SMD LED LTSA-S020ZWETA Datenblatt - Weiße Lichtquelle mit gelber Linse - 30mA - 100mW - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt detailliert die Spezifikationen für die LTSA-S020ZWETA, eine oberflächenmontierbare (SMD) Leuchtdiode (LED). Diese Komponente ist für automatisierte Leiterplattenbestückungsprozesse (PCB) konzipiert und eignet sich für platzbeschränkte Anwendungen in verschiedenen Segmenten der Elektronikindustrie.

1.1 Merkmale

• Konform mit der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe).
• Verpackt auf 12 mm breitem Band auf 7-Zoll-Rollen für die automatisierte Handhabung.
• Vorkonditioniert auf JEDEC Feuchtesensitivitätsstufe (MSL) 2a.
• Qualifizierung mit Bezug auf AEC-Q101 Rev D, einem Standard für diskrete Halbleiterbauelemente.
• Standard EIA (Electronic Industries Alliance) Gehäuseform.
• Mit integrierten Schaltkreisen (I.C.) kompatible Ansteuerpegel.
• Kompatibel mit Standard-Automatikbestückungsgeräten.
• Geeignet für Infrarot (IR) Reflow-Lötverfahren.

1.2 Anwendungen

Diese LED ist für den Einsatz in einer Vielzahl elektronischer Geräte vorgesehen. Das Datenblatt erwähnt speziell Anwendungen in Nutzfahrzeugen für Zusatzfunktionen. Ihre allgemeinen Eigenschaften machen sie geeignet für Unterhaltungselektronik, Anzeigen und Hintergrundbeleuchtung, bei denen eine weiße Lichtquelle mit gelbstichiger Abstrahlung gewünscht ist.

2. Technische Parameter: Detaillierte objektive Interpretation

2.1 Absolute Maximalwerte

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

• Verlustleistung (Pd):100 mW. Dies ist die maximale Leistung, die das Gehäuse als Wärme abführen kann.
• Spitzen-Durchlassstrom (I_F(PEAK)):50 mA. Dies ist der maximale Momentanstrom, typischerweise unter Impulsbedingungen spezifiziert (1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Impulsbreite), um thermische Belastung zu managen.
• DC-Durchlassstrom (I_F):30 mA. Dies ist der maximale kontinuierliche Durchlassstrom für einen zuverlässigen Betrieb.
• Betriebstemperaturbereich (T_opr):-40°C bis +100°C. Der Umgebungstemperaturbereich, für den das Bauteil ausgelegt ist.
• Lagertemperaturbereich (T_stg):-40°C bis +100°C. Der Temperaturbereich für die Lagerung im nicht betriebsbereiten Zustand.

2.2 Elektrische und optische Kenngrößen

Diese Parameter werden bei einer Standard-Umgebungstemperatur von 25°C gemessen und definieren die typische Leistung des Bauteils.

• Lichtstärke (I_V):180 - 450 mcd (Millicandela) bei einem Prüfstrom (I_F) von 2 mA. Dies misst die wahrgenommene Helligkeit in einer bestimmten Richtung. Der weite Bereich zeigt an, dass ein Binning-System verwendet wird (siehe Abschnitt 3).
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):120 Grad (typisch). Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte ihres axialen (auf der Achse liegenden) Wertes abfällt, was auf ein breites Abstrahlmuster hinweist.
• Farbortkoordinaten (x, y):x=0,3197, y=0,3131 bei I_F=2 mA. Diese CIE 1931 Koordinaten definieren den Farbpunkt des weißen Lichts im Farbtafeldiagramm.
• Durchlassspannung (V_F):2,25 - 2,95 V bei I_F=2 mA. Der Spannungsabfall über der LED im leitenden Zustand. Auch hier wird ein Binning-System angewendet.
• Sperrspannung (V_Z):6 - 8 V bei I_Z=10 mA. Dies ist die Zener- oder Durchbruchspannung.Wichtig:Das Bauteil ist nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt; dieser Parameter dient nur zu IR-Testzwecken.
• Sperrstrom (I_R):10 μA (max) bei V_R=5V. Der geringe Leckstrom bei angelegter Sperrspannung.
• ESD-Festigkeit:2000 V (Human Body Model). Dies zeigt einen moderaten Schutz vor elektrostatischen Entladungen an.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um die Konsistenz in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs basierend auf Schlüsselparametern sortiert (gebinned). Die LTSA-S020ZWETA verwendet ein Drei-Code-System: Vf / Iv / Farbe (z.B. E3 / S2 / LL).

3.1 Durchlassspannungs-Binning (Vf)

LEDs werden basierend auf ihrer Durchlassspannung bei 2 mA in Bins (E1 bis E7) kategorisiert. Jeder Bin hat einen Bereich von 0,1V, mit einer Gesamttoleranz von ±0,1V pro Bin. Beispielsweise deckt Bin E3 Vf von 2,45V bis 2,55V ab.

3.2 Lichtstärke-Binning (Iv)

LEDs werden basierend auf ihrer Helligkeit bei 2 mA in Bins (S1, S2, T1, T2) sortiert. Die Bins repräsentieren steigende Intensitätsstufen, wobei Bin T2 die höchste Ausgangsleistung bietet (355-450 mcd). Die Toleranz pro Bin beträgt ±11%.

3.3 Farb-Binning (Farbort)

Dies ist der komplexeste Binning-Parameter. LEDs werden basierend auf ihren bei 2 mA gemessenen CIE (x, y) Farbortkoordinaten sortiert. Das Datenblatt enthält eine detaillierte Tabelle mit Bincodes (z.B. JL, JK, KL, LL, LK, ML, MK, NL, NK, OL, OK, PL, PK), die durch viereckige Regionen im Farbtafeldiagramm definiert sind. Jede Region wird durch vier (x, y) Koordinatenpunkte spezifiziert. Die Toleranz für den Farbton (x, y) innerhalb eines Bins beträgt ±0,01. Ein Farbtafeldiagramm ist typischerweise enthalten, um diese Bins zu visualisieren.

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält typische Kennlinien, um das Designverständnis zu unterstützen.

4.1 Räumliche Verteilung

Ein Polardiagramm (Abb. 2) veranschaulicht das räumliche Abstrahlmuster der LED. Der 120-Grad-Abstrahlwinkel wird durch diese Kurve bestätigt, die zeigt, wie sich die Lichtintensität mit dem Winkel von der Mittelachse ändert. Dies ist entscheidend für Anwendungen, die spezifische Beleuchtungsmuster erfordern.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die LED entspricht einer standardmäßigen SMD-Gehäuseform. Wichtige Abmessungen sind die Bauteilgröße, Anschlussabstand und Gesamthöhe. Alle Abmessungen sind in Millimetern angegeben, mit einer typischen Toleranz von ±0,2 mm, sofern nicht anders angegeben. Die Linsenfarbe ist gelb, während das Material des Lichtquellenchips InGaN ist und weißes Licht erzeugt.

5.2 Empfohlene Lötfläche auf der Leiterplatte

Ein Footprint-Diagramm zeigt das empfohlene Kupferpad-Layout auf der Leiterplatte für zuverlässiges Löten. Dies umfasst Pad-Größe, -Form und -Abstand, um eine ordnungsgemäße Lötstellenbildung während des Reflow-Prozesses und eine gute mechanische Haftung zu gewährleisten.

6. Richtlinien für Löten und Bestückung

6.1 IR-Reflow-Lötprofil

Ein empfohlenes Infrarot-Reflow-Profil für bleifreie Lötprozesse wird bereitgestellt, abgestimmt auf den J-STD-020 Standard. Dieses Profil definiert die kritischen Parameter für den Reflow-Ofen: Vorheiztemperatur und -zeit, Temperaturanstiegsrate, Spitzentemperatur, Zeit oberhalb der Liquidustemperatur (TAL) und Abkühlrate. Die Einhaltung dieses Profils ist wesentlich, um thermische Schäden am LED-Gehäuse zu verhindern.

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. Nicht spezifizierte Chemikalien können das Gehäusematerial der LED beschädigen.

6.3 Lagerbedingungen

• Versiegelte Verpackung:Lagern bei ≤30°C und ≤70% relativer Luftfeuchtigkeit (RH). Das Produkt hat eine Haltbarkeit von einem Jahr, wenn es in der Original-Feuchtigkeitsschutztüte mit Trockenmittel gelagert wird.
• Geöffnete Verpackung:Für Komponenten, die aus ihrer Originalverpackung entnommen wurden, sollte die Lagerumgebung 30°C und 60% RH nicht überschreiten. Es wird dringend empfohlen, dass diese Komponenten mit "Bodenlebensdauer" innerhalb von 168 Stunden (7 Tagen) nach der Entnahme dem IR-Reflow-Lötprozess unterzogen werden, um feuchtigkeitsbedingte Schäden ("Popcorning") während des Reflow zu vermeiden.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Spezifikationen für Band und Rolle

Die LEDs werden in industrieüblicher geprägter Trägerbandverpackung geliefert.

• Bandbreite:12 mm.
• Rollen-Durchmesser:7 Zoll.
• Stückzahl pro Rolle:2000 Stück.
• Mindestpackmenge:500 Stück für Restmengen.
• Die Verpackung entspricht den EIA-481-1-B Spezifikationen. Das Band ist mit einem Deckband versiegelt, und es ist ein Maximum von zwei aufeinanderfolgenden fehlenden Komponenten erlaubt.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

Diese LED eignet sich für allgemeine Anzeigelampen, Statusanzeigen und Hintergrundbeleuchtung in Konsum- und Industrie-Elektronik. Ihre spezifische Erwähnung in Nutzfahrzeugzubehör deutet auf den Einsatz in Armaturenbrettanzeigen, Bedienfeld-Hintergrundbeleuchtung oder Außenzubehörbeleuchtung hin, bei denen aus ästhetischen oder funktionalen Gründen ein gelbstichiges weißes Licht gewünscht ist.

8.2 Designüberlegungen

• Strombegrenzung:Immer einen Reihen-Strombegrenzungswiderstand oder eine Konstantstrom-Treiberschaltung verwenden. Nicht direkt an eine Spannungsquelle anschließen. Der maximale kontinuierliche Gleichstrom beträgt 30 mA.
• Thermisches Management:Obwohl die Verlustleistung gering ist (max. 100mW), kann eine ausreichende Kupferfläche auf der Leiterplatte oder thermische Durchkontaktierungen helfen, niedrigere Sperrschichttemperaturen aufrechtzuerhalten, was die Lebensdauer und stabile Lichtausbeute fördert.
• ESD-Vorsichtsmaßnahmen:Obwohl für 2kV HBM ausgelegt, sollten während der Bestückung Standard-ESD-Handhabungsvorsichtsmaßnahmen beachtet werden.
• Optisches Design:Der 120-Grad-Abstrahlwinkel bietet eine breite Streuung. Für gebündeltes Licht wären sekundäre Optiken (Linsen, Lichtleiter) erforderlich.

9. Hinweise und Zuverlässigkeitsanmerkungen

Die beschriebenen LEDs sind für gewöhnliche elektronische Geräte bestimmt. Für Anwendungen, die außergewöhnliche Zuverlässigkeit erfordern, bei denen ein Ausfall Leben oder Gesundheit gefährden könnte (z.B. Luftfahrt, Medizingeräte, Verkehrssicherheitssysteme), sind spezifische Konsultation und Qualifizierung über dieses Standard-Datenblatt hinaus zwingend erforderlich. Das Bauteil ist nicht für den Betrieb mit Sperrspannung im Anwendungsschaltkreis ausgelegt.

10. Technischer Vergleich und Positionierung

Diese LED positioniert sich als eine vielseitige, kostengünstige SMD-Komponente. Wichtige Unterscheidungsmerkmale sind ihre spezifische Weiß-mit-gelber-Linse-Farbkombination, die Qualifizierungsreferenz auf AEC-Q101 (üblich im Automobilbereich) und die Vorkonditionierung auf MSL 2a für verbesserten Feuchtigkeitsschutz während des Lötens. Im Vergleich zu ultrahellen oder schmalwinkligen LEDs bietet sie eine ausgewogene Kombination aus angemessener Helligkeit, sehr breitem Abstrahlwinkel und Standard-Zuverlässigkeitsmerkmalen, die für kommerzielle Massenanwendungen geeignet sind.

11. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Was ist der Unterschied zwischen Linsenfarbe und Quellenfarbe?

A: Die Quellenfarbe (Weiß, von einem InGaN-Chip) ist das intern erzeugte Licht. Die gelbe Linse wirkt als Filter/Vergussmasse, färbt das endgültig emittierte Licht und führt zu einem warmweißen oder gelbstichig-weißen Erscheinungsbild.

F: Wie wähle ich den richtigen Bin für meine Anwendung?

A: Für Anwendungen, bei denen Farbkonsistenz kritisch ist (z.B. Multi-LED-Arrays), geben Sie einen engen Farb-Bin (z.B. LL) und gegebenenfalls einen engen Vf-Bin an. Für einzelne Anzeigen, bei denen absolute Helligkeit entscheidend ist, geben Sie einen höheren Iv-Bin (T1 oder T2) an. Ihr Distributor kann verfügbare Bins auf Lager angeben.

F: Kann ich diese LED kontinuierlich mit 30mA betreiben?

A: Ja, 30mA ist der maximal zulässige kontinuierliche Gleichstrom. Für optimale Lebensdauer und um Umgebungstemperaturerhöhungen zu berücksichtigen, wird jedoch oft ein Betrieb mit einem niedrigeren Strom (z.B. 20mA) empfohlen, der für viele Anwendungen immer noch ausreichende Helligkeit bietet.

F: Warum sind die Lagerbedingungen nach dem Öffnen der Tüte so streng (168 Stunden)?

A: SMD-Gehäuse können Feuchtigkeit aus der Luft aufnehmen. Während des Hochtemperatur-Reflow-Lötprozesses kann diese eingeschlossene Feuchtigkeit schnell verdampfen und innere Delamination oder Risse ("Popcorning") verursachen. Die 168-stündige Bodenlebensdauer ist die maximale sichere Expositionszeit für MSL 2a bewertete Komponenten, bevor sie erneut getrocknet (gebaked) werden müssen, um Feuchtigkeit zu entfernen.

12. Praktischer Design- und Anwendungsfall

Szenario: Entwurf einer Statusanzeigetafel für einen Industrie-Controller.Die Tafel benötigt mehrere LEDs, um Netzteil, Fehler und Bereitschaftsstatus anzuzeigen. Der Designer wählt die LTSA-S020ZWETA aufgrund ihres breiten Abstrahlwinkels, um die Sichtbarkeit aus verschiedenen Winkeln im Kontrollraum sicherzustellen. Um eine gleichmäßige Helligkeit und Farbe über alle Anzeigen hinweg zu gewährleisten, spezifiziert der Designer einen einzelnen Lichtstärke-Bin (z.B. T2) und einen einzelnen Farb-Bin (z.B. LL) in der Stückliste (BOM). Ein Konstantstrom von 20mA wird für jede LED gewählt, unter Verwendung eines einfachen Widerstands, berechnet aus der typischen Vf (vom gewählten Vf-Bin, z.B. E3 mit 2,5V) und der Versorgungsspannung. Das Leiterplattenlayout folgt dem empfohlenen Pad-Footprint, und die Bestückungsfirma verwendet das bereitgestellte bleifreie IR-Reflow-Profil. Die Komponenten werden innerhalb der 168-stündigen Bodenlebensdauer nach dem Öffnen der Tüte verwendet.

13. Einführung in das Funktionsprinzip

Leuchtdioden (LEDs) sind Halbleiterbauelemente, die Licht emittieren, wenn ein elektrischer Strom durch sie fließt. Dieses Phänomen wird Elektrolumineszenz genannt. In der LTSA-S020ZWETA besteht die aktive Zone aus Indium-Gallium-Nitrid (InGaN)-Materialien, die so konstruiert sind, dass sie Photonen im blau/ultravioletten Spektrum emittieren. Eine Phosphorschicht innerhalb des Gehäuses absorbiert einen Teil dieses Primärlichts und emittiert es als gelbes Licht neu. Die Kombination des verbleibenden blauen Lichts und des umgewandelten gelben Lichts führt zur Wahrnehmung von weißem Licht. Die externe gelb getönte Epoxidharzlinse modifiziert weiterhin die Farbtemperatur und bietet Umweltschutz sowie mechanische Formgebung des Lichtstrahls.

14. Technologietrends

Die Optoelektronikindustrie schreitet in mehreren für solche Komponenten relevanten Schlüsselbereichen weiter voran: Erhöhte Lichtausbeute (mehr Lichtleistung pro Watt elektrischer Eingangsleistung), verbesserter Farbwiedergabeindex (CRI) für weiße LEDs und höhere Zuverlässigkeit unter rauen Umweltbedingungen (höhere Temperatur, Feuchtigkeit). Verpackungstrends umfassen Miniaturisierung, verbesserte thermische Managementsubstrate und präzisere, in das Gehäuse integrierte optische Kontrolle. Darüber hinaus gibt es einen starken Trend zu höheren Standardisierungsgraden bei Tests, Binning und Zuverlässigkeitsqualifizierung (wie AEC-Q101), um den Anforderungen der Automobil- und Industriemärkte gerecht zu werden.