SMD LED LTST-C170KEKT Datenblatt - AlInGaP Rot - 130° Abstrahlwinkel - 1,6-2,4V - 25mA - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTST-C170KEKT ist eine für die automatisierte Leiterplattenbestückung (PCB) konzipierte Oberflächenmontage-LED (SMD). Sie gehört zu einer Bauteilfamilie, die für platzbeschränkte Anwendungen entwickelt wurde, in denen eine zuverlässige, hochhellige Anzeige erforderlich ist. Das Bauteil nutzt den Halbleiterwerkstoff Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP), um einen hocheffizienten roten Lichtausgang zu erzeugen.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Diese LED bietet mehrere Schlüsselvorteile für die moderne Elektronikfertigung. Ihre ultrahelle Lichtausgabe gewährleistet gute Sichtbarkeit auch in gut beleuchteten Umgebungen. Das Gehäuse entspricht EIA-Standards und gewährleistet so Kompatibilität mit einer breiten Palette automatisierter Bestückungs- und Montagegeräte. Darüber hinaus ist sie für Standard-Lötprozesse mit Infrarot-Rückfluss (IR) ausgelegt, was sie für Hochvolumen-Fertigungslinien geeignet macht. Die primären Zielmärkte umfassen Telekommunikationsgeräte (wie Mobil- und Schnurlostelefone), Geräte der Büroautomatisierung (Notebooks, Netzwerksysteme), Haushaltsgeräte sowie verschiedene Anwendungen für Innenbeschilderung oder Statusanzeigen. Ihre Eignung für Tastaturbeleuchtung und Mikrodisplays unterstreicht ihre Vielseitigkeit.

2. Technische Parameter: Detaillierte objektive Interpretation

Die Leistung der LTST-C170KEKT wird durch eine Reihe elektrischer, optischer und thermischer Parameter definiert, die unter Standardbedingungen (Ta=25°C) gemessen werden.

2.1 Lichttechnische und optische Eigenschaften

Die Lichtstärke (Iv) ist ein kritischer Parameter, der die Menge des vom LED emittierten sichtbaren Lichts angibt. Bei diesem Bauteil kann die Intensität bei einem Durchlassstrom (IF) von 20mA von einem Minimum von 11,2 Millicandela (mcd) bis zu einem Maximum von 180,0 mcd reichen. Diese große Bandbreite wird durch ein Binning-System verwaltet. Der Abstrahlwinkel, definiert als 2θ1/2, beträgt 130 Grad. Dies deutet auf ein sehr breites Strahlprofil hin, was die LED ideal für Anwendungen macht, die eine großflächige Ausleuchtung anstelle eines fokussierten Punktes erfordern. Die dominante Wellenlänge (λd) liegt zwischen 617 nm und 631 nm, was in den roten Bereich des sichtbaren Spektrums fällt. Die Spitzenemissionswellenlänge (λp) beträgt typischerweise 632 nm.

2.2 Elektrische Eigenschaften

Die Durchlassspannung (VF) ist der Spannungsabfall über der LED im Betrieb. Für die LTST-C170KEKT liegt VF typischerweise zwischen 1,6V und 2,4V bei IF=20mA. Diese relativ niedrige Spannung ist vorteilhaft für den Entwurf stromsparender Schaltungen. Der Sperrstrom (IR) ist mit maximal 10 μA bei einer angelegten Sperrspannung (VR) von 5V spezifiziert, was die Leckageeigenschaften des Bauteils unter Sperrvorspannung anzeigt.

2.3 Absolute Maximalwerte und thermische Betrachtungen

Diese Werte definieren die Grenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden auftreten können. Der absolute maximale DC-Durchlassstrom beträgt 25 mA. Ein höherer Spitzendurchlassstrom von 60 mA ist unter gepulsten Bedingungen zulässig (1/10 Tastverhältnis, 0,1ms Pulsbreite). Die maximale Verlustleistung beträgt 62,5 mW. Das Bauteil kann in einem Umgebungstemperaturbereich von -30°C bis +85°C betrieben und von -40°C bis +85°C gelagert werden. Die maximal zulässige Sperrspannung beträgt 5V. Das Überschreiten dieser Grenzwerte kann die Leistung beeinträchtigen oder zu einem Ausfall führen.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um Konsistenz in der Massenproduktion sicherzustellen, werden LEDs nach Leistungsklassen sortiert. Die LTST-C170KEKT verwendet ein Binning-System, das primär auf der Lichtstärke basiert.

