SMD LED LTST-C990NRKT-PO Datenblatt - AlInGaP Rot - 20mA - 900-2240mcd - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument enthält die vollständigen technischen Spezifikationen für eine Oberflächenmontage (SMD) LED-Lampe. Diese Komponente ist für die automatisierte Leiterplattenbestückung (PCB) konzipiert und verfügt über eine Miniaturbauform, die ideal für platzbeschränkte Anwendungen ist. Ihre Hauptfunktion ist die Verwendung als visuelle Anzeige oder Hintergrundbeleuchtung in einer Vielzahl elektronischer Geräte.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die LED bietet mehrere Schlüsselvorteile für die moderne Elektronikfertigung. Sie nutzt einen Ultra-Hell AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) Chip, der eine hohe Lichtausbeute für rotes Licht bietet. Das Bauteil ist auf 8-mm-Tape aufgewickelt, das auf 7-Zoll-Spulen konfektioniert ist und entspricht EIA-Standards, wodurch es voll kompatibel mit Hochgeschwindigkeits-Bestückungsautomaten ist. Darüber hinaus ist es für die üblichen Infrarot (IR)-Reflow-Lötprozesse in bleifreien (Pb-free) Fertigungslinien ausgelegt, was eine zuverlässige Verbindung mit der Leiterplatte gewährleistet. Das Produkt entspricht der RoHS-Richtlinie (Restriction of Hazardous Substances).

Die Zielanwendungen sind breit gefächert und umfassen Telekommunikationsgeräte, Büroautomatisierungsgeräte, Haushaltsgeräte und industrielle Steuerungssysteme. Spezifische Anwendungen sind die Hintergrundbeleuchtung von Tastaturen und Keypads, Statusanzeigelampen, die Integration in Mikrodisplays sowie die allgemeine Beleuchtung von Signalen oder Symbolen.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Dieser Abschnitt beschreibt detailliert die absoluten Grenzwerte und Betriebseigenschaften der LED. Alle Parameter sind, sofern nicht anders angegeben, bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C definiert.

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, bei deren Überschreitung dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb unter oder an diesen Grenzen ist nicht garantiert.

• Verlustleistung (Pd):62,5 mW. Dies ist die maximale Leistung, die das LED-Gehäuse als Wärme abführen kann.
• Spitzen-Durchlassstrom (I_F(PEAK)):60 mA. Dies ist der maximal zulässige momentane Durchlassstrom, typischerweise unter Impulsbedingungen (1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Impulsbreite) spezifiziert, um die thermische Belastung zu managen.
• Dauer-Durchlassstrom (I_F):25 mA. Dies ist der maximal empfohlene Strom für den Dauerbetrieb.
• Sperrspannung (V_R):5 V. Das Anlegen einer Sperrspannung über diesem Wert kann zum Durchbruch und Ausfall führen.
• Betriebstemperaturbereich:-30°C bis +85°C. Der Umgebungstemperaturbereich, für den die LED ausgelegt ist.
• Lagertemperaturbereich:-40°C bis +85°C. Der Temperaturbereich für die Lagerung im nicht betriebsbereiten Zustand.
• Infrarot-Lötbedingung:260°C für 10 Sekunden. Das maximale Temperaturprofil, das das Gehäuse während des Reflow-Lötens aushalten kann.

2.2 Elektrische und optische Kenngrößen

Dies sind die typischen Leistungsparameter, gemessen unter Standardtestbedingungen.

