SMD LED LTST-C150TBKT-5A Datenblatt - Blaue InGaN LED - 5mA - 45mcd - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument enthält die technischen Spezifikationen für eine oberflächenmontierbare (SMD) Leuchtdiode (LED). Das Bauteil nutzt einen Indium-Gallium-Nitrid (InGaN) Halbleiterchip zur Erzeugung von blauem Licht. Es ist für automatisierte Bestückungsprozesse ausgelegt und auf Tape-and-Reel verpackt, um eine hohe Produktionsmenge zu ermöglichen.

Die Kernvorteile dieser Komponente umfassen ihre Kompatibilität mit Infrarot-Reflow-Lötprozessen, die Eignung für den Einsatz mit automatischen Bestückungsgeräten und ihre Klassifizierung als RoHS-konformes grünes Produkt. Der primäre Zielmarkt umfasst Unterhaltungselektronik, Statusanzeigen, Hintergrundbeleuchtungen und allgemeine Beleuchtungsanwendungen, bei denen eine kompakte, zuverlässige blaue Lichtquelle benötigt wird.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Absolute Grenzwerte

Das Bauteil darf nicht über diese Grenzwerte hinaus betrieben werden, um dauerhafte Schäden zu vermeiden.

• Verlustleistung:76 mW. Dies ist die maximale Leistung, die das LED-Gehäuse unter spezifizierten Bedingungen als Wärme abführen kann.
• Spitzen-Durchlassstrom:100 mA. Dies ist der maximale Momentanstrom, der nur unter gepulsten Bedingungen zulässig ist (1/10 Tastverhältnis, 0,1ms Pulsbreite).
• DC-Durchlassstrom:20 mA. Dies ist der maximal empfohlene kontinuierliche Durchlassstrom für einen zuverlässigen Langzeitbetrieb.
• Betriebstemperaturbereich:-20°C bis +80°C. Der Umgebungstemperaturbereich, innerhalb dessen die LED korrekt funktionieren soll.
• Lagertemperaturbereich:-30°C bis +100°C. Der Temperaturbereich für die Lagerung im nicht betriebsbereiten Zustand.
• Infrarot-Lötbedingung:260°C für 10 Sekunden. Das maximale thermische Profil, dem die Komponente während des Reflow-Lötens standhalten kann.

2.2 Elektrische und optische Kennwerte

Diese Parameter werden bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C gemessen und definieren die typische Leistung.

• Lichtstärke (I_V):11,2 - 45,0 mcd (min - max) bei einem Durchlassstrom (I_F) von 5mA. Dies misst die wahrgenommene Helligkeit der Lichtausgabe.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):130 Grad (typisch). Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte ihres Spitzenwertes abfällt, was auf ein breites Abstrahlmuster hinweist.
• Peak-Emissionswellenlänge (λ_P):468 nm (typisch). Die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsverteilung maximal ist.
• Dominant-Wellenlänge (λ_d):465,0 - 475,0 nm bei I_F=5mA. Dies ist die einzelne Wellenlänge, die die wahrgenommene Farbe des Lichts am besten repräsentiert.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):25 nm (typisch). Ein Maß für die spektrale Reinheit; ein kleinerer Wert deutet auf eine monochromatischere Lichtquelle hin.
• Durchlassspannung (V_F):2,65 - 3,05 V (min - max) bei I_F=5mA. Der Spannungsabfall über der LED, wenn sie Strom führt.
• Sperrstrom (I_R):10 μA (max) bei einer Sperrspannung (V_R) von 5V. Der geringe Leckstrom, wenn die LED in Sperrrichtung betrieben wird. Das Bauteil ist nicht für den Sperrbetrieb ausgelegt.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um die Konsistenz in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs basierend auf Schlüsselparametern in Bins sortiert. Dies ermöglicht es Designern, Komponenten auszuwählen, die die spezifischen Toleranzanforderungen ihrer Anwendung erfüllen.

3.1 Durchlassspannungs-Binning

Einheiten werden basierend auf ihrer Durchlassspannung bei 5mA in vier Bins (1-4) sortiert, wobei jeder Bin einen Bereich von 0,1V abdeckt. Die Toleranz für jeden Bin beträgt ±0,1V.

• Bin 1: 2,65V - 2,75V
• Bin 2: 2,75V - 2,85V
• Bin 3: 2,85V - 2,95V
• Bin 4: 2,95V - 3,05V

3.2 Lichtstärke-Binning

Einheiten werden basierend auf der Lichtstärke bei 5mA in sechs Bins (L1, L2, M1, M2, N1, N2) sortiert. Die Toleranz für jeden Bin beträgt ±15%.

