SMD LED LTST-T180KEKT Datenblatt - AlInGaP Rot - 120° Abstrahlwinkel - 30mA - 75mW - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument enthält die vollständigen technischen Spezifikationen für eine oberflächenmontierbare (SMD) Leuchtdiode (LED). Diese Komponente ist für automatisierte Leiterplattenbestückungsprozesse (PCB) konzipiert und eignet sich daher ideal für die Serienfertigung. Ihre kompakte Bauform macht sie für platzbeschränkte Anwendungen in verschiedenen elektronischen Bereichen geeignet.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die Hauptvorteile dieser LED umfassen ihre Konformität mit der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe), die Verpackung in der industrieüblichen 8-mm-Einprägebandrolle mit 7 Zoll Durchmesser für automatisierte Bestückungsautomaten und die volle Kompatibilität mit Infrarot-Reflow-Lötprozessen. Sie ist gemäß JEDEC Level 3 Feuchtigkeitsempfindlichkeitsnorm vorbehandelt, was die Zuverlässigkeit während der Montage sicherstellt. Ihre Anwendungsgebiete sind breit gefächert und umfassen Statusanzeigen, Signal- und Symbolbeleuchtung sowie Frontpanel-Hintergrundbeleuchtung in Telekommunikationsgeräten, Geräten der Büroautomatisierung, Haushaltsgeräten und industriellen Steuerungssystemen.

2. Technische Parameter: Detaillierte objektive Interpretation

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, bei deren Überschreitung dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb an oder über diesen Grenzen wird nicht garantiert. Zu den wichtigsten Grenzwerten gehören ein maximaler Dauer-Durchlassstrom (I_F) von 30 mA, ein Spitzen-Durchlassstrom von 80 mA unter gepulsten Bedingungen (1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Impulsbreite), eine maximale Sperrspannung (V_R) von 5 V und eine maximale Verlustleistung (P_D) von 75 mW. Der Betriebs- und Lagertemperaturbereich wird mit -40 °C bis +100 °C angegeben.

2.2 Thermische Eigenschaften

Das thermische Management ist entscheidend für die Leistung und Lebensdauer einer LED. Die maximal zulässige Sperrschichttemperatur (T_j) beträgt 115 °C. Der typische thermische Widerstand von der Sperrschicht zur Umgebungsluft (R_θJA) beträgt 140 °C/W. Dieser Parameter gibt an, wie effektiv Wärme vom Halbleiterübergang abgeführt wird; ein niedrigerer Wert ist besser. Ein ordnungsgemäßes Leiterplattenlayout mit ausreichender Wärmeableitung ist unerlässlich, um die Sperrschichttemperatur innerhalb sicherer Grenzen zu halten, insbesondere bei Betrieb mit höheren Strömen.

2.3 Elektrische und optische Eigenschaften

Dies sind die typischen Leistungsparameter, gemessen unter Standardtestbedingungen (T_a=25°C, I_F=20mA). Die Lichtstärke (I_V) reicht von mindestens 140 mcd bis maximal 420 mcd, wobei die genauen Werte durch den Binning-Rang bestimmt werden. Der Abstrahlwinkel (2θ_1/2) beträgt 120 Grad, definiert als der volle Winkel, bei dem die Intensität auf die Hälfte ihres Wertes auf der Achse abfällt, was auf ein breites, diffuses Abstrahlmuster hinweist. Die dominante Wellenlänge (λ_d) liegt zwischen 615 nm und 628 nm und charakterisiert die wahrgenommene rote Farbe. Die Durchlassspannung (V_F) liegt typischerweise im Bereich von 1,7 V bis 2,5 V beim Teststrom.

