SMD-LED LTST-E142KGKEKT Datenblatt - Gehäuse 2,0x1,25x0,8mm - Spannung 1,7-2,5V - Leistung 75mW - Grün/Rot Zweifarben-LED - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument erläutert detailliert die Spezifikationen der LTST-E142KGKEKT, einer oberflächenmontierbaren (SMD) Leuchtdiode (LED). Diese Komponente vereint zwei unterschiedliche LED-Chips in einem einzigen, kompakten Gehäuse: einen, der grünes Licht emittiert, und einen, der rotes Licht emittiert. Das primäre Designziel ist es, eine zuverlässige, platzsparende Lösung für Statusanzeigen, Hintergrundbeleuchtung und symbolische Beleuchtung in modernen elektronischen Baugruppen bereitzustellen.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Das Bauteil ist für automatisierte Montageprozesse ausgelegt und zeichnet sich durch Kompatibilität mit Infrarot-Reflow-Lötverfahren und Standard-Bestückungsgeräten aus. Sein Miniaturformat macht es für Anwendungen geeignet, bei denen Leiterplattenfläche knapp ist. Zu den wichtigsten Zielmärkten gehören Telekommunikationsinfrastruktur (z.B. Netzwerk-Switches, Router), Unterhaltungselektronik (Notebooks, mobile Geräte), Büroautomationsgeräte, Haushaltsgeräte und Industrie-Steuerpulte. Seine Hauptfunktion ist es, als visuelle Status- oder Signalgeber zu dienen.

2. Technische Parameter: Detaillierte objektive Interpretation

Die folgenden Abschnitte bieten eine detaillierte Aufschlüsselung der Betriebsgrenzen und Leistungsmerkmale des Bauteils 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 wird nicht garantiert. Für beide Chips (grün und rot) gilt: Der maximale kontinuierliche Gleichstrom-Vorwärtsstrom beträgt 30 mA; der Spitzen-Vorwärtsstrom (unter gepulsten Bedingungen: 1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Pulsbreite) beträgt 80 mA; und die maximale Verlustleistung beträgt 75 mW. Das Bauteil ist für einen Betriebs- und Lagertemperaturbereich von -40°C bis +100°C ausgelegt.

2.2 Thermische Eigenschaften

Das thermische Management ist entscheidend für die Lebensdauer und Leistungsstabilität der LED. Die maximal zulässige Sperrschichttemperatur (Tj) für beide Chips beträgt 115°C. Der typische thermische Widerstand von der Sperrschicht zur Umgebung (Rθja) beträgt 155 °C/W. Dieser Parameter gibt an, wie effektiv das Gehäuse Wärme abführen kann; ein niedrigerer Wert ist vorzuziehen. Das Überschreiten der maximalen Sperrschichttemperatur beschleunigt den Lichtstromrückgang und kann zu einem katastrophalen Ausfall führen.

2.3 Elektro-optische Eigenschaften

Diese Parameter werden bei einem Standardteststrom von 20 mA gemessen. Die Lichtstärke (Iv) für den grünen Chip reicht von einem Minimum von 56 mcd bis zu einem Maximum von 180 mcd. Für den roten Chip liegt der Bereich zwischen 140 mcd und 420 mcd. Der Abstrahlwinkel (2θ1/2), definiert als der volle Winkel, bei dem die Intensität auf die Hälfte ihres axialen Wertes abfällt, beträgt typischerweise 120 Grad, was auf ein breites Abstrahlmuster hinweist.

Die dominierende Wellenlänge (λd), die die wahrgenommene Farbe definiert, ist für den grünen Chip zwischen 564 nm und 576 nm und für den roten Chip zwischen 616 nm und 626 nm spezifiziert. Die Durchlassspannung (Vf) für beide Farben liegt bei 20 mA im Bereich von 1,7 V bis 2,5 V. Der Sperrstrom (Ir) ist mit maximal 10 µA spezifiziert, wenn eine Sperrspannung (Vr) von 5V angelegt wird. Es ist entscheidend zu beachten, dass das Bauteil nicht für den Betrieb unter Sperrspannung ausgelegt ist; diese Testbedingung dient nur zu Informationszwecken.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um die Konsistenz in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs nach Leistungsklassen sortiert. Dies ermöglicht es Designern, Bauteile auszuwählen, die spezifische Helligkeits- und Farbanforderungen erfüllen.

