SMD LED LTST-T680TBWT Datenblatt - Blau, diffus - 20mA - 80mW - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument erläutert die Spezifikationen für eine Oberflächenmontage-LED (SMD). Diese Komponente ist für automatisierte Leiterplattenbestückungsprozesse konzipiert und eignet sich für Anwendungen, bei denen Platz eine kritische Einschränkung darstellt. Die LED verfügt über eine diffuse Linse, die im Vergleich zu klaren oder wasserklaren Linsen eine breitere und gleichmäßigere Lichtverteilung bietet. Dies macht sie ideal für Anzeige- und Hintergrundbeleuchtungszwecke, bei denen eine Blendungsreduzierung erwünscht ist.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die Hauptvorteile dieser LED umfassen ihre Konformität mit der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe), was sie für globale Märkte mit strengen Umweltvorschriften geeignet macht. Sie ist auf 8 mm breitem Trägerband auf 7-Zoll-Durchmesser-Spulen verpackt, was mit der in der Serienfertigung von Elektronik üblichen automatischen Bestückungsausrüstung kompatibel ist. Die Komponente ist zudem für Infrarot-Reflow-Lötprozesse ausgelegt, dem Industriestandard für die SMD-Montage. Ihre IC-kompatiblen Ansteuerungseigenschaften vereinfachen den Schaltungsentwurf. Die primären Zielmärkte für diese Komponente sind Telekommunikationsgeräte, Büroautomationsgeräte, Haushaltsgeräte und Industrieanlagen, wo sie üblicherweise für Statusanzeigen, Signal- und Symbolbeleuchtung sowie Frontpanel-Hintergrundbeleuchtung eingesetzt wird.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte Aufschlüsselung der Betriebsgrenzen und Leistungskennwerte der LED unter Standardtestbedingungen (Ta=25°C). Das Verständnis dieser Parameter ist entscheidend für einen zuverlässigen Schaltungsentwurf und die Gewährleistung der Langzeitstabilität der Komponente.

2.1 Absolute Maximalwerte

Die absoluten Maximalwerte definieren die Belastungsgrenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden an der Komponente führen kann. Dies sind keine Bedingungen für den Dauerbetrieb.

• Verlustleistung (Pd):80 mW. Dies ist die maximale Leistung, die das LED-Gehäuse als Wärme abführen kann. Das Überschreiten dieses Grenzwerts kann zu Überhitzung und beschleunigtem Abbau des Halbleitermaterials führen.
• Spitzen-Durchlassstrom (I_FP):100 mA. Dies ist der maximal zulässige momentane Durchlassstrom, typischerweise unter Impulsbedingungen spezifiziert (1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Impulsbreite). Er liegt deutlich über dem Dauerstromwert und ist für kurze, hochintensive Lichtblitze relevant.
• DC-Durchlassstrom (I_F):20 mA. Dies ist der empfohlene maximale kontinuierliche Durchlassstrom für den Normalbetrieb. Der Betrieb der LED bei oder unterhalb dieses Stroms gewährleistet optimale Leistung und Lebensdauer.
• Betriebstemperaturbereich (T_opr):-40°C bis +85°C. Die Funktionsfähigkeit der Komponente innerhalb der Spezifikationen ist über diesen Umgebungstemperaturbereich garantiert.
• Lagertemperaturbereich (T_stg):-40°C bis +100°C. Die Komponente kann innerhalb dieses Temperaturbereichs ohne Degradation gelagert werden, wenn sie nicht unter Spannung steht.

2.2 Elektrische und optische Kenngrößen

Diese Parameter beschreiben die typische Leistung der LED bei Betrieb innerhalb der empfohlenen Bedingungen (I_F= 20mA, Ta=25°C).

