lötbarkeit und Korrosionsbeständigkeit. Das Gehäuse entspricht den EIA-Spezifikationen (Electronic Industries Alliance), was die Kompatibilität mit einer breiten Palette von automatischen Bestückungsgeräten für die Serienfertigung gewährleistet. Darüber hinaus ist sie für Infrarot (IR) Reflow-Lötprozesse ausgelegt, dem Standard für die Montage bleifreier Lötstellen in der Oberflächenmontagetechnik.

Der Zielmarkt für diese LED umfasst Unterhaltungselektronik, Industrie-Bedienfelder, Automobil-Innenraumbeleuchtung, Messtechnik und alle Anwendungen, die eine zuverlässige, helle, gelbe Statusanzeige erfordern, die mit automatisierten Fertigungslinien integriert werden kann.

2. Tiefgehende objektive Interpretation der technischen Parameter

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. Die absoluten Maximalwerte sind bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C spezifiziert.

• Verlustleistung (Pd):75 mW. Dies ist die maximale Leistung, die das LED-Gehäuse als Wärme abführen kann, ohne dass Leistung oder Lebensdauer beeinträchtigt werden. Das Überschreiten dieses Limits riskiert thermische Schäden.
• Spitzen-Durchlassstrom (IFP):80 mA. Dies ist der maximal zulässige momentane Durchlassstrom, typischerweise unter gepulsten Bedingungen spezifiziert (1/10 Tastverhältnis, 0,1ms Impulsbreite), um einen übermäßigen Anstieg der Sperrschichttemperatur zu verhindern.
• DC-Durchlassstrom (IF):Diese Parameter werden unter Standard-Testbedingungen (Ta=25°C, IF=20mA) gemessen und definieren die Leistung des Bauteils.
• Sperrspannung (VR):5 V. Das Anlegen einer höheren Sperrspannung kann zum Durchbruch und irreversiblen Schäden am PN-Übergang der LED führen.
• Betriebstemperaturbereich:-30°C bis +85°C. Die LED ist für den Betrieb innerhalb dieses Umgebungstemperaturbereichs ausgelegt.
• Lagertemperaturbereich:-40°C bis +85°C. Das Bauteil kann ohne Betrieb innerhalb dieses weiteren Temperaturbereichs gelagert werden.
• Infrarot-Lötbedingung:260°C für 10 Sekunden. Dies definiert die Spitzentemperatur und Zeit-Toleranz für den Reflow-Lötprozess, entscheidend für die bleifreie Bestückung.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

These parameters are measured under standard test conditions (Ta=25°C, IF=20mA) and define the device's performance.

• Lichtstärke (Iv):18,0 - 54,0 mcd (typisch). Dies misst die vom menschlichen Auge (photopisches Sehen) wahrgenommene Helligkeit der LED. Der weite Bereich zeigt an, dass ein Binning-System verwendet wird (siehe Abschnitt 3). Die Intensität wird mit einem Filter gemessen, der die CIE-Augenempfindlichkeitskurve simuliert.
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):130 Grad (typisch). Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte ihres Wertes auf der Mittelachse (0°) abfällt. Ein Winkel von 130° zeigt ein relativ breites Abstrahlverhalten an.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λP):591 nm (typisch). Dies ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsabgabe der LED maximal ist. Sie liegt im gelben Bereich des sichtbaren Spektrums.
• Dominante Wellenlänge (λd):589 nm (typisch). Diese wird aus dem CIE-Farbtafeld abgeleitet und repräsentiert die einzelne Wellenlänge, die die wahrgenommene Lichtfarbe am besten beschreibt. Sie liegt sehr nahe an der Spitzenwellenlänge für dieses Bauteil.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):20 nm (typisch). Dies ist die Breite des Emissionsspektrums bei der halben maximalen Leistung. Ein Wert von 20 nm zeigt eine mäßig reine gelbe Farbe an.
• Durchlassspannung (VF):2,0 V (Min), 2,4 V (Typ), (Max bei 20mA nicht spezifiziert). Dies ist der Spannungsabfall über der LED beim Betrieb mit dem spezifizierten Strom. Er ist entscheidend für den Entwurf der strombegrenzenden Schaltung.
• Sperrstrom (IR):10 μA (Max) bei VR=5V. Dies ist der kleine Leckstrom, der fließt, wenn die spezifizierte Sperrspannung angelegt wird.

