SMD LED LTST-C191TGKT-2A Datenblatt - Wasserklares Gehäuse - InGaN Grün - 0,55mm Höhe - 10mA DC - 38mW - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt detailliert die Spezifikationen einer miniaturisierten, oberflächenmontierbaren LED-Lampe, die für die automatisierte Leiterplattenbestückung und Anwendungen mit strengen Platzbeschränkungen konzipiert ist. Das Bauteil ist eine extrem flache, ultrahelle LED, die einen InGaN (Indiumgalliumnitrid)-Halbleiterchip zur Erzeugung von grünem Licht nutzt. Seine kompakte Bauform und Kompatibilität mit modernen Fertigungsprozessen machen es zu einer vielseitigen Komponente für eine breite Palette elektronischer Geräte.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die primären Vorteile dieser LED umfassen ihr außergewöhnlich flaches Profil von 0,55mm, das die Integration in ultradünne Geräte ermöglicht. Sie liefert eine hohe Lichtstärke von ihrem InGaN-Chip. Die Komponente ist vollständig konform mit der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe). Sie ist auf 8mm breitem Band verpackt, das auf 7-Zoll-Rollen aufgewickelt ist, entspricht EIA-Standards und ist somit voll kompatibel mit schnellen automatischen Bestückungsgeräten. Darüber hinaus ist sie für Infrarot (IR)-Reflow-Lötprozesse ausgelegt, die für Oberflächenmontage (SMT)-Fertigungslinien Standard sind.

Die Zielanwendungen sind breit gefächert und umfassen Telekommunikationsgeräte, Büroautomationsgeräte, Haushaltsgeräte und Industrieanlagen. Spezifische Anwendungsfälle sind Hintergrundbeleuchtung für Tastaturen und Keypads, Statusanzeigelampen, Mikrodisplays sowie verschiedene Signal- oder Symbolbeleuchtungsanwendungen.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Interpretation der im Datenblatt definierten elektrischen, optischen und thermischen Eigenschaften. Das Verständnis dieser Parameter ist entscheidend für einen zuverlässigen Schaltungsentwurf und die langfristige Leistungsfähigkeit.

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):38 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 birgt das Risiko von Überhitzung und beschleunigtem Leistungsabfall.
• DC-Durchlassstrom (IF):10 mA. Der maximal zulässige kontinuierliche Durchlassstrom.
• Spitzen-Durchlassstrom:40 mA. Dieser ist nur unter gepulsten Bedingungen mit einem Tastverhältnis von 1/10 und einer Pulsbreite von 0,1ms zulässig. Er ermöglicht kurze Momente höherer Helligkeit ohne thermische Schäden.
• Betriebstemperaturbereich:-20°C bis +80°C. Der Umgebungstemperaturbereich, in dem die LED spezifikationsgemäß korrekt arbeitet.
• Lagertemperaturbereich:-30°C bis +100°C. Der Temperaturbereich für die Lagerung des Bauteils im stromlosen Zustand.
• Infrarot-Lötbedingung:260°C für 10 Sekunden. Dies definiert das Spitzentemperatur- und Zeitprofil, das die LED während des Reflow-Lötens aushalten kann, was für bleifreie Bestückungsprozesse entscheidend ist.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften bei Ta=25°C

Dies sind die typischen Leistungsparameter, die unter Standardtestbedingungen gemessen werden. Entwickler sollten diese Werte für Schaltungsberechnungen verwenden.

• Lichtstärke (Iv):Reicht von 11,2 mcd (Minimum) bis 112,0 mcd (Maximum) bei einem Durchlassstrom (IF) von 2 mA. Die große Bandbreite wird durch ein Binning-System verwaltet (siehe Abschnitt 3). Dieser Parameter misst die vom menschlichen Auge wahrgenommene Helligkeit.
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):130 Grad. Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte des auf der Achse gemessenen Wertes abfällt. Ein 130-Grad-Winkel zeigt ein breites Abstrahlverhalten an, geeignet für Anwendungen, bei denen das Licht aus verschiedenen Blickwinkeln sichtbar sein muss.
• Spitzenemissionswellenlänge (λP):530 nm. Dies ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Ausgangsleistung der LED am stärksten ist.
• Dominante Wellenlänge (λd):525,0 nm bis 545,0 nm (bei IF=2mA). Dies ist die einzelne Wellenlänge, die vom menschlichen Auge wahrgenommen wird und die Farbe (Grün) definiert. Sie wird aus dem CIE-Farbdiagramm abgeleitet und unterscheidet sich von der Spitzenwellenlänge.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):35 nm. Dies gibt die spektrale Reinheit oder Bandbreite des emittierten Lichts an, gemessen als Breite bei halber Maximalintensität.
• Durchlassspannung (VF):2,30 V bis 3,30 V (bei IF=2 mA). Der Spannungsabfall über der LED, wenn Strom fließt. Dieser Bereich unterliegt ebenfalls dem Binning.
• Sperrstrom (IR):10 μA (Maximum) bei einer Sperrspannung (VR) von 5V. Das Bauteil ist nicht für den Sperrbetrieb ausgelegt; dieser Test dient nur der Qualitätsüberprüfung. Das Anlegen einer Sperrspannung in der Schaltung muss vermieden werden, typischerweise durch Sicherstellung der korrekten Polarität oder den Einsatz von Schutzkreisen.

