SMD LED LTSA-E67RVEWTU Datenblatt - Diffus Rot AlInGaP - 70mA - 185,5mW - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument enthält die vollständigen technischen Spezifikationen für eine oberflächenmontierbare (SMD) Leuchtdiode (LED). Das Bauteil ist für die automatisierte Leiterplattenbestückung (PCB) konzipiert und eignet sich für platzbeschränkte Anwendungen. Seine Hauptmerkmale sind eine diffundierende Linse und eine rote Lichtquelle auf Basis der Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP) Halbleitertechnologie.

1.1 Kernmerkmale und Zielmarkt

Die LED ist mit mehreren Schlüsselmerkmalen entwickelt, die ihre Zuverlässigkeit und Integrationsfreundlichkeit erhöhen. Sie entspricht der RoHS-Richtlinie. Das Bauteil wird in einer industrieüblichen Verpackung geliefert: auf 8mm breitem Trägerband, aufgewickelt auf 7-Zoll-Reel, was eine schnelle automatisierte Bestückung ermöglicht. Es wurde gemäß JEDEC Feuchtesensitivitätsstufe 2a vorbehandelt, um Robustheit gegen Feuchtigkeitsschäden während des Reflow-Lötens zu gewährleisten. Darüber hinaus ist das Produkt nach dem AEC-Q101 Rev. D Standard qualifiziert, einem kritischen Maßstab für Komponenten in der Kfz-Elektronik. Sein Design ist mit Infrarot (IR) Reflow-Lötprozessen kompatibel. Das primäre Anwendungsziel sind Kfz-Zubehörsysteme, wo Zuverlässigkeit und Leistung unter variierenden Umgebungsbedingungen von größter Bedeutung sind.

2. Technische Parameter: Detaillierte objektive Interpretation

Dieser Abschnitt beschreibt die absoluten Grenzwerte und Betriebseigenschaften der LED im Detail. Das Verständnis dieser Parameter ist für einen zuverlässigen Schaltungsentwurf und den Betrieb des Bauteils innerhalb seines sicheren Arbeitsbereichs (SOA) unerlässlich.

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 kontinuierliche Gleichstrom-Durchlassstrom (IF) beträgt 70 mA. Unter gepulsten Bedingungen mit einem Tastverhältnis von 1/10 und einer Pulsbreite von 0,1ms kann das Bauteil einen Spitzen-Durchlassstrom von 100 mA verkraften. Die maximale Verlustleistung (Pd) beträgt 185,5 mW. Das Bauteil ist für einen Betriebs- und Lagertemperaturbereich von -40°C bis +100°C ausgelegt. Für bleifreie Lötprozesse kann es ein Infrarot-Reflow-Profil mit einer Spitzentemperatur von 260°C für maximal 10 Sekunden aushalten.

2.2 Thermische Eigenschaften

Das Wärmemanagement ist entscheidend für die Leistung und Lebensdauer der LED. Der Wärmewiderstand vom Halbleiterübergang zur Umgebungsluft (RθJA) beträgt typischerweise 280 °C/W, gemessen auf einer Standard-FR4-Leiterplatte mit 1,6mm Dicke und einer Kupferfläche von 16mm². Der Wärmewiderstand vom Übergang zum Lötpunkt (RθJS) beträgt typischerweise 130 °C/W und bietet einen direkteren Weg für die Wärmeableitung. Die maximal zulässige Sperrschichttemperatur (Tj) beträgt 125°C. Das Überschreiten dieser Temperatur beschleunigt den Lichtstromrückgang und kann zu katastrophalem Ausfall führen.

2.3 Elektro-optische Eigenschaften

Die elektro-optischen Eigenschaften werden bei Ta=25°C und einem Prüfstrom (IF) von 50 mA gemessen, einem gängigen Arbeitspunkt unterhalb des absoluten Maximums. Die Lichtstärke (Iv) liegt zwischen einem Minimum von 1800 Millicandela (mcd) und einem Maximum von 3550 mcd. Der Abstrahlwinkel (2θ½), definiert als der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte ihres axialen Wertes abfällt, beträgt 120 Grad, was auf ein breites, diffuses Abstrahlmuster hinweist. Die Spitzenemissionswellenlänge (λP) beträgt 632 nm. Die dominante Wellenlänge (λd), die die wahrgenommene Farbe definiert, hat einen spezifizierten Bereich von 618 nm bis 630 nm. Die spektrale Bandbreite (Δλ) beträgt etwa 20 nm. Die Durchlassspannung (VF) bei 50 mA liegt zwischen 1,9V und 2,65V. Der Sperrstrom (IR) ist auf maximal 10 μA begrenzt, wenn eine Sperrspannung (VR) von 12V angelegt wird; es ist wichtig zu beachten, dass das Bauteil nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt ist.

3. Erklärung des Bin-Klassifizierungssystems

Um Konsistenz in Farbe und Helligkeit für Produktionsanwendungen sicherzustellen, werden LEDs in Leistungsklassen (Bins) sortiert. Die Charge wird mit einem Code gekennzeichnet, der ihre Durchlassspannungs- (Vf), Lichtstärke- (Iv) und dominante Wellenlängen- (Wd) Klasse repräsentiert.

3.1 Durchlassspannung (Vf) Binning

Die Durchlassspannung wird in Schritten von etwa 0,15V klassifiziert. Die Bin-Codes reichen von C (1,90V - 2,05V) bis G (2,50V - 2,65V). Für jede Klasse gilt eine Toleranz von ±0,1V. Die Auswahl von LEDs aus derselben Vf-Klasse hilft, eine gleichmäßige Stromverteilung aufrechtzuerhalten, wenn mehrere Bauteile parallel geschaltet sind.

3.2 Lichtstärke (Iv) Binning

Die Lichtstärke wird in drei Klassen kategorisiert: X1 (1800-2240 mcd), X2 (2240-2800 mcd) und Y1 (2800-3550 mcd). Für jede Klasse gilt eine Toleranz von ±11%. Dies ermöglicht es Konstrukteuren, den geeigneten Helligkeitsgrad für ihre Anwendung auszuwählen.

3.3 Dominante Wellenlänge (Wd) Binning

Die dominante Wellenlänge, die den genauen Rotton bestimmt, wird in 3nm-Schritten klassifiziert. Die Bin-Codes sind 5 (618-621 nm), 6 (621-624 nm), 7 (624-627 nm) und 8 (627-630 nm). Die Toleranz für jede Klasse beträgt ±1 nm. Diese enge Kontrolle ist für Anwendungen, die spezifische Farbpunkte erfordern, unerlässlich.

4. Analyse der Kennlinien

Grafische Daten geben Aufschluss darüber, wie sich die LED unter variierenden Bedingungen verhält, was für ein robustes Systemdesign entscheidend ist.

4.1 Strom-Spannungs-Kennlinie (I-V)

Die Durchlassspannung zeigt einen logarithmischen Zusammenhang mit dem Durchlassstrom. Bei niedrigen Strömen liegt die Spannung nahe der eingebauten Potenzialdifferenz der Diode. Mit steigendem Strom erhöht sich die Spannung aufgrund des Serienwiderstands des Halbleitermaterials und der Kontakte. Konstrukteure müssen diese Kurve verwenden, um geeignete strombegrenzende Widerstände oder Treiberschaltungen auszuwählen, um sicherzustellen, dass die LED mit der gewünschten Helligkeit arbeitet, ohne ihre Maximalwerte zu überschreiten.

4.2 Lichtstärke in Abhängigkeit vom Durchlassstrom

Die Lichtstärke ist im normalen Arbeitsbereich im Allgemeinen proportional zum Durchlassstrom. Allerdings kann der Wirkungsgrad bei sehr hohen Strömen aufgrund erhöhter Wärmeentwicklung und anderer nichtstrahlender Rekombinationsprozesse sinken. Der Betrieb der LED deutlich über ihrem empfohlenen Strom reduziert ihre Lebensdauer.

4.3 Temperaturabhängigkeit

Die Leistung einer LED ist stark temperaturabhängig. Bei steigender Sperrschichttemperatur nimmt die Durchlassspannung für einen gegebenen Strom typischerweise leicht ab. Bedeutender ist, dass die Lichtleistung abnimmt. Die dominante Wellenlänge kann sich ebenfalls leicht mit der Temperatur verschieben. Eine effektive Wärmeableitung ist daher unerlässlich, um eine konsistente optische Leistung aufrechtzuerhalten, insbesondere in Hochleistungs- oder Hochtemperaturanwendungen wie im Automobilbereich.

5. Mechanische und Verpackungsinformationen

5.1 Abmessungen und Polungskennzeichnung

Die LED entspricht einem standardisierten EIA-Gehäuse. Alle kritischen Abmessungen sind in Millimetern angegeben, mit einer allgemeinen Toleranz von ±0,2 mm, sofern nicht anders angegeben. Ein wichtiger Designhinweis ist, dass der Anodenanschlussrahmen auch als primärer Kühlkörper für die LED dient. Die korrekte Identifizierung von Anode und Kathode ist während des Leiterplattenlayouts und der Bestückung entscheidend, um die richtige Polung sicherzustellen.

5.2 Empfohlene PCB-Lötflächengeometrie

Eine empfohlene Lötflächengeometrie (Footprint) für die Leiterplatte wird bereitgestellt, um zuverlässiges Löten und optimale thermische Leistung zu gewährleisten. Diese Geometrie ist für die Kompatibilität mit Infrarot-Reflow-Lötprozessen ausgelegt. Die Einhaltung dieses empfohlenen Layouts hilft, korrekte Lötpastenwülste zu erzielen, gewährleistet mechanische Stabilität und maximiert den Wärmetransport vom thermischen Pad der LED (Anode) zur Leiterplatte.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil

Ein detailliertes Infrarot-Reflow-Lötprofil für bleifreie Prozesse wird gemäß dem J-STD-020 Standard spezifiziert. Das Profil umfasst Vorwärm-, Temperaturhalte-, Reflow- und Abkühlphasen. Der kritische Parameter ist eine maximale Bauteilkörpertemperatur von 260°C, die maximal 10 Sekunden gehalten wird. Die Einhaltung dieses Profils ist entscheidend, um thermische Schäden an der Epoxidlinse und der internen Halbleiterstruktur der LED zu verhindern.

6.2 Lager- und Handhabungshinweise

Das Produkt ist gemäß JEDEC J-STD-020 als Feuchtesensitivitätsstufe (MSL) 2a klassifiziert. In der originalversiegelten Feuchtigkeitsschutzbeutel mit Trockenmittel sollte es bei ≤30°C und ≤70% relativer Luftfeuchtigkeit gelagert und innerhalb eines Jahres verwendet werden. Nach dem Öffnen des Beutels sollten die Bauteile bei ≤30°C und ≤60% relativer Luftfeuchtigkeit gelagert werden. Es wird empfohlen, den IR-Reflow-Prozess innerhalb von 4 Wochen nach dem Öffnen des Beutels abzuschließen. Für eine Lagerung über 4 Wochen außerhalb der Originalverpackung sollten die Bauteile in einem verschlossenen Behälter mit Trockenmittel gelagert oder vor dem Löten bei etwa 60°C für mindestens 48 Stunden getrocknet (gebaked) werden, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und "Popcorning" während des Reflow zu verhindern.

6.3 Reinigung

Wenn eine Reinigung nach dem Löten notwendig 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 oder aggressiver chemischer Reiniger kann das Kunststoffgehäuse und die optische Linse der LED beschädigen.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Tape-and-Reel-Spezifikationen

Die LEDs werden auf geprägtem Trägerband mit einer Breite von 8mm geliefert. Das Band ist auf eine Standard-7-Zoll (178mm) Rolle aufgewickelt. Jede Rolle enthält 2000 Stück. Die Verpackung entspricht den ANSI/EIA-481 Spezifikationen. Detaillierte Abmessungen für die Bandtaschen, das Deckband und die Rolle werden bereitgestellt, um die Kompatibilität mit automatisierten Bestückungsgeräten sicherzustellen.

8. Anwendungshinweise und Designüberlegungen

8.1 Typische Anwendungsszenarien

Die primär vorgesehene Anwendung sind Kfz-Zubehörfunktionen. Dies kann Innenraumbeleuchtung, Armaturenbrett-Anzeigelampen, Mittelkonsole-Beleuchtung oder externe Positionsleuchten umfassen, bei denen eine diffuse, weitwinklige rote Abstrahlung erforderlich ist. Ihre AEC-Q101-Qualifikation macht sie für die rauen Umgebungsbedingungen (Temperatur, Feuchtigkeit, Vibration) in Fahrzeugen geeignet.

8.2 Kritische Designaspekte

Strombegrenzung:Eine LED ist ein stromgesteuertes Bauteil. Ein Vorwiderstand oder eine Konstantstrom-Treiberschaltung ist zwingend erforderlich, um den Durchlassstrom auf einen sicheren Wert zu begrenzen, typischerweise im oder unterhalb des empfohlenen Bereichs von 50-70 mA, unter Berücksichtigung von Netzschwankungen.
Wärmemanagement:Die maximale Sperrschichttemperatur darf nicht überschritten werden. Gestalten Sie das Leiterplattenlayout so, dass es einen ausreichenden Wärmeleitweg vom Anodenpad bietet. Für Hochstrom- oder Hochtemperaturanwendungen sollten Sie eine größere Kupferfläche auf der Leiterplatte oder zusätzliche Wärmedurchkontaktierungen (Thermal Vias) in Betracht ziehen, um Wärme abzuleiten.
ESD-Schutz:Obwohl für dieses Bauteil nicht explizit angegeben, können AlInGaP-LEDs empfindlich gegenüber elektrostatischer Entladung (ESD) sein. Die Implementierung standardmäßiger ESD-Handhabungsvorkehrungen während der Montage wird empfohlen.
Optisches Design:Der 120° Abstrahlwinkel und die diffundierende Linse erzeugen einen weichen, breiten Strahl. Für Anwendungen, die einen stärker fokussierten Strahl erfordern, wären Sekundäroptiken (z.B. Linsen, Lichtleiter) notwendig.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Diese auf AlInGaP basierende rote LED bietet spezifische Vorteile. Im Vergleich zu älteren Technologien wie Galliumarsenidphosphid (GaAsP) bietet AlInGaP einen höheren Lichtausbeutegrad, was bei gleichem Eingangsstrom zu größerer Helligkeit führt. Die diffundierende Linse erzeugt ein gleichmäßiges, breites Abstrahlmuster, das ideal für Flächenbeleuchtung anstelle von fokussierter Punktbeleuchtung ist. Die AEC-Q101-Qualifikation und die MSL-2a-Einstufung sind entscheidende Unterscheidungsmerkmale für Automobil- und andere anspruchsvolle Anwendungen und zeigen im Vergleich zu Standard-Kommerz-LEDs verbesserte Zuverlässigkeitstests und Feuchtigkeitsbeständigkeit.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Kann ich diese LED direkt an eine 5V- oder 12V-Versorgung anschließen?
A: Nein. Sie müssen einen Strombegrenzungsmechanismus verwenden. Für eine 5V-Versorgung wird üblicherweise ein Vorwiderstand verwendet (R = (Versorgungsspannung - Vf) / If). Für eine 12V-Versorgung würde ein Widerstand übermäßig viel Wärme erzeugen; ein Konstantstromtreiber oder ein Schaltregler wird empfohlen.

F: Was ist der Unterschied zwischen Spitzenwellenlänge und dominanter Wellenlänge?
A: Die Spitzenwellenlänge (λP) ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsverteilung maximal ist (632 nm). Die dominante Wellenlänge (λd) ist die einzelne Wellenlänge monochromatischen Lichts, die der wahrgenommenen Farbe der LED entspricht (618-630 nm). λd ist für die Farbangabe relevanter.

F: Warum ist der Wärmewiderstand wichtig?
A: Er quantifiziert, wie effektiv Wärme vom LED-Übergang abgeführt werden kann. Ein niedrigerer Wärmewiderstand bedeutet eine bessere Wärmeableitung, was es ermöglicht, die LED bei höheren Strömen oder in heißeren Umgebungen zu betreiben, während die Sperrschichttemperatur innerhalb sicherer Grenzen bleibt, und so langfristige Zuverlässigkeit und stabile Lichtleistung gewährleistet.

F: Im Datenblatt wird ein Sperrspannungstest erwähnt. Kann ich diese LED in einer Wechselstromschaltung oder mit Verpolungsschutz verwenden?
A: Die 12V-Sperrspannungsangabe dient nur Testzwecken. Das Bauteil ist nicht für den kontinuierlichen Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt. In einer Wechselstromschaltung oder zum Verpolungsschutz muss eine externe Seriendiode verwendet werden, um Sperrspannung über der LED zu blockieren.

11. Praktisches Design- und Anwendungsbeispiel

Szenario:Entwurf einer roten Statusanzeige für ein Kfz-Steuermodul. Das Modul wird vom 12V-Bordnetz des Fahrzeugs versorgt (nominell 14V bei laufendem Motor). Die Anzeige muss bei Tageslicht gut sichtbar sein.
Designschritte:
1. Stromauswahl:Wählen Sie einen Arbeitspunkt von 50 mA für eine gute Balance zwischen Helligkeit und Lebensdauer.
2. Treiberauswahl:Aufgrund der hohen Versorgungsspannung würde ein einfacher Widerstand über 0,5W Leistung vergeuden. Eine bessere Lösung ist ein Low-Dropout (LDO) Konstantstrom-LED-Treiber-IC, eingestellt auf 50 mA.
3. Thermisches Design:Das Modul könnte im Motorraum platziert sein. Schätzen Sie die maximale Umgebungstemperatur (z.B. 85°C). Berechnen Sie den erwarteten Sperrschichttemperaturanstieg: ΔTj = Pd * RθJA = (VF * IF) * RθJA. Mit typischen Werten VF=2,2V und RθJA=280°C/W, Pd=0,11W, ergibt sich ΔTj ≈ 31°C. Tj = Ta + ΔTj = 85°C + 31°C = 116°C, was unter dem Maximum von 125°C liegt. Dies ist akzeptabel, aber grenzwertig. Um die Zuverlässigkeit zu verbessern, vergrößern Sie die Kupferfläche auf dem mit der Anode verbundenen Leiterplattenpad, um den effektiven RθJA zu senken.
4. Bin-Auswahl:Für ein einheitliches Erscheinungsbild mehrerer Einheiten in einem Armaturenbrett geben Sie enge Klassen für die dominante Wellenlänge (z.B. Bin 7) und Lichtstärke (z.B. Bin X2 oder Y1) vor.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Leuchtdioden sind Halbleiter-pn-Übergangsbauteile. Wird eine Durchlassspannung angelegt, injizieren Elektronen aus dem n-dotierten Bereich und Löcher aus dem p-dotierten Bereich über den Übergang. Diese Ladungsträger rekombinieren im aktiven Bereich des Halbleiters. In einem Halbleiter mit direkter Bandlücke wie AlInGaP wird ein erheblicher Teil dieser Rekombinationsereignisse in Form von Photonen (Licht) freigesetzt. Die spezifische Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts wird durch die Bandlückenenergie des Halbleitermaterials bestimmt. AlInGaP-Legierungen sind so entwickelt, dass sie Licht im roten, orangen und gelben Teil des sichtbaren Spektrums erzeugen. Die diffundierende Linse besteht aus einem Epoxid- oder Silikonmaterial, das Streupartikel enthält. Diese Partikel lenken das vom Halbleiterchip emittierte Licht zufällig um, verbreitern den Strahlungswinkel und erzeugen durch die Beseitigung des hellen zentralen "Hot Spots", der für eine klare Linse typisch ist, ein gleichmäßigeres, weicheres Erscheinungsbild.

13. Technologietrends und Entwicklungen

Das Gebiet der LED-Technologie entwickelt sich kontinuierlich weiter. Für Anzeige- und Signalanwendungen wie bei dieser Komponente konzentrieren sich die Trends auf mehrere Schlüsselbereiche.Erhöhter Wirkungsgrad:Laufende Materialforschungen zielen darauf ab, die interne Quanteneffizienz (IQE) von AlInGaP und anderen Halbleitermaterialien zu verbessern, was eine höhere Lichtleistung pro Einheit elektrischer Eingangsleistung (lm/W) ergibt.Verbesserte Zuverlässigkeit:Anforderungen aus Automobil- und Industriemärkten treiben Verbesserungen bei Gehäusematerialien (z.B. Hochtemperatursilikone) und Die-Attach-Technologien voran, um höheren Sperrschichttemperaturen und extremeren thermischen Zyklen standzuhalten.Miniaturisierung:Es gibt einen ständigen Druck zu kleineren Gehäuseabmessungen bei gleichbleibender oder steigender optischer Leistung, was eine dichtere Integration in moderne elektronische Geräte ermöglicht.Farbkonsistenz und Binning:Fortschritte in der epitaktischen Wachstumstechnik und der Fertigungsprozesskontrolle ermöglichen engere Verteilungen von Wellenlänge und Lichtstärke, reduzieren den Bedarf an umfangreichem Binning und vereinfachen das Bestandsmanagement für Hersteller.Integrierte Lösungen:Ein wachsender Trend ist die Integration des LED-Chips mit Treiber-ICs, Schutzbauteilen (wie ESD-Dioden) und sogar Steuerlogik in einzelne, intelligente Modulgehäuse.