SMD LED LTST-S110KGKT Datenblatt - AlInGaP Grün - 25mA - 62,5mW - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTST-S110KGKT ist eine oberflächenmontierbare (SMD) LED-Lampe, die für die automatisierte Leiterplattenbestückung (PCB) konzipiert ist. Sie gehört zu einer Familie von Miniatur-LEDs, die für platzbeschränkte Anwendungen in einem breiten Spektrum elektronischer Geräte vorgesehen sind.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Diese LED bietet mehrere Schlüsselvorteile für die moderne Elektronikfertigung. Ihre Hauptmerkmale umfassen die Einhaltung der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe), was sie für globale Märkte mit strengen Umweltvorschriften geeignet macht. Das Bauteil nutzt einen ultrahellen AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) Halbleiterchip, der für hohe Effizienz und gute Farbreinheit im grünen Spektrum bekannt ist. Das Gehäuse ist mit einer Zinnbeschichtung versehen, was die Lötbarkeit und Langzeitzuverlässigkeit verbessert. Es ist voll kompatibel mit automatischen Bestückungsanlagen und Infrarot (IR) Reflow-Lötprozessen, die in der Serienfertigung Standard sind. Die LED wird auf 7-Zoll-Spulen in einer 8 mm breiten, industrieüblichen Embossed-Tape-Verpackung geliefert, was eine effiziente Handhabung und Montage ermöglicht.

Die Zielanwendungen sind vielfältig und konzentrieren sich auf Bereiche, in denen kompakte Größe, Zuverlässigkeit und klare visuelle Anzeige entscheidend sind. Dazu gehören Telekommunikationsgeräte (z. B. Mobiltelefone), Büroautomatisierungsgeräte (z. B. Notebooks), Netzwerksysteme, verschiedene Haushaltsgeräte sowie Innenraumbeleuchtung für Schilder oder Symbole. Spezifische Anwendungen in diesen Geräten umfassen die Hintergrundbeleuchtung von Tastaturen, Statusanzeigen, Mikrodisplays und allgemeine Signalleuchten.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Ein gründliches Verständnis der elektrischen, optischen und thermischen Spezifikationen ist für einen zuverlässigen Schaltungsentwurf und Betrieb unerlässlich.

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Grenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Sie gelten bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C. Der maximale Dauerstrom (IF) beträgt 25 mA. Unter gepulsten Bedingungen mit einem Tastverhältnis von 1/10 und einer Pulsbreite von 0,1 ms kann das Bauteil einen Spitzenstrom von 60 mA verkraften. Die maximal zulässige Sperrspannung (VR) beträgt 5 V. Die gesamte Verlustleistung sollte 62,5 mW nicht überschreiten. Der Betriebstemperaturbereich reicht von -30°C bis +85°C, der Lagertemperaturbereich ist mit -40°C bis +85°C etwas breiter. Entscheidend ist, dass die LED eine Infrarot-Reflow-Lötung mit einer Spitzentemperatur von 260°C für maximal 10 Sekunden aushält, was gängigen bleifreien (Pb-free) Lötprofilen entspricht.

2.2 Elektrische und optische Kenngrößen

Dies sind die typischen Leistungsparameter, gemessen bei Ta=25°C unter Standardtestbedingungen. Die Lichtstärke (Iv), ein Maß für die wahrgenommene Helligkeit, liegt bei einem Standardteststrom von 20 mA zwischen einem Minimum von 18,0 Millicandela (mcd) und einem Maximum von 71,0 mcd. Der Betrachtungswinkel, definiert als 2θ1/2 (doppelter Halbwertswinkel), beträgt 130 Grad. Dieser große Betrachtungswinkel macht die LED für Anwendungen geeignet, bei denen die Sichtbarkeit aus schrägen Positionen wichtig ist.

Die spektralen Eigenschaften werden durch mehrere Wellenlängen definiert. Die Spitzenemissionswellenlänge (λP) beträgt typischerweise 574 nm. Die dominante Wellenlänge (λd), die die wahrgenommene Farbe definiert, hat einen spezifizierten Bereich von 567,5 nm bis 576,5 nm bei 20 mA. Die spektrale Halbwertsbreite (Δλ) beträgt typischerweise 15 nm und gibt die spektrale Reinheit des emittierten grünen Lichts an.

Elektrisch liegt die Durchlassspannung (VF) bei 20 mA zwischen einem Minimum von 1,9 V und einem Maximum von 2,4 V. Der Sperrstrom (IR) ist mit maximal 10 μA spezifiziert, wenn eine Sperrspannung von 5 V angelegt wird.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um die Konsistenz in der Serienfertigung sicherzustellen, werden LEDs anhand von Schlüsselparametern in Leistungsklassen (Bins) sortiert. Dies ermöglicht es Entwicklern, Bauteile auszuwählen, die den spezifischen Anforderungen ihrer Anwendung entsprechen.

