LTSA-S089ZWETU SMD LED Datenblatt - Gelbe Linse, Weißlicht - 50mA - 170mW - Technische Dokumentation

1. Produktübersicht

Bei der LTSA-S089ZWETU handelt es sich um eine oberflächenmontierbare (SMD) Leuchtdiode (LED), die für die automatisierte Leiterplattenbestückung (PCB) und Anwendungen mit beengten Platzverhältnissen konzipiert ist. Diese Komponente nutzt einen InGaN-Halbleiter (Indiumgalliumnitrid) zur Erzeugung von weißem Licht, das anschließend durch eine gelbe Linse gefiltert wird. Sie ist für Zuverlässigkeit und Leistung in einer Vielzahl elektronischer Geräte ausgelegt.

1.1 Kernmerkmale und Vorteile

• Umweltkonformität:Das Produkt entspricht der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe).
• Verpackung für die Automatisierung:Geliefert auf 7-Zoll-Spulen mit 8mm breitem Trägerband, was hochgeschwindige Pick-and-Place-Bestückungsprozesse erleichtert.
• Feuchtigkeitsempfindlichkeit:Vorkonditioniert, um der JEDEC Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe 2a zu entsprechen, was die Zuverlässigkeit während des Reflow-Lötprozesses gewährleistet.
• Automotive-Qualifikation:Der Qualifikationsprozess bezieht sich auf den AEC-Q102-Standard, den Stresstest für diskrete optoelektronische Halbleiter in Automotive-Anwendungen.
• Standardisiertes Gehäuse:Verfügt über ein EIA-standardisiertes (Electronic Industries Alliance) Gehäuse.
• Kompatibilität:Das Bauteil ist IC-kompatibel (Integrierter Schaltkreis) und für den Einsatz mit automatischen Bestückungsgeräten geeignet.
• Lötprozess:Kompatibel mit Infrarot (IR) Reflow-Lötprozessen, dem Standard für bleifreie Bestückung.

1.2 Zielmarkt und Anwendungen

Der primäre Zielmarkt für diese LED ist die Automobilindustrie, insbesondere für Zubehöranwendungen. Ihr robustes Design und ihre Qualifikation machen sie für die anspruchsvollen Umgebungsbedingungen in Fahrzeugen geeignet. Mögliche Anwendungsfälle sind Innenraumbeleuchtung, Armaturenbrett-Anzeigen, Schalter-Hintergrundbeleuchtung und andere nicht-kritische Beleuchtungsfunktionen im Fahrzeuginnenraum.

2. Technische Parameter: Detaillierte objektive Interpretation

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Grenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Ein Betrieb unter diesen Bedingungen ist nicht garantiert.

• Verlustleistung (Pd):170 mW. Dies ist die maximale Leistung, die das LED-Gehäuse als Wärme abführen kann, ohne seine thermischen Grenzwerte zu überschreiten.
• Spitzen-Durchlassstrom (I_FP):100 mA. Dies ist der maximal zulässige Momentanstrom, typischerweise unter gepulsten Bedingungen spezifiziert (1/10 Tastverhältnis, 0,1ms Pulsbreite), um Überhitzung zu verhindern.
• DC-Durchlassstrom (I_F):50 mA. Dies ist der für einen zuverlässigen Dauerbetrieb empfohlene maximale kontinuierliche Durchlassstrom.
• Betriebs- & Lagertemperaturbereich:-40°C bis +100°C. Dieser weite Bereich gewährleistet Funktionalität in rauen Umgebungen, von Kaltstarts bis zu heißen Motorräumen.

2.2 Thermische Eigenschaften

Das thermische Management ist entscheidend für LED-Leistung und Lebensdauer. Eine übermäßige Sperrschichttemperatur führt zu Lichtstromabfall und beschleunigtem Ausfall.

• Thermischer Widerstand, Sperrschicht-Umgebung (R_θJA):400 °C/W (typisch). Gemessen auf einem FR4-Substrat mit einer 16mm² großen Kupferfläche. Dieser Wert zeigt, wie effektiv Wärme von der Halbleitersperrschicht zur Umgebungsluft abgeführt wird. Ein niedrigerer Wert ist besser.
• Thermischer Widerstand, Sperrschicht-Lötstelle (R_θJS):220 °C/W (typisch). Dies ist oft die nützlichere Kenngröße für das Design, da sie den Widerstand von der Sperrschicht zu den Lötflächen auf der Leiterplatte misst, wo die Wärme hauptsächlich abgeleitet wird. Dieser Wert ist entscheidend für die Berechnung der tatsächlichen Sperrschichttemperatur im Betrieb.
• Maximale Sperrschichttemperatur (T_J):125 °C. Die absolute Obergrenze für die Temperatur an der Halbleitersperrschicht.

