SMD LED LTST-C190KEKT Datenblatt - AlInGaP Rot - 130° Abstrahlwinkel - 1,7-2,5V - 30mA - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTST-C190KEKT ist eine oberflächenmontierbare (SMD) LED-Lampe, die für die automatisierte Leiterplattenbestückung (PCB) konzipiert ist. Sie gehört zu einer Familie von Miniatur-LEDs, die für platzbeschränkte Anwendungen in einem breiten Spektrum elektronischer Geräte vorgesehen sind.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Diese LED bietet mehrere entscheidende Vorteile, die sie für die moderne Elektronikfertigung geeignet machen. Zu ihren Hauptmerkmalen zählen die Konformität mit der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe), die Verwendung eines ultrahellen AlInGaP-Halbleiterchips (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) für effiziente Rotlichtemission und die Verpackung auf 8 mm breitem Trägerband, das auf 7-Zoll-Durchmesser-Spulen gewickelt ist und mit Standard-Pick-and-Place-Automaten kompatibel ist. Die Bauteile sind zudem für Infrarot-Reflow-Lötprozesse ausgelegt, dem Industriestandard für die Hochvolumen-SMD-Montage.

Die Zielanwendungen sind vielfältig und spiegeln die Vielseitigkeit des Bauteils wider. Zu den Hauptmärkten zählen Telekommunikationsgeräte (z. B. schnurlose und Mobiltelefone), Geräte der Büroautomatisierung (z. B. Notebooks, Netzwerksysteme), Haushaltsgeräte sowie Innenraum-Beschilderung oder Display-Anwendungen. Spezifische Funktionen in diesen Geräten umfassen die Hintergrundbeleuchtung von Tastaturen, Statusanzeigen, Mikrodisplays sowie die Beleuchtung von Signalen oder Symbolen.

2. Technische Parameter: Detaillierte objektive Interpretation

Die Leistung der LTST-C190KEKT wird durch eine Reihe von absoluten Maximalwerten und standardmäßigen elektrischen/optischen Kenngrößen definiert, alle spezifiziert bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C.

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Grenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Sie dürfen unter keinen Betriebsbedingungen überschritten werden.

• Verlustleistung (Pd):75 mW. Dies ist die maximale Leistung, die das LED-Gehäuse als Wärme abführen kann.
• Spitzen-Durchlassstrom (I_F(PEAK)):80 mA. Dies ist der maximale momentane Durchlassstrom, der nur unter gepulsten Bedingungen mit einem Tastverhältnis von 1/10 und einer Pulsbreite von 0,1 ms zulässig ist.
• DC-Durchlassstrom (I_F):30 mA. Dies ist der maximale kontinuierliche Durchlassstrom für einen zuverlässigen Dauerbetrieb.
• Sperrspannung (V_R):5 V. Das Anlegen einer Sperrspannung über diesem Wert kann zum Durchbruch des pn-Übergangs führen.
• Betriebs- & Lagertemperaturbereich:-55°C bis +85°C.
• Infrarot-Lötbedingung:Hält einer Spitzentemperatur von 260°C für 10 Sekunden stand, was typisch für bleifreie (Pb-free) Reflow-Lötprofile ist.

2.2 Elektrische und optische Kenngrößen

Dies sind die typischen Leistungsparameter, gemessen unter Standardtestbedingungen.

• Lichtstärke (I_V):28,0 bis 112,0 mcd (Millicandela) bei einem Durchlassstrom (I_F) von 20mA. Die Intensität wird mit einer Sensor- und Filterkombination gemessen, die der photopischen (CIE) Augenempfindlichkeitskurve entspricht.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):130 Grad. Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte des auf der Mittelachse (0°) gemessenen Wertes abfällt. Ein derart breiter Abstrahlwinkel eignet sich für Anwendungen, die eine breite, diffuse Ausleuchtung und keinen fokussierten Strahl erfordern.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_P):632,0 nm (Nanometer). Dies ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsabgabe am höchsten ist.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):617,0 bis 631,0 nm bei I_F=20mA. Dieser Wert wird aus dem CIE-Farbdiagramm abgeleitet und repräsentiert die einzelne Wellenlänge, die die wahrgenommene Lichtfarbe am besten beschreibt. Der Bereich zeigt mögliche Schwankungen zwischen einzelnen Bauteilen an.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):20 nm. Dies gibt die spektrale Bandbreite an, gemessen als volle Breite auf halber Höhe (FWHM) des Emissionspeaks.
• Durchlassspannung (V_F):1,7 bis 2,5 V bei I_F=20mA. Dies ist der Spannungsabfall über der LED im Betrieb. Der Bereich berücksichtigt normale Fertigungstoleranzen im Halbleitermaterial.
• Sperrstrom (I_R):Maximal 10 μA (Mikroampere) bei einer Sperrspannung (V_R) von 5V.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um eine gleichmäßige Helligkeit in Endprodukten zu gewährleisten, werden LEDs nach der Fertigung oft in Leistungsklassen (Bins) sortiert.

