SMD LED LTST-C19DKFKT-NB Datenblatt - Orange AlInGaP - 20mA - 50mW - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument enthält die vollständigen technischen Spezifikationen für eine oberflächenmontierbare (SMD) Leuchtdiode (LED). Das Bauteil nutzt einen Halbleiterchip aus Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP) zur Erzeugung von orangefarbenem Licht. Für die automatisierte Leiterplattenbestückung (PCB) konzipiert, ist diese LED auf industrieüblichen 8-mm-Bändern auf 7-Zoll-Rollen verpackt, was sie für Hochvolumenproduktionen geeignet macht. Ihr miniaturisierter Bauraum und die robuste Bauweise machen sie ideal für platzbeschränkte und zuverlässigkeitskritische Anwendungen in verschiedenen elektronischen Bereichen.

1.1 Merkmale

• Konform mit der Richtlinie zur Beschränkung gefährlicher Stoffe (RoHS).
• Verwendet einen ultrahellen AlInGaP-Halbleiterchip für hohe Lichtausbeute.
• Verpackt auf 8-mm-Band, aufgewickelt auf 7-Zoll-Rollen, für automatisierte Bestückungsautomaten.
• Entspricht den standardisierten Gehäuseabmessungen der Electronic Industries Alliance (EIA).
• Die Eingangslogikpegel sind mit Standard-IC-Ausgängen kompatibel.
• Konzipiert für die Kompatibilität mit automatischen Oberflächenmontage-Anlagen (SMT).
• Hält den bei bleifreien (Pb-freien) Bestückungsprozessen üblichen IR-Reflow-Lötprofilen stand.

1.2 Anwendungen

Die LED ist für ein breites Spektrum elektronischer Geräte konzipiert, die zuverlässige, kompakte Anzeigen oder Hintergrundbeleuchtung erfordern. Hauptanwendungsbereiche sind:

• Telekommunikationsgeräte:Statusanzeigen in Routern, Modems und Handgeräten.
• Büroautomatisierung:Hintergrundbeleuchtung für Tastaturen, Keypads und Statusleuchten in Druckern und Scannern.
• Haushaltsgeräte:Strom-, Modus- oder Funktionsanzeigen in Haushaltsgeräten.
• Industrieanlagen:Pultanzeigen für Maschinen und Steuerungssysteme.
• Mikrodisplays & Beschilderung:Schwache Beleuchtung für symbolische Anzeigen oder kleine Informationsdisplays.

2. Technische Parameter: Detaillierte objektive Interpretation

Die folgenden Abschnitte bieten eine detaillierte Analyse der Betriebsgrenzen und Leistungsmerkmale des Bauteils unter definierten Bedingungen. Alle Werte und Kenngrößen gelten bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C, sofern nicht anders angegeben.

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Ein Betrieb unter oder an diesen Grenzen wird nicht garantiert und sollte im Schaltungsdesign vermieden werden.

• Verlustleistung (Pd):50 mW. Dies ist die maximale Gesamtleistung (Strom * Durchlassspannung), die das Gehäuse als Wärme abführen kann, ohne die maximale Sperrschichttemperatur zu überschreiten.
• Spitzen-Durchlassstrom (I_FP):40 mA. Dies ist der maximal zulässige momentane Durchlassstrom, typischerweise unter gepulsten Bedingungen spezifiziert (1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Pulsbreite), um den Temperaturanstieg zu begrenzen.
• Dauer-Durchlassstrom (I_F):20 mA. Dies ist der maximal empfohlene Gleichstrom für Dauerbetrieb, um Langzeitzuverlässigkeit und stabile Lichtleistung zu gewährleisten.
• Sperrspannung (V_R):5 V. Das Anlegen einer Sperrspannung über diesem Wert kann zum Sperrschichtdurchbruch und Bauteilausfall führen.
• Betriebstemperaturbereich:-30°C bis +85°C. Der Umgebungstemperaturbereich, in dem das Bauteil korrekt funktionieren soll.
• Lagertemperaturbereich:-40°C bis +85°C. Der Temperaturbereich für die Lagerung im nicht betriebsbereiten Zustand ohne Degradation.
• Löttemperatur:Hält 260°C für 10 Sekunden stand, was seine Kompatibilität mit bleifreien Reflow-Lötprozessen definiert.

