LTLMH4TGX7DA LED-Lampe Datenblatt - Abmessungen 4,2x4,2x6,2mm - Spannung 2,9V - Leistung 0,105W - Grün 525nm - Technisches Dokument auf Deutsch

1. Produktübersicht

Dieses Dokument erläutert die Spezifikationen einer hochhellen Oberflächenmontage-LED-Lampe. Das Bauteil ist als SMD-Bauelement (Surface Mount Device) konzipiert, das mit standardmäßigen SMT-Bestückungs- und industriellen Reflow-Lötprozessen kompatibel ist. Es wird in einem Gehäuse angeboten, das für Anwendungen geeignet ist, die ein kontrolliertes Abstrahlverhalten ohne zusätzliche Optik erfordern.

1.1 Kernvorteile

• Hohe Lichtstärke:Liefert eine hohe Helligkeit für seine Gehäusegröße.
• Energieeffizienz:Zeichnet sich durch niedrigen Stromverbrauch und hohe Lichtausbeute aus.
• Robuste Konstruktion:Verwendet fortschrittliche Epoxidharz-Technologie, die eine überlegene Feuchtigkeitsbeständigkeit und UV-Schutz bietet.
• Umweltkonformität:Das Produkt ist bleifrei, halogenfrei und entspricht der RoHS-Richtlinie.
• Enger Betrachtungswinkel:Die Gehäuselinse ist für einen kontrollierten, engen Betrachtungswinkel (typ. 70/45°) ausgelegt, was sie für gerichtete Beleuchtungsanwendungen wie Schilder ohne sekundäre Optik geeignet macht.

1.2 Zielmarkt & Anwendungen

Diese LED richtet sich primär an Schilder- und Display-Anwendungen, bei denen Zuverlässigkeit, Helligkeit und kontrollierte Lichtverteilung entscheidend sind. Typische Anwendungen sind:

• Videotext- und Nachrichtentafeln.
• Verkehrsinformations- und Wegweiserschilder.
• Allgemeine Nachrichten- und Informationstafeln.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Grenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb unter diesen Bedingungen ist nicht garantiert.

• Verlustleistung (Pd):Maximal 105 mW. Dies ist die Gesamtleistung, die das Gehäuse als Wärme abführen kann.
• Durchlassstrom:Der DC-Durchlassstrom ist mit 30 mA spezifiziert. Ein höherer Spitzen-Durchlassstrom von 100 mA ist unter gepulsten Bedingungen zulässig (Tastverhältnis ≤ 1/10, Pulsbreite ≤ 10ms).
• Thermisches Derating:Der maximale DC-Durchlassstrom muss für Umgebungstemperaturen (TA) über 45°C linear um 0,5 mA/°C reduziert werden.
• Temperaturbereich:Betrieb: -40°C bis +85°C. Lagerung: -40°C bis +100°C.
• Reflow-Löten:Hält einer maximalen Spitzentemperatur von 260°C für 10 Sekunden stand, kompatibel mit standardmäßigen bleifreien Reflow-Profilen.

2.2 Elektrische & Optische Kennwerte

Diese Parameter werden bei einer Umgebungstemperatur (TA) von 25°C gemessen und definieren die Leistung des Bauteils unter normalen Betriebsbedingungen.