3. Erklärung des Binning-Rang-Systems

Die Lichtausbeute von LEDs kann von Charge zu Charge variieren. Ein Binning-System wird verwendet, um Bauteile in Gruppen mit konsistenter Leistung zu sortieren. Diese LED verwendet ein Intensitäts-Binning-Rang-System (I_V). Die Bins sind mit R2, S1, S2 und T1 gekennzeichnet, mit entsprechenden Minimal- und Maximalwerten für die Lichtstärke bei 20 mA (z. B. S1: 185-240 mcd, T1: 315-420 mcd). Innerhalb jedes Bins gilt eine Toleranz von +/-11 %. Dieses System ermöglicht es Konstrukteuren, LEDs mit der für ihre Anwendung erforderlichen Helligkeitskonsistenz auszuwählen.

4. Analyse der Leistungskurven

Während im Datenblatt auf spezifische grafische Daten verwiesen wird, würden typische Kurven für ein solches Bauteil die folgenden Beziehungen umfassen, die für die Designanalyse entscheidend sind:

• I-V-Kurve (Strom vs. Spannung):Zeigt die exponentielle Beziehung zwischen Durchlassstrom und Durchlassspannung. Die Kniespannung liegt typischerweise im angegebenen V_F-Bereich. Diese Kurve ist entscheidend für den Entwurf der strombegrenzenden Treiberschaltung.
• Lichtstärke vs. Durchlassstrom:Zeigt, wie die Lichtleistung mit dem Strom zunimmt, in der Regel in einem nahezu linearen Verhältnis innerhalb des Betriebsbereichs, bevor sie bei höheren Strömen möglicherweise sättigt oder übermäßige Wärme erzeugt.
• Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Zeigt die Reduzierung der Lichtleistung mit steigender Umgebungs- (oder Sperrschicht-)Temperatur. Dies ist entscheidend für Anwendungen in Umgebungen mit erhöhten Temperaturen.
• Spektrale Verteilung:Eine Darstellung der relativen Strahlungsleistung gegenüber der Wellenlänge, die eine Spitzenemissionswellenlänge (λ_P) von etwa 630 nm und eine spektrale Halbwertsbreite (Δλ) von etwa 15 nm zeigt und somit eine schmalbandige rote Emission bestätigt.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

Die LED ist in einem standardmäßigen SMD-Gehäuse erhältlich. Die Linsenfarbe ist wasserklar, während die Lichtquellenfarbe rot ist, erzeugt durch ein AlInGaP-Halbleitermaterial (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid). Detaillierte Gehäuseabmessungen sind in den Zeichnungen des Datenblatts angegeben, einschließlich Länge, Breite, Höhe und Pad-Abstand. Alle Abmessungen sind in Millimetern mit einer Standardtoleranz von ±0,2 mm angegeben, sofern nicht anders vermerkt. Die Polarität ist durch eine physische Markierung oder das Pad-Design (typischerweise eine Kathodenmarkierung) angegeben.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Empfohlenes IR-Reflow-Profil

Das Bauteil ist mit bleifreien Lötprozessen kompatibel. Das empfohlene Infrarot-Reflow-Profil sollte den J-STD-020B-Standards entsprechen. Zu den wichtigsten Parametern gehören eine Vorwärmtemperatur von 150-200 °C, eine Vorwärmzeit von bis zu 120 Sekunden, eine Spitzentemperatur von maximal 260 °C und eine Zeit oberhalb der Liquidustemperatur (TAL) gemäß der Lotpastenspezifikation. Die Gesamtzeit innerhalb von 5 °C der Spitzentemperatur sollte auf maximal 10 Sekunden begrenzt sein, und der Reflow-Vorgang sollte nicht öfter als zweimal durchgeführt werden.

6.2 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 zulässig. Nicht spezifizierte chemische Reinigungsmittel können die Epoxidlinse oder das Gehäuse beschädigen.