• L1: 11,2 - 14,0 mcd
• L2: 14,0 - 18,0 mcd
• M1: 18,0 - 22,4 mcd
• M2: 22,4 - 28,0 mcd
• N1: 28,0 - 35,5 mcd
• N2: 35,5 - 45,0 mcd

3.3 Dominantwellenlängen-Binning

Einheiten werden basierend auf der Dominant-Wellenlänge bei 5mA in zwei Bins (AC, AD) sortiert. Die Toleranz für jeden Bin beträgt ±1 nm.

• AC: 465,0 - 470,0 nm
• AD: 470,0 - 475,0 nm

4. Analyse der Kennlinien

Während spezifische grafische Kurven im Datenblatt referenziert werden (z.B. Abbildung 1 für die spektrale Verteilung, Abbildung 5 für den Abstrahlwinkel), ist deren typische Interpretation für das Design entscheidend.

4.1 Strom-Spannungs-Kennlinie (I-V)

Die Durchlassspannung (V_F) zeigt eine logarithmische Beziehung zum Durchlassstrom (I_F). Sie ist nichtlinear, mit einer Schwellenspannung (etwa 2,6-2,8V für blaue InGaN), unterhalb derer sehr wenig Strom fließt. Oberhalb dieser Schwelle führen kleine Spannungserhöhungen zu großen Stromanstiegen. Daher werden LEDs typischerweise mit einer Konstantstromquelle und nicht mit einer Konstantspannung betrieben, um eine stabile Lichtausgabe sicherzustellen und thermisches Durchgehen zu verhindern.

4.2 Lichtstärke-Strom-Kennlinie (L-I)

Die Lichtausgabe (Lichtstärke) ist über einen signifikanten Bereich im Allgemeinen proportional zum Durchlassstrom. Allerdings kann der Wirkungsgrad (Lumen pro Watt) bei einem bestimmten Strom seinen Höhepunkt erreichen und dann bei höheren Strömen aufgrund erhöhter Wärmeentwicklung und anderer nichtstrahlender Rekombinationsprozesse im Halbleiter abnehmen.

4.3 Temperaturabhängigkeit

Die LED-Leistung ist temperaturabhängig. Typischerweise nimmt mit steigender Sperrschichttemperatur:

• Durchlassspannung (V_F):Ab. Dies hat Auswirkungen auf Konstantspannungstreiberschaltungen.
• Lichtstärke/Lichtstrom:Ab. Höhere Temperaturen reduzieren die interne Quanteneffizienz.
• Dominant-Wellenlänge:Kann sich leicht verschieben, üblicherweise zu längeren Wellenlängen (Rotverschiebung), was die Farbwahrnehmung in Präzisionsanwendungen beeinflussen kann.

Effektives Wärmemanagement ist entscheidend für die Aufrechterhaltung von Leistung und Lebensdauer.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Das Bauteil entspricht einem EIA-Standard-Gehäuseumriss. Alle Abmessungen sind in Millimetern angegeben, mit einer allgemeinen Toleranz von ±0,10 mm, sofern nicht anders angegeben. Das Gehäuse verfügt über eine wasserklare Linse, die für den blauen InGaN-Chip optimal ist, da sie die Farbausgabe nicht verändert (im Gegensatz zu einer diffundierten oder getönten Linse).

5.2 Polaritätskennzeichnung

Die Polarität ist ein kritischer Aspekt der LED-Installation. Das Datenblatt enthält ein Diagramm, das die Kathoden- und Anodenmarkierungen auf der Komponente zeigt. Typischerweise ist die Kathode durch eine grüne Markierung, eine Kerbe oder einen kürzeren Anschluss/Pad gekennzeichnet. Falsche Polarität verhindert das Leuchten der LED, und das Anlegen einer signifikanten Sperrspannung kann das Bauteil beschädigen.