• Lichtstärke (Iv):Liegt im Bereich von 5000 mcd (min) bis 14500 mcd (max) bei einem Prüfstrom (IF) von 20 mA, mit einem typischen Wert von 9200 mcd. Auf die Bin-Grenzen wird eine Prüftoleranz von ±15% angewendet.
• Durchlassspannung (VF):Typisch 2,9V, mit einem Bereich von 2,5V bis 3,5V bei IF=20mA. Dieser Parameter ist entscheidend für Treiberdesign und thermisches Management.
• Betrachtungswinkel (2θ1/2):70/45 Grad (typisch). Dieses asymmetrische Abstrahlmuster zeigt einen engeren Strahl in einer Achse, ideal für bestimmte Schildanwendungen.
• Dominante Wellenlänge (λd):525 nm (typisch), spezifiziert die wahrgenommene grüne Farbe der LED. Der Bereich liegt bei 520 nm bis 530 nm.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λP):Typisch 517 nm, repräsentiert das Maximum in der spektralen Leistungsverteilung.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):Etwa 35 nm, gibt die spektrale Reinheit des grünen Lichts an.
• Sperrstrom (IR):Maximal 10 μA bei einer Sperrspannung (VR) von 5V. Das Bauteil ist nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt; dieser Test dient nur der Charakterisierung des Leckstroms.

2.3 Thermische Eigenschaften

Effektives thermisches Management ist für die Aufrechterhaltung der LED-Leistung und -Lebensdauer wesentlich. Wichtige Überlegungen sind:

• Die Verlustleistungsgrenze von 105 mW und die Derating-Kurve ab 45°C unterstreichen die Notwendigkeit eines angemessenen thermischen Leiterplattendesigns.
• Das empfohlene Lötpastenmuster enthält eine thermische Anschlussfläche (P3), die mit einem Kühlkörper oder Kühlmechanismus verbunden werden soll, um die Betriebswärme abzuführen.
• Es wird empfohlen, eine schnelle Abkühlung nach der Reflow-Löt-Spitzentemperatur zu vermeiden, um thermischen Schock am Gehäuse zu verhindern.

3. Binning-System-Spezifikation

Um Farb- und Helligkeitskonsistenz in Produktionsanwendungen sicherzustellen, werden LEDs in Bins sortiert.

3.1 Lichtstärke-Binning

LEDs werden basierend auf ihrer gemessenen Lichtstärke bei 20mA klassifiziert. Die Bin-Codes und Bereiche sind:

• GV:5000 – 6500 mcd
• GW:6500 – 8500 mcd
• GX:8500 – 11100 mcd
• GY:11100 – 14500 mcd

Hinweis: Auf jede Bin-Grenze wird eine Toleranz von ±15% angewendet.

3.2 Dominante Wellenlänge-Binning

LEDs werden auch nach ihrer dominanten Wellenlänge sortiert, um Farbkonsistenz zu kontrollieren:

• G1:520 – 525 nm
• G2:525 – 530 nm

Hinweis: Auf jede Bin-Grenze wird eine Toleranz von ±1 nm angewendet.

4. Analyse der Leistungskurven

Während im Dokument auf spezifische grafische Kurven verwiesen wird (z.B. Abb.1, Abb.6), können typische Kennwerte für diese Bauteilklasse aus den Tabellendaten abgeleitet werden:

• IV-Kurven-Beziehung:Die Durchlassspannung (VF) steht in direktem Zusammenhang mit dem Durchlassstrom (IF). Betrieb bei den typischen 20mA ergibt eine VF von ~2,9V. Überschreiten des maximalen Stroms erhöht den Spannungsabfall und die Verlustleistung.
• Temperaturabhängigkeit:Die Lichtstärke nimmt typischerweise mit steigender Sperrschichttemperatur ab. Die Derating-Anforderung für den Durchlassstrom über 45°C ist ein direkter Indikator für diesen Zusammenhang, was ein thermisches Management für eine konstante Lichtleistung erforderlich macht.
• Spektrale Verteilung:Mit einer dominanten Wellenlänge von 525nm und einer spektralen Halbwertsbreite von ~35nm emittiert die LED ein relativ reines grünes Licht, das im grünen Spektrum zentriert ist.