• Lichtstärke (I_V):140,0 - 450,0 mcd (Millicandela). Dies ist ein Maß für die wahrgenommene Stärke des abgegebenen Lichts. Der breite Bereich zeigt an, dass das Bauteil in verschiedenen Helligkeitsklassen (Bins) verfügbar ist (siehe Abschnitt 3). Die Intensität wird mit einem Sensor gemessen, der auf die photopische Empfindlichkeit des menschlichen Auges (CIE-Kurve) gefiltert ist.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):120 Grad (typisch). Der Abstrahlwinkel ist definiert als der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke halb so groß ist wie die auf der Achse (0 Grad) gemessene Intensität. Ein Winkel von 120 Grad deutet auf einen sehr breiten Strahl hin, was charakteristisch für eine diffuse Linse ist.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_P):468 nm (typisch). Dies ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsverteilung des emittierten Lichts ihr Maximum erreicht. Es handelt sich um eine physikalische Eigenschaft des verwendeten InGaN-Halbleitermaterials (Indiumgalliumnitrid).
• Dominante Wellenlänge (λ_d):465 - 475 nm. Dies ist die einzelne Wellenlänge, die die wahrgenommene Lichtfarbe am besten repräsentiert, abgeleitet aus dem CIE-Farbdiagramm. Sie ist der Parameter, der für die Farbklassifizierung (Binning) verwendet wird.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):20 nm (typisch). Dies ist die spektrale Bandbreite, gemessen bei halber maximaler Intensität (Full Width at Half Maximum - FWHM). Ein Wert von 20 nm ist typisch für eine blaue InGaN-LED.
• Durchlassspannung (V_F):3,3 V (typisch), 3,8 V (maximal). Dies ist der Spannungsabfall über der LED bei einem Betriebsstrom von 20 mA. Es ist ein kritischer Parameter für den Entwurf der strombegrenzenden Schaltung (z.B. Auswahl eines Vorwiderstands oder Konstantstromtreibers).
• Sperrstrom (I_R):10 μA (maximal) bei V_R= 5V. LEDs sind nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt. Dieser Parameter gibt den sehr geringen Leckstrom an, falls versehentlich eine Sperrspannung angelegt wird. Das Anlegen einer Sperrspannung über dem Maximalwert kann zu sofortigem Ausfall führen.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um die Konsistenz in der Serienfertigung sicherzustellen, werden LEDs nach der Herstellung in Leistungsklassen (Bins) sortiert. Dies ermöglicht es Entwicklern, Komponenten auszuwählen, die spezifische Helligkeits-, Farb- und Spannungsanforderungen ihrer Anwendung erfüllen.

3.1 Durchlassspannungs-Binning (V_f)

LEDs werden basierend auf ihrem Durchlassspannungsabfall bei 20 mA sortiert. Die Bins (D7 bis D11) haben eine Toleranz von ±0,1 V innerhalb jedes Bins. Beispielsweise umfasst Bin D9 LEDs mit einer V_fzwischen 3,2 V und 3,4 V. Die Auswahl von LEDs aus demselben V_f-Bin kann helfen, eine gleichmäßige Helligkeit sicherzustellen, wenn mehrere LEDs parallel mit einem gemeinsamen Vorwiderstand geschaltet sind.

3.2 Lichtstärke-Binning (I_V)

Dies ist die Helligkeitsklassifizierung. Die Bins reichen von R2 (140,0-180,0 mcd) bis T2 (355,0-450,0 mcd), mit einer Toleranz von 11 % pro Bin. Anwendungen, die bestimmte Helligkeitsstufen erfordern, können den gewünschten Intensitäts-Bincode spezifizieren.

3.3 Dominante Wellenlängen-Binning (W_d)

Dies ist die Farbklassifizierung. Für diese blaue LED sind die Bins AC (465,0-470,0 nm) und AD (470,0-475,0 nm) mit einer engen Toleranz von ±1 nm. Dies gewährleistet einen konsistenten Blauton über alle LEDs in einer Baugruppe, was für ästhetische und Signal-Anwendungen entscheidend ist.

4. Analyse der Kennlinien

Während im Datenblatt auf spezifische Diagramme verwiesen wird (z.B. Abbildung 1, Abbildung 5), werden hier deren typische Aussagen analysiert. Diese Kurven sind wesentlich, um das Verhalten unter nicht-standardisierten Bedingungen zu verstehen.

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

Die I-V-Kennlinie einer LED ist exponentiell. Eine kleine Erhöhung der Durchlassspannung über die Kniespannung hinaus führt zu einem starken Anstieg des Stroms. Aufgrund dieser nichtlinearen Beziehung müssen LEDs von einer Stromquelle oder mit einem Vorwiderstand angesteuert werden; eine Konstantspannungsquelle würde zu thermischem Durchgehen und Zerstörung führen. Der typische V_F-Wert von 3,3 V bei 20 mA repräsentiert einen Punkt auf dieser Kurve.

4.2 Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Die Lichtstärke ist innerhalb des Betriebsbereichs annähernd proportional zum Durchlassstrom. Allerdings kann der Wirkungsgrad (Lumen pro Watt) bei einem Strom unterhalb des Maximalwerts seinen Höhepunkt erreichen. Der Betrieb der LED mit dem maximalen Dauerstrom (20 mA) liefert die höchste Ausgangsleistung, kann aber die Effizienz im Vergleich zu einem niedrigeren Betriebsstrom leicht reduzieren.

4.3 Temperaturabhängigkeit

Die LED-Leistung ist temperaturabhängig. Mit steigender Sperrschichttemperatur:

- Nimmt die Durchlassspannung (V_F) ab. Dies kann bei Ansteuerung über einen einfachen Widerstand an einer Konstantspannungsquelle zu einem Stromanstieg führen.