• Lichtstärke (I_V):900,0 - 2240,0 mcd (Millicandela). Gemessen bei einem Durchlassstrom (I_F) von 20mA. Die Intensität wird mit einer Sensor- und Filterkombination gemessen, die der photopischen (CIE-Augenempfindlichkeits-)Kurve entspricht. Der große Bereich zeigt an, dass ein Binning-System verwendet wird (siehe Abschnitt 4).
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):75 Grad. Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke die Hälfte des auf der Mittelachse (0°) gemessenen Wertes beträgt. Ein 75-Grad-Winkel bietet einen relativ breiten Abstrahlkegel.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_P):639 nm (Nanometer). Dies ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsverteilung des emittierten Lichts ihr Maximum erreicht.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):624,0 - 632,0 nm. Diese wird aus dem CIE-Farbtafeldiagramm abgeleitet und repräsentiert die wahrgenommene Farbe der LED, die im roten Bereich des Spektrums liegt.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):20 nm. Dies gibt die spektrale Bandbreite an, gemessen als volle Breite bei halbem Maximum (FWHM) des Emissionspeaks. Ein Wert von 20nm ist typisch für eine monochromatische AlInGaP rote LED.
• Durchlassspannung (V_F):1,7 - 2,5 V. Der Spannungsabfall über der LED bei einem Betriebsstrom von 20mA. Dieser Bereich berücksichtigt normale Fertigungstoleranzen des Halbleiterchips.
• Sperrstrom (I_R):10 μA (max). Der geringe Leckstrom, der fließt, wenn die maximale Sperrspannung (5V) angelegt wird.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um Konsistenz in Anwendungen zu gewährleisten, werden LEDs nach der Fertigung basierend auf wichtigen optischen Parametern sortiert (gebinned).

3.1 Lichtstärke-Binning

Der primäre Binning-Parameter für diese LED ist ihre Lichtstärke. Das Produkt wird in mehrere Bins kategorisiert, von denen jedes einen definierten Minimal- und Maximalwert der Intensität bei einem Betriebsstrom von 20mA aufweist. Der auf der Spule oder Verpackung aufgedruckte Bin-Code ermöglicht es Entwicklern, LEDs mit konsistenter Helligkeit für ihre Anwendung auszuwählen. Die Toleranz innerhalb jedes Bins beträgt +/- 15%. Die Bin-Liste lautet wie folgt:

• Bin-Code V2:900,0 - 1120,0 mcd
• Bin-Code W1:1120,0 - 1400,0 mcd
• Bin-Code W2:1400,0 - 1800,0 mcd
• Bin-Code X1:1800,0 - 2240,0 mcd

Die Auswahl eines höheren Bin-Codes (z.B. X1) garantiert eine höhere Mindesthelligkeit, was für Anwendungen entscheidend ist, die eine gleichmäßig hohe Sichtbarkeit erfordern oder bei denen der Betriebsstrom begrenzt sein kann.

4. Analyse der Kennlinien

Grafische Daten geben einen tieferen Einblick in das Verhalten der LED unter verschiedenen Bedingungen. Typische im Datenblatt enthaltene Kurven veranschaulichen die Beziehung zwischen Schlüsselparametern.

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

Diese Kurve zeigt die nichtlineare Beziehung zwischen dem durch die LED fließenden Strom und der daran anliegenden Spannung. Der "Knick" der Kurve, typischerweise bei diesem Bauteil um 1,7V bis 2,0V, ist der Punkt, an dem die LED signifikant zu leuchten beginnt. Oberhalb dieses Knickpunkts führt eine kleine Spannungserhöhung zu einem starken Stromanstieg. Daher werden LEDs immer mit einer strombegrenzenden Schaltung betrieben, nicht mit einer festen Spannungsquelle.

4.2 Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Dieses Diagramm zeigt, wie die Lichtleistung mit dem Betriebsstrom zunimmt. Bei den meisten LEDs ist die Beziehung innerhalb des empfohlenen Betriebsbereichs (für dieses Bauteil bis zu 25mA) annähernd linear. Ein Betrieb der LED über ihren maximalen Dauerstrom hinaus erzeugt nicht proportional mehr Licht, sondern übermäßige Wärme, was Lebensdauer und Zuverlässigkeit verringert.

4.3 Spektrale Verteilung

Das Spektraldiagramm zeigt die relative Strahlungsleistung über verschiedene Wellenlängen. Es weist einen einzelnen, dominanten Peak um 639 nm (die Spitzenwellenlänge) mit einer charakteristischen Form auf, die durch die 20 nm Halbwertsbreite definiert ist. Dies bestätigt die monochromatische rote Farbausgabe.