5.3 Vorgeschlagenes Lötpad-Layout

Ein empfohlenes Land Pattern (Footprint) für die Leiterplatte (PCB) wird bereitgestellt. Die Einhaltung dieser Abmessungen gewährleistet eine ordnungsgemäße Lötstellenbildung, Ausrichtung und mechanische Stabilität während und nach dem Reflow-Prozess. Das Pad-Design beeinflusst auch den Wärmeleitweg für die Wärmeableitung von der LED-Sperrschicht.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil

Ein empfohlenes Infrarot (IR) Reflow-Profil für bleifreie (Pb-free) Lötprozesse wird bereitgestellt. Schlüsselparameter umfassen:

• Vorwärmen:150-200°C für maximal 120 Sekunden, um die Leiterplatte allmählich zu erwärmen und das Flussmittel zu aktivieren.
• Spitzentemperatur:Maximal 260°C.
• Zeit oberhalb Liquidus:Die Zeit, die die Lötstellen oberhalb des Schmelzpunkts des Lotpasten verbringen, ist entscheidend für eine ordnungsgemäße Benetzung. Das Profil auf Seite 3 des Datenblatts bietet eine visuelle Referenz, die mit JEDEC-Standards konform ist.
• Abkühlrate:Eine kontrollierte Abkühlung wird empfohlen, um die thermische Belastung der Komponente und der Leiterplatte zu minimieren.

Es wird betont, dass das optimale Profil vom spezifischen Leiterplattendesign, den Komponenten, der Lotpaste und dem Ofen abhängt, daher ist eine Charakterisierung notwendig.

6.2 Handlötung

Falls Handlötung notwendig ist, muss äußerste Vorsicht walten:

• Lötkolbentemperatur:Maximal 300°C.
• Lötzeit:Maximal 3 Sekunden pro Lötstelle.
• Grenze:Handlötung sollte nur einmal durchgeführt werden, um thermische Schäden am Kunststoffgehäuse und dem Halbleiterchip zu vermeiden.

6.3 Reinigung

Falls 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 wird empfohlen. Die Verwendung nicht spezifizierter Chemikalien kann das Kunststoffgehäusematerial oder die Linse beschädigen.

6.4 Lagerung und Handhabung

• ESD-Vorsichtsmaßnahmen:LEDs sind empfindlich gegenüber elektrostatischer Entladung (ESD). Die Handhabung mit Erdungsarmbändern, antistatischen Handschuhen und an ordnungsgemäß geerdeten Geräten ist zwingend erforderlich.
• Feuchtigkeitsempfindlichkeit:Das Gehäuse ist feuchtigkeitsempfindlich. Sobald der ursprüngliche versiegelte Feuchtigkeitsschutzbeutel (mit Trockenmittel) geöffnet wurde, sollten die Komponenten innerhalb einer Woche verwendet werden, wenn sie bei ≤30°C und ≤60% relativer Luftfeuchtigkeit gelagert werden. Für eine längere Lagerung außerhalb des Originalbeutels ist die Lagerung in einem versiegelten Behälter mit Trockenmittel oder in einer Stickstoffatmosphäre erforderlich. Komponenten, die länger als eine Woche außerhalb der Originalverpackung gelagert wurden, sollten vor dem Löten getrocknet werden (z.B. bei 60°C für 20 Stunden), um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und "Popcorning" während des Reflows zu verhindern.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Tape-and-Reel-Spezifikationen

Das Bauteil wird in einer industrieüblichen Verpackung für die automatisierte Bestückung geliefert:

• Spulengröße:7 Zoll Durchmesser.
• Stückzahl pro Spule:3000 Stück.
• Mindestbestellmenge:500 Stück für Restmengen.
• Band-Spezifikationen:Konform mit ANSI/EIA 481-1-A-1994. Leere Komponententaschen sind mit einem Deckband versiegelt.
• Fehlende Komponenten:Die maximale Anzahl aufeinanderfolgender fehlender Komponenten ("missing lamps") im Band beträgt zwei.

8. Anwendungshinweise und Designüberlegungen

8.1 Typische Anwendungsszenarien

• Statusanzeigen:Strom-, Verbindungs- oder Betriebsstatusleuchten auf Unterhaltungselektronik, Haushaltsgeräten und Industrieanlagen.
• Hintergrundbeleuchtung:Für kleine LCD-Displays, Tastaturen oder dekorative Paneele.
• Dekorative Beleuchtung:In Schildern, Akzentbeleuchtung oder Verbrauchergeräten.
• Sensorsysteme:Als Lichtquelle für optische Sensoren oder Unterbrecher.

Wichtiger Hinweis:Das Datenblatt spezifiziert, dass diese LEDs für gewöhnliche elektronische Geräte bestimmt sind. Anwendungen, die außergewöhnliche Zuverlässigkeit erfordern, insbesondere wenn ein Ausfall Leben oder Gesundheit gefährden könnte (z.B. Luftfahrt, Medizingeräte, Sicherheitssysteme), erfordern vorherige Konsultation und Genehmigung.