6.3 Lagerung und Handhabung

Die LEDs sind feuchtigkeitsempfindlich. Wenn sie im Original-Feuchtigkeitsschutzbeutel mit Trockenmittel versiegelt sind, sollten sie bei ≤30 °C und ≤70 % relativer Luftfeuchtigkeit gelagert und innerhalb eines Jahres verwendet werden. Sobald der Beutel geöffnet ist, darf die Lagerumgebung 30 °C und 60 % relative Luftfeuchtigkeit nicht überschreiten. Bauteile, die länger als 168 Stunden Umgebungsbedingungen ausgesetzt waren, sollten vor dem Löten bei etwa 60 °C für mindestens 48 Stunden getrocknet werden, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und ein \"Popcorning\" während des Reflow-Lötens zu verhindern.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

Die Standardverpackung ist 8 mm breites Einprägeband auf Rollen mit 7 Zoll (178 mm) Durchmesser. Jede Rolle enthält 5000 Stück. Eine Mindestpackungsmenge von 500 Stück ist für Restbestellungen verfügbar. Das Band ist mit einem Deckband versiegelt. Die Verpackung entspricht den ANSI/EIA-481-Spezifikationen.

8. Anwendungsempfehlungen

8.1 Typische Anwendungsschaltungen

LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Um eine gleichmäßige Helligkeit sicherzustellen und insbesondere bei Parallelschaltung mehrerer LEDs ein Übernehmen des Stroms durch einzelne LEDs zu verhindern, muss ein strombegrenzender Widerstand in Reihe mit jeder LED verwendet werden. 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. Das direkte Ansteuern von LEDs von einer Spannungsquelle ohne Strombegrenzung wird nicht empfohlen und würde das Bauteil wahrscheinlich zerstören.

8.2 Designüberlegungen und Vorsichtsmaßnahmen

Dieses Produkt ist für allgemeine elektronische Geräte bestimmt. Für Anwendungen, die außergewöhnliche Zuverlässigkeit erfordern, bei denen ein Ausfall die Sicherheit gefährden könnte (z. B. Luftfahrt, Medizin, Verkehr), sind spezifische Qualifikationen und Beratung erforderlich. Das PCB-Pad-Layout sollte dem empfohlenen Design im Datenblatt folgen, um eine ordnungsgemäße Lötung und mechanische Stabilität zu gewährleisten. Besondere Aufmerksamkeit muss dem thermischen Design auf der Leiterplatte gewidmet werden, um die Wärmeableitung von 75 mW zu bewältigen, insbesondere in geschlossenen Räumen oder bei hohen Umgebungstemperaturen.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu älteren Technologien wie GaAsP-roten LEDs (Galliumarsenidphosphid) bietet das in diesem Bauteil verwendete AlInGaP-Material eine deutlich höhere Lichtausbeute, was zu einer helleren Ausgangsleistung bei gleichem Strom und einer besseren Temperaturstabilität führt. Der 120-Grad-Abstrahlwinkel bietet ein sehr breites und gleichmäßiges Beleuchtungsmuster, das sich für Panel-Anzeigen eignet, bei denen die Betrachtung aus schrägen Winkeln erforderlich ist, im Gegensatz zu schmalwinkligen LEDs für fokussiertes Licht. Seine Kompatibilität mit standardmäßigen IR-Reflow-Prozessen unterscheidet ihn von LEDs, die manuelles oder Wellenlöten erfordern, und ermöglicht eine kostengünstige, hochautomatisierte Montage.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Kann ich diese LED direkt mit einer 5-V-Versorgung betreiben?

A: Nein. Sie müssen einen Reihenstrombegrenzungswiderstand verwenden. Zum Beispiel, mit einem typischen V_Fvon 2,0 V bei 20 mA und einer 5-V-Versorgung, R = (5 V - 2,0 V) / 0,020 A = 150 Ω. Ein Widerstand ist zwingend erforderlich.

F: Was bedeutet \"Wasserklare\" Linse für eine rote LED?

A: Das Linsenmaterial selbst ist farblos/transparent. Die rote Farbe wird ausschließlich vom AlInGaP-Halbleiterchip im Inneren emittiert. Eine klare Linse ermöglicht oft einen breiteren Abstrahlwinkel und weniger Farbverzerrung im Vergleich zu einer getönten, diffundierenden Linse.

F: Der maximale Strom beträgt 30 mA, aber die Testbedingung ist 20 mA. Welchen sollte ich verwenden?

A: Die 20-mA-Bedingung ist der Standardtestpunkt für die Angabe optischer Eigenschaften. Sie können die LED mit jedem Strom bis zum absoluten Maximum von 30 mA DC betreiben, aber die Lichtstärke und die Durchlassspannung skalieren entsprechend (siehe Leistungskurven). Der Betrieb mit niedrigeren Strömen erhöht die Lebensdauer und reduziert die Wärmeentwicklung.

F: Warum ist die Lagerfeuchtigkeit so wichtig?

A: SMD-Gehäuse können Feuchtigkeit aus der Luft aufnehmen. Während des Hochtemperatur-Reflow-Lötprozesses kann diese eingeschlossene Feuchtigkeit schnell verdampfen und einen Innendruck erzeugen, der das Gehäuse zum Reißen bringen oder interne Verbindungen ablösen kann – ein Phänomen, das als \"Popcorning\" bekannt ist.

11. Praktische Anwendungsfallstudie

Szenario: Entwurf einer Statusanzeigetafel für einen Netzwerkrouter.Mehrere LEDs (Strom, LAN, WAN, Wi-Fi) werden benötigt. Unter Verwendung dieses LED-Modells würde der Konstrukteur: 1) Die LEDs gemäß der empfohlenen Pad-Abmessung auf dem Frontpanel-Leiterplattenlayout platzieren. 2) Für jede LED einen Reihenwiderstand basierend auf der 3,3-V-Logikversorgung des Systems und einem Zielstrom von 15 mA (für einen Kompromiss zwischen Helligkeit und Leistung) berechnen. Unter der Annahme von V_F= 2,0 V, R = (3,3 V - 2,0 V)/0,015 A ≈ 87 Ω (verwenden Sie 82 Ω oder 100 Ω Standardwert). 3) Sicherstellen, dass das Leiterplattenlayout unter den LED-Pads eine gewisse thermische Kupferfläche bietet. 4) Für alle LEDs in der Stückliste (BOM) denselben Intensitäts-Bin-Code (z. B. S1) angeben, um eine gleichmäßige Helligkeit über die gesamte Anzeigetafel zu gewährleisten. 5) Während der Montage dem empfohlenen Reflow-Profil folgen.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Eine Leuchtdiode ist eine Halbleiter-p-n-Übergangsdiode. Wenn eine Durchlassspannung 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 freigesetzt. In einer Standard-Siliziumdiode wird diese Energie hauptsächlich als Wärme freigesetzt. In einer LED hat das Halbleitermaterial (in diesem Fall AlInGaP) eine direkte Bandlücke, was bedeutet, dass die Energie in Form von Photonen (Licht) freigesetzt wird. Die spezifische Wellenlänge (Farbe) des Lichts wird durch die Bandlückenenergie des Halbleitermaterials bestimmt. Eine größere Bandlücke erzeugt Licht mit kürzerer Wellenlänge (bläulicher).

13. Technologietrends und Entwicklungen

Der allgemeine Trend bei SMD-Indikator-LEDs geht in Richtung höherer Effizienz (mehr Lichtausbeute pro Watt elektrischer Eingangsleistung), was den Stromverbrauch und die Wärmeentwicklung reduziert. Dies ermöglicht entweder hellere Indikatoren bei gleichem Strom oder die gleiche Helligkeit bei niedrigeren Strömen, was die Batterielebensdauer der Geräte verlängert. Die Gehäusegrößen schrumpfen weiter, was dichtere Indikatorarrays und die Integration in immer kleinere Unterhaltungselektronik ermöglicht. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Verbesserung der Farbkonstanz und -stabilität über Temperatur und Lebensdauer durch fortschrittliche Binning-Techniken und stabilere Halbleitermaterialien. Das Bestreben nach einer breiteren Einführung blei- und halogenfreier Materialien im Einklang mit globalen Umweltvorschriften bleibt ein wichtiger Treiber der Branche.