5. Mechanische und Verpackungsinformationen

5.1 Bauteilabmessungen und Polarität

Das LED-Gehäuse hat spezifische physikalische Abmessungen, die für das Leiterplatten-Layout entscheidend sind. Das Datenblatt enthält eine detaillierte Maßzeichnung. Wichtige Merkmale sind Gesamtlänge, -breite und -höhe. Das Gehäuse hat auch einen Polaritätsindikator, typischerweise eine Kerbe, einen grünen Punkt oder eine Kathodenmarkierung an einem Ende, die korrekt mit dem Leiterplatten-Layout ausgerichtet werden muss, um die richtige elektrische Verbindung (Anode vs. Kathode) sicherzustellen.

5.2 Empfohlenes Leiterplatten-Lötpad-Layout

Ein empfohlenes Land Pattern (Kupferpad-Layout) für die Leiterplatte wird bereitgestellt. Dieses Layout ist darauf ausgelegt, eine zuverlässige Lötstelle während des Reflow-Lötens zu gewährleisten, ausreichende Wärmeableitung zu bieten und Lötbrücken zu verhindern. Die Befolgung dieser Empfehlung ist für eine erfolgreiche Bestückung und langfristige mechanische Stabilität unerlässlich.

5.3 Tape-and-Reel-Verpackungsspezifikationen

Für die automatisierte Bestückung werden die Bauteile auf Trägertape auf Spulen geliefert. Das Datenblatt spezifiziert die Abmessungen der Tape-Taschen, die jede LED aufnehmen, die Tape-Breite und die Spulenabmessungen (7 Zoll Durchmesser). Standardspulenmengen sind 3000 Stück. Die Verpackung entspricht den ANSI/EIA-481-Spezifikationen. Hinweise enthalten Details zu Deckband, maximal aufeinanderfolgenden fehlenden Bauteilen (2) und Mindestbestellmengen für Restposten (500 Stück).

6. Löt-, Bestückungs- und Handhabungsrichtlinien

6.1 Empfohlenes IR-Reflow-Profil

Für bleifreie Lötprozesse wird ein spezifisches Temperaturprofil empfohlen, um Schäden zu vermeiden. Wichtige Parameter sind:

• Vorwärmtemperatur:150-200°C
• Vorwärmzeit:Maximal 120 Sekunden
• Spitzen-Gehäusetemperatur:Maximal 260°C
• Zeit über 260°C:Maximal 10 Sekunden (maximal zwei Reflow-Zyklen erlaubt)

Das Profil sollte gemäß JEDEC-Standards entwickelt und mit dem spezifischen Leiterplattendesign, der verwendeten Lötpaste und dem Ofen in der Produktion validiert werden.

6.2 Lagerbedingungen

Aufgrund der Feuchtigkeitsempfindlichkeit des Kunststoffgehäuses (MSL 3) ist eine ordnungsgemäße Lagerung entscheidend.

• Versiegelte Verpackung:Lagern bei ≤30°C und ≤90% rF. Innerhalb eines Jahres nach Verpackungsdatum verwenden.
• Geöffnete Verpackung:Für Bauteile, die aus der feuchtigkeitsdichten Tüte entnommen wurden, sollte die Umgebung 30°C und 60% rF nicht überschreiten. Es wird empfohlen, den IR-Reflow innerhalb einer Woche abzuschließen. Für eine Lagerung über eine Woche hinaus sollten die LEDs vor dem Löten mindestens 20 Stunden bei 60°C getrocknet (gebaked) werden, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und "Popcorning" während des Reflow zu verhindern.

6.3 Reinigung

Wenn eine Reinigung nach dem Löten erforderlich ist, verwenden Sie nur zugelassene Lösungsmittel. Es wird spezifiziert, die LED bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute in Ethylalkohol oder Isopropylalkohol zu tauchen. Aggressive oder nicht spezifizierte Chemikalien können die Kunststofflinse und das Gehäuse beschädigen.

6.4 Vorsicht vor elektrostatischer Entladung (ESD)

Der Halbleiterchip in der LED ist empfindlich gegenüber elektrostatischer Entladung und Spannungsspitzen. Es sind Handhabungsvorkehrungen erforderlich: Verwenden Sie ein geerdetes Handgelenkband oder antistatische Handschuhe und stellen Sie sicher, dass alle Geräte und Arbeitsflächen ordnungsgemäß geerdet sind.

