SMD LED LTST-M140KSKT Datenblatt - Gelbe AlInGaP LED - 30mA - 72mW - Technische Dokumentation

1. Produktübersicht

Dieses Dokument enthält die vollständigen technischen Spezifikationen für die LTST-M140KSKT, eine oberflächenmontierbare (SMD) Leuchtdiode (LED). Diese Komponente gehört zu einer Familie von LEDs, die für die automatisierte Leiterplattenbestückung (PCB) konzipiert sind und sich durch ihre miniaturisierten Abmessungen und Bauformen für platzbeschränkte Anwendungen eignen. Die LED nutzt einen AlInGaP-Halbleiter (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid), um gelbes Licht zu erzeugen, und ist in einem wasserklaren Linsengehäuse verkapselt.

Das zentrale Designkonzept konzentriert sich auf die Kompatibilität mit der modernen, hochvolumigen Elektronikfertigung. Das Bauteil ist für die Verwendung mit automatischen Bestückungsgeräten ausgelegt und hält dem thermischen Profil von Standard-Infrarot (IR) Reflow-Lötprozessen stand, was es ideal für optimierte Fertigungslinien macht.

Die Zielmärkte und Anwendungen sind breit gefächert und spiegeln die Vielseitigkeit und Zuverlässigkeit der Komponente wider. Zu den Hauptanwendungen gehören Statusanzeigen, Hintergrundbeleuchtung für Frontplatten sowie Signal- oder Symbolbeleuchtung in Telekommunikationsgeräten, Geräten der Büroautomatisierung, Haushaltsgeräten und verschiedenen Industrieanlagen.

2. Detaillierte technische Parameter

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-Durchlassstrom (DC) beträgt 30 mA. Unter gepulsten Bedingungen mit einem Tastverhältnis von 1/10 und einer Pulsbreite von 0,1 ms kann das Bauteil einen Spitzen-Durchlassstrom von 80 mA verkraften. Die maximal zulässige Sperrspannung an der LED beträgt 5 V. Die gesamte Verlustleistung darf 72 mW nicht überschreiten. Das Bauteil ist für den Betrieb in einem Temperaturbereich von -40°C bis +85°C ausgelegt und kann in Umgebungen von -40°C bis +100°C gelagert werden.

2.2 Elektrische und optische Kenndaten

Die typische elektrische und optische Leistung wird bei Ta=25°C mit einem Durchlassstrom (IF) von 20 mA gemessen, was der Standardtestbedingung entspricht. Die wichtigsten Parameter sind:

• Lichtstrom (Φv):Liegt zwischen einem Minimum von 0,42 Lumen (lm) und einem typischen Maximum von 1,35 lm. Dies misst die gesamte wahrgenommene Lichtleistung.
• Lichtstärke (Iv):Entspricht dem Lichtstrom, mit einem Minimum von 140 Millicandela (mcd) und einem typischen Maximum von 450 mcd. Die Intensität wird entlang der Zentralachse gemessen.
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):Der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke halb so groß ist wie der axiale Wert, beträgt typischerweise 120 Grad, was auf ein breites Abstrahlverhalten hindeutet.
• Spitzenwellenlänge (λP):Die Wellenlänge, bei der die spektrale Emission am stärksten ist, beträgt typischerweise 591 Nanometer (nm).
• Dominante Wellenlänge (λd):Die einzelne Wellenlänge, die die wahrgenommene Farbe definiert, ist zwischen 584,5 nm und 594,5 nm spezifiziert, was einen konsistenten Gelbton gewährleistet.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):Beträgt typischerweise 15 nm und beschreibt die spektrale Reinheit oder Bandbreite des emittierten Lichts.
• Durchlassspannung (VF):Liegt bei 20 mA zwischen 1,8 V und 2,4 V, mit einer Toleranz von ±0,1 V für gebinnte Teile.
• Sperrstrom (IR):Maximal 10 Mikroampere (μA) bei einer angelegten Sperrspannung von 5 V.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um die Konsistenz in der Massenproduktion sicherzustellen, werden LEDs anhand wichtiger Parameter in Bins sortiert. Dies ermöglicht es Designern, Teile auszuwählen, die den spezifischen Anforderungen ihrer Anwendung entsprechen.

3.1 Durchlassspannungs-Binning (VF)

LEDs werden bei 20 mA in drei Spannungs-Bins (D2, D3, D4) kategorisiert. Bin D2 umfasst 1,8V bis 2,0V, D3 umfasst 2,0V bis 2,2V und D4 umfasst 2,2V bis 2,4V. Jedes Bin hat eine Toleranz von ±0,1V. Die Auswahl eines engeren Spannungs-Bins kann helfen, konsistentere Treiberschaltungen zu entwerfen, insbesondere wenn mehrere LEDs in Reihe geschaltet sind.

3.2 Lichtstrom- und Lichtstärke-Binning

Die Lichtausbeute wird in fünf Hauptcodes (C2, D1, D2, E1, E2) eingeteilt. Beispielsweise spezifiziert Bin C2 einen Lichtstrom zwischen 0,42 lm und 0,54 lm (entsprechend 140-180 mcd), während das höchste Ausgangs-Bin, E2, 1,07 lm bis 1,35 lm (355-450 mcd) abdeckt. Die Toleranz für jedes Intensitäts-Bin beträgt ±11%. Dieses Binning ist entscheidend für Anwendungen, die eine gleichmäßige Helligkeit über mehrere Anzeigen oder Hintergrundbeleuchtungs-Arrays hinweg erfordern.

3.3 Farbton-Binning (dominante Wellenlänge)

Die dominante Wellenlänge, die den präzisen Gelbton definiert, wird in vier Kategorien eingeteilt: H (584,5-587,0 nm), J (587,0-589,5 nm), K (589,5-592,0 nm) und L (592,0-594,5 nm). Jedes Bin hat eine Toleranz von ±1 nm. Dies ermöglicht eine präzise Farbabstimmung in Anwendungen, die spezifische Gelbtöne erfordern, wie z.B. bei Verkehrssignalen oder bestimmten Statusanzeigen.

4. Analyse der Kennlinien

Während spezifische grafische Daten im Datenblatt referenziert werden, liefern typische Kennlinien für solche LEDs wesentliche Design-Erkenntnisse. Dazu gehören im Allgemeinen:

• Strom-Spannungs-Kennlinie (I-V-Kurve):Zeigt die exponentielle Beziehung zwischen Durchlassspannung und Strom. Die Kurve ist entscheidend für die Bestimmung des Arbeitspunkts und den Entwurf der strombegrenzenden Schaltung.
• Lichtstärke vs. Durchlassstrom (I-L-Kurve):Zeigt, wie die Lichtausgabe mit dem Strom zunimmt, typischerweise in einem nahezu linearen Verhältnis innerhalb des empfohlenen Betriebsbereichs. Sie hilft bei der Auswahl des Treiberstroms für die gewünschte Helligkeit.
• Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Veranschaulicht die Abnahme der Lichtausgabe bei steigender Sperrschichttemperatur. Das Verständnis dieser Derating-Kurve ist entscheidend für Anwendungen, die in erhöhten Temperaturumgebungen arbeiten.
• Spektrale Verteilungskurve:Stellt die relative Intensität über der Wellenlänge dar, zeigt das Maximum bei ~591 nm und die 15 nm Halbwertsbreite und bestätigt die monochromatische gelbe Emission.
• Abstrahlcharakteristik:Ein Polardiagramm, das die winklige Verteilung der Lichtstärke zeigt, bestätigt typischerweise den 120-Grad-Abstrahlwinkel mit einem Lambert'schen oder ähnlichen Abstrahlmuster.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die LED ist in einem Standard-SMD-Gehäuse erhältlich. Alle Abmessungen sind in Millimetern angegeben, mit einer allgemeinen Toleranz von ±0,2 mm, sofern nicht anders angegeben. Das Datenblatt enthält eine detaillierte mechanische Zeichnung mit Draufsicht, Seitenansicht und Footprint, einschließlich wichtiger Abmessungen wie Gehäuselänge, -breite, -höhe sowie der Platzierung und Größe der Lötflächen.

5.2 Lötflächen-Design und Polaritätskennzeichnung

Ein empfohlenes PCB-Land Pattern (Anschlussfläche) wird sowohl für Infrarot- als auch für Dampfphasen-Reflow-Lötprozesse bereitgestellt. Dieses Muster ist für die Bildung zuverlässiger Lötstellen und mechanische Stabilität optimiert. Die Komponente verfügt über Polaritätsmarkierungen, typischerweise angezeigt durch eine Kathodenmarkierung auf dem Gehäuse selbst (wie eine Kerbe, ein Punkt oder ein gekürzter Anschluss). Die korrekte Ausrichtung ist essentiell, da LEDs Dioden sind und Strom nur in eine Richtung fließen lassen.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil

Das Datenblatt enthält ein vorgeschlagenes IR-Reflow-Profil, das mit J-STD-020B für bleifreie Prozesse konform ist. Wichtige Parameter umfassen eine Aufwärmzone, einen kontrollierten Anstieg auf eine Spitzentemperatur und eine kontrollierte Abkühlphase. Die empfohlene maximale Spitzentemperatur beträgt 260°C, wobei die Zeit über 217°C (Liquidustemperatur für typisches bleifreies Lot) sorgfältig kontrolliert wird, um thermische Schäden am LED-Gehäuse oder dem Halbleiterchip zu verhindern.

6.2 Lagerungs- und Handhabungshinweise

Die LEDs sind feuchtigkeitsempfindliche Bauteile. Wenn sie in ihrer original feuchtigkeitsdichten Verpackung mit Trockenmittel versiegelt sind, sollten sie bei ≤30°C und ≤70% relativer Luftfeuchtigkeit (RH) gelagert und innerhalb eines Jahres verwendet werden. Sobald der versiegelte Beutel geöffnet ist, beginnt die "Floor Life". Die Komponenten sollten bei ≤30°C und ≤60% RH gelagert werden und es wird empfohlen, sie innerhalb von 168 Stunden (JEDEC Level 3) IR-reflowzulöten. Bei Lagerung über diesen Zeitraum hinaus ist vor dem Löten ein Trocknen bei etwa 60°C für mindestens 48 Stunden erforderlich, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und "Popcorning" während des Reflow zu verhindern.

6.3 Reinigung

Wenn eine Reinigung nach dem Löten notwendig ist, sollten nur spezifizierte Lösungsmittel verwendet werden. Das Eintauchen der LED in Ethylalkohol oder Isopropylalkohol bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute wird empfohlen. Nicht spezifizierte chemische Reiniger können die Epoxidlinse oder das Gehäusematerial beschädigen.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

Die Standardverpackung für die automatisierte Bestückung ist ein 12 mm breites, geprägtes Trägerband, das auf einer 7-Zoll (178 mm) durchmessenden Rolle aufgewickelt ist. Jede Rolle enthält 3000 Stück. Die Band- und Rollenspezifikationen entsprechen den ANSI/EIA-481-Standards. Eine Mindestpackmenge von 500 Stück ist für Restbestellungen verfügbar. Das Band enthält ein Deckband, um die Komponententaschen zu versiegeln, und die maximal zulässige Anzahl aufeinanderfolgender fehlender Komponenten in einer Rolle beträgt zwei.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsschaltungen

Die gebräuchlichste Ansteuerungsmethode ist eine Konstantstromquelle oder ein einfacher Vorwiderstand. Der Widerstandswert (R) wird mit der Formel berechnet: R = (Versorgungsspannung - VF) / IF, wobei VF die Durchlassspannung der LED beim gewünschten Strom IF ist. Beispiel: Bei einer Versorgungsspannung von 5V, einer VF von 2,0V und einem Zielstrom IF von 20mA beträgt der erforderliche Vorwiderstand (5V - 2,0V) / 0,02A = 150 Ohm. Ein Widerstand mit einer Belastbarkeit von mindestens (5V-2,0V)*0,02A = 0,06W sollte gewählt werden, typischerweise ein 1/8W oder 1/10W Widerstand.

8.2 Designüberlegungen

• Strombegrenzung:Immer ein strombegrenzendes Bauteil (Widerstand oder Treiber-IC) verwenden. Der direkte Anschluss an eine Spannungsquelle führt zu übermäßigem Strom und sofortigem Ausfall.
• Thermisches Management:Obwohl die Verlustleistung gering ist, kann eine ausreichende Kupferfläche auf der Leiterplatte oder thermische Durchkontaktierungen um die Lötflächen herum helfen, Wärme abzuführen, insbesondere bei hohen Umgebungstemperaturen oder bei Betrieb mit höheren Strömen.
• ESD-Schutz:Obwohl nicht explizit als hochsensibel angegeben, sollten während der Montage standardmäßige ESD-Handhabungsvorsichtsmaßnahmen beachtet werden.
• Optisches Design:Der breite 120-Grad-Abstrahlwinkel macht sie für Anwendungen geeignet, die eine große Sichtbarkeit erfordern. Für gebündeltes Licht wären Sekundäroptiken (Linsen) erforderlich.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die LTST-M140KSKT unterscheidet sich durch die Verwendung von AlInGaP-Technologie für die gelbe Emission. Im Vergleich zu älteren Technologien wie GaAsP bieten AlInGaP-LEDs eine deutlich höhere Lichtausbeute, was zu einer helleren Ausgabe bei gleichem Treiberstrom und besserer Temperaturstabilität führt. Der breite 120-Grad-Abstrahlwinkel ist ein Schlüsselmerkmal für Indikatoranwendungen. Ihre Kompatibilität mit Standard-IR-Reflow-Prozessen und der Tape-and-Reel-Verpackung macht sie im Vergleich zu bedrahteten LEDs, die manuell eingesteckt werden müssen, zu einer kostengünstigen Wahl für die automatisierte Hochvolumenfertigung.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

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

A: Der Lichtstrom misst die Gesamtmenge des in alle Richtungen abgegebenen sichtbaren Lichts. Die Lichtstärke misst die Helligkeit in einer bestimmten Richtung (typischerweise der Zentralachse). Für eine breitwinklige LED wie diese ist der mcd-Wert ein Referenzpunkt, aber die gesamte Lichtausbeute wird besser durch den Lumenwert dargestellt.

F: Kann ich diese LED mit einer 3,3V-Versorgung betreiben?

A: Ja. Unter Verwendung der Formel mit einer typischen VF von 2,0V und einem Zielstrom von 20mA wäre der erforderliche Vorwiderstand (3,3V - 2,0V) / 0,02A = 65 Ohm. Stellen Sie sicher, dass die Leistungsbelastbarkeit des Widerstands ausreicht.

F: Warum ist Binning wichtig?

A: Binning stellt Farb- und Helligkeitskonsistenz sicher. Wenn Sie mehrere LEDs in einem Produkt verwenden (z.B. ein Array von Statusleuchten), garantiert die Bestellung aus denselben Spannungs-, Intensitäts- und Wellenlängen-Bins ein einheitliches Erscheinungsbild.

F: Was passiert, wenn ich die absolute maximale Sperrspannung von 5V überschreite?

A: Das Anlegen einer Sperrspannung über dem Nennwert kann zu einem plötzlichen, katastrophalen Durchbruch der PN-Sperrschicht der LED führen, was zu einem sofortigen und dauerhaften Ausfall führt.

11. Praktisches Anwendungsbeispiel

Szenario: Entwurf eines Statusanzeigepanels für einen Netzwerkrouter.Das Panel benötigt vier gelbe LEDs, um die Link-Aktivität auf verschiedenen Ports anzuzeigen. Einheitliche Helligkeit und Farbe sind für das Benutzererlebnis entscheidend.

Designschritte:

1. Wählen Sie die LTST-M140KSKT aufgrund ihrer gelben Farbe, geeigneten Helligkeit und SMD-Bauform.

2. Bins spezifizieren: Wählen Sie ein einzelnes Lichtstärke-Bin (z.B. D2 für 224-280 mcd) und ein einzelnes dominantes Wellenlängen-Bin (z.B. J für 587,0-589,5 nm), um Konsistenz zu gewährleisten. Ein mittleres Spannungs-Bin (D3) ist akzeptabel.

3. Schaltungsentwurf: Verwenden Sie eine gemeinsame 3,3V-Schiene auf der Router-Leiterplatte. Berechnen Sie den Vorwiderstand für jede LED. Angenommen, eine VF von 2,1V (Mitte von Bin D3) und ein Zielstrom von 20mA: R = (3,3V - 2,1V) / 0,02A = 60 Ohm. Verwenden Sie einen Standard-62-Ohm, 1/10W Widerstand.

4. Layout: Platzieren Sie die LEDs symmetrisch auf der PCB-Frontplatte. Befolgen Sie das empfohlene Land Pattern aus dem Datenblatt, um eine gute Lötbarkeit sicherzustellen.

5. Montage: Befolgen Sie das empfohlene Reflow-Profil. Stellen Sie sicher, dass die geöffnete Rolle LEDs innerhalb der 168-Stunden-Floor-Life verwendet oder bei längerer Lagerung ordnungsgemäß getrocknet wird.

12. Funktionsprinzip

Die Lichtemission in dieser LED basiert auf der Elektrolumineszenz in einer Halbleiter-PN-Sperrschicht aus AlInGaP-Materialien. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die das eingebaute Potenzial der Sperrschicht übersteigt, werden Elektronen aus dem N-Typ-Bereich und Löcher aus dem P-Typ-Bereich in den aktiven Bereich injiziert. Wenn diese Ladungsträger rekombinieren, geben sie Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Zusammensetzung der AlInGaP-Legierung bestimmt die Bandlückenenergie, die direkt der Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts entspricht – in diesem Fall gelb (~591 nm). Die wasserklare Epoxidlinse verkapselt den Halbleiterchip, bietet mechanischen Schutz und formt das Lichtaustrittsmuster.

13. Technologietrends

Die Entwicklung von SMD-LEDs wie der LTST-M140KSKT ist Teil des breiteren Trends in der Elektronik hin zu Miniaturisierung, erhöhter Zuverlässigkeit und automatisierter Fertigung. Die AlInGaP-Technologie stellt eine ausgereifte und effiziente Lösung für rote, orange und gelbe LEDs dar. Laufende Trends in der Branche umfassen das Streben nach noch höherer Lichtausbeute (mehr Lichtleistung pro Watt elektrischer Eingangsleistung), verbesserter Farbkonsistenz durch engere Binning-Toleranzen und die Entwicklung immer kleinerer Gehäusegrößen (z.B. Chip-Scale-Packages), um eine dichtere Integration zu ermöglichen. Darüber hinaus liegt ein Fokus auf der Verbesserung der Zuverlässigkeit unter rauen Umweltbedingungen, wie höheren Temperatur- und Feuchtigkeitsbereichen, um den Anforderungen von Automobil- und Industrieanwendungen gerecht zu werden.