LTS-4812CKS-PM LED-Display Datenblatt - 0,39-Zoll Ziffernhöhe - Gelb - 2,05V Typ - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Das LTS-4812CKS-PM ist ein oberflächenmontierbares Bauteil (SMD), das als einstellige numerische Anzeige konzipiert ist. Es nutzt AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) Halbleitertechnologie, die auf einem GaAs-Substrat gewachsen ist, um gelbes Licht zu erzeugen. Das Display verfügt über eine graue Front mit weißen Segmenten, was einen hohen Kontrast für eine klare Zeichenerkennbarkeit bietet. Seine Hauptanwendung liegt in elektronischen Geräten, die kompakte, zuverlässige und helle numerische Anzeigen erfordern, wie z.B. Instrumententafeln, Unterhaltungselektronik und industrielle Steuerungen.

1.1 Hauptmerkmale und Vorteile

• Kompakte Abmessungen:Besitzt eine Standard-Ziffernhöhe von 0,39 Zoll (10,0 mm), was es für platzbeschränkte Anwendungen geeignet macht.
• Optische Qualität:Bietet durchgehend gleichmäßige Segmente, ein ausgezeichnetes Zeichenbild, hohe Helligkeit und einen weiten Betrachtungswinkel für optimale Lesbarkeit aus verschiedenen Positionen.
• Energieeffizienz:Ist mit einem geringen Leistungsbedarf ausgelegt und trägt so zur Energieeinsparung im Gesamtsystem bei.
• Hohe Zuverlässigkeit:Profitiert von einer Festkörperbauweise, die eine lange Lebensdauer und Widerstandsfähigkeit gegen Stoß und Vibration gewährleistet.
• Standardisierte Ausgabe:Die Bauteile werden nach Lichtstärke und dominanter Wellenlänge kategorisiert (gebinned), was eine konsistente Leistung in der Serienfertigung ermöglicht.
• Umweltkonformität:Das Gehäuse ist bleifrei und entspricht der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe).

2. Detaillierte technische Spezifikationen

2.1 Absolute Maximalwerte

Die folgenden Grenzwerte dürfen unter keinen Umständen überschritten werden, um eine dauerhafte Beschädigung des Bauteils zu verhindern. Alle Werte gelten bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C.

• Verlustleistung pro Segment:Maximal 70 mW.
• Spitzen-Strom pro Segment:90 mA (unter gepulsten Bedingungen: 1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Pulsbreite).
• Dauerstrom pro Segment:25 mA. Dieser Wert reduziert sich linear um 0,28 mA/°C für Temperaturen über 25°C.
• Betriebs- & Lagertemperaturbereich:-35°C bis +105°C.
• Löttemperatur:Hält Lötkolbenlöten bei 260°C für 3 Sekunden stand, gemessen 1/16 Zoll unterhalb der Auflageebene.

2.2 Elektrische & Optische Kenngrößen

Typische Leistungsparameter werden bei Ta=25°C gemessen. Diese definieren das Standardbetriebsverhalten der Anzeige.

• Mittlere Lichtstärke (Iv):Liegt im Bereich von 1301 bis 5400 µcd bei einem Durchlassstrom (IF) von 1 mA. Bei IF=10 mA wird eine typische Lichtstärke von 30250 µcd erreicht.
• Durchlassspannung pro Chip (VF):Typisch 2,05V, mit einem Bereich von 1,6V (MIN) bis 2,6V (MAX) bei IF=20 mA.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λp):588 nm bei IF=20 mA.
• Dominante Wellenlänge (λd):Liegt im Bereich von 582,1 nm bis 590 nm bei IF=20 mA.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):15 nm bei IF=20 mA.
• Sperrstrom pro Segment (IR):Maximal 100 µA bei einer Sperrspannung (VR) von 5V. Hinweis: Dies ist eine Prüfbedingung; das Bauteil ist nicht für den Dauerbetrieb in Sperrrichtung vorgesehen.
• Lichtstärke-Abgleichverhältnis:Das Verhältnis zwischen dem hellsten und dem dunkelsten Segment in einem ähnlichen Lichtbereich beträgt maximal 2:1 bei IF=1 mA und gewährleistet so ein gleichmäßiges Erscheinungsbild.
• Übersprechen:Spezifiziert mit ≤ 2,5%, um unerwünschte Beleuchtung benachbarter Segmente zu minimieren.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um Farb- und Helligkeitskonsistenz in der Produktion sicherzustellen, werden die Bauteile anhand gemessener Parameter in Bins sortiert.

3.1 Lichtstärke-Bin-Bereich

Bauteile werden anhand ihrer bei 1 mA gemessenen Lichtstärke in drei Bins (J, K, L) kategorisiert. Die Toleranz für die Bin-Zuordnung beträgt ±15%.

• Bin J:1301 – 2100 µcd
• Bin K:2101 – 3400 µcd
• Bin L:3401 – 5400 µcd

3.2 Farbton (Dominante Wellenlänge) Bereich

Bauteile werden auch anhand ihrer dominanten Wellenlänge in vier Farbton-Gruppen (0, 1, 2, 3) eingeteilt, mit einer Toleranz von ±1 nm.