2.2 Elektro-optische Kenngrößen

Diese Parameter definieren die typische Leistung des Bauteils unter normalen Betriebsbedingungen (I_F= 5mA, Ta=25°C).

• Lichtstärke (I_V):8,2 bis 28,0 Millicandela (mcd). Gemessen auf der Achse mit einem Sensor, der auf die photopische (menschliche Augen-) Empfindlichkeitskurve abgestimmt ist. Die große Bandbreite wird durch ein Binning-System verwaltet.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):50 Grad. Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte ihres Achswerts (0°) abfällt, und definiert die Strahlaufweitung.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_P):Ca. 611 nm. Die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsverteilung des emittierten Lichts ihr Maximum erreicht.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):595 bis 610 nm. Dies ist die einzelne Wellenlänge, die das menschliche Auge als Farbe des Lichts wahrnimmt, abgeleitet aus den CIE-Farbkoordinaten. Sie ist der Schlüsselparameter für die Farbangabe.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):Ca. 17 nm. Die Breite des Emissionsspektrums bei halber Maximalleistung, ein Indikator für die Farbreinheit.
• Durchlassspannung (V_F):1,70 bis 2,30 V. Der Spannungsabfall über der LED bei einem Strom von 5mA. Dieser Bereich wird ebenfalls durch Binning verwaltet.
• Sperrstrom (I_R):Max. 10 µA. Der kleine Leckstrom, der fließt, wenn die maximale Sperrspannung (5V) angelegt wird.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um die Konsistenz in der Massenproduktion sicherzustellen, werden LEDs nach Schlüsselparametern sortiert (gebinned). Dies ermöglicht es Entwicklern, Bauteile auszuwählen, die den spezifischen Spannungs-, Helligkeits- und Farbanforderungen ihrer Anwendung entsprechen.

3.1 Durchlassspannungs-Binning (V_F)

Die Bins definieren den Durchlassspannungsbereich bei einem Prüfstrom von 5mA. Dies ist entscheidend für die Auslegung von Strombegrenzungsschaltungen, insbesondere wenn mehrere LEDs parallel geschaltet sind, um eine gleichmäßige Stromaufteilung zu gewährleisten.

• Bin D1: V_F= 1,7V bis 1,9V
• Bin D2: V_F= 1,9V bis 2,1V
• Bin D3: V_F= 2,1V bis 2,3V
• Toleranz pro Bin: ±0,1V

3.2 Lichtstärke-Binning (I_V)

Die Bins kategorisieren die minimale und maximale Lichtleistung und ermöglichen so eine Auswahl basierend auf Helligkeitsanforderungen.

• Bin K: I_V= 8,2 mcd bis 11,0 mcd
• Bin L: I_V= 11,0 mcd bis 18,0 mcd
• Bin M: I_V= 18,0 mcd bis 28,0 mcd
• Toleranz pro Bin: ±15%

3.3 Dominante Wellenlängen-Binning (λ_d)

Dieses Binning stellt die Farbkonsistenz über verschiedene Produktionschargen hinweg sicher, was für Anwendungen mit abgestimmten Farben entscheidend ist.

• Bin N: λ_d= 595 nm bis 600 nm
• Bin P: λ_d= 600 nm bis 605 nm
• Bin Q: λ_d= 605 nm bis 610 nm
• Toleranz pro Bin: ±1 nm

4. Analyse der Kennlinien

Grafische Daten geben Aufschluss über das Verhalten des Bauteils unter variierenden Bedingungen. Während spezifische Kurven im Datenblatt referenziert sind, werden typische Zusammenhänge nachstehend beschrieben.