2.3 Thermische Betrachtungen

Obwohl nicht explizit grafisch dargestellt, lässt sich das Wärmemanagement aus der Verlustleistungsangabe und dem Betriebstemperaturbereich ableiten. Die niedrige Pd-Bewertung von 38mW unterstreicht, dass es sich um ein Niedrigleistungsbauteil handelt. Dennoch wird bei hochdichten Layouts oder geschlossenen Gehäusen empfohlen, über die PCB-Pads für ausreichende Wärmeableitung zu sorgen, um die Sperrschichttemperatur innerhalb sicherer Grenzen zu halten und somit Lichtausbeute und Lebensdauer zu erhalten.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um eine konsistente Farbe und Helligkeit in der Produktion zu gewährleisten, werden LEDs basierend auf Schlüsselparametern in Bins sortiert. Dies ermöglicht es Entwicklern, einen bestimmten Leistungsgrad für ihre Anwendung auszuwählen.

3.1 Durchlassspannung (Vf) Binning

LEDs werden nach ihrem Durchlassspannungsabfall bei 2 mA kategorisiert. Die Bins reichen von D4 (2,30V - 2,50V) bis D8 (3,10V - 3,30V), mit einer Toleranz von ±0,1V pro Bin. Die Auswahl eines engen Vf-Bins kann helfen, eine gleichmäßige Helligkeit zu gewährleisten, wenn mehrere LEDs parallel von einer Konstantspannungsquelle angesteuert werden.

3.2 Lichtstärke (Iv) Binning

Dieses Binning kontrolliert die Helligkeitsausgabe. Die Bins reichen von L (11,2 - 18,0 mcd) bis Q (71,0 - 112,0 mcd), gemessen bei 2 mA, mit einer Toleranz von ±15% pro Bin. Anwendungen, die bestimmte Helligkeitsstufen erfordern, wie z.B. Anzeigen mit definierten Leuchtdichteklassen, geben ein Iv-Bin an.

3.3 Farbton (Dominante Wellenlänge) Binning

Dies gewährleistet Farbkonstanz. Die Bins für die dominante Wellenlänge dieser grünen LED sind: AQ (525,0 - 530,0 nm), AR (530,0 - 535,0 nm), AS (535,0 - 540,0 nm) und AT (540,0 - 545,0 nm), mit einer Toleranz von ±1nm. Für Anwendungen, bei denen eine präzise Farbabstimmung kritisch ist (z.B. Mehrfarbdisplays oder Verkehrssignale), ist die Angabe eines engen Farbton-Bins unerlässlich.

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt verweist auf typische Kennlinien. Obwohl die spezifischen Grafiken im bereitgestellten Text nicht reproduziert sind, sind ihre Standardinterpretationen für den Entwurf entscheidend.

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

Diese Kurve zeigt die nichtlineare Beziehung zwischen dem durch die LED fließenden Strom und der daran anliegenden Spannung. Sie ist exponentieller Natur. Der angegebene typische VF-Wert (z.B. ~2,8V bei 2mA) ist ein Punkt auf dieser Kurve. Entwickler nutzen diese Kurve, um den notwendigen Vorwiderstandswert für eine gegebene Versorgungsspannung zu bestimmen. Das Betreiben der LED mit einer Konstantstromquelle ist im Allgemeinen einem Betrieb mit Konstantspannung und Reihenwiderstand vorzuziehen, da es stabilere Helligkeit und bessere Toleranz gegenüber Vf-Schwankungen bietet.

4.2 Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Dieses Diagramm zeigt typischerweise, dass die Lichtstärke mit dem Durchlassstrom zunimmt, jedoch nicht linear. Bei höheren Strömen kann der Wirkungsgrad aufgrund erhöhter Wärmeentwicklung sinken. Der Nenn-DC-Strom von 10mA repräsentiert einen Punkt, an dem ein gutes Gleichgewicht zwischen Helligkeit und Zuverlässigkeit erreicht wird. Der Betrieb nahe dem absoluten Maximalstrom verringert die Lebensdauer.