• Farbton 0:582,1 – 584,0 nm
• Farbton 1:584,1 – 586,0 nm
• Farbton 2:586,1 – 588,0 nm
• Farbton 3:588,1 – 590,0 nm

Die Spezifikation von Bins ermöglicht es Entwicklern, Bauteile mit eng tolerierten optischen Eigenschaften für Anwendungen auszuwählen, die Farb- oder Helligkeitsgleichheit über mehrere Anzeigen hinweg erfordern.

4. Analyse der Kennlinien

Während im Datenblatt auf spezifische grafische Kurven verwiesen wird, veranschaulichen diese typischerweise die folgenden für das Design kritischen Zusammenhänge:

• Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kennlinie):Zeigt den nichtlinearen Zusammenhang, der für die Berechnung von Vorwiderstandswerten und Verlustleistung wesentlich ist.
• Lichtstärke vs. Durchlassstrom:Demonstriert, wie die Lichtausbeute mit dem Strom ansteigt, was bei der Helligkeitsoptimierung und Effizienzberechnung hilft.
• Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Veranschaulicht den Rückgang der Lichtausbeute bei steigender Temperatur, was für das Design von Systemen, die in erhöhten Temperaturumgebungen arbeiten, entscheidend ist.
• Spektrale Verteilung:Zeigt die relative Leistungsabgabe über die Wellenlängen, zentriert um die Spitzenwellenlänge von 588 nm für diese gelbe LED.

5. Mechanische & Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Das Bauteil entspricht einer standardmäßigen SMD-Bauform. Wichtige dimensionale Hinweise umfassen:

• Alle Abmessungen sind in Millimetern (mm).
• Die Standardtoleranz beträgt ±0,25 mm, sofern nicht anders angegeben.
• Spezifische Qualitätskriterien sind für Fremdmaterial, Tintenverunreinigung, Blasen innerhalb der Segmente, Verbiegung des Reflektors und Kunststoffstiftgrat definiert, um eine konsistente Fertigbarkeit und Erscheinung sicherzustellen.

5.2 Pinbelegung und Schaltplan

Die Anzeige hat eine 10-Pin-Konfiguration und verwendet eine Common-Anode-Schaltungstopologie. Das interne Diagramm zeigt, dass die Anodenanschlüsse für die Segmente gemeinsam sind, während jedes Segment (A-G und DP) seinen eigenen Kathoden-Pin hat. Diese Konfiguration ist üblich für die Multiplex-Ansteuerung mehrerer Ziffern. Die Pinbelegung ist wie folgt: Pin 3 und Pin 8 sind gemeinsame Anoden. Die Pins 1, 2, 4, 5, 6, 7, 9, 10 sind Kathoden für die Segmente E, D, C, DP, B, A, F, G.

5.3 Empfohlenes Lötpad-Layout

Ein Lötflächenlayout wird bereitgestellt, um zuverlässige Lötstellenbildung während Reflow-Prozessen zu gewährleisten. Die Einhaltung dieses Layouts hilft, Tombstoning, Fehlausrichtung und unzureichende Lötstellen zu verhindern.

6. Löt- & Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötanleitung

Das Bauteil ist für Reflow-Löten mit den folgenden kritischen Einschränkungen geeignet:

• Maximale Reflow-Zyklen:Das Bauteil darf nicht mehr als zweimal dem Reflow-Lötprozess unterzogen werden.
• Abkühlungsanforderung:Das Bauteil muss zwischen dem ersten und zweiten Lötprozess auf normale Umgebungstemperatur abkühlen.
• Temperaturprofil:Ein empfohlenes Temperaturprofil beinhaltet eine Vorwärmphase bei 120–150°C für maximal 120 Sekunden, mit einer Spitzentemperatur von nicht mehr als 260°C.

6.2 Handlöten

Falls Handlöten notwendig ist, sollte dies auf einmal pro Lötstelle beschränkt werden, mit einer Lötkolbentemperatur von maximal 300°C und einer Lötzeit von maximal 3 Sekunden pro Lötstelle.

7. Verpackung und Handhabung

7.1 Band- und Spulenspezifikationen

Die Bauteile werden zur automatischen Montage in geprägter Trägerband auf Spulen geliefert. Wichtige Spezifikationen umfassen:

• Trägerbandmaterial ist schwarze leitfähige Polystyrol-Legierung.
• Abmessungen entsprechen den EIA-481-D Standards.
• Die Packungslänge beträgt 44,5 Meter pro 22-Zoll-Spule.
• Die Bauteilanzahl beträgt 800 Stück pro 13-Zoll-Spule.
• Eine Mindestpackungsmenge von 200 Stück ist für Restposten definiert.
• Die Spule enthält Vorlauf- und Nachlaufteile für die Maschinenzuführung.

7.2 Feuchtigkeitsempfindlichkeit und Lagerung

Als oberflächenmontierbares Bauteil ist es empfindlich gegenüber Feuchtigkeitsaufnahme.