3.1 Binning der Lichtstärke (Iv)

Die grünen LED-Chips sind in fünf Intensitätsklassen eingeteilt: P2 (56-71 mcd), Q1 (71-90 mcd), Q2 (90-112 mcd), R1 (112-140 mcd) und R2 (140-180 mcd). Die roten LED-Chips sind in vier Klassen eingeteilt: P (140-185 mcd), Q (185-240 mcd), R (240-315 mcd) und S (315-420 mcd). Innerhalb jeder Klasse gilt eine Toleranz von ±11%.

3.2 Binning der dominierenden Wellenlänge (WD)

Für die grüne LED sind die Klassen für die dominierende Wellenlänge definiert als G1 (564-568 nm), G2 (568-572 nm) und G3 (572-576 nm). Die Toleranz für jede Wellenlängenklasse beträgt ±1 nm. Die Binning-Informationen für die dominierende Wellenlänge der roten LED sind im bereitgestellten Auszug nicht explizit detailliert, folgen aber einem ähnlichen Prinzip der engen Wellenlängenkontrolle.

4. Analyse der Leistungskurven

Obwohl im Dokument auf spezifische grafische Daten verwiesen wird (z.B. Abbildung 1 für die spektrale Ausgangsleistung, Abbildung 5 für den Abstrahlwinkel), können die typischen Eigenschaften aus den tabellarischen Daten abgeleitet werden. Die Beziehung zwischen Vorwärtsstrom (If) und Durchlassspannung (Vf) ist nichtlinear, typisch für eine Diode. Die Lichtstärke ist bis zu den maximalen Nennwerten direkt proportional zum Vorwärtsstrom. Die Leistung nimmt mit steigender Sperrschichttemperatur ab; daher ist das thermische Design der Anwendung von größter Bedeutung, um die spezifizierte Lichtleistung und den Farbort über die Lebensdauer des Bauteils hinweg aufrechtzuerhalten.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen und Pinbelegung

Das Bauteil entspricht einem industrieüblichen SMD-Gehäuse. Zu den wichtigsten Abmessungen gehören eine Bauteillänge von ca. 2,0 mm und eine Breite von 1,25 mm, mit einer typischen Höhe von 0,8 mm. Die Toleranzen betragen ±0,2 mm, sofern nicht anders angegeben. Die Pinbelegung ist für den korrekten Betrieb entscheidend: Die Pins 2 und 3 sind dem grünen AlInGaP-Chip zugeordnet, während die Pins 1 und 4 dem roten AlInGaP-Chip zugeordnet sind. Die Linse ist klar.

5.2 Empfohlene PCB-Lötflächengeometrie

Eine empfohlene Lötflächengeometrie (Footprint) für die Leiterplatte wird bereitgestellt, um zuverlässiges Löten und eine korrekte mechanische Ausrichtung zu gewährleisten. Die Einhaltung dieses Designs minimiert das "Tombstoning" (Aufstellen) und gewährleistet einen optimalen Wärmetransfer vom LED-Gehäuse zur Leiterplatte.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Bedingungen für IR-Reflow-Löten

Das Bauteil ist mit bleifreien (Pb-free) Lötprozessen kompatibel. Ein vorgeschlagenes Infrarot (IR)-Reflow-Profil wird bereitgestellt, das dem J-STD-020B-Standard entspricht. Zu den wichtigsten Parametern gehören eine Vorwärmtemperatur von 150-200°C, eine maximale Bauteiltemperatur von nicht mehr als 260°C und eine Zeit oberhalb der Liquidustemperatur (TAL), die auf die spezifische Platinenbestückung abgestimmt ist. Die gesamte Lötzeit bei Spitzentemperatur sollte auf maximal 10 Sekunden begrenzt werden, und der Reflow-Vorgang sollte maximal zweimal durchgeführt werden.

6.2 Lagerung und Handhabung

Die LEDs sind feuchtigkeitsempfindlich. Bei Lagerung in der original versiegelten Feuchtigkeitsschutztüte mit Trockenmittel sollten sie bei ≤30°C und ≤70% relativer Luftfeuchtigkeit (RLF) aufbewahrt und innerhalb eines Jahres verwendet werden. Sobald die Tüte geöffnet ist, beträgt die "Bodenlebensdauer" 168 Stunden (7 Tage) unter Bedingungen von nicht mehr als 30°C und 60% RLF (JEDEC Level 3). Bei Überschreitung dieser Zeit muss vor dem Löten ein Ausheizen bei etwa 60°C für mindestens 48 Stunden durchgeführt werden, um ein "Popcorn"-Rissbildung während des Reflow zu verhindern.

6.3 Reinigung

Wenn eine Reinigung nach dem Löten erforderlich ist, sollten nur spezifizierte alkoholbasierte Lösungsmittel wie Ethylalkohol oder Isopropylalkohol verwendet werden. Die LEDs sollten bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute eingetaucht werden. Nicht spezifizierte chemische Reinigungsmittel können das Gehäuse-Epoxid oder die Linse beschädigen.

7. Verpackung und Bestellinformationen

Die Bauteile werden verpackt für die automatisierte Montage geliefert. Sie sind auf 8 mm breiten Trägerbändern montiert und auf 7-Zoll (178 mm) Durchmesser große Spulen aufgewickelt. Jede volle Spule enthält 4000 Stück. Das Band ist mit einem Deckband versiegelt, um die Komponenten zu schützen. Die Verpackung entspricht den ANSI/EIA-481-Spezifikationen.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

Diese Zweifarben-LED ist ideal für Anwendungen, die eine Mehrfachstatusanzeige erfordern. Beispielsweise kann sie Grün für "Eingeschaltet/Bereit", Rot für "Fehler/Bereitschaft" oder beide für einen bestimmten Modus anzeigen. Typische Anwendungen sind Statusanzeigen an Netzwerkgeräten, Netzteilen und Unterhaltungselektronik; Hintergrundbeleuchtung für Frontplattenbeschriftungen oder Tasten; und Beleuchtung für schwache Signale.

8.2 Designüberlegungen

Strombegrenzung:Ein externer strombegrenzender Widerstand ist für jeden LED-Chip zwingend erforderlich, um das Überschreiten des maximalen Vorwärtsstroms zu verhindern. Der Widerstandswert wird basierend auf der Versorgungsspannung (Vs), der Durchlassspannung der LED (Vf) beim gewünschten Strom und dem Zielstrom (If) berechnet: R = (Vs - Vf) / If. Verwenden Sie für ein konservatives Design stets den maximalen Vf-Wert aus dem Datenblatt.
Thermisches Design:Sorgen Sie für ausreichende Leiterplatten-Kupferfläche (Wärmeableitung), die mit den LED-Lötflächen verbunden ist, um die Wärmeableitung zu unterstützen, insbesondere bei Betrieb nahe der Maximalwerte.
ESD-Schutz:Obwohl nicht explizit angegeben, sollten während der Montage die üblichen ESD-Handhabungsvorsichtsmaßnahmen beachtet werden.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Das Hauptunterscheidungsmerkmal dieser Komponente ist die Integration von zwei unterschiedlichen monochromatischen LED-Chips (AlInGaP für beide Farben) in einem einzigen Miniatur-SMD-Gehäuse. Die AlInGaP-Technologie bietet im Vergleich zu älteren Technologien einen hohen Lichtwirkungsgrad und eine gute Farbsättigung für rote und bernsteinfarbene/grüne Farbtöne. Der 120-Grad-Abstrahlwinkel bietet ein breites Abstrahlmuster, das für Frontplattenanwendungen geeignet ist. Das Dual-Chip-Design spart Leiterplattenfläche und vereinfacht die Montage im Vergleich zur Verwendung von zwei separaten Einfarben-LEDs.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Kann ich die grüne und rote LED gleichzeitig mit jeweils vollen 20 mA betreiben?
A: Ja, aber Sie müssen die gesamte Verlustleistung berücksichtigen. Bei 20 mA und einer angenommenen typischen Vf von 2,1V für jede LED wäre die Gesamtleistung (2,1V * 0,02A)*2 = 84 mW. Dies überschreitet die absolute maximale Verlustleistung von 75 mW pro Chip (beachten Sie jedoch, dass die Angabe pro Chip gilt, nicht für die Summe im Gehäuse; die thermische Kopplung muss berücksichtigt werden). Es ist sicherer, den Strom zu reduzieren oder gepulsten Betrieb zu verwenden, um innerhalb der thermischen Grenzen zu bleiben.