Hinweis zu ESD:Das Datenblatt warnt davor, dass statische Elektrizität und Überspannungen die LED beschädigen können. Richtige elektrostatische Entladungs (ESD) Vorsichtsmaßnahmen, wie die Verwendung geerdeter Handgelenkbänder, antistatischer Handschuhe und die Sicherstellung, dass alle Geräte geerdet sind, werden während der Handhabung dringend empfohlen.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um die Konsistenz der Helligkeit über Produktionschargen hinweg sicherzustellen, werden LEDs basierend auf ihrer gemessenen Lichtstärke beim Standard-Teststrom (20mA) in Bins sortiert. Die LTST-S220KSKT verwendet die folgende Bin-Code-Liste:

• 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

Die Toleranz für jedes Intensitäts-Bin beträgt +/- 15%. Das bedeutet, eine als Bin N gekennzeichnete LED könnte eine tatsächliche Intensität zwischen etwa 23,8 mcd und 51,75 mcd haben. Entwickler müssen diese Variation berücksichtigen, wenn sie Helligkeitsanforderungen für ihre Anwendung spezifizieren. Das Datenblatt zeigt für diese spezifische Teilenummer keine separaten Bins für Wellenlänge oder Durchlassspannung an, was auf eine engere Kontrolle oder Ein-Bin-Spezifikation für diese Parameter hindeutet.

4. Analyse der Leistungskurven

Während die spezifischen Graphen im bereitgestellten Text nicht detailliert sind, würden typische Kurven für eine solche LED umfassen:

• Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom (I-V-Kurve):Diese Kurve zeigt, wie die Lichtausbeute mit dem Durchlassstrom zunimmt. Sie ist bei niedrigeren Strömen im Allgemeinen linear, kann aber bei höheren Strömen aufgrund thermischer Effekte und Effizienzabfalls sättigen.
• Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Dieser Graph veranschaulicht die Reduzierung der Lichtausbeute mit steigender Umgebungs- (oder Sperrschicht-) Temperatur. AlInGaP-LEDs erfahren typischerweise eine Abnahme der Ausgangsleistung mit steigender Temperatur.
• Durchlassspannung vs. Durchlassstrom:Dies zeigt die exponentielle Beziehung, die für eine Diode charakteristisch ist. Die Spannung steigt mit dem Strom.
• Durchlassspannung vs. Umgebungstemperatur:Die Durchlassspannung hat typischerweise einen negativen Temperaturkoeffizienten, was bedeutet, dass sie mit steigender Temperatur leicht abnimmt.
• Spektrale Verteilung:Eine Darstellung der relativen Strahlungsleistung gegenüber der Wellenlänge, die einen Peak bei etwa 591 nm mit einer Breite von etwa 20 nm bei halber Höhe zeigt.

Diese Kurven sind wesentlich, um das Verhalten des Bauteils unter nicht-standardmäßigen Betriebsbedingungen zu verstehen und für das Wärmemanagement-Design.

5. Mechanische und Verpackungsinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die LED entspricht einem EIA-Standard-SMD-Gehäuseumriss. Alle Abmessungen sind in Millimetern angegeben, mit einer typischen Toleranz von ±0,10 mm, sofern nicht anders angegeben. Das Datenblatt enthält eine detaillierte Maßzeichnung, die Länge, Breite, Höhe, Anschlussabstand und andere kritische mechanische Merkmale zeigt, die für das PCB-Footprint-Design notwendig sind.

5.2 Lötflächen-Design und Polarität

Das Datenblatt bietet vorgeschlagene Lötflächenabmessungen für das PCB-Layout. Die Einhaltung dieser Empfehlungen gewährleistet eine zuverlässige Lötstelle und korrekte Ausrichtung während des Reflow. Die Komponente hat eine Polarisierungsmarkierung, typischerweise eine Kerbe oder eine Kathodenkennzeichnung auf dem Gehäuse. Die korrekte Orientierung ist entscheidend, da LEDs Strom nur in eine Richtung fließen lassen.