2.3 Elektro-optische Kenndaten bei 25°C

Diese Parameter werden unter Standard-Testbedingungen gemessen (T_a=25°C, I_F=20mA) und definieren die Leistung des Bauteils.

• Lichtstrom (Φ_v):7 lm (typisch), im Bereich von 6 bis 8 lm. Dies ist die gesamte wahrgenommene Lichtleistung.
• Lichtstärke (I_v):2450 mcd (typisch), im Bereich von 2100 bis 2800 mcd. Dies ist die Lichtleistung pro Raumwinkel (Candela), entlang der Zentralachse gemessen. Der hohe Wert deutet auf eine helle, fokussierte Abstrahlung hin.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):120 Grad (typisch). Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte ihres axialen Wertes abfällt. Ein 120-Grad-Winkel bietet einen sehr breiten Strahl, geeignet für Flächenbeleuchtung.
• Farbwertkoordinaten (x, y):(0,32, 0,31) typisch. Diese CIE-1931-Koordinaten definieren den Weißpunkt der LED. Im Binning-Prozess wird eine Toleranz von ±0,01 auf diese Koordinaten angewendet.
• Durchlassspannung (V_F):2,8V bis 3,4V bei 20mA, mit einem typischen Wert in der Mitte dieses Bereichs. Innerhalb der Bins wird eine Toleranz von ±0,1V angewendet.
• ESD-Festigkeit:2 kV (Human Body Model, HBM). Diese Bewertung zeigt ein mittleres Maß an Schutz vor elektrostatischer Entladung, geeignet für kontrollierte Fertigungsumgebungen.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um eine konsistente Leistung in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs anhand wichtiger Parameter in Bins sortiert. Die LTSA-S089ZWETU verwendet ein Drei-Code-System: Vf / Iv / Farbe (z.B. D7/Y5/W30).

3.1 Durchlassspannungs-Binning (Vf)

LEDs werden nach ihrem Durchlassspannungsabfall bei 20mA gruppiert, um gleichmäßige Helligkeit und Stromaufnahme in Parallelschaltungen oder bei Ansteuerung durch eine Konstantspannungsquelle zu gewährleisten.

• Bin D7:Vf = 2,8V bis 3,0V
• Bin D8:Vf = 3,0V bis 3,2V
• Bin D9:Vf = 3,2V bis 3,4V

3.2 Lichtstärke-/Lichtstrom-Binning (Iv)

Dieses Binning stellt ein einheitliches Lichtleistungsniveau sicher. Sowohl Lichtstrom (lm) als auch axiale Lichtstärke (mcd) sind für jedes Bin spezifiziert.

• Bin Y5:6,0-6,5 lm / 2100-2275 mcd
• Bin Y6:6,5-7,0 lm / 2275-2450 mcd
• Bin Y7:7,0-7,5 lm / 2450-2625 mcd
• Bin Y8:7,5-8,0 lm / 2625-2800 mcd

Innerhalb jedes Bins wird eine Toleranz von ±10% auf die Lichtstärke/den Lichtstrom angewendet.

3.3 Farb-Binning (Farbwert)

Farbkonsistenz ist entscheidend in Anwendungen, in denen mehrere LEDs zusammen verwendet werden. Das Binning basiert auf den CIE-1931-Farbwertkoordinaten (x, y).

• Bin W30:Dieses Bin ist durch ein Viereck im CIE-Diagramm definiert mit den Eckpunkten (x,y): Punkt1 (0,312, 0,283), Punkt2 (0,306, 0,316), Punkt3 (0,331, 0,340), Punkt4 (0,331, 0,307). Alle LEDs innerhalb einer Produktionscharge haben Farbkoordinaten innerhalb dieser Region, mit einer Toleranz von ±0,01.

