SMD LED LTST-108KSKT Datenblatt - Gehäuse 3,2x2,8x1,9mm - Spannung 1,8-2,4V - Gelbe Farbe - 72mW Leistung - Technisches Dokument auf Deutsch

1. Produktübersicht

Dieses Dokument enthält die vollständigen technischen Spezifikationen für eine oberflächenmontierbare (SMD) Leuchtdiode (LED). Diese Komponente ist für automatisierte Leiterplattenbestückungsprozesse ausgelegt und eignet sich daher für die Serienfertigung. Ihre kompakte Bauform ist ideal für Anwendungen, bei denen Platz ein kritischer Faktor ist. Die LED basiert auf der Halbleitertechnologie Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP), die für ihre hohe Effizienz im gelb-roten Spektralbereich bekannt ist. Die hier behandelte Variante emittiert gelbes Licht.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die Hauptvorteile dieser LED sind ihre kompakte Größe, die Kompatibilität mit Standard-Bestückungsautomaten und ihre Eignung für Infrarot (IR)-Reflow-Lötprozesse, die im modernen Elektronikfertigung Standard sind. Sie ist RoHS-konform und erfüllt Umweltvorschriften. Die Bauteile werden auf 8 mm breitem Trägerband geliefert, das auf 7-Zoll-Spulen aufgewickelt ist, was eine effiziente Handhabung in der Produktionslinie ermöglicht.

Ihre Zielanwendungen sind breit gefächert und umfassen Statusanzeigen, Hintergrundbeleuchtung für Frontplatten sowie Signal- oder Symbolbeleuchtung in verschiedenen elektronischen Geräten. Typische Endverbrauchermärkte sind Telekommunikationsgeräte (z. B. schnurlose und Mobiltelefone), Büroautomatisierungsgeräte (z. B. Notebooks), Netzwerksysteme, Haushaltsgeräte und Indoor-Beschilderung.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Ein gründliches Verständnis der elektrischen und optischen Eigenschaften ist für einen korrekten Schaltungsentwurf und die Gewährleistung einer langfristigen Zuverlässigkeit unerlässlich.

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):72 mW. Dies ist die maximale Leistung, die das LED-Gehäuse als Wärme abführen kann, ohne seine thermischen Grenzen zu überschreiten.
• Dauer-Durchlassstrom (IF):30 mA DC. Der maximal zulässige stationäre Strom.
• Spitzen-Durchlassstrom:80 mA. Dieser ist nur unter gepulsten Bedingungen mit einem Tastverhältnis von 1/10 und einer Pulsbreite von 0,1 ms zulässig. Das Überschreiten des DC-Stromwerts, selbst kurzzeitig, kann zu Überhitzung führen.
• Betriebstemperaturbereich:-40°C bis +85°C. Der Umgebungstemperaturbereich, in dem die Funktionsfähigkeit des Bauteils garantiert ist.
• Lagertemperaturbereich:-40°C bis +100°C. Der Temperaturbereich für die Lagerung, wenn das Bauteil nicht unter Spannung steht.

2.2 Elektrische und optische Kenngrößen

Dies sind die typischen Leistungsparameter, gemessen bei Ta=25°C und einem Durchlassstrom (IF) von 20mA, sofern nicht anders angegeben.

• Lichtstärke (Iv):Liegt im Bereich von 180 mcd (Minimum) bis 450 mcd (Maximum), mit einem typischen Wert innerhalb dieses Bereichs. Die Intensität wird mit einem Sensor gemessen, der auf die photopische Hellempfindlichkeitskurve (CIE-Kurve) des menschlichen Auges gefiltert ist.
• Betrachtungswinkel (2θ1/2):110 Grad (typisch). Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte des auf der Mittelachse gemessenen Werts abfällt. Ein Winkel von 110 Grad deutet auf ein breites Abstrahlverhalten hin.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λp):Ca. 591 nm. Dies ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Ausgangsleistung am stärksten ist.
• Dominante Wellenlänge (λd):Spezifiziert zwischen 584,5 nm und 594,5 nm. Dies ist die einzelne Wellenlänge, die das menschliche Auge als Farbe (gelb) wahrnimmt. Die Toleranz pro Bin beträgt ±1 nm.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):Ca. 15 nm. Dies gibt die spektrale Reinheit an; ein kleinerer Wert bedeutet monochromatischeres Licht.
• Durchlassspannung (VF):Liegt bei 20mA im Bereich von 1,8V (Minimum) bis 2,4V (Maximum). Der typische Wert liegt innerhalb dieses Bereichs. Ein strombegrenzender Widerstand muss auf Basis der tatsächlichen VF und der Versorgungsspannung berechnet werden.
• Sperrstrom (IR):Maximal 10 μA bei einer angelegten Sperrspannung (VR) von 5V. Dieses Bauteil ist nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt; dieser Parameter dient nur Testzwecken.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um Farb- und Helligkeitskonstanz in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs nach Leistungsklassen (Bins) sortiert. Entwickler können Bins spezifizieren, um den Anwendungsanforderungen zu entsprechen.