5.3 Tape-and-Reel-Verpackung

Die LEDs werden in industrieüblicher 8mm-Tape auf 7-Zoll-Durchmesser-Spulen geliefert, um Kompatibilität mit automatischen Bestückungsgeräten zu gewährleisten. Wichtige Verpackungshinweise umfassen:

• Leere Bauteiltaschen sind mit einem Deckband versiegelt.
• Jede 7-Zoll-Spule enthält 4000 Stück.
• Die Mindestpackmenge für Restposten beträgt 500 Stück.
• Maximal zwei aufeinanderfolgende fehlende LEDs (leere Taschen) sind pro Spulenspezifikation erlaubt.
• Die Verpackung folgt den ANSI/EIA 481-Spezifikationen.

6. Löt- und Bestückungsrichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil

Ein vorgeschlagenes Infrarot (IR) Reflow-Profil für bleifreie Lötprozesse wird bereitgestellt. Die kritischen Parameter sind:

• Vorwärmtemperatur:150–200°C
• Vorwärmzeit:Maximal 120 Sekunden
• Spitzentemperatur:Maximal 260°C
• Zeit bei Spitzentemperatur:Maximal 10 Sekunden (und maximal zwei Reflow-Zyklen erlaubt).

Das Profil basiert auf JEDEC-Standards. Das Datenblatt betont, dass das optimale Profil vom spezifischen PCB-Design, den Komponenten, der Lotpaste und dem Ofen abhängt, daher ist eine Charakterisierung notwendig.

6.2 Handlötung

Falls Handlötung notwendig ist, gelten die folgenden Grenzen:

• Lötkolbentemperatur:Maximal 300°C
• Lötzeit:Maximal 3 Sekunden (nur einmal).

6.3 Reinigung

Nicht spezifizierte chemische Reinigungsmittel sollten nicht verwendet werden, da sie das LED-Gehäuse beschädigen können. Falls Reinigung erforderlich ist, wird das Eintauchen in Ethylalkohol oder Isopropylalkohol bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute empfohlen.

6.4 Lagerbedingungen

• Verschlossene Verpackung:Lagern bei ≤30°C und ≤90% relativer Luftfeuchtigkeit (RH). Die Haltbarkeit beträgt ein Jahr, wenn sie in der original feuchtigkeitsgeschützten Beutel mit Trockenmittel gelagert wird.
• Geöffnete Verpackung:Die Lagerumgebung sollte 30°C oder 60% RH nicht überschreiten. LEDs, die aus ihrer Originalverpackung entnommen wurden, sollten innerhalb einer Woche IR-reflowgelötet werden.
• Verlängerte Lagerung (geöffnet):Für Lagerung über eine Woche hinaus, LEDs in einem verschlossenen Behälter mit Trockenmittel oder in einem Stickstoff-Exsikkator aufbewahren. LEDs, die länger als eine Woche außerhalb der Verpackung gelagert wurden, sollten vor dem Löten bei etwa 60°C für mindestens 20 Stunden getrocknet (gebaked) werden, um Feuchtigkeitsaufnahme zu entfernen und "Popcorning" während des Reflow zu verhindern.

7. Anwendungsvorschläge

7.1 Typische Anwendungsszenarien

Diese seitlich abstrahlende gelbe LED ist ideal für Anwendungen, bei denen der Platz auf der Oberseite einer PCB begrenzt ist oder wo der Indikator von der Kante aus sichtbar sein muss. Häufige Verwendungen umfassen:

• Statusanzeigen auf Unterhaltungselektronik (Router, Set-Top-Boxen, Ladegeräte).
• Hintergrundbeleuchtung für Folientastaturen oder seitlich beleuchtete Panels.
• Instrumententafel- und Armaturenbrettbeleuchtung in Automobil-Innenräumen.
• Status- und Fehleranzeigen für Industrieanlagen.
• Batteriestands- oder Ladeanzeigen in tragbaren Geräten.