F: Was ist der Unterschied zwischen Spitzenwellenlänge und dominierender Wellenlänge?
A: Die Spitzenwellenlänge (λp) ist die Wellenlänge am höchsten Punkt in der spektralen Leistungsverteilungskurve der LED. Die dominierende Wellenlänge (λd) wird aus dem CIE-Farbdiagramm abgeleitet und repräsentiert die einzelne Wellenlänge eines monochromatischen Lichts, das die gleiche Farbe wie die LED zu haben scheint. λd ist für die wahrgenommene Farbe relevanter.

F: Warum ist die Spezifikation des Sperrstroms wichtig, wenn ich sie nicht in Sperrrichtung betreiben sollte?
A: Der Sperrstromtest (typischerweise bei 5V) ist ein Qualitäts- und Leckagetest. Ein hoher Sperrstrom kann auf potenzielle Defekte in der Halbleitersperrschicht hinweisen.

11. Praktisches Design- und Anwendungsbeispiel

Szenario:Entwurf einer Zweifachstatusanzeige für ein 5V-USB-betriebenes Gerät. Die grüne LED soll "aktiv" anzeigen, die rote LED soll "Laden/Fehler" anzeigen.
Designschritte:
1. Stromauswahl:Wählen Sie einen Treiberstrom von 15 mA für gute Helligkeit bei gleichzeitiger Einhaltung eines Sicherheitsabstands unterhalb des Maximums von 30 mA.
2. Widerstandsberechnung für grüne LED:Verwendung einer typischen Vf_grün von 2,1V und Vs=5V. R_grün = (5V - 2,1V) / 0,015A ≈ 193 Ω. Verwenden Sie den nächstgelegenen Normwert, z.B. 200 Ω.
3. Widerstandsberechnung für rote LED:Verwendung einer typischen Vf_rot von 2,0V. R_rot = (5V - 2,0V) / 0,015A = 200 Ω.
4. PCB-Layout:Platzieren Sie die LED und ihre strombegrenzenden Widerstände nahe beieinander. Verwenden Sie die empfohlene Lötflächengeometrie aus dem Datenblatt. Fügen Sie eine moderate Kupferfläche hinzu, die mit den Kathoden-Lötflächen für die Wärmeableitung verbunden ist.
5. Softwaresteuerung:Verwenden Sie GPIO-Pins eines Mikrocontrollers, um die Anode jeder LED (mit den in Reihe geschalteten Widerständen) unabhängig zu steuern.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Leuchtdioden sind Halbleiter-pn-Übergangsbauelemente. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, rekombinieren Elektronen aus dem n-dotierten Bereich mit Löchern aus dem p-dotierten Bereich innerhalb der aktiven Schicht. Dieser Rekombinationsprozess setzt Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts wird durch die Bandlücke des verwendeten Halbleitermaterials bestimmt. Die LTST-E142KGKEKT verwendet Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP) für sowohl ihre rot- als auch grün-emittierenden Chips, ein Materialsystem, das für hohe Effizienz im roten bis gelbgrünen Spektrum bekannt ist. Das klare Epoxidharzgehäuse fungiert als Linse und formt den Lichtausgangsstrahl.

13. Technologietrends

Der allgemeine Trend bei SMD-Indikator-LEDs geht weiterhin in Richtung höherer Lichtausbeute (mehr Lichtleistung pro elektrischem Watt), kleinerer Gehäusegrößen für erhöhte Dichte und verbesserter Farbkonstanz durch engere Binning-Klassen. Ein weiterer Fokus liegt auf der Verbesserung der Zuverlässigkeit unter den höheren Temperatur-Reflow-Profilen, die für bleifreies Löten erforderlich sind. Die Integration mehrerer Chips oder sogar unterschiedlich farbiger Chips in einem einzigen Gehäuse, wie bei diesem Bauteil, adressiert den Bedarf an multifunktionalen Indikatoren in kompakten Designs. Die zugrundeliegende Materialforschung zielt darauf ab, effizientere und stabilere Halbleiterverbindungen über das gesamte sichtbare Spektrum hinweg zu entwickeln.