SMD LED LTST-B680VSKT Datenblatt - Gelb AlInGaP - 20mA - 120mW - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTST-B680VSKT ist eine oberflächenmontierbare (SMD) Leuchtdiode (LED), die für die automatisierte Leiterplattenbestückung (PCB) konzipiert ist. Sie gehört zu einer Familie von Miniatur-LEDs, die sich für platzbeschränkte Anwendungen eignen. Das Bauteil nutzt einen Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP)-Halbleiterwerkstoff zur Erzeugung von gelbem Licht, eingekapselt in einem wasserklaren Linsengehäuse. Die primären Designziele sind Kompatibilität mit Hochvolumen-Fertigungsprozessen und Zuverlässigkeit in verschiedenen elektronischen Umgebungen.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die wesentlichen Vorteile dieser LED umfassen ihre Konformität mit der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe), was sie umweltfreundlich für moderne Elektronik macht. Sie ist auf 8-mm-Tape gewickelt, das auf 7-Zoll (178 mm) Durchmesser große Spulen aufgezogen ist – ein Standardformat (EIA), das mit automatischen Bestückungsgeräten kompatibel ist. Diese Eigenschaft optimiert Fertigungsstraßen erheblich. Die Komponente ist zudem für Infrarot (IR)-Reflow-Lötprozesse ausgelegt, der vorherrschenden Methode zur Montage von SMD-Bauteilen. Die primären Zielmärkte sind Telekommunikationsgeräte, Büroautomatisierungsgeräte, Haushaltsgeräte, industrielle Steuerungssysteme sowie Innenraum-Beschilderungen oder Display-Anwendungen, bei denen zuverlässige, kompakte Anzeigebeleuchtung erforderlich ist.

2. Technische Parameter: Detaillierte objektive Interpretation

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte Analyse der Betriebsgrenzen und Leistungsmerkmale der LED unter Standardbedingungen.

2.1 Absolute Maximalwerte

Die absoluten Maximalwerte definieren die Belastungsgrenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Diese Werte gelten bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C. Der maximale Dauer-DC-Durchlassstrom (IF) beträgt 50 mA. Für gepulsten Betrieb ist ein Spitzen-Durchlassstrom von 80 mA unter strikter Einhaltung eines Tastverhältnisses von 1/10 und einer Pulsbreite von 0,1 ms zulässig. Die maximal anlegbare Sperrspannung (VR) beträgt 5V. Das Bauteil kann bis zu 120 mW Leistung dissipieren. Der Betriebs- und Lagertemperaturbereich liegt zwischen -40°C und +100°C, was auf Robustheit für den Einsatz in anspruchsvollen Umgebungen hinweist.

2.2 Elektrische und optische Kenngrößen

Diese Parameter werden unter typischen Betriebsbedingungen (Ta=25°C, IF=20mA) gemessen und repräsentieren die zu erwartende Leistung. Die Lichtstärke (Iv) liegt typischerweise im Bereich von 900 mcd (Millicandela) bis 1800 mcd, was auf eine helle Ausgangsleistung für Anzeigezwecke hindeutet. Der Betrachtungswinkel (2θ1/2) beträgt 120 Grad und bietet somit ein sehr breites Abstrahlverhalten. Die Spitzen-Emissionswellenlänge (λp) liegt typischerweise bei 591 nm, was dem gelben Bereich des sichtbaren Spektrums entspricht. Die dominante Wellenlänge (λd), die die wahrgenommene Farbe definiert, ist mit 584,0 nm bis 594,0 nm spezifiziert. Die Durchlassspannung (VF) bei 20mA reicht von minimal 1,8V bis maximal 2,4V, wobei ein typischer Wert innerhalb dieses Bereichs impliziert ist. Der Sperrstrom (IR) ist sehr gering, mit einem Maximum von 10 μA bei 5V Sperrspannung.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um Konsistenz in der Massenproduktion sicherzustellen, werden LEDs nach Leistungsklassen (Bins) sortiert. Dies ermöglicht es Entwicklern, Bauteile auszuwählen, die spezifische Schwellenwerte für ihre Anwendung erfüllen.

3.1 Durchlassspannungs-Klasse (Vf)

LEDs werden basierend auf ihrem Durchlassspannungsabfall bei 20mA klassifiziert. Die Klassen sind: D2 (1,80V - 2,00V), D3 (2,00V - 2,20V) und D4 (2,20V - 2,40V). Für jede Klasse gilt eine Toleranz von ±0,1V. Die Auswahl von LEDs aus derselben Vf-Klasse hilft, eine gleichmäßige Stromverteilung aufrechtzuerhalten, wenn mehrere LEDs parallel von einer gemeinsamen Spannungsquelle angesteuert werden.

3.2 Lichtstärke-Klasse (Iv)

Die Lichtausbeute wird in drei Klassen kategorisiert: V2 (900 - 1120 mcd), W1 (1120 - 1400 mcd) und W2 (1400 - 1800 mcd). Für jede Intensitätsklasse gilt eine Toleranz von ±11%. Diese Klassifizierung ist entscheidend für Anwendungen, die einheitliche Helligkeitsniveaus über mehrere Anzeigen hinweg erfordern.