- Nimmt die Lichtstärke (I_V) ab. Die Lichtleistung sinkt mit steigender Temperatur, ein Phänomen, das als thermisches Absinken (Thermal Droop) bekannt ist.

- Die dominante Wellenlänge kann sich leicht verschieben, was zu einer subtilen Farbänderung führt.

Ein ordnungsgemäßes Wärmemanagement (z.B. ausreichende Kupferfläche auf der Leiterplatte als Kühlkörper) ist daher für eine konsistente Leistung unerlässlich.

4.4 Spektrale Verteilung

Die spektrale Ausgangskurve zeigt einen einzelnen Peak um 468 nm mit einer typischen Halbwertsbreite von 20 nm. Dies ist charakteristisch für eine blaue InGaN-LED. Die Emission in anderen Teilen des sichtbaren Spektrums ist minimal, was zu einer gesättigten blauen Farbe führt.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen und Polarität

Die LED ist in einem standardisierten SMD-Gehäuse untergebracht. Die Kathode ist typischerweise durch einen grünen Punkt auf der Oberseite der Komponente oder eine Kerbe/Fase an einer Seite des Gehäuses gekennzeichnet. Während der Platzierung muss die korrekte Polarität beachtet werden. Das Gehäuse ist für Infrarot-Reflow- und Dampfphasenlötprozesse ausgelegt.

5.2 Empfohlene Lötpads auf der Leiterplatte

Das Datenblatt enthält ein empfohlenes Lötflächenmuster (Footprint) für die Leiterplatte. Die Einhaltung dieses Musters ist entscheidend für zuverlässige Lötstellen, eine korrekte Selbstausrichtung während des Reflow-Prozesses und einen effektiven Wärmetransport von der LED zur Leiterplatte. Das Pad-Design umfasst typischerweise thermische Entlastungsanschlüsse, um Lötbarkeit und Wärmeableitung auszugleichen.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 IR-Reflow-Lötprofil

Die Komponente ist für bleifreie Lötprozesse ausgelegt. Ein mit J-STD-020B konformes Reflow-Profil wird vorgeschlagen. Wichtige Parameter sind:

- Vorwärmen/Einweichen:Anstieg von 150°C auf 200°C, maximal 120 Sekunden gehalten, um das Flussmittel zu aktivieren und thermischen Schock zu minimieren.

- Reflow (Liquidus):Die Spitzentemperatur sollte 260°C nicht überschreiten, und die Zeit über 217°C (typische Liquidustemperatur für SAC-Lot) sollte auf empfohlene Werte begrenzt werden (z.B. 30-60 Sekunden).

- Abkühlung:Kontrollierte Abkühlrate, um die Belastung der Lötstellen und der Komponente zu minimieren.

Es ist entscheidend, das Profil für die spezifische Leiterplattenbaugruppe zu charakterisieren, da Platinendicke, Bauteildichte und Ofentyp das thermische Profil beeinflussen, dem die LED ausgesetzt ist.

6.2 Handlöten

Falls Handlöten notwendig ist, sollte dies mit äußerster Sorgfalt durchgeführt werden. Es wird empfohlen, einen Lötkolben mit einer maximalen Temperatur von 300°C zu verwenden, wobei die Lötzeit pro Pad auf 3 Sekunden begrenzt sein sollte. Dies sollte nur einmal durchgeführt werden, um thermische Schäden am Kunststoffgehäuse und den internen Bonddrähten zu vermeiden.

6.3 Reinigung

Die Reinigung nach dem Löten sollte nur mit spezifizierten Lösungsmitteln erfolgen. Isopropylalkohol (IPA) oder Ethylalkohol werden empfohlen. Die LED sollte bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute eingetaucht werden. Aggressive oder nicht spezifizierte Chemikalien können die Kunststofflinse und das Gehäusematerial beschädigen.

6.4 Lagerung und Feuchtigkeitsempfindlichkeit

Die LEDs sind in einer feuchtigkeitsdichten Beutel mit Trockenmittel verpackt. Sobald der original versiegelte Beutel geöffnet ist, sind die Komponenten der Umgebungsluftfeuchtigkeit ausgesetzt. Es wird dringend empfohlen, den IR-Reflow-Lötprozess innerhalb von 168 Stunden (7 Tagen) nach dem Öffnen des Beutels abzuschließen. Für eine längere Lagerung nach dem Öffnen sollten die LEDs in einem verschlossenen Behälter mit Trockenmittel oder in einer Stickstoffatmosphäre gelagert werden. Wenn Komponenten länger als 168 Stunden exponiert waren, ist vor dem Löten ein Ausheizen bei etwa 60°C für mindestens 48 Stunden erforderlich, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und ein \"Popcorning\" (Gehäuserissbildung) während des Reflow zu verhindern.