3.1 Durchlassspannung (VF) Klasse

LEDs werden gemäß ihres Durchlassspannungsabfalls bei 20 mA klassifiziert. Die Bincodes, minimalen und maximalen Spannungen sind wie folgt: Code 4 (1,9V - 2,0V), Code 5 (2,0V - 2,1V), Code 6 (2,1V - 2,2V), Code 7 (2,2V - 2,3V) und Code 8 (2,3V - 2,4V). Die Toleranz innerhalb jedes Bins beträgt ±0,1 Volt. Die Auswahl von LEDs aus demselben VF-Bin hilft, eine gleichmäßige Helligkeit zu gewährleisten, wenn mehrere LEDs ohne individuelle strombegrenzende Widerstände parallel geschaltet sind.

3.2 Lichtstärke (IV) Klasse

Diese Klassifizierung kategorisiert LEDs basierend auf ihrer Lichtausbeute bei 20 mA. Die Bins sind: Code M (18,0 - 28,0 mcd), Code N (28,0 - 45,0 mcd) und Code P (45,0 - 71,0 mcd). Die Toleranz für jede Intensitätsklasse beträgt ±15%. Dies ermöglicht es Entwicklern, einen für die Anwendung geeigneten Helligkeitsgrad zu wählen, sei es für hohe Sichtbarkeit oder geringeren Stromverbrauch.

3.3 Farbton (Dominante Wellenlänge) Klasse

Um die Farbkonsistenz zu kontrollieren, werden LEDs nach ihrer dominanten Wellenlänge sortiert. Die Bins sind: Code C (567,5 - 570,5 nm), Code D (570,5 - 573,5 nm) und Code E (573,5 - 576,5 nm). Die Toleranz für jedes Bin beträgt ±1 nm. Die Verwendung von LEDs aus demselben Farbton-Bin ist in Anwendungen entscheidend, in denen die Farbabstimmung zwischen mehreren Anzeigen wichtig ist.

4. Analyse der Leistungskurven

Grafische Daten geben einen tieferen Einblick in das Verhalten des Bauteils unter verschiedenen Bedingungen, was für einen robusten Entwurf von entscheidender Bedeutung ist.

4.1 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kurve)

Die I-V-Kennlinie zeigt die Beziehung zwischen dem durch die LED fließenden Strom und der daran anliegenden Spannung. Für eine typische AlInGaP-LED wie diese zeigt die Kurve einen exponentiellen Anstieg. Die \"Kniespannung\", bei der der Strom signifikant zu steigen beginnt, liegt bei etwa 1,8-1,9V. Jenseits dieses Punktes führt eine kleine Spannungserhöhung zu einem großen Stromanstieg. Dies unterstreicht die Bedeutung der Verwendung eines Konstantstromtreibers oder eines strombegrenzenden Widerstands, um thermisches Durchgehen zu verhindern und einen stabilen Betrieb zu gewährleisten.

4.2 Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Diese Kurve zeigt, wie sich die Lichtausbeute mit dem Treiberstrom skaliert. Typischerweise steigt die Lichtstärke bis zu einem gewissen Punkt annähernd linear mit dem Strom an. Bei sehr hohen Strömen sinkt jedoch die Effizienz aufgrund erhöhter Wärmeentwicklung im Chip (Efficiency Droop). Ein Betrieb bei oder unterhalb des empfohlenen Wertes von 20mA gewährleistet optimale Effizienz und Langlebigkeit.

4.3 Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur

Die Lichtausbeute einer LED ist temperaturabhängig. Mit steigender Umgebungstemperatur (oder Sperrschichttemperatur) nimmt die Lichtstärke im Allgemeinen ab. Diese Entwertungskurve ist entscheidend für die Auslegung von Anwendungen, die über einen bestimmten Betriebstemperaturbereich eine bestimmte Helligkeit beibehalten müssen, insbesondere nahe der oberen Grenze von +85°C.

