SMD LED LTST-C990KRKT Datenblatt - Rot AlInGaP - 20mA - 1,6-2,4V - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt detailliert die Spezifikationen einer kompakten, hochhellen Oberflächenmontage (SMD) LED-Lampe. Für die automatisierte Leiterplattenbestückung (PCB) konzipiert, ist dieses Bauteil ideal für platzbeschränkte Anwendungen in einer breiten Palette elektronischer Geräte.

1.1 Merkmale

• Konform mit den RoHS-Umweltrichtlinien.
• Integrierte Linsenkalotte für optimierte Lichtverteilung.
• Verwendet einen Ultra-Hell-Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP) Halbleiterchip für hohe Lichtausbeute im roten Spektrum.
• Verpackt auf 8mm Band auf 7-Zoll (178mm) Durchmesser Rollen, kompatibel mit Standard-Automatikbestückungsgeräten.
• Entspricht den EIA (Electronic Industries Alliance) Standard-Gehäuseumrissen.
• Konzipiert für den direkten Anschluss an integrierte Schaltungsausgänge (IC).
• Vollständig kompatibel mit Infrarot (IR) Reflow-Lötprozessen.

1.2 Anwendungen

Diese LED eignet sich für ein breites Anwendungsspektrum, einschließlich, aber nicht beschränkt auf:

• Telekommunikationsgeräte, Büroautomatisierung, Haushaltsgeräte und industrielle Steuerungssysteme.
• Hintergrundbeleuchtung für Tastaturen und Keypads.
• Status- und Stromanzeigen.
• Mikrodisplays und Panelanzeigen.
• Signalleuchten und symbolische Beleuchtung.

2. Technische Parameter: Detaillierte objektive Interpretation

2.1 Absolute Maximalwerte

Die folgenden Werte definieren die Grenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Alle Werte gelten bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C.

• Verlustleistung (Pd):62,5 mW. Dies ist die maximale Leistung, die das LED-Gehäuse als Wärme abführen kann, ohne Schaden zu nehmen.
• Spitzen-Durchlassstrom (I_F(PEAK)):60 mA. Dies ist der maximal zulässige gepulste Durchlassstrom, typischerweise spezifiziert bei einem Tastverhältnis von 1/10 und einer Pulsbreite von 0,1ms, um Überhitzung zu vermeiden.
• DC-Durchlassstrom (I_F):25 mA. Dies ist der maximale empfohlene kontinuierliche Durchlassstrom für einen zuverlässigen Dauerbetrieb.
• Sperrspannung (V_R):5 V. Das Überschreiten dieser Spannung in Sperrrichtung kann zum Durchbruch des pn-Übergangs führen.
• Betriebstemperaturbereich:-30°C bis +85°C. Der Umgebungstemperaturbereich, für den das Bauteil ausgelegt ist.
• Lagertemperaturbereich:-40°C bis +85°C. Der Temperaturbereich für die Lagerung im nicht betriebsbereiten Zustand.
• Infrarot-Lötbedingung:Hält einer Spitzentemperatur von 260°C für 10 Sekunden stand, was dem Standard für bleifreie (Pb-free) Reflow-Prozesse entspricht.

2.2 Elektrische & Optische Kennwerte

Diese Parameter definieren die typische Leistung des Bauteils unter Standardtestbedingungen (Ta=25°C, I_F=20mA, sofern nicht anders angegeben).

• Lichtstärke (I_V):180,0 - 1120,0 mcd (Millicandela). Gemessen mit einem Sensor, der auf die CIE photopische (menschliche Augen-) Empfindlichkeitskurve abgestimmt ist. Der große Bereich wird durch ein Binning-System verwaltet.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):75 Grad. Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke die Hälfte des auf der Mittelachse (0°) gemessenen Wertes beträgt. Die Linsenkalotte erzeugt dieses breite Abstrahlmuster.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_P):639 nm (typisch). Die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsabgabe maximal ist.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):624,0 - 636,0 nm. Abgeleitet vom CIE-Farbtafeldiagramm, ist dies die einzelne Wellenlänge, die vom menschlichen Auge wahrgenommen wird und die Farbe (Rot) definiert.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):20 nm (typisch). Die Bandbreite des emittierten Spektrums, gemessen bei der halben Spitzenintensität, ein Indikator für die Farbreinheit.
• Durchlassspannung (V_F):1,6 - 2,4 V. Der Spannungsabfall über der LED bei einem Betriebsstrom von 20mA. Dieser Bereich muss beim Treiberentwurf berücksichtigt werden.
• Sperrstrom (I_R):10 μA (maximal). Der Leckstrom bei Anlegen von 5V in Sperrrichtung.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um Konsistenz in Anwendungen zu gewährleisten, werden LEDs basierend auf wichtigen optischen Parametern sortiert (gebinned).