7.2 Designüberlegungen

• Stromtreiber:LEDs sind strombetriebene Bauteile. Um eine gleichmäßige Helligkeit sicherzustellen, insbesondere wenn mehrere LEDs parallel geschaltet sind, ist ein Strombegrenzungsmechanismus unerlässlich. Dies wird typischerweise mit einem Vorwiderstand oder einer Konstantstrom-Treiberschaltung erreicht. Der Widerstandswert kann mit der Formel berechnet werden: R = (Vcc - VF) / IF, wobei Vcc die Versorgungsspannung, VF die LED-Durchlassspannung (für Sicherheit Max- oder Typ-Wert verwenden) und IF der gewünschte Durchlassstrom (z.B. 20mA) ist.
• Wärmemanagement:Obwohl die Verlustleistung gering ist, ist die Aufrechterhaltung der Sperrschichttemperatur innerhalb der Grenzen entscheidend für Langlebigkeit und stabile Lichtausbeute. Sorgen Sie für ausreichende PCB-Kupferfläche oder thermische Durchkontaktierungen, wenn bei hohen Umgebungstemperaturen oder nahe dem Maximalstrom betrieben wird.
• ESD-Schutz:Integrieren Sie ESD-Schutzdioden auf empfindlichen Signalleitungen, die mit der LED verbunden sind, oder stellen Sie sicher, dass die Treiberschaltung inhärenten Schutz bietet, insbesondere wenn die LED benutzerzugänglich ist.
• Optisches Design:Die wasserklare Linse erzeugt einen fokussierten Strahl. Wenn ein gestreutes oder breiteres Beleuchtungsmuster benötigt wird, müssen externe Diffusoren oder Lichtleiter im mechanischen Design berücksichtigt werden.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu anderen gelben Indikator-LEDs sind die Hauptunterschiede der LTST-S220KSKT:

• Seitlich abstrahlendes Gehäuse:Im Gegensatz zu nach oben abstrahlenden LEDs spart diese Bauform vertikalen Platz und ermöglicht einzigartige Beleuchtungsgeometrien, was ein deutlicher mechanischer Vorteil ist.
• AlInGaP-Technologie:Bietet höhere Effizienz und bessere Temperaturstabilität im Vergleich zu älteren, auf Gelbem Galliumphosphid (GaP) basierenden LEDs, was zu hellerer und konsistenterer Ausgangsleistung führt.
• Volle Prozesskompatibilität:Ihr Design für Tape-and-Reel-Verpackung, automatische Platzierung und IR-Relflow-Lötung macht sie zur bevorzugten Wahl für kosteneffektive, serienmäßige, automatisierte Fertigung.
• RoHS-Konformität:Erfüllt moderne Umweltstandards, was für viele Märkte eine zwingende Anforderung ist.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F1: Welchen Widerstand benötige ich für eine 5V-Versorgung?

A: Unter Verwendung der typischen Durchlassspannung (VF) von 2,4V und einem Zielstrom (IF) von 20mA beträgt der Vorwiderstandswert R = (5V - 2,4V) / 0,02A = 130 Ohm. Ein Standard-130Ω oder 150Ω Widerstand wäre geeignet. Überprüfen Sie stets die tatsächliche Helligkeit und ziehen Sie in Betracht, den maximalen VF für ein konservativeres Design zu verwenden.

F2: Kann ich diese LED mit einem 3,3V-Mikrocontroller-Pin ansteuern?

A: Ja, aber die verfügbare Spannungsreserve ist gering. VF_min ist 2,0V, VF_typ ist 2,4V. Bei 3,3V wird die Widerstandsberechnung R = (3,3V - 2,4V) / 0,02A = 45 Ohm. Dies ist machbar, aber Schwankungen in VF und Versorgungsspannung können signifikante Stromänderungen verursachen. Ein Konstantstromtreiber oder sorgfältige Charakterisierung wird für kritische Anwendungen empfohlen.

F3: Warum ist der Abstrahlwinkel so breit (130°)?

A: Das seitlich abstrahlende Gehäuse und das wasserklare Linsendesign sind optimiert, um Licht über eine breite Hemisphäre abzustrahlen. Dies ist vorteilhaft für Indikatoren, die aus verschiedenen Winkeln sichtbar sein müssen, ohne eine streuende Linse zu benötigen.

