SMD LED LTST-T680QSWT Datenblatt - Diffus Gelb AlInGaP - 20mA - 130mW - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument enthält die technischen Spezifikationen für eine oberflächenmontierbare (SMD) LED. Das Bauteil ist für automatisierte Leiterplattenbestückungsprozesse konzipiert und verfügt über eine Miniaturbauform, die sich für platzbeschränkte Anwendungen eignet. Die LED nutzt einen AlInGaP-Halbleiterwerkstoff (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid), um ein diffuses gelbes Licht abzugeben. Ihre Hauptfunktion ist die Verwendung als Statusanzeige, Signalleuchte oder für Frontplatten-Hintergrundbeleuchtung in verschiedenen elektronischen Systemen.

1.1 Merkmale

• Konform mit der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe).
• Verpackt auf 8-mm-Trägerband auf 7-Zoll-Spulen für automatisierte Bestückungsautomaten.
• Standardisierter EIA-Gehäusefußabdruck (Electronic Industries Alliance).
• Eingang kompatibel mit Standard-IC-Logikpegeln (integrierte Schaltung).
• Konzipiert für die Kompatibilität mit automatisierten Bestückungssystemen.
• Hält Standard-Infrarot-Reflow-Lötprozessen stand.
• Vorkonditioniert entsprechend JEDEC Feuchtesensitivitätsstufe 3 (Joint Electron Device Engineering Council).

1.2 Anwendungen

Die LED ist für den Einsatz in einer breiten Palette von elektronischen Geräten für Verbraucher, Gewerbe und Industrie vorgesehen. Typische Anwendungsbereiche sind Telekommunikationsgeräte (z.B. schnurlose/Mobiltelefone), Büroautomatisierungsgeräte (z.B. Notebooks, Netzwerksysteme), Haushaltsgeräte und allgemeine Industrie-Steuerpanels. Ihre spezifischen Aufgaben sind Statusanzeigen, Signal- oder Symbolbeleuchtung und Frontplatten-Hintergrundbeleuchtung.

2. Technische Parameter: Detaillierte objektive Interpretation

Die folgenden Abschnitte bieten eine detaillierte Analyse der wichtigsten Leistungsparameter der LED unter Standardtestbedingungen (Ta=25°C).

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb unter oder an diesen Grenzen ist nicht garantiert und sollte für eine zuverlässige Langzeitleistung vermieden werden.

• Verlustleistung (Pd):130 mW. Dies ist die maximale Leistung, die das Gehäuse als Wärme abführen kann.
• Spitzen-Strom in Durchlassrichtung (I_F(peak)):100 mA. Dies ist der maximal zulässige momentane Strom in Durchlassrichtung, typischerweise unter gepulsten Bedingungen spezifiziert (1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Pulsbreite), um Überhitzung zu verhindern.
• Dauerstrom in Durchlassrichtung (I_F):50 mA. Dies ist der maximal empfohlene Gleichstrom für Dauerbetrieb.
• Sperrspannung (V_R):5 V. Das Anlegen einer Sperrspannung über diesem Wert kann zum Sperrschichtdurchbruch führen.
• Betriebstemperaturbereich:-40°C bis +85°C. Der Umgebungstemperaturbereich, für den das Bauteil ausgelegt ist.
• Lagertemperaturbereich:-40°C bis +100°C. Der Temperaturbereich für die Lagerung im nicht betriebsbereiten Zustand.

2.2 Elektro-optische Kenngrößen

Diese Parameter definieren die Leistung des Bauteils unter normalen Betriebsbedingungen (I_F= 20mA, Ta=25°C).

• Lichtstärke (I_V):710 - 1400 mcd (Millicandela). Dies ist die wahrgenommene Lichtleistung pro Raumwinkeleinheit. Der große Bereich zeigt an, dass ein Binning-System verwendet wird (siehe Abschnitt 3). Die Messung folgt der CIE photopischen Augenempfindlichkeitskurve.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):120° (typisch). Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke halb so groß ist wie auf der optischen Achse (0°). Ein Winkel von 120° zeigt ein breites, diffuses Abstrahlmuster an, das für großflächige Beleuchtung geeignet ist.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_P):592 nm (typisch). Die Wellenlänge, bei der die spektrale Strahlungsintensität maximal ist.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):584,5 - 594,5 nm. Dies ist die einzelne Wellenlänge, die die wahrgenommene Lichtfarbe am besten repräsentiert, abgeleitet aus dem CIE-Farbdiagramm. Es ist der Schlüsselparameter für die Farbangabe.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):15 nm (typisch). Die spektrale Breite der Emission bei halber Maximalintensität. Ein Wert von 15 nm ist charakteristisch für AlInGaP-Materialien und zeigt eine relativ reine gelbe Farbe an.
• Durchlassspannung (V_F):2,1V (typisch), 2,6V (maximal) bei 20mA. Der Spannungsabfall über der LED beim Durchleiten des spezifizierten Durchlassstroms.
• Sperrstrom (I_R):10 μA (maximal) bei V_R=5V. Der kleine Leckstrom, der fließt, wenn das Bauteil innerhalb seiner Maximalwerte in Sperrrichtung vorgespannt ist.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um die Konsistenz in der Massenproduktion sicherzustellen, werden LEDs nach Leistungsklassen sortiert. Dies ermöglicht es Entwicklern, Bauteile auszuwählen, die spezifische Spannungs-, Helligkeits- und Farbanforderungen für ihre Anwendung erfüllen.

3.1 Durchlassspannung (V_f) Klasse

LEDs werden basierend auf ihrem Durchlassspannungsabfall bei 20mA klassifiziert. Dies ist entscheidend für die Auslegung von Strombegrenzungsschaltungen und die Sicherstellung gleichmäßiger Helligkeit in Parallelschaltungen.

• Klasse D2:1,8V - 2,0V
• Klasse D3:2,0V - 2,2V
• Klasse D4:2,2V - 2,4V
• Klasse D5:2,4V - 2,6V
• Toleranz pro Klasse: ±0,1V

3.2 Lichtstärke (I_V) Klasse

Diese Klassifizierung stellt eine Mindesthelligkeit für einen bestimmten Produktcode sicher.

• Klasse U2:710 mcd - 900 mcd
• Klasse V1:900 mcd - 1120 mcd
• Klasse V2:1120 mcd - 1400 mcd
• Toleranz pro Klasse: ±11%

3.3 Dominante Wellenlänge (W_d) Klasse

Diese Klassifizierung kontrolliert den präzisen Gelbton, den die LED abstrahlt.

• Klasse H:584,5 nm - 587,0 nm
• Klasse J:587,0 nm - 589,5 nm
• Klasse K:589,5 nm - 592,0 nm
• Klasse L:592,0 nm - 594,5 nm
• Toleranz pro Klasse: ±1 nm

4. Analyse der Kennlinien

Während spezifische grafische Daten im Datenblatt referenziert sind, können typische Leistungstrends für AlInGaP-LEDs beschrieben werden.

4.1 Strom-Spannungs-Kennlinie (I-V)

Die Durchlassspannung (V_F) zeigt eine logarithmische Beziehung zum Durchlassstrom (I_F). Unterhalb der Schwellspannung (~1,8V für AlInGaP) ist der Strom minimal. Oberhalb dieser Schwelle steigt V_Frelativ linear mit I_F an, wobei die Steigung durch den dynamischen Widerstand der Diode bestimmt wird. Der Betrieb bei den empfohlenen 20mA gewährleistet eine stabile Leistung innerhalb der typischen V_F range.

4.2 Lichtstärke in Abhängigkeit vom Durchlassstrom

Die Lichtstärke (I_V) ist im normalen Betriebsbereich annähernd proportional zum Durchlassstrom (I_F). Die Effizienz kann jedoch bei sehr hohen Strömen aufgrund erhöhter Sperrschichttemperatur und anderer nichtlinearer Effekte abnehmen. Das Betreiben der LED bei oder unterhalb des spezifizierten Dauerstroms (50mA) ist entscheidend, um die Nennleistung und Lebensdauer aufrechtzuerhalten.

4.3 Temperaturverhalten

Die Leistung von LEDs ist temperaturabhängig. Typischerweise hat die Durchlassspannung (V_F) einen negativen Temperaturkoeffizienten und nimmt mit steigender Sperrschichttemperatur ab. Umgekehrt nimmt die Lichtstärke im Allgemeinen mit steigender Sperrschichttemperatur ab. Ein angemessenes Wärmemanagement in der Anwendung (z.B. ausreichende Kupferfläche auf der Leiterplatte zur Wärmeableitung) ist entscheidend, um eine konsistente optische Ausgangsleistung und Bauteilzuverlässigkeit über den spezifizierten Betriebstemperaturbereich zu gewährleisten.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die LED ist in einem Standard-Oberflächenmontagegehäuse untergebracht. Alle kritischen Abmessungen sind in Millimetern mit einer allgemeinen Toleranz von ±0,2 mm angegeben, sofern nicht anders spezifiziert. Das Gehäuse enthält eine diffuse Linse, die den breiten 120°-Abstrahlwinkel erzeugt.

5.2 Empfohlene Leiterplatten-Lötflächengeometrie

Eine Lötflächengeometrie für Infrarot- oder Dampfphasen-Reflow-Lötung wird bereitgestellt. Die Einhaltung dieser empfohlenen Geometrie gewährleistet eine korrekte Lötstellenbildung, Selbstausrichtung während des Reflow-Prozesses und eine zuverlässige mechanische Befestigung. Das Lötflächen-Design unterstützt auch die Wärmeableitung aus dem LED-Gehäuse.

5.3 Polaritätskennzeichnung

Oberflächenmontage-LEDs haben typischerweise eine Markierung oder eine geformte Kante (wie eine Kerbe oder eine abgeschrägte Ecke) auf dem Gehäuse, um die Kathode (Minuspol) anzuzeigen. Die korrekte Polarisierungsausrichtung auf der Leiterplatte ist für die Funktion des Bauteils zwingend erforderlich.

6. Löt- und Bestückungsrichtlinien

6.1 IR-Reflow-Lötprofil (Bleifreier Prozess)

Das Datenblatt verweist auf ein Profil, das mit J-STD-020B konform ist. Ein typisches bleifreies Reflow-Profil umfasst:

• Vorwärmen/Anstieg:Ein allmählicher Anstieg auf ~150-200°C, um das Flussmittel zu aktivieren und thermischen Schock zu minimieren.
• Haltezone:Ein Plateau typischerweise zwischen 150-200°C für bis zu 120 Sekunden, um einen Temperaturausgleich über die Leiterplatte zu ermöglichen.
• Reflow-Zone:Ein schneller Temperaturanstieg auf ein Maximum von 260°C. Die Zeit oberhalb der Liquidustemperatur (z.B. 217°C) sollte kontrolliert werden.
• Abkühlung:Eine kontrollierte Abkühlphase zum Erstarren der Lötstellen.
• Hinweis:Das spezifische Profil muss für die tatsächliche Leiterplattenbestückung optimiert werden, unter Berücksichtigung von Platinendicke, Bauteildichte und Lotpastenspezifikationen.

6.2 Lagerung und Handhabung

• Versiegelte Verpackung:Lagern bei ≤30°C und ≤70% relativer Luftfeuchtigkeit. Verwenden innerhalb eines Jahres nach dem Verpackungsdatum, wenn in einer Feuchtigkeitssperrbeutel mit Trockenmittel.
• Geöffnete Verpackung:Für Bauteile, die aus ihrer Trockenverpackung entnommen wurden, ist die empfohlene Lagerumgebung ≤30°C und ≤60% relative Luftfeuchtigkeit. Bauteile sollten innerhalb von 168 Stunden (1 Woche) nach der Exposition einem IR-Reflow unterzogen werden. Bei längerer Exposition wird vor dem Löten ein 48-stündiges Trocknen bei 60°C empfohlen, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und \"Popcorning\" während des Reflow zu verhindern.

6.3 Reinigung

Wenn eine Nachlötreinigung erforderlich ist, verwenden Sie alkoholbasierte Lösungsmittel wie Isopropanol (IPA) oder Ethanol. Das Eintauchen sollte bei Raumtemperatur und für weniger als eine Minute erfolgen. Vermeiden Sie nicht spezifizierte chemische Reiniger, die die LED-Linse oder das Gehäusematerial beschädigen könnten.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Band- und Spulenspezifikationen

Die Bauteile werden in geprägter Trägerband mit Schutzdeckband geliefert, aufgewickelt auf 7-Zoll (178 mm) Spulen. Standardmengen pro Spule sind 2000 Stück. Die Verpackung entspricht den ANSI/EIA-481-Spezifikationen, um die Kompatibilität mit automatisierten Bestückungsgeräten sicherzustellen.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsschaltungen

LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Ein Vorwiderstand zur Strombegrenzung ist zwingend erforderlich, wenn an eine Spannungsquelle angeschlossen wird. Der Widerstandswert (R_s) kann mit dem Ohmschen Gesetz berechnet werden: R_s= (V_versorgung- V_F) / I_F. Für eine gleichmäßige Helligkeit beim Betrieb mehrerer LEDs parallel wird dringend empfohlen, für jede LED einen separaten strombegrenzenden Widerstand zu verwenden, anstatt eines einzelnen Widerstands für das gesamte parallele Array. Dies kompensiert natürliche Schwankungen in der Durchlassspannung (V_F) zwischen einzelnen LEDs.

8.2 Designüberlegungen

• Wärmemanagement:Stellen Sie sicher, dass das Leiterplattenlayout eine angemessene Wärmeableitung bietet, insbesondere beim Betrieb nahe der maximalen Stromwerte. Kupferflächen, die mit der thermischen Lötfläche der LED verbunden sind, können bei der Wärmeableitung helfen.
• ESD-Schutz:Obwohl nicht für alle LEDs explizit angegeben, ist die Implementierung eines grundlegenden ESD-Schutzes auf Signalleitungen, die mit LEDs verbunden sind, eine gute Designpraxis für sensible Umgebungen.
• Optisches Design:Die diffuse Linse bietet eine breite Abstrahlung. Für gerichtetes Licht können externe Optiken (Reflektoren, Lichtleiter) erforderlich sein.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Diese auf AlInGaP basierende gelbe LED bietet spezifische Vorteile. Im Vergleich zu älteren Technologien wie GaAsP (Galliumarsenidphosphid) gelben LEDs bietet AlInGaP eine deutlich höhere Lichtausbeute, was zu einer helleren Ausgangsleistung bei gleichem Treiberstrom und einer besseren Farbstabilität über Temperatur und Lebensdauer führt. Der breite 120°-Abstrahlwinkel mit diffuser Linse ist ein Schlüsselmerkmal für Anwendungen, die eine breite, gleichmäßige Ausleuchtung anstelle eines fokussierten Strahls erfordern, und unterscheidet sie von LEDs mit schmalen Abstrahlwinkeln, die für gerichtetes Licht konzipiert sind.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

10.1 Welchen Widerstandswert sollte ich bei einer 5V-Versorgung verwenden?

Unter Verwendung der typischen V_F von 2,1V bei 20mA: R = (5V - 2,1V) / 0,02A = 145 Ohm. Der nächstgelegene Standardwert von 150 Ohm würde zu I_F≈ 19,3mA führen, was akzeptabel ist. Berechnen Sie stets mit der maximalen V_F(2,6V), um sicherzustellen, dass der Mindeststrom für Ihre Helligkeitsanforderung ausreicht: R_min= (5V - 2,6V) / 0,02A = 120 Ohm.

10.2 Kann ich diese LED ohne Vorwiderstand mit einer Konstantstromquelle betreiben?

Ja, ein Konstantstromtreiber, der auf 20mA eingestellt ist, ist eine ausgezeichnete Methode zum Betreiben einer LED, da er eine präzise Stromregelung unabhängig von Schwankungen der Durchlassspannung gewährleistet. Dies wird oft für kritische Helligkeitsanwendungen bevorzugt.

10.3 Warum gibt es einen Spitzenstromwert (100mA), der höher ist als der Dauerstrom (50mA)?

Der Spitzenstromwert ermöglicht kurze Pulse mit höherem Strom, was für Multiplexing-Schemata oder zur Erzeugung kurzer, heller Blitze nützlich sein kann. Das niedrige Tastverhältnis (1/10) stellt sicher, dass die durchschnittliche Verlustleistung und die Sperrschichttemperatur innerhalb sicherer Grenzen bleiben und thermische Schäden verhindert werden.

11. Praktisches Anwendungsbeispiel

Szenario: Frontplatten-Statusanzeige für einen Netzwerkrouter

Ein Entwickler benötigt mehrere gelbe Status-LEDs auf der Frontplatte eines Routers, um Strom, Internetverbindung und Wi-Fi-Aktivität anzuzeigen. Er wählt diese LED aufgrund ihres breiten Abstrahlwinkels, um sicherzustellen, dass das Licht aus verschiedenen Blickwinkeln sichtbar ist. Die LEDs werden über GPIO-Pins eines Mikrocontrollers mit 15mA (unterhalb der 20mA-Testbedingung für eine längere Lebensdauer) betrieben. Für jede LED wird ein 150-Ohm-Vorwiderstand verwendet, angeschlossen an die 3,3V-Schiene. Die diffuse Linse liefert ein weiches, nicht blendendes Licht, das für eine Haushalts-/Büroumgebung geeignet ist. Die LEDs werden gemäß der empfohlenen Lötflächengeometrie auf der Leiterplatte platziert und mit einem Standard-bleifreien Reflow-Profil bestückt.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Eine LED ist eine Halbleiterdiode. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die die Bandlückenenergie des Materials überschreitet, rekombinieren Elektronen und Löcher am p-n-Übergang. In einer AlInGaP-LED setzt dieses Rekombinationsereignis Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Zusammensetzung der Aluminium-, Indium-, Gallium- und Phosphidschichten bestimmt die Bandlückenenergie, die direkt die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts definiert – in diesem Fall im gelben Spektrum (~590nm). Die diffuse Epoxidlinse um den Halbleiterchip streut das Licht und erzeugt das breite Abstrahlmuster.

13. Technologietrends

Der allgemeine Trend in der LED-Technologie geht hin zu höherer Effizienz (mehr Lumen pro Watt), verbesserter Farbwiedergabe und größerer Zuverlässigkeit. Bei Indikator-LEDs schreitet die Miniaturisierung voran, während die Lichtausbeute beibehalten oder erhöht wird. Es gibt auch einen Fokus auf die Erweiterung des in SMD-Gehäusen verfügbaren Farbraums. Die Verwendung von AlInGaP für gelbe, bernsteinfarbene und rote LEDs stellt eine etablierte Hochleistungstechnologie dar. Zukünftige Entwicklungen könnten neue Materialsysteme oder Nanostrukturen umfassen, um eine noch schmalere spektrale Emission oder eine höhere Effizienz bei hohen Temperaturen zu erreichen.