8.2 Schaltungsdesign-Überlegungen

• Strombegrenzung:Immer einen Reihenstrombegrenzungswiderstand oder einen speziellen Konstantstrom-LED-Treiber-IC verwenden. Der Wert wird mit dem Ohmschen Gesetz berechnet: R = (V_versorgung- V_F) / I_F. Verwenden Sie die maximale V_Faus dem Datenblatt, um sicherzustellen, dass der Strom auch bei Bauteiltoleranzen das Limit nicht überschreitet.
• Verlustleistung:Stellen Sie sicher, dass die berechnete Leistung (P = V_F* I_F) den absoluten Grenzwert von 76 mW nicht überschreitet, unter Berücksichtigung des ungünstigsten Falls für V_Fund Umgebungstemperatur.
• Sperrspannungsschutz:Falls die Möglichkeit besteht, dass eine Sperrspannung angelegt wird (z.B. in Wechselstromschaltungen oder mit induktiven Lasten), sollte eine Schutzdiode parallel zur LED (Kathode zu Anode) geschaltet werden, um die Sperrspannung zu begrenzen.
• Wärmemanagement:Für Designs, die mit hohen Strömen oder in hohen Umgebungstemperaturen arbeiten, stellen Sie sicher, dass die Leiterplatte eine ausreichende Wärmeableitung bietet. Mit Masse-/Stromversorgungsebenen verbundene Kupferpads können bei der Wärmeableitung helfen.

9. Technologieeinführung und Funktionsprinzip

Diese LED basiert auf einem Indium-Gallium-Nitrid (InGaN) Halbleiterchip. InGaN ist ein Halbleitermaterial mit direkter Bandlücke, dessen Bandlückenenergie durch Variation des Verhältnisses von Indium zu Gallium eingestellt werden kann. Für blaue LEDs wird eine spezifische Zusammensetzung verwendet, die zu einer Bandlücke führt, die der Photonenemission im blauen Wellenlängenbereich (etwa 465-475 nm) entspricht.

Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, werden Elektronen und Löcher in den aktiven Bereich des Halbleiters injiziert. Sie rekombinieren strahlend und setzen Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Das wasserklare Epoxidharzgehäuse fungiert als Linse, formt die Lichtausgabe und bietet Umweltschutz für den empfindlichen Halbleiterchip und die Bonddrähte.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

10.1 Was ist der Unterschied zwischen Peak-Wellenlänge und Dominant-Wellenlänge?

Peak-Wellenlänge (λ_P):Die einzelne Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsabgabe am höchsten ist. Es handelt sich um eine physikalische Messung.
Dominant-Wellenlänge (λ_d):Die einzelne Wellenlänge, die der wahrgenommenen Farbe des Lichts am besten entspricht, wie sie durch die Reaktion des menschlichen Auges definiert ist (CIE-Farbtafel). Für monochromatische Quellen wie blaue LEDs liegen sie oft sehr nahe beieinander, aber die Dominant-Wellenlänge ist für die Farbwahrnehmung relevanter.

10.2 Kann ich diese LED dauerhaft mit 20mA betreiben?

Ja, 20mA ist der maximal empfohlene DC-Durchlassstrom. Für die längste Lebensdauer und höchste Effizienz ist es jedoch oft ausreichend, sie mit einem niedrigeren Strom (z.B. 5mA wie für Tests verwendet) zu betreiben, insbesondere für Anzeigeanwendungen, da dies weniger Wärme erzeugt.

10.3 Warum gibt es ein Binning-System?

Herstellungsvariationen führen zu leichten Unterschieden in V_F, Intensität und Wellenlänge zwischen einzelnen LEDs. Das Binning sortiert sie in Gruppen mit eng kontrollierten Parametern. Dies ermöglicht es Designern, Bins auszuwählen, die eine konsistente Helligkeit und Farbe über alle Einheiten in ihrem Produkt hinweg gewährleisten, was für Multi-LED-Arrays oder Anwendungen mit strengen Farbanforderungen entscheidend ist.

10.4 Wie interpretiere ich den Abstrahlwinkel?

Ein Abstrahlwinkel von 130 Grad (2θ_1/2) bedeutet, dass der Winkel von der Mittelachse, bei dem die Helligkeit auf 50% des Achsenwertes fällt, 65 Grad beträgt. Daher beträgt die gesamte Winkelbreite des Strahls bei Halbleistung 130 Grad. Dies deutet auf ein sehr breites, diffuses Lichtmuster hin, das für die Beleuchtung großer Flächen oder Anzeigen geeignet ist, die aus vielen Blickwinkeln sichtbar sein müssen.