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt enthält ein räumliches Verteilungsdiagramm (Abb. 2). Diese Polardiagramm-Darstellung visualisiert den 120-Grad-Abstrahlwinkel und zeigt, wie die Lichtstärke abnimmt, wenn sich der Beobachtungswinkel von der Zentralachse (0°) entfernt. Das Muster ist typischerweise lambertisch oder "batwing" für Weitwinkel-LEDs, was eine gleichmäßige Ausleuchtung über eine große Fläche anstelle eines schmalen Spotlights gewährleistet.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die LED ist in einem industrieüblichen SMD-Gehäuse ausgeführt. Alle Maße sind in Millimetern mit einer Standardtoleranz von ±0,2mm, sofern nicht anders angegeben. Das Gehäuse ist in einer vergoldeten Version für verbesserte Lötbarkeit und Korrosionsbeständigkeit erhältlich. Die spezifische Maßzeichnung ist im Originaldatenblatt enthalten und detailliert Länge, Breite, Höhe sowie Anschluss-/Pad-Abstände.

5.2 Empfohlene Leiterplatten-Lötflächengeometrie

Eine Lötflächengeometrie (Land Pattern) für Infrarot- oder Dampfphasen-Reflow-Lötung wird bereitgestellt. Diese empfohlene Footprint-Geometrie gewährleistet eine korrekte Lötstellenbildung, thermische Entlastung und mechanische Stabilität. Die Einhaltung dieses Designs ist entscheidend, um die spezifizierte thermische Leistung (R_θJS) zu erreichen.

5.3 Polaritätskennzeichnung

Die Kathode ist typischerweise am Bauteilkörper markiert, oft durch einen grünlichen Farbton, eine Kerbe oder eine abgeschrägte Ecke an der Linse oder am Gehäuse. Der Leiterplatten-Lackdruck sollte das Kathoden-Pad klar kennzeichnen, um eine falsche Montage während der Bestückung zu verhindern.

6. Löt- und Bestückungsrichtlinien

6.1 IR-Reflow-Lötprofil

Ein detailliertes Reflow-Profil wird bereitgestellt, konform mit J-STD-020 für bleifreie Prozesse. Wichtige Parameter sind:

• Vorwärmen:Aufheizen auf 150-200°C.
• Einweich-/Vorwärmzeit:Maximal 120 Sekunden, um Temperaturausgleich und Flussmittelaktivierung zu ermöglichen.
• Spitzentemperatur:Maximal 260°C. Die Zeit oberhalb der Liquidustemperatur (z.B. 217°C) sollte kontrolliert werden, um thermische Belastung für das LED-Gehäuse und die Epoxid-Linse zu minimieren.
• Abkühlrate:Kontrolliert, um thermischen Schock zu verhindern.

6.2 Lagerung und Handhabung

Als Bauteil der Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe (MSL) 2a:

• Verschweißter Beutel:Lagern bei ≤30°C und ≤70% r.F. Innerhalb eines Jahres nach dem Versiegelungsdatum verwenden.
• Nach dem Öffnen:Lagern bei ≤30°C und ≤60% r.F. Es wird empfohlen, die IR-Reflow-Lötung innerhalb von 4 Wochen nach der Exposition abzuschließen.
• Längere Lagerung (geöffnet):In einem verschlossenen Behälter mit Trockenmittel oder in einem Stickstoff-Exsikkator lagern.
• Nachbacken:Wenn die Exposition mehr als 4 Wochen beträgt, vor dem Löten mindestens 48 Stunden bei 60°C backen, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und "Popcorning" während des Reflow zu verhindern.

6.3 Reinigung

Falls nach dem Löten eine Reinigung notwendig ist, nur spezifizierte Lösungsmittel verwenden. Das Eintauchen der LED in Ethylalkohol oder Isopropylalkohol bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute ist akzeptabel. Aggressive oder nicht spezifizierte Chemikalien vermeiden, die die Epoxid-Linse oder Gehäusemarkierungen beschädigen könnten.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Trägerband- und Spulenspezifikationen

Die LEDs sind in 8mm breitem, geprägtem Trägerband verpackt. Das Band ist auf eine Standard-7-Zoll (178mm) Spule aufgewickelt. Jede Spule enthält 2000 Stück. Die Verpackung entspricht den ANSI/EIA-481-Spezifikationen. Wichtige Maßdetails für die Taschengröße, Bandteilung und Spulennabe sind in den Datenblattzeichnungen angegeben.

7.2 Etiketteninformationen

Das Spulenetikett enthält die Artikelnummer (LTSA-S089ZWETU) und die spezifischen Bin-Codes für Spannung (Vf), Lichtstärke (Iv) und Farbe (z.B. D7/Y5/W30). Dies ermöglicht eine präzise Rückverfolgbarkeit und Auswahl entsprechend den Anwendungsanforderungen.

8. Anwendungsvorschläge und Designüberlegungen

8.1 Typische Anwendungsszenarien

• Automotive-Innenraumbeleuchtung:Kartenleselampen, Leselampen, Fußraumbeleuchtung und allgemeine Innenraum-Ambientebeleuchtung.
• Anzeige- und Hintergrundbeleuchtung:Hintergrundbeleuchtung für Tasten, Schalter und Instrumententafel-Grafiken. Statusanzeigen für Infotainment- oder Klimaregelungssysteme.
• Unterhaltungselektronik:Geeignet für Geräte, die helle, weitwinklige Weißlichtbeleuchtung erfordern und automatisch bestückt werden.

8.2 Kritische Designüberlegungen

• Stromansteuerung:Die LED immer mit einer Konstantstromquelle ansteuern, nicht mit einer Konstantspannung. Der empfohlene Betriebsstrom für die spezifizierten optischen Eigenschaften beträgt 20mA. Das Überschreiten von 50mA DC verletzt die absoluten Maximalwerte.
• Thermisches Design:Die erwartete Sperrschichttemperatur (T_J) mit der Formel berechnen: T_J= T_A+ (R_θJA× P_D), wobei P_D= V_F× I_F. Für Zuverlässigkeit muss T_Jdeutlich unter 125°C bleiben. Die empfohlene Leiterplatten-Lötflächengeometrie und ausreichende Kupferfläche für die Wärmeableitung verwenden.
• Optisches Design:Der 120-Grad-Abstrahlwinkel bietet eine sehr breite Streuung. Für stärker fokussiertes Licht wären Sekundäroptiken (Linsen oder Reflektoren) erforderlich.
• ESD-Schutz:Obwohl für 2kV HBM ausgelegt, ist die Implementierung von Standard-ESD-Schutzmaßnahmen auf der Leiterplatte (z.B. Transientenspannungsunterdrückungsdioden) eine gute Praxis, insbesondere in Automotive-Umgebungen.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die LTSA-S089ZWETU differenziert sich durch ihre Kombination von Eigenschaften, die auf den Automotive-Zubehörmarkt zugeschnitten sind:

• Automotive-Qualifikation:Der Bezug auf AEC-Q102 ist ein wichtiger Unterscheidungsfaktor zu kommerziellen LEDs und impliziert Tests unter strengeren Umgebungsbelastungsbedingungen (Temperaturwechsel, Feuchtigkeit etc.).
• Breiter Betriebstemperaturbereich:Der Bereich von -40°C bis +100°C übertrifft typische kommerzielle LED-Spezifikationen, die oft bei +85°C enden.
• Spezifisches Farb-Binning (W30):Bietet einen definierten Weißpunkt, was für Anwendungen mit Farbkonsistenz über mehrere Einheiten hinweg entscheidend ist.
• Hohe Lichtstärke:Eine typische Lichtstärke von 2450 mcd bei 20mA ist für eine weitwinklige SMD LED eine relativ hohe Ausgangsleistung und bietet eine gute Helligkeitseffizienz.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

10.1 Kann ich diese LED dauerhaft mit 50mA betreiben?

Obwohl der absolute Maximalwert für den DC-Durchlassstrom 50mA beträgt, sind die elektro-optischen Kenndaten bei 20mA spezifiziert. Ein Betrieb bei 50mA erzeugt mehr Licht, aber auch deutlich mehr Wärme (Verlustleistung ~ Vf * 50mA). Dies erhöht die Sperrschichttemperatur, was möglicherweise die Lebensdauer verkürzt und den Lichtstrom schneller degradieren lässt. Eine gründliche thermische Analyse ist unerlässlich, wenn in der Nähe des Maximalstroms betrieben werden soll.

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

Der Lichtstrom (Lumen) misst die gesamte von der LED in alle Richtungen abgegebene sichtbare Lichtmenge. Die Lichtstärke (Candela) misst, wie hell die LED aus einer bestimmten Richtung erscheint, typischerweise entlang ihrer Zentralachse. Diese LED hat eine hohe axiale Lichtstärke (mcd), aber auch einen breiten Strahl (120°), was zu einem moderaten Gesamtlichtstrom (lm) führt. Für Flächenbeleuchtung ist der Lichtstrom relevanter; für eine gerichtete Anzeige ist die Lichtstärke relevanter.

10.3 Warum sind die Lager- und Backverfahren so wichtig?

Das auf Epoxid basierende Gehäuse kann Feuchtigkeit aus der Luft aufnehmen. Während des Hochtemperatur-Reflow-Lötprozesses kann diese eingeschlossene Feuchtigkeit schnell verdampfen und internen Druck erzeugen. Dies kann zu Delamination zwischen dem Epoxid und dem Leadframe oder sogar zum Reißen des Gehäuses ("Popcorning") führen, was zu sofortigem oder latentem Ausfall führt. Die Einhaltung der MSL-2a-Handhabungsverfahren verhindert diesen Ausfallmodus.

11. Praktische Anwendungsfallstudie

Szenario: Design einer Automotive-Mittelkonsole-Hintergrundbeleuchtung.Ein Designer muss mehrere Tasten und eine kleine Grafikanzeige beleuchten. Er wählt die LTSA-S089ZWETU aufgrund ihrer Automotive-Qualifikation, des weißen Lichts und des weiten Abstrahlwinkels. Er entwirft eine Leiterplatte mit der empfohlenen Lötflächengeometrie und verwendet für jede LED einen 20mA-Konstantstromtreiber-IC. Er wählt LEDs aus demselben Lichtstärke-Bin (z.B. Y6) und Farb-Bin (W30), um gleichmäßige Helligkeit und Farbe über alle Tasten hinweg sicherzustellen. Die Leiterplatte ist mit einer Massefläche gestaltet, die mit den LED-Pads verbunden ist, um die Wärmeableitung zu unterstützen. Während der Bestückung wird die versiegelte Spule innerhalb ihrer Bodenlebensdauer verwendet und das IR-Reflow-Profil strikt eingehalten. Das Endprodukt bietet eine konsistente, zuverlässige Beleuchtung, die den Automotive-Temperatur- und Langlebigkeitsanforderungen entspricht.

12. Einführung in das Technologieprinzip

Die LTSA-S089ZWETU basiert auf InGaN-Halbleitertechnologie (Indiumgalliumnitrid). Bei einer weißen LED ist ein blau emittierender InGaN-Chip mit einer Phosphorschicht beschichtet. Wenn der Chip blaues Licht emittiert, absorbiert der Phosphor einen Teil davon und emittiert Licht mit längeren Wellenlängen (gelb, rot) wieder. Die Kombination aus dem verbleibenden blauen Licht und dem phosphorkonvertierten Licht erscheint dem menschlichen Auge weiß. Die gelbe Linse fungiert dann als letzter Filter, der möglicherweise die Farbtemperatur anpasst oder ein spezifisches Erscheinungsbild bietet. Diese phosphorkonvertierte Weißlicht-LED-Technologie ist effizient und ermöglicht die Erzeugung verschiedener Weißpunkte.

13. Branchentrends und Entwicklungen

Der Trend bei SMD-LEDs für Automotive- und Allgemeinbeleuchtung geht weiterhin in Richtung höherer Effizienz (mehr Lumen pro Watt), verbessertem Farbwiedergabeindex (CRI) und größerer Zuverlässigkeit bei höheren Sperrschichttemperaturen. Es gibt auch eine Bewegung zur Miniaturisierung von Gehäusen bei gleichbleibender oder steigender Lichtleistung. Darüber hinaus werden intelligente Beleuchtungssysteme, die Steuerelektronik direkt mit LEDs integrieren, immer verbreiteter. Für Automotive-Innenräume ist dynamische Ambientebeleuchtung mit Mehrfarben- und Dimmfunktionen ein wachsender Trend, obwohl diese spezifische Komponente eine einfarbige, statische Lösung für kostengünstige, funktionale Beleuchtungsanwendungen ist.