SMD LED LTST-E683FGBW Datenblatt - Orange/Grün/Blau - 20mA - 80mW - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt die Spezifikationen einer oberflächenmontierbaren (SMD) LED-Komponente mit der Bezeichnung LTST-E683FGBW. Es handelt sich um eine mehrfarbige LED-Komponente, die drei verschiedene Leuchtchips in einem einzigen Gehäuse vereint: einen orangefarbenen AlInGaP-Chip, einen grünen InGaN-Chip und einen blauen InGaN-Chip. Das Bauteil ist für automatisierte Bestückungsprozesse ausgelegt und mit Infrarot-Reflow-Lötverfahren kompatibel, was es für die Serienfertigung in der Elektronik geeignet macht. Die diffundierende Linse bietet einen großen Betrachtungswinkel und verbessert die Sichtbarkeit aus verschiedenen Perspektiven.

2. Technische Parameter im Detail

2.1 Absolute Grenzwerte

Die Betriebsgrenzen des Bauteils sind bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C definiert. Das Überschreiten dieser Werte kann zu dauerhaften Schäden führen.

• Verlustleistung (Pd):Orange: 72 mW; Grün/Blau: 80 mW. Dieser Parameter gibt die maximale Leistung an, die die LED unter kontinuierlichem Gleichstrombetrieb sicher als Wärme abführen kann.
• Spitzen-Strom (IFP):Orange: 80 mA; Grün/Blau: 100 mA. Dies ist der maximal zulässige Pulsstrom, spezifiziert bei einem Tastverhältnis von 1/10 und einer Pulsbreite von 0,1 ms, nützlich für kurze, hochintensive Blitze.
• DC-Vorwärtsstrom (IF):Orange: 30 mA; Grün/Blau: 20 mA. Dies ist der empfohlene maximale kontinuierliche Vorwärtsstrom für einen zuverlässigen Langzeitbetrieb.
• Temperaturbereiche:Betrieb: -40°C bis +85°C; Lagerung: -40°C bis +100°C. Diese Bereiche definieren die Umgebungsbedingungen, denen das Bauteil während des Betriebs und im Ruhezustand standhalten kann.

2.2 Elektrische & Optische Kennwerte

Die wichtigsten Leistungskennwerte werden bei Ta=25°C und einem Standard-Prüfstrom (IF) von 20mA gemessen, sofern nicht anders angegeben.

• Lichtstärke (Iv):Gemessen in Millicandela (mcd), stellt sie die wahrgenommene Helligkeit der Lichtquelle dar. Die orangefarbene und blaue LED haben einen typischen Bereich von 140-355 mcd, während die grüne LED heller ist und einen Bereich von 355-900 mcd aufweist. Die Messung folgt der CIE-Photopischen Augenempfindlichkeitskurve.
• Betrachtungswinkel (2θ1/2):Typischerweise 120 Grad. Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte ihres maximalen axialen Wertes abfällt, was auf ein sehr breites Abstrahlmuster hinweist.
• Wellenlängenparameter:
  • Spitzenwellenlänge (λP):Die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsverteilung maximal ist. Typische Werte: Orange: 611 nm, Grün: 518 nm, Blau: 468 nm.
  • Dominante Wellenlänge (λd):Die einzelne Wellenlänge, die farblich der LED entspricht. Typische Werte: Orange: 605 nm, Grün: 525 nm, Blau: 470 nm. Dieser Wert wird aus dem CIE-Farbdiagramm abgeleitet.
  • Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):Die Bandbreite des emittierten Spektrums bei halber Maximalintensität. Typische Werte: Orange: 17 nm (schmal), Grün: 35 nm, Blau: 25 nm.
• Durchlassspannung (VF):Der Spannungsabfall über der LED beim angegebenen Strom. Bereiche: Orange: 1,8-2,4V; Grün/Blau: 2,8-3,8V. Toleranz ist +/- 0,1V. Dies ist entscheidend für den Treiberschaltungsentwurf.
• Sperrstrom (IR):Maximal 10 μA bei einer Sperrspannung (VR) von 5V. Das Bauteil ist nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt; dieser Parameter dient nur zur Charakterisierung des Leckstroms.

3. Erklärung des Binning-Systems

Die LEDs werden anhand ihrer gemessenen Lichtstärke bei 20mA in Bins sortiert, um die Farb- und Helligkeitskonsistenz innerhalb einer Produktionscharge sicherzustellen.

• Orange & Blau Bins:Verwenden die Codes R2, S1, S2, T1 mit Intensitätsbereichen von 140,0 mcd (R2 Min) bis 355,0 mcd (T1 Max).
• Grün Bins:Verwenden die Codes T2, U1, U2, V1 mit höheren Intensitätsbereichen von 355,0 mcd (T2 Min) bis 900,0 mcd (V1 Max).
• Toleranz:Jeder Intensitäts-Bin hat eine Toleranz von +/-11% auf die Nennwerte, um geringfügige Schwankungen zu berücksichtigen.

Konstrukteure sollten beim Bestellen die erforderlichen Bin-Codes angeben, um die gewünschten Helligkeitsstufen für ihre Anwendung zu garantieren, insbesondere bei LED-Arrays, bei denen Gleichmäßigkeit wichtig ist.

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt verweist auf typische Kennlinien (im vorliegenden Auszug nicht vollständig detailliert). Diese typischerweise grafisch dargestellten Kurven würden umfassen:

• I-V (Strom-Spannungs-) Kurve:Zeigt die Beziehung zwischen Vorwärtsstrom und Durchlassspannung für jeden Farbchip. Sie zeigt die exponentielle Einschaltcharakteristik einer Diode und hilft bei der Auswahl von Strombegrenzungswiderständen oder dem Entwurf von Konstantstromtreibern.
• Lichtstärke vs. Vorwärtsstrom:Veranschaulicht, wie die Lichtleistung mit dem Strom zunimmt, in der Regel in einem nahezu linearen Verhältnis innerhalb des empfohlenen Betriebsbereichs, bevor die Effizienz bei sehr hohen Strömen abfällt.
• Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Zeigt die Reduzierung der Lichtleistung mit steigender Sperrschichttemperatur, was für das thermische Management in Hochleistungs- oder Hochtemperaturanwendungen entscheidend ist.
• Spektrale Verteilung:Stellt die relative Strahlungsleistung über der Wellenlänge für jede LED grafisch dar und visualisiert so die Spitzenwellenlänge, die dominante Wellenlänge und die spektrale Halbwertsbreite.

5. Mechanische & Verpackungsinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Das Bauteil entspricht einem EIA-Standard-SMD-Gehäuse. Alle Abmessungen sind in Millimetern mit einer allgemeinen Toleranz von ±0,2 mm angegeben, sofern nicht anders spezifiziert. Die spezifische Abmessungszeichnung würde Länge, Breite, Höhe, Anschlussabstand und Linsengeometrie zeigen.

5.2 Pinbelegung

Die dreifarbige LED hat eine Common-Cathode- oder Common-Anode-Konfiguration (impliziert durch ein Gehäuse). Die Pinbelegung ist: Pin 1: Orange Anode, Pin 3: Blau Anode, Pin 4: Grün Anode (mit einer gemeinsamen Kathode, wahrscheinlich an Pin 2 und/oder 5, gemäß Standard-4-Pin-RGB-LED-Footprints). Dies muss anhand der detaillierten Gehäusezeichnung für korrekte PCB-Layouts überprüft werden.

5.3 Tape-and-Reel-Verpackung

Die Bauteile werden auf industrieüblichen, geprägten Trägerbändern auf 7-Zoll (178 mm) Durchmesser großen Spulen geliefert, um die automatisierte Pick-and-Place-Montage zu erleichtern.

• Bandabmessungen:Die Bandbreite, Taschenabstand und Taschenabmessungen sind spezifiziert, um mit Standard-Bestückungsgeräten kompatibel zu sein.
• Spulenspezifikationen:Standard-7-Zoll-Spule mit 2000 Stück. Mindestbestellmenge für Restspulen beträgt 500 Stück.
• Deckband:Leere Taschen werden mit einem Deckband verschlossen.
• Qualität:Entspricht den ANSI/EIA-481-Spezifikationen. Die maximal zulässige Anzahl aufeinanderfolgender fehlender Bauteile im Band beträgt zwei.

6. Löt- & Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil

Das Bauteil ist mit Infrarot (IR) Reflow-Lötverfahren kompatibel. Ein bleifreies Lötprofil gemäß J-STD-020B wird empfohlen.

• Vorwärmen:150-200°C für maximal 120 Sekunden, um die Leiterplatte allmählich zu erwärmen und das Flussmittel zu aktivieren.
• Spitzentemperatur:Sollte 260°C nicht überschreiten. Die Zeit oberhalb der Liquidustemperatur (z.B. 217°C) sollte gemäß der Empfehlung des Lotpastenherstellers kontrolliert werden.
• Lötzeit:Die Gesamtzeit bei Spitzentemperatur sollte auf maximal 10 Sekunden begrenzt sein. Der Reflow-Vorgang sollte maximal zweimal durchgeführt werden.

Hinweis:Das optimale Profil hängt vom spezifischen PCB-Design, der Lotpaste und dem Ofen ab. Das auf JEDEC basierende Profil dient als generisches Ziel.

6.2 Handlötung

Falls Handlötung notwendig ist, ist äußerste Vorsicht geboten:

• Lötkolbentemperatur:Maximal 300°C.
• Lötzeit:Maximal 3 Sekunden pro Lötstelle.
• Begrenzung:Handlötung sollte nur einmal durchgeführt werden, um thermische Spannungsschäden am LED-Gehäuse oder den Bonddrähten zu vermeiden.

6.3 Reinigung

Nicht spezifizierte chemische Reinigungsmittel sollten vermieden werden, da sie die LED-Epoxidlinse oder das Gehäuse beschädigen können. Falls nach dem Löten eine Reinigung erforderlich ist:

• Verwenden Sie alkoholbasierte Lösungsmittel wie Ethylalkohol oder Isopropylalkohol.
• Tauchen Sie die LED bei normaler Raumtemperatur ein.
• Begrenzen Sie die Eintauchzeit auf weniger als eine Minute.

6.4 Lagerung & Handhabung

• Versiegelte Verpackung:Lagern bei ≤30°C und ≤70% relativer Luftfeuchtigkeit (RH). Die Haltbarkeit beträgt ein Jahr bei Lagerung in der original feuchtigkeitsgeschützten Beutel mit Trockenmittel.
• Geöffnete Verpackung:Bauteile, die der Umgebungsluft ausgesetzt waren, sollten bei ≤30°C und ≤60% RH gelagert werden. Es wird dringend empfohlen, den IR-Relfow-Prozess innerhalb von 168 Stunden (7 Tagen) nach dem Öffnen des Beutels abzuschließen, um Feuchtigkeitsaufnahme zu verhindern, die während des Reflow zu "Popcorning" führen kann.
• Verlängerte Lagerung (geöffnet):Für Lagerung über 168 Stunden hinaus, legen Sie die Bauteile in einen verschlossenen Behälter mit Trockenmittel oder in einen stickstoffgespülten Exsikkator.
• Trocknen (Baking):Bauteile, die länger als 168 Stunden außerhalb ihrer Originalverpackung gelagert wurden, müssen vor dem Löten bei etwa 60°C für mindestens 48 Stunden getrocknet werden, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen.

7. Anwendungsvorschläge

7.1 Typische Anwendungsszenarien

Diese dreifarbige SMD LED ist für allgemeine Anzeige- und Hintergrundbeleuchtungsanwendungen in Konsum- und Industrielektronik konzipiert, bei denen mehrere Statusfarben von einer einzigen kompakten Komponente benötigt werden. Beispiele sind:

• Mehrfachstatusanzeigen an Netzwerkgeräten, Routern oder Servern (z.B. Strom/Aktivität/Fehler).
• Hintergrundbeleuchtung für Tasten oder Symbole auf Bedienfeldern, Fernbedienungen oder Geräten.
• Dekorative Beleuchtung oder Statusanzeigen in Fahrzeuginnenräumen (nicht sicherheitskritische Funktionen).
• Statusanzeigen für tragbare elektronische Geräte.

Wichtige Anwendungseinschränkung:Das Datenblatt stellt ausdrücklich klar, dass diese LEDs für "gewöhnliche elektronische Geräte" bestimmt sind. Sie sind nicht für sicherheitskritische Anwendungen qualifiziert, bei denen ein Ausfall Leben oder Gesundheit gefährden könnte, wie z.B. in der Luftfahrt, medizinischen Lebenserhaltungssystemen oder Verkehrssicherheitssystemen. Für solche Anwendungen müssen Bauteile mit entsprechenden Zuverlässigkeitsqualifikationen beschafft werden.

7.2 Designüberlegungen

• Strombegrenzung:Verwenden Sie stets externe strombegrenzende Widerstände oder einen Konstantstromtreiber für jeden Farbkanal. Berechnen Sie die Widerstandswerte basierend auf der Versorgungsspannung, der Durchlassspannung der LED (VF, verwenden Sie den Max.-Wert für Sicherheit) und dem gewünschten Vorwärtsstrom (IF, überschreiten Sie nicht den DC-Nennwert).
• Thermisches Management:Obwohl die Verlustleistung gering ist, sorgen Sie für ausreichende Kupferfläche auf der Leiterplatte oder thermische Durchkontaktierungen, wenn bei hohen Umgebungstemperaturen oder maximalem Strom betrieben wird, um die Sperrschichttemperatur innerhalb der Grenzen zu halten und langfristige Zuverlässigkeit sowie stabile Lichtleistung zu gewährleisten.
• PCB-Pad-Design:Folgen Sie dem empfohlenen Pad-Layout aus der Gehäusezeichnung des Datenblatts, um eine ordnungsgemäße Lötstellenbildung und mechanische Stabilität während des Reflow zu gewährleisten.
• ESD-Schutz:Obwohl nicht explizit angegeben, werden während der Montage Standard-ESD-Handhabungsvorkehrungen für Halbleiterbauelemente empfohlen.

8. Technischer Vergleich & Differenzierung

Während in diesem einzelnen Datenblatt kein direkter Vergleich mit anderen Teilenummern gegeben wird, können die wichtigsten Unterscheidungsmerkmale dieses Bauteils abgeleitet werden:

• Drei Farben in einem Gehäuse:Vereint drei diskrete Farben, spart PCB-Platz und Montagekosten im Vergleich zur Verwendung von drei separaten einfarbigen LEDs.
• Großer Betrachtungswinkel (120°):Die diffundierende Linse bietet allseitige Sichtbarkeit, besser als schmalwinklige LEDs für fokussierte Strahlen.
• Hohe Helligkeit Grün:Der grüne Chip bietet eine deutlich höhere Lichtstärke (bis zu 900 mcd) im Vergleich zu Orange und Blau, was möglicherweise entworfen wurde, um die wahrgenommene Helligkeit über die Farben hinweg aufgrund der Empfindlichkeit des menschlichen Auges auszugleichen.
• Robustes Gehäuse:Die Kompatibilität mit IR-Relfow und automatischer Bestückung deutet auf ein Gehäuse hin, das für moderne, zuverlässige SMT-Montageprozesse ausgelegt ist.
• Standardisiertes Binning:Die definierte Binning-Struktur ermöglicht eine vorhersehbare und konsistente optische Leistung in Produktionsläufen.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F1: Kann ich alle drei Farben gleichzeitig mit ihrem maximalen DC-Strom (30mA Orange, 20mA Grün/Blau) betreiben?

A: Nein. Der absolute Grenzwert für die gesamte Verlustleistung (Pd) darf nicht überschritten werden. Gleichzeitiger Betrieb mit Maximalströmen würde zu einer Gesamtverlustleistung führen, die das 80mW-Limit für das Gehäuse überschreitet (berechnet als VF*IF für jeden Chip und summiert). Sie müssen die Betriebsströme reduzieren oder gepulsten Betrieb verwenden, um innerhalb des Gesamt-Pd-Limits zu bleiben.

F2: Was ist der Unterschied zwischen Spitzenwellenlänge und dominanter Wellenlänge?

A: Die Spitzenwellenlänge (λP) ist das physikalische Maximum des Lichtspektrums, das die LED emittiert. Die dominante Wellenlänge (λd) ist ein berechneter Wert, der die wahrgenommene Farbnuance als einzelne Wellenlänge im CIE-Diagramm darstellt. Bei monochromatischen LEDs liegen sie oft nahe beieinander; bei breiteren Spektren (wie Grün) können sie stärker abweichen. λd ist relevanter für die Farbabstimmung.

F3: Warum ist der Sperrstrom-Nennwert wichtig, wenn die LED nicht für den Sperrbetrieb ausgelegt ist?

A: Der IR-Nennwert (10 μA max. bei 5V) ist eine Leckstromspezifikation. Er stellt sicher, dass das Bauteil keinen übermäßigen Strom zieht, wenn versehentlich eine kleine Sperrspannung angelegt wird (z.B. während Schaltungstransienten oder in gemultiplexten Designs). Es ist ein Zuverlässigkeitsparameter, kein Betriebszustand.

F4: Wie kritisch ist die 168-Stunden-Frist nach dem Öffnen des Beutels?

A: Sehr kritisch für das Reflow-Löten. In das Kunststoffgehäuse aufgenommene Feuchtigkeit kann während des Hochtemperatur-Relfow-Zyklus schnell verdampfen und zu innerer Delamination, Rissen oder "Popcorning" führen, was zu Ausfällen führt. Die Einhaltung des 168-Stunden-Fensters oder das Befolgen des Trocknungsverfahrens ist für Ausbeute und Zuverlässigkeit unerlässlich.

10. Praktisches Designbeispiel

Szenario:Entwurf einer Statusanzeige für ein Gerät, das von einer 5V-Schiene versorgt wird. Die Anzeige muss Orange für "Standby", Grün für "Normalbetrieb" und Blau für "Fehler" anzeigen. Nur eine Farbe ist jeweils eingeschaltet.

Designschritte:

1. Betriebsstrom wählen:Wählen Sie einen sicheren, standardmäßigen Wert wie 15mA für alle Farben, deutlich unter den DC-Maximalwerten, um Langlebigkeit zu gewährleisten und die thermische Belastung zu reduzieren.
2. Strombegrenzungswiderstände berechnen:
   • Verwenden Sie für Sicherheitsreserve die maximale VF aus dem Datenblatt: Orange: 2,4V, Grün: 3,8V, Blau: 3,8V.
   • Versorgungsspannung (Vs) = 5V. Formel: R = (Vs - VF) / IF.
     • R_Orange = (5V - 2,4V) / 0,015A ≈ 173 Ω (verwende 180 Ω Standardwert).
     • R_Grün = (5V - 3,8V) / 0,015A ≈ 80 Ω (verwende 82 Ω Standardwert).
     • R_Blau = (5V - 3,8V) / 0,015A ≈ 80 Ω (verwende 82 Ω Standardwert).
   • Tatsächlichen Strom mit Standardwiderständen neu berechnen: I_Orange = (5-2,4)/180 ≈ 14,4mA (sicher).
3. Verlustleistung prüfen:
   • Worst-Case Einzel-LED-Leistung: P = VF * IF. Unter Verwendung typischer VF zur Schätzung: P_Grün ≈ 3,3V * 0,0144A ≈ 47,5 mW, was unter dem 80 mW-Limit für den Grün/Blau-Chip liegt. Der Orange-Chip verbraucht noch weniger. Da jeweils nur einer eingeschaltet ist, wird die Gesamt-Pd des Gehäuses nicht überschritten.
4. PCB-Layout:Platzieren Sie die LED und ihre drei Widerstände nahe beieinander. Verwenden Sie das empfohlene Pad-Layout aus der mechanischen Zeichnung. Stellen Sie sicher, dass die korrekte Pinbelegung (1=Orange, 3=Blau, 4=Grün) der Treiberschaltung zugeordnet ist (z.B. Mikrocontroller-GPIO-Pins mit Reihenwiderständen).
5. Treiberschaltung:Verwenden Sie Mikrocontroller-Pins, die als Open-Drain konfiguriert sind oder mit Reihenwiderständen, um Strom zur Masse zu ziehen (bei Common Cathode) oder Strom zu liefern (bei Common Anode).

11. Einführung in das Funktionsprinzip

Leuchtdioden (LEDs) sind Halbleiterbauelemente, die Licht durch Elektrolumineszenz emittieren. Wenn eine Vorwärtsspannung an den p-n-Übergang angelegt wird, rekombinieren Elektronen aus dem n-Typ-Material mit Löchern aus dem p-Typ-Material im aktiven Bereich. Diese Rekombination setzt Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts wird durch die Bandlückenenergie der im aktiven Bereich verwendeten Halbleitermaterialien bestimmt.

• Orange LED:Verwendet einen Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP) Halbleiter, der eine Bandlücke für rot/orange/bernsteinfarbenes Licht aufweist.
• Grün & Blau LEDs:Verwenden Indium-Gallium-Nitrid (InGaN) Halbleiter. Durch Variation des Indium/Gallium-Verhältnisses kann die Bandlücke so eingestellt werden, dass sie über das blaue, grüne und cyanfarbene Spektrum emittiert. Die Erzielung einer effizienten grünen Emission mit InGaN ist schwieriger als bei Blau, was sich in den unterschiedlichen Leistungsmerkmalen (z.B. Durchlassspannung, Effizienz) widerspiegelt.

Die drei Chips sind in einem reflektierenden Hohlraum innerhalb eines Kunststoffgehäuses montiert. Eine diffundierende Epoxidlinse umschließt die Chips, bietet Umweltschutz, formt den Lichtausgangsstrahl (120° Betrachtungswinkel) und mischt das Licht der einzelnen Chips, wenn mehrere gleichzeitig leuchten, um andere Farben zu erzeugen (wie Weiß, wenn ein Phosphor vorhanden wäre, was bei dieser RGB-Komponente nicht der Fall ist).

12. Technologietrends

Die durch diese Komponente repräsentierte Technologie steht im Kontext breiterer Trends in der Optoelektronik:

• Erhöhte Effizienz:Fortschritte in der Materialwissenschaft und Chipdesign erhöhen kontinuierlich die Lichtausbeute (Lumen pro Watt) von LEDs, was hellere Ausgangsleistung bei niedrigeren Strömen oder reduziertem Stromverbrauch ermöglicht.
• Miniaturisierung:Während dies ein Standardgehäuse ist, strebt die Industrie zu immer kleineren Chip-Scale-Package (CSP) LEDs für ultrakompakte Designs, oft auf Kosten der thermischen Leistung und Handhabbarkeit.
• Verbesserte Farbkonsistenz:Fortschritte in der epitaktischen Schichtabscheidung und Binning-Prozessen führen zu engeren Verteilungen von Wellenlänge und Intensität, was für Anwendungen entscheidend ist, die ein einheitliches Farbbild über mehrere Einheiten hinweg erfordern.
• Integration:Über mehrere Chips in einem Gehäuse hinaus gibt es einen Trend zur Integration des LED-Treiber-ICs (Konstantstromquelle, PWM-Controller) in das LED-Gehäuse selbst, was den Schaltungsentwurf vereinfacht.
• Zuverlässigkeit & Robustheit:Verbesserte Gehäusematerialien und Konstruktionstechniken erhöhen die Widerstandsfähigkeit gegen thermische Zyklen, Feuchtigkeit und mechanische Belastung, verlängern die Betriebslebensdauer weit über die traditionellen Grenzen hinaus und machen LEDs für anspruchsvollere Umgebungen geeignet.

Diese spezielle Komponente verkörpert die ausgereifte, kosteneffektive Anwendung der LED-Technologie für Standardanzeigezwecke und balanciert Leistung, Zuverlässigkeit und Fertigbarkeit.