3.1 Lichtstärke-Binning

Die Intensität ist in mehrere Klassen unterteilt, die jeweils durch einen Buchstabencode (L, M, N, P, Q, R) gekennzeichnet sind. Jede Klasse deckt einen spezifischen Bereich der Lichtstärke in mcd bei 20mA ab. Beispielsweise deckt die Klasse 'L' 11,2 bis 18,0 mcd ab, während die Klasse 'R' 112,0 bis 180,0 mcd abdeckt. Für jede Klasse gilt eine Toleranz von +/-15%. Dieses System ermöglicht es Entwicklern, LEDs mit der für ihre spezifische Anwendung erforderlichen Helligkeitsstufe auszuwählen und so visuelle Konsistenz bei der Verwendung mehrerer LEDs zu gewährleisten.

4. Analyse der Leistungskurven

Während spezifische grafische Daten im Datenblatt referenziert werden, bieten typische Leistungskurven für solche Bauteile wertvolle Einblicke in das Verhalten unter variierenden Bedingungen.

4.1 Strom-Spannungs-Kennlinie (I-V-Charakteristik)

Die I-V-Kurve veranschaulicht die Beziehung zwischen Durchlassstrom und Durchlassspannung. Für AlInGaP-LEDs zeigt diese Kurve eine Schwellspannung, gefolgt von einem Bereich, in dem der Strom bei einer kleinen Spannungserhöhung schnell ansteigt. Der Betrieb der LED innerhalb des spezifizierten Strombereichs (z.B. 20mA) stellt sicher, dass sie sich im stabilen, effizienten Teil dieser Kurve befindet.

4.2 Lichtstärke in Abhängigkeit vom Durchlassstrom

Diese Kurve zeigt, wie die Lichtausgabe mit dem Treiberstrom zunimmt. Sie ist über einen Bereich im Allgemeinen linear, sättigt jedoch bei höheren Strömen. Der Betrieb der LED mit den empfohlenen 20mA gewährleistet optimale Effizienz und Langlebigkeit und vermeidet die thermische Belastung, die mit dem Betrieb am absoluten Maximalstrom verbunden ist.

4.3 Spektrale Verteilung

Die spektrale Ausgangskurve zeigt die Intensität des bei jeder Wellenlänge emittierten Lichts. Für eine rote AlInGaP-LED ist diese Kurve typischerweise schmal, um die dominante Wellenlänge (617-631 nm) zentriert, mit einer spektralen Halbwertsbreite (Δλ) von etwa 20 nm. Dies definiert die Farbreinheit des emittierten Lichts.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen und Polaritätskennzeichnung

Die LED ist in einem Standard-SMD-Gehäuse untergebracht. Kritische Abmessungen umfassen Länge, Breite und Höhe sowie die Position und Größe der Lötpads. Die Kathode wird typischerweise durch eine visuelle Markierung auf dem Gehäuse identifiziert, wie z.B. eine Kerbe, ein Punkt oder eine grüne Markierung. Die korrekte Polarisierungsausrichtung während der Montage ist für die einwandfreie Funktion unerlässlich.

5.2 Empfohlene PCB-Anschlussflächengeometrie

Ein vorgeschlagenes Land Pattern (Footprint) für die Leiterplatte wird bereitgestellt, um zuverlässiges Löten und mechanische Stabilität zu gewährleisten. Dieses Muster definiert Größe, Form und Abstand der Kupferflächen, auf die die LED vor dem Reflow-Löten platziert wird. Die Einhaltung dieser Empfehlung hilft, Tombstoning (Abheben eines Endes) zu verhindern und sorgt für gute Lötfillete.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Parameter für IR-Rückflusslöten

Das Bauteil ist mit bleifreien (Pb-freien) Lötprozessen kompatibel. Die empfohlene maximale Reflow-Temperatur beträgt 260°C, und die Zeit oberhalb dieser Temperatur sollte 10 Sekunden nicht überschreiten. Eine Vorwärmphase (150-200°C) ist ebenfalls spezifiziert. Diese Parameter basieren auf JEDEC-Standards, um thermische Schäden am Kunststoffgehäuse und dem internen Chip der LED zu verhindern.