4.4 Spektrale Verteilung

Das Diagramm der spektralen Leistungsverteilung zeigt die relative Intensität des emittierten Lichts bei jeder Wellenlänge. Für eine grüne AlInGaP-LED ist diese Kurve typischerweise ein einzelner, relativ schmaler Peak, der um die dominante Wellenlänge zentriert ist. Die Halbwertsbreite (Δλ) von 15 nm weist auf eine mäßig reine grüne Farbe hin, die für klare, gesättigte Anzeigen wünschenswert ist.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die LED entspricht einem industrieüblichen SMD-Gehäuse. Zu den Hauptabmessungen gehören Gesamtlänge, -breite und -höhe. Die Linse ist wasserklar. Alle Abmessungen sind in Millimetern mit einer Standardtoleranz von ±0,1 mm angegeben, sofern nicht anders vermerkt. Präzise Abmessungsdaten sind für die Erstellung genauer PCB-Footprints und die Gewährleistung einer korrekten Platzierung und Lötung unerlässlich.

5.2 Empfohlenes PCB-Land Pattern und Polarität

Ein empfohlenes Lötpad-Layout (Land Pattern) wird bereitgestellt, um eine zuverlässige Lötstellenbildung und korrekte Ausrichtung während des Reflow-Lötens zu gewährleisten. Das Design berücksichtigt die Bildung von Lötfilets und thermische Entlastung. Die Kathode (negativer Anschluss) ist typischerweise durch eine Markierung auf dem Gehäuse gekennzeichnet, wie z. B. eine Kerbe, einen Punkt oder eine grüne Markierung. Die korrekte Polarisationsausrichtung während der Montage ist für die Funktion des Bauteils zwingend erforderlich.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Parameter für Infrarot-Reflow-Lötung

Für bleifreie (Pb-free) Lötprozesse wird ein spezifisches Temperaturprofil empfohlen. Dieses Profil umfasst typischerweise eine Aufwärmzone (z. B. 150-200°C), einen kontrollierten Anstieg, eine Spitzentemperaturzone und eine Abkühlzone. Der kritische Parameter ist, dass die Bauteiltemperatur 260°C für nicht mehr als 10 Sekunden überschreiten darf. Die Einhaltung dieses Profils ist notwendig, um Schäden an der Epoxidlinse der LED, den internen Bonddrähten oder dem Halbleiterchip selbst zu verhindern.

6.2 Handlötung

Falls Handlötung erforderlich ist, ist äußerste Vorsicht geboten. Die Lötspitzentemperatur sollte 300°C nicht überschreiten, und die Kontaktzeit mit dem LED-Anschluss sollte für einen einzelnen Lötvorgang auf maximal 3 Sekunden begrenzt werden. Übermäßige Hitzeeinwirkung kann die Komponente irreversibel beschädigen.

6.3 Reinigung

Die Reinigung nach dem Löten muss mit kompatiblen Lösungsmitteln durchgeführt werden. Es sollten nur alkoholbasierte Reiniger wie Ethylalkohol oder Isopropylalkohol (IPA) verwendet werden. Die LED sollte bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute eingetaucht werden. Aggressive oder nicht spezifizierte chemische Reiniger können das Kunststoffgehäuse angreifen, was zu Verfärbungen, Rissen oder reduzierter Lichtausbeute führt.

6.4 Lagerung und Handhabung

Eine ordnungsgemäße Lagerung ist entscheidend für die Aufrechterhaltung der Lötbarkeit. Ungeöffnete, feuchtigkeitsdichte Beutel mit Trockenmittel haben eine begrenzte Lagerfähigkeit. Sobald die Originalverpackung geöffnet ist, sind die LEDs empfindlich gegenüber Umgebungsfeuchtigkeit (Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe, MSL 3). Sie sollten innerhalb einer Woche verwendet oder in einer trockenen Umgebung (z. B. einem verschlossenen Behälter mit Trockenmittel oder einem Stickstoffschrank) gelagert werden. Wenn sie länger als eine Woche der Umgebungsfeuchtigkeit ausgesetzt waren, ist vor dem Löten ein Trocknungsprozess (z. B. 60°C für mindestens 20 Stunden) erforderlich, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und \"Popcorning\" während des Reflow-Lötens zu verhindern.

6.5 Vorsichtsmaßnahmen gegen elektrostatische Entladung (ESD)

LEDs sind empfindlich gegenüber elektrostatischer Entladung. Handhabungsverfahren müssen eine ordnungsgemäße Erdung einschließen. Bediener sollten Erdungsarmbänder oder antistatische Handschuhe verwenden. Alle Arbeitsplätze, Geräte und Maschinen müssen korrekt geerdet sein, um ESD-Ereignisse zu verhindern, die den Halbleiterübergang beeinträchtigen oder zerstören können.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Tape-and-Reel-Spezifikationen

Das Produkt wird für die automatisierte Montage geliefert. Es ist in 8 mm breiter, geprägter Trägerbandverpackung verpackt. Das Band ist auf standardmäßige 7-Zoll (178 mm) Spulen aufgewickelt. Jede Spule enthält 3000 Stück der LED. Für Mengen unter einer vollen Spule ist eine Mindestpackungsmenge von 500 Stück erhältlich. Die Verpackung entspricht den ANSI/EIA-481-Standards und gewährleistet die Kompatibilität mit Standard-Tape-Feedern auf Bestückungsautomaten.

