SMD RGB LED LTST-S32F1KT-5A Datenblatt - Vollfarb-Chip - Spannung 1,6-3,1V - Leistung 75-80mW - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTST-S32F1KT-5A ist eine kompakte, seitenemittierende Vollfarb-SMD-LED. Sie integriert drei verschiedene Halbleiterchips in einem einzigen Gehäuse: einen AlInGaP-Chip für rotes Licht und zwei InGaN-Chips für grünes und blaues Licht. Diese Konfiguration ermöglicht die Erzeugung eines breiten Farbspektrums durch individuelle oder kombinierte Ansteuerung der drei Kanäle. Das Bauteil ist für automatisierte Leiterplattenbestückungsprozesse konzipiert und verfügt über eine verzinnte Anschlussfläche für verbesserte Lötbarkeit und Kompatibilität mit bleifreien Reflow-Lötprofilen.

Das primäre Designziel ist die Bereitstellung einer zuverlässigen, hochhellen RGB-Lichtquelle für platzbeschränkte Anwendungen, in denen Statusanzeige, Hintergrundbeleuchtung oder symbolische Beleuchtung erforderlich ist. Ihr winziger Platzbedarf und das seitenemittierende Linsenprofil machen sie besonders geeignet für die Integration in schlanke Unterhaltungselektronik, Kommunikationsgeräte und Industrie-Bedienfelder, bei denen der Frontraum begrenzt ist, aber die Sichtbarkeit von der Seite entscheidend ist.

1.1 Merkmale

• Konform mit der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe).
• Seitensichtendes optisches Design mit wasserklarer Linse.
• Verwendet ultrahelle InGaN- (für Grün/Blau) und AlInGaP- (für Rot) Halbleitertechnologie.
• Verpackt auf 8-mm-Tape auf Standard-7-Zoll-Durchmesser-Spulen für automatisierte Bestückungsgeräte.
• Entspricht den EIA-Standardgehäuseabmessungen.
• Eingangslogik-kompatibel (I.C.-kompatibel) für einfache Schnittstelle zu Mikrocontrollern und Treiberschaltungen.
• Voll kompatibel mit Hochvolumen-Infrarot (IR) Reflow-Lötprozessen.

1.2 Anwendungen

• Telekommunikationsgeräte (z.B. Mobilfunk-Basisstationen, Router).
• Büroautomatisierungsgeräte (z.B. Drucker, Scanner, Multifunktionsgeräte).
• Anzeigefelder und Bedienoberflächen von Haushaltsgeräten.
• Status- und Fehleranzeigen für Industrieanlagen.
• Tastaturbeleuchtung in tragbaren Geräten.
• Allgemeine Status- und Stromversorgungsanzeigen.
• Mikrodisplays und Symbolbeleuchtung.
• Signal- und Symbolleuchten in Bedienfeldern.

2. Technische Parameter: Detaillierte objektive Interpretation

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte Analyse der Betriebsgrenzen und Leistungsmerkmale des Bauteils unter definierten Testbedingungen. Alle Daten gelten bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C, sofern nicht anders angegeben.

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Dauerbetrieb an oder nahe diesen Grenzen wird nicht empfohlen.

• Verlustleistung (Pd):Rot: 75 mW, Grün/Blau: 80 mW. Dies ist die maximal zulässige, als Wärme im Gehäuse abgegebene Leistung.
• Spitzen-Durchlassstrom (I_F(PEAK)):Rot: 80 mA, Grün/Blau: 100 mA. Gilt nur unter gepulsten Bedingungen (1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Pulsbreite), um thermische Überlastung zu verhindern.
• DC-Durchlassstrom (I_F):Rot: 30 mA, Grün/Blau: 20 mA. Der maximale empfohlene kontinuierliche Durchlassstrom für einen zuverlässigen Langzeitbetrieb.
• Betriebstemperaturbereich:-20°C bis +80°C. Der Umgebungstemperaturbereich, für den das Bauteil ausgelegt ist.
• Lagertemperaturbereich:-30°C bis +100°C. Der zulässige Temperaturbereich, wenn das Bauteil nicht unter Spannung steht.
• Infrarot-Lötbedingung:Hält einer Spitzentemperatur von 260°C für 10 Sekunden stand, definiert seine Feuchtesensitivitätsstufe (MSL) und Reflow-Fähigkeit.

2.2 Elektrische & Optische Kenngrößen

Dies sind die typischen Leistungsparameter, gemessen unter Standardtestbedingungen (I_F= 5mA, Ta=25°C).

• Lichtstärke (I_V):Gemessen in Millicandela (mcd). Mindestwerte: Rot: 18,0 mcd, Grün: 45,0 mcd, Blau: 11,2 mcd. Maximalwerte: Rot: 45,0 mcd, Grün: 180,0 mcd, Blau: 45,0 mcd. Diese große Bandbreite wird durch ein Binning-System verwaltet.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):Typisch 130 Grad. Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke halb so groß ist wie die Spitzenlichtstärke, und definiert die Strahlbreite.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_p):Typisch: Rot: 632 nm, Grün: 520 nm, Blau: 468 nm. Die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsverteilung maximal ist.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):Die einzelne Wellenlänge, die das menschliche Auge wahrnimmt und der Farbe der LED entspricht. Bereich: Rot: 617-631 nm (typ. 624 nm), Grün: 520-540 nm (typ. 527 nm), Blau: 463-477 nm (typ. 470 nm).
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):Typisch: Rot: 17 nm, Grün: 35 nm, Blau: 26 nm. Die spektrale Bandbreite, gemessen bei halber Maximalintensität, gibt die Farbreinheit an.
• Durchlassspannung (V_F):Bei I_F=5mA. Bereich: Rot: 1,6 - 2,3 V, Grün: 2,7 - 3,1 V, Blau: 2,7 - 3,1 V. Dieser Parameter wird ebenfalls gebinnt.
• Sperrstrom (I_R):Maximal 10 µA bei V_R= 5V. LEDs sind nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt; dieser Test dient nur der Qualitätssicherung.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um eine konsistente Farbe und Helligkeit in der Produktion zu gewährleisten, werden LEDs nach Leistungsklassen sortiert. Die LTST-S32F1KT-5A verwendet separate Binning für Durchlassspannung (V_F) und Lichtstärke (I_V).

3.1 Durchlassspannung (V_F) Binning

Für Grün- und Blau-Chips (getestet bei I_F=5mA):

- Bin-Code E7: V_F= 2,70V bis 2,90V.

- Bin-Code E8: V_F= 2,90V bis 3,10V.

Toleranz pro Bin: ±0,1V. Die V_Fdes Rot-Chips ist spezifiziert, wird in diesem Dokument jedoch nicht gebinnt.

3.2 Lichtstärke (I_V) Binning

Gemessen bei I_F=5mA. Toleranz pro Bin: ±15%.

Blau:L (11,2-18,0 mcd), M (18,0-28,0 mcd), N (28,0-45,0 mcd).

Grün:P (45,0-71,0 mcd), Q (71,0-112,0 mcd), R (112,0-180,0 mcd).

Rot:M (18,0-28,0 mcd), N (28,0-45,0 mcd).

Der Bin-Code ist auf der Verpackung markiert, sodass Entwickler LEDs mit abgestimmter Helligkeit für Multi-LED-Arrays auswählen können.

4. Analyse der Leistungskurven

Typische Leistungskurven veranschaulichen die Beziehung zwischen Schlüsselparametern. Diese sind für Schaltungsdesign und thermisches Management unerlässlich.

• Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom:Zeigt die nichtlineare Beziehung zwischen Treiberstrom und Lichtausbeute für jede Farbe. Ein Betrieb über dem empfohlenen DC-Strom führt zu abnehmenden Erträgen und erhöhter Wärmeentwicklung.
• Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Demonstriert den thermischen Löschungseffekt, bei dem die Lichtausbeute mit steigender Sperrschichttemperatur abnimmt. Für Hochtemperaturumgebungen sind eine ordnungsgemäße Wärmeableitung oder eine Stromreduzierung erforderlich.
• Durchlassspannung vs. Durchlassstrom:Zeigt die Dioden-I-V-Kennlinie. Der dynamische Widerstand kann aus der Steigung der Kurve oberhalb der Schwellspannung abgeleitet werden.
• Spektrale Verteilung:Diagramme, die die relative Strahlungsleistung über der Wellenlänge für jeden Chip zeigen und die Spitze (λ_p) und die spektrale Breite (Δλ) hervorheben.

5. Mechanische & Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Das Bauteil entspricht einer Standard-SMD-Abmessung. Kritische Abmessungen umfassen Körperlänge, -breite und -höhe sowie Empfehlungen für das Lötflächenbild (Footprint) im Leiterplattendesign. Alle Abmessungen sind in Millimetern mit einer Standardtoleranz von ±0,1 mm, sofern nicht anders angegeben. Ein detailliertes Diagramm gibt die Pinbelegung an: Pin 1 für die rote Anode, Pin 2 für die grüne Anode und Pin 3 für die blaue Anode. Die Kathoden aller drei Chips sind intern mit Pin 4 verbunden.

5.2 Empfohlenes Leiterplatten-Pad-Design & Polarität

Ein Lötflächenbild wird bereitgestellt, um eine ordnungsgemäße Lötstellenbildung während des Reflow-Prozesses zu gewährleisten. Das Design berücksichtigt Lötfilets und verhindert "Tombstoning". Die Polarität ist durch eine Markierung auf dem Bauteilgehäuse (typischerweise ein Punkt oder eine abgeschrägte Ecke) entsprechend Pin 1 (Rot) klar angegeben.

6. Löt- & Bestückungsrichtlinien

6.1 Empfohlenes IR-Reflow-Profil (Bleifreier Prozess)

Ein Zeit-Temperatur-Diagramm definiert das empfohlene Reflow-Lötprofil:

- Vorwärmen: 150-200°C für bis zu 120 Sekunden.

- Reflow: Spitzentemperatur nicht über 260°C.

- Zeit über 260°C: Maximal 10 Sekunden.

- Anzahl der Durchläufe: Maximal zwei Reflow-Zyklen.

Für Handlötung mit einem Lötkolben: Temperatur ≤300°C, Zeit ≤3 Sekunden, nur einmal.

6.2 Reinigung

Falls nach dem Löten eine Reinigung erforderlich ist, sollten nur spezifizierte alkoholbasierte Lösungsmittel wie Ethylalkohol oder Isopropylalkohol verwendet werden. Das Eintauchen sollte bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute erfolgen. Nicht spezifizierte Chemikalien können die Epoxidlinse oder das Gehäuse beschädigen.

6.3 Lagerung & Handhabung

• ESD-Vorsichtsmaßnahmen:Das Bauteil ist empfindlich gegenüber elektrostatischer Entladung (ESD). Die Handhabung muss geerdete Handgelenkbänder, antistatische Matten und ordnungsgemäß geerdete Geräte umfassen.
• Feuchtesensitivität:Verpackt als MSL 3. Sobald die originale Feuchtigkeitssperrbeutel geöffnet ist, sollten die Bauteile innerhalb einer Woche (168 Stunden) unter Werksbedingungen (≤30°C/60% r.F.) reflow-gelötet werden. Für eine längere Lagerung außerhalb der Beutel ist ein Trockenschrank oder ein getrockneter Behälter zu verwenden. Bauteile, die länger als eine Woche exponiert waren, müssen vor dem Reflow-Löten getrocknet (z.B. 60°C für 20 Stunden) werden, um "Popcorning" zu verhindern.

7. Verpackungs- & Bestellinformationen

7.1 Tape- und Reel-Spezifikationen

Das Bauteil wird in geprägter Trägerbahn mit einer Schutzdeckfolie geliefert, aufgewickelt auf Spulen mit 7 Zoll (178 mm) Durchmesser.

- Stückzahl pro Spule: 3000 Stück.

- Mindestbestellmenge für Restposten: 500 Stück.

- Bahnbreite: 8 mm.

- Taschenabstand und Spulenabmessungen entsprechen den ANSI/EIA-481-Standards.

- Die maximal zulässige Anzahl aufeinanderfolgender fehlender Bauteile in der Bahn beträgt zwei.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsschaltungen

Jeder Farbkanal (Rot, Grün, Blau) muss unabhängig über einen Vorwiderstand oder vorzugsweise einen Konstantstromtreiber angesteuert werden. Die Durchlassspannung unterscheidet sich pro Farbe (Rot ~2,0V, Grün/Blau ~3,0V), daher sind separate Stromberechnungen erforderlich, wenn eine gemeinsame Spannungsversorgung mit Reihenwiderständen verwendet wird. Für PWM-Dimmung oder Farbmischung muss sichergestellt werden, dass der Treiber die erforderliche Frequenz und den Strom bewältigen kann.

8.2 Designüberlegungen

• Thermisches Management:Obwohl die Verlustleistung gering ist, sollte eine ausreichende Kupferfläche auf der Leiterplatte oder Wärmeleitungen unter der thermischen Anschlussfläche des Bauteils (falls vorhanden) vorhanden sein, um Wärme abzuleiten, insbesondere bei Betrieb mit oder nahe dem maximalen Strom.
• Stromreduzierung:Für den Betrieb am oberen Ende des Temperaturbereichs (+80°C) sollte der Durchlassstrom reduziert werden, um die Zuverlässigkeit zu erhalten und eine beschleunigte Lichtstromabnahme zu verhindern.
• Optisches Design:Das seitenemittierende Profil ist ideal für Lichtleiter- oder Wellenleiteranwendungen. Berücksichtigen Sie den 130-Grad-Abstrahlwinkel beim Entwurf von Lichtleitern, um eine gleichmäßige Ausleuchtung zu gewährleisten.

9. Technischer Vergleich & Differenzierung

Die wichtigsten Unterscheidungsmerkmale der LTST-S32F1KT-5A liegen in ihrer spezifischen Kombination von Eigenschaften:

- Seitenemittierend vs. Top-Emittierend:Im Gegensatz zu üblichen top-emittierenden LEDs emittiert dieses Bauteil Licht von der Seite, was eine einzigartige mechanische Integration für randbeleuchtete Panels oder Statusanzeigen auf der vertikalen Oberfläche einer Leiterplatte ermöglicht.

- Vollfarbig in einem Gehäuse:Integriert drei Grundfarben-Chips und spart dadurch Leiterplattenplatz im Vergleich zur Verwendung von drei einzelnen Einfarb-LEDs.

- Technologie-Mix:Verwendet das optimale Halbleitermaterial für jede Farbe: hocheffizientes AlInGaP für Rot und hochhelles InGaN für Grün/Blau, was zu einer guten Gesamt-Lichtausbeute führt.

- Robuste Konstruktion:Verzinnte Anschlüsse und Kompatibilität mit anspruchsvollen IR-Reflow-Profilen machen es für die moderne, hochvolumige Fertigung geeignet.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F1: Kann ich alle drei Farben von einer einzigen 5V-Versorgung ansteuern?

A: Ja, aber Sie müssen für jeden Kanal separate Vorwiderstände verwenden. Berechnen Sie den Widerstandswert als R = (V_versorgung- V_F) / I_F. Verwenden Sie für ein sicheres Design die maximale V_Faus dem Datenblatt. Zum Beispiel für den Blau-Kanal bei 20mA: R = (5V - 3,1V) / 0,02A = 95 Ohm (100 Ohm verwenden).

F2: Warum ist der maximale DC-Strom für Rot (30mA) anders als für Grün/Blau (20mA)?

A: Dies liegt hauptsächlich an Unterschieden in der internen Quanteneffizienz und den thermischen Eigenschaften der Halbleitermaterialien AlInGaP (Rot) und InGaN (Grün/Blau). Der Rot-Chip kann typischerweise höhere Stromdichten innerhalb der gleichen thermischen Gehäusebeschränkungen bewältigen.

F3: Wie erzeuge ich mit dieser RGB-LED weißes Licht?

A: Weißes Licht wird durch gleichzeitiges Ansteuern der Rot-, Grün- und Blau-Chips mit spezifischen Stromverhältnissen erzeugt. Das genaue Verhältnis hängt vom gewünschten Weißpunkt (z.B. kaltweiß, warmweiß) und dem spezifischen Bin der verwendeten LEDs ab. Dies erfordert eine Kalibrierung oder die Verwendung einer Farb-Sensor-Rückkopplungsschleife für präzise Ergebnisse.

F4: Was ist die Bedeutung der Bin-Codes?

A: Bin-Codes gewährleisten Farb- und Helligkeitskonsistenz. Für Anwendungen mit mehreren LEDs (wie eine Lichtleiste) ist die Spezifikation und Verwendung von LEDs aus den gleichen V_F- und I_V-Bins entscheidend, um sichtbare Unterschiede in Farbton oder Helligkeit zwischen benachbarten Bauteilen zu vermeiden.

11. Praktischer Anwendungsfall

Szenario: Statusanzeige für einen Netzwerkrouter

Ein Entwickler benötigt eine mehrfarbige Statusanzeige für einen Router, die Stromversorgung (dauerhaft grün), Aktivität (blinkend grün), Fehler (rot) und Einrichtungsmodus (blau) anzeigt. Die Verwendung der LTST-S32F1KT-5A spart Platz im Vergleich zu drei separaten LEDs. Das seitenemittierende Design ermöglicht es, das Licht in einen Lichtleiter einzukoppeln, der zur Frontplatte des schlanken Routergehäuses führt. Die GPIO-Pins eines Mikrocontrollers, jeweils mit einem Reihenwiderstand (für 5-10mA Ansteuerstrom berechnet), steuern die einzelnen Farben. Der breite Abstrahlwinkel stellt sicher, dass die Anzeige aus verschiedenen Blickwinkeln in einem Raum sichtbar ist.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Leuchtdioden (LEDs) sind Halbleiter-p-n-Übergangsbauelemente. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, rekombinieren Elektronen aus dem n-dotierten Bereich mit Löchern aus dem p-dotierten Bereich in der aktiven Schicht und setzen Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts wird durch die Bandlücke des Halbleitermaterials bestimmt. Die LTST-S32F1KT-5A verwendet:

- AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid):Ein Materialsystem mit einer Bandlücke, die rotem und bernsteinfarbenem Licht entspricht. Es bietet hohe Effizienz im rot-orangen Spektrum.

- InGaN (Indium-Gallium-Nitrid):Ein Materialsystem mit einstellbarer Bandlücke, das je nach Indiumgehalt Licht von Ultraviolett über Blau bis Grün emittieren kann. Es ist der Standard für hochhelle blaue und grüne LEDs.

13. Technologietrends

Die allgemeine Entwicklung für SMD-LEDs wie diese umfasst:

- Erhöhte Effizienz:Fortlaufende Verbesserungen in der epitaktischen Schichtabscheidung und im Chipdesign führen zu höheren Lumen pro Watt (lm/W), was den Stromverbrauch bei gleicher Lichtleistung reduziert.

- Miniaturisierung:Fortgesetzte Verkleinerung der Gehäusegröße bei gleichbleibender oder steigender optischer Leistung.

- Verbesserte Farbwiedergabe & Konsistenz:Engere Binning-Toleranzen und neue Leuchtstofftechnologien (für weiße LEDs) führen zu konsistenteren Farbpunkten und einem höheren Farbwiedergabeindex (CRI).

- Integrierte Intelligenz:Wachstum von "Smart-LED"-Modulen mit integrierten Treibern, Controllern und Kommunikationsschnittstellen (z.B. I2C, SPI) für vereinfachtes Systemdesign. Während die LTST-S32F1KT-5A ein diskretes Bauteil ist, bewegt sich die Branche für komplexe Beleuchtungsaufgaben hin zu stärker integrierten Lösungen.