SMD LED LTST-416GEBW-P3 Datenblatt - Weiß diffundierte Linse - RGB-Chip - 5mA Betrieb - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt detailliert die Spezifikationen einer oberflächenmontierbaren (SMD) LED, die für die automatisierte Leiterplattenbestückung konzipiert ist. Das Bauteil verfügt über eine weiß diffundierte Linse und integriert drei verschiedene Halbleiterlichtquellen in einem einzigen Gehäuse: einen grünen InGaN-Chip, einen roten AlInGaP-Chip und einen blauen InGaN-Chip. Die kombinierte Ausgabe durch die diffundierte Linse erzeugt einen weißen Lichteindruck. Dieses Design ist für platzbeschränkte Anwendungen in der Unterhaltungselektronik, Telekommunikation und Industrieausrüstung vorgesehen, in denen zuverlässige Statusanzeige, Symbolbeleuchtung oder Frontplatten-Hintergrundbeleuchtung erforderlich ist.

1.1 Hauptmerkmale

• Konform mit RoHS-Umweltrichtlinien.
• Verpackt auf 12-mm-Bändern in 7-Zoll-Rollen für automatisierte Pick-and-Place-Systeme.
• Standardisierter EIA-Gehäusefußabdruck für Designkompatibilität.
• Logikpegel-kompatibler Betriebsstrom.
• Widersteht Infrarot-Reflow-Lötprozessen.
• Vorkonditioniert auf JEDEC Feuchtesensitivitätsstufe 3.

1.2 Zielanwendungen

• Statusanzeigen in Telekommunikations- und Netzwerkhardware.
• Signal- und Symbolbeleuchtung in Büroautomatisierung und Haushaltsgeräten.
• Frontplatten-Hintergrundbeleuchtung für Industrie-Steuergeräte.
• Allgemeine Indikatorbeleuchtung in Unterhaltungselektronik.

2. Technische Parameter: Detaillierte objektive Analyse

Der folgende Abschnitt bietet einen detaillierten, objektiven Überblick über die elektrischen, optischen und thermischen Eigenschaften des Bauteils, wie in der Quellenmaterial definiert. Alle Daten beziehen sich auf eine Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C, sofern nicht anders angegeben.

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte stellen Belastungsgrenzen dar, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Ein Dauerbetrieb an diesen Grenzen wird nicht empfohlen.

• Verlustleistung (Pd):90 mW für Grün/Blau-Chips; 69 mW für Rot-Chip. Dieser Parameter ist entscheidend für das Wärmemanagement-Design.
• Spitzen-Durchlassstrom (I_F(PEAK)):100 mA für alle Chips, unter gepulsten Bedingungen (1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Pulsbreite).
• Dauer-Durchlassstrom (I_F):30 mA DC für alle Chips.
• Betriebstemperaturbereich:-40°C bis +85°C.
• Lagertemperaturbereich:-40°C bis +100°C.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Gemessen bei einem Standard-Prüfstrom von I_F= 5mA für jeden Chip. Dies sind die typischen Leistungsparameter unter normalen Betriebsbedingungen.

• Lichtstärke (I_v):
  • Grün: 600 - 1200 mcd (Millicandela)
  • Rot: 200 - 400 mcd
  • Blau: 100 - 200 mcd
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):Typisch 120 Grad. Dieser große Winkel resultiert aus der diffundierten Linse und bietet eine gleichmäßigere Lichtverteilung im Vergleich zu LEDs mit klarer Linse.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):
  • Grün: 523 - 535 nm
  • Rot: 617 - 630 nm
  • Blau: 465 - 477 nm
• Durchlassspannung (V_F):
  • Grün: 2,0 - 3,0 V
  • Rot: 1,4 - 2,3 V
  • Blau: 2,0 - 3,0 V
• Sperrstrom (I_R):Maximal 10 μA bei V_R= 5V. Das Bauteil ist nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt; dieser Parameter dient nur zu Testzwecken.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um Farb- und Helligkeitskonsistenz in der Produktion sicherzustellen, werden Bauteile in Bins sortiert. Die weiße Lichtausgabe ist eine Funktion der kombinierten RGB-Chips, gemessen mit allen drei bei 5mA betriebenen Chips.

3.1 Lichtstärke (I_v) Klasse

Bauteile werden basierend auf ihrer gesamten Lichtstärkeausgabe kategorisiert. T1 Bin: 900 - 1300 mcd (ca. 2,7 - 3,9 Lumen) T2 Bin: 1300 - 1800 mcd (ca. 3,9 - 5,4 Lumen) Toleranz pro Bin ist ±11%.

3.2 Farbort (CIE) Klasse

Bauteile werden gemäß ihrer Farbkoordinaten im CIE-1931-Farbtafeld eingeteilt, das die wahrgenommene Farbe des weißen Lichts definiert. Die Bincodes (z.B. H4, J5, K6, L4) repräsentieren spezifische viereckige Regionen auf der x,y-Koordinatenebene. Jeder Bin hat vier definierte Eckpunkte (Punkt1-4) für x- und y-Koordinaten. Die Toleranz für die Platzierung innerhalb eines ausgewählten Farbton-Bins beträgt ±0,01 in beiden x- und y-Koordinaten. Dieses präzise Binning ermöglicht es Designern, LEDs mit sehr enger Farbkonsistenz für ihre Anwendungen auszuwählen.

4. Mechanische und Verpackungsinformationen

4.1 Gehäuseabmessungen und Pinbelegung

Das Bauteil entspricht einem standardmäßigen SMD-Fußabdruck. Kritische Abmessungen umfassen Gehäusegröße und Pad-Abstände. Alle Maßtoleranzen sind ±0,2 mm, sofern nicht anders angegeben. Die Pinbelegung zur Aktivierung einzelner Farben ist wie folgt: Die Anode (gemeinsamer Pluspol) ist mit Pin 1 verbunden. Die grüne Kathode ist Pin 2, die rote Kathode sind Pins 3 & 4 (intern verbunden), und die blaue Kathode ist Pin 6. Pins 5 und andere können nicht verbunden (NC) oder mechanische Verankerungen sein.

4.2 Empfohlenes PCB-Lötflächenlayout

Eine Draufsichtzeichnung des empfohlenen Lötpad-Layouts wird bereitgestellt, um ein korrektes Löten und mechanische Stabilität zu gewährleisten. Die Einhaltung dieses Musters hilft, Tombstoning (Abheben eines Endes während des Reflow) zu verhindern und sorgt für gute Lötfilets.

4.3 Band- und Rollenverpackung

Die Bauteile werden in geprägter Trägerband mit einem Schutzdeckband geliefert. Wichtige Verpackungsspezifikationen umfassen:

• Trägerbandbreite: 12 mm.
• Rollendurchmesser: 7 Zoll (178 mm).
• Menge pro voller Rolle: 2000 Stück.
• Mindestbestellmenge für Teilrollen: 500 Stück.
• Maximale Anzahl aufeinanderfolgender fehlender Bauteile (Taschen): 2.
• Die Verpackung entspricht den EIA-481-1-B-Standards.

5. Löt- und Montagerichtlinien

5.1 IR-Reflow-Lötprofil (Bleifreier Prozess)

Das empfohlene Profil folgt J-STD-020B für bleifreies Löten.

• Vorwärmen:150°C bis 200°C.
• Vorwärmzeit:Maximal 120 Sekunden.
• Maximale Bauteiltemperatur:Maximal 260°C.
• Zeit über Liquidus:Empfohlen maximal 10 Sekunden.
• Anzahl der Reflow-Zyklen:Maximal zwei Mal.

Ein grafisches Temperatur-Zeit-Profil wird typischerweise bereitgestellt, um die Aufheiz-, Halte-, Reflow- und Abkühlphasen zu visualisieren.

5.2 Handlötung

Falls manuelles Löten notwendig ist:

• Lötkolbentemperatur:Maximal 300°C.
• Kontaktzeit:Maximal 3 Sekunden pro Lötstelle.
• Wichtig:Handlötung sollte nur einmal durchgeführt werden, um thermische Belastung zu vermeiden.

5.3 Reinigung

Die Nachlötreinigung muss sorgfältig durchgeführt werden. Es sollten nur spezifizierte Lösungsmittel verwendet werden. Empfohlene Mittel sind Ethylalkohol oder Isopropylalkohol bei Raumtemperatur. Die LED sollte weniger als eine Minute eingetaucht werden. Nicht spezifizierte Chemikalien können die Epoxidlinse oder das Gehäuse beschädigen.

6. Lagerung und Handhabungshinweise

6.1 Lagerbedingungen

Verschweißte Feuchtigkeitssperrbeutel (MBP):Lagern bei ≤30°C und ≤70% relativer Luftfeuchtigkeit (RH). Die Haltbarkeit im verschweißten Beutel mit Trockenmittel beträgt ein Jahr.Nach dem Öffnen des Beutels:Die "Floor Life" beginnt. Lagern bei ≤30°C und ≤60% RH. Es wird dringend empfohlen, den IR-Reflow-Prozess innerhalb von 168 Stunden (7 Tagen) nach der Öffnung abzuschließen. Für eine Lagerung über diesen Zeitraum hinaus sollten die Bauteile in einem verschlossenen Behälter mit frischem Trockenmittel oder in einem Stickstoff-Exsikkator aufbewahrt werden. Bauteile, die länger als 168 Stunden exponiert waren, erfordern vor dem Löten ein Backverfahren (ca. 60°C für mindestens 48 Stunden), um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und "Popcorning" (Gehäuserissbildung durch Dampfdruck während des Reflow) zu verhindern.

6.2 Anwendungshinweise und Einschränkungen

Diese LED ist für den Einsatz in Standard-Handels- und Industrie-Elektronikgeräten vorgesehen. Sie ist nicht für Anwendungen ausgelegt oder qualifiziert, bei denen ein Ausfall zu einem direkten Risiko für Leben, Gesundheit oder Sicherheit führen könnte – wie in der Luftfahrt, medizinischen Lebenserhaltungssystemen oder kritischen Verkehrssteuerungssystemen. Für solche Hochzuverlässigkeitsanwendungen ist die Konsultation des Bauteilherstellers für spezifische Qualifikationsdaten zwingend erforderlich.

7. Designüberlegungen und Anwendungsvorschläge

7.1 Strombegrenzung

Aufgrund der unterschiedlichen Durchlassspannungen (V_F) der roten, grünen und blauen Chips erfordert der Betrieb von einer gemeinsamen Spannungsquelle separate strombegrenzende Widerstände für jeden Farbkanal. Der Widerstandswert wird mit dem Ohmschen Gesetz berechnet: R = (V_versorgung- V_F) / I_F. Die Verwendung der typischen V_Fund des gewünschten Betriebsstroms (z.B. 5mA für Spezifikationskonformität, bis zu 30mA max.) ergibt den geeigneten Widerstandswert und die Leistungsaufnahme.

7.2 Wärmemanagement

Obwohl die Verlustleistung relativ gering ist, ist ein ordnungsgemäßes PCB-Design für die Langlebigkeit entscheidend. Stellen Sie sicher, dass die empfohlenen Lötpads verwendet werden, um eine ausreichende Wärmeableitung von der LED-Sperrschicht zu gewährleisten. Für Anwendungen, bei denen die LED bei oder nahe ihrem maximalen Dauerstrom (30mA) betrieben wird, ist die Beachtung der Umgebungstemperatur und des Board-Layouts wichtig, um innerhalb des spezifizierten Betriebstemperaturbereichs zu bleiben.

7.3 Optische Integration

Die weiß diffundierte Linse bietet einen breiten, gleichmäßigen Abstrahlwinkel (120°), was sie für Anwendungen geeignet macht, bei denen die LED aus schrägen Blickwinkeln betrachtet werden kann. Die diffundierte Natur reduziert Hotspots und Blendung. Für Anwendungen, die einen stärker gerichteten Lichtstrahl erfordern, wären externe Sekundäroptiken (Linsen, Lichtleiter) notwendig.

8. Analyse typischer Leistungskurven

Das Datenblatt enthält grafische Darstellungen wichtiger Zusammenhänge, die für das Verständnis des Bauteilverhaltens unter nicht standardmäßigen Bedingungen von entscheidender Bedeutung sind.

• Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom:Diese Kurve zeigt, wie die Lichtausgabe mit dem Betriebsstrom zunimmt, typischerweise in einer sublinearen Weise, und hebt Effizienzänderungen hervor.
• Durchlassspannung vs. Durchlassstrom:Zeigt die exponentielle I-V-Kennlinie der Diode.
• Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Zeigt die Derating der Lichtausgabe bei steigender Sperrschichttemperatur. Dies ist entscheidend für Designs in Hochtemperaturumgebungen.
• Spektrale Verteilung:Obwohl nicht immer für weiße LEDs detailliert, informiert das Verständnis der Spitzenwellenlängen und spektralen Halbwertsbreiten (Δλ: ~30nm G, ~20nm R, ~25nm B) der einzelnen Chips über die Farbwiedergabe und Filterauswahl.

Diese Kurven ermöglichen es Designern, die Leistung für Betriebspunkte außerhalb der Standardprüfbedingung von 5mA bei 25°C zu extrapolieren.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Kann ich alle drei Farben gleichzeitig ansteuern, um helleres weißes Licht zu erhalten?A: Ja, aber Sie müssen sicherstellen, dass die Gesamtverlustleistung den niedrigsten Maximalwert unter den aktiven Chips (in diesem Fall 69mW für den roten Chip) nicht überschreitet und dass die Sperrschichttemperatur innerhalb der Grenzen bleibt. Der Strom für jeden Kanal muss unabhängig gesteuert werden.

F: Warum ist die Durchlassspannung für jede Farbe unterschiedlich?A: Die Durchlassspannung ist eine grundlegende Eigenschaft der Bandlücke des Halbleitermaterials. Rote AlInGaP-LEDs haben eine geringere Bandlücke als grüne und blaue InGaN-LEDs, was zu einer niedrigeren V_F.

F: Was bedeutet "Vorkonditionierung auf JEDEC Level 3"?A: Es bedeutet, dass die Bauteile als Feuchtesensitivitätsstufe 3 (MSL 3) klassifiziert wurden. Dies gibt an, dass die maximal zulässige "Floor Life" nach dem Öffnen der Feuchtigkeitssperrbeutel 168 Stunden bei ≤30°C/60% RH beträgt, bevor sie für den Reflow gebacken werden müssen.

F: Wie wähle ich den richtigen Bin für meine Anwendung aus?A: Für Anwendungen, bei denen Farbkonsistenz kritisch ist (z.B. mehrfarbige LED-Statusleisten oder Hintergrundbeleuchtungen), geben Sie einen einzelnen, engen CIE-Bincode (z.B. J5) und eine einzelne Lichtstärke-Bin (z.B. T1) an. Für weniger kritische Anwendungen kann eine breitere Bin-Auswahl akzeptabel und potenziell kostengünstiger sein.

10. Funktionsprinzip und technologischer Kontext

Diese LED arbeitet nach dem Prinzip der Elektrolumineszenz in Halbleitermaterialien. Wenn eine Durchlassspannung über den p-n-Übergang jedes Chips angelegt wird, rekombinieren Elektronen und Löcher und setzen Energie in Form von Photonen frei. Die Wellenlänge (Farbe) des Lichts wird durch die Bandlückenenergie des spezifischen Halbleitermaterials bestimmt: AlInGaP für rot und InGaN für grün und blau. Das "weiße" Licht wird nicht durch einen einzelnen weißen Leuchtstoff erzeugt (wie bei einer phosphorkonvertierten weißen LED), sondern ist eine additive Farbmischung der drei Primärfarben (Rot, Grün, Blau), während sie durch das diffundierte weiße Vergussmaterial treten. Diese RGB-Methode ermöglicht eine potenzielle Farbabstimmung durch Variation des Stroms zu jedem Chip, obwohl dieses Datenblatt den Betrieb für einen festen Weißpunkt spezifiziert.

Das SMD-Gehäuseformat repräsentiert den Industriestandard für die automatisierte Massenmontage. Die Verwendung einer diffundierten Linsenepoxy enthält Streupartikel, um den Abstrahlwinkel zu vergrößern und die Lichtausgabe zu mildern, was sie ideal für Indikatorzwecke macht, bei denen direkte Betrachtung üblich ist. Die Integration von drei Chips in einem Gehäuse spart im Vergleich zur Verwendung von drei diskreten Einzelfarben-LEDs PCB-Platz.