3.1 Lichtstärke-Bin-Code

Das Bauteil wird anhand seiner minimalen und maximalen Lichtstärke bei 20mA in Bins kategorisiert. Die Toleranz innerhalb jedes Bins beträgt +/-15%.

• Bin S:180,0 - 280,0 mcd
• Bin T:280,0 - 450,0 mcd
• Bin U:450,0 - 710,0 mcd
• Bin V:710,0 - 1120,0 mcd

Die Auswahl des passenden Bins ist entscheidend für Anwendungen, die eine gleichmäßige Helligkeit über mehrere LEDs hinweg erfordern.

4. Analyse der Leistungskurven

Während spezifische Diagramme im Datenblatt referenziert werden (z.B. Abb.1, Abb.5), basiert die folgende Analyse auf den bereitgestellten Tabellendaten und dem Standardverhalten von LEDs.

4.1 Implikation der IV (Strom-Spannungs)-Kurve

Der Durchlassspannungsbereich (V_F) von 1,6V bis 2,4V bei 20mA zeigt die charakteristische exponentielle Beziehung einer Diode. Der tatsächliche V_F-Wert einer spezifischen Einheit hängt von den Halbleitermaterialeigenschaften und der Sperrschichttemperatur ab. Entwickler müssen sicherstellen, dass die strombegrenzende Schaltung diesen Bereich abdecken kann, um einen konstanten Strom und damit eine konstante Helligkeit zu gewährleisten.

4.2 Temperaturkennlinien

Der spezifizierte Betriebstemperaturbereich beträgt -30°C bis +85°C. Es ist wichtig zu beachten, dass LED-Kennwerte temperaturabhängig sind. Typischerweise hat die Durchlassspannung (V_F) einen negativen Temperaturkoeffizienten (sinkt mit steigender Temperatur), während die Lichtstärke ebenfalls abnimmt, wenn die Sperrschichttemperatur steigt. Eine angemessene Wärmemanagement auf der Leiterplatte ist essentiell, um Leistung und Lebensdauer zu erhalten, insbesondere bei Betrieb nahe dem maximalen Nennstrom.

4.3 Spektrale Verteilung

Mit einer dominanten Wellenlänge zwischen 624nm und 636nm und einer typischen spektralen Halbwertsbreite von 20nm emittiert diese LED ein gesättigtes rotes Licht. Das relativ schmale Spektrum ist charakteristisch für die AlInGaP-Technologie und bietet im Vergleich zu älteren Technologien wie GaAsP eine gute Farbreinheit.

5. Mechanische & Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die LED entspricht einem standardisierten SMD-Gehäuseumriss. Alle Abmessungen sind in Millimetern mit einer typischen Toleranz von ±0,1mm angegeben, sofern nicht anders vermerkt. Der spezifische Footprint und die Höhe sind in der Gehäusezeichnung definiert, was für das Leiterplattenlayout und Freigabeprüfungen wesentlich ist.

5.2 Empfohlene Lötflächenanordnung auf der Leiterplatte

Ein empfohlenes Land Pattern (Kupferflächen-Design) wird bereitgestellt, um zuverlässiges Löten und mechanische Stabilität zu gewährleisten. Die Befolgung dieser Empfehlung hilft, eine korrekte Lötnahtausbildung und Ausrichtung während des Reflow-Prozesses zu erreichen.

5.3 Polaritätskennzeichnung

Die Kathode ist typischerweise auf dem Bauteil markiert, oft durch eine Kerbe, eine grüne Markierung oder einen kürzeren Anschluss innerhalb des Gehäuses. Die korrekte Polarisierungsausrichtung ist während der Montage kritisch, um die Funktionsfähigkeit des Bauteils sicherzustellen.

6. Löt- & Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötparameter (Bleifreier Prozess)

Das Bauteil ist für IR-Reflow-Löten mit einer Spitzentemperatur von 260°C für maximal 10 Sekunden ausgelegt. Ein Beispielprofil wird vorgeschlagen, einschließlich einer Vorwärmphase (150-200°C für bis zu 120 Sekunden), um die Baugruppe langsam zu erwärmen und thermischen Schock zu minimieren. Das Profil sollte gemäß JEDEC-Standards entwickelt und mit dem spezifischen Leiterplattendesign und der Lötpaste validiert werden.