5. Mechanische & Gehäuseinformationen

5.1 Abmessungen

Das Gehäuse hat einen rechteckigen Grundriss mit Linse. Wichtige Abmessungen (in mm) sind:

• Gehäusegröße: 4,2 ±0,2 (L) x 4,2 ±0,2 (B).
• Gesamthöhe: 6,2 ±0,5.
• Anschlussabstand (wo die Anschlüsse aus dem Gehäuse austreten): 2,0 ±0,5.
• Ein maximaler Harzüberstand von 1,0mm unter dem Flansch ist zulässig.
• Allgemeintoleranz ist ±0,25mm, sofern nicht anders angegeben.

5.2 Polaritätskennzeichnung & Pad-Design

• Polarität:Das Bauteil hat drei Pads: P1 (Anode), P2 (Kathode) und P3 (Anode). P3 dient auch als primäre thermische Anschlussfläche.
• Empfohlenes Pad-Muster:Das Footprint enthält ein größeres Pad für P3, um den Wärmetransfer zur Leiterplatte zu erleichtern. Ein Fasenradius (R0,5) im Pad-Design wird empfohlen. Diese LED ist für Reflow-Löten ausgelegt und nicht für Wellenlöten geeignet.

6. Löt- & Bestückungsrichtlinien

6.1 Lagerung & Feuchtigkeitssensitivität

Das Bauteil ist gemäß JEDEC J-STD-020 mit Feuchtigkeitssensitivitätsstufe 3 (MSL3) bewertet.

• Ungeöffnete Beutel können bei <30°C / 90% r.F. bis zu 12 Monate gelagert werden.
• Nach dem Öffnen müssen die Bauteile innerhalb von 168 Stunden (7 Tagen) gelötet werden, wenn sie bei <30°C / 60% r.F. gelagert werden.
• Ein Trocknen bei 60°C ±5°C für 20 Stunden ist erforderlich, wenn die Feuchtigkeitsindikatorkarte >10% r.F. anzeigt, die Bodenlebensdauer 168 Stunden überschreitet oder eine Exposition gegenüber >30°C / 60% r.F. erfolgt ist. Das Trocknen sollte nur einmal durchgeführt werden.
• Unbenutzte LEDs sollten mit Trockenmittel in einem wieder verschlossenen Feuchtigkeitsschutzbeutel gelagert werden.

6.2 Reflow-Lötprofil

Ein bleifreies Reflow-Profil wird empfohlen:

• Vorwärmen/Einweichen:150°C bis 200°C für maximal 120 Sekunden.
• Flüssigphasenzeit (tL):Die Zeit über 217°C sollte 60-150 Sekunden betragen.
• Spitzentemperatur (Tp):Maximal 260°C.
• Zeit innerhalb 5°C der Spitze:Maximal 30 Sekunden.
• Gesamte Anstiegszeit:Die Zeit von 25°C bis zur Spitze sollte 5 Minuten nicht überschreiten.

Kritische Löt-Hinweise:

• Reflow-Löten darf nicht öfter als zweimal durchgeführt werden.
• Handlöten mit einem Lötkolben (max. 315°C für 3 Sekunden) darf nicht öfter als einmal durchgeführt werden.
• Vermeiden Sie es, während des Lötens bei hoher Temperatur äußere Belastung auf die LED auszuüben.
• Vermeiden Sie eine schnelle Abkühlung nach der Spitzentemperatur.

6.3 Reinigung

Falls eine Reinigung notwendig ist, verwenden Sie alkoholbasierte Lösungsmittel wie Isopropylalkohol.

7. Verpackung & Bestellinformationen

7.1 Verpackungsspezifikation

Die LEDs werden auf geprägter Trägerbahn geliefert, die auf Spulen aufgewickelt ist.

• Trägerbahn-Abmessungen:Taschenabstand ist 8,0 mm, Bahnbreite ist 16,0 mm.
• Spulenspezifikationen:Die Standardschnecke enthält 1.000 Stück. Spulendurchmesser ist 330 mm ±2 mm.
• ESD-Warnung:Die Verpackung ist als enthaltend elektrostatisch empfindliche Bauteile (ESD) gekennzeichnet, was sichere Handhabungsverfahren erfordert.

