SMD LED LTST-C950RKRKT-5A Datenblatt - Roter AlInGaP LED - 5mA - 180-710mcd - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument enthält die vollständigen technischen Spezifikationen für eine hochhelle, oberflächenmontierbare LED, die für automatisierte Bestückungsprozesse konzipiert ist. Das Bauteil nutzt ein fortschrittliches AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) Halbleitermaterial zur Erzeugung von rotem Licht und bietet im Vergleich zu herkömmlichen LED-Technologien eine überlegene Lichtausbeute und Farbreinheit. Eingekapselt in einer wasserklaren Linsenkuppel ist die LED in einem standardkonformen EIA-Gehäuse untergebracht, was sie mit einer Vielzahl von automatischen Pick-and-Place- und Infrarot-Reflow-Lötanlagen kompatibel macht, die in der modernen Elektronikfertigung üblich sind.

Die zentralen Vorteile dieser LED sind ihr kompaktes Bauformat, die Eignung für platzbeschränkte Anwendungen und die Konformität mit der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe). Sie ist für den zuverlässigen Betrieb in anspruchsvollen Umgebungen mit einem spezifizierten Betriebstemperaturbereich ausgelegt. Die primären Zielmärkte und Anwendungen erstrecken sich über Telekommunikationsinfrastruktur, Büroautomatisierungsgeräte, Haushaltsgeräte, Industrie-Bedienfelder und Unterhaltungselektronik. Spezifische Anwendungsfälle umfassen die Hintergrundbeleuchtung von Tastaturen und Keypads, Status- und Stromanzeigen, die Integration in Mikrodisplays sowie die Signal- oder Symbolbeleuchtung in verschiedenen Geräten.

2. Tiefgehende Interpretation der technischen Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Die absoluten Maximalwerte definieren die Belastungsgrenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Diese Werte gelten bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C. Der maximale Dauer-Durchlassstrom (DC) beträgt 30 mA. Für den Pulsbetrieb ist unter bestimmten Bedingungen ein Spitzen-Durchlassstrom von 80 mA zulässig: ein Tastverhältnis von 1/10 und eine Pulsbreite von 0,1 ms. Die maximale Verlustleistung liegt bei 75 mW. Das Bauteil kann in einem Umgebungstemperaturbereich von -30°C bis +85°C betrieben und zwischen -40°C und +85°C gelagert werden. Ein kritischer Wert für die Bestückung ist die Infrarot-Lötbedingung, die für eine Spitzentemperatur von 260°C für maximal 10 Sekunden ausgelegt ist, was dem Standard für bleifreie (Pb-free) Reflow-Prozesse entspricht.

2.2 Elektro-optische Kenngrößen

Die elektro-optischen Kenngrößen werden unter Standard-Testbedingungen bei Ta=25°C und einem Durchlassstrom (IF) von 5 mA gemessen, sofern nicht anders angegeben. Die Lichtstärke (Iv), ein Schlüsselmaß für die Helligkeit, weist einen breiten typischen Bereich von 180,0 mcd (Millicandela) bis 710,0 mcd auf, der weiter in spezifische Bins unterteilt ist. Der Abstrahlwinkel, definiert als 2θ1/2, bei dem die Intensität die Hälfte des axialen Wertes beträgt, liegt bei 25 Grad und zeigt ein relativ gebündeltes Strahlprofil. Die Spitzen-Emissionswellenlänge (λP) beträgt typischerweise 639 nm und liegt im roten Spektrum. Die dominante Wellenlänge (λd), die die wahrgenommene Farbe definiert, beträgt typischerweise 631 nm. Die spektrale Halbwertsbreite (Δλ) beträgt 20,0 nm und beschreibt die spektrale Reinheit des abgegebenen Lichts. Die Durchlassspannung (VF) liegt bei 5 mA zwischen einem Minimum von 1,6 V und einem Maximum von 2,2 V. Der Sperrstrom (IR) ist mit maximal 10 µA spezifiziert, wenn eine Sperrspannung (VR) von 5 V angelegt wird.

3. Erläuterung des Binning-Systems

3.1 Binning der Lichtstärke

Um eine gleichbleibende Helligkeit für Produktionsanwendungen sicherzustellen, werden die LEDs anhand ihrer gemessenen Lichtstärke bei 5 mA in Bins sortiert. Die Bin-Code-Liste lautet wie folgt: Bin-Code \"S\" umfasst Intensitäten von 180,0 mcd bis 280,0 mcd. Bin-Code \"T\" umfasst Intensitäten von 280,0 mcd bis 450,0 mcd. Bin-Code \"U\" umfasst Intensitäten von 450,0 mcd bis 710,0 mcd. Auf die Grenzen jedes Lichtstärke-Bins wird eine Toleranz von +/- 15 % angewendet. Dieses Binning ermöglicht es Konstrukteuren, LEDs mit garantierten Mindesthelligkeitswerten für ihre spezifischen Anwendungsanforderungen auszuwählen und so eine visuelle Gleichmäßigkeit in Produkten mit mehreren LEDs sicherzustellen.

4. Analyse der Leistungskurven

Während im Dokument auf spezifische grafische Daten verwiesen wird (z. B. Abbildung 1 für Spektralmessung, Abbildung 5 für Abstrahlwinkel), würden die typischen Leistungskurven für diese Art von Bauteil im Allgemeinen mehrere Schlüsselbeziehungen umfassen. Die Kurve für Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V) würde die für eine Diode charakteristische exponentielle Beziehung zeigen, wobei die Spannung nach der Einschaltspannung stark ansteigt. Die Kurve für Lichtstärke vs. Durchlassstrom würde typischerweise einen nahezu linearen Anstieg der Helligkeit mit dem Strom bis zu einem gewissen Punkt zeigen, danach kann die Effizienz aufgrund thermischer Effekte abfallen. Die Kurve für Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur ist entscheidend, da die LED-Leistung im Allgemeinen mit steigender Sperrschichttemperatur abnimmt. Für eine rote AlInGaP-LED ist der Intensitätsabfall mit der Temperatur typischerweise weniger ausgeprägt als bei einigen anderen LED-Technologien, bleibt aber ein kritischer Konstruktionsfaktor. Die Spektralverteilungskurve würde einen einzelnen Peak um 639 nm mit einer definierten Halbwertsbreite zeigen und so die Farbreinheit bestätigen.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen und Polarität

Die LED ist in einem standardmäßigen SMD-Gehäuse (Surface-Mount Device) untergebracht. Die Linsenfarbe ist wasserklar, und die Lichtquellenfarbe ist rot vom AlInGaP-Chip. Alle kritischen Gehäuseabmessungen sind in Millimetern angegeben, mit einer Standardtoleranz von ±0,1 mm, sofern nicht anders spezifiziert. Das Datenblatt enthält eine detaillierte Maßzeichnung, die Länge, Breite, Höhe, Anschlussabstand und andere kritische mechanische Merkmale zeigt. Die Polarität wird durch das physikalische Design des Gehäuses angezeigt, typischerweise mit einer Kathodenmarkierung (wie einer Kerbe, einem Punkt oder einer abgeschrägten Ecke) an einem Ende. Die korrekte Ausrichtung während der Platzierung auf der Leiterplatte (PCB) ist für den ordnungsgemäßen Betrieb unerlässlich.

5.2 Empfohlener PCB-Bestückungsanschluss

Ein empfohlenes Land Pattern (Footprint) für die Leiterplatte wird bereitgestellt, um zuverlässiges Löten und mechanische Stabilität zu gewährleisten. Dieses Muster spezifiziert die Größe und Form der Kupferpads für Anode und Kathode sowie die empfohlene Lötstoppmaskeöffnung. Die Einhaltung dieses empfohlenen Footprints hilft, eine korrekte Lötnahtbildung zu erreichen, verhindert Tombstoning (Bauteil stellt sich auf) und gewährleistet eine gute thermische und elektrische Verbindung.

6. Löt- und Bestückungsrichtlinien

6.1 IR-Reflow-Lötparameter

Für bleifreie (Pb-free) Bestückungsprozesse wird ein spezifisches Reflow-Lötprofil empfohlen. Das Profil umfasst eine Vorwärmphase im Bereich von 150°C bis 200°C mit einer maximalen Vorwärmzeit von 120 Sekunden, um die Platine und das Bauteil allmählich zu erwärmen und das Flussmittel zu aktivieren. Die maximale Bauteiltemperatur sollte 260°C nicht überschreiten. Die Zeit oberhalb der Liquidustemperatur des Lotes (typischerweise etwa 217°C für SAC-Legierungen) und insbesondere die Zeit innerhalb von 5°C der Spitzentemperatur sollte kontrolliert werden; das Datenblatt spezifiziert maximal 10 Sekunden bei Spitzentemperatur. Das Bauteil sollte unter diesen Bedingungen nicht mehr als zwei Reflow-Zyklen ausgesetzt werden. Es wird betont, dass das optimale Profil vom spezifischen PCB-Design, der Lotpaste und dem Ofen abhängt und entsprechend charakterisiert werden sollte, wobei JEDEC-Standards als Richtlinie dienen.

6.2 Manuelles Löten

Falls manuelles Löten mit einem Lötkolben notwendig ist, ist äußerste Vorsicht geboten. Die Lötspitzentemperatur sollte 300°C nicht überschreiten, und die Kontaktzeit mit dem LED-Anschluss sollte auf maximal 3 Sekunden pro Lötstelle begrenzt werden. Manuelles Löten sollte nur einmal durchgeführt werden, um thermische Spannungsschäden am internen Chip und den Bonddrähten zu vermeiden.

6.3 Lagerung und Handhabung

Die LEDs sind feuchtigkeitsempfindliche Bauteile (MSL 3). Bei Lagerung in der original versiegelten Feuchtigkeitsschutzbeutel mit Trockenmittel sollten sie bei 30°C oder weniger und 90 % relativer Luftfeuchtigkeit (RH) oder weniger aufbewahrt und innerhalb eines Jahres verwendet werden. Sobald die Originalverpackung geöffnet ist, sollte das Lagerumfeld 30°C und 60 % RH nicht überschreiten. Bauteile, die aus ihrer Originalverpackung entnommen wurden, sollten idealerweise innerhalb einer Woche IR-reflowgelötet werden. Für eine längere Lagerung außerhalb des Originalbeutels müssen sie in einem versiegelten Behälter mit Trockenmittel oder in einem Stickstoff-Exsikkator gelagert werden. Wenn sie länger als eine Woche unverpackt gelagert wurden, ist vor der Lötmontage ein Ausheizen bei etwa 60°C für mindestens 20 Stunden erforderlich, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und \"Popcorning\"-Schäden während des Reflow zu verhindern.

6.4 Reinigung

Wenn nach dem Löten eine Reinigung erforderlich ist, sollten nur spezifizierte Lösungsmittel verwendet werden. Das Eintauchen der LED in Ethylalkohol oder Isopropylalkohol bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute ist akzeptabel. Die Verwendung nicht spezifizierter chemischer Reiniger kann die Epoxidlinse und das Gehäusematerial beschädigen.

6.5 Vorsichtsmaßnahmen gegen elektrostatische Entladung (ESD)

Die LED ist empfindlich gegenüber elektrostatischer Entladung und Stoßströmen, die den Halbleiterübergang verschlechtern oder zerstören können. Während der Handhabung und Montage müssen geeignete ESD-Schutzmaßnahmen implementiert werden. Dazu gehören die Verwendung geerdeter Handgelenkbänder, antistatischer Handschuhe und die Sicherstellung, dass alle Geräte und Arbeitsflächen ordnungsgemäß geerdet sind.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Band- und Rollenspezifikationen

Die LEDs werden verpackt für die automatisierte Bestückung geliefert. Sie sind in einer geprägten Trägerband mit einer Breite von 12 mm montiert. Das Band ist auf eine Standardrolle mit einem Durchmesser von 7 Zoll (178 mm) aufgewickelt. Jede Rolle enthält 2000 Stück. Für Mengen unter einer vollen Rolle ist eine Mindestpackmenge von 500 Stück für Restbestände verfügbar. Das Band hat einen Deckfolienverschluss zum Schutz der Bauteile. Die Verpackung entspricht den ANSI/EIA-481-Spezifikationen. Pro Rolle sind maximal zwei aufeinanderfolgende fehlende Bauteile (leere Taschen) zulässig.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Treiberschaltungsdesign

Eine LED ist ein stromgesteuertes Bauteil. Um eine gleichbleibende Helligkeit und Langlebigkeit zu gewährleisten, muss sie mit einem geregelten Strom und nicht mit einer festen Spannung betrieben werden. Die einfachste und am meisten empfohlene Treibermethode ist die Verwendung eines seriellen strombegrenzenden Widerstands für jede LED, wie in \"Schaltung A\" im Datenblatt gezeigt. Diese Konfiguration, gespeist von einer Spannungsquelle (Vcc), stellt sicher, dass Schwankungen der Durchlassspannung (VF) einzelner LEDs keine signifikanten Unterschiede im Strom und damit in der Helligkeit verursachen, wenn mehrere LEDs parallel geschaltet sind. Der Widerstandswert (R) wird mit dem Ohmschen Gesetz berechnet: R = (Vcc - VF) / IF, wobei IF der gewünschte Durchlassstrom ist (z. B. 5 mA für Tests, bis zu 30 mA max. Dauerstrom).

8.2 Thermomanagement

Obwohl das Gehäuse klein ist, ist die Wärmeverwaltung wichtig, um Leistung und Zuverlässigkeit aufrechtzuerhalten. Die Lichtstärke nimmt mit steigender Sperrschichttemperatur ab. In Anwendungen, in denen die LED bei oder nahe ihrem Maximalstrom betrieben wird, oder bei hohen Umgebungstemperaturen, sollte auf das PCB-Layout geachtet werden. Eine ausreichende Kupferfläche um die LED-Pads kann als Kühlkörper wirken und hilft, Wärme vom Bauteil abzuführen. Es ist auch ratsam, eine Platzierung in der Nähe anderer wärmeerzeugender Komponenten zu vermeiden.

8.3 Anwendungsbeschränkungen

Das Bauteil ist für den Einsatz in gewöhnlichen elektronischen Geräten vorgesehen. Für Anwendungen, die außergewöhnliche Zuverlässigkeit erfordern, bei denen ein Ausfall Leben oder Gesundheit gefährden könnte (wie in der Luftfahrt, medizinischen Lebenserhaltungssystemen oder sicherheitskritischen Systemen), sind spezifische Beratung und Qualifizierung erforderlich, da Standard-Kommerzkomponenten möglicherweise nicht geeignet sind.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu älteren Technologien wie GaAsP (Galliumarsenidphosphid) roten LEDs bietet der in diesem Bauteil verwendete AlInGaP-Chip eine deutlich höhere Lichtausbeute, was bei gleichem Treiberstrom zu einer viel größeren Helligkeit führt. Die wasserklare Linse, im Gegensatz zu einer diffundierten oder gefärbten Linse, maximiert den Lichtausstoß und bietet einen lebendigeren, gesättigten Farbpunkt. Das EIA-Standardgehäuse gewährleistet eine breite Kompatibilität mit industrieüblichen Bestückungslinien und Footprint-Bibliotheken und reduziert so die Komplexität von Design und Fertigung. Die Kompatibilität des Bauteils mit Infrarot-Reflow-Löten und seine Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe (MSL 3) sind typisch für moderne SMD-Komponenten und passen es in Mainstream-Hochvolumenfertigungsprozesse ein.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Was ist der Unterschied zwischen Spitzenwellenlänge und dominanter Wellenlänge?
A: Die Spitzenwellenlänge (λP) ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsverteilung maximal ist (639 nm). Die dominante Wellenlänge (λd) wird aus dem CIE-Farbdiagramm abgeleitet und repräsentiert die einzelne Wellenlänge des monochromatischen Lichts, das der Farbe der LED entsprechen würde (631 nm). Die dominante Wellenlänge steht in engerem Zusammenhang mit der wahrgenommenen Farbe.

F: Kann ich diese LED mit 20 mA Dauerstrom betreiben?
A: Ja. Der maximale Dauer-Durchlassstrom beträgt 30 mA. Ein Betrieb mit 20 mA liegt innerhalb der Spezifikation. Beachten Sie, dass die Lichtstärke typischerweise mit dem Strom ansteigt, aber der genaue Wert bei 20 mA aus den typischen Leistungskurven geschätzt oder gemessen werden müsste, da das Datenblatt die Intensität bei 5 mA angibt.

F: Warum ist ein Serienwiderstand notwendig, selbst wenn meine Versorgungsspannung der Durchlassspannung der LED entspricht?
A: Die Durchlassspannung (VF) hat einen Bereich (1,6V bis 2,2V). Wenn die Versorgungsspannung beispielsweise auf 2,0V festgelegt ist, würde eine LED mit einer VF von 1,6V einen viel höheren Strom als beabsichtigt erfahren, was möglicherweise zu Überhitzung und Ausfall führt. Der Serienwiderstand sorgt unabhängig von der natürlichen Schwankung der VF von einer LED zur anderen für einen stabilen, vorhersehbaren Strom.

F: Wie wähle ich den richtigen Bin für meine Anwendung aus?
A: Wählen Sie einen Bin basierend auf der für Ihr Design unter Ihren spezifischen Treiberbedingungen erforderlichen Mindesthelligkeit. Wenn Gleichmäßigkeit kritisch ist (z. B. in einer Anordnung von Statusleuchten), stellt die Spezifikation eines einzelnen, engeren Bins (wie T oder U) und die Bestellung aller Einheiten aus diesem Bin ein einheitliches Erscheinungsbild sicher. Für weniger kritische Anwendungen kann ein breiterer Bin oder gemischte Bins zur Kosteneinsparung akzeptabel sein.

11. Praktisches Design- und Anwendungsbeispiel

Beispiel: Entwurf eines Statusanzeigepanels für einen Netzwerkrouter
Ein Konstrukteur erstellt ein Panel mit vier roten Status-LEDs, die die Aktivität von \"Strom\", \"Internet\", \"Wi-Fi\" und \"Ethernet\" anzeigen. Die LEDs müssen in einer gut beleuchteten Büroumgebung klar sichtbar sein. Die System-Stromschiene beträgt 3,3V. Der Konstrukteur wählt diese LED aufgrund ihrer hohen Helligkeit und des Standardgehäuses. Um eine helle Anzeige zu erreichen, entscheidet er sich, jede LED mit 10 mA zu betreiben. Unter Verwendung der typischen VF von 1,9V berechnet er den Serienwiderstand: R = (3,3V - 1,9V) / 0,01A = 140 Ohm. Ein Standard-150-Ohm-Widerstand wird gewählt. Um sicherzustellen, dass alle vier LEDs die gleiche Helligkeit haben, spezifiziert der Konstrukteur in der Stückliste Bin \"T\" (280-450 mcd). Das PCB-Layout enthält das empfohlene Land Pattern und eine kleine Kupferfläche um die Pads für eine leichte Wärmeableitung. Die Bestückungsfirma verwendet das bereitgestellte IR-Reflow-Profil, und das Endprodukt zeigt konsistente, helle und zuverlässige Statusanzeigen.

12. Prinzipielle Einführung

Leuchtdioden (LEDs) sind Halbleiterbauteile, die Licht emittieren, wenn ein elektrischer Strom durch sie fließt. Diese spezielle LED verwendet für ihren aktiven Bereich einen AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) Verbindungshalbleiter. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, werden Elektronen aus dem n-Typ-Material und Löcher aus dem p-Typ-Material in den aktiven Bereich injiziert. Wenn diese Ladungsträger rekombinieren, setzen sie Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Bandlückenenergie des AlInGaP-Materials bestimmt die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts, die in diesem Fall im roten Teil des sichtbaren Spektrums liegt (ca. 631-639 nm). Die wasserklare Epoxidlinse verkapselt den Chip, schützt ihn vor der Umgebung und formt den Lichtausgangsstrahl.

13. Entwicklungstrends

Der allgemeine Trend in der SMD-LED-Technologie geht weiterhin in Richtung höherer Effizienz (mehr Lumen pro Watt), was entweder eine erhöhte Helligkeit bei gleicher Leistung oder einen reduzierten Stromverbrauch bei gleicher Lichtleistung ermöglicht. Es gibt auch einen Trend zur Miniaturisierung, wobei Gehäuse noch kleiner werden, während die optische Leistung beibehalten oder verbessert wird. Erhöhte Zuverlässigkeit und längere Betriebslebensdauer sind konstante Ziele, die durch Verbesserungen im Chipdesign, Verkapselungsmaterialien und Thermomanagement erreicht werden. Darüber hinaus sind engere Binning und bessere Farbkonstanz für Anwendungen, die hohe visuelle Qualität erfordern, wie Display-Hintergrundbeleuchtung und Automobilbeleuchtung, zunehmend wichtig. Die Integration von Steuerelektronik, wie Konstantstromtreibern, innerhalb des LED-Gehäuses selbst ist ein weiterer wachsender Trend, der die Schaltungsentwicklung für den Endbenutzer vereinfacht.