LTLMH4 EV7DA Oberflächenmontage-LED Datenblatt - Abmessungen 4,2x4,2x2,0mm - Spannung 2,2V - Leistung 120mW - Rot 624nm - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTLMH4 EV7DA ist eine hochhelle Oberflächenmontage-LED, die für anspruchsvolle Beleuchtungsanwendungen konzipiert ist. Sie nutzt fortschrittliche Verpackungstechnologie, um eine überlegene optische Leistung in einem kompakten, industrieüblichen SMD-Gehäuse zu liefern. Das Bauteil ist für die Kompatibilität mit automatisierten Oberflächenmontage-Linien und standardmäßigen bleifreien Reflow-Lötprozessen ausgelegt.

Diese LED verfügt über ein spezielles Linsengehäuse, erhältlich in runder und ovaler Ausführung, das ein kontrolliertes Abstrahlverhalten bietet. Dieses Design ist besonders vorteilhaft für Schildanwendungen, da es einen engen Betrachtungswinkel ohne zusätzliche externe optische Linsen erreicht und somit einen Kosten- und Platzvorteil gegenüber Standard-SMD- oder PLCC-Gehäusen bietet. Die Vergussmasse besteht aus fortschrittlichen Epoxidharzen, die eine ausgezeichnete Feuchtigkeitsbeständigkeit und UV-Schutz bieten und so eine langfristige Zuverlässigkeit in Innen- und Außenumgebungen gewährleisten.

1.1 Kernmerkmale und Vorteile

• Hohe Lichtstärke:Liefert eine typische Lichtstärke von 4200 mcd bei 20mA, was helle und gut sichtbare Anzeigen ermöglicht.
• Energieeffizienz:Zeichnet sich durch niedrigen Stromverbrauch bei hoher Lichtausbeute aus.
• Umweltbeständigkeit:Überlegene Feuchtigkeitsbeständigkeit und UV-geschütztes Gehäuse erhöhen die Haltbarkeit.
• Umweltkonformität:Vollständig konform mit RoHS-Richtlinien, blei- und halogenfrei.
• Optisches Design:Roter AlInGaP-Chip mit diffundierendem Gehäuse, emittiert bei einer dominanten Wellenlänge von 624nm. Die integrierte Linse bietet einen typischen Betrachtungswinkel von 70/45 Grad (wie in den Kennlinien definiert).
• Fertigungstauglichkeit:Eingestuft als MSL3 (Feuchtigkeitssensitivitätsstufe 3), geeignet für die Standard-SMT-Handhabung mit entsprechenden Vorsichtsmaßnahmen.

1.2 Zielanwendungen und Markt

Diese Komponente ist speziell für Anwendungen ausgelegt, die hohe Sichtbarkeit und Zuverlässigkeit in Informationsanzeigesystemen erfordern. Die primären Anwendungsfälle umfassen:

• Videotexttafeln:Für großformatige Innen- und Außendisplays.
• Verkehrszeichen:Geeignet für Wechselverkehrszeichen und Verkehrsleitsysteme.
• Allgemeine Hinweisschilder:Einschließlich Werbetafeln, Informationspaneele und Wegweisersysteme.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb unter oder an diesen Grenzen wird nicht garantiert.

• Verlustleistung (Pd):Maximal 120 mW.
• Spitzen-Durchlassstrom (I_F(PEAK)):120 mA, nur unter gepulsten Bedingungen zulässig (Tastverhältnis ≤ 1/10, Pulsbreite ≤ 10ms).
• DC-Durchlassstrom (I_F):50 mA kontinuierlich.
• Entlastung:Der DC-Durchlassstrom muss für Umgebungstemperaturen (T_A) über 45°C linear um 0,75 mA/°C entlastet werden.
• Betriebstemperaturbereich:-40°C bis +85°C.
• Lagertemperaturbereich:-40°C bis +100°C.
• Reflow-Lötbedingung:Hält einer Spitzentemperatur von 260°C für maximal 10 Sekunden stand, gemäß dem spezifizierten Profil.

2.2 Elektrische und optische Kenngrößen

Diese Parameter sind bei einer Umgebungstemperatur (T_A) von 25°C spezifiziert und definieren die typische Leistung des Bauteils.

