SMD LED LTST-008UWQEET Datenblatt - Weiß & Rot - 30mA Durchlassstrom - 102mW Verlustleistung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt detailliert die Spezifikationen einer SMD-LED (Surface-Mount Device). Diese LED ist für die automatisierte Leiterplattenbestückung (PCB) konzipiert und eignet sich für Anwendungen, bei denen Platz eine kritische Einschränkung darstellt. Die Komponente integriert zwei verschiedene Lichtquellen in einem einzigen Gehäuse.

1.1 Merkmale

• Konform mit RoHS-Umweltstandards.
• Verpackt auf 12 mm breitem Band, aufgewickelt auf 7-Zoll-Rollen für die automatisierte Handhabung.
• Standard-EIA-Gehäusefußabdruck für Kompatibilität.
• Eingang kompatibel mit IC-Logikpegeln.
• Konzipiert für die Kompatibilität mit automatischen Bestückungsgeräten (Pick-and-Place).
• Hält standardmäßigen IR-Reflow-Lötprozessen stand.
• Vorkonditioniert auf JEDEC Feuchtesensitivitätsstufe 3.

1.2 Anwendungen

Die LED ist für den Einsatz in einer breiten Palette von elektronischen Geräten und Systemen vorgesehen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf:

• Telekommunikationsgeräte (z.B. schnurlose und Mobiltelefone).
• Büroautomatisierungsgeräte und Notebook-Computer.
• Haushaltsgeräte und Unterhaltungselektronik.
• Netzwerksysteme und industrielle Steuerungseinrichtungen.
• Innenschilder und Display-Anwendungen.

2. Technische Parameter: Detaillierte objektive Interpretation

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Grenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden an der Komponente auftreten können. Ein Betrieb unter diesen Bedingungen ist nicht garantiert.

• Verlustleistung (Pd):102 mW (Weiß), 72 mW (Rot). Dies ist die maximale Leistung, die die LED bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C als Wärme abführen kann.
• Spitzen-Durchlassstrom (I_F(PEAK)):100 mA (Weiß), 80 mA (Rot). Dies ist der maximal zulässige Momentanstrom unter gepulsten Bedingungen (1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Pulsbreite).
• DC-Durchlassstrom (I_F):30 mA für beide Farben. Dies ist der maximale empfohlene kontinuierliche Durchlassstrom für einen zuverlässigen Betrieb.
• Betriebstemperaturbereich:-40°C bis +85°C. Die Komponente ist für den Betrieb innerhalb dieses Umgebungstemperaturbereichs ausgelegt.
• Lagertemperaturbereich:-40°C bis +100°C. Die Komponente kann ohne angelegte Spannung innerhalb dieses Bereichs gelagert werden.

2.2 Elektrische und optische Kenngrößen

Diese Parameter werden bei Ta=25°C und I_F=20mA gemessen und repräsentieren typische Betriebsbedingungen.

• Lichtstrom (Φ_v):Weiß: 4,15-11,4 lm (min-max). Rot: 1,07-2,71 lm (min-max). Dies ist die gesamte sichtbare Lichtabgabe der LED.
• Lichtstärke (I_v):Weiß: 1500-4100 mcd (min-max). Rot: 355-900 mcd (min-max). Dies ist die Lichtabgabe in eine bestimmte Richtung, gemessen in Millicandela.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):Typischerweise 120 Grad. Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke die Hälfte ihres maximalen axialen Wertes beträgt.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):Für die rote LED: 617-630 nm (typischer Bereich). Für die weiße LED werden stattdessen Farbkoordinaten angegeben.
• Farbkoordinaten (x, y):Für die weiße LED: x=0,31, y=0,31 (typisch). Dies platziert den Weißpunkt nahe der Planck'schen Kurve.
• Durchlassspannung (V_F):Weiß: 2,8-3,4V (min-max). Rot: 1,8-2,4V (min-max). Toleranz ist +/- 0,1V. Dies ist der Spannungsabfall über der LED beim Betrieb mit dem spezifizierten Strom.
• Sperrstrom (I_R):Maximal 10 μA für beide Farben bei V_R=5V. Die Komponente ist nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt; dieser Parameter dient nur zu Testzwecken.

3. Erklärung des Binning-Systems

Die LEDs werden zur Sicherstellung der Konsistenz in Leistungsklassen (Bins) sortiert. Der Bin-Code ist auf der Produktverpackung aufgedruckt.