3.1 Lichtstärke-Bin-Code

Für die LTST-C190KEKT in Rot wird die Lichtstärke wie folgt in Bins kategorisiert, gemessen bei 20mA:

• Bin-Code N:Minimum 28,0 mcd, Maximum 45,0 mcd.
• Bin-Code P:Minimum 45,0 mcd, Maximum 71,0 mcd.
• Bin-Code Q:Minimum 71,0 mcd, Maximum 112,0 mcd.

Auf die Grenzen jedes Bins wird eine Toleranz von +/-15% angewendet. Dieses Binning ermöglicht es Konstrukteuren, LEDs mit einer garantierten Mindesthelligkeit für ihre Anwendung auszuwählen, was für ein einheitliches Erscheinungsbild in Multi-LED-Arrays entscheidend ist.

4. Analyse der Kennlinien

Während im Datenblatt auf spezifische grafische Kurven verwiesen wird (z. B. auf Seite 5/11), werden hier deren typische Implikationen analysiert.

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

Die I-V-Kennlinie einer LED ist nichtlinear. Für das hier verwendete AlInGaP-Material liegt die typische Durchlassspannung bei 20mA im Bereich von 1,7V bis 2,5V. Die Kurve zeigt, dass ein geringer Spannungsanstieg über die Schwellspannung hinaus zu einem raschen Anstieg des Stroms führt. Daher müssen LEDs von einer strombegrenzten Quelle und nicht von einer Konstantspannungsquelle angesteuert werden, um thermisches Durchgehen und Zerstörung zu verhindern.

4.2 Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Die Lichtausbeute (Lichtstärke) ist über einen signifikanten Betriebsbereich annähernd proportional zum Durchlassstrom. Die Effizienz kann jedoch bei sehr hohen Strömen aufgrund erhöhter Wärmeentwicklung im Chip abfallen. Der Betrieb bei oder unterhalb der empfohlenen 20mA-Testbedingung gewährleistet optimale Leistung und Langlebigkeit.

4.3 Spektrale Verteilung

Das Emissionsspektrum ist um 632 nm (Peak) zentriert mit einer Halbwertsbreite von etwa 20 nm. Dies definiert eine relativ reine rote Farbe. Die dominante Wellenlänge (617-631 nm) bestimmt den wahrgenommenen Farbton. Schwankungen innerhalb dieses Bereichs sind normal und werden durch den Fertigungsprozess gesteuert.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen und Polaritätskennzeichnung

Die LED ist in einem Standard-SMD-Gehäuse untergebracht. Die Linsenfarbe ist wasserklar, während die Lichtquelle rotes Licht vom AlInGaP-Chip emittiert. Alle Abmessungen sind in Millimetern mit einer Standardtoleranz von ±0,1 mm angegeben, sofern nicht anders spezifiziert. Das Gehäuse enthält Merkmale zur korrekten Ausrichtung (Polarität) während der Platzierung, typischerweise angezeigt durch eine Markierung auf dem Gehäuse oder eine asymmetrische Form. Die korrekte Polarität ist für die Funktion des Bauteils essentiell.

5.2 Empfohlene PCB-Lötflächengeometrie

Eine empfohlene Lötflächengeometrie (Footprint) für die Leiterplatte wird bereitgestellt, um eine ordnungsgemäße Lötstellenbildung, mechanische Stabilität und Wärmemanagement während und nach dem Reflow-Prozess zu gewährleisten. Die Einhaltung dieses Designs ist entscheidend für zuverlässige Lötverbindungen und die Ableitung der Wärme vom LED-Übergang über die Leiterbahn.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötparameter

Das Bauteil ist mit Infrarot-Reflow-Lötprozessen kompatibel, die für bleifreie (Pb-free) Montage unerlässlich sind. Ein empfohlenes Profil gemäß JEDEC-Standards wird bereitgestellt. Wichtige Parameter sind:

• Vorwärmen:150°C bis 200°C.
• Vorwärmzeit:Maximal 120 Sekunden.
• Spitzentemperatur:Maximal 260°C.
• Zeit oberhalb Liquidus (am Peak):Maximal 10 Sekunden. Das Bauteil kann dieses Profil maximal zweimal überstehen.

Es wird betont, dass das optimale Profil vom spezifischen PCB-Design, den Komponenten, der Lötpaste und dem Ofen abhängt. Eine Charakterisierung für die spezifische Anwendung wird empfohlen.

6.2 Handlötung (Lötkolben)

Falls Handlötung notwendig ist, ist äußerste Vorsicht geboten:

• Kolbentemperatur:Maximal 300°C.
• Lötzeit:Maximal 3 Sekunden pro Lötfläche.
• Häufigkeit:Dies sollte nur einmal durchgeführt werden, um thermische Belastung zu vermeiden.

6.3 Lagerbedingungen

Eine sachgemäße Lagerung ist entscheidend, um die Lötbarkeit und Bauteilintegrität zu erhalten.

• Verschlossene Verpackung (Feuchtigkeitssperrbeutel):Lagern bei ≤30°C und ≤90% relativer Luftfeuchtigkeit (RH). Die Haltbarkeit beträgt ein Jahr bei Lagerung im Original-Feuchtigkeitsschutzbeutel mit Trockenmittel.
• Geöffnete Verpackung:Die Umgebung sollte 30°C oder 60% RH nicht überschreiten. Komponenten, die aus ihrer Originalverpackung entnommen wurden, sollten innerhalb einer Woche IR-reflowgelötet werden (entspricht Feuchtesensitivitätsstufe 3, MSL 3). Für längere Lagerung außerhalb des Originalbeutels verwenden Sie einen verschlossenen Behälter mit Trockenmittel oder einen Stickstoff-Exsikkator. Komponenten, die länger als eine Woche offen gelagert wurden, müssen vor dem Löten etwa 20 Stunden bei ca. 60°C getrocknet (gebrannt) werden, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und \"Popcorning\" während des Reflows zu verhindern.

6.4 Reinigung

Wenn nach dem Löten eine Reinigung erforderlich ist, sollten nur spezifizierte Lösungsmittel verwendet werden. Das Eintauchen der LED in Ethylalkohol oder Isopropylalkohol bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute ist akzeptabel. Nicht spezifizierte Chemikalien können das Kunststoffgehäuse oder die Linse beschädigen.

7. Anwendungsvorschläge und Designüberlegungen

7.1 Treiberschaltungsdesign

Eine LED ist ein stromgesteuertes Bauteil. Um eine gleichmäßige Helligkeit zu gewährleisten, insbesondere wenn mehrere LEDs parallel verwendet werden, sollte jede LED ihren eigenen in Reihe geschalteten strombegrenzenden Widerstand haben. Der Widerstandswert (R) wird mit dem Ohmschen Gesetz berechnet: R = (V_versorgung- V_F) / I_F, wobei V_Fdie Durchlassspannung der LED beim gewünschten Strom I_Fist. Die Verwendung eines gemeinsamen Widerstands für mehrere parallel geschaltete LEDs wird aufgrund von Schwankungen der individuellen V_F-Werte nicht empfohlen, da dies zu erheblichen Unterschieden im Strom und somit in der Helligkeit führen kann.

7.2 Wärmemanagement

Obwohl die Verlustleistung relativ gering ist (max. 75mW), verlängert ein ordnungsgemäßes thermisches Design die LED-Lebensdauer und hält die Lichtausbeute stabil. Die Verwendung der empfohlenen PCB-Lötflächengeometrie hilft, Wärme vom LED-Übergang abzuleiten. Der Betrieb der LED mit Strömen unterhalb des maximalen DC-Nennstroms von 30mA verringert die Sperrschichttemperatur und verbessert die Langzeitzuverlässigkeit.

7.3 Vorsichtsmaßnahmen gegen elektrostatische Entladung (ESD)

LEDs sind empfindlich gegenüber elektrostatischer Entladung und Spannungsspitzen. Handhabungsvorsichtsmaßnahmen sind notwendig, um latente oder katastrophale Schäden zu verhindern. Es wird empfohlen, beim Umgang mit den Bauteilen ein geerdetes Handgelenkband oder antistatische Handschuhe zu verwenden. Alle Geräte, einschließlich Arbeitsplätze und Lötkolben, müssen ordnungsgemäß geerdet sein.

8. Verpackungs- und Bestellinformationen

8.1 Band- und Spulenspezifikationen

Die LTST-C190KEKT wird standardmäßig auf 8 mm breitem, geprägtem Trägerband geliefert, das auf Spulen mit 7 Zoll (178 mm) Durchmesser aufgewickelt ist. Diese Verpackung entspricht den ANSI/EIA-481-Spezifikationen für die automatisierte Handhabung.

• Stückzahl pro Spule:4000 Stück.
• Mindestbestellmenge (MOQ) für Restposten:500 Stück.
• Taschenabdeckung:Leere Komponententaschen auf dem Band sind mit einem Deckband versiegelt.
• Fehlende Komponenten:Die maximal zulässige Anzahl aufeinanderfolgender fehlender Lampen auf einer Spule beträgt zwei.

Detaillierte Maßzeichnungen für die Bandtasche und die Spule sind im Datenblatt zur Maschineneinrichtung und Kompatibilitätsprüfung enthalten.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die LTST-C190KEKT nutzt ein AlInGaP-Halbleitermaterial (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid). Im Vergleich zu älteren Technologien wie Standard-GaAsP-roten LEDs (Galliumarsenidphosphid) bietet AlInGaP eine deutlich höhere Lichtausbeute, was bei gleichem Treiberstrom zu einer helleren Abstrahlung führt. Typischerweise bietet es auch eine bessere Temperaturstabilität von Lichtausbeute und Wellenlänge. Der breite 130-Grad-Abstrahlwinkel ist eine Designentscheidung, die sie von LEDs mit engeren Strahlen unterscheidet und sie ideal für Flächenbeleuchtung und Statusanzeigen macht, die aus einem weiten Blickwinkel sichtbar sein müssen.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

10.1 Was ist der Unterschied zwischen Spitzenwellenlänge und dominanter Wellenlänge?

Spitzenwellenlänge (λ_P):Die spezifische Wellenlänge, bei der die LED die meiste optische Leistung emittiert. Es ist eine physikalische Messung aus dem Spektrum.
Dominante Wellenlänge (λ_d):Ein berechneter Wert aus dem CIE-Farbdiagramm, der der vom menschlichen Auge wahrgenommenen Lichtfarbe entspricht. Für eine monochromatische Quelle wie eine rote LED liegen sie oft nahe beieinander, aber λ_dist der Parameter, der für die Farbangabe und das Binning verwendet wird.

10.2 Warum ist ein strombegrenzender Widerstand notwendig, selbst wenn ich die LED mit ihrer typischen Durchlassspannung betreibe?

Die Durchlassspannung (V_F) hat einen Toleranzbereich (1,7V bis 2,5V). Wenn Sie eine konstante Spannung von 2,0V anlegen, könnte eine LED mit einer niedrigen V_Fvon 1,7V einen übermäßigen Strom ziehen, während eine mit einer hohen V_Fvon 2,5V möglicherweise überhaupt nicht leuchtet. Noch kritischer ist, dass V_Fmit steigender Temperatur abnimmt. Eine Konstantspannungsquelle kann zu thermischem Durchgehen führen: Wenn die LED sich erwärmt, sinkt V_F, der Strom steigt, verursacht mehr Wärme, senkt V_Fweiter, bis zum Ausfall. Ein Reihenwiderstand (oder besser ein Konstantstromtreiber) sorgt für Gegenkopplung und stabilisiert den Arbeitspunkt.

10.3 Kann ich diese LED direkt mit einem 3,3V- oder 5V-Logiksignal ansteuern?

Nein. Ein direkter Anschluss an einen 3,3V- oder 5V-Digitalausgangspin würde diese Spannung über die LED anlegen. Bei einer typischen V_Fvon ~2,0V würde die überschüssige Spannung einen sehr hohen Stromfluss verursachen, begrenzt nur durch den geringen Innenwiderstand des Chips und des Ausgangspins, was die LED wahrscheinlich sofort zerstören würde. Sie müssen beim Ansteuern einer LED aus einer Spannungsquelle immer einen Reihenstrombegrenzungswiderstand verwenden.

11. Praktisches Anwendungsbeispiel

Szenario: Entwurf eines Multi-LED-Statusanzeigepanels für einen Netzwerkrouter.
Das Panel benötigt 5 rote Status-LEDs, um Netzteil, Internetverbindung, Wi-Fi-Aktivität usw. anzuzeigen. Das System verwendet eine 3,3V-Versorgungsschiene.
Entwurfsschritte:
1. Betriebsstrom wählen:Wählen Sie I_F= 20mA, was der Standardtestbedingung entspricht und gute Helligkeit im sicheren Betriebsbereich bietet.
2. Widerstandswert berechnen:Verwenden Sie für ein konservatives Design, das sicherstellt, dass alle LEDs auch mit hohen V_F-Teilen leuchten, das Maximum V_Faus dem Datenblatt (2,5V). R = (3,3V - 2,5V) / 0,020A = 40 Ohm. Der nächstgelegene Standardwert ist 39 Ohm oder 43 Ohm.
3. Leistung am Widerstand prüfen: P_R= I_F²* R = (0,02)²* 39 = 0,0156W. Ein Standard-1/10W (0,1W) Widerstand ist mehr als ausreichend.
4. Schaltungsaufbau:Implementieren Sie fünf identische Schaltungen, jeweils mit einer LED und einem 39-Ohm-Widerstand in Reihe, alle zwischen der 3,3V-Schiene und einzelnen Mikrocontroller-GPIO-Pins, die als Ausgänge konfiguriert sind, angeschlossen. Das Setzen eines Pins auf LOW (0V) schließt den Stromkreis und schaltet die LED ein.
5. PCB-Design:Verwenden Sie die empfohlene Lötflächengeometrie aus dem Datenblatt. Stellen Sie eine ausreichende Leiterbahnbreite für den 20mA-Strom sicher.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Leuchtdioden (LEDs) sind Halbleiterbauelemente, die Licht durch einen Prozess namens Elektrolumineszenz emittieren. Wenn eine Durchlassspannung über den pn-Übergang des Halbleitermaterials (in diesem Fall AlInGaP) 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, fällt es von einem höheren Energieniveau im Leitungsband zu einem niedrigeren Energieniveau im Valenzband. Die Energiedifferenz wird in Form eines Photons (Lichtteilchen) freigesetzt. Die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts wird durch die Bandlückenenergie des Halbleitermaterials bestimmt, eine grundlegende Eigenschaft der hier verwendeten AlInGaP-Verbindung, die zur Emission von rotem Licht führt.

13. Technologietrends

Die Optoelektronikbranche entwickelt sich ständig weiter, wobei mehrere Schlüsseltrends SMD-LEDs wie die LTST-C190KEKT beeinflussen. Es gibt einen ständigen Drang zur Steigerung der Lichtausbeute (mehr Lichtausbeute pro elektrischem Watt Eingang), was die Energieeffizienz verbessert. Die Miniaturisierung bleibt entscheidend und treibt kleinere Gehäusegrößen bei gleichbleibender oder verbesserter optischer Leistung voran. Erhöhte Zuverlässigkeit und längere Betriebslebensdauer unter verschiedenen Umweltbedingungen sind ebenfalls wichtige Entwicklungsziele. Darüber hinaus werden engere Binning-Toleranzen für Farbe und Helligkeit zum Standard, um den Anforderungen hochwertiger Display- und Beleuchtungsanwendungen gerecht zu werden, bei denen Farbkonstanz von größter Bedeutung ist.