8. Anwendungshinweise und Designüberlegungen

8.1 Strombegrenzung

Eine LED ist ein stromgesteuertes Bauteil. Ein Vorwiderstand ist die einfachste Methode zur Strombegrenzung bei Betrieb an einer Spannungsquelle. Der Widerstandswert kann mit dem Ohmschen Gesetz berechnet werden: R = (V_Quelle - VF_LED) / I_gewünscht. Beispiel: Bei einer 5V-Versorgung, einer VF von 2,1V und einem gewünschten Strom von 20mA beträgt der Widerstandswert (5 - 2,1) / 0,02 = 145 Ohm. Ein Standard-150-Ohm-Widerstand wäre geeignet. Die Leistungsaufnahme des Widerstands muss ebenfalls berücksichtigt werden: P = I^2 * R = (0,02)^2 * 150 = 0,06W, daher ist ein 1/8W (0,125W) oder größerer Widerstand ausreichend.

8.2 Thermomanagement

Obwohl klein, erzeugt eine LED Wärme am Halbleiterübergang. Eine übermäßige Sperrschichttemperatur verringert die Lichtausbeute, verschiebt die Wellenlänge und verkürzt die Lebensdauer. Für Designs, die bei hohen Umgebungstemperaturen oder nahe dem Maximalstrom betrieben werden, ist das PCB-Layout zu berücksichtigen. Die Verwendung einer Leiterplatte mit einer Massefläche oder Wärmeleitungen unter dem thermischen Pad der LED (falls vorhanden) kann bei der Wärmeableitung helfen. Vermeiden Sie es, LEDs in der Nähe anderer wärmeerzeugender Komponenten zu platzieren.

8.3 Anwendungsbereich und Zuverlässigkeit

Diese LED ist für den Einsatz in Standard-Geschäfts- und Industrie-Elektronikgeräten ausgelegt. Für Anwendungen, die außergewöhnliche Zuverlässigkeit erfordern, bei denen ein Ausfall die Sicherheit oder Gesundheit gefährden könnte (z. B. Luftfahrt, medizinische Lebenserhaltungssysteme, kritische Transportsysteme), sind zusätzliche Qualifikationen und spezifische Beratung erforderlich. Das Standardbauteil ist für solche Hochzuverlässigkeitsanwendungen ohne weitere Bewertung möglicherweise nicht geeignet.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die LTST-S110KGKT bietet auf AlInGaP-Technologie basierend deutliche Vorteile im Vergleich zu anderen grünen LED-Technologien wie traditionellem GaP (Galliumphosphid) oder InGaN (Indiumgalliumnitrid) für bestimmte Wellenlängen. AlInGaP-LEDs bieten im Allgemeinen eine höhere Effizienz und bessere Temperaturstabilität im Bereich von Bernstein bis Rot, und für bestimmte grüne Wellenlängen können sie im Vergleich zur älteren GaP-Technologie eine überlegene Leistung in Bezug auf Helligkeit und Farbstabilität bieten. Ihr Betrachtungswinkel von 130 Grad ist breiter als bei einigen Side-View- oder Top-View-Gehäusen, die für gerichteteres Licht ausgelegt sind, was sie zu einer vielseitigen Wahl für Statusanzeigen macht, bei denen Weitwinkelsichtbarkeit vorteilhaft ist. Die Kombination aus klarer Linse und einem hellen AlInGaP-Chip ergibt eine lebendige, gesättigte grüne Farbe, die leicht zu unterscheiden ist.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

10.1 Was ist der Unterschied zwischen Spitzenwellenlänge und dominanter Wellenlänge?

Die Spitzenwellenlänge (λP) ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsverteilungskurve ihre maximale Intensität erreicht. Die dominante Wellenlänge (λd) wird aus dem CIE-Farbdiagramm abgeleitet und stellt die einzelne Wellenlänge eines reinen monochromatischen Lichts dar, das der wahrgenommenen Farbe der LED entsprechen würde. Für LEDs mit einem schmalen Spektrum liegen diese Werte oft nahe beieinander, aber λd ist der relevantere Parameter für die Farbspezifikation.

10.2 Kann ich diese LED direkt an eine Spannungsquelle anschließen?

Nein. Die Durchlassspannung einer LED hat einen negativen Temperaturkoeffizienten und variiert von Bauteil zu Bauteil. Ein direkter Anschluss an eine Spannungsquelle führt zu einem unkontrollierten Stromfluss, der wahrscheinlich den Maximalwert überschreitet und das Bauteil zerstört. Verwenden Sie immer einen Strombegrenzungsmechanismus, wie einen Vorwiderstand oder einen Konstantstromtreiber.

10.3 Warum gibt es ein Binning-System für Lichtstärke und Wellenlänge?

Fertigungsvariationen führen zu leichten Leistungsunterschieden zwischen einzelnen LEDs. Das Binning sortiert sie in Gruppen mit eng übereinstimmenden Eigenschaften. Dies ermöglicht es Entwicklern, Bauteile mit garantierten Mindest-/Höchstleistungen (z. B. Helligkeit, Farbe) für ihre Anwendung zu erwerben und so die Konsistenz im Endprodukt sicherzustellen, insbesondere bei der Verwendung mehrerer LEDs.

10.4 Was passiert, wenn ich die 10-Sekunden-Grenze bei 260°C während des Reflow-Lötens überschreite?

Das Überschreiten des Zeit-Temperatur-Profils kann mehrere Ausfälle verursachen: thermische Spannungsrisse in der Epoxidlinse, Abbau des internen Silikon-Vergussmaterials (führt zu Verdunkelung), Ausfall der Bonddrähte oder Beschädigung des Halbleiterchips selbst. Dies führt zu reduzierter Lichtausbeute, Farbverschiebung oder komplettem Bauteilausfall.

11. Praktische Design- und Anwendungsbeispiele

11.1 Statusanzeige für ein Konsumergerät

In einem tragbaren Bluetooth-Lautsprecher kann eine einzelne LTST-S110KGKT als Strom-/Ladezustandsanzeige verwendet werden. Angesteuert mit 10-15 mA über einen Vorwiderstand von der Haupt-3,3V- oder 5V-Schiene liefert sie ein klares, hellgrünes Licht. Der große Betrachtungswinkel von 130 Grad stellt sicher, dass der Status aus fast jedem Winkel sichtbar ist. Das Design muss den korrekten PCB-Footprint enthalten und sicherstellen, dass die LED nicht hinter einer stark getönten oder diffundierenden Linse platziert wird, die einen höheren Treiberstrom erfordern würde.

11.2 Hintergrundbeleuchtung für Membrantastatur

Für die Tastatur eines medizinischen Geräts können mehrere LEDs aus derselben Intensitätsklasse (z. B. Code N) am Umfang angeordnet werden, um eine gleichmäßige Hintergrundbeleuchtung zu bieten. Sie würden in Serien-Parallel-Kombinationen mit geeigneten strombegrenzenden Widerständen geschaltet, um eine gleichmäßige Helligkeit zu gewährleisten. Das Thermomanagement muss berücksichtigt werden, wenn viele LEDs gleichzeitig auf engem Raum betrieben werden.

12. Technologieeinführung

Die LTST-S110KGKT nutzt ein AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) Halbleitermaterial, das auf einem Substrat gewachsen wird. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich des Chips und setzen Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Zusammensetzung der AlInGaP-Legierung bestimmt die Bandlückenenergie und damit die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts, in diesem Fall grün. Der Chip ist in einem Leadframe-Gehäuse montiert, drahtgebondet und mit einer klaren Epoxidlinse vergossen, die den Chip schützt und den Lichtausgangsstrahl formt. Die Zinnbeschichtung auf den externen Anschlüssen gewährleistet eine gute Lötbarkeit und Oxidationsbeständigkeit.

13. Technologietrends

Der allgemeine Trend bei SMD-Indikator-LEDs geht weiterhin in Richtung höherer Effizienz (mehr Lichtausbeute pro elektrischer Leistungseinheit), verbesserter Farbkonsistenz und -sättigung sowie kleinerer Gehäusegrößen für dichtere PCB-Designs. Ein weiterer Fokus liegt auf der Verbesserung der Zuverlässigkeit unter rauen Bedingungen, wie höheren Temperaturen und Luftfeuchtigkeit. Der Trend zur Miniaturisierung hält an, wobei Chip-Scale-Package (CSP) LEDs für die platzbeschränktesten Anwendungen immer verbreiteter werden. Darüber hinaus ist die Integration von Steuerelektronik direkt mit dem LED-Chip (z. B. für Konstantstromtreiber oder Farbmischung) ein Bereich der laufenden Entwicklung.