7. Anwendungshinweise und Designüberlegungen

7.1 Ansteuerungsmethode

Eine LED ist ein stromgesteuertes Bauelement. Die gebräuchlichste und einfachste Ansteuerungsmethode ist ein in Reihe geschalteter Vorwiderstand an einer Spannungsversorgung. Der Widerstandswert wird mit dem Ohmschen Gesetz berechnet: R = (V_versorgung- V_F) / I_F. Beispiel: Bei einer 5V-Versorgung, einer V_Fvon 3,3 V und einem gewünschten I_Fvon 20 mA: R = (5V - 3,3V) / 0,02A = 85 Ohm. Ein Standardwiderstand von 82 oder 100 Ohm wäre geeignet. Für Anwendungen mit mehreren LEDs gewährleistet eine Reihenschaltung den identischen Strom durch jede LED und fördert so eine gleichmäßige Helligkeit. Eine Parallelschaltung ist möglich, erfordert jedoch eine sorgfältige Anpassung der V_F-Werte oder individuelle Widerstände für jede LED, um eine ungleiche Stromverteilung zu verhindern.

7.2 Wärmemanagement

Obwohl die Verlustleistung relativ gering ist (max. 80 mW), ist eine effektive Wärmeableitung dennoch wichtig für Langlebigkeit und Farbstabilität. Die Verwendung der empfohlenen Lötpads mit ausreichender thermischer Verbindung zu Kupferebenen hilft bei der Wärmeableitung. Die LED sollte nicht in geschlossenen Räumen ohne Belüftung platziert werden.

7.3 Anwendungsbeschränkungen

Diese Komponente ist für elektronische Geräte des allgemeinen Gebrauchs ausgelegt. Sie ist nicht speziell für Anwendungen qualifiziert, bei denen hohe Zuverlässigkeit von größter Bedeutung ist und ein Ausfall die Sicherheit gefährden könnte (z.B. Luftfahrt, medizinische Lebenserhaltung, Verkehrssteuerung). Für solche Anwendungen sollten Komponenten mit entsprechenden Qualifikationen beschafft werden.

8. Verpackungs- und Bestellinformationen

8.1 Trägerband- und Spulenspezifikationen

Die LEDs werden auf geprägtem Trägerband mit Schutzdeckfolie geliefert. Die Bandbreite beträgt 8 mm. Die Spulen haben einen Durchmesser von 7 Zoll (178 mm). Jede Spule enthält 2000 Stück. Die Verpackung entspricht den ANSI/EIA-481-Standards, um die Kompatibilität mit automatischen Bestückungsgeräten sicherzustellen. Das Band hat Ausrichtungstaschen, um die korrekte Polarität während des Pick-and-Place-Vorgangs zu gewährleisten.

9. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

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

A: Nein. Die typische V_Fbeträgt 3,3 V, kann aber je nach Bin zwischen 2,8 V und 3,8 V variieren. Ein direkter Anschluss an eine 3,3-V-Versorgung könnte für Einheiten mit niedriger V_Fzu übermäßigem Strom oder für Einheiten mit hoher V_Fzu keiner Lichtemission führen. Ein Vorwiderstand oder Konstantstromtreiber ist immer erforderlich.

F: Was ist der Unterschied zwischen Spitzenwellenlänge und dominanter Wellenlänge?

A: Die Spitzenwellenlänge (λ_P) ist das physikalische Maximum des Lichtspektrums. Die dominante Wellenlänge (λ_d) ist die vom menschlichen Auge wahrgenommene Einzelwellenlänge, berechnet aus den Farbkoordinaten. λ_dwird für die Farbangabe und das Binning verwendet.

F: Warum gibt es eine maximale Lagerzeit von 168 Stunden nach dem Öffnen der Verpackung?

A: SMD-Kunststoffgehäuse nehmen Feuchtigkeit aus der Luft auf. Während des Hochtemperatur-Reflow-Lötprozesses kann sich diese Feuchtigkeit schnell in Dampf verwandeln und einen Innendruck erzeugen, der das Gehäuse zum Reißen bringen kann (\"Popcorning\"). Die 168-Stunden-Grenze basiert auf der Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe (MSL) der Komponente.

F: Wie erreiche ich eine gleichmäßige Helligkeit in einer LED-Matrix?

A: Die beste Methode ist die Reihenschaltung der LEDs, wodurch derselbe Strom durch jede einzelne fließt. Wenn eine Parallelschaltung notwendig ist, verwenden Sie LEDs aus denselben V_F- und I_V-Bins und ziehen Sie in Betracht, für jede LED einen individuellen Vorwiderstand zu verwenden, um V_F variations.