3.1 Durchlassspannung (VF) Binning

Einheit: Volt @ 20mA. Toleranz pro Bin: ±0,10V.

• Bin D2:1,8V (Min) bis 2,0V (Max)
• Bin D3:2,0V (Min) bis 2,2V (Max)
• Bin D4:2,2V (Min) bis 2,4V (Max)

3.2 Lichtstärke (Iv) Binning

Einheit: Millicandela (mcd) @ 20mA. Toleranz pro Bin: ±11%.

• Bin S1:180 mcd (Min) bis 224 mcd (Max)
• Bin S2:224 mcd (Min) bis 280 mcd (Max)
• Bin T1:280 mcd (Min) bis 355 mcd (Max)
• Bin T2:355 mcd (Min) bis 450 mcd (Max)

3.3 Dominante Wellenlänge (WD) Binning

Einheit: Nanometer (nm) @ 20mA. Toleranz pro Bin: ±1 nm.

• Bin H:584,5 nm (Min) bis 587,0 nm (Max)
• Bin J:587,0 nm (Min) bis 589,5 nm (Max)
• Bin K:589,5 nm (Min) bis 592,0 nm (Max)
• Bin L:592,0 nm (Min) bis 594,5 nm (Max)

Eine vollständige Teilenummer enthält typischerweise Codes für VF-, Iv- und WD-Bins (z. B. LTST-108KSKT-D3T1K).

4. Analyse der Kennlinien

Grafische Daten geben einen tieferen Einblick in das Verhalten des Bauteils unter verschiedenen Bedingungen.

4.1 Strom-Spannungs-Kennlinie (I-V)

Die I-V-Kennlinie einer AlInGaP-LED zeigt eine relativ stabile Durchlassspannung, die mit steigender Sperrschichttemperatur leicht ansteigt. Die Kurve ist nahe der Schwellspannung exponentiell und wird bei höheren Strömen linearer. Entwickler nutzen dies, um den dynamischen Widerstand zu bestimmen und die Verlustleistung zu modellieren.

4.2 Lichtstärke in Abhängigkeit vom Durchlassstrom

Diese Beziehung ist im empfohlenen Betriebsstrombereich (bis 30mA) im Allgemeinen linear. Ein höherer Strom erhöht die Lichtausbeute, aber auch die Wärmeentwicklung. Ein Betrieb jenseits der absoluten Maximalwerte führt zu einem Effizienzabfall (geringere Lichtausbeute pro Watt) und beschleunigtem Degradationsprozess.

4.3 Spektrale Verteilung

Die spektrale Ausgangskurve ist um 591 nm (Peak) zentriert mit einer typischen Halbwertsbreite von 15 nm. Die dominante Wellenlänge, die die wahrgenommene Farbe definiert, liegt innerhalb des Binned-Bereichs (z. B. 589,5-592,0 nm für Bin K). Das Spektrum ist relativ schmal, charakteristisch für AlInGaP-Materialien, was zu einer gesättigten gelben Farbe führt.

4.4 Temperaturabhängigkeit

Wichtige Parameter werden durch die Temperatur beeinflusst:

• Durchlassspannung (VF):Sinkt mit steigender Sperrschichttemperatur. Sie hat einen negativen Temperaturkoeffizienten, typischerweise etwa -2 mV/°C für AlInGaP.
• Lichtstärke (Iv):Sinkt ebenfalls mit steigender Temperatur. Die Derating-Kurve ist für Anwendungen bei hohen Umgebungstemperaturen wichtig, um ausreichende Helligkeit sicherzustellen.
• Dominante Wellenlänge (λd):Kann sich leicht mit der Temperatur verschieben, üblicherweise zu längeren Wellenlängen hin (Rotverschiebung).

5. Mechanische und Verpackungsinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die LED ist in einem Standard-SMD-Gehäuse untergebracht. Wichtige Abmessungen (in Millimetern) sind:

• Länge: 3,2 mm (Toleranz ±0,2 mm)
• Breite: 2,8 mm (Toleranz ±0,2 mm)
• Höhe: 1,9 mm (Toleranz ±0,2 mm)

Für genaue Informationen zu Pad-Abständen, Linsenform und Kathoden-/Anodenkennzeichnung sollten detaillierte mechanische Zeichnungen herangezogen werden. Die Kathode ist typischerweise durch eine grüne Markierung auf dem Gehäuse oder eine abgeschrägte Ecke gekennzeichnet.

5.2 Empfohlenes PCB-Land Pattern

Für zuverlässiges Löten ist das PCB-Pad-Design entscheidend. Das empfohlene Pattern umfasst zwei rechteckige Pads für Anode und Kathode, die so dimensioniert sind, dass sie ausreichend Lötfilet für mechanische Festigkeit und elektrische Verbindung bieten, während Lötbrücken verhindert werden. Das Pad-Design ist sowohl für IR- als auch für Dampfphasen-Reflow-Lötprozesse optimiert.

5.3 Tape-and-Reel-Verpackung

Die Bauteile werden in geprägter Trägerbandverpackung mit Schutzdeckfolie geliefert. Wichtige Spezifikationen:

• Trägerbandbreite: 8 mm
• Spulendurchmesser: 7 Zoll (178 mm)
• Stückzahl pro Spule: 4.000 Stück
• Mindestbestellmenge: 500 Stück für Restspulen
• Pocket-Abstand: Gemäß Maßzeichnung
• Normen: Entspricht ANSI/EIA-481 Spezifikationen.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 IR-Reflow-Lötprofil (bleifrei)

Das Bauteil ist mit bleifreien Lötprozessen kompatibel. Ein empfohlenes Reflow-Profil, konform mit J-STD-020, umfasst:

• Vorwärmen:Anstieg von Umgebungstemperatur auf 150-200°C innerhalb von maximal 120 Sekunden.
• Einweichen/Aktivierung:Halten zwischen 150-200°C, um Flussmittelaktivierung und Temperaturausgleich zu ermöglichen.
• Reflow:Anstieg auf eine Spitzentemperatur von maximal 260°C. Die Zeit über 217°C (Liquidus für SnAgCu-Lot) sollte kontrolliert werden.
• Abkühlung:Gesteuerte Abkühlphase.

Das spezifische Profil muss für die tatsächliche PCB-Bestückung charakterisiert werden, unter Berücksichtigung von Platinendicke, Bauteildichte und Lotpastenspezifikationen.

6.2 Handlöten

Falls manuelles Löten erforderlich ist, ist äußerste Vorsicht geboten:

• Lötkolbentemperatur: Maximal 300°C.
• Lötzeit pro Anschluss: Maximal 3 Sekunden.
• Versuche: Pro Pad wird nur ein Lötversuch empfohlen, um thermische Belastung zu vermeiden.

6.3 Reinigung

Falls eine Nachlötreinigung erforderlich ist, sollten nur spezifizierte Lösungsmittel verwendet werden, um die Kunststofflinse oder das Gehäuse nicht zu beschädigen. Zulässige Reinigungsmittel sind Ethylalkohol oder Isopropylalkohol. Die LED sollte bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute eingetaucht werden. Aggressive chemische Reiniger müssen vermieden werden.

7. Lagerung und Handhabungshinweise

7.1 Feuchtigkeitsempfindlichkeit

Das Kunststoffgehäuse der LED ist feuchtigkeitsempfindlich. Wie im versiegelten Feuchtigkeitsschutzbeutel (MBB) mit Trockenmittel geliefert, beträgt die Lagerfähigkeit ein Jahr bei Lagerung bei ≤30°C und ≤70% r.F. Sobald der Originalbeutel geöffnet ist, sind die Bauteile der Umgebungsfeuchtigkeit ausgesetzt.

7.2 Floor Life und Trocknung (Baking)

• Floor Life:Nach Öffnen des MBB sollten die Bauteile innerhalb von 168 Stunden (7 Tagen) unter Bedingungen von ≤30°C und ≤60% r.F. dem IR-Reflow-Lötprozess unterzogen werden.
• Verlängerte Lagerung:Für eine Lagerung über 168 Stunden außerhalb des MBB müssen die Bauteile in einem versiegelten Behälter mit Trockenmittel oder in einem Stickstoff-Exsikkator gelagert werden.
• Trocknung (Baking):Wird die 168-Stunden-Floor-Life überschritten, ist vor dem Löten eine Trocknung erforderlich, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und "Popcorning" (Gehäuserisse während des Reflow) zu verhindern. Empfohlene Trocknungsbedingung: 60°C für mindestens 48 Stunden.

8. Anwendungsdesign-Überlegungen

8.1 Strombegrenzung

Ein Vorwiderstand ist zwingend erforderlich, um den Durchlassstrom auf einen sicheren Wert zu begrenzen, typischerweise 20mA für optimale Leistung und Lebensdauer. Der Widerstandswert (R) wird mit dem Ohmschen Gesetz berechnet: R = (V_Versorgung - VF_LED) / I_gewünscht. Verwenden Sie für einen Worst-Case-Entwurf stets die maximale VF aus dem Datenblatt (2,4V), um sicherzustellen, dass der Strom die Grenzwerte nicht überschreitet.

8.2 Thermomanagement

Obwohl die Verlustleistung gering ist (max. 72 mW), verlängert ein korrektes thermisches Design die LED-Lebensdauer und erhält die Helligkeit. Stellen Sie sicher, dass die Leiterplatte über ausreichende Kupferflächen verfügt, die mit den LED-Pads verbunden sind, um als Kühlkörper zu dienen. Vermeiden Sie es, die LED in der Nähe anderer wärmeerzeugender Komponenten zu platzieren. Für Anwendungen mit hoher Umgebungstemperatur ist der maximale Durchlassstrom zu reduzieren (Derating).

8.3 Optisches Design

Der breite 110-Grad-Betrachtungswinkel macht sie für Anwendungen geeignet, die eine große Sichtbarkeit erfordern. Für fokussiertes oder gerichtetes Licht können sekundäre Optiken (Linsen, Lichtleiter) erforderlich sein. Die wasserklare Linse ermöglicht es, die intrinsische gelbe Farbe des AlInGaP-Chips direkt zu sehen.

9. Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu anderen gelben LED-Technologien:

• vs. Traditionelles GaAsP:AlInGaP bietet eine deutlich höhere Lichtausbeute und bessere Temperaturstabilität, was zu hellerer und gleichmäßigerer Lichtleistung führt.
• vs. Phosphor-konvertiertes Weiß/Gelb:Dies ist ein direkt emittierender Halbleiter, daher hat er ein schmaleres Spektrum (gesättigtere Farbe) und leidet nicht unter Phosphor-Degradation über die Zeit.
• Hauptvorteil:Die Kombination aus einem standardisierten EIA-Gehäusefußabdruck, Kompatibilität mit bleifreiem Reflow und hoher Helligkeit in Miniaturgröße macht sie zu einer vielseitigen Wahl für moderne Elektronik.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQs)

10.1 Was ist der Unterschied zwischen Peak-Wellenlänge und dominanter Wellenlänge?

Die Peak-Wellenlänge (λp) ist die physikalische Wellenlänge, bei der die LED die meiste optische Leistung emittiert. Die dominante Wellenlänge (λd) ist ein berechneter Wert basierend auf dem CIE-Farbsystem, der die einzelne Wellenlänge darstellt, die das menschliche Auge als Farbe wahrnimmt. Für eine monochromatische Quelle wie diese gelbe LED liegen sie nahe beieinander, sind aber nicht identisch. Entwickler, die auf Farbabgleich achten, sollten das Dominante-Wellenlängen-Bin verwenden.

10.2 Kann ich diese LED ohne einen strombegrenzenden Widerstand betreiben?

Nein. Eine LED ist eine Diode mit einer nichtlinearen I-V-Kennlinie. Der direkte Anschluss an eine Spannungsquelle, die ihre Durchlassspannung übersteigt, führt zu einem unkontrollierten Stromanstieg, der schnell den Maximalwert überschreitet und das Bauteil zerstört. Ein Vorwiderstand oder ein Konstantstromtreiber ist immer erforderlich.

10.3 Warum gibt es Anforderungen an Lagerung und Trocknung?

Der im LED-Gehäuse verwendete Kunststoff-Epoxidharz kann Feuchtigkeit aus der Luft aufnehmen. Während des Hochtemperatur-Reflow-Lötprozesses kann diese eingeschlossene Feuchtigkeit schnell verdampfen und einen Innendruck erzeugen, der zu Delamination des Gehäuses oder Rissen im Chip ("Popcorning") führen kann. Die Lager- und Trocknungsverfahren kontrollieren den Feuchtigkeitsgehalt, um diesen Fehlermodus zu verhindern.

11. Praktisches Anwendungsbeispiel

Szenario:Entwurf einer Statusanzeige für ein tragbares Gerät, das mit einer 3,3V-Schiene versorgt wird.

1. Stromauswahl:Wählen Sie 20mA für eine gute Balance zwischen Helligkeit und Stromverbrauch.
2. Widerstandsberechnung:Verwendung der Worst-Case VF (Max) = 2,4V. R = (3,3V - 2,4V) / 0,020A = 45 Ohm. Der nächstgelegene Normwert ist 47 Ohm. Tatsächlichen Strom neu berechnen: I = (3,3V - 2,2V_Typ) / 47 = ~23,4mA (sicher).
3. PCB-Layout:Platzieren Sie den 47Ω-Widerstand nahe der LED. Verwenden Sie das empfohlene Land Pattern. Bieten Sie eine kleine Kupferfläche unter der LED zur Wärmeableitung.
4. Fertigung:Stellen Sie sicher, dass die Bestückungsfirma die Richtlinien für das bleifreie Reflow-Profil befolgt. Bewahren Sie geöffnete Spulen, wenn sie nicht innerhalb von 168 Stunden verwendet werden, in einem Trockenschrank auf.

12. Einführung in das technische Prinzip

Diese LED basiert auf dem Halbleitermaterial Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP), das auf einem Substrat gewachsen wird. Wird eine Durchlassspannung an den p-n-Übergang angelegt, werden Elektronen und Löcher in die aktive Zone injiziert, wo sie rekombinieren. In einem direkten Bandabstandshalbleiter wie AlInGaP wird bei dieser Rekombination Energie in Form von Photonen (Licht) freigesetzt. Die spezifische Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts wird durch die Bandabstandsenergie des Halbleitermaterials bestimmt, die während des Kristallwachstumsprozesses durch Anpassung der Verhältnisse von Aluminium, Indium, Gallium und Phosphor eingestellt wird. Die wasserklare Epoxidharzlinse verkapselt den Chip, bietet mechanischen Schutz, formt die Lichtausgabe und verbessert die Lichtextraktion.

13. Branchentrends

Der Trend bei SMD-LEDs für Anzeigeanwendungen geht weiterhin in Richtung höherer Effizienz (mehr Lichtausbeute pro mA), kleinerer Gehäusegrößen für mehr Designflexibilität und verbesserter Zuverlässigkeit unter rauen Bedingungen (höhere Temperatur, Feuchtigkeit). Es gibt auch einen Fokus auf engere Binning-Toleranzen für Farbe und Helligkeit, um einheitlichere ästhetische Ergebnisse in Konsumgütern zu ermöglichen. Der Trend zur Miniaturisierung treibt die Entwicklung von Chip-Scale-Package (CSP)-LEDs voran, obwohl Standardgehäuse wie dieses aufgrund ihrer ausgereiften Fertigungsprozesse und Kompatibilität mit bestehender Bestückungsinfrastruktur für kosten-sensitive, hochvolumige Anwendungen dominant bleiben.