6.2 Handlöten

Falls Handlöten notwendig ist, sollte es mit einer temperaturgeregelten Lötspitze durchgeführt werden, die auf maximal 300°C eingestellt ist. Die Kontaktzeit mit dem LED-Anschluss sollte 3 Sekunden nicht überschreiten, und das Löten sollte auf einmal pro Lötfläche beschränkt werden, um thermische Schäden am Epoxid-Gehäuse und dem Halbleiterchip zu verhindern.

6.3 Lagerbedingungen

LEDs sind feuchtigkeitsempfindliche Bauteile (MSL 3). Wenn sie in ihrer originalen versiegelten Feuchtigkeitsschutzbeutel mit Trockenmittel gelagert werden, sollten sie bei ≤30°C und ≤90% relativer Luftfeuchtigkeit (RH) aufbewahrt und innerhalb eines Jahres verwendet werden. Sobald der Beutel geöffnet ist, sollte die Lagerumgebung 30°C und 60% RH nicht überschreiten. Bauteile, die länger als eine Woche der Umgebungsluft ausgesetzt waren, sollten vor dem Reflow-Löten bei etwa 60°C für mindestens 20 Stunden getrocknet (gebaked) werden, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und "Popcorning" während des Lötens zu verhindern.

6.4 Reinigung

Falls eine Nachlötreinigung erforderlich ist, sollten nur alkoholbasierte Lösungsmittel wie Isopropylalkohol (IPA) oder Ethylalkohol verwendet werden. Die LED sollte bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute eingetaucht werden. Nicht spezifizierte chemische Reiniger können die Kunststofflinse oder das Gehäusematerial beschädigen.

7. Verpackungs- & Bestellinformationen

7.1 Spezifikationen für Band und Rolle

Die Bauteile werden auf geprägter Trägerbandfolie, 8mm breit, auf 7-Zoll (178mm) Durchmesser Rollen geliefert. Jede Rolle enthält 3000 Stück. Das Band ist mit einer Deckfolie versiegelt, um die Bauteile zu schützen. Industriestandards (ANSI/EIA 481) werden für Taschenabstand und Ausrichtung eingehalten.

7.2 Mindestbestellmenge

Die Standardverpackungsmenge beträgt 3000 Stück pro Rolle. Für Restmengen ist eine Mindestpackung von 500 Stück erhältlich.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Treiberschaltungsentwurf

LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Um eine gleichmäßige Helligkeit zu gewährleisten und Stromkonzentration zu verhindern, wird dringend empfohlen, für jede LED einen Reihenstrombegrenzungswiderstand zu verwenden, selbst wenn mehrere LEDs parallel an eine Spannungsquelle angeschlossen sind (wie im Datenblatt "Schaltungsmodell A" gezeigt). Der direkte Betrieb von LEDs an einer Spannungsquelle ohne Stromregelung ("Schaltungsmodell B") wird nicht empfohlen, da dies zu Helligkeitsschwankungen und potenziellen Überstromschäden aufgrund der Streuung von V_F von Einheit zu Einheit führt.

8.2 Designüberlegungen

• Stromeinstellung:Betreiben Sie die LED bei oder unterhalb des empfohlenen 20mA DC-Durchlassstroms für eine optimale Lebensdauer. Verwenden Sie den minimalen Strom, der die erforderliche Helligkeit erreicht.
• Wärmemanagement:Stellen Sie sicher, dass die Leiterplatte über ausreichende Kupferflächen oder Wärmeleitungen verfügt, um Wärme abzuführen, insbesondere in Umgebungen mit hoher Umgebungstemperatur oder bei Hochstromanwendungen.
• ESD-Schutz:Das Bauteil ist empfindlich gegenüber elektrostatischer Entladung (ESD). Während der Handhabung und Montage müssen geeignete ESD-Schutzmaßnahmen (Armbänder, geerdete Arbeitsplätze) verwendet werden.

9. Technischer Vergleich & Differenzierung

Diese AlInGaP rote LED bietet mehrere Vorteile:

• Höhere Effizienz & Helligkeit:Im Vergleich zu traditionellen GaAsP roten LEDs bietet die AlInGaP-Technologie bei gleichem Betriebsstrom eine deutlich höhere Lichtstärke.
• Bessere Temperaturstabilität:AlInGaP LEDs zeigen im Allgemeinen einen geringeren Lichtstärkeverlust bei steigender Temperatur als einige andere Technologien.
• Standardisiertes Gehäuse:Der EIA-Standard-SMD-Footprint gewährleistet Kompatibilität mit einer Vielzahl von Automatikbestückungsgeräten und Leiterplatten-Designbibliotheken und reduziert so die Design- und Fertigungskomplexität.

10. Häufig gestellte Fragen (Basierend auf technischen Parametern)

10.1 Warum gibt es einen so großen Bereich bei der Lichtstärke (180-1120 mcd)?

Dieser Bereich repräsentiert die Gesamtstreuung über die gesamte Produktion. Durch das Binning-System (S, T, U, V) werden die Einheiten in viel engere Gruppen sortiert. Entwickler spezifizieren das erforderliche Bin, um Konsistenz in ihrer Anwendung sicherzustellen.

10.2 Kann ich diese LED dauerhaft mit 25mA betreiben?

Obwohl 25mA der absolute maximale DC-Stromwert ist, ist es für einen zuverlässigen Langzeitbetrieb und unter Berücksichtigung realer thermischer Bedingungen ratsam, die Treiberschaltung für einen niedrigeren Strom, wie den typischen Testbedingungswert von 20mA, auszulegen. Eine Reduzierung der Belastung (Derating) erhöht die Zuverlässigkeit.

10.3 Was ist der Unterschied zwischen Spitzenwellenlänge und dominanter Wellenlänge?

Spitzenwellenlänge (λ_P) ist die physikalische Wellenlänge, bei der die spektrale Ausgangsleistung am stärksten ist. Dominante Wellenlänge (λ_d) ist ein berechneter Wert basierend auf der menschlichen Farbwahrnehmung (CIE-Diagramm), der die wahrgenommene Farbe definiert. Für eine monochromatische Quelle wie diese rote LED liegen sie nahe beieinander, sind aber nicht notwendigerweise identisch.

11. Praktisches Designbeispiel

Szenario:Entwurf eines Statusanzeigepanels, das 5 gleichmäßig helle rote LEDs benötigt, die von einer 5V-Schiene versorgt werden.

1. Bin-Auswahl:Wählen Sie Bin U (450-710 mcd) für eine hohe, konsistente Helligkeit.
2. Betriebsstrom:Zielen Sie auf 18mA pro LED für eine gute Balance zwischen Helligkeit und Lebensdauer.
3. Berechnung des Reihenwiderstands:Verwendung des Ohmschen Gesetzes: R = (V_versorgung- V_F) / I_F. Um den V_F-Bereich (1,6V-2,4V) zu berücksichtigen, verwenden Sie den maximalen V_F-Wert für ein konservatives Design: R = (5V - 2,4V) / 0,018A ≈ 144 Ω. Der nächstgelegene Standardwert ist 150 Ω. Neuberechnung des Stroms für den minimalen V_F: I_F= (5V - 1,6V) / 150Ω ≈ 22,7mA, was immer noch innerhalb eines sicheren Grenzwertes liegt. Daher ist ein 150Ω, 1/8W Widerstand in Reihe mit jeder LED angemessen.
4. Layout:Platzieren Sie die LEDs und Widerstände gemäß der empfohlenen Lötflächenanordnung. Stellen Sie sicher, dass etwas Kupferfläche um die LED-Lötflächen für die Wärmeableitung vorhanden ist.

12. Prinzipielle Einführung

Leuchtdioden (LEDs) sind Halbleiterbauelemente, die Licht durch Elektrolumineszenz emittieren. Wenn eine Durchlassspannung über den pn-Übergang angelegt wird, rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich (in diesem Fall dem AlInGaP-Chip). Diese Rekombination setzt Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Materialzusammensetzung des Halbleiters (Aluminium, Indium, Gallium, Phosphid) bestimmt die Bandlückenenergie, die direkt die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts definiert – in diesem Fall Rot. Die kuppelförmige Epoxidlinse dient zum Schutz des Chips, verbessert die Lichtauskopplung aus dem Halbleiter und formt das Abstrahlmuster zu einem breiten Abstrahlwinkel.

13. Entwicklungstrends

Der allgemeine Trend in der SMD-LED-Technologie geht weiterhin in Richtung höherer Lichtausbeute (mehr Lichtausbeute pro Watt elektrischer Eingangsleistung), verbesserter Zuverlässigkeit und kleinerer Gehäusegrößen, die höhere Packungsdichten ermöglichen. Es gibt auch einen Fokus auf engere Binning-Toleranzen für Farbe und Intensität, um den Anforderungen von Applikationen mit präziser Farbabstimmung und Gleichmäßigkeit, wie z.B. Vollfarbdisplays und Automobilbeleuchtung, gerecht zu werden. Darüber hinaus zielen Fortschritte bei Verpackungsmaterialien darauf ab, eine bessere thermische Leistung und Widerstandsfähigkeit gegenüber rauen Umgebungsbedingungen wie hoher Luftfeuchtigkeit und Temperaturwechseln zu bieten.