4.1 Strom-Spannungs-Kennlinie (I-V)

Die Durchlassspannung (V_F) zeigt einen logarithmischen Zusammenhang mit dem Durchlassstrom (I_F). Sie steigt nichtlinear an, mit einem steileren Anstieg bei sehr niedrigen Strömen (nahe der Schwellspannung) und einem eher linearen Anstieg bei höheren Strömen aufgrund des Serienwiderstands im Chip und Gehäuse. Der Betrieb der LED innerhalb des spezifizierten Strombereichs gewährleistet eine stabile V_Fund optimale Effizienz.

4.2 Lichtstärke in Abhängigkeit vom Durchlassstrom

Die Lichtleistung (Lichtstärke) ist über einen weiten Bereich annähernd proportional zum Durchlassstrom. Die Effizienz (Lumen pro Watt) kann jedoch bei sehr hohen Strömen aufgrund zunehmender thermischer Effekte und des "Droop"-Effekts abnehmen. Der typische Betriebspunkt von 5mA im Datenblatt wurde für einen Kompromiss aus Helligkeit, Effizienz und Lebensdauer gewählt.

4.3 Temperaturabhängigkeit

Die LED-Leistung ist temperaturabhängig. Mit steigender Sperrschichttemperatur:

- Nimmt die Durchlassspannung (V_F) typischerweise ab.

- Nimmt die Lichtstärke bei gegebenem Strom ab.

- Kann sich die dominante Wellenlänge leicht verschieben (bei AlInGaP meist zu längeren Wellenlängen). Ein ordnungsgemäßes Thermomanagement im Leiterplattendesign ist entscheidend, um eine konsistente optische Leistung über den Betriebstemperaturbereich aufrechtzuerhalten.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Das Bauteil entspricht einem standardisierten SMD-Gehäuse. Wichtige Maßtoleranzen betragen ±0,1 mm, sofern nicht anders angegeben. Die Linse ist wasserklar mit einer schwarzen Kappe, was den Kontrast durch Reduzierung von Streulichtreflexionen erhöht und die wahrgenommene Helligkeit der orangefarbenen Emission verbessert.

5.2 Empfohlenes Lötflächenlayout (PCB Land Pattern)

Ein empfohlenes Lötpad-Layout wird bereitgestellt, um zuverlässige Lötstellenbildung während des Reflow-Prozesses zu gewährleisten. Dieses Layout ist darauf ausgelegt, gute Benetzung, korrekte Ausrichtung und ausreichende mechanische Festigkeit zu ermöglichen, während Lötbrücken minimiert werden. Die Einhaltung dieser Empfehlung ist für den Bestückungserfolg entscheidend.

5.3 Polaritätskennzeichnung

Die Kathode ist typischerweise auf dem Bauteilkörper markiert, oft durch einen grünlichen Farbton auf der Linse, eine Kerbe oder einen Punkt. Während der Bestückung muss die korrekte Polarität beachtet werden, um den ordnungsgemäßen Schaltungsbetrieb sicherzustellen.

6. Löt- und Bestückungsrichtlinien

6.1 IR-Reflow-Lötparameter (Blei-freier Prozess)

Das Bauteil ist für bleifreies Löten qualifiziert. Ein kritischer Parameter ist, dass die maximale Bauteiltemperatur 260°C für maximal 10 Sekunden nicht überschreiten darf. Ein vollständiges Reflow-Profil umfasst:

- Vorwärmphase/Ramp-up:Ein kontrollierter Anstieg, um das Flussmittel zu aktivieren und thermischen Schock zu minimieren.

- Haltezone (Soak Zone):Typischerweise 150-200°C für bis zu 120 Sekunden, um die Leiterplattentemperatur auszugleichen.

- Reflow-Zone:Spitzentemperatur max. 260°C, mit kontrollierter Zeit über der Liquidustemperatur (TAL).

- Abkühlzone:Kontrolliertes Abkühlen, um die Lötstellen zu verfestigen.

Profile sollten basierend auf der spezifischen Leiterplattenbestückung entwickelt werden, unter Einhaltung von JEDEC-Standards und Empfehlungen des Lotpastenherstellers.

6.2 Handlötung

Falls manuelles Löten erforderlich ist, verwenden Sie eine temperaturgeregelte Lötstation mit maximal 300°C. Die Kontaktzeit mit dem Lötpad sollte auf 3 Sekunden oder weniger pro Lötstelle begrenzt werden und sollte nur einmal durchgeführt werden, um thermische Schäden am LED-Gehäuse oder den Bonddrähten zu vermeiden.

6.3 Lagerung und Handhabung

- ESD-Vorsichtsmaßnahmen:LEDs sind empfindlich gegenüber elektrostatischer Entladung (ESD). Handhabung mit geerdeten Handgelenkbändern, antistatischen Matten und in kontrollierten Umgebungen.

- Feuchtigkeitssensitivität:Das Gehäuse hat die Feuchtigkeitssensitivitätsstufe (MSL) 3. Wird die original versiegelte Feuchtigkeitssperrbeutel geöffnet, müssen die Bauteile innerhalb einer Woche (168 Stunden) unter Werksbedingungen (≤30°C/60% r.F.) dem IR-Reflow unterzogen werden. Für eine Lagerung über diesen Zeitraum hinaus müssen die Bauteile vor dem Löten mindestens 20 Stunden bei 60°C getrocknet (gebaked) werden.

- Langzeitlagerung:Ungeöffnete Beutel sollten bei ≤30°C und ≤90% r.F. gelagert werden, mit einer empfohlenen Haltbarkeit von einem Jahr ab Herstelldatum.

6.4 Reinigung

Die Reinigung nach dem Löten, falls erforderlich, sollte mit milden, alkoholbasierten Lösungsmitteln wie Isopropanol (IPA) oder Ethanol erfolgen. Das Eintauchen sollte bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute erfolgen. Aggressive oder nicht spezifizierte Chemikalien können die Kunststofflinse und das Gehäuse beschädigen.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Spezifikationen für Band und Rolle (Tape and Reel)

Das Bauteil wird in geprägter Trägerband mit Schutzdeckband geliefert, aufgewickelt auf 7-Zoll (178 mm) Durchmesser Rollen. Die Standardverpackung enthält 4000 Stück pro Rolle. Für Mengen unter einer vollen Rolle ist eine Mindestpackungsmenge von 500 Stück erhältlich. Die Band- und Rollenabmessungen entsprechen den ANSI/EIA-481-Standards, um die Kompatibilität mit automatischen Zuführern sicherzustellen.

7.2 Interpretation der Artikelnummer

Die Artikelnummer LTST-C19DKFKT-NB kodiert spezifische Attribute:

- LTST:Produktfamilien-/Serienkennung.

- C19DKFKT:Interner Code, der Gehäusetyp, Farbe und Leistungsmerkmale definiert.

- NB:Suffix, das oft spezifische Bin-Kombinationen oder Sonderoptionen angibt (z.B. spezifische V_F/I_V/λ_d-Bins). Die genauen Bin-Codes für dieses Suffix sollten beim Lieferanten bestätigt werden.

8. Anwendungsvorschläge und Designüberlegungen

8.1 Strombegrenzung

Eine LED ist ein stromgesteuertes Bauteil. Verwenden Sie stets einen Reihenstrombegrenzungswiderstand oder eine Konstantstromtreiberschaltung. Der Widerstandswert kann mit dem Ohmschen Gesetz berechnet werden: R = (V_versorgung- V_F) / I_F. Verwenden Sie den maximalen V_F-Wert aus dem Datenblatt (oder dem ausgewählten Bin), um sicherzustellen, dass der Strom auch bei Versorgungsspannungsschwankungen und Bauteiltoleranzen den Maximalwert nicht überschreitet.

8.2 Thermomanagement

Obwohl die Verlustleistung gering ist, verbessert eine effektive Wärmeableitung über die Kupferpads der Leiterplatte die Lebensdauer und hält die Lichtleistung stabil. Verwenden Sie ausreichend große Kupferflächen, die mit den thermischen Pads verbunden sind, und erwägen Sie Wärmeleitungen (Thermal Vias) zu inneren oder unteren Lagen für eine verbesserte Wärmeverteilung, insbesondere in Umgebungen mit hoher Umgebungstemperatur oder bei Betrieb nahe dem Maximalstrom.

8.3 Optisches Design

Der 50-Grad-Abstrahlwinkel bietet einen breiten Strahl. Für Anwendungen, die einen stärker fokussierten Strahl benötigen, können Sekundäroptiken (Linsen) verwendet werden. Die schwarze Kappe reduziert seitliche Blendung, was die LED für Frontplattenanzeigen geeignet macht, bei denen die Sichtbarkeit außerhalb der Achse minimiert werden muss.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Diese AlInGaP-Orange-LED bietet deutliche Vorteile im Vergleich zu anderen Technologien:

- Verglichen mit traditionellem GaAsP/GaP:AlInGaP bietet bei gleichem Treiberstrom eine deutlich höhere Lichtausbeute und Helligkeit, was zu einem geringeren Stromverbrauch bei gegebener Lichtleistung oder besserer Sichtbarkeit führt.

- Verglichen mit phosphorkonvertierten LEDs:Direkt emittierende AlInGaP-LEDs haben typischerweise eine schmalere spektrale Bandbreite (≈17 nm) und bieten im Vergleich zu den breiteren Spektren von phosphorkonvertierten weißen LEDs, die gefiltert werden, um orange zu erscheinen, eine gesättigtere und reinere Orange-Farbe.

- Verglichen mit anderen Gehäusegrößen:Das standardisierte EIA-Gehäuse gewährleistet eine breite Kompatibilität mit industrieüblichen Leiterplattenlayouts und Bestückungsdüsen, was Design- und Bestückungskomplexität reduziert.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F1: Kann ich diese LED direkt von einem 3,3V- oder 5V-Logikausgang ansteuern?

A: Nicht direkt ohne einen Strombegrenzungswiderstand. Die Durchlassspannung beträgt ~1,8V, daher würde ein direkter Anschluss an 3,3V oder 5V einen übermäßigen Stromfluss verursachen und die LED zerstören. Berechnen und verwenden Sie stets einen geeigneten Reihenwiderstand.

F2: Warum gibt es eine so große Bandbreite bei der Lichtstärke (8,2 bis 28,0 mcd)?

A: Dies liegt an natürlichen Schwankungen in der Halbleiterfertigung. Das Binning-System (K, L, M) ermöglicht es Ihnen, die für Ihre Anwendung benötigte Helligkeitsklasse auszuwählen und so Konsistenz innerhalb einer Produktionscharge sicherzustellen.

F3: Was ist der Unterschied zwischen Spitzenwellenlänge und dominanter Wellenlänge?

A: Die Spitzenwellenlänge (λ_P) ist das physikalische Maximum des Lichtspektrums. Die dominante Wellenlänge (λ_d) wird aus den CIE-Farbkoordinaten berechnet und repräsentiert die einzelne Wellenlänge, die das menschliche Auge als Farbe wahrnimmt. λ_dist der relevantere Parameter für Farbangabe und -abstimmung.

F4: Wie oft kann ich diese LED reflow-löten?

A: Das Datenblatt spezifiziert, dass die Lötbedingung (260°C für 10 Sekunden) maximal zweimal angewendet werden kann. Dies berücksichtigt mögliche Nacharbeit. Es ist bewährte Praxis, die Anzahl der Reflow-Zyklen zu minimieren.

11. Praktisches Anwendungsbeispiel

Szenario: Entwurf einer Statusanzeige für einen Netzwerk-Switch.

Die LED zeigt "Link Aktiv" an jedem Port an. Das Design verwendet eine 3,3V-Versorgungsschiene.

1. Stromauswahl:Wählen Sie I_F= 5mA für ausreichende Helligkeit und lange Lebensdauer.

2. Widerstandsberechnung:Unter Annahme eines konservativen V_Fvon 2,3V (Max. aus Datenblatt), R = (3,3V - 2,3V) / 0,005A = 200Ω. Ein Standard-220Ω-Widerstand würde I_F≈ (3,3-1,8)/220 ≈ 6,8mA liefern, was immer noch sicher ist und gute Helligkeit bietet.

3. Binning:Für ein einheitliches Erscheinungsbild aller Ports auf einem Panel, geben Sie ein enges Dominante-Wellenlängen-Bin an (z.B. Bin P: 600-605nm) und ein konsistentes Lichtstärke-Bin (z.B. Bin L: 11-18mcd).

4. Leiterplattenlayout:Verwenden Sie das empfohlene Lötflächenlayout. Verbinden Sie das Kathoden-Pad mit einer etwas größeren Kupferfläche für eine geringfügige Wärmeableitung.

5. Bestückung:Befolgen Sie die Richtlinien für das IR-Reflow-Profil. Stellen Sie sicher, dass die Leiterplatte getrocknet (gebaked) wird, wenn die LEDs länger als die MSL-3-Lagerdauer exponiert waren.

12. Funktionsprinzip

Diese LED arbeitet nach dem Prinzip der Elektrolumineszenz in einem Halbleiter-p-n-Übergang. Das aktive Gebiet besteht aus Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP). Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die die Schwellspannung des Übergangs überschreitet, werden Elektronen aus dem n-dotierten Gebiet und Löcher aus dem p-dotierten Gebiet in das aktive Gebiet injiziert. Dort rekombinieren sie strahlend und setzen Energie in Form von Photonen frei. Die spezifische Bandlückenenergie der AlInGaP-Legierung bestimmt die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts, die in diesem Fall im orangefarbenen Spektrum liegt (≈605 nm dominante Wellenlänge). Das Epoxidharz-Linsengehäuse dient zum Schutz des Halbleiterchips, bietet mechanische Stabilität und formt das abgestrahlte Lichtmuster.

13. Technologietrends

Die Entwicklung von SMD-LEDs wie dieser ist Teil größerer Trends in der Optoelektronik:

- Erhöhte Effizienz:Laufende Materialforschungen zielen darauf ab, die interne Quanteneffizienz und Lichteinkopplungseffizienz von AlInGaP und anderen Verbindungshalbleitern zu verbessern, was zu höheren Lumen pro Watt führt.

- Miniaturisierung:Das Streben nach kleinerer, dichterer Elektronik treibt die Gehäusegrößen weiter nach unten (z.B. von 0603 zu 0402 metrischen Abmessungen), während die optische Leistung beibehalten oder verbessert wird.

- Integration:Trends umfassen die Integration mehrerer LED-Chips (RGB) in ein einzelnes Gehäuse für Farbmischung oder die Kombination von Steuer-ICs mit LEDs für "intelligente" Beleuchtungslösungen.

- Zuverlässigkeit und Standardisierung:Fokus auf strenge Qualitätsstandards, längere Betriebslebensdauern und standardisierte Test-/Leistungskennzahlen (z.B. TM-21 für Lebensdauerprognosen), um den Anforderungen von Automobil-, Industrie- und professionellen Beleuchtungsanwendungen gerecht zu werden.