SMD LED LTST-C283KRKT-5A Datenblatt - 2.0x1.25x0.2mm - Rot 631nm - 30mA - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument enthält die vollständigen technischen Spezifikationen für eine SMD (Surface-Mount Device) LED-Lampe. Diese Komponente ist für die automatisierte Leiterplattenbestückung (PCB) konzipiert und verfügt über eine Miniaturbauform, die ideal für platzbeschränkte Anwendungen ist. Ihre Hauptfunktion ist die Nutzung als hocheffiziente Lichtquelle für Anzeige-, Hintergrundbeleuchtungs- und Signalisierungszwecke.

1.1 Kernvorteile und Zielmärkte

Das Bauteil bietet mehrere Schlüsselvorteile, die es für die moderne Elektronikfertigung geeignet machen. Es entspricht der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe). Das Gehäuse ist extrem flach mit einer Höhe von nur 0,2 mm, was den Einsatz in ultradünnen Produkten ermöglicht. Es verwendet AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) als Halbleitermaterial, das für seine hohe Lichtausbeute im roten Farbspektrum bekannt ist. Die Komponente ist auf industrieüblichen 8-mm-Trägerbändern auf 7-Zoll-Spulen verpackt und damit voll kompatibel mit schnellen automatischen Bestückungsanlagen (Pick-and-Place). Sie ist zudem für die in der Oberflächenmontagetechnik (SMT) üblichen Infrarot-Reflow-Lötprozesse ausgelegt.

Die Zielanwendungen sind breit gefächert und umfassen Telekommunikationsgeräte (z.B. schnurlose und Mobiltelefone), Geräte der Büroautomatisierung (z.B. Notebooks, Netzwerksysteme), Haushaltsgeräte und Industrieanlagen. Konkrete Anwendungen sind die Hintergrundbeleuchtung von Tastaturen, Statusanzeigen, Mikrodisplays sowie verschiedene Signal- oder Symbolbeleuchtungen.

2. Technische Parameter: Detaillierte objektive Interpretation

Dieser Abschnitt beschreibt die absoluten Grenzwerte und Standardbetriebskennwerte des Bauteils. Alle Parameter 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 Dauerbetrieb unter diesen Bedingungen wird nicht empfohlen.

• Verlustleistung (Pd):75 mW. Dies ist die maximale Leistung, die das Bauteil als Wärme abführen kann.
• Spitzen-Strom (I_F(PEAK)):80 mA. Dies ist der maximal zulässige momentane Durchlassstrom, typischerweise unter gepulsten Bedingungen angegeben (1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Pulsbreite), um die thermische Belastung zu steuern.
• DC-Durchlassstrom (I_F):30 mA. Dies ist der maximal empfohlene kontinuierliche Durchlassstrom für einen zuverlässigen Langzeitbetrieb.
• Betriebstemperaturbereich:-30°C bis +85°C. Der Umgebungstemperaturbereich, für den das Bauteil ausgelegt ist.
• Lagertemperaturbereich:-40°C bis +85°C. Der Temperaturbereich für die Lagerung im nicht betriebsbereiten Zustand.
• Infrarot-Lötbedingung:260°C für 10 Sekunden. Das maximale Temperaturprofil, das das Gehäuse während des Reflow-Lötens für bleifreie Prozesse aushält.

2.2 Elektrische und optische Kennwerte

Dies sind die typischen Leistungsparameter, gemessen unter Standardtestbedingungen.

• Lichtstärke (I_V):4,5 - 45,0 mcd (Millicandela) bei I_F= 5mA. Diese große Bandbreite wird durch ein Binning-System verwaltet (siehe Abschnitt 3). Die Intensität wird mit einem Sensor gemessen, der auf die CIE-Standard-Helladaptationskurve des menschlichen Auges gefiltert ist.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):130 Grad. Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke die Hälfte des auf der Mittelachse (0°) gemessenen Wertes beträgt. Ein großer Abstrahlwinkel deutet auf ein diffuseres Lichtabstrahlmuster hin.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_P):639 nm (typisch). Dies ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsverteilung des emittierten Lichts ihr Maximum erreicht.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):631 nm (typisch) bei I_F= 5mA. Dies ist die vom menschlichen Auge wahrgenommene Einzelwellenlänge, die die Lichtfarbe definiert. Sie wird aus den CIE-Farbortkoordinaten abgeleitet.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):20 nm (typisch). Dies ist die spektrale Bandbreite, gemessen bei halber Maximalintensität (Full Width at Half Maximum - FWHM).
• Durchlassspannung (V_F):1,70 - 2,3 V bei I_F= 5mA. Der Spannungsabfall über der LED im Betrieb. Dieser Bereich wird ebenfalls durch Binning verwaltet.
• Sperrstrom (I_R):10 μA (maximal) bei V_R= 5V. Der geringe Leckstrom, der bei angelegter Sperrspannung fließt.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um die Konsistenz in der Massenproduktion sicherzustellen, werden LEDs anhand von Schlüsselparametern in Leistungsklassen (Bins) sortiert. Dies ermöglicht es Entwicklern, Bauteile auszuwählen, die spezifische Anwendungsanforderungen an Helligkeit und Spannung erfüllen.

3.1 Durchlassspannungs-Binning (V_F)

Für die rote Variante wird die Durchlassspannung bei einem Prüfstrom von 5mA in drei Bins kategorisiert. Die Toleranz innerhalb jedes Bins beträgt ±0,1V.

• Bin-Code E2: V_FBereich von 1,70V bis 1,90V.
• Bin-Code E3: V_FBereich von 1,90V bis 2,10V.
• Bin-Code E4: V_FBereich von 2,10V bis 2,30V.

3.2 Lichtstärke-Binning (I_V)

Die Lichtstärke wird in fünf Bins kategorisiert, ebenfalls gemessen bei I_F= 5mA. Die Toleranz jedes Bins beträgt ±15%.

• Bin-Code J:4,50 - 7,10 mcd
• Bin-Code K:7,10 - 11,20 mcd
• Bin-Code L:11,20 - 18,00 mcd
• Bin-Code M:18,00 - 28,00 mcd
• Bin-Code N:28,00 - 45,00 mcd

Dieses Binning ermöglicht eine präzise Auswahl basierend auf den erforderlichen Helligkeitsstufen, was für Anwendungen wie die Hintergrundbeleuchtung, bei der Gleichmäßigkeit wichtig ist, entscheidend ist.

4. Analyse der Kennlinien

Typische Kennlinien bieten einen visuellen Einblick in das Verhalten des Bauteils unter verschiedenen Bedingungen. Diese Kurven sind für den Schaltungsentwurf und das thermische Management unerlässlich.

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

Die I-V-Kennlinie ist nichtlinear, typisch für eine Diode. Die Kurve zeigt die Beziehung zwischen der Durchlassspannung (V_F) und dem Durchlassstrom (I_F). Entwickler nutzen dies, um die notwendige Treiberspannung für einen gewünschten Betriebsstrom zu bestimmen, der direkt mit der Lichtleistung korreliert. Die Kurve verschiebt sich mit der Temperatur.

4.2 Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Diese Kurve zeigt, dass die Lichtstärke über einen weiten Bereich annähernd proportional zum Durchlassstrom ist. Die Effizienz kann jedoch bei sehr hohen Strömen aufgrund der erhöhten Sperrschichttemperatur und anderer Effekte abfallen. Ein Betrieb innerhalb des empfohlenen DC-Strombereichs gewährleistet optimale Leistung und Langlebigkeit.

4.3 Spektrale Verteilung

Die spektrale Verteilungskurve stellt die relative Intensität über der Wellenlänge dar. Sie bestätigt die Spitzen-Emissionswellenlänge (~639 nm) und die spektrale Halbwertsbreite (~20 nm) und definiert damit die reine Rotlichtabgabe dieses AlInGaP-Chips.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Das Bauteil entspricht einem industrieüblichen SMD-Gehäuse. Wichtige Abmessungen sind eine Länge von 2,0 mm, eine Breite von 1,25 mm und eine Höhe von 0,2 mm (Ultra-Flach-Profil). Detaillierte mechanische Zeichnungen spezifizieren alle kritischen Maße, einschließlich der Lötflächenpositionen und Toleranzen, die typischerweise ±0,1 mm betragen. Die Linse ist wasserklar.

5.2 Empfohlene Lötflächengeometrie auf der Leiterplatte

Für das Leiterplattenlayout wird eine Lötflächengeometrie (Land Pattern) bereitgestellt. Diese Geometrie gewährleistet eine ordnungsgemäße Lötstellenbildung während des Reflow-Lötens, bietet ausreichende Wärmeableitung und erhält die mechanische Stabilität. Die Einhaltung dieser empfohlenen Geometrie ist entscheidend für eine erfolgreiche Bestückung und Zuverlässigkeit.

5.3 Polaritätskennzeichnung

Die Komponente hat eine markierte Kathode (Minuspol). Das Datenblatt zeigt, wie diese Markierung auf dem Bauteilgehäuse erscheint (typischerweise eine Kerbe, ein grüner Punkt oder ein anderer Indikator auf der Kathodenseite). Die korrekte Polarisierungsausrichtung während der Platzierung ist für die Funktionsfähigkeit der Schaltung wesentlich.

6. Löt- und Bestückungsrichtlinien

6.1 IR-Reflow-Lötbedingungen

Für bleifreie Lötprozesse wird ein spezifisches Reflow-Profil empfohlen. Wichtige Parameter sind eine Vorwärmtemperatur zwischen 150-200°C, eine maximale Vorwärmzeit von 120 Sekunden, eine maximale Bauteiltemperatur von 260°C und eine Zeit oberhalb von 260°C, die auf maximal 10 Sekunden begrenzt ist. Das Bauteil sollte nicht mehr als zwei Reflow-Zyklen ausgesetzt werden. Diese Grenzwerte basieren auf JEDEC-Standards, um Gehäuserisse oder Degradation interner Materialien zu verhindern.

6.2 Handlöten

Falls Handlöten notwendig ist, sollte dies mit äußerster Vorsicht durchgeführt werden. Die empfohlene maximale Lötspitzentemperatur beträgt 300°C, wobei die Lötzeit pro Lötstelle auf 3 Sekunden begrenzt ist. Handlöten sollte nur einmalig erfolgen.

6.3 Reinigung

Falls eine Nachlötreinigung erforderlich ist, sollten nur spezifizierte Lösungsmittel verwendet werden. Das Eintauchen der LED in Ethylalkohol oder Isopropylalkohol bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute ist zulässig. Nicht spezifizierte chemische Reiniger können das Kunststoffgehäuse oder die Linse beschädigen.

6.4 Lagerbedingungen

LEDs sind feuchtigkeitsempfindlich. Bei Lagerung in der originalen versiegelten Feuchtigkeitsschutzbeutel mit Trockenmittel sollten sie bei 30°C oder weniger und 90% relativer Luftfeuchtigkeit (RH) oder weniger gelagert werden, mit einer empfohlenen Verwendungsfrist von einem Jahr. Sobald die Originalverpackung geöffnet ist, sollte die Lagerumgebung 30°C oder 60% RH nicht überschreiten. Bauteile, die aus ihrer Originalverpackung entnommen wurden, sollten idealerweise innerhalb einer Woche reflow-gelötet werden (Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe 3, MSL 3). Für eine längere Lagerung außerhalb des Originalbeutels sollten sie in einem versiegelten Behälter mit Trockenmittel aufbewahrt werden. Bei Lagerung über eine Woche hinaus wird vor der Bestückung ein Ausheizen bei etwa 60°C für mindestens 20 Stunden empfohlen, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und ein \"Popcorning\" während des Reflow-Lötens zu verhindern.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Trägerband- und Spulenspezifikationen

Die Bauteile werden in geprägten Trägerbändern mit Schutzdeckfolie geliefert. Die Bandbreite beträgt 8 mm. Spulen haben einen Standarddurchmesser von 7 Zoll (178 mm). Jede Spule enthält 5000 Stück. Für Mengen unter einer vollen Spule gilt eine Mindestpackmenge von 500 Stück für Restposten. Die Verpackung entspricht den ANSI/EIA-481-Spezifikationen.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsschaltungen

Eine LED ist ein stromgesteuertes Bauteil. Um eine gleichmäßige Helligkeit sicherzustellen, insbesondere wenn mehrere LEDs parallel verwendet werden, ist eine Strombegrenzung unerlässlich. Die einfachste Methode ist die Verwendung eines Vorwiderstands. Der Widerstandswert (R_series) kann mit dem Ohmschen Gesetz berechnet werden: R_series= (V_supply- V_F) / I_F. Für eine präzisere und effizientere Steuerung werden Konstantstromtreiber oder integrierte LED-Treiber-ICs empfohlen. Dies verhindert eine ungleiche Stromaufteilung in parallelen Strängen und gewährleistet eine gleichmäßige Lichtleistung aller Bauteile, wodurch natürliche Schwankungen in V_F.

8.2 Designüberlegungen

• Thermisches Management:Obwohl die Verlustleistung gering ist, ist die Einhaltung der Sperrschichttemperatur innerhalb der Grenzwerte entscheidend für Langzeitzuverlässigkeit und stabile Lichtleistung. Sorgen Sie für ausreichende Kupferfläche auf der Leiterplatte oder thermische Durchkontaktierungen unter den LED-Lötflächen, um Wärme abzuleiten, insbesondere bei Betrieb nahe dem Maximalstrom.
• ESD-Schutz:LEDs sind anfällig für Beschädigungen durch elektrostatische Entladung (ESD). Während der Bestückung müssen ordnungsgemäße ESD-Handhabungsverfahren eingehalten werden, einschließlich der Verwendung geerdeter Arbeitsplätze, Handgelenkbänder und leitfähiger Behälter.
• Optisches Design:Der große Abstrahlwinkel von 130 Grad sorgt für ein diffuses Lichtmuster. Für Anwendungen, die einen stärker fokussierten Lichtstrahl erfordern, können Sekundäroptiken (Linsen oder Lichtleiter) notwendig sein.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Diese auf AlInGaP basierende rote LED bietet deutliche Vorteile gegenüber älteren Technologien wie GaAsP (Galliumarsenidphosphid). Der Hauptunterschied ist eine deutlich höhere Lichtausbeute, was bedeutet, dass sie bei gleichem Eingangsstrom (mA) mehr Licht (Millicandela) erzeugt. Dies führt zu einem geringeren Stromverbrauch bei einer gegebenen Helligkeitsstufe oder einer viel höheren Helligkeit innerhalb desselben Leistungsbudgets. Das ultraflache 0,2-mm-Profil ist ein wesentlicher mechanischer Vorteil gegenüber vielen Standard-SMD-LEDs und ermöglicht Designs in zunehmend schlanken Konsumelektronikgeräten.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

10.1 Was ist der Unterschied zwischen Spitzenwellenlänge und dominanter Wellenlänge?

Die Spitzenwellenlänge (λ_P) ist die physikalische Wellenlänge, bei der die LED die meiste optische Leistung emittiert. Die dominante Wellenlänge (λ_d) ist ein berechneter Wert basierend auf der menschlichen Farbwahrnehmung (CIE-Diagramm), der die wahrgenommene Farbe am besten repräsentiert. Bei monochromatischen LEDs wie dieser roten liegen sie oft nahe beieinander, sind aber nicht identisch. Entwickler, die sich mit Farbpunkten (z.B. in Displays) befassen, sollten sich auf die dominante Wellenlänge beziehen.

10.2 Warum ist ein strombegrenzender Widerstand notwendig?

Die Durchlassspannung einer LED hat einen negativen Temperaturkoeffizienten und kann von Bauteil zu Bauteil variieren (wie im Binning zu sehen). Bei direkter Verbindung mit einer Spannungsquelle kann eine kleine Änderung von V_Feine große, möglicherweise zerstörerische Änderung des Stroms verursachen. Ein Vorwiderstand (oder eine Konstantstromquelle) sorgt für eine Gegenkopplung, die den Betriebsstrom gegenüber diesen Schwankungen stabilisiert.

10.3 Kann ich diese LED mit einer Spannung höher als ihre V_F?

Ja, aber Sie müssen immer ein strombegrenzendes Element in Reihe schalten (Widerstand oder aktive Schaltung). Die Treiberspannung muss höher sein als die V_Fder LED, damit Strom fließen kann, aber die überschüssige Spannung fällt am strombegrenzenden Bauteil ab, um den korrekten I_F.

11. Praktisches Anwendungsbeispiel

Szenario: Entwurf einer Statusanzeigetafel für einen Netzwerkrouter.Die Tafel benötigt fünf rote Status-LEDs. Eine gleichmäßige Helligkeit ist für das Nutzererlebnis entscheidend.Entwurfsschritte:1) Erforderliche Helligkeit bestimmen: Wählen Sie Bin L (11,2-18,0 mcd) für gute Sichtbarkeit. 2) Betriebsstrom bestimmen: Wählen Sie I_F= 5mA (Standardtestbedingung) für lange Lebensdauer und geringe Wärmeentwicklung. 3) Vorwiderstand berechnen: Angenommen eine Versorgungsspannung von 3,3V und eine typische V_Fvon 2,0V (aus Bin E3), R = (3,3V - 2,0V) / 0,005A = 260Ω. Verwenden Sie den nächstgelegenen Normwert (270Ω). 4) Layout: Verwenden Sie die empfohlene Lötflächengeometrie. Schließen Sie alle fünf LEDs parallel, jeweils mit einem eigenen 270Ω-Widerstand an die 3,3V-Leitung an. Dies gewährleistet eine individuelle Stromregelung für Gleichmäßigkeit. 5) Bestückung: Befolgen Sie die MSL-3-Richtlinien und das spezifizierte Reflow-Profil.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Leuchtdioden (LEDs) sind Halbleiterbauelemente, die Licht durch Elektrolumineszenz emittieren. Wenn eine Durchlassspannung an den p-n-Übergang 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. Bei diesem spezifischen Bauteil ist das Halbleitermaterial AlInGaP, das so entwickelt wurde, dass diese freigesetzte Energie in Form von Photonen (Licht) im roten Bereich des sichtbaren Spektrums (ca. 631-639 nm) vorliegt. Die spezifische Zusammensetzung der Aluminium-, Indium-, Gallium- und Phosphid-Atome bestimmt die Bandlückenenergie und damit die Farbe des emittierten Lichts.

13. Technologietrends

Der allgemeine Trend in der SMD-LED-Technologie geht weiterhin in Richtung höherer Effizienz (mehr Lumen pro Watt), kleinerer Gehäusegrößen und höherer Zuverlässigkeit. Bei Anzeige-LEDs liegt der Fokus darauf, hellere Ausgangsleistungen bei niedrigeren Strömen zu erreichen und immer flachere Profile zu entwickeln, um den Anforderungen miniaturisierter tragbarer Elektronikgeräte gerecht zu werden. Fortschritte in der Materialwissenschaft, wie verbesserte epitaktische Wachstumstechniken für AlInGaP und andere Verbindungshalbleiter, tragen direkt zu diesen Leistungssteigerungen bei. Darüber hinaus gewährleistet die Standardisierung von Gehäusen und Bestückungsprozessen die Kompatibilität mit sich weiterentwickelnden, hochvolumigen automatisierten Fertigungslinien.