6.2 Lager- und Handhabungsbedingungen

LEDs sind empfindlich gegenüber Feuchtigkeit und elektrostatischer Entladung (ESD). Bei Lagerung in der ursprünglichen versiegelten Feuchtigkeitsschutzbeutel mit Trockenmittel haben sie eine Haltbarkeitsdauer. Sobald der Beutel geöffnet ist, haben die Bauteile eine bestimmte Bodenlebensdauer (z.B. 672 Stunden für MSL 2a), bevor sie erneut reflow-gelötet oder getrocknet werden müssen, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen, die während des Lötens zu \"Popcorning\" führen kann. Richtige ESD-Vorsichtsmaßnahmen, wie die Verwendung geerdeter Handgelenkbänder und Arbeitsplätze, sind zwingend erforderlich, um Schäden durch statische Elektrizität zu verhindern.

6.3 Reinigung

Wenn eine Reinigung nach dem Löten erforderlich ist, sollten nur spezifizierte Lösungsmittel verwendet werden. Das Eintauchen der LED in Ethylalkohol oder Isopropylalkohol bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute wird empfohlen. Aggressive oder nicht spezifizierte Chemikalien können die Epoxidlinse oder das Gehäuse beschädigen.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Band- und Rollenspezifikationen

Für die automatisierte Montage werden die LEDs auf geprägter Trägerband auf 7-Zoll-Rollen geliefert. Jede Rolle enthält typischerweise 3000 Stück. Die Bandabmessungen, Taschenabstände und Rollennabengrößen entsprechen Industriestandards wie ANSI/EIA 481 und gewährleisten so die Kompatibilität mit Standard-Zuführeinrichtungen.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsschaltungen

LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Für eine gleichmäßige Helligkeit, insbesondere wenn mehrere LEDs parallel verwendet werden, wird empfohlen, jede LED mit ihrem eigenen strombegrenzenden Widerstand zu betreiben oder eine Konstantstrom-Treiberschaltung zu verwenden. Das direkte Parallelschalten von LEDs an eine einzelne Spannungsquelle mit einem Widerstand wird aufgrund von Schwankungen der Durchlassspannung (VF) zwischen einzelnen Bauteilen nicht empfohlen, da dies zu erheblichen Helligkeitsunterschieden führen kann.

8.2 Designüberlegungen und Vorsichtsmaßnahmen

Dieses Produkt ist für allgemeine elektronische Geräte konzipiert. Für Anwendungen, die außergewöhnliche Zuverlässigkeit erfordern oder bei denen ein Ausfall die Sicherheit gefährden könnte (z.B. Luftfahrt, medizinische Lebenserhaltungssysteme), sind zusätzliche Qualifikation und Beratung erforderlich. Entwickler müssen sicherstellen, dass der Arbeitspunkt (Strom, Spannung, Verlustleistung) unter Berücksichtigung der maximalen Umgebungstemperatur der Anwendung innerhalb der spezifizierten Grenzwerte bleibt. Für Hochstrom- oder Hochdichteanwendungen kann eine angemessene PCB-Layout-Gestaltung zur Wärmeableitung erforderlich sein.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu älteren Technologien wie Galliumarsenidphosphid (GaAsP) roten LEDs bietet die AlInGaP-Technologie eine deutlich höhere Lichtausbeute, was zu einer helleren Ausgabe bei gleichem Treiberstrom führt. Der breite 130-Grad-Abstrahlwinkel ist ein wichtiges Unterscheidungsmerkmal gegenüber LEDs für engstrahlende Anwendungen und macht sie überlegen für Flächenbeleuchtung und Statusanzeigen, die aus verschiedenen Blickwinkeln sichtbar sein müssen. Ihre Kompatibilität mit automatisierten IR-Rückflussprozessen unterscheidet sie von Bauteilen, die manuelles oder Wellenlöten erfordern.

10. Häufig gestellte Fragen basierend auf technischen Parametern

10.1 Warum gibt es eine so große Bandbreite bei der Lichtstärke (11,2 bis 180 mcd)?

Diese Bandbreite repräsentiert die Gesamtstreuung über alle Produktionseinheiten hinweg. Durch das Binning-System (L bis R) sortieren Hersteller LEDs in viel engere Gruppen. Entwickler geben beim Bestellen den erforderlichen Bincode an, um sicherzustellen, dass sie LEDs mit konsistenter Helligkeit für ihre Anwendung erhalten.