3.1 Lichtstärke (I_v) Binning

LEDs werden basierend auf ihrer gemessenen Lichtabgabe bei 20mA gruppiert.

Weiße LED Bins:

• W1:Lichtstrom: 4,15-5,80 lm, Lichtstärke: 1500-2100 mcd.
• W2:Lichtstrom: 5,80-8,10 lm, Lichtstärke: 2100-2900 mcd.
• W3:Lichtstrom: 8,10-11,40 lm, Lichtstärke: 2900-4100 mcd.

Rote LED Bins:

• R1:Lichtstrom: 1,07-1,68 lm, Lichtstärke: 355-600 mcd.
• R2:Lichtstrom: 1,68-2,71 lm, Lichtstärke: 600-900 mcd.

Toleranz für jede Leuchtstärkeklasse ist +/- 11%.

3.2 Farb-Binning für die weiße LED

Weiße LEDs werden weiter basierend auf ihren Farbkoordinaten (x, y) im CIE-1931-Diagramm sortiert, um Farbvariationen zu kontrollieren.

• Bin-Codes umfassen Z1, Y1, Y2, X1, W1, W2.
• Jede Klasse ist durch einen viereckigen Bereich im Farbdiagramm mit vier spezifischen (x,y)-Koordinatenpunkten definiert.
• Toleranz für jede Farbklasse ist +/- 0,01 in beiden x- und y-Koordinaten.

3.3 Kombinierter Bin-Code auf dem Etikett

Ein einzelner alphanumerischer Code (A1 bis A6) auf dem Verpackungsetikett kombiniert die Lichtstärkeklassen für sowohl die weiße als auch die rote LED innerhalb desselben Gehäuses, wie in der Kreuzreferenztabelle gezeigt.

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält typische Kennlinien, gemessen bei 25°C Umgebungstemperatur, sofern nicht anders angegeben. Diese Kurven sind für die Designanalyse unerlässlich.

• Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I_F-V_FKurve):Zeigt die exponentielle Beziehung zwischen Strom und Spannung für sowohl die weiße als auch die rote LED. Dies ist entscheidend für den Entwurf der strombegrenzenden Treiberschaltung.
• Lichtstärke vs. Durchlassstrom (I_v-I_FKurve):Veranschaulicht, wie die Lichtabgabe mit dem Treiberstrom zunimmt, typischerweise bei höheren Strömen aufgrund von Effizienzabfall und Erwärmung in sublinearer Weise.
• Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Zeigt die thermische Abhängigkeit der Lichtabgabe. Die Lichtstärke nimmt im Allgemeinen ab, wenn die Sperrschichttemperatur steigt.
• Spektrale Verteilung:Für die rote LED zeigt diese Kurve die relative Strahlungsleistung als Funktion der Wellenlänge und gibt die Spitzenemissionswellenlänge (λ_P) und die spektrale Halbwertsbreite (Δλ) an.
• Abstrahlcharakteristik:Ein Polardiagramm, das die Winkelverteilung der Lichtstärke zeigt und den 120-Grad-Abstrahlwinkel bestätigt.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die LED ist in einem Standard-SMD-Gehäuse erhältlich. Alle Abmessungen sind in Millimetern mit einer allgemeinen Toleranz von ±0,2 mm, sofern nicht anders angegeben. Die Zeichnung zeigt Draufsicht, Seitenansicht und Fußabdruck.

5.2 Pinbelegung und Polaritätskennzeichnung

Die Komponente hat mehrere Pins. Die Belegung ist wie folgt:

• Pins (0,1) und 2: Verbunden mit dem Blau/Weiß-LED-Chip (InGaN).
• Pins 3 und 4: Verbunden mit dem Rot-LED-Chip (AlInGaP).
• Pins 5 und (6,7): Nicht verbunden (Null).

Die Linsenfarbe ist gelb. Beim Anschluss an die Treiberschaltung muss die korrekte Polarität beachtet werden; das Anlegen einer Sperrspannung kann die Komponente beschädigen.

5.3 Empfohlene Lötpads-Layout auf der Leiterplatte

Ein empfohlenes Land Pattern (Kupferpads-Layout) für die Leiterplatte wird bereitgestellt, um zuverlässiges Löten, korrektes Thermomanagement und mechanische Stabilität zu gewährleisten. Die Einhaltung dieser Empfehlung hilft, "Tombstoning" zu verhindern und sorgt für gute Lötfillete.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 IR-Reflow-Lötprofil

Ein detailliertes Reflow-Löttemperaturprofil ist für bleifreie Lötprozesse spezifiziert, konform mit J-STD-020B. Das Profildiagramm zeigt:

• Vorwärmen/Aufheizen:Ein kontrollierter Anstieg, um das Flussmittel zu aktivieren.
• Einweichzone:Ein Plateau, um die Leiterplatte und die Komponente gleichmäßig zu erwärmen.
• Reflow-Zone:Die Spitzentemperatur darf den für die Komponente maximal zulässigen Wert (verknüpft mit der Lagertemperatur) nicht überschreiten.
• Abkühlrate:Ein kontrolliertes Abkühlen, um die Lötstellen ordnungsgemäß zu verfestigen.

Die Einhaltung dieses Profils ist entscheidend, um thermischen Schock zu verhindern und zuverlässige Lötverbindungen sicherzustellen, ohne das LED-Gehäuse oder den internen Chip zu beschädigen.

6.2 Reinigung

Falls eine Reinigung nach dem Löten erforderlich ist:

• Verwenden Sie ausschließlich Ethylalkohol oder Isopropylalkohol.
• Tauchen Sie die LED bei normaler Raumtemperatur ein.
• Begrenzen Sie die Eintauchzeit auf weniger als eine Minute.
• Vermeiden Sie die Verwendung nicht spezifizierter chemischer Reiniger, da diese das Gehäusematerial beschädigen können (z.B. Verfärbung oder Rissbildung verursachen).

6.3 Lager- und Handhabungsbedingungen

• 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:Die Lagerumgebung sollte 30°C und 60% RH nicht überschreiten. Komponenten, die aus ihrer Originalverpackung entnommen wurden, sollten innerhalb von 168 Stunden (7 Tagen) dem IR-Reflow-Lötprozess unterzogen werden.
• Verlängerte Lagerung (außerhalb des Beutels):Für Zeiträume länger als 168 Stunden sollten LEDs in einem versiegelten Behälter mit Trockenmittel oder in einem stickstoffgespülten Exsikkator gelagert werden, um Feuchtigkeitsaufnahme zu verhindern, die während des Reflow-Prozesses zu "Popcorning" führen kann.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Spezifikationen für Band und Rolle

Die LEDs werden in geprägter Trägerbandverpackung für die automatisierte Bestückung geliefert.

• Bandbreite:12 mm.
• Rollen-Durchmesser:7 Zoll.
• Stückzahl pro Rolle:4000 Stück.
• Mindestpackmenge:500 Stück für Restmengen.
• Leere Taschen im Band sind mit einem Deckband versiegelt.
• Maximal zwei aufeinanderfolgende fehlende Komponenten sind zulässig.
• Die Verpackung entspricht den ANSI/EIA-481-Spezifikationen.

Detaillierte Abmessungen für die Bandtasche und die Rolle sind im Datenblatt angegeben.

8. Anwendungsvorschläge und Designüberlegungen

8.1 Typische Anwendungsschaltungen

LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Ein Vorwiderstand in Reihe ist die einfachste Ansteuerungsmethode. Der Widerstandswert (R_s) kann mit dem Ohmschen Gesetz berechnet werden: R_s= (V_Versorgung- V_F) / I_F. Verwenden Sie den maximalen V_F-Wert aus dem Datenblatt, um sicherzustellen, dass der Strom auch bei Bauteiltoleranzen die Grenze nicht überschreitet. Für stabilere Leistung, insbesondere bei variabler Versorgungsspannung oder Temperatur, werden Konstantstromtreiber (linear oder Schaltregler) empfohlen.

8.2 Thermomanagement

Obwohl die Verlustleistung relativ gering ist, verlängert ein korrektes thermisches Design die Lebensdauer der LED und hält die Lichtabgabe stabil.

• Verwenden Sie das empfohlene PCB-Pad-Layout, um die Wärmeableitung zu unterstützen.
• Bei Anwendungen mit hohem Strom oder hoher Umgebungstemperatur sollten Wärmeleitungen (Thermal Vias) unter dem Pad in Betracht gezogen werden, um Wärme zu inneren oder unteren Kupferschichten abzuleiten.
• Stellen Sie sicher, dass die maximale Sperrschichttemperatur nicht überschritten wird, indem Sie den Wärmewiderstand von der Sperrschicht zur Umgebung (θ_JA) berücksichtigen.

8.3 Optische Designüberlegungen

• Der 120-Grad-Abstrahlwinkel bietet ein breites, diffuses Lichtmuster, das sich für Hintergrundbeleuchtung und Statusanzeigen eignet.
• Für fokussiertere Lichtstrahlen können Sekundäroptiken (Linsen) über der LED platziert werden.
• Die gelbe Linse wirkt als Farbfilter/Streuscheibe für das weiße Licht, was möglicherweise die genaue Farbtemperatur (CCT) beeinflusst.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die primäre Unterscheidung dieser Komponente liegt in ihrer Zweifarben-Konfiguration (weiß und rot) innerhalb eines einzigen SMD-Gehäuses. Dies spart Platz auf der Leiterplatte und vereinfacht die Montage im Vergleich zur Verwendung von zwei separaten LEDs. Wichtige Punkte sind:

• Platzeffizienz:Integriert zwei Funktionen in einen Fußabdruck.
• Montagevereinfachung:Ein Bestückungszyklus statt zwei.
• Leistung:Bietet eigenständige, separat ansteuerbare weiße und rote Lichtquellen mit spezifizierten Leistungsklassen für jede.
• Kompatibilität:Standard-EIA-Fußabdruck und Kompatibilität mit IR-Reflow machen sie zu einer direkten Lösung für moderne SMT-Linien.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

10.1 Kann ich die LED direkt mit einer 5V-Versorgung betreiben?

Nein. Das direkte Anschließen einer 5V-Versorgung an die LED würde einen übermäßigen Stromfluss verursachen und sie wahrscheinlich zerstören. Sie müssen einen Strombegrenzungsmechanismus verwenden, wie z.B. einen Vorwiderstand oder einen Konstantstromtreiber, der auf maximal 30mA DC eingestellt ist.

10.2 Was ist der Unterschied zwischen Lichtstrom (lm) und Lichtstärke (mcd)?

Lichtstrom (Lumen) misst die gesamte von der LED in alle Richtungen abgegebene sichtbare Lichtmenge. Lichtstärke (Candela) misst, wie hell die LED aus einer bestimmten Betrachtungsrichtung erscheint. Der mcd-Wert im Datenblatt ist typischerweise die axiale (auf der Achse) Lichtstärke. Eine LED mit großem Abstrahlwinkel kann hohe Lumen, aber im Vergleich zu einer LED mit engem Strahl und gleichen Lumen eine niedrigere mcd-Zahl haben.

10.3 Wie interpretiere ich die Bin-Codes bei der Bestellung?

Geben Sie den kombinierten Bin-Code (z.B. A3) aus der Kreuztabelle an, um sicherzustellen, dass Sie LEDs mit dem gewünschten Leistungsbereich für sowohl die weiße (z.B. W2) als auch die rote (z.B. R1) Komponente erhalten. Dies ist entscheidend für Anwendungen, die eine konsistente Helligkeit und Farbe über mehrere Einheiten hinweg erfordern.

10.4 Ist diese LED für den Außeneinsatz geeignet?

Der Betriebstemperaturbereich erstreckt sich auf -40°C, aber das Maximum liegt bei +85°C. Während sie in einigen Außenumgebungen funktionieren könnte, listet das Datenblatt hauptsächlich Innenanwendungen (Schilder, Displays) auf. Für den Außeneinsatz sollten mögliche Exposition gegenüber UV-Strahlung, Feuchtigkeitseintritt und höhere Umgebungstemperaturen berücksichtigt werden, was zusätzliche Schutzmaßnahmen erfordern kann, die in diesem Dokument nicht behandelt werden.

11. Praktisches Design- und Anwendungsbeispiel

Szenario: Dual-Statusanzeige für einen Netzwerkrouter

Ein Designer benötigt Netzteil- (konstant weiß) und Netzwerkaktivitäts- (blinkend rot) Anzeigen auf einer kompakten Router-Leiterplatte.

Umsetzung:

1. Bauteilauswahl:Der LTST-008UWQEET wird gewählt, weil er beide benötigten Farben in einem 3,2mm x 2,8mm großen Fußabdruck bietet und so Platz spart.
2. Schaltungsentwurf:Zwei unabhängige Treiberschaltungen werden entworfen:
   • Ein einfacher Widerstand von einer 3,3V-Schiene, um die weiße LED mit ~15mA für eine konstante "Eingeschaltet"-Anzeige zu betreiben.
   • Ein GPIO-Pin vom Hauptprozessor, ebenfalls mit einem Vorwiderstand, steuert die rote LED. Die Firmware lässt diesen Pin blinken, um Datenaktivität anzuzeigen.
3. PCB-Layout:Das empfohlene Pad-Layout wird verwendet. Wärmeentlastungsverbindungen werden zu den Pads hinzugefügt, um das Löten zu erleichtern und gleichzeitig einen Wärmepfad zu einer Massefläche für eine leichte Wärmeableitung zu gewährleisten.
4. Binning:Für Konsistenz über alle Produktionseinheiten hinweg wird der Bin-Code A3 (Weiß: W2, Rot: R1) in der Stückliste (BOM) spezifiziert, um sicherzustellen, dass alle Router ähnlich helle Anzeigen haben.
5. Montage:Die Teile werden auf 7"-Rollen geliefert, die mit der Bestückungslinie des Pick-and-Place-Geräts kompatibel sind. Das spezifizierte IR-Reflow-Profil wird in den Ofen programmiert.

Dieses Beispiel verdeutlicht den Nutzen der Komponente in platzbeschränkten, multifunktionalen Anzeigeanwendungen, die in der Unterhaltungselektronik üblich sind.

12. Funktionsprinzip

Leuchtdioden (LEDs) sind Halbleiterbauelemente, die Licht emittieren, wenn ein elektrischer Strom durch sie fließt. Dieses Phänomen wird Elektrolumineszenz genannt.

• Weiße LED:Typischerweise ist ein blauer LED-Chip aus Indiumgalliumnitrid (InGaN) mit einer Phosphorschicht beschichtet. Das blaue Licht des Chips regt den Phosphor an, der dann gelbes Licht emittiert. Die Kombination aus blauem und gelbem Licht wird vom menschlichen Auge als weiß wahrgenommen. Die gelbe Linse kann diese Ausgabe weiter modifizieren.
• Rote LED:Das rote Licht wird direkt von einem Halbleiterchip aus Aluminiumindiumgalliumphosphid (AlInGaP) erzeugt. Wenn sich Elektronen mit Löchern im Halbleitermaterial rekombinieren, wird Energie in Form von Photonen (Licht) freigesetzt. Die spezifische Zusammensetzung des Materials bestimmt die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts, in diesem Fall rot (~630 nm).

Die Durchlassspannung (V_F) ist charakteristisch für die Bandlückenenergie des Halbleitermaterials; eine höhere Bandlücke (blau/weiß) führt zu einer höheren V_F als eine niedrigere Bandlücke (rot).

13. Entwicklungstrends

Das Gebiet der SMD-LEDs entwickelt sich weiter mit mehreren klaren Trends:

• Erhöhte Effizienz (lm/W):Fortlaufende Verbesserungen in der Materialwissenschaft und Chipdesign führen zu mehr Lichtausbeute pro Einheit elektrischer Leistung, was den Energieverbrauch und die thermische Belastung reduziert.
• Höhere Zuverlässigkeit und Lebensdauer:Fortschritte bei Verpackungsmaterialien, Chip-Bonding-Techniken und Phosphorstabilität verlängern die Betriebslebensdauer und machen LEDs für kritischere Anwendungen geeignet.
• Miniaturisierung:Gehäuse werden weiter verkleinert (z.B. von 3528 auf 2016 auf 1010 Größen), während die optische Leistung beibehalten oder verbessert wird, was dichtere und kompaktere elektronische Designs ermöglicht.
• Verbesserte Farbqualität und Konsistenz:Engere Binning-Toleranzen und neue Phosphorformulierungen führen zu einem besseren Farbwiedergabeindex (CRI) für weiße LEDs und gesättigteren, konsistenteren Farben für monochromatische LEDs.
• Integrierte Lösungen:Über Mehrfarben-Gehäuse hinaus umfassen die Trends LEDs mit integrierten Treibern (ICs), eingebauten Zenerdioden zum ESD-Schutz und Gehäuse, die für spezifische optische Muster ausgelegt sind, wodurch der Bedarf an externen Komponenten reduziert wird.

Komponenten wie die in diesem Datenblatt beschriebene repräsentieren einen Zwischenschritt in der Integration, indem sie mehrere diskrete Funktionen in einem einzigen, zuverlässigen und fertigungsfreundlichen Gehäuse kombinieren.