• Lichtstärke (I_V):2000-5700 mcd, mit einem typischen Wert von 4200 mcd bei I_F= 20mA. Die Messung folgt der CIE-Augempfindlichkeitskurve, eine Toleranz von ±15% ist in der Garantie enthalten.
• Betrachtungswinkel (2θ_1/2):70/45 Grad (typisch). Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte ihres axialen Wertes abfällt, gemessen mit einer Toleranz von ±2 Grad.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_P):634 nm (typisch).
• Dominante Wellenlänge (λ_d):618-630 nm, mit einem typischen Wert von 624 nm. Dies ist die einzelne Wellenlänge, die die wahrgenommene Farbe definiert, abgeleitet aus dem CIE-Farbdiagramm.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):15 nm (typisch), zeigt die spektrale Reinheit der roten Emission.
• Durchlassspannung (V_F):1,8-2,4 V, mit einem typischen Wert von 2,2 V bei I_F= 20mA.
• Sperrstrom (I_R):Maximal 10 μA bei einer Sperrspannung (V_R) von 5V.Wichtiger Hinweis:Das Bauteil ist nicht für den Betrieb unter Sperrvorspannung ausgelegt; diese Testbedingung dient nur der Charakterisierung des Leckstroms.

2.3 Thermische Eigenschaften

Effektives Wärmemanagement ist entscheidend für die LED-Leistung und Lebensdauer. Die Entlastungsspezifikation von 0,75 mA/°C über 45°C unterstreicht die Notwendigkeit eines angemessenen thermischen Leiterplattendesigns, insbesondere beim Betrieb bei oder nahe dem maximalen DC-Strom. Der dritte Anschluss (P3/Anode) im Footprint wird ausdrücklich für den Anschluss an eine Kühlfläche oder einen Kühlkörper empfohlen, um die Wärmeableitung während des Betriebs zu erleichtern.

3. Binning-System-Spezifikation

Um Farb- und Helligkeitskonsistenz in Produktionsanwendungen sicherzustellen, werden LEDs in Bins sortiert. Die LTLMH4 EV7DA verwendet zwei unabhängige Binning-Systeme.

3.1 Lichtstärke-Binning

LEDs werden basierend auf ihrer bei 20mA gemessenen Lichtstärke klassifiziert. Der Bin-Code ist auf der Verpackungstüte aufgedruckt.

• ES Bin:2000 - 2600 mcd
• ET Bin:2600 - 3400 mcd
• EU Bin:3400 - 4400 mcd
• EV Bin:4400 - 5700 mcd

Hinweis:Auf die Grenzen jedes Bins wird eine Toleranz von ±15% angewendet.

3.2 Durchlassspannungs-Binning

LEDs werden auch nach ihrem Durchlassspannungsabfall bei 20mA sortiert, um die Schaltungsauslegung für die Stromanpassung zu unterstützen.

• 1A Bin:1,8 - 2,0 V
• 2A Bin:2,0 - 2,2 V
• 3A Bin:2,2 - 2,4 V

Hinweis:Auf die Grenzen jedes Bins wird eine Toleranz von ±0,1V angewendet.

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt verweist auf typische Kennlinien, die für Entwicklungsingenieure wesentlich sind. Während die spezifischen Grafiken nicht im Text wiedergegeben sind, umfassen sie typischerweise die folgenden Zusammenhänge, alle bei 25°C gemessen, sofern nicht anders angegeben:

• Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom (I-V-Kurve):Zeigt, wie die Lichtleistung mit dem Strom ansteigt, typischerweise bei höheren Strömen aufgrund thermischer Effekte und des Efficiency Droop in einer sublinearen Weise.
• Durchlassspannung vs. Durchlassstrom:Zeigt die V-I-Charakteristik der Diode.
• Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Demonstriert die Abnahme der Lichtleistung mit steigender Sperrschichttemperatur, ein kritischer Faktor für das thermische Design.
• Abstrahlcharakteristik (Bezug Fig.6):Veranschaulicht das räumliche Abstrahlverhalten und bestätigt den typischen Betrachtungswinkel von 70/45 Grad, bei dem die Intensität auf 50% des Spitzenwertes fällt.
• Spektrale Verteilung (Bezug Fig.1):Zeigt das Emissionsspektrum, zentriert um die Spitzenwellenlänge von 634 nm mit der spezifizierten Halbwertsbreite von 15 nm.

Diese Kurven ermöglichen es Entwicklern, die Leistung unter nicht-standardmäßigen Betriebsbedingungen (unterschiedliche Ströme, Temperaturen) vorherzusagen und sind entscheidend für die Optimierung von Treiberschaltungen und Wärmemanagement.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Abmessungen

Das Gehäuse hat einen kompakten Footprint, der sich für hochdichte Leiterplattenlayouts eignet.