3.3 Dominante Wellenlängen-Klasse (Wd)

Die Farbe (dominante Wellenlänge) wird in vier Klassen sortiert: H (584,0 - 586,5 nm), J (586,5 - 589,0 nm), K (589,0 - 591,5 nm) und L (591,5 - 594,0 nm). Jede Klasse hat eine Toleranz von ±1 nm. Dies gewährleistet Farbkonstanz, was für Multi-LED-Displays oder Statusanzeigen, bei denen Farbabgleich wichtig ist, von entscheidender Bedeutung ist.

4. Analyse der Leistungskurven

Während im Datenblatt auf spezifische grafische Kurven verwiesen wird, werden deren Implikationen hier beschrieben. Typische Kurven umfassen die Beziehung zwischen Durchlassstrom (IF) und Durchlassspannung (VF), welche die exponentielle I-V-Kennlinie der Diode zeigt. Eine weitere wichtige Kurve würde die relative Lichtstärke in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur darstellen und typischerweise eine Abnahme der Ausgangsleistung bei steigender Temperatur zeigen. Eine spektrale Verteilungskurve würde die schmale Bandbreite der Lichtemission um 591 nm herum veranschaulichen, was charakteristisch für die AlInGaP-Technologie ist und zu einer gesättigten gelben Farbe führt.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

Die LED ist in einem standardmäßigen SMD-Gehäuse erhältlich. Die Linsenfarbe ist wasserklar, und die Lichtquellenfarbe ist gelb vom AlInGaP-Chip. Alle Gehäuseabmessungen sind in Millimetern angegeben, mit einer Standardtoleranz von ±0,2 mm, sofern nicht anders angegeben. Das Datenblatt enthält detaillierte Maßzeichnungen für die LED selbst, das empfohlene PCB-Lötpad-Layout für Infrarot- oder Dampfphasen-Reflow-Lötung sowie die Verpackung (Tape- und Spulendimensionen).

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Empfohlenes IR-Reflow-Profil

Für bleifreie Lötprozesse wird ein Reflow-Profil empfohlen, das mit J-STD-020B konform ist. Zu den Schlüsselparametern gehören eine Vorwärmtemperatur zwischen 150°C und 200°C, eine Vorwärmzeit von maximal 120 Sekunden und eine maximale Bauteilkörpertemperatur von 260°C für höchstens 10 Sekunden. Es ist kritisch zu beachten, dass das optimale Profil vom spezifischen PCB-Design, dem Lotpastentyp und dem verwendeten Ofen abhängt.

6.2 Lagerbedingungen

Ungeöffnete, mit Trockenmittel versehene Feuchtigkeitsschutzbeutel sollten bei ≤30°C und ≤70% relativer Luftfeuchtigkeit (RH) gelagert werden, mit einer empfohlenen Haltbarkeit von einem Jahr. Sobald die Originalverpackung geöffnet wurde, sollten die LEDs bei ≤30°C und ≤60% RH gelagert werden. Es wird dringend empfohlen, den IR-Reflow-Prozess innerhalb von 168 Stunden (7 Tagen) nach dem Öffnen abzuschließen. Für eine Lagerung über diesen Zeitraum hinaus ist ein Trocknen bei etwa 60°C für mindestens 48 Stunden vor dem Löten erforderlich, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und "Popcorning"-Schäden während des Reflow zu verhindern.

6.3 Reinigung

Wenn nach dem Löten eine Reinigung erforderlich ist, sollten nur spezifizierte alkoholbasierte Lösungsmittel wie Ethylalkohol oder Isopropylalkohol verwendet werden. Die LED sollte bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute eingetaucht werden. Nicht spezifizierte chemische Reiniger müssen vermieden werden, da sie das Gehäusematerial beschädigen können.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

Die Standardverpackung ist 8-mm-Tape auf 7-Zoll (178 mm) Durchmesser großen Spulen. Eine Standard-13-Zoll-Spule enthält 8000 Stück. Die Mindestbestellmenge für Restposten beträgt 500 Stück. Die Verpackung folgt den ANSI/EIA 481-Spezifikationen, wobei maximal zwei aufeinanderfolgende fehlende Bauteile (leere Taschen) im Tape erlaubt sind.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsschaltungen

LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Für einen zuverlässigen Betrieb und eine gleichmäßige Helligkeit beim parallelen Betrieb mehrerer LEDs ist es unerlässlich, einen individuellen strombegrenzenden Widerstand in Reihe mit jeder LED zu verwenden. Dies kompensiert geringfügige Schwankungen in der Durchlassspannung (Vf) jedes Bauteils und verhindert "Stromdiebstahl", bei dem eine LED mehr Strom zieht und heller erscheint, während andere dunkler sind. Eine einfache Reihenwiderstandsschaltung ist die empfohlene und zuverlässigste Ansteuerungsmethode.

8.2 Designüberlegungen

Entwickler müssen das thermische Management berücksichtigen. Während das Bauteil bis zu 100°C betrieben werden kann, nimmt die Lichtausbeute mit steigender Sperrschichttemperatur ab. Eine ausreichende PCB-Kupferfläche oder thermische Durchkontaktierungen können für Hochstrom- oder Hochtemperaturanwendungen erforderlich sein. Der breite 120-Grad-Betrachtungswinkel macht diese LED für Anwendungen geeignet, bei denen die Anzeige aus einem weiten Blickwinkel sichtbar sein muss, jedoch nicht für fokussierte Strahlanwendungen.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu älteren Technologien wie Galliumphosphid (GaP) bieten AlInGaP-LEDs für Farben im roten bis gelben Bereich eine höhere Effizienz und hellere Ausgangsleistung. Die wasserklare Linse, im Gegensatz zu einer diffundierten oder getönten Linse, ermöglicht die höchstmögliche Lichtausbeute vom Chip und maximiert so die Lichtstärke. Die Kombination aus standardmäßigem EIA-Gehäuse, Tape-and-Reel-Verpackung und IR-Reflow-Kompatibilität macht dieses Bauteil hochgradig geeignet für die moderne, automatisierte Elektronikfertigung und bietet Vorteile in Bezug auf Kosten und Bestückungsgeschwindigkeit gegenüber bedrahteten LEDs.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Kann ich diese LED direkt von einer 3,3V- oder 5V-Logikversorgung ansteuern?

A: Nein. Sie müssen immer einen Reihenstrombegrenzungswiderstand verwenden. Der erforderliche Widerstandswert kann mit dem Ohmschen Gesetz berechnet werden: R = (V_Versorgung - Vf_LED) / I_gewünscht. Beispiel: Bei einer 5V-Versorgung, einem Vf von 2,2V und einem gewünschten Strom von 20mA ergibt sich R = (5 - 2,2) / 0,02 = 140 Ohm.

F: Warum gibt es ein Binning-System für Vf, Iv und Wd?

A: Die Halbleiterfertigung weist natürliche Schwankungen auf. Das Binning sortiert Bauteile in Leistungsgruppen, sodass Entwickler den für ihre Anwendung benötigten Konsistenzgrad wählen können, um ein vorhersehbares Verhalten im Endprodukt sicherzustellen.

F: Was passiert, wenn ich die absoluten Maximalwerte überschreite?

A: Das Überschreiten dieser Grenzwerte, auch nur kurzzeitig, kann sofortige oder verzögerte Schäden verursachen, die Lebensdauer verkürzen oder zu einem katastrophalen Ausfall führen. Planen Sie stets mit einem Sicherheitsabstand.

11. Praktisches Anwendungsbeispiel

Betrachten Sie das Design eines Bedienfelds für ein Industrie-Gerät mit mehreren gelben Statusanzeigen. Der Entwickler wählt LEDs aus der W1-Lichtstärkeklasse (1120-1400 mcd) und der K-Wellenlängenklasse (589,0-591,5 nm), um gleichmäßige Helligkeit und Farbe zu gewährleisten. Die LEDs werden auf der PCB mit dem empfohlenen Pad-Layout platziert. Ein Mikrocontroller-GPIO-Pin, konfiguriert als Open-Drain-Ausgang, steuert jede LED über einen 150-Ohm-Reihenwiderstand an, der mit einer 3,3V-Schiene verbunden ist. Dieser Aufbau liefert etwa 18mA Strom ((3,3V - 2,2V)/150Ω ≈ 7,3mA, Neuberechnung für tatsächlichen Vf erforderlich) und gewährleistet einen zuverlässigen Betrieb innerhalb der Spezifikationen. Das Panel wird mittels eines IR-Reflow-Prozesses montiert, dessen Profil den Richtlinien des Datenblatts entspricht.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Eine LED ist eine Halbleiter-pn-Übergangsdiode. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die die Schwellenspannung der Diode überschreitet, rekombinieren Elektronen aus dem n-dotierten Bereich mit Löchern aus dem p-dotierten Bereich innerhalb der aktiven Schicht (in diesem Fall aus AlInGaP). Dieser Rekombinationsprozess setzt Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts wird durch die Bandlückenenergie des Halbleitermaterials bestimmt. AlInGaP hat eine Bandlücke, die Licht im roten, orangen, bernsteinfarbenen und gelben Spektralbereich entspricht.

13. Technologietrends

Der allgemeine Trend in der SMD-LED-Technologie geht zu immer höherer Lichtausbeute (mehr Lichtleistung pro Watt elektrischer Eingangsleistung), verbessertem Farbwiedergabeindex und Farbsättigung sowie erhöhter Leistungsdichte in kleineren Gehäusen. Es gibt auch einen kontinuierlichen Drang zu höherer Zuverlässigkeit und längeren Betriebslebensdauern. Darüber hinaus wird die Integration mit Steuerelektronik, wie eingebaute Stromregler oder Pulsweitenmodulations (PWM)-Treiber, in fortschrittlichen LED-Gehäusen immer häufiger, obwohl das hier beschriebene Bauteil eine einfache, diskrete Komponente ist.