SMD LED Grün mit Kuppellinse LTST-C930TGKT Datenblatt - 2.8x3.2V - 76mW - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTST-C930TGKT ist eine hochhelle, oberflächenmontierbare (SMD) Leuchtdiode (LED), die einen Indium-Gallium-Nitrid (InGaN)-Halbleiter zur Erzeugung von grünem Licht nutzt. Sie verfügt über eine charakteristische kuppelförmige Linse, die im Vergleich zu Flachlinsen-Alternativen die Lichtausbeute und die Abstrahlcharakteristik verbessert. Diese Komponente ist für die Kompatibilität mit automatischen Bestückungssystemen und Standard-Reflow-Lötprozessen ausgelegt und eignet sich somit für Hochvolumen-Fertigungsumgebungen. Ihre Hauptanwendungen umfassen Statusanzeigen, Hintergrundbeleuchtung für kleine Displays, Panelbeleuchtung und verschiedene Konsumelektronik, bei denen zuverlässige, gleichmäßige grüne Beleuchtung erforderlich ist.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die Hauptvorteile dieser LED ergeben sich aus ihrem Material und Gehäusedesign. Die InGaN-Chip-Technologie ermöglicht eine effiziente grüne Lichtemission, die im Vergleich zu roten oder blauen LEDs oft schwieriger mit hoher Helligkeit zu realisieren ist. Die Kuppellinse fungiert als Primäroptik, erhöht effektiv die Lichteinkopplung aus dem Halbleiterchip und bietet einen breiteren, gleichmäßigeren Abstrahlwinkel. Das Bauteil ist auf 8-mm-Tape für 7-Zoll-Spulen verpackt, entspricht EIA-Standards und gewährleistet so eine nahtlose Integration in automatisierte Fertigungslinien. Der Zielmarkt umfasst eine breite Palette von Elektronikgeräteherstellern, insbesondere in den Bereichen Büroautomatisierung, Kommunikationsgeräte und Haushaltsgeräte, wo die LED als zuverlässige visuelle Anzeigekomponente dient.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Dieser Abschnitt bietet einen detaillierten Überblick über die für die LTST-C930TGKT spezifizierten elektrischen, optischen und thermischen Parameter und liefert Kontext für Entwicklungsingenieure.

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Sie sind nicht für den Normalbetrieb vorgesehen.

• Verlustleistung (Pd):76 mW. Dies ist die maximale Leistung, die das LED-Gehäuse bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C als Wärme abführen kann. Das Überschreiten dieses Limits riskiert eine Überhitzung des Halbleiterübergangs.
• DC-Vorwärtsstrom (IF):20 mA. Der empfohlene Dauerbetriebsstrom für zuverlässige Langzeitleistung.
• Spitzen-Vorwärtsstrom:100 mA. Dieser ist nur unter gepulsten Bedingungen zulässig (1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Pulsbreite) und sollte nicht für DC-Betrieb verwendet werden.
• Derating-Faktor:0,25 mA/°C über 50°C. Dieser kritische Parameter zeigt an, dass der maximal zulässige DC-Vorwärtsstrom linear um 0,25 mA für jedes Grad Celsius reduziert werden muss, um das die Umgebungstemperatur über 50°C steigt. Beispiel: Bei 70°C wäre der maximale DC-Strom 20 mA - (0,25 mA/°C * 20°C) = 15 mA.
• Sperrspannung (VR):5 V. Das Anlegen einer höheren Sperrspannung kann zum Durchbruch und Ausfall des LED-Übergangs führen.
• Betriebs- & Lagertemperatur:-20°C bis +80°C bzw. -30°C bis +100°C. Diese definieren die Umgebungsgrenzen für Betrieb und Lagerung im ausgeschalteten Zustand.
• Lötbedingungen:Spezifische Profile werden für Wellenlöten (260°C für 5s), Infrarot-Reflow (260°C für 5s) und Dampfphasenlöten (215°C für 3 Minuten) bereitgestellt. Die Einhaltung dieser Zeit-Temperatur-Grenzen ist entscheidend, um Gehäuserisse oder Lötstellenprobleme zu verhindern.

2.2 Elektrische & Optische Kenngrößen

Dies sind die typischen Leistungsparameter, gemessen bei Ta=25°C und IF=20mA, sofern nicht anders angegeben.