• Gehäusegröße:4,2mm ±0,2mm (L) x 4,2mm ±0,2mm (B).
• Gesamthöhe:Maximal 6,2mm ±0,5mm.
• Abstandshöhe:Nominal 0,45mm von der Leiterplattenoberfläche bis zur Unterseite des Flansches.
• Anschlussabstand:2,0mm ±0,5mm (gemessen dort, wo die Anschlüsse aus dem Gehäuse austreten).
• Überstehendes Harz:Maximal 1,0mm Harz können unter dem Gehäuseflansch hervorstehen.
• Allgemeine Toleranzen:±0,25mm, sofern in der Zeichnung nicht anders angegeben.

5.2 Polaritätskennzeichnung und Lötflächen-Design

Das Bauteil hat drei elektrische Anschlüsse:

• P1: Anode.
• Kathode. Cathode.
• P2:Anode (dupliziert).

Das empfohlene Lötflächenmuster enthält eine abgerundete Fläche (R0,5) für P3.Kritischer Designhinweis:Lötfläche P3 wird ausdrücklich empfohlen, mit einem Kühlkörper oder einem Kühlmechanismus auf der Leiterplatte verbunden zu werden. Ihre Hauptfunktion besteht darin, während des Betriebs Wärme von der LED-Sperrschicht abzuleiten und so die Leistung und Lebensdauer zu verbessern. Diese Fläche sollte in die Wärmemanagement-Strategie der Leiterplatte einbezogen werden.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Feuchtigkeitssensitivität und Lagerung

Diese Komponente ist gemäß JEDEC J-STD-020 als Feuchtigkeitssensitivitätsstufe 3 (MSL3) klassifiziert.

• Lagerung im versiegelten Beutel:LEDs in der original Feuchtigkeitssperrbeutel können bis zu 12 Monate bei <30°C und 90% r.F. gelagert werden.
• Bodenlebensdauer:Nach dem Öffnen des Beutels müssen die Bauteile innerhalb von 168 Stunden (7 Tagen) unter Bedingungen von <30°C und 60% r.F. gelötet werden.
• Trocknungsanforderungen:Eine Trocknung bei 60°C ±5°C für 20 Stunden ist erforderlich, wenn: die Feuchtigkeitsindikatorkarte >10% r.F. anzeigt; die Bodenlebensdauer 168 Stunden überschreitet; oder Bauteile >30°C und 60% r.F. ausgesetzt waren. Die Trocknung sollte nur einmal durchgeführt werden.
• Handhabung:Unbenutzte LEDs sollten mit Trockenmittel in einem wieder verschlossenen Feuchtigkeitssperrbeutel gelagert werden. Längere Exposition kann die versilberten Anschlüsse oxidieren lassen und die Lötbarkeit beeinträchtigen.

6.2 Reflow-Lötprofil

Das empfohlene bleifreie Reflow-Profil ist entscheidend für eine zuverlässige Montage ohne Beschädigung der LED.

• Vorwärmen/Einweichen:Temperatur von 150°C (min) bis 200°C (max) für maximal 120 Sekunden.
• Flüssigphasenzeit (t_L):Die Zeit über 217°C sollte 60-150 Sekunden betragen.
• Spitzentemperatur (T_P):Maximal 260°C.
• Zeit bei Klassifizierungstemperatur (t_P):Die Zeit innerhalb von 5°C der spezifizierten Klassifizierungstemperatur (255°C) sollte 30 Sekunden nicht überschreiten.
• Gesamte Anstiegszeit:Die Zeit von 25°C bis zur Spitzentemperatur sollte maximal 5 Minuten betragen.

Wichtige Einschränkungen:

• Reflow-Löten darf nicht mehr als zweimal durchgeführt werden.
• Das Bauteil ist für Reflow-Löten ausgelegt undnicht für Tauchlöten geeignet..
• Vermeiden Sie das Ausüben externer mechanischer Belastung auf die LED während des Lötens bei hoher Temperatur.
• Vermeiden Sie eine schnelle Abkühlung von der Spitzentemperatur, um thermischen Schock zu verhindern.

6.3 Reinigung

Wenn nach dem Löten eine Reinigung notwendig ist, verwenden Sie alkoholbasierte Lösungsmittel wie Isopropylalkohol. Vermeiden Sie aggressive chemische Reiniger, die die Epoxidlinse oder das Gehäuse beschädigen könnten.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Verpackungsspezifikation

Die LEDs werden in industrieüblicher, geprägter Trägerbandverpackung für die automatisierte Bestückung geliefert.

• Trägerbandbreite (W):16,0mm ±0,3mm.
• Taschenabstand (P):8,0mm ±0,1mm.
• Spulendimensionen:Das Band ist auf einer Spule mit einem Durchmesser von 330mm ±2mm aufgewickelt.
• Stückzahl pro Spule:1.000 Stück.
• Kennzeichnung:Spulen sind mit Warnhinweisen für elektrostatische Entladung (ESD) gekennzeichnet, da es sich um elektrostatisch empfindliche Bauteile handelt, die sichere Handhabungsverfahren erfordern.

8. Anwendungs- und Designempfehlungen

8.1 Treiberschaltungs-Design

LEDs sind strombetriebene Bauteile. Um eine gleichmäßige Helligkeit beim Treiben mehrerer LEDs, insbesondere in Parallelschaltungen, sicherzustellen, wirddringend empfohleneinen strombegrenzenden Widerstand in Reihe mit jeder LED zu verwenden (Schaltungsmodell A). Das direkte Treiben von LEDs von einer Spannungsquelle ohne Stromregelung (Schaltungsmodell B) wird nicht empfohlen, da es aufgrund der natürlichen Schwankung der Durchlassspannung (V_F) von Bauteil zu Bauteil, selbst innerhalb desselben Bins, zu erheblichen Helligkeitsunterschieden und möglicher Überstromschädigung führen kann.

Der Widerstandswert (R) kann mit dem Ohmschen Gesetz berechnet werden: R = (V_Versorgung- V_F) / I_F, wobei I_Fder gewünschte Betriebsstrom ist (z.B. 20mA) und V_Fkonservativ gewählt werden sollte, oft unter Verwendung des Maximalwerts aus dem Datenblatt (2,4V), um sicherzustellen, dass der Strom unter allen Bedingungen die Grenzwerte nicht überschreitet.

8.2 Wärmemanagement in der Anwendung

Für optimale Leistung und Lebensdauer:

• Thermische Lötfläche (P3) nutzen:Verbinden Sie stets die empfohlene dritte Lötfläche (P3, Anode) mit einer Kupferfläche oder einem dedizierten Wärmeableitungs-Via-Muster auf der Leiterplatte, um als Kühlkörper zu dienen.
• Stromentlastung beachten:Halten Sie sich an die 0,75 mA/°C Entlastungsregel für Umgebungstemperaturen über 45°C. Zum Beispiel ist bei 65°C Umgebungstemperatur der maximale Dauerstrom reduziert auf: 50 mA - [0,75 mA/°C * (65°C - 45°C)] = 35 mA.
• Leiterplattenlayout:Verwenden Sie ausreichende Kupferdicke und -fläche um die LED-Lötflächen herum, um Wärme vom Bauteil abzuleiten.

8.3 Optische Integration

Die integrierte Linse mit einem Betrachtungswinkel von 70/45 Grad macht in vielen Schildanwendungen sekundäre Optiken überflüssig und vereinfacht das mechanische Design. Für Anwendungen, die andere Strahlprofile erfordern, sollten die typischen Betrachtungswinkeldaten und die Abstrahlcharakteristik-Kurve konsultiert werden, um den endgültigen optischen Ausgang zu modellieren.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu Standard-SMD-LEDs (z.B. 3528, 5050 Gehäuse) oder PLCC (Plastic Leaded Chip Carrier) LEDs bietet die LTLMH4 EV7DA deutliche Vorteile für die Beschilderung:

• Überlegene optische Kontrolle:Das spezielle Linsengehäuse bietet einen engeren und besser kontrollierten Betrachtungswinkel (70/45°) ohne Zusatzlinsen, was Systemkosten und -komplexität reduziert.
• Höhere Lichtstärke:Die typische Intensität von 4200 mcd ist deutlich höher als die von allgemeinen Indikator-SMD-LEDs, was sie für Anwendungen mit hohem Umgebungslicht oder großer Betrachtungsentfernung geeignet macht.
• Robustes Gehäuse:Die Verwendung von fortschrittlichem feuchtigkeits- und UV-beständigem Epoxid bietet einen besseren Umweltschutz als Standardgehäuse, was für Außenbeschilderung entscheidend ist.
• Thermische Lötfläche:Die Einbeziehung einer dedizierten thermischen Lötfläche (P3) ist ein Designmerkmal, das auf eine bessere thermische Leistung als viele Standard-SMD-LEDs abzielt und höhere Treiberströme sowie eine verbesserte Lebensdauer unterstützt.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F1: Was ist der Unterschied zwischen Spitzenwellenlänge (634nm) und dominanter Wellenlänge (624nm)?

A1: Die Spitzenwellenlänge ist die einzelne Wellenlänge am höchsten Punkt des Emissionsspektrums. Die dominante Wellenlänge wird aus der Farbwissenschaft (CIE-Diagramm) abgeleitet und repräsentiert die wahrgenommene Farbe als einzelne Wellenlänge. Für diese rote LED ist die dominante Wellenlänge von 624nm der Schlüsselparameter für die Farbangabe in Anwendungen.

F2: Kann ich diese LED mit 50mA kontinuierlich betreiben?

A2: Ja, aber nur, wenn die Umgebungstemperatur 45°C oder niedriger ist. Bei höheren Umgebungstemperaturen muss der Strom gemäß der 0,75 mA/°C-Regel entlastet werden, um Überhitzung und beschleunigten Alterungsprozess zu verhindern.

F3: Warum ist ein Vorwiderstand auch bei Konstantspannungsbetrieb zwingend erforderlich?

A3: Die Durchlassspannung (V_F) einer LED hat einen Toleranzbereich (1,8-2,4V). Das direkte Parallelschalten mehrerer LEDs an eine Spannungsquelle führt dazu, dass LEDs mit niedrigerem V_Funverhältnismäßig mehr Strom ziehen, was zu Helligkeitsunterschieden und potenziellem Ausfall führt. Der Vorwiderstand sorgt für eine Gegenkopplung und stabilisiert den Strom durch jede einzelne LED.

F4: Wie oft kann ich eine Leiterplatte mit dieser LED nacharbeiten?

A4: Die LED kann maximal zwei Reflow-Lötzyklen standhalten. Handlöten/Nacharbeit mit einem Lötkolben (bei ≤315°C für ≤3 Sekunden) sollte nicht mehr als einmal durchgeführt werden. Das Überschreiten dieser Grenzen riskiert Schäden an den internen Bonddrähten oder dem Epoxidgehäuse.

11. Design- und Anwendungsfallstudie

Szenario: Entwicklung eines hochsichtbaren Außen-Verkehrsnachrichtenschildes.

Anforderungen:Das Schild muss bei direkter Sonneneinstrahlung aus einer Entfernung von 100 Metern klar sichtbar sein. Es wird eine dichte Anordnung roter Pixel verwenden. Die Betriebsumgebung reicht von -20°C bis +60°C. Das Design muss gleichmäßige Helligkeit und langfristige Zuverlässigkeit gewährleisten.

Designentscheidungen mit LTLMH4 EV7DA:

1. Bauteilauswahl:Die hohe typische Lichtstärke (4200 mcd) erfüllt die Anforderung der Sonnenlichtlesbarkeit. Das feuchtigkeits-/UV-beständige Gehäuse ist für den Außeneinsatz unerlässlich.
2. Treiberschaltung:LEDs sind in einer Matrix angeordnet. Jede Spalte wird von einer Konstantstromquelle getrieben. Innerhalb einer Spalte sind LEDs in Reihe geschaltet, um identischen Strom sicherzustellen, was den Bedarf an einzelnen Widerständen pro LED vermeidet und die Effizienz verbessert. Die Versorgungsspannung ist so ausgelegt, dass sie die Summe der V_F-Abbrüche plus Reserve für den Stromregler aufnehmen kann.
3. Wärmemanagement:Angesichts der möglichen hohen Umgebungstemperatur (bis zu 60°C) wird der Treiberstrom entlastet. Unter Verwendung des Maximalwerts von 50mA bei 45°C und einer Entlastung von 0,75mA/°C beträgt der maximale Strom bei 60°C 38,75mA. Ein konservatives Design setzt den Betriebsstrom auf 30mA. Die Leiterplatte ist mit einer großen thermischen Massefläche gestaltet, die mit allen LED-P3-Lötflächen verbunden ist. Thermische Vias unter dieser Fläche leiten Wärme zur Rückseite der Platine ab, die an das Aluminiumgehäuse des Schildes als Kühlkörper angebracht ist.
4. Binning für Konsistenz:Um ein einheitliches Erscheinungsbild zu gewährleisten, werden für die gesamte Produktionscharge LEDs aus einem einzigen Lichtstärke-Bin (z.B. EU oder EV) und einem einzigen Durchlassspannungs-Bin (z.B. 2A) spezifiziert, um Pixel-zu-Pixel-Variationen zu minimieren.
5. Fertigungsprozess:Die MSL3-Einstufung wird dem Auftragsfertiger mitgeteilt. Dieser befolgt die vorgeschriebenen Trocknungsverfahren, wenn die Bodenlebensdauer überschritten wird, und hält sich strikt an das 260°C-Spitzen-Relflow-Profil, um Gehäuseschäden zu verhindern.

Diese Fallstudie zeigt, wie die detaillierten Parameter im Datenblatt direkt kritische Designentscheidungen für ein zuverlässiges und leistungsstarkes Endprodukt beeinflussen.