SMD LED LTW-C283DS5 Datenblatt - 2,8x3,5mm Gehäuse - 3,2V Durchlassspannung - Weißlicht - 36mW Leistung - Deutsche Technische Dokumentation

1. Produktübersicht

Die LTW-C283DS5 ist eine oberflächenmontierbare (SMD) LED-Lampe, die für die automatisierte Leiterplattenbestückung (PCB) konzipiert ist. Ihre kompakte Bauform macht sie für platzbeschränkte Anwendungen in einer Vielzahl elektronischer Geräte geeignet.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Diese LED verfügt über einen ultradünnen 0,2 mm InGaN (Indiumgalliumnitrid) Weißchip, der hohe Helligkeit liefert. Sie ist konform mit der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe). Das Bauteil ist auf 8 mm breiten Trägerbändern verpackt, die auf 7-Zoll (178 mm) Spulen aufgewickelt sind und den EIA-Standards (Electronic Industries Alliance) entsprechen, was die Kompatibilität mit schnellen automatischen Bestückungsgeräten gewährleistet. Ihr Design ist zudem mit Infrarot (IR) Reflow-Lötverfahren kompatibel, dem Standardprozess moderner Leiterplattenfertigungsstraßen.

Die primären Zielmärkte umfassen Telekommunikationsgeräte, Büroautomationsgeräte, Haushaltsgeräte und Industrieanlagen. Spezifische Anwendungen sind Hintergrundbeleuchtung für Tastaturen und Keypads, Statusanzeigen, Mikrodisplays sowie verschiedene Signal- und Symbolbeleuchtungen.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Der folgende Abschnitt bietet eine detaillierte Aufschlüsselung der elektrischen, optischen und thermischen Spezifikationen der LTW-C283DS5 LED.

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Grenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Sie gelten bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C.

• Verlustleistung (Pd):36 mW. Dies ist die maximale Leistung, die die LED als Wärme abführen kann.
• Spitzen-Durchlassstrom (I_F(PEAK)):50 mA. Dies ist der maximal zulässige Pulsstrom, typischerweise spezifiziert unter Bedingungen eines 1/10 Tastverhältnisses und einer 0,1 ms Pulsbreite. Er ist nicht für Dauerbetrieb vorgesehen.
• DC-Durchlassstrom (I_F):10 mA. Dies ist der empfohlene maximale kontinuierliche Durchlassstrom für einen zuverlässigen Langzeitbetrieb.
• Betriebstemperaturbereich:-20°C bis +80°C. Die Funktionsfähigkeit des Bauteils ist innerhalb dieses Umgebungstemperaturbereichs garantiert.
• Lagertemperaturbereich:-40°C bis +85°C. Die LED kann innerhalb dieser Grenzen ohne Schaden gelagert werden.
• Infrarot-Lötbedingung:260°C für 10 Sekunden. Dies definiert das Spitzentemperatur- und Zeitprofil, das das Gehäuse während der Reflow-Lötung aushalten kann.

2.2 Elektrische und optische Kenngrößen

Dies sind die typischen Leistungsparameter, gemessen bei Ta=25°C und einem Durchlassstrom (I_F) von 5mA, sofern nicht anders angegeben.

• Lichtstärke (I_V):Reicht von einem Minimum von 112,0 mcd bis zu einem Maximum von 280,0 mcd. Der tatsächliche Wert wird, wie in Abschnitt 4 beschrieben, in Bins (Kategorien) eingeteilt. Die Messung erfolgt mit einem Sensor und Filter, die der CIE photopischen Augenempfindlichkeitskurve entsprechen.
• Betrachtungswinkel (2θ_1/2):130 Grad. Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke die Hälfte der bei 0 Grad (auf der Achse) gemessenen Spitzenintensität beträgt.
• Farbwertkoordinaten (x, y):Typische Werte sind x=0,304, y=0,301 im CIE 1931 Farbtafeldiagramm. Diese Koordinaten definieren den Weißpunkt des emittierten Lichts und unterliegen ebenfalls einem Binning-System.
• Durchlassspannung (V_F):Liegt im Bereich von 2,5V bis 3,2V bei I_F=5mA. Der genaue Wert wird gebinnt.
• Sperrstrom (I_R):Maximal 10 µA bei einer angelegten Sperrspannung (V_R) von 5V. Es ist kritisch zu beachten, dass dieser Parameter nur für Infrarot (IR) Testzwecke dient; die LED ist nicht für den Betrieb unter Sperrspannung ausgelegt.

2.3 Thermische Betrachtungen

Die Verlustleistungsangabe von 36 mW und der spezifizierte Betriebstemperaturbereich sind die wesentlichen thermischen Parameter. Das Überschreiten der maximalen Sperrschichttemperatur, die von Umgebungstemperatur und Durchlassstrom beeinflusst wird, kann zu reduzierter Lichtausbeute, beschleunigtem Alterungsprozess und letztendlichem Ausfall führen. Ein ordnungsgemäßes thermisches Leiterplattendesign, einschließlich ausreichender Kupferfläche für die Wärmeableitung, ist für die Aufrechterhaltung von Leistung und Zuverlässigkeit unerlässlich, insbesondere bei Betrieb nahe der maximalen Strombelastbarkeit.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um Konsistenz in der Massenproduktion zu gewährleisten, werden LEDs basierend auf Schlüsselparametern in Bins sortiert. Dies ermöglicht es Entwicklern, Bauteile auszuwählen, die den spezifischen Anforderungen ihrer Anwendung entsprechen.

3.1 Durchlassspannungs (V_F) Binning

Die Durchlassspannung wird in sieben Bins (V1 bis V7) kategorisiert, jeweils mit einem Bereich von 0,1V, von 2,5V-2,6V (V1) bis zu 3,1V-3,2V (V7). Auf jedes Bin wird eine Toleranz von ±0,1V angewendet. Dies ist wichtig für das Design von Treiberschaltungen und um gleichmäßige Helligkeit in Arrays zu gewährleisten, die von einer Konstantspannungsquelle gespeist werden.

3.2 Lichtstärke (I_V) Binning

Die Lichtausbeute ist in zwei Hauptbins unterteilt:

• Bin R:112,0 mcd bis 180,0 mcd
• Bin S:180,0 mcd bis 280,0 mcd

Auf jedes Bin wird eine Toleranz von ±15% angewendet. Der spezifische Bin-Code ist auf der Produktverpackung markiert.

3.3 Farbton (Farbwert) Binning

Die Farbe des weißen Lichts wird durch seine Farbwertkoordinaten (x, y) im CIE 1931 Diagramm definiert. Die LTW-C283DS5 verwendet sechs Farbton-Bins (S1 bis S6), die jeweils einen spezifischen viereckigen Bereich im Farbtafeldiagramm repräsentieren. Dieses Binning gewährleistet Farbkonsistenz über mehrere LEDs in einer Baugruppe hinweg. Innerhalb jedes Bins wird eine Toleranz von ±0,01 auf die (x, y) Koordinaten angewendet.

4. Analyse der Kennlinien

Während im Datenblatt auf spezifische grafische Kurven verwiesen wird (z.B. typischer Durchlassstrom vs. Durchlassspannung, relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom, relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur), können ihre Verläufe analytisch beschrieben werden.

Die Durchlassspannung (V_F) einer LED hat einen negativen Temperaturkoeffizienten; sie nimmt ab, wenn die Sperrschichttemperatur steigt. Umgekehrt nimmt die Lichtstärke typischerweise mit steigender Sperrschichttemperatur ab. Für den InGaN-Weißchip in diesem Produkt ist zu erwarten, dass die Lichtausbeute deutlich sinkt, wenn die maximale Betriebstemperatur überschritten wird. Die Charakteristik des Betrachtungswinkels zeigt eine Lambert'sche oder nahezu Lambert'sche Verteilung, wobei die Intensität bei 0 Grad am höchsten ist und zu den Rändern des 130-Grad-Kegels hin abfällt.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die LTW-C283DS5 nutzt einen standardmäßigen 2835 Gehäuse-Footprint. Die Hauptabmessungen betragen etwa 2,8 mm in der Länge und 3,5 mm in der Breite, mit einer Höhe, die den superdünnen 0,2 mm Chip einschließt. Alle Maßtoleranzen betragen ±0,1 mm, sofern nicht anders angegeben. Die Linsenfarbe ist gelb, während die Lichtquelle ein InGaN-Weißchip ist.

5.2 Empfohlene Leiterplatten-Lötpads und Polarität

Ein empfohlenes Land Pattern (Footprint) für die Leiterplatte wird bereitgestellt, um eine ordnungsgemäße Lötung und mechanische Stabilität zu gewährleisten. Die LED hat Anoden- und Kathodenanschlüsse. Das Datenblatt enthält eine Abbildung, die die Kathodenmarkierung anzeigt, was für die korrekte Ausrichtung während der Montage wesentlich ist, um sicherzustellen, dass das Bauteil bei angelegter Durchlassspannung leuchtet.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 IR Reflow-Lötparameter

Für bleifreie Lötprozesse wird ein spezifisches Reflow-Profil empfohlen:

• Vorwärmtemperatur:150°C bis 200°C.
• Vorwärmzeit:Maximal 120 Sekunden.
• Spitzentemperatur:Maximal 260°C.
• Zeit bei Spitzentemperatur:Maximal 10 Sekunden. Die LED sollte nicht mehr als zwei Reflow-Zyklen ausgesetzt werden.

Es wird betont, dass das optimale Profil vom spezifischen Leiterplattendesign, der verwendeten Lötpaste und dem Ofen abhängt. Eine Charakterisierung für die spezifische Anwendung wird empfohlen.

6.2 Lagerung und Handhabung

Vorsichtsmaßnahmen gegen elektrostatische Entladung (ESD):Das Bauteil ist ESD-empfindlich. Die Handhabung sollte mit Erdungsarmbändern und antistatischen Handschuhen erfolgen, wobei alle Geräte ordnungsgemäß geerdet sein müssen.

Feuchtigkeitssensitivität:Die LEDs sind in einer feuchtigkeitsdichten Beutel mit Trockenmittel verpackt. Im versiegelten Zustand sollten sie bei ≤30°C und ≤90% relativer Luftfeuchtigkeit (RH) gelagert und innerhalb eines Jahres verwendet werden. Sobald der Beutel geöffnet ist, haben die Bauteile die Feuchtigkeitssensitivitätsstufe (MSL) 3. Sie sollten bei ≤30°C und ≤60% RH gelagert und innerhalb einer Woche dem IR Reflow unterzogen werden. Bei längerer Lagerung außerhalb des Originalbeutels ist vor dem Löten ein Ausheizen bei 60°C für mindestens 20 Stunden erforderlich, um \"Popcorning\"-Schäden während des Reflow zu verhindern.

6.3 Reinigung

Wenn nach dem Löten eine Reinigung 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. Nicht spezifizierte Chemikalien können das Gehäusematerial beschädigen.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Trägerband- und Spulenspezifikationen

Die LEDs werden auf geprägten Trägerbändern mit einer Breite von 8 mm geliefert. Das Band ist auf standardmäßige 7-Zoll (178 mm) Spulen aufgewickelt. 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. Anwendungshinweise und Designüberlegungen

8.1 Typische Anwendungsschaltungen

Die LED wird typischerweise von einer Konstantstromquelle angesteuert, um optimale Stabilität und Lebensdauer zu erreichen. Ein einfacher Vorwiderstand kann mit einer Konstantspannungsquelle verwendet werden, wobei der Widerstandswert R = (V_Versorgung- V_F) / I_F beträgt. Der gewählte I_F darf den maximalen DC-Durchlassstrom von 10mA nicht überschreiten. Für Parallelschaltungen wird dringend empfohlen, für jede LED einen eigenen strombegrenzenden Widerstand zu verwenden, um V_F-Binning-Variationen auszugleichen und Stromasymmetrien zu verhindern.

8.2 Thermomanagement im Design

Um Lichtausbeute und Lebensdauer aufrechtzuerhalten, ist eine effektive Wärmeableitung entscheidend. Entwickler sollten das empfohlene Leiterplatten-Pad-Layout verwenden, das oft thermische Entlastungsverbindungen zu größeren Kupferflächen beinhaltet. Der Betrieb an den absoluten Maximalwerten für Strom und Temperatur sollte vermieden werden, um einen Zuverlässigkeitsspielraum zu schaffen.

8.3 Anwendungsbeschränkungen

Das Datenblatt spezifiziert, dass diese LEDs für gewöhnliche elektronische Geräte bestimmt sind. Für Anwendungen, die außergewöhnliche Zuverlässigkeit erfordern oder bei denen ein Ausfall die Sicherheit gefährden könnte (z.B. Luftfahrt, medizinische Lebenserhaltung, Verkehrssteuerung), ist vor der Verwendung eine Konsultation mit dem Hersteller erforderlich.

9. Technischer Vergleich und Positionierung

Die LTW-C283DS5 positioniert sich mit mehreren Schlüsselunterscheidungsmerkmalen: Ihr ultradünner 0,2 mm Chip ermöglicht flachere Designs im Vergleich zu einigen Standard-LEDs. Die Verwendung eines InGaN-Weißchips bietet typischerweise höhere Effizienz und bessere Farbwiedergabe als ältere Technologien wie phosphorkonvertierte blaue LEDs mit anderen Substraten. Der 130-Grad weite Betrachtungswinkel macht sie für Anwendungen geeignet, die breite Ausleuchtung anstelle eines fokussierten Strahls erfordern. Ihre volle Kompatibilität mit automatisierter SMT-Bestückung und standardmäßigen IR Reflow-Prozessen passt sie in moderne, kosteneffiziente Fertigungsabläufe ein.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F1: Was ist der Unterschied zwischen den Lichtstärke-Bins R und S?
A1: Bin R deckt den Bereich von 112-180 mcd ab, während Bin S 180-280 mcd bei 5mA abdeckt. Die Wahl von Bin S garantiert eine höhere Mindesthelligkeit.

F2: Kann ich diese LED mit einer 3,3V Versorgungsspannung betreiben?
A2: Möglicherweise, aber es hängt vom Durchlassspannungs (V_F) Bin ab. Für die Bins V6 (3,0-3,1V) und V7 (3,1-3,2V) bietet eine 3,3V Versorgung möglicherweise nicht genügend Spannungsreserve für einen seriellen strombegrenzenden Widerstand, um effektiv zu arbeiten, insbesondere unter Berücksichtigung von Toleranzen. Ein dedizierter Konstantstrom-LED-Treiber oder eine höhere Versorgungsspannung ist oft zuverlässiger.

F3: Warum gilt die Sperrstromangabe nur für IR-Tests?
A3: Diese Spezifikation wird während der Fertigungstests verwendet. Der Halbleiterübergang der LED ist nicht dafür ausgelegt, signifikante Sperrspannung zu blockieren. In Anwendungsschaltungen sollte bei möglichen Sperrspannungsereignissen ein Schutz, z.B. durch eine parallele Diode, verwendet werden.

F4: Wie kritisch ist die 1-wöchige Lagerzeit nach dem Öffnen der Feuchtigkeitssperrbeutel?
A4: Für MSL 3 Bauteile erhöht das Überschreiten dieser Zeit ohne vorheriges Ausheizen vor dem Reflow das Risiko von internen Gehäuseschäden durch Dampfdruck (Popcorning) während des Hochtemperatur-Lötprozesses erheblich, was zu sofortigen oder latenten Ausfällen führen kann.

11. Design- und Anwendungsfallstudie

Szenario: Hintergrundbeleuchtung einer Membrantastatur.Ein Entwickler muss 12 Tasten auf einem Panel gleichmäßig ausleuchten. Er plant, eine LTW-C283DS5 LED pro Taste zu verwenden, die unter einem Lichtleiter platziert wird. Er wählt LEDs aus Bin S für konsistente, hohe Helligkeit und aus einem einzigen Farbton-Bin (z.B. S3), um einheitliches Weißlicht über alle Tasten hinweg zu gewährleisten. Die LEDs werden parallel von einer 5V-Schiene gespeist, jede mit ihrem eigenen 150Ω Vorwiderstand (resultierend in I_F≈ (5V - 2,9V)/150Ω ≈ 14mA, was über dem empfohlenen Maximum von 10mA liegt – ein Hinweis auf einen Designfehler). Ein besseres Design würde einen 220Ω Widerstand für ~9,5mA verwenden oder einen Konstantstrom-Treiber-Array implementieren. Das Leiterplattenlayout folgt dem empfohlenen Pad-Muster mit thermischen Verbindungen zu einer Massefläche. Die bestückte Platze durchläuft einen bleifreien Reflow-Ofen mit dem spezifizierten Profil, und die Tastatur bietet eine gleichmäßige, helle Hintergrundbeleuchtung.

12. Funktionsprinzip

Die LTW-C283DS5 basiert auf einem InGaN (Indiumgalliumnitrid) Halbleiterchip. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die die Schwellenspannung der Diode überschreitet, rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich des Halbleiters und setzen Energie in Form von Photonen frei – ein Prozess namens Elektrolumineszenz. Die spezifische Zusammensetzung der InGaN-Legierung ermöglicht die Emission von Licht im blau/ultravioletten Spektrum. Um weißes Licht zu erzeugen, wird diese Primäremission typischerweise mit einer Phosphorbeschichtung (wahrscheinlich in der gelben Linse enthalten) konvertiert, die einen Teil des blauen Lichts absorbiert und es als gelbes Licht wieder emittiert. Die Kombination des verbleibenden blauen Lichts und des phosphorerzeugten gelben Lichts wird vom menschlichen Auge als weiß wahrgenommen.

13. Technologietrends

Die Festkörperbeleuchtungsindustrie entwickelt sich weiterhin mit mehreren klaren Trends. Es gibt einen ständigen Drang zu höherer Lichtausbeute (mehr Lumen pro Watt), was die Energieeffizienz verbessert. Der Farbwiedergabeindex (CRI) wird immer wichtiger, insbesondere in Display- und Architekturbeleuchtung, und treibt die Entwicklung von Phosphorsystemen voran, die natürlicheres weißes Licht erzeugen. Die Miniaturisierung bleibt für tragbare und dichte Elektronik entscheidend und unterstützt die Verwendung ultradünner Chips wie in diesem Produkt. Darüber hinaus ist Integration ein Trend, wobei LED-Gehäuse Treiber, Sensoren oder Mehrfarbenchips in einzelnen Modulen integrieren. Schließlich sind Zuverlässigkeit und Lebensdauer unter höheren Betriebsströmen und -temperaturen Bereiche laufender Forschung und Entwicklung.