4.3 Spektrale Verteilung

Das Spektralausgangsdiagramm würde Intensität über Wellenlänge zeigen, zentriert um das 530nm-Maximum mit der 35nm-Halbwertsbreite. Diese Information ist entscheidend für Anwendungen, die empfindlich auf bestimmte Wellenlängen reagieren, wie optische Sensoren oder Systeme mit Farbfiltern.

4.4 Temperaturabhängigkeit

Obwohl nicht explizit detailliert, ist die LED-Leistung temperaturabhängig. Typischerweise nimmt die Durchlassspannung mit steigender Temperatur ab (negativer Temperaturkoeffizient), während die Lichtausbeute ebenfalls abnimmt. Für Präzisionsanwendungen müssen diese Effekte berücksichtigt werden, insbesondere wenn die LED in einer sich ändernden thermischen Umgebung arbeitet.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen und Polarität

Die LED hat ein extrem flaches Profil mit einer Höhe von 0,55mm. Die Gehäuseabmessungen sind im Datenblatt mit einer Standardtoleranz von ±0,1mm angegeben. Die Linse ist wasserklar. Die Kathode ist typischerweise durch eine Markierung auf dem Gehäuse gekennzeichnet, wie z.B. eine Kerbe, einen grünen Punkt oder eine abgeschnittene Ecke. Die korrekte Polungserkennung ist während der Montage zwingend erforderlich, um Schäden durch Sperrspannung zu verhindern.

5.2 Empfohlene PCB-Pad-Gestaltung

Eine Lötflächenmuster-Empfehlung (Footprint) wird bereitgestellt, um zuverlässiges Löten und mechanische Stabilität zu gewährleisten. Die Einhaltung dieses Designs ist entscheidend für die Erzielung korrekter Lötfahnen, das Management der Wärmeableitung und die Vermeidung von "Tombstoning" (wobei ein Ende des Bauteils während des Reflow-Lötens angehoben wird). Das Pad-Design unterstützt auch die Ausrichtung des Bauteils während der automatischen Platzierung.

6. Löt-, Montage- und Handhabungsanleitung

6.1 Richtlinien für den Lötprozess

Die LED ist mit Infrarot-Reflow-Löten kompatibel. Ein empfohlenes Profil für bleifreie Prozesse wird bereitgestellt, mit folgenden Schlüsselparametern:

• Vorwärmen:150-200°C.
• Vorwärmzeit:Maximal 120 Sekunden, um die Platine und die Komponenten allmählich zu erwärmen.
• Spitzentemperatur:Maximal 260°C.
• Zeit oberhalb der Liquidus-Temperatur (am Peak):Maximal 10 Sekunden. Das Profil sollte JEDEC-Standards entsprechen, um die Zuverlässigkeit zu gewährleisten.

Handlöten mit einem Lötkolben ist möglich, muss aber kontrolliert werden: Temperatur ≤300°C und Zeit ≤3 Sekunden für einen einzelnen Vorgang. Übermäßige Hitze von einem Lötkolben kann die LED oder ihre Epoxidlinse leicht beschädigen.

6.2 Reinigung

Wenn eine Reinigung nach dem Löten erforderlich ist, sollten nur spezifizierte Lösungsmittel verwendet werden. Das Datenblatt empfiehlt das Eintauchen in Ethylalkohol oder Isopropylalkohol bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute. Nicht spezifizierte oder aggressive Chemikalien können das Gehäusematerial oder die optische Linse beschädigen.

6.3 Lagerung und Feuchtigkeitssensitivität

Die LEDs sind feuchtigkeitsempfindlich. Solange die versiegelte feuchtigkeitsdichte Verpackung (mit Trockenmittel) ungeöffnet ist, sollten sie bei ≤30°C und ≤90% relativer Luftfeuchtigkeit (RH) gelagert und innerhalb eines Jahres verwendet werden. Sobald die Originalverpackung geöffnet ist, sollte die Lagerumgebung 30°C / 60% RH nicht überschreiten. Komponenten, die aus ihrer Originalverpackung entnommen wurden, sollten innerhalb von 672 Stunden (28 Tage, MSL2a-Stufe) einem IR-Reflow unterzogen werden. Wenn sie länger außerhalb der Originalverpackung gelagert wurden, müssen sie vor dem Löten bei etwa 60°C für mindestens 20 Stunden getrocknet (gebaked) werden, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und "Popcorning" (Gehäuserisse durch Dampfdruck während des Reflow) zu verhindern.

6.4 Vorsichtsmaßnahmen gegen elektrostatische Entladung (ESD)

Diese LED ist anfällig für Schäden durch elektrostatische Entladung (ESD) und elektrische Überspannungen. Es wird empfohlen, das Bauteil mit einem geerdeten Handgelenkband oder antistatischen Handschuhen zu handhaben. Alle Handhabungsgeräte, Arbeitsplätze und Maschinen müssen ordnungsgemäß geerdet sein, um statische Aufladung zu verhindern.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Spezifikationen für Band und Rolle

Die LEDs werden in geprägter Trägerband mit einem Schutzdeckband geliefert, aufgewickelt auf Rollen mit 7 Zoll (178mm) Durchmesser. Die Standardmenge pro Rolle beträgt 5.000 Stück. Die Bandbreite beträgt 8mm. Die Verpackung entspricht den ANSI/EIA-481-Spezifikationen. Es gibt Richtlinien für Mindestpackmengen für Restposten und die maximale Anzahl aufeinanderfolgender fehlender Komponenten im Band.

8. Anwendungshinweise und Designüberlegungen

8.1 Typische Anwendungsschaltungen

Die gebräuchlichste Ansteuerungsmethode ist ein Reihen-Vorwiderstand. Der Widerstandswert (R) wird berechnet als: R = (V_Versorgung - VF_LED) / I_gewünscht. Beispiel: Bei einer 5V-Versorgung, einem typischen VF von 2,8V und einem gewünschten Strom von 5mA: R = (5 - 2,8) / 0,005 = 440 Ohm. Ein 470 Ohm Standardwiderstand wäre geeignet. Für eine bessere Helligkeitsstabilität über Temperatur- und Versorgungsspannungsschwankungen hinweg wird eine einfache Konstantstromquelle mit einem Transistor oder einem speziellen LED-Treiber-IC empfohlen, insbesondere für mehrere LEDs oder kritische Helligkeitsanwendungen.

8.2 Designüberlegungen

• Stromansteuerung:Immer mit einem geregelten Strom, nicht direkt mit einer festen Spannung ansteuern. Die absoluten Maximalwerte als Grenzen, nicht als Ziele verwenden.
• Thermisches Management:Sicherstellen, dass das PCB-Layout ausreichend Kupferfläche für die LED-Pads als Kühlkörper bietet, insbesondere bei Betrieb nahe dem Maximalstrom.
• Optisches Design:Der breite 130-Grad-Abstrahlwinkel bietet gute Sichtbarkeit außerhalb der Achse. Für fokussiertes Licht können externe Linsen oder Lichtleiter erforderlich sein.
• Sperrspannungsschutz:Wenn die Möglichkeit besteht, dass Sperrspannung angelegt wird (z.B. in Wechselstromkreisen oder mit induktiven Lasten), ist eine Schutzdiode parallel zur LED (Kathode zu Anode) notwendig.

8.3 Anwendungsbeschränkungen

Das Datenblatt enthält den Hinweis, dass diese LEDs für gewöhnliche elektronische Geräte bestimmt sind. Für Anwendungen, die außergewöhnliche Zuverlässigkeit erfordern, bei denen ein Ausfall Leben oder Gesundheit gefährden könnte (Luftfahrt, Medizingeräte, kritische Sicherheitssysteme), ist eine Konsultation mit dem Hersteller vor der Integration erforderlich. Dies ist ein Standardhinweis für kommerzielle Bauteile.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu älteren Technologien wie AlGaInP (Aluminiumgalliumindiumphosphid)-basierten grünen LEDs bietet diese InGaN-basierte grüne LED typischerweise einen höheren Lichtwirkungsgrad und bessere Leistungsstabilität. Die 0,55mm Höhe ist ein wichtiges Unterscheidungsmerkmal auf dem Markt und ermöglicht Designs, die dünner sind als solche mit Standard-LEDs von 0,6mm oder 0,8mm Höhe. Ihre Kompatibilität mit Standard-IR-Reflow und Band-und-Rolle-Verpackung macht sie mit kosteneffizienter SMT-Bestückung kompatibel, im Gegensatz zu einigen Nischen-LEDs, die möglicherweise eine Sonderbehandlung erfordern.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQs)

10.1 Was ist der Unterschied zwischen Spitzenwellenlänge und dominanter Wellenlänge?

Die Spitzenwellenlänge (λP) ist die physikalische Wellenlänge, bei der die LED die meiste optische Leistung emittiert. Die dominante Wellenlänge (λd) ist ein berechneter Wert basierend auf der menschlichen Farbwahrnehmung (CIE-Diagramm), der die von uns gesehene Farbe am besten repräsentiert. Für eine monochromatische grüne LED liegen sie oft nahe beieinander, sind aber nicht identisch.

10.2 Kann ich diese LED mit 20mA für höhere Helligkeit betreiben?

Nein. Der absolute Maximalwert für den DC-Durchlassstrom beträgt 10 mA. Der Betrieb mit 20mA würde diesen Wert überschreiten, was zu übermäßiger Hitze, schnellem Helligkeitsabfall und potenziellem katastrophalem Ausfall führen würde. Für höhere Helligkeit wählen Sie eine LED aus den höheren Iv-Bins (z.B. Q-Bin) oder ein Produkt, das für einen höheren Strom ausgelegt ist.

10.3 Warum ist Binning wichtig?

Fertigungsvariationen verursachen Unterschiede in Vf, Iv und Farbe zwischen einzelnen LEDs. Das Binning sortiert sie in Gruppen mit eng kontrollierten Parametern. Für ein Produkt, das mehrere LEDs verwendet (wie eine Hintergrundbeleuchtungsmatrix), stellt die Verwendung von LEDs aus demselben Bin eine gleichmäßige Helligkeit und Farbe sicher, was für die ästhetische und funktionale Qualität entscheidend ist.

10.4 Wie ist die "Infrarot-Lötbedingung" zu interpretieren?

Dies bedeutet, dass die LED ein Reflow-Lötprofil überstehen kann, bei dem die Bauteiltemperatur einen Spitzenwert von 260°C für bis zu 10 Sekunden erreicht. Dies ist eine Standardanforderung für bleifreie Lotpasten, die höhere Schmelzpunkte als herkömmliches Zinn-Blei-Lot haben.

11. Praktische Design- und Anwendungsbeispiele

11.1 Hintergrundbeleuchtung für Mobilgeräte-Tastaturen

In einer Mobiltelefontastatur sind oft mehrere LEDs unter einer Lichtleitplatte platziert. Die Verwendung von LEDs aus demselben Iv- und Farbton-Bin (z.B. N-Bin für Intensität, AR-Bin für Farbe) stellt sicher, dass jede Taste gleichmäßig mit demselben Farbton beleuchtet wird. Die 0,55mm Höhe ist hier entscheidend, um in das ultradünne Gehäuse zu passen. Sie würden parallel mit individuellen Reihenwiderständen oder von einem speziellen Hintergrundbeleuchtungstreiber-IC, der Konstantstrom liefert, angesteuert werden.

11.2 Statusanzeige an einem Netzwerkrouter

Eine einzelne LED kann verwendet werden, um den Netzbetrieb, Netzwerkaktivität oder Fehlerstatus anzuzeigen. Der breite 130-Grad-Abstrahlwinkel ermöglicht es, den Status aus fast jeder Richtung in einem Raum zu sehen. Eine einfache Schaltung mit einem Mikrocontroller-GPIO-Pin, einem Reihenwiderstand (z.B. 330 Ohm für 5mA aus einer 3,3V-Versorgung) und der LED ist ausreichend. Die Software kann Blinkmuster steuern.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Diese LED ist ein Halbleiter-Photonikbauteil. Sie basiert auf einer InGaN-Heterostruktur. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, werden Elektronen und Löcher in den aktiven Bereich des Halbleiterchips injiziert. Sie rekombinieren und setzen Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Zusammensetzung der InGaN-Legierung bestimmt die Bandlückenenergie, die direkt die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts definiert – in diesem Fall grün. Die wasserklare Epoxidlinse verkapselt den Chip, bietet mechanischen Schutz und formt das Lichtaustrittsmuster.

13. Technologietrends

Die Entwicklung von InGaN-Materialien war ein Durchbruch für die Realisierung hocheffizienter grüner und blauer LEDs, die weiße LEDs (über Phosphorkonversion) und Vollfarbdisplays ermöglichten. Aktuelle Trends bei SMD-LEDs gehen weiterhin in Richtung höherer Effizienz (mehr Lichtausbeute pro Watt), niedrigerer Wärmewiderstand für bessere Leistungsfähigkeit und noch kleinerer Gehäusegrößen. Es gibt auch einen Fokus auf die Verbesserung der Farbwiedergabe und Konstanz für Beleuchtungsanwendungen. Der Trend zur Miniaturisierung in der Unterhaltungselektronik treibt die Gehäuse zu dünneren Höhen und kleineren Abmessungen, wie durch diese 0,55mm-Komponente veranschaulicht.