F4: Wie interpretiere ich den Bin-Code (z.B. N) auf einer Bestellung?

A: Der Bin-Code spezifiziert den garantierten Bereich der Lichtstärke. Die Bestellung von Bin N stellt sicher, dass Sie LEDs mit einer Intensität zwischen 28,0 und 45,0 mcd bei 20mA erhalten. Für Anwendungen, die eine Mindesthelligkeit erfordern, spezifizieren Sie das entsprechende Bin oder konsultieren Sie den Lieferanten bezüglich Verfügbarkeit.

10. Praktischer Anwendungsfall

Szenario: Entwurf einer Statusanzeige für einen Netzwerkrouter

Ein Entwickler benötigt eine Strom-/Aktivitätsanzeige, die von der Vorderseite eines schlanken Routers sichtbar ist. Die PCB ist vertikal montiert, daher ist eine seitlich abstrahlende LED perfekt. Er platziert die LTST-S220KSKT am Rand der PCB, ausgerichtet auf einen Lichtleiter, der das Licht zu einem kleinen Fenster auf der Front des Routers leitet. Er steuert sie von der 3,3V-Systemspannung mit einem 47Ω Vorwiderstand an, was einem Strom von etwa 19mA ((3,3V-2,4V)/47Ω) ergibt. Er wählt Bin P LEDs, um sicherzustellen, dass ausreichend Helligkeit durch den Lichtleiter sichtbar ist. Das Design nutzt den im Datenblatt spezifizierten automatischen Pick-and-Place- und Reflow-Prozess, was eine zuverlässige und schnelle Bestückung gewährleistet.

11. Funktionsprinzip

Leuchtdioden (LEDs) sind Halbleiterbauteile, die Licht emittieren, wenn ein elektrischer Strom durch sie fließt. Dieses Phänomen wird Elektrolumineszenz genannt. In der LTST-S220KSKT ist die aktive Zone aus Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP) hergestellt. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, werden Elektronen aus dem n-Typ-Halbleiter und Löcher aus dem p-Typ-Halbleiter in die aktive Zone injiziert. Wenn sich ein Elektron mit einem Loch rekombiniert, fällt es von einem höheren Energiezustand in einen niedrigeren und setzt Energie in Form eines Photons (Lichtteilchen) frei. Die spezifische Zusammensetzung der AlInGaP-Legierung bestimmt die Bandlückenenergie, die wiederum die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts bestimmt – in diesem Fall gelb (~589-591 nm). Das seitlich abstrahlende Gehäuse enthält einen reflektierenden Hohlraum und eine geformte Epoxidharzlinse, um das erzeugte Licht seitlich aus dem Gehäuse zu lenken.

12. Entwicklungstrends

Der Trend bei SMD-Indikator-LEDs wie dieser geht weiterhin in mehrere Schlüsselbereiche:

• Erhöhte Effizienz:Fortlaufende Verbesserungen in der Materialwissenschaft zielen darauf ab, mehr Lumen pro Watt (Lichtausbeute) zu erzeugen, wodurch der Stromverbrauch bei gleicher Helligkeit reduziert wird.
• Miniaturisierung:Gehäusegrößen schrumpfen weiter (z.B. von 0603 auf 0402 metrische Größen), während die optische Leistung beibehalten oder verbessert wird, was dichtere PCB-Designs ermöglicht.
• Höhere Zuverlässigkeit und Stabilität:Verbesserungen bei Verpackungsmaterialien und Die-Attach-Technologien erhöhen die Lebensdauer und Farbstabilität über Zeit und Temperatur.
• Breiteres Farbspektrum und Konsistenz:Engere Binning-Toleranzen für Wellenlänge und Intensität werden zum Standard, was Entwicklern vorhersehbarere Leistung bietet.
• Integration:Es gibt einen wachsenden Trend zur Integration mehrerer LEDs (z.B. RGB), Steuer-ICs und sogar passiver Komponenten in einzelne, intelligentere modulare Gehäuse.

Komponenten wie die LTST-S220KSKT repräsentieren eine ausgereifte, hochoptimierte Lösung in dieser sich entwickelnden Landschaft, die Leistung, Kosten und Fertigbarkeit in Einklang bringt.