• Versand:Bauteile werden in feuchtigkeitsdichter Verpackung versandt.
• Lagerung:Ungeöffnete Beutel sollten bei ≤30°C und ≤60% relativer Luftfeuchtigkeit gelagert werden.
• Trocknen (Baking):Wenn der Beutel geöffnet wurde oder Teile über einen längeren Zeitraum feuchten Umgebungen (>60% RH) ausgesetzt waren, ist vor dem Reflow-Löten ein Trocknungsprozess erforderlich, um "Popcorning" oder Delaminierung zu verhindern. Empfohlene Trocknungsbedingungen sind: 60°C für ≥48 Stunden für Teile auf der Spule, oder 100°C für ≥4 Stunden / 125°C für ≥2 Stunden für lose Teile.

8. Anwendungshinweise und Designüberlegungen

8.1 Typische Anwendungsschaltungen

Beim Entwurf einer Ansteuerschaltung für diese Common-Anode-Anzeige muss ein Vorwiderstand in Reihe mit jedem Kathoden-Pin (Segment) geschaltet werden. Der Widerstandswert wird mit der Formel R = (Vcc - VF) / IF berechnet, wobei Vcc die Versorgungsspannung, VF die Durchlassspannung der LED (typisch 2,05V) und IF der gewünschte Durchlassstrom ist. Für Multiplex-Anwendungen, die mehrere Ziffern ansteuern, sind geeignete Schalttransistoren oder Treiber-ICs auf der Anodenseite erforderlich.

8.2 Helligkeit und Stromauswahl

Die Lichtstärke hängt stark vom Durchlassstrom ab. Entwickler können auf die Kennlinie von Iv vs. IF verweisen, um einen Betriebsstrom zu wählen, der die erforderliche Helligkeit bei Einhaltung der absoluten Maximalwerte für Dauerstrom und Verlustleistung erfüllt. Eine Stromreduzierung bei hohen Umgebungstemperaturen ist entscheidend für die Zuverlässigkeit.

8.3 Thermomanagement

Obwohl die Verlustleistung pro Segment gering ist, sollten die Gesamtleistung der Ziffer und die Dichte auf der Leiterplatte berücksichtigt werden. Eine ausreichende Kupferfläche auf der Leiterplatte für die LED-Lötpads kann helfen, Wärme abzuführen, insbesondere bei Betrieb mit höheren Strömen oder in Hochtemperaturumgebungen.

9. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

9.1 Was ist der Unterschied zwischen Spitzenwellenlänge und dominanter Wellenlänge?

Die Spitzenwellenlänge (λp) ist die Wellenlänge, bei der die abgegebene optische Leistung maximal ist (588 nm für dieses Bauteil). Die dominante Wellenlänge (λd) ist die einzelne Wellenlänge von monochromatischem Licht, die der wahrgenommenen Farbe des LED-Lichts entspricht, und sie ist der Parameter, der für das Farbton-Binning verwendet wird (582,1-590 nm).

9.2 Kann ich diese Anzeige ohne Vorwiderstände betreiben?

Nein. LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Der Betrieb direkt von einer Spannungsquelle ohne Strombegrenzung führt zu übermäßigem Stromfluss, der möglicherweise den absoluten Maximalwert überschreitet und die LED-Segmente zerstört. Immer Reihenwiderstände oder einen Konstantstromtreiber verwenden.

9.3 Warum ist die Anzahl der Reflow-Zyklen auf zwei begrenzt?

Die Begrenzung ist auf die thermische Belastung der Gehäusematerialien, der internen Bonddrähte und des LED-Chips selbst zurückzuführen. Mehrere Hochtemperaturzyklen können Materialien verschlechtern, das Delaminierungsrisiko erhöhen oder Lötstellen schwächen, was die Langzeitzuverlässigkeit beeinträchtigt.

9.4 Wie interpretiere ich die Bin-Codes (z.B. J, K, L) bei der Bestellung?

Der Bin-Code spezifiziert den garantierten Bereich der Lichtstärke. Für eine gleichmäßige Helligkeit über alle Ziffern in Ihrem Produkt hinweg sollten Sie den erforderlichen Bin (z.B. Bin L für höchste Helligkeit) in Ihrer Bestellung angeben. Der Hersteller liefert dann Bauteile aus diesem spezifischen Bin.

10. Technologie- und Funktionsprinzip Einführung

Das LTS-4812CKS-PM basiert auf AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) Halbleitermaterial, das auf einem GaAs (Galliumarsenid) Substrat gewachsen ist. Dieses Materialsystem ist hocheffizient für die Lichterzeugung im gelben, orangen und roten Bereich des Spektrums. Wenn eine Durchlassspannung an den p-n-Übergang angelegt wird, rekombinieren Elektronen und Löcher und setzen Energie in Form von Photonen frei. Die spezifische Zusammensetzung der AlInGaP-Schichten bestimmt die Bandlückenenergie und damit die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts. Das SMD-Gehäuse beherbergt den LED-Chip, Bonddrähte und eine geformte Epoxidharzlinse, die den Lichtaustritt formt und Umweltschutz bietet.