7. Anwendungsdesign-Überlegungen

7.1 Treiberschaltungs-Design

LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Der kritischste Aspekt der Treiberschaltung ist die Stromregelung. Um eine gleichmäßige Helligkeit zu gewährleisten, insbesondere wenn mehrere LEDs parallel geschaltet sind, sollte ein strombegrenzender Widerstand in Reihe mitjeder einzelnen LEDgeschaltet werden. Eine einfache Treiberschaltung besteht aus einer Spannungsquelle (V_CC), der LED und einem Reihenwiderstand (R_S). Der Widerstandswert wird mit dem Ohmschen Gesetz berechnet: R_S= (V_CC- V_F) / I_F, wobei V_Fdie Durchlassspannung der LED beim gewünschten Strom I_F(z.B. 20mA) ist. Die Verwendung eines Widerstands für jede LED kompensiert geringfügige Schwankungen von V_Fvon Bauteil zu Bauteil.

7.2 Thermomanagement

Obwohl die Verlustleistung gering ist (max. 62,5 mW), verlängert ein effektives Thermomanagement die LED-Lebensdauer und hält die Lichtleistung stabil. Die Leiterplatte selbst dient als Kühlkörper. Eine gute thermische Verbindung von den Lötpads der LED zu Kupferebenen auf der Leiterplatte hilft bei der Wärmeableitung. Vermeiden Sie es, die LED über längere Zeit an ihren absoluten Maximalwerten für Strom und Temperatur zu betreiben.

7.3 Anwendungsbereich und Einschränkungen

Diese LED ist für allgemeine elektronische Geräte vorgesehen. Für Anwendungen, die außergewöhnliche Zuverlässigkeit erfordern, bei denen ein Ausfall die Sicherheit gefährden könnte (z.B. Luftfahrt, medizinische Lebenserhaltungssysteme, Verkehrssicherheitssysteme), sind vor der Integration zusätzliche Qualifikationen und eine Konsultation mit dem Bauteilhersteller erforderlich.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu älteren Technologien wie GaAsP (Galliumarsenidphosphid) roten LEDs bietet der hier verwendete AlInGaP-Chip eine deutlich höhere Lichtausbeute, was bei gleichem Betriebsstrom zu größerer Helligkeit führt. Das Design der Kuppellinse hilft, den spezifizierten 75-Grad-Abstrahlwinkel zu erreichen und bietet einen guten Kompromiss zwischen axialer Helligkeit und Sichtbarkeit außerhalb der Achse. Die Kompatibilität mit automatisierter Bestückung und IR-Reflow macht sie zu einer kosteneffektiven Wahl für die Großserienfertigung und unterscheidet sie von LEDs, die manuelles Löten erfordern.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Warum ist meine LED dunkel oder hat im Vergleich zu anderen auf der Platine eine ungleichmäßige Helligkeit?

A: Die häufigste Ursache ist, dass keine einzelnen strombegrenzenden Widerstände für jede LED verwendet werden, wenn sie parallel geschaltet sind. Geringe Schwankungen der Durchlassspannung (V_F) führen zu einer ungleichen Stromaufteilung. Verwenden Sie immer einen Reihenwiderstand für jede LED. Überprüfen Sie außerdem, ob Sie LEDs aus demselben Lichtstärke-Bin verwenden.

F: Kann ich diese LED mit 3,3V ohne Widerstand betreiben?

A: Nein. Das direkte Anschließen einer LED an eine Spannungsquelle wie 3,3V würde einen übermäßigen Stromfluss verursachen, der wahrscheinlich den maximalen Dauer-Durchlassstrom (25mA) überschreitet und das Bauteil zerstört. Ein Reihenwiderstand ist zwingend erforderlich, um den Strom auf einen sicheren Wert (z.B. 20mA) zu begrenzen.

F: Das Datenblatt zeigt einen Durchlassspannungsbereich von 1,7V bis 2,5V. Welchen Wert soll ich für meine Widerstandsberechnung verwenden?

A: Für ein konservatives Design, das sicherstellt, dass der Strom Ihr Ziel (z.B. 20mA) auch bei einer LED mit niedrigem V_Fnicht überschreitet, verwenden Sie den minimalen V_F-Wert (1,7V) in Ihrer Berechnung. Dies führt zu einem etwas höheren Widerstandswert und einem etwas niedrigeren Strom für LEDs mit höherem V_F, garantiert aber die Sicherheit für alle Bauteile.

