SMD LED LTST-C150KDKT-10A Datenblatt - 1,6x0,8x0,6mm - 2,4V - 50mW - Rot AllnGaP - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument enthält die vollständigen technischen Spezifikationen für eine SMD-LED. Das Bauteil ist für die automatisierte Leiterplattenbestückung konzipiert und ideal für platzbeschränkte Anwendungen in einer breiten Palette elektronischer Geräte.

1.1 Merkmale

• Konform mit den RoHS-Umweltrichtlinien.
• Verwendet einen ultrahellen Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AllnGaP)-Halbleiterchip, der rotes Licht emittiert.
• Auf 8-mm-Trägerband gewickelt auf 7-Zoll-Durchmesser-Spulen für die automatisierte Handhabung verpackt.
• Standard-EIA-Gehäuseabmessungen.
• Eingang kompatibel mit Standard-IC-Logikpegeln.
• Für die Kompatibilität mit automatischen Bestückungsgeräten (Pick-and-Place) ausgelegt.
• Hält Standard-Infrarot (IR)-Reflow-Lötprozessen stand.

1.2 Zielanwendungen

Diese LED eignet sich für eine Vielzahl von Anwendungen, die eine kompakte, zuverlässige Anzeige- oder Hintergrundbeleuchtungsquelle erfordern, einschließlich, aber nicht beschränkt auf:

• Telekommunikationsgeräte, Büroautomatisierungsgeräte, Haushaltsgeräte und industrielle Steuerungssysteme.
• Hintergrundbeleuchtung für Tastaturen und Keypads.
• Status- und Stromanzeigen.
• Mikrodisplays und Panelanzeigen.
• Signal- und Symbolbeleuchtung.

2. Technische Parameter: Detaillierte objektive Interpretation

Die folgenden Abschnitte bieten eine detaillierte Analyse der elektrischen, optischen und Umgebungsspezifikationen des Bauteils.

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte stellen die Grenzen dar, bei deren Überschreitung dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb unter diesen Bedingungen ist nicht garantiert. Alle Werte gelten bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C.

• Verlustleistung (Pd):50 mW. Dies ist die maximale Leistung, die das Bauteil als Wärme abführen kann.
• Spitzen-Durchlassstrom (I_F(PEAK)):40 mA. Dies ist der maximal zulässige momentane Durchlassstrom, typischerweise unter Impulsbedingungen angegeben (1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Impulsbreite), um Überhitzung zu verhindern.
• Dauer-Durchlassstrom (I_F):20 mA. Dies ist der maximal empfohlene Gleichstrom für Dauerbetrieb.
• Sperrspannung (V_R):5 V. Das Anlegen einer Sperrspannung über diesem Wert kann zum Sperrschichtdurchbruch führen.
• 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-Reflow-Lötbedingung:260°C Spitzentemperatur für maximal 10 Sekunden. Dies definiert das Temperaturprofil, das das Gehäuse während der Bestückung aushält.

2.2 Elektro-optische Kenngrößen

Diese Parameter definieren die typische Leistung des Bauteils unter normalen Betriebsbedingungen (Ta=25°C, I_F=10mA, sofern nicht anders angegeben).

• Lichtstärke (I_V):2,8 bis 28,0 mcd (Millicandela). Die wahrgenommene Helligkeit der Lichtausgabe. Die große Spanne wird durch ein Binning-System verwaltet.
• Blickwinkel (2θ_1/2):130 Grad. Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte des auf der Achse gemessenen Wertes abfällt. Ein derart großer Blickwinkel bietet ein breites, diffuses Lichtmuster, das für Anzeigen geeignet ist.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_P):650,0 nm (Nanometer). Die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsabgabe maximal ist.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):630,0 bis 645,0 nm. Dies ist die einzelne Wellenlänge, die das menschliche Auge wahrnimmt und die die Farbe (in diesem Fall Rot) definiert. Sie wird aus dem CIE-Farbdiagramm abgeleitet.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):20 nm (typisch). Dies gibt die spektrale Reinheit oder Bandbreite des emittierten Lichts an, gemessen als Breite des Spektrums bei halber Maximalleistung.
• Durchlassspannung (V_F):1,6 bis 2,4 V. Der Spannungsabfall über der LED bei dem angegebenen Prüfstrom (10mA).
• Sperrstrom (I_R):10 μA (Mikroampere) maximal. Der kleine Leckstrom, der fließt, wenn die maximale Sperrspannung (5V) angelegt wird.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um eine gleichmäßige Helligkeit für Produktionsanwendungen sicherzustellen, werden LEDs in Leistungsgruppen oder \"Bins\" sortiert.

3.1 Lichtstärke-Bin-Code

Das primäre Binning für dieses Produkt basiert auf der bei 10mA gemessenen Lichtstärke. Die Toleranz innerhalb jedes Bins beträgt +/-15%.

• Bin H:2,8 - 4,5 mcd
• Bin J:4,5 - 7,1 mcd
• Bin K:7,1 - 11,2 mcd
• Bin L:11,2 - 18,0 mcd
• Bin M:18,0 - 28,0 mcd

Dieses System ermöglicht es Konstrukteuren, für ihre spezifische Anwendung eine geeignete Helligkeitsklasse auszuwählen und so Kosten und Leistung in Einklang zu bringen.

4. Analyse der Leistungskurven

Während spezifische grafische Daten im Quelldokument referenziert sind, werden die wichtigsten Zusammenhänge hier basierend auf der Standard-LED-Physik und den angegebenen Parametern beschrieben.

4.1 Strom-Spannungs-Kennlinie (I-V)

Eine LED ist eine Diode. Ihre Durchlassspannung (V_F) hat einen logarithmischen Zusammenhang mit dem Durchlassstrom (I_F). Der angegebene V_F-Bereich von 1,6V bis 2,4V bei 10mA ist typisch für eine rote AllnGaP-LED. Ein Betrieb über dem empfohlenen Dauerstrom (20mA) führt zu einem leichten Anstieg von V_F, erzeugt aber hauptsächlich übermäßige Wärme, was den Wirkungsgrad und die Lebensdauer verringert.

4.2 Lichtstärke in Abhängigkeit vom Durchlassstrom

Die Lichtausgabe (I_V) ist über einen signifikanten Bereich annähernd proportional zum Durchlassstrom. Der Wirkungsgrad neigt jedoch bei sehr hohen Strömen aufgrund verstärkter thermischer Effekte und anderer nicht-idealer Halbleitereigenschaften zum Absinken. Der Betrieb der LED mit dem typischen Strom von 10mA oder 20mA gewährleistet optimalen Wirkungsgrad und Zuverlässigkeit.

4.3 Temperaturabhängigkeit

Die LED-Leistung ist temperaturabhängig. Mit steigender Sperrschichttemperatur:

• Durchlassspannung (V_F):Sinkt. Dies hat einen negativen Temperaturkoeffizienten.
• Lichtstärke (I_V):Sinkt. Höhere Temperaturen verringern den internen Quantenwirkungsgrad des Halbleiters, was bei gleichem Strom zu einer geringeren Lichtausgabe führt.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):Kann sich leicht verschieben, was möglicherweise den wahrgenommenen Farbton verändert.

Ein ordnungsgemäßes Wärmemanagement im Leiterplattendesign ist entscheidend für eine konstante Leistung.

4.4 Spektrale Verteilung

Das Emissionsspektrum ist um eine Spitzenwellenlänge (λ_P) von 650 nm zentriert, mit einer typischen Halbwertsbreite (Δλ) von 20 nm. Dies ergibt eine gesättigte rote Farbe. Die dominante Wellenlänge (λ_d), die die wahrgenommene Farbe definiert, liegt zwischen 630 nm und 645 nm.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Das Bauteil entspricht einem standardmäßigen Oberflächenmontage-Gehäuse. Wichtige Abmessungen sind eine Bauteilgröße von etwa 1,6 mm Länge, 0,8 mm Breite und 0,6 mm Höhe (spezifische Zeichnung in der Quelle referenziert). Alle Maßtoleranzen betragen ±0,1 mm, sofern nicht anders angegeben. Die Linse ist wasserklar, sodass die native rote Farbe des AllnGaP-Chips sichtbar ist.

5.2 Empfohlenes Leiterplatten-Pad-Layout

Ein empfohlenes Lötpad-Layout für die Leiterplatte wird bereitgestellt, um zuverlässiges Löten und korrekte Ausrichtung zu gewährleisten. Dieses Layout ist so gestaltet, dass es während des Reflow-Prozesses eine gute Lötnahtbildung ermöglicht und gleichzeitig das Risiko von Lötbrücken minimiert.

5.3 Polaritätskennzeichnung

Die Kathode (negativer Anschluss) ist typischerweise durch eine visuelle Markierung auf dem LED-Gehäuse gekennzeichnet, wie z.B. eine Kerbe, ein grüner Punkt oder eine abgeschrägte Ecke der Linse. Während der Bestückung muss die korrekte Polarität beachtet werden, da das Anlegen einer Sperrspannung das Bauteil beschädigen kann.

6. Löt- und Bestückungsrichtlinien

6.1 IR-Reflow-Lötparameter

Das Bauteil ist mit bleifreien Lötprozessen kompatibel. Ein empfohlenes Reflow-Profil gemäß JEDEC-Standards wird bereitgestellt.

• Vorwärmtemperatur:150°C bis 200°C.
• Vorwärmzeit:Maximal 120 Sekunden.
• Spitzen-Bauteiltemperatur:Maximal 260°C.
• Zeit über 260°C:Maximal 10 Sekunden.
• Anzahl der Reflow-Durchläufe:Maximal zwei Mal.

Das spezifische Profil muss für das tatsächliche Leiterplattendesign, die verwendete Lötpaste und den Ofen charakterisiert werden.

6.2 Handlötung (falls erforderlich)

Bei manueller Lötung ist äußerste Vorsicht geboten:

• Lötkolbentemperatur:Maximal 300°C.
• Lötzeit:Maximal 3 Sekunden pro Anschluss.
• Anzahl der Lötversuche:Nur einmal pro Verbindung.

Längere Hitzeeinwirkung kann die internen Bonddrähte und das Epoxid-Gehäuse beschädigen.

6.3 Lagerbedingungen

Die Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe (MSL) ist ein kritischer Faktor für SMD-Bauteile.

• Verschweißte Verpackung (mit Trockenmittel):Lagern bei ≤30°C und ≤90% r.F. Innerhalb eines Jahres nach dem Trockenpack-Datum verwenden.
• Geöffnete Verpackung:Lagern bei ≤30°C und ≤60% r.F. Bauteile sollten innerhalb einer Woche (MSL 3) dem IR-Reflow unterzogen werden.
• Längere Lagerung (außerhalb der Tüte):In einem verschlossenen Behälter mit Trockenmittel oder in einem Stickstoff-Exsikkator lagern. Bei Lagerung über eine Woche ist vor dem Löten ein Ausheizen bei 60°C für mindestens 20 Stunden erforderlich, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und \"Popcorning\" während des Reflow zu verhindern.

6.4 Reinigung

Wenn eine Nachlötreinigung erforderlich ist, verwenden Sie nur zugelassene alkoholbasierte Lösungsmittel wie Isopropylalkohol (IPA) oder Ethylalkohol. Das Eintauchen sollte bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute erfolgen. Nicht spezifizierte chemische Reiniger können die LED-Linse oder das Gehäusematerial beschädigen.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Band- und Spulenspezifikationen

Die Bauteile werden auf geprägten Trägerbändern für die automatisierte Bestückung geliefert.

• Trägerbandbreite: 8mm.
• Spulendurchmesser:7 Zoll.
• Menge pro Spule:3000 Stück (Standardvollspule).
• Mindestbestellmenge (MOQ) für Restposten:500 Stück.
• Taschenversiegelung:Leere Taschen sind mit Deckband versiegelt.
• Fehlende Bauteile:Gemäß Industriestandard (ANSI/EIA 481) sind maximal zwei aufeinanderfolgende fehlende Lampen zulässig.

8. Anwendungsvorschläge und Designüberlegungen

8.1 Typische Anwendungsschaltungen

Eine LED ist ein stromgesteuertes Bauteil. Um eine gleichmäßige Helligkeit sicherzustellen und insbesondere bei der Parallelschaltung mehrerer LEDs ein \"Strom-Hogging\" zu verhindern, muss ein strombegrenzender Widerstand in Reihe mit jeder LED verwendet werden. Der Widerstandswert (R) wird mit dem Ohmschen Gesetz berechnet: R = (V_VERSORGUNG- V_F) / I_F, wobei V_Fdie Durchlassspannung der LED beim gewünschten Strom I_Fist. Die Verwendung des maximalen V_F-Werts aus dem Datenblatt (2,4V) in der Berechnung stellt sicher, dass der Strom selbst bei Bauteiltoleranzen das Ziel nicht überschreitet.

8.2 Designüberlegungen

• Wärmemanagement:Obwohl die Verlustleistung gering ist (max. 50mW), hilft ein guter Wärmeleitweg über die Leiterplattenpads, eine stabile Lichtausgabe und Langlebigkeit zu gewährleisten, insbesondere bei hohen Umgebungstemperaturen oder höheren Treiberströmen.
• ESD-Schutz (Elektrostatische Entladung):LEDs sind empfindlich gegenüber statischer Elektrizität. Während der Handhabung und Bestückung müssen geeignete ESD-Schutzmaßnahmen (Armbänder, geerdete Arbeitsplätze, leitfähige Böden) umgesetzt werden.
• Optisches Design:Der 130-Grad-Blickwinkel bietet eine breite Ausleuchtung. Für fokussierteres Licht können externe Linsen oder Lichtleiter erforderlich sein.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Diese AllnGaP-Rot-LED bietet spezifische Vorteile:

• Im Vergleich zu traditionellen GaAsP-Rot-LEDs:AllnGaP-Technologie bietet eine deutlich höhere Lichtausbeute, was zu einer helleren Ausgabe bei gleichem Strom oder gleicher Helligkeit bei geringerer Leistung führt.
• Im Vergleich zu Standard-Durchsteck-LEDs:Das SMD-Gehäuse ermöglicht eine viel höhere Bestückungsdichte, ist mit vollautomatischen Fertigungslinien kompatibel und macht das Biegen von Anschlüssen und das Bohren von Löchern auf der Leiterplatte überflüssig.
• Hauptvorteil:Die Kombination aus hoher Helligkeit durch AllnGaP, einem großen Blickwinkel und einem kompakten, reflow-lötbaren Gehäuse macht dieses Bauteil sehr vielseitig für moderne Elektronik.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

10.1 Kann ich diese LED direkt von einem 3,3V- oder 5V-Logik-Pin ansteuern?

Nein, nicht ohne einen strombegrenzenden Widerstand.Ein direkter Anschluss würde versuchen, einen sehr hohen Strom zu ziehen, der nur durch die Stromfähigkeit des Pins und den dynamischen Widerstand der LED begrenzt wäre, was die LED wahrscheinlich zerstören oder den treibenden IC beschädigen würde. Immer einen Reihenwiderstand verwenden.

10.2 Warum gibt es eine so große Spanne bei der Lichtstärke (2,8 bis 28,0 mcd)?

Dies liegt an natürlichen Schwankungen in der Halbleiterfertigung. Das Binning-System (H bis M) sortiert Teile nach gemessener Helligkeit. Für ein einheitliches Erscheinungsbild in einer Anwendung sollten LEDs aus demselben Lichtstärke-Bin spezifiziert und verwendet werden.

10.3 Was passiert, wenn ich den Dauerstrom von 20mA überschreite?

Das Überschreiten des Nennwerts erhöht die Sperrschichttemperatur. Dies beschleunigt den Abbau des Halbleitermaterials, was zu einem dauerhaften und schnellen Abfall der Lichtausgabe (Lichtstromrückgang) und möglicherweise zu einem katastrophalen Ausfall führt. Schaltungen immer so auslegen, dass sie innerhalb der absoluten Maximalwerte arbeiten.

11. Praktisches Anwendungsbeispiel

11.1 Designfall: Statusanzeigepanel

Szenario:Entwurf eines Bedienpanels mit 10 identischen roten Statusanzeigen, versorgt von einer 5V-Schiene. Eine gleichmäßige Helligkeit ist entscheidend.
Designschritte:

1. Treiberstrom wählen:Wählen Sie I_F= 10mA für gute Helligkeit und lange Lebensdauer.
2. Widerstandswert berechnen:Verwenden Sie den maximalen V_F-Wert (2,4V) für den Worst-Case-Entwurf. R = (5V - 2,4V) / 0,01A = 260 Ohm. Der nächstgelegene Standard-E24-Wert ist 270 Ohm.
3. Widerstandsleistung berechnen:P = I²* R = (0,01)²* 270 = 0,027W. Ein Standard-1/8W (0,125W) oder 1/10W Widerstand ist ausreichend.
4. LED-Bin spezifizieren:Um sicherzustellen, dass alle 10 Anzeigen übereinstimmen, spezifizieren Sie im Kaufauftrag LEDs aus einem einzigen Lichtstärke-Bin (z.B. Bin L: 11,2-18,0 mcd).
5. Leiterplattenlayout:Verwenden Sie das empfohlene Pad-Layout. Stellen Sie sicher, dass das Panel-Design den 130-Grad-Blickwinkel berücksichtigt, sodass die Anzeige von den vorgesehenen Benutzerpositionen aus sichtbar ist.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Leuchtdioden (LEDs) sind Halbleiterbauteile, die elektrische Energie direkt in Licht umwandeln, durch einen Prozess namens Elektrolumineszenz. 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 das aktive Gebiet injiziert. Wenn diese Ladungsträger rekombinieren, setzen sie Energie frei. In einer AllnGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid)-LED wird diese Energie hauptsächlich als Photonen (Licht) im roten Teil des sichtbaren Spektrums freigesetzt. Die spezifische Wellenlänge (Farbe) wird durch die Bandlückenenergie des Halbleitermaterials bestimmt, die während des Kristallwachstumsprozesses durch Anpassung der Verhältnisse von Aluminium, Indium und Gallium eingestellt wird.

13. Technologietrends und Entwicklungen

Das Gebiet der Optoelektronik entwickelt sich ständig weiter. Allgemeine Trends in der Branche sind:

• Erhöhter Wirkungsgrad:Laufende Forschung in Materialwissenschaften und Chipdesign führt zu LEDs, die mehr Lumen pro Watt (lm/W) erzeugen und so den Stromverbrauch bei gleicher Lichtausgabe reduzieren.
• Miniaturisierung:Gehäusegrößen schrumpfen weiter (z.B. 0402, 0201 metrische Größen), um eine noch höhere Dichte auf Leiterplatten für ultrakompakte Geräte zu ermöglichen.
• Verbesserte Farbkonstanz:Fortschritte in der epitaktischen Wachstumstechnik und Binning-Verfahren ermöglichen engere Toleranzen bei dominanter Wellenlänge und Lichtstärke, was Konstrukteuren eine präzisere Kontrolle über Farbe und Helligkeit gibt.
• Integration:Trends umfassen die Integration mehrerer LED-Chips (RGB) in ein einzelnes Gehäuse zur Farbmischung oder die Kombination von Steuer-ICs mit LEDs für \"intelligente\" Beleuchtungslösungen.

Diese Entwicklungen zielen darauf ab, Konstrukteuren leistungsfähigere, effizientere und zuverlässigere Bauteile für ein wachsendes Anwendungsspektrum bereitzustellen.