10.2 Kann ich diese LED mit 30mA für mehr Helligkeit betreiben?

Nein. Der absolute maximale kontinuierliche Durchlassstrom ist mit 25 mA spezifiziert. Der Betrieb mit 30mA überschreitet diesen Grenzwert, was zu beschleunigtem Leistungsabfall, reduzierter Lebensdauer und potenziellem katastrophalem Ausfall aufgrund von Überhitzung führen kann. Für höhere Helligkeit wählen Sie eine LED aus einer höheren Intensitätsklasse oder ein Produkt, das für einen höheren Treiberstrom ausgelegt ist.

10.3 Was ist der Unterschied zwischen dominanter Wellenlänge und Spitzenwellenlänge?

Die Spitzenwellenlänge (λp) ist die einzelne Wellenlänge, bei der das Emissionsspektrum seine maximale Intensität hat. Die dominante Wellenlänge (λd) ist ein berechneter Wert, der aus den Farbkoordinaten im CIE-Farbdiagramm abgeleitet wird; er repräsentiert die wahrgenommene Farbe des Lichts als einzelne Wellenlänge. Für eine monochromatische Quelle wie eine rote LED liegen sie oft nahe beieinander, aber λd ist für die Farbspezifikation relevanter.

11. Praktische Anwendungsfallstudie

Szenario: Hintergrundbeleuchtung für eine Membrantastatur.Ein Entwickler entwirft ein Bedienfeld mit 20 Tasten, die eine rote Hintergrundbeleuchtung für den Einsatz bei schlechten Lichtverhältnissen benötigen. Das Panel ist platzbeschränkt und erfordert ein flaches Bauteil. Die LTST-C170KEKT wird aufgrund ihres SMD-Formats, des breiten Abstrahlwinkels (der eine gleichmäßige Ausleuchtung unter jeder Taste gewährleistet) und der geeigneten Helligkeit ausgewählt. Der Entwickler wählt LEDs der Klasse 'M' (18,0-28,0 mcd), um eine einheitliche, mittlere Helligkeit über alle Tasten hinweg zu erreichen. Ein Konstantstrom-Treiber-IC wird verwendet, um jeder LED individuell 20mA zuzuführen, was eine perfekte Helligkeitsabstimmung unabhängig von geringen VF-Schwankungen gewährleistet. Das PCB-Layout folgt dem empfohlenen Pad-Design, und die Montage erfolgt mit einem Standard-Bleifrei-Rückflussprofil mit einem Maximum von 250°C.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Leuchtdioden (LEDs) sind Halbleiterbauteile, die Licht durch Elektrolumineszenz emittieren. Wenn eine Durchlassspannung an den p-n-Übergang angelegt wird, werden Elektronen aus dem n-dotierten Bereich und Löcher aus dem p-dotierten Bereich in den Übergangsbereich injiziert. Wenn diese Ladungsträger rekombinieren, wird Energie in Form von Photonen (Licht) freigesetzt. Die spezifische Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts wird durch die Bandlücke des verwendeten Halbleitermaterials bestimmt. Für die LTST-C170KEKT hat das AlInGaP-Materialsystem eine Bandlücke, die rotem Licht entspricht.

13. Technologietrends und Entwicklungen

Der allgemeine Trend in der LED-Technologie geht hin zu höherer Effizienz (mehr Lumen pro Watt), verbessertem Farbwiedergabeindex und höherer Zuverlässigkeit. Bei Anzeige-LEDs schreitet die Miniaturisierung voran, während die Lichtausgabe beibehalten oder erhöht wird. Ein weiterer Fokus liegt auf der Erweiterung des verfügbaren Farbspektrums und der Verbesserung der Konsistenz von Farbe und Helligkeit durch fortschrittliche Fertigungs- und Binning-Techniken. Das Streben nach RoHS-Konformität und Kompatibilität mit bleifreien Hochtemperatur-Lötprozessen ist mittlerweile eine Standardanforderung in der gesamten Branche. Die Forschung an neuen Materialien und Nanostrukturen verspricht zukünftig weitere Effizienzsteigerungen und neue Funktionalitäten.