F: Was bedeutet "MSL 3" für die Lagerung?

A: Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe 3 gibt an, dass das Gehäuse bis zu 168 Stunden (eine Woche) den Bedingungen auf der Fertigungsetage (≤30°C/60% rF) ausgesetzt sein kann, bevor es vor dem Reflow-Löten getrocknet werden muss. Das Überschreiten dieser Zeit birgt das Risiko interner Gehäuseschäden während des Hochtemperatur-Reflow-Prozesses.

10. Design- und Anwendungsfallstudie

Szenario: Entwurf einer Statusanzeigetafel mit 10 gleichmäßig hellen roten LEDs.

1. Schaltungsdesign:Verwenden Sie eine 5V-Versorgungsspannung. Ziel I_F= 20mA. Unter Annahme eines typischen V_Fvon 2,1V, berechnen Sie R_S= (5V - 2,1V) / 0,020A = 145 Ohm. Der nächstgelegene Standardwert ist 150 Ohm. Platzieren Sie einen 150-Ohm-Widerstand in Reihe mit der Anode jeder der 10 LEDs. Verbinden Sie alle Kathodenseiten mit Masse.

2. Leiterplatten-Layout:Verwenden Sie das empfohlene Land Pattern aus dem Datenblatt. Stellen Sie sicher, dass die Polaritätsmarkierungen auf dem Leiterplatten-Schriftbild mit dem Polaritätsindikator der LED übereinstimmen. Sorgen Sie für eine durchgehende Massefläche zur Wärmeableitung und als elektrischer Rückleiter.

3. Beschaffung:Spezifizieren Sie den erforderlichen Lichtstärke-Bin-Code (z.B. W2 für 1400-1800 mcd) beim Distributor, um sicherzustellen, dass alle 10 LEDs eine ähnliche Helligkeit haben.

4. Bestückung:Befolgen Sie das empfohlene IR-Reflow-Profil. Verwenden Sie nach der Bestückung, falls eine Reinigung erforderlich ist, Isopropylalkohol.

Dieser Ansatz gewährleistet einen zuverlässigen Betrieb, ein konsistentes visuelles Erscheinungsbild und langfristige Stabilität für die Anzeigetafel.

11. Einführung in das Funktionsprinzip

Eine LED ist eine Halbleiterdiode. Ihr Kern ist ein p-n-Übergang aus direkten Bandlückenmaterialien wie AlInGaP. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, werden Elektronen aus dem n-dotierten Bereich und Löcher aus dem p-dotierten Bereich in den Übergangsbereich injiziert. Wenn sich ein Elektron mit einem Loch rekombiniert, wird Energie freigesetzt. Bei einer LED wird diese Energie in Form eines Photons (Lichtteilchen) freigesetzt. Die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Photons wird durch die Bandlückenenergie des Halbleitermaterials bestimmt. AlInGaP hat eine Bandlücke, die rotem Licht entspricht. Die kuppelförmige Epoxidharzlinse dient zum Schutz des Halbleiterchips und zur Formung des Lichtstrahls, indem sie mehr Licht aus dem Chip extrahiert und den Abstrahlwinkel definiert.

12. Technologietrends

Der allgemeine Trend bei SMD-Anzeige-LEDs geht weiterhin in Richtung höherer Effizienz, kleinerer Gehäusegrößen und erhöhter Zuverlässigkeit. Während AlInGaP die dominierende Technologie für hocheffiziente rote und bernsteinfarbene LEDs bleibt, decken andere Materialien wie InGaN (Indiumgalliumnitrid) das blaue, grüne und weiße Spektrum ab. Es gibt laufende Entwicklungen in der Chip-Scale-Packaging (CSP), bei dem der LED-Chip direkt ohne traditionelles Kunststoffgehäuse montiert wird, was noch kleinere Bauformen ermöglicht. Darüber hinaus ist die Integration von Steuerelektronik, wie Konstantstromtreibern, innerhalb des LED-Gehäuses selbst ein wachsender Trend, um das Schaltungsdesign zu vereinfachen und die Leistungskonsistenz zu verbessern.