8. Anwendungs- & Designempfehlungen

8.1 Treiberschaltungs-Design

LEDs sind strombetriebene Bauteile. Für zuverlässigen Betrieb und Helligkeitsgleichmäßigkeit, insbesondere beim Parallelschalten mehrerer LEDs, wird dringend empfohlen, einen strombegrenzenden Widerstand in Reihe mit jeder LED zu verwenden. Dies kompensiert die natürliche Variation der Durchlassspannung (VF) zwischen einzelnen Bauteilen, verhindert Stromübernahme und gewährleistet gleichmäßige Helligkeit.

8.2 Thermomanagement im Design

Angesichts der Verlustleistungsgrenze und des thermischen Deratings:

• Integrieren Sie die empfohlene thermische Anschlussfläche (P3) in das Leiterplattenlayout, verbinden Sie sie mit einer Kupferfläche oder einer dedizierten Wärmeabführungsstruktur mit Durchkontaktierungen, um Wärme abzuleiten.
• Für hochdichte Arrays oder Anwendungen mit hoher Umgebungstemperatur sollten zusätzliche Kühlmechanismen in Betracht gezogen werden.
• Überwachen Sie die Betriebssperrschichttemperatur, um sicherzustellen, dass sie für langfristige Zuverlässigkeit innerhalb sicherer Grenzen bleibt.

8.3 Optische Integration

Die integrierte Linse bietet einen Betrachtungswinkel von 70/45°. Designer sollten überprüfen, ob dieses Strahlprofil den Anforderungen der Anwendung an Lichtverteilung und Betrachtungskegel entspricht. Für sehr enge oder spezifische Muster können sekundäre Optiken weiterhin erforderlich sein.

9. Technischer Vergleich & Differenzierung

Im Vergleich zu Standard-SMD- oder PLCC-Gehäusen (Plastic Leaded Chip Carrier) bietet diese Oberflächenmontage-Lampe deutliche Vorteile:

• Integrierte optische Kontrolle:Das Gehäuse enthält eine Linse, die für ein spezifisches, kontrolliertes Abstrahlverhalten (enger Betrachtungswinkel) ausgelegt ist, was in vielen Schildanwendungen den Bedarf an zusätzlicher externer Optik reduziert oder eliminiert, was die Montage vereinfacht und die Kosten senkt.
• Hohe Helligkeit im SMD-Format:Sie liefert Lichtstärkeniveaus, die mit größeren oder diskreten LEDs assoziiert werden, in einem kompakten, automationsgerechten SMD-Gehäuse.
• Robustheit:Die Verwendung fortschrittlicher Epoxidharz-Materialien verbessert im Vergleich zu einigen Standard-SMD-Gehäusen die Beständigkeit gegen Feuchtigkeit und UV-Strahlung und erhöht die Eignung für Outdoor- oder raue Umgebungsanwendungen.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

10.1 Was ist der Unterschied zwischen dominanter Wellenlänge und Spitzenwellenlänge?

Spitzenwellenlänge (λP ~517nm) ist die einzelne Wellenlänge, bei der das Emissionsspektrum am stärksten ist. Dominante Wellenlänge (λd ~525nm) ist ein berechneter Wert, der von den Farbkoordinaten im CIE-Farbdiagramm abgeleitet wird; er repräsentiert die einzelne Wellenlänge, die die vom menschlichen Auge wahrgenommene Farbe des Lichts am besten beschreibt. Für grüne LEDs ist λd oft länger als λP.

10.2 Kann ich diese LED kontinuierlich mit 30mA betreiben?

Während der absolute Maximalwert für den DC-Durchlassstrom 30mA beträgt, erfordert ein Dauerbetrieb an dieser Grenze ein ausgezeichnetes thermisches Management, um die Sperrschichttemperatur innerhalb sicherer Grenzen zu halten, da die Verlustleistung nahe dem Maximum von 105mW liegen wird. Für zuverlässigen Langzeitbetrieb ist es ratsam, bei oder unterhalb der Prüfbedingung von 20mA zu betreiben, es sei denn, das thermische Design wurde gründlich validiert.

