SMD LED LTW-C19DZDS5-NB Datenblatt - InGaN Weiß-Chip - 10mA - 36mW - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTW-C19DZDS5-NB ist eine Oberflächenmontage-LED (SMD), die für moderne elektronische Anwendungen konzipiert ist, die Miniaturisierung und hohe Zuverlässigkeit erfordern. Sie gehört zu einer Bauteilfamilie, die speziell für automatisierte Leiterplattenbestückungsprozesse (PCB) entwickelt wurde, was sie ideal für die Serienfertigung macht. Ihre kompakte Bauform adressiert die Anforderungen platzbeschränkter Designs, wie sie in heutigen tragbaren und eingebetteten Elektronikgeräten üblich sind.

1.1 Kernvorteile und Merkmale

Diese LED bietet mehrere entscheidende Vorteile, die zu ihrer breiten Anwendbarkeit beitragen. Sie ist vollständig konform mit der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe) und erfüllt somit internationale Umweltstandards. Das Bauteil nutzt ein ultrahelles Indium-Gallium-Nitrid (InGaN)-Halbleitermaterial zur Erzeugung von weißem Licht und bietet eine hohe Lichtausbeute. Ihr Gehäuse ist mit den industrieüblichen EIA-Abmessungen kompatibel, was die einfache Integration in bestehende Designbibliotheken und Fertigungslinien erleichtert. Darüber hinaus ist sie für Infrarot (IR)-Reflow-Lötprozesse ausgelegt, dem Standard für die Oberflächenmontagetechnik. Die Bauteile werden auf 8 mm breitem Trägerband geliefert, das auf 7-Zoll (178 mm) Spulen aufgewickelt ist – die Standardverpackung für automatisierte Pick-and-Place-Geräte.

1.2 Zielmarkt und Anwendungen

Die Vielseitigkeit dieser SMD LED macht sie für ein breites Spektrum elektronischer Geräte geeignet. Zu den primären Anwendungsgebieten zählen Telekommunikationsgeräte wie schnurlose und Mobiltelefone, Computerplattformen wie Notebooks sowie Netzwerkinfrastruktursysteme. Sie wird auch häufig in verschiedenen Haushaltsgeräten und Unterhaltungselektronik für Statusanzeigen und Hintergrundbeleuchtung verwendet. Spezifische funktionale Anwendungen umfassen die Hintergrundbeleuchtung von Tastaturen, Status- und Netzteil-LEDs, die Beleuchtung von Mikrodisplays sowie allgemeine Signal- oder Symbolleuchten in Innenräumen.

2. Gehäuseabmessungen und mechanische Spezifikationen

Die LED verfügt über eine gelbe Linse mit schwarzer Kappe. Präzise mechanische Abmessungen sind in den Original-Zeichnungen des Datenblatts angegeben, alle Maße sind in Millimetern spezifiziert. Die Standardtoleranz für diese Abmessungen beträgt ±0,1 mm, sofern in der Zeichnung nicht anders vermerkt. Diese Präzision gewährleistet eine konsistente Platzierung und Lötung während der automatisierten Bestückung. Das Gehäuse ist als superflache Chip-LED ausgelegt, was zu einer niedrigen Bauhöhe der Endprodukte beiträgt.

3. Technische Parameter: Detaillierte objektive Interpretation

Alle Nennwerte und Kenngrößen sind bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C spezifiziert, dem Standardreferenzzustand für die Prüfung von Halbleiterbauelementen.

3.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Sie sind nicht für den Dauerbetrieb vorgesehen. Die absoluten Maximalwerte für die LTW-C19DZDS5-NB sind wie folgt: Die maximale Verlustleistung beträgt 36 Milliwatt (mW). Der Spitzenstrom im gepulsten Betrieb (1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Impulsbreite) darf 50 mA nicht überschreiten. Der maximale Dauerstrom beträgt 10 mA (DC). Das Bauteil hält einer elektrostatischen Entladung (ESD) von 2000 Volt gemäß Human Body Model (HBM) stand. Der zulässige Betriebstemperaturbereich reicht von -20°C bis +80°C, während der Lagerbereich mit -40°C bis +85°C weiter gefasst ist. Die Komponente hält einer Infrarot-Lötbedingung mit einer Spitzentemperatur von 260°C für maximal 10 Sekunden stand.

3.2 Empfohlenes IR-Reflow-Profil für bleifreie Prozesse

Ein empfohlenes Reflow-Lötprofil wird bereitgestellt, um zuverlässige Lötstellen zu gewährleisten, ohne die LED zu beschädigen. Das Profil umfasst typischerweise eine Aufwärmphase, ein Temperaturplateau, eine Reflow-Zone mit kontrollierter Spitzentemperatur und eine Abkühlphase. Die Einhaltung dieses Profils, insbesondere der maximalen Spitzentemperatur von 260°C und der Zeit oberhalb der Liquidustemperatur, ist entscheidend für die Integrität und Langzeitzuverlässigkeit des Bauteils.

3.3 Elektrische und optische Kenngrößen

Diese Parameter definieren die typische Leistung der LED unter normalen Betriebsbedingungen. Die Lichtstärke (Iv) liegt bei einem Durchlassstrom (IF) von 5 mA zwischen einem Minimum von 18,0 Millicandela (mcd) und einem Maximum von 45,0 mcd. Der Abstrahlwinkel (2θ1/2), definiert als der Winkel, bei dem die Intensität auf die Hälfte des Spitzenwerts abfällt, beträgt 50 Grad. Die Farbortkoordinaten im CIE-1931-Diagramm betragen typischerweise x=0,270 und y=0,260 bei 5 mA. Die Durchlassspannung (VF) liegt zwischen 2,40 V (min) und 3,20 V (max), mit einem typischen Wert von 2,70 V bei IF=5 mA. Der Sperrstrom (IR) ist mit maximal 10 Mikroampere (µA) spezifiziert, wenn eine Sperrspannung (VR) von 5 V angelegt wird. Wichtig: Dieser Sperrspannungszustand dient nur Testzwecken; die LED ist nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt.

4. Erklärung des Binning-Systems

Um die Konsistenz in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs basierend auf Schlüsselparametern in Leistungsklassen (Bins) sortiert. Dies ermöglicht es Entwicklern, Bauteile auszuwählen, die den spezifischen Anforderungen ihrer Anwendung entsprechen.

4.1 Durchlassspannungs-Klasse (VF-Rank)

LEDs werden nach ihrem Durchlassspannungsabfall bei einem Prüfstrom von 5 mA klassifiziert. Die Bincodes und ihre entsprechenden Spannungsbereiche sind: A10 (2,40 V - 2,60 V), A11 (2,60 V - 2,80 V), B10 (2,80 V - 3,00 V) und B11 (3,00 V - 3,20 V). Auf jede Klasse wird eine Toleranz von ±0,1 V angewendet.

4.2 Lichtstärke-Klasse (IV-Rank)

Die Bauteile werden basierend auf ihrer Lichtleistung bei 5 mA klassifiziert. Die definierten Klassen sind: M (18,0 mcd - 28,0 mcd) und N (28,0 mcd - 45,0 mcd). Auf jede Lichtstärke-Klasse wird eine Toleranz von ±15 % angewendet.

4.3 Farbton-Klasse (Chromaticity Rank)

Der Farbort, definiert durch CIE-1931-(x, y)-Koordinaten, wird ebenfalls klassifiziert, um die Farbkonstanz zu kontrollieren. Das Datenblatt definiert mehrere Farbton-Klassen (z. B. C01, C1, C2) mit spezifischen Koordinatengrenzen, die Vierecke im Farbtafeldiagramm bilden. Innerhalb einer Klasse wird auf jede Koordinate eine Toleranz von ±0,01 angewendet.

5. Analyse der Kennlinien

Das Originaldatenblatt enthält typische Kennlinien, die wertvolle Einblicke in das Verhalten des Bauteils unter variierenden Bedingungen geben. Diese Kurven zeigen typischerweise die Beziehung zwischen Durchlassspannung und Durchlassstrom (IV-Kennlinie), die den exponentiellen Charakter der Diode verdeutlicht. Sie können auch die Änderung der Lichtstärke mit dem Durchlassstrom sowie die Abhängigkeit der Durchlassspannung von der Umgebungstemperatur darstellen. Die Analyse dieser Kurven hilft Entwicklern, Kompromisse zu verstehen; beispielsweise erhöht das Betreiben der LED mit einem höheren Strom die Lichtleistung, steigert aber auch die Verlustleistung und die Sperrschichttemperatur, was die Lebensdauer und Farbstabilität beeinflussen kann.

6. Mechanische, Bestückungs- und Handhabungsrichtlinien

6.1 Empfohlene Lötflächengeometrie auf der Leiterplatte

Ein empfohlenes Lötflächenlayout (Footprint) für die Leiterplatte wird bereitgestellt, um eine korrekte Lötnahtbildung und mechanische Stabilität zu gewährleisten. Die Befolgung dieser Empfehlung ist entscheidend für zuverlässige Lötstellen während des Reflow-Prozesses.

6.2 Reinigung

Falls eine Reinigung nach dem Löten erforderlich ist, sollten nur spezifizierte Chemikalien verwendet werden. Das Datenblatt empfiehlt das Eintauchen in Ethylalkohol oder Isopropylalkohol bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute. Die Verwendung nicht spezifizierter chemischer Flüssigkeiten kann das LED-Gehäuse beschädigen.

6.3 Lagerbedingungen

Eine ordnungsgemäße Lagerung ist unerlässlich, um Feuchtigkeitsaufnahme zu verhindern, die während des Reflow-Lötens zu \"Popcorning\" (Gehäuserissen) führen kann. Wenn die feuchtigkeitsdichte Sperrbeutel versiegelt ist, sollten die LEDs bei ≤ 30°C und ≤ 90 % relativer Luftfeuchtigkeit (RH) gelagert werden, mit einer empfohlenen Verwendungsfrist von einem Jahr. Sobald die Originalverpackung geöffnet ist, sollte die Lagerumgebung 30°C oder 60 % RH nicht überschreiten. Für Bauteile, die aus ihrer Originalverpackung entnommen wurden (Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe 3, MSL 3), wird empfohlen, den IR-Reflow innerhalb einer Woche abzuschließen. Für eine längere Lagerung außerhalb des Originalbeutels sollten sie in einem verschlossenen Behälter mit Trockenmittel aufbewahrt werden. Bei einer Lagerung von mehr als einer Woche ist vor dem Löten ein Ausheizen bei etwa 60°C für mindestens 20 Stunden erforderlich.

6.4 Lötinstruktionen

Für das Reflow-Löten wird ein Profil mit einer Vorwärmtemperatur von 150-200°C, einer Vorwärmzeit bis zu 120 Sekunden, einer Spitzentemperatur von maximal 260°C und einer Haltezeit an der Spitze von bis zu 10 Sekunden (maximal zwei Reflow-Zyklen) empfohlen. Für das Handlöten mit einem Lötkolben sollte die Lötspitzentemperatur 300°C nicht überschreiten und die Kontaktzeit auf maximal 3 Sekunden begrenzt sein (nur einmal).

7. Verpackung und Bestellinformationen

Die Standardverpackung besteht aus LEDs, die in 8 mm breites Trägerband mit Taschen gelegt sind. Dieses Band wird auf eine Standard-7-Zoll (178 mm) Spule aufgewickelt. Jede volle Spule enthält 4000 Stück. Für Mengen unter einer vollen Spule gilt eine Mindestpackmenge von 500 Stück für Restposten. Die Verpackung folgt den ANSI/EIA-481-Spezifikationen. Das Band verwendet ein Deckband zum Verschließen leerer Bauteiltaschen, und die maximal zulässige Anzahl aufeinanderfolgender fehlender LEDs auf einer Spule beträgt zwei.

8. Anwendungsvorschläge und Designüberlegungen

8.1 Typische Anwendungsschaltungen

In einer typischen Anwendung wird die LED von einer Konstantstromquelle oder über einen in Reihe mit einer Spannungsversorgung geschalteten Vorwiderstand betrieben. Der Wert des Vorwiderstands (R) kann mit dem Ohmschen Gesetz berechnet werden: R = (V_Versorgung - VF_LED) / IF, wobei VF_LED die Durchlassspannung der LED beim gewünschten Strom IF ist. Die Verwendung des maximalen VF aus dem Datenblatt in dieser Berechnung stellt sicher, dass der Strom auch bei Bauteiltoleranzen das Limit nicht überschreitet.

8.2 Designüberlegungen

Stromversorgung:Der Betrieb der LED bei oder unterhalb des empfohlenen Dauerstroms von 10 mA ist entscheidend für die Zuverlässigkeit. Das Überschreiten der absoluten Maximalwerte, selbst kurzzeitig, kann das Halbleitermaterial schädigen und die Lebensdauer verkürzen.Thermisches Management:Obwohl die Verlustleistung gering ist, kann eine ausreichende Kupferfläche auf der Leiterplatte um die Lötflächen herum helfen, Wärme abzuführen, insbesondere in Umgebungen mit hoher Umgebungstemperatur oder wenn mehrere LEDs eng beieinander platziert sind.ESD-Schutz:Obwohl das Bauteil eine ESD-Festigkeit von 2000 V (HBM) aufweist, sollten während der Bestückung und Handhabung stets Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen (Antistatik-Armband, geerdete Arbeitsplätze) befolgt werden, um versteckte Schäden zu verhindern.Optisches Design:Der Abstrahlwinkel von 50 Grad definiert das Strahlprofil. Für Anwendungen, die ein anderes Abstrahlverhalten erfordern, können sekundäre Optiken (Linsen, Lichtleiter) notwendig sein.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die LTW-C19DZDS5-NB unterscheidet sich durch den Einsatz von InGaN-Technologie für weißes Licht, die typischerweise eine höhere Effizienz und bessere Farbwiedergabe im Vergleich zu älteren Technologien wie Blau-Chip mit gelbem Leuchtstoff (obwohl es sich ebenfalls um eine phosphorkonvertierte weiße LED handelt) bietet. Ihr superflaches Gehäuseprofil ist ein Schlüsselvorteil für ultradünne Geräte. Das umfassende Binning-System für Spannung, Intensität und Farbton gibt Entwicklern eine präzise Kontrolle über die Konsistenz der elektrischen und optischen Leistung ihres Endprodukts, was in Anwendungen wie Hintergrundbeleuchtungs-Arrays, bei denen Gleichmäßigkeit wichtig ist, entscheidend ist.

10. Häufig gestellte Fragen basierend auf technischen Parametern

F: Kann ich diese LED mit 20 mA für höhere Helligkeit betreiben?

A: Nein. Der absolute maximale Dauerstrom beträgt 10 mA. Das Überschreiten dieses Wertes riskiert dauerhafte Schäden und macht alle Zuverlässigkeitsspezifikationen ungültig. Für eine höhere Lichtleistung wählen Sie eine LED aus einer höheren Lichtstärke-Klasse oder ein Produkt, das für einen höheren Strom ausgelegt ist.

F: Die Durchlassspannung in meiner Schaltung misst 2,5 V, aber das Datenblatt gibt typisch 2,7 V an. Ist das normal?

A: Ja, das liegt innerhalb der erwarteten Variation. Die Durchlassspannung hat einen spezifizierten Bereich (2,4 V bis 3,2 V) und wird auch klassifiziert. Ihr gemessener Wert fällt in die Spannungsklasse A10 oder A11. Entwerfen Sie Ihre Strombegrenzungsschaltung stets für den ungünstigsten Fall (maximales VF), um sicherzustellen, dass der Stromgrenzwert niemals überschritten wird.

F: Muss ich mich um die Feuchtigkeitsempfindlichkeit dieses Bauteils kümmern?

A: Ja. Das Bauteil ist mit MSL 3 klassifiziert. Sobald der original versiegelte Beutel geöffnet ist, haben Sie eine Woche Zeit, um den Reflow-Lötprozess unter Standard-Fertigungsbedingungen (≤ 30°C/60 % RH) abzuschließen. Wird diese Frist überschritten, ist vor dem Löten ein Ausheizen erforderlich.

F: Kann ich diese LED für Außenwerbung verwenden?

A: Das Datenblatt spezifiziert Anwendungen einschließlich \"Innenschildanwendungen\". Der Betriebstemperaturbereich liegt bei -20°C bis +80°C. Für den Außeneinsatz müssen Sie sicherstellen, dass die Umweltbedingungen (Temperatur, Feuchtigkeit, UV-Belastung) diese Grenzen nicht überschreiten und dass die Baugruppe ordnungsgemäß gegen Feuchtigkeitseintritt abgedichtet ist – was nicht durch dieses Bauteildatenblatt abgedeckt wird.

11. Praktisches Anwendungsbeispiel

Szenario: Entwurf einer Statusanzeige für ein tragbares Medizingerät.Das Gerät verfügt über eine 3,3-V-Stromversorgung und benötigt eine klare, helle weiße Anzeige. Das Design sieht eine einzelne LED vor, die mit etwa 5 mA betrieben wird, um Sichtbarkeit und Stromverbrauch auszugleichen.Entwurfsschritte:1. Wählen Sie die LTW-C19DZDS5-NB aufgrund ihrer Helligkeit, kleinen Größe und Zuverlässigkeit. 2. Berechnen Sie den Vorwiderstand: Unter Verwendung des maximalen VF von 3,2 V ergibt sich R = (3,3 V - 3,2 V) / 0,005 A = 20 Ohm. Ein Standard-20-Ohm-Widerstand würde verwendet werden. 3. Verwenden Sie im Leiterplattenlayout das empfohlene Lötflächenlayout aus dem Datenblatt. 4. Spezifizieren Sie Bauteile aus der Lichtstärke-Klasse N und einer bestimmten Farbton-Klasse (z. B. C1), um eine konsistente Farbe und Helligkeit über alle Produktionseinheiten hinweg sicherzustellen. 5. Betonen Sie in den Bestückungsanweisungen den Umgang mit MSL 3 und die einwöchige Verarbeitungszeit nach dem Öffnen des Beutels.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Leuchtdioden (LEDs) sind Halbleiterbauelemente, die Licht durch Elektrolumineszenz emittieren. Wenn eine Durchlassspannung an den p-n-Übergang angelegt wird, rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich (typischerweise aus InGaN für blaue/weiße LEDs). Diese Rekombination setzt Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts wird durch die Bandlückenenergie des Halbleitermaterials bestimmt. Eine weiße LED wie die LTW-C19DZDS5-NB verwendet typischerweise einen blauen InGaN-Chip, der mit einem gelben Leuchtstoff beschichtet ist. Ein Teil des blauen Lichts wird durch den Leuchtstoff in gelbes Licht umgewandelt, und die Mischung aus blauem und gelbem Licht wird vom menschlichen Auge als weiß wahrgenommen.

13. Technologietrends

Das Gebiet der SMD LEDs entwickelt sich weiterhin in Richtung höherer Effizienz (mehr Lumen pro Watt), verbessertem Farbwiedergabeindex (CRI) für bessere Lichtqualität und erhöhter Leistungsdichte in kleineren Gehäusen. Es gibt auch einen Trend zu engeren Binning-Toleranzen sowohl für Farbe als auch für Lichtstrom, um den Anforderungen von Anwendungen wie hochwertiger Display-Hintergrundbeleuchtung und Architekturbeleuchtung, bei denen Gleichmäßigkeit entscheidend ist, gerecht zu werden. Darüber hinaus zielen Fortschritte bei Gehäusematerialien und -designs darauf ab, die thermische Leistung zu verbessern, was höhere Betriebsströme und längere Betriebslebensdauern ermöglicht. Die Integration von Steuerelektronik (z. B. Konstantstromtreiber, Adressierbarkeit) direkt in das LED-Gehäuse ist ein weiterer bedeutender Trend, der das Systemdesign für Smart-Lighting-Anwendungen vereinfacht.