• Lichtstärke (Iv):Reicht von 710,0 mcd (Minimum) bis 2000,0 mcd (typisch). Dies ist die wahrgenommene Helligkeit der Lichtquelle, gemessen durch einen Sensor, der auf die photopische Reaktion des menschlichen Auges (CIE-Kurve) gefiltert ist. Die tatsächliche Intensität einer spezifischen Einheit hängt von ihrem Binning-Code ab.
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):25 Grad (typisch). Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte des auf der Achse (0°) gemessenen Wertes abfällt. Ein Winkel von 25 Grad deutet auf ein relativ fokussiertes Strahlprofil hin, charakteristisch für eine Kuppellinse, die für höhere axiale Lichtstärke ausgelegt ist.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λP):530 nm (typisch). Dies ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsabgabe maximal ist. Es ist eine physikalische Eigenschaft des InGaN-Materials.
• Dominante Wellenlänge (λd):525 nm (typisch bei IF=20mA). Diese wird aus dem CIE-Farbdiagramm abgeleitet und repräsentiert die einzelne Wellenlänge, die die wahrgenommene Lichtfarbe am besten beschreibt. Es ist der Schlüsselparameter für die Farbangabe.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):35 nm (typisch). Dies misst die Bandbreite des emittierten Spektrums bei halber Maximalleistung. Ein Wert von 35 nm ist für grüne InGaN-LEDs üblich und deutet auf eine mäßig reine grüne Farbe hin.
• Vorwärtsspannung (VF):2,80V (Min), 3,20V (Typ), 3,60V (Max) bei 20mA. Dies ist der Spannungsabfall über der LED im Betrieb. Ihre Variation wird durch das Spannungs-Binning-System gesteuert.
• Sperrstrom (IR):10 μA (Max) bei VR=5V. Ein kleiner Leckstrom unter Sperrspannung.
• Kapazität (C):40 pF (Typ) bei VF=0V, f=1MHz. Diese Sperrschichtkapazität kann in Hochfrequenz-Schaltanwendungen relevant sein.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um Konsistenz in der Massenproduktion sicherzustellen, werden LEDs nach Leistungsklassen sortiert. Die LTST-C930TGKT verwendet ein dreidimensionales Binning-System.

3.1 Vorwärtsspannungs-Binning

Einheiten werden basierend auf ihrer Vorwärtsspannung (VF) bei 20mA sortiert. Die Binning-Codes (D7, D8, D9, D10) entsprechen spezifischen Spannungsbereichen mit einer Toleranz von ±0,1V pro Bin. Beispiel: Eine D8-Bin-LED hat eine VF zwischen 3,00V und 3,20V. Dies ermöglicht es Entwicklern, LEDs mit angepassten Spannungsabfällen für Schaltungen auszuwählen, bei denen die Stromregelung kritisch ist, insbesondere wenn mehrere LEDs parallel geschaltet sind.

3.2 Lichtstärke-Binning

Dies ist wohl das kritischste Binning für Helligkeitskonsistenz. Die Bins (V, W, X, Y) definieren minimale und maximale Lichtstärkewerte, jeweils mit einer Toleranz von ±15%. Beispiel: Eine 'W'-Bin-LED hat eine Intensität zwischen 1120,0 mcd und 1800,0 mcd. Die Auswahl von LEDs aus demselben Lichtstärke-Bin ist für Anwendungen, die gleichmäßige Helligkeit über mehrere Anzeigen hinweg erfordern, unerlässlich.

3.3 Dominante Wellenlängen-Binning

Dieses Binning stellt Farbkonsistenz sicher. Die Bins (AP, AQ, AR) definieren Bereiche für die dominante Wellenlänge (λd) mit einer engen Toleranz von ±1 nm. Beispiel: Eine 'AQ'-Bin-LED hat eine λd zwischen 525,0 nm und 530,0 nm. Die Verwendung von LEDs aus demselben Wellenlängen-Bin garantiert einen konsistenten Grünton über ein Produkt hinweg.

4. Analyse der Leistungskurven

Während spezifische Diagramme im Datenblatt referenziert werden (Abb.1, Abb.6), sind ihre Implikationen Standard. DieRelative Lichtstärke vs. Vorwärtsstrom-Kurve würde bei niedrigeren Strömen eine nahezu lineare Beziehung zeigen, die bei höheren Strömen aufgrund von Effizienzabfall und Erwärmung tendenziell sublinear wird. DieVorwärtsspannung vs. Vorwärtsstrom-Kurve zeigt ein exponentielles Einschaltverhalten, das sich im Arbeitsbereich stabilisiert. DieRelative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur-Kurve ist entscheidend; sie zeigt typischerweise einen negativen Temperaturkoeffizienten, was bedeutet, dass die Lichtausbeute mit steigender Sperrschichttemperatur abnimmt. Dies unterstreicht die Bedeutung des thermischen Managements und des Strom-Deratings. DieSpektrale Verteilung-Kurve (referenziert durch λP und Δλ) würde eine gaußähnliche Form zeigen, die um 530nm zentriert ist.

5. Mechanische & Verpackungsinformationen

Das Bauteil entspricht einem Standard-SMD-LED-Fußabdruck. Das Datenblatt enthält detaillierte Gehäuseabmessungszeichnungen (alle in mm) mit einer allgemeinen Toleranz von ±0,10mm. Wichtige mechanische Merkmale sind die Geometrie der Kuppellinse und die Kathodenkennzeichnung. Das vorgeschlagene Lötpad-Layout wird bereitgestellt, um einen zuverlässigen Lötfillet und eine korrekte Ausrichtung während des Reflow-Lötens zu gewährleisten. Die Polarität ist auf dem Bauteil klar markiert, typischerweise durch eine Kerbe oder einen grünen Punkt auf der Kathodenseite, die während der Montage beachtet werden muss, um eine Verpolung zu verhindern.

6. Löt- & Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofile

Das Datenblatt bietet zwei vorgeschlagene Infrarot (IR)-Reflow-Profile: eines für Standard-SnPb-Lötprozesse und eines für bleifreie (z.B. SnAgCu) Prozesse. Beide Profile betonen eine kontrollierte Aufheizrate, eine ausreichende Vorwärm-/Einweichzone zur Aktivierung des Flussmittels und zum Temperaturausgleich der Leiterplatte, eine definierte Zeit über Liquidus (TAL), eine Spitzentemperatur von maximal 260°C und eine kontrollierte Abkühlrate. Die Einhaltung dieser Profile verhindert thermischen Schock für das Epoxidgehäuse und den Halbleiterchip.

6.2 Lagerung und Handhabung

LEDs sind feuchtigkeitsempfindliche Bauteile. Wenn sie aus ihrer original feuchtigkeitssperrenden Verpackung entnommen werden, sollten sie innerhalb einer Woche reflow-gelötet werden. Für eine längere Lagerung außerhalb des Originalbeutels müssen sie in einer trockenen Umgebung gelagert werden (z.B. in einem verschlossenen Behälter mit Trockenmittel oder einem Stickstoff-Exsikkator). Wenn sie länger als eine Woche der Umgebungsfeuchtigkeit ausgesetzt waren, wird vor dem Löten ein Ausheizen bei etwa 60°C für 24 Stunden empfohlen, um aufgenommene Feuchtigkeit auszutreiben und "Popcorning" während des Reflow-Lötens zu verhindern.

6.3 Reinigung

Es sollten nur spezifizierte Reinigungsmittel verwendet werden. Isopropylalkohol (IPA) oder Ethylalkohol werden empfohlen. Die LED sollte bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute eingetaucht werden. Aggressive oder nicht spezifizierte Chemikalien können das Epoxid-Linsenmaterial beschädigen und Trübung oder Rissbildung verursachen.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

Die Standardverpackung ist 1500 Stück pro 7-Zoll-Spule, mit Bauteilen auf 8 mm breitem, geprägtem Trägerband. Das Band hat ein Deckband, um leere Taschen zu verschließen. Die Mindestbestellmenge für Restspulen beträgt 500 Stück. Die Verpackung entspricht den ANSI/EIA-481-1-A-Standards. Die Artikelnummer LTST-C930TGKT selbst folgt einem wahrscheinlich internen Codierungsschema, wobei 'LTST' die Produktfamilie, 'C930' die spezifische Serie/das Gehäuse, 'TG' die Farbe (Grün) und den Linsentyp angibt und 'KT' möglicherweise das Binning oder eine andere Variante bezeichnet.

8. Anwendungsdesign-Empfehlungen

8.1 Treiberschaltungs-Design

Kritische Überlegung:LEDs sind stromgesteuerte, nicht spannungsgesteuerte Bauteile. Die zuverlässigste Methode zum Betrieb einer LED ist eine Konstantstromquelle. In einer einfachen spannungsgesteuerten Schaltung ist einunbedingt erforderlicherVorwiderstand in Reihe zu schalten. Das Datenblatt empfiehlt dringend, für jede LED einen separaten Widerstand zu verwenden, wenn mehrere Einheiten parallel geschaltet sind (Schaltungsmodell A). Die Verwendung eines einzelnen Widerstands für mehrere parallel geschaltete LEDs (Schaltungsmodell B) wird nicht empfohlen, da kleine Unterschiede in der Vorwärtsspannung (VF) zwischen einzelnen LEDs zu erheblichen Ungleichgewichten in der Stromaufteilung führen, was zu ungleichmäßiger Helligkeit und potenzieller Überlastung der LED mit der niedrigsten VF führt.

8.2 Elektrostatische Entladung (ESD)-Schutz

Die LED ist anfällig für Schäden durch elektrostatische Entladung. In der Handhabungs- und Montageumgebung müssen geeignete ESD-Schutzmaßnahmen implementiert werden: Verwenden Sie geerdete Handgelenkbänder und Arbeitsflächen, setzen Sie Ionisatoren ein, um statische Aufladungen auf der Kunststofflinse zu neutralisieren, und stellen Sie sicher, dass alle Geräte ordnungsgemäß geerdet sind.

8.3 Thermomanagement

Obwohl die Verlustleistung gering ist (max. 76 mW), ist eine effektive Wärmeableitung über die Leiterplattenpads wichtig, um die LED-Leistung und -Lebensdauer zu erhalten. Die Derating-Kurve (0,25 mA/°C über 50°C) muss in Designs angewendet werden, in denen eine hohe Umgebungstemperatur um die LED herum erwartet wird. Eine ausreichende Kupferfläche um die Lötpads auf der Leiterplatte hilft bei der Wärmeableitung.

9. Technischer Vergleich & Differenzierung

Die primäre Differenzierung der LTST-C930TGKT liegt in der Kombination aus Kuppellinse und InGaN-Technologie für grünes Licht. Im Vergleich zu Flachlinsen-LEDs bietet die Kuppel eine höhere axiale Lichtstärke und einen besser kontrollierten Abstrahlwinkel. Im Vergleich zu älteren Technologien wie Galliumphosphid (GaP) für Grün bietet InGaN eine deutlich höhere Helligkeit und Effizienz. Ihre Kompatibilität mit bleifreien (Pb-free) Reflow-Prozessen macht sie für die moderne, RoHS-konforme Elektronikfertigung geeignet.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Kann ich diese LED direkt an eine 5V-Versorgung anschließen?

A: Nein. Sie müssen einen Vorwiderstand in Reihe schalten. Bei einer typischen VF von 3,2V bei 20mA ergibt sich nach dem Ohmschen Gesetz (R = (Versorgungsspannung - Vf) / If) ein Widerstandswert von (5V - 3,2V) / 0,02A = 90 Ohm. Ein Standard-91- oder 100-Ohm-Widerstand wäre geeignet, und seine Belastbarkeit sollte mindestens I^2 * R = (0,02^2)*90 = 0,036W betragen, daher ist ein 1/10W- oder 1/8W-Widerstand ausreichend.

F: Warum wird die Lichtstärke als Bereich (710-2000mcd) angegeben?

A: Dies ist die gesamte Spezifikationsspanne. Tatsächliche Produktionseinheiten werden in engere Bins (V, W, X, Y) sortiert. Für eine konsistente Helligkeit in Ihrem Design geben Sie beim Bestellen das erforderliche Lichtstärke-Bin an.

F: Was passiert, wenn ich den absoluten maximalen DC-Vorwärtsstrom von 20mA überschreite?

A: Ein kontinuierlicher Betrieb über 20mA erhöht die Sperrschichttemperatur über sichere Grenzen hinaus, beschleunigt den Lichtstromrückgang (die LED wird mit der Zeit dunkler) und kann zu katastrophalem Ausfall führen. Gestalten Sie die Treiberschaltung immer so, dass der Strom auf den Nennwert oder darunter begrenzt wird, insbesondere bei erhöhten Umgebungstemperaturen.

11. Design- und Anwendungsfallstudie

Szenario: Entwurf einer Statusanzeigetafel mit 10 gleichmäßig hellen grünen LEDs.

1. Schaltungsdesign:Verwenden Sie eine geregelte Spannungsquelle (z.B. 5V). Setzen Siezehn einzelne Vorwiderständeein, jeweils einen in Reihe mit jeder LED. Teilen Sie keinen Widerstand zwischen mehreren LEDs.

2. Bauteilauswahl:Bestellen Sie alle LEDs aus demselben Lichtstärke-Bin(z.B. alle 'W'-Bin) und demselben dominanten Wellenlängen-Bin(z.B. alle 'AQ'-Bin), um gleichmäßige Helligkeit und Farbe zu garantieren. Das Vorwärtsspannungs-Bin ist hier weniger kritisch, da jede LED ihren eigenen Widerstand hat.

3. Leiterplattenlayout:Befolgen Sie die vorgeschlagenen Lötpad-Abmessungen aus dem Datenblatt. Integrieren Sie eine kleine Wärmeentlastungsverbindung zu den Kathoden-/Anodenpads, wenn diese mit großen Kupferflächen verbunden sind, um das Löten zu erleichtern.

4. Montage:Befolgen Sie das empfohlene bleifreie IR-Reflow-Profil. Stellen Sie sicher, dass der Montagebereich über ESD-Schutzmaßnahmen verfügt.

5. Ergebnis:Eine zuverlässige, professionell aussehende Anzeigetafel mit konsistenter Farbe und Helligkeit über alle 10 LEDs hinweg.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Eine LED ist eine Halbleiter-p-n-Übergangsdiode. Wenn eine Vorwärtsspannung angelegt wird, werden Elektronen aus dem n-dotierten Bereich und Löcher aus dem p-dotierten Bereich in den Übergangsbereich injiziert. Wenn diese Ladungsträger rekombinieren, setzen sie Energie frei. In einer Standard-Siliziumdiode wird diese Energie hauptsächlich als Wärme freigesetzt. In einem Halbleiter mit direkter Bandlücke wie InGaN wird ein erheblicher Teil dieser Rekombinationsenergie als Photonen (Licht) freigesetzt. Die spezifische Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts wird durch die Bandlückenenergie des Halbleitermaterials bestimmt. Indium-Gallium-Nitrid (InGaN)-Legierungen ermöglichen es Ingenieuren, diese Bandlücke einzustellen, um Licht im blauen, grünen und ultravioletten Teil des Spektrums zu erzeugen. Die den Chip umgebende kuppelförmige Epoxidlinse dient zu seinem Schutz und zur Formung des Lichtaustritts, verbessert die Extraktionseffizienz und definiert den Abstrahlwinkel.

13. Technologietrends

Das Gebiet der LED-Technologie, insbesondere für grüne Emission, entwickelt sich ständig weiter. Wichtige Trends sind:

- Erhöhte Effizienz (Lumen pro Watt):Laufende Materialforschungen zielen darauf ab, den "Effizienzabfall" in InGaN-LEDs zu reduzieren, insbesondere für grüne Wellenlängen, die historisch weniger effizient als blau oder rot waren.

- Farbkonsistenz und Binning:Fortschritte in der epitaktischen Herstellung und Fertigungskontrolle führen zu engeren intrinsischen Parameterverteilungen, reduzieren die Streuung innerhalb der Bins und den Bedarf an umfangreicher Sortierung.

- Miniaturisierung:Das Streben nach kleinerer, dichterer Elektronik treibt die Entwicklung von LEDs in noch kleineren Gehäuseabmessungen bei gleichbleibender oder verbesserter Lichtausbeute voran.

- Zuverlässigkeit und Lebensdauer:Verbesserungen bei Gehäusematerialien, Die-Attach-Methoden und Leuchtstofftechnologien (für weiße LEDs) verlängern die Betriebslebensdauer und Leistung unter rauen Umgebungsbedingungen.