10.3 Warum wird für jede parallel geschaltete LED ein strombegrenzender Widerstand benötigt?

Die Durchlassspannung (VF) hat einen Bereich (2,5V bis 3,5V). Wenn mehrere LEDs direkt parallel an eine Spannungsquelle angeschlossen werden, zieht die LED mit der niedrigsten VF unverhältnismäßig mehr Strom, was möglicherweise ihre Nennwerte überschreitet und zum Ausfall führt, was eine Kettenreaktion verursacht. Ein Reihenwiderstand für jede LED hilft, den Strom durch Hinzufügen einer linearen Impedanz auszugleichen und sorgt für eine gleichmäßigere Stromaufteilung und Helligkeit.

11. Praktisches Design- & Anwendungsfallstudie

Szenario: Entwurf eines kompakten Verkehrsinformationsschildes.

1. Bauteilauswahl:Diese LED wird aufgrund ihrer hohen Helligkeit (um Sichtbarkeit bei Tageslicht zu gewährleisten), grünen Farbe (für \"freie Fahrt\" oder Informationsmeldungen) und des engen Betrachtungswinkels (um Licht auf Fahrer zu konzentrieren) ausgewählt. Das GY-Bin könnte für maximale Helligkeit ausgewählt werden.
2. Schaltungsdesign:Es wird eine Konstantstrom-Treiberschaltung entworfen. Jede LED in einer Reihe hat einen Reihenwiderstand, der basierend auf der Versorgungsspannung und der typischen VF (2,9V) beim gewünschten Betriebsstrom (z.B. 18mA für einen Spielraum unterhalb der 20mA-Prüfbedingung) berechnet wird.
3. Leiterplattenlayout:Das Leiterplatten-Footprint folgt dem empfohlenen Pad-Muster. Die thermische Anschlussfläche (P3) ist mit einer großen Kupferfläche auf der Platine verbunden, die über Wärmedurchkontaktierungen mit einer internen Masseebene verbunden ist, um als Wärmeverteiler zu dienen.
4. Bestückung:Die MSL3-Bewertung wird beachtet. Platinen werden unter Verwendung eines kontrollierten Reflow-Prozesses gemäß dem 260°C-Spitzenprofil bestückt. Geöffnete Spulen werden innerhalb der 168-Stunden-Bodenlebensdauer verwendet.
5. Ergebnis:Das Schild erreicht eine helle, gleichmäßige Ausleuchtung mit konsistenter Farbe über alle Nachrichtenelemente hinweg, zuverlässigen Betrieb über einen weiten Temperaturbereich und eine lange Lebensdauer aufgrund eines korrekten thermischen und elektrischen Designs.

12. Funktionsprinzip

Dieses Bauteil ist eine Leuchtdiode (LED). Es arbeitet nach dem Prinzip der Elektrolumineszenz in einem Halbleitermaterial. Wenn eine Durchlassspannung an den P-N-Übergang angelegt wird, rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich (bestehend aus InGaN für grünes Licht). Dieser Rekombinationsprozess setzt Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Zusammensetzung der Halbleiterschichten bestimmt die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts. Die integrierte Epoxidharzlinse formt und richtet dieses emittierte Licht dann in das gewünschte Strahlprofil.

13. Technologietrends

Das Oberflächenmontage-Lampenformat repräsentiert einen anhaltenden Trend in der LED-Gehäusetechnik:

• Erhöhte Integration:Übergang von einfachen Emittern zu Gehäusen, die optische Kontrolle (Linsen) integrieren, wie hier zu sehen, was die Systemkomplexität reduziert.
• Höhere Effizienz & Leuchtdichte:Kontinuierliche Verbesserungen in der Halbