Technisches Datenblatt SMD LED LTSA-G6SPVAKTU - AlInGaP Amber - 140mA - 2,65V - 530mW

1. Produktübersicht

Dieses Dokument enthält die vollständigen technischen Spezifikationen für eine oberflächenmontierbare (SMD) LED, die für hochzuverlässige Anwendungen konzipiert ist. Das Bauteil nutzt einen Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP)-Halbleiterwerkstoff zur Erzeugung von amberfarbenem Licht und ist in einem wasserklaren Linsengehäuse verkapselt. Es ist für die strengen Anforderungen moderner Elektronikfertigungsprozesse und anspruchsvoller Betriebsumgebungen ausgelegt.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die primären Konstruktionsvorteile dieser LED umfassen ihre Kompatibilität mit automatischen Bestückungsanlagen und Standard-Infrarot (IR)-Reflow-Lötprozessen, was für die Serienfertigung entscheidend ist. Das Gehäuse entspricht den EIA-Standardabmessungen und gewährleistet so Austauschbarkeit und einfache Integration in bestehende Leiterplattenlayouts. Ihre Schlüsselqualifikation gemäß dem AEC-Q101-Standard, Revision D, unterstreicht die Eignung für Automotive-Elektronik, insbesondere für nicht sicherheitskritische Zubehranwendungen in Fahrzeugen. Die Komponente ist zudem konform mit der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe).

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Die Leistung der LED wird unter spezifischen elektrischen, optischen und thermischen Bedingungen definiert, typischerweise gemessen bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C.

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Grenzen, jenseits derer ein dauerhafter Schaden am Bauteil auftreten kann. Ein Betrieb unter diesen Bedingungen ist nicht garantiert. Wichtige Grenzwerte sind eine maximale Verlustleistung von 530mW, ein Spitzenstrom von 400mA (unter gepulsten Bedingungen mit 1/10 Tastverhältnis und 0,1ms Pulsbreite) und ein kontinuierlicher Gleichstrom-Bereich von 5mA bis 200mA. Das Bauteil ist für einen Betriebs- und Lagertemperaturbereich von -40°C bis +110°C ausgelegt. Es hält einer elektrostatischen Entladung (ESD) von bis zu 2kV gemäß dem Human Body Model (HBM, Klasse 2 nach ANSI/ESDA/JEDEC JS-001) stand. Das Gehäuse hält einer Infrarot-Reflow-Lötung mit einer Spitzentemperatur von 260°C für bis zu 10 Sekunden stand, was dem Standard für bleifreie (Pb-freie) Fertigungsprozesse entspricht.

2.2 Thermische Eigenschaften

Das thermische Management ist entscheidend für die Leistung und Lebensdauer der LED. Der thermische Widerstand vom Halbleiterübergang zur Umgebungsluft (RθJA) beträgt typischerweise 50°C/W, wenn sie auf einer Standard-FR4-Leiterplatte mit 1,6mm Dicke und einer 16mm² großen Kupferfläche montiert ist. Der thermische Widerstand vom Übergang zum Lötpunkt (RθJS) beträgt typischerweise 30°C/W und bietet einen direkteren Weg für die Wärmeableitung in die Leiterplatte. Die maximal zulässige Sperrschichttemperatur (Tj) beträgt 125°C. Das Überschreiten dieser Temperatur beschleunigt den Lichtstromrückgang und kann zu einem katastrophalen Ausfall führen.

2.3 Elektrische und optische Kenngrößen

Dies sind die typischen Leistungsparameter, gemessen unter Standardtestbedingungen (IF = 140mA, Ta=25°C). Die Lichtstärke (Iv) liegt zwischen einem Minimum von 7,1 Candela (cd) und einem Maximum von 11,2 cd. Die räumliche Lichtverteilung ist durch einen weiten Abstrahlwinkel (2θ½) von 120 Grad charakterisiert, was bedeutet, dass die Lichtstärke bei ±60 Grad von der Mittelachse die Hälfte ihres Spitzenwertes beträgt. Die Lichtemission erreicht ihr Maximum bei einer Wellenlänge (λP) von etwa 625 Nanometern (nm). Die dominante Wellenlänge (λd), die die wahrgenommene Farbe definiert, ist mit 612 nm bis 624 nm spezifiziert. Die spektrale Bandbreite (Δλ), ein Indikator für die Farbreinheit, beträgt typischerweise 18 nm. Die zum Betreiben der LED bei 140mA erforderliche Durchlassspannung (VF) liegt zwischen 1,90V und 2,65V. Der Sperrstrom (IR) beträgt typischerweise 10 μA bei einer Sperrspannung von 12V, obwohl das Bauteil nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt ist.

3. Erläuterung des Bin-Sortiersystems

Um Anwendungskonsistenz zu gewährleisten, werden LEDs nach der Fertigung anhand von Schlüsselparametern in Leistungsklassen (Bins) sortiert. Der auf dem Produktetikett aufgedruckte Bin-Code folgt dem Format: Vf-Klasse / Iv-Klasse / Wd-Klasse (z.B. F/EA/3).

3.1 Durchlassspannungs-Binning (Vf)

LEDs werden basierend auf ihrem Durchlassspannungsabfall bei 140mA in fünf Spannungsklassen (C bis G) eingeteilt. Klasse C umfasst 1,90V bis 2,05V, D: 2,05V bis 2,20V, E: 2,20V bis 2,35V, F: 2,35V bis 2,50V und G: 2,50V bis 2,65V. Jede Klasse hat eine Toleranz von ±0,1V. Dies ermöglicht es Konstrukteuren, LEDs mit konsistenten Spannungsanforderungen für Stromregelungsschaltungen auszuwählen.

3.2 Lichtstärke-Binning (Iv)

Die Lichtausbeute wird in zwei Intensitätsklassen sortiert. Klasse EA hat einen Intensitätsbereich von 7,1 cd bis 9,0 cd (entspricht 20,0 bis 25,2 Lumen), während Klasse EB von 9,0 cd bis 11,2 cd reicht (25,2 bis 31,3 Lumen). Die Toleranz für jede Intensitätsklasse beträgt ±11%. Dieses Binning gewährleistet gleichmäßige Helligkeit in Anwendungen, die mehrere LEDs erfordern.

3.3 Dominante Wellenlängen-Binning (Wd)

Die Farbe (dominante Wellenlänge) wird in drei Klassen sortiert, um Farbkonsistenz zu erhalten. Klasse 2: 612 nm bis 616 nm, Klasse 3: 616 nm bis 620 nm und Klasse 4: 620 nm bis 624 nm. Die Toleranz für jede Wellenlängenklasse beträgt ±1 nm. Dies ist entscheidend für Anwendungen, die eine präzise Farbabstimmung erfordern, wie z.B. in Anzeigegruppen oder Hintergrundbeleuchtungen.

4. Analyse der Leistungskurven

Grafische Daten geben einen tieferen Einblick in das Verhalten des Bauteils unter variierenden Bedingungen.

4.1 Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Eine Kennlinie zeigt die Beziehung zwischen Durchlassstrom (IF) und relativer Lichtstärke. Die Lichtausbeute steigt mit dem Strom, jedoch nicht linear. Ein Betrieb deutlich über dem empfohlenen Strom (z.B. 200mA) kann zu abnehmenden Lichtausbeutezuwächsen führen, während gleichzeitig die Wärmeentwicklung drastisch steigt und der Degradationsprozess beschleunigt wird. Die Kurve unterstreicht die Bedeutung einer korrekten Stromansteuerung, typischerweise über eine Konstantstromquelle oder einen strombegrenzenden Widerstand.

4.2 Durchlassspannung vs. Durchlassstrom

Diese IV-Kennlinie veranschaulicht die exponentielle Beziehung zwischen Spannung und Strom der Diode. Die \"Kniespannung\", bei der der Strom rapide zu steigen beginnt, ist charakteristisch für das AlInGaP-Materialsystem. Die Kurve ist wesentlich für den Entwurf der Ansteuerschaltung, um sicherzustellen, dass die Stromversorgung genügend Spannungsreserven bietet, um den gewünschten Betriebsstrom über den spezifizierten VF-Bereich und Temperaturschwankungen hinweg zu erreichen.

4.3 Räumliche Verteilung (Abstrahlcharakteristik)

Ein Polardiagramm zeigt das räumliche Abstrahlverhalten und bestätigt den 120-Grad-Abstrahlwinkel. Das Muster ist typischerweise lambertisch oder nahezu lambertisch, was bedeutet, dass die Intensität proportional zum Kosinus des Betrachtungswinkels ist. Diese breite, gleichmäßige Verteilung ist ideal für Anwendungen, die eine großflächige Ausleuchtung oder eine weite Sichtbarkeit erfordern, wie z.B. Statusanzeigen.

5. Mechanische und Verpackungsinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen und Polarität

Die LED entspricht einem standardmäßigen SMD-Fußabdruck. Detaillierte mechanische Zeichnungen spezifizieren Länge, Breite, Höhe, Anschlussabstand und Gesamttoleranzen (typischerweise ±0,2mm). Es ist entscheidend zu beachten, dass der Anodenanschlussrahmen auch als primärer Kühlkörper für das Bauteil dient. Das Leiterplattenpad-Design muss korrekt mit diesem Anodenpad verbunden sein, um eine effektive Wärmeableitung zu ermöglichen. Die Kathode ist typischerweise durch eine visuelle Markierung identifiziert, wie z.B. eine Kerbe oder eine grüne Markierung auf dem Gehäuse.

5.2 Empfohlenes Leiterplatten-Pad-Layout

Ein Diagramm zeigt das optimale Kupferpad-Design auf der Leiterplatte für die Infrarot-Reflow-Lötung. Dieses Layout gewährleistet eine zuverlässige Lötstellenbildung, einen ordnungsgemäßen Wärmetransport vom Kühlkörper der LED (Anode) zur Leiterplatte und minimiert das Risiko von \"Tombstoning\" (ein Ende hebt sich während des Reflow an). Pad-Größe und -Form sind auf die Anschlussrahmen abgestimmt, um maximale Lötbarkeit und mechanische Festigkeit zu erreichen.

6. Löt-, Montage- und Handhabungsanleitung

6.1 IR-Reflow-Lötprofil

Ein detailliertes Temperatur-Zeit-Diagramm spezifiziert das empfohlene Reflow-Profil für bleifreie Lotpasten gemäß J-STD-020. Wichtige Parameter sind die Aufheizrate, die Haltezeit und -temperatur, die Zeit oberhalb der Liquidustemperatur (TAL), die Spitzentemperatur (nicht über 260°C) und die Abkühlrate. Die Einhaltung dieses Profils ist wesentlich, um thermischen Schock, Delamination oder Lötstellendefekte zu verhindern und gleichzeitig sicherzustellen, dass das feuchtigkeitsempfindliche Bauteil (MSL Level 2) korrekt verarbeitet wird.

6.2 Lagerung und Feuchtigkeitssensitivität

Die LED ist gemäß JEDEC J-STD-020 als Feuchtigkeitssensitivitätsstufe (MSL) 2 klassifiziert. In der versiegelten Feuchtigkeitssperrbeutel mit Trockenmittel beträgt die Lagerfähigkeit ein Jahr bei Lagerung bei ≤30°C und ≤70% relativer Luftfeuchtigkeit. Sobald der Beutel geöffnet ist, müssen die Bauteile innerhalb einer bestimmten Bodenlebensdauer (typischerweise 168 Stunden für MSL2 bei ≤30°C/60% r.F.) verwendet oder vor dem Reflow erneut getrocknet (z.B. 60°C für 48 Stunden) werden, um \"Popcorning\"-Schäden durch verdampfende, aufgenommene Feuchtigkeit während des Lötens zu verhindern.

6.3 Reinigung

Falls eine Nachlötreinigung erforderlich ist, sollten nur spezifizierte Lösungsmittel verwendet werden. Das Eintauchen der LED in Ethylalkohol oder Isopropylalkohol bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute ist zulässig. Aggressive oder nicht spezifizierte Chemikalien können die Epoxidlinse oder die Gehäusemarkierungen beschädigen.

7. Verpackungs- und Bestellspezifikationen

7.1 Band- und Rollenverpackung

Für die automatisierte Montage werden die LEDs in geprägter Trägerbandverpackung mit Deckband geliefert. Die Bandabmessungen, Taschengröße und Vorschubrichtung sind gemäß EIA-481-Standards spezifiziert. Die Bauteile sind auf Standardrollen mit 7 Zoll (178mm) Durchmesser aufgewickelt. Eine volle Rolle enthält 1000 Stück. Teilrollen (Restmengen) haben eine Mindestbestellmenge von 500 Stück. Die Verpackungsspezifikation definiert auch die maximal zulässige Anzahl aufeinanderfolgender leerer Taschen (zwei).

7.2 Rollenabmessungen

Mechanische Zeichnungen geben den Naben- und Flanschdurchmesser der Rolle, die Gesamtbreite und die Passmerkmale detailliert an, um die Kompatibilität mit Standard-SMT-Bestückungsgeräten sicherzustellen.

8. Anwendungsrichtlinien und Designüberlegungen

8.1 Zielanwendungsszenarien

Das primäre Anwendungsgebiet ist die Automotive-Elektronik, speziell für Zubehörfunktionen. Dies umfasst Innenraumbeleuchtung, Armaturenbrett-Hintergrundbeleuchtung für nicht sicherheitskritische Anzeigen, Mittelkonsole-Beleuchtung und andere nicht sicherheitsrelevante Signalgeberanwendungen im Fahrzeug. Ihre AEC-Q101-Qualifikation bietet Sicherheit für die typischen Temperatur-, Feuchtigkeits- und Betriebsbelastungen in Automotive-Umgebungen.

8.2 Designüberlegungen

• Stromansteuerung:Immer einen Konstantstromtreiber oder einen Reihen-Strombegrenzungswiderstand verwenden. Den Widerstandswert basierend auf der Versorgungsspannung (Vcc), der maximalen Durchlassspannung der LED (VF max aus der Bin-Klasse) und dem gewünschten Betriebsstrom (IF) berechnen. Formel verwenden: R = (Vcc - VF) / IF. Sicherstellen, dass die Leistungsaufnahme des Widerstands ausreichend ist (P = (Vcc - VF) * IF).
• Thermisches Management:Die Anode ist das thermische Pad. Die Leiterplatte mit einer ausreichend großen Kupferfläche entwerfen, die mit diesem Pad verbunden ist, um als Kühlkörper zu dienen. Für Hochstrom- oder Hochtemperaturbetrieb können Wärmeleitungen (Thermal Vias) zu inneren oder unteren Lagen die Wärmeableitung erheblich verbessern und eine niedrigere Sperrschichttemperatur aufrechterhalten.
• ESD-Schutz:Obwohl für 2kV HBM ausgelegt, wird zur Erhöhung der Zuverlässigkeit die Implementierung von ESD-Schutzdioden auf empfindlichen Eingangsleitungen oder die Verwendung leitfähiger Handhabungspraktiken im Montagebereich empfohlen.
• Optisches Design:Der 120-Grad-Abstrahlwinkel bietet eine breite Abdeckung. Für gebündeltes Licht können externe Sekundäroptiken (Linsen) erforderlich sein. Die wasserklare Linse ist für Anwendungen geeignet, bei denen die echte amberfarbene Chipfarbe gewünscht ist.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu Standard-Durchsteck-LEDs bietet diese SMD-Komponente erhebliche Vorteile: viel kleinere Baugröße, geringere Bauhöhe für schlanke Designs, bessere Eignung für die automatisierte Montage und bessere thermische Leistung über die Leiterplatte. Innerhalb des SMD-Amber-LED-Segments sind ihre Hauptunterscheidungsmerkmale die explizite AEC-Q101-Qualifikation für Automotive-Anwendungen, der weite 120-Grad-Abstrahlwinkel und das detaillierte Binning-System für Farb- und Intensitätskonsistenz. Die Verwendung von AlInGaP-Technologie bietet typischerweise eine höhere Effizienz und bessere Temperaturstabilität im Vergleich zu älteren Technologien wie GaAsP für amberfarbenes Licht.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

10.1 Was ist der Unterschied zwischen Spitzenwellenlänge und dominanter Wellenlänge?

Die Spitzenwellenlänge (λP) ist die einzelne Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsverteilung maximal ist. Die dominante Wellenlänge (λd) wird aus dem CIE-Farbdiagramm abgeleitet und repräsentiert die einzelne Wellenlänge eines reinen monochromatischen Lichts, das der wahrgenommenen Farbe der LED entsprechen würde. λd ist für die Farbspezifikation in Anwendungen relevanter.

10.2 Kann ich diese LED mit einer 3,3V-Versorgung ohne Widerstand betreiben?

Nein. Die Durchlassspannung reicht bis zu 2,65V. Ein direkter Anschluss an eine 3,3V-Quelle würde einen Strom erzwingen, der nur durch den dynamischen Widerstand der Diode und den Innenwiderstand der Quelle begrenzt ist, was wahrscheinlich den absoluten Maximalstrom überschreitet und die LED sofort zerstört. Ein strombegrenzender Widerstand oder Regler ist immer erforderlich.

10.3 Ist diese LED für sicherheitskritische Anwendungen wie Bremslichter oder Blinker geeignet?

Das Datenblatt stellt ausdrücklich klar, dass sie für \"Zubehranwendungen\" vorgesehen ist und rät, den Hersteller für Anwendungen zu konsultieren, bei denen ein Ausfall die Sicherheit gefährden könnte. Für sicherheitskritische Funktionen wie Außensignalisierung sollten Komponenten mit strengerer Qualifikation (z.B. AEC-Q102 für diskrete LEDs) und möglicherweise anderen Zuverlässigkeitsgraden ausgewählt werden.

10.4 Wie interpretiere ich den Bin-Code F/EA/3 auf dem Etikett?

Dies zeigt eine spezifische Leistungsuntergruppe an: F = Durchlassspannung zwischen 2,35V und 2,50V. EA = Lichtstärke zwischen 7,1 cd und 9,0 cd. 3 = Dominante Wellenlänge zwischen 616 nm und 620 nm. Dies ermöglicht eine präzise Abstimmung von LEDs innerhalb einer einzelnen Produktionscharge oder eines Projekts.

11. Praktisches Design- und Anwendungsbeispiel

Szenario:Entwurf einer Statusanzeige für einen Automotive-Infotainment-Drehknopf. Die Anzeige muss aus einem weiten Winkel sichtbar sein, vom 12V-Bordnetz des Fahrzeugs (lokal auf 5V geregelt) betrieben werden und eine konsistente Farbe und Helligkeit beibehalten.

Umsetzung:

1. Auswahl:Eine LED aus der Bin-Klasse F/EB/3 für höhere Helligkeit (EB) und konsistente orange-amber Farbe (Klasse 3) wählen. Die Spannungsklasse (F) wird für das Treiberdesign notiert.
2. Schaltplan:Eine 5V-Schiene verwenden. Den Reihenwiderstand berechnen: R = (5V - 2,5V_max) / 0,14A ≈ 17,9Ω. Einen Standard-18Ω-Widerstand mit einer Nennleistung von mindestens (5V-2,5V)*0,14A = 0,35W wählen; ein 0,5W-Widerstand wird empfohlen.
3. Leiterplattenlayout:Den Footprint gemäß dem empfohlenen Pad-Layout entwerfen. Das Anodenpad mit einer großen Kupferfläche auf der Oberseite verbinden, die mit mehreren Wärmeleitungen (Thermal Vias) mit einer internen Masseebene zur Wärmeableitung vernäht ist. Den strombegrenzenden Widerstand nah an der LED platzieren.
4. Montage:Das spezifizierte IR-Reflow-Profil einhalten. Sicherstellen, dass die Rolle nach dem Öffnen der Feuchtigkeitssperrbeutel innerhalb ihrer Bodenlebensdauer verwendet wird.
5. Ergebnis:Eine zuverlässige, gleichmäßig helle, weitwinklige Amber-Anzeige, die für die Automotive-Innenraumumgebung geeignet ist.

12. Einführung in das Technologieprinzip

Diese LED basiert auf einem Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP)-Halbleitermaterial, das auf einem Substrat gewachsen wird. Bei Anlegen einer Durchlassspannung werden Elektronen und Löcher in die aktive Zone injiziert, wo sie rekombinieren und Energie in Form von Photonen freisetzen. Das spezifische Verhältnis von Aluminium, Indium und Gallium im Kristallgitter bestimmt die Bandlückenenergie, die direkt der Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts entspricht – in diesem Fall Amber (~615nm). Die wasserklare Epoxidverkapselung schützt den Halbleiterchip, dient als Linse zur Formung des Lichtaustritts und kann Leuchtstoffe oder Farbstoffe enthalten (obwohl sie für eine reine Amber-AlInGaP-LED typischerweise klar ist). Die Anoden- und Kathodenanschlüsse bieten elektrische Verbindung und mechanischen Halt, wobei der Anodenrahmen so ausgelegt ist, dass er Wärme effizient vom aktiven Übergang ableitet.

13. Branchentrends und Entwicklung

Der allgemeine Trend bei SMD-LEDs für Automotive- und Industrieanwendungen geht zu höherer Effizienz (mehr Lumen pro Watt), erhöhter Leistungsdichte, verbesserter Zuverlässigkeit unter härteren Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen und verbesserter Farbkonsistenz durch engere Binning. Es gibt auch einen Trend zur Miniaturisierung bei gleichzeitiger Beibehaltung oder Verbesserung der thermischen Leistung. Die Einführung fortschrittlicher Materialien und Verpackungstechniken, wie Flip-Chip-Designs und Keramiksubstrate, treibt diese Grenzen weiter voran. Darüber hinaus ist die Integration von Treibern und Steuerschaltungen in \"Smart-LED\"-Module ein aufkommender Trend für komplexe Beleuchtungssysteme. Die hier beschriebene Komponente stellt eine ausgereifte, zuverlässige Lösung innerhalb des größeren Ökosystems der oberflächenmontierbaren Optoelektronik dar, die Leistung, Kosten und Fertigbarkeit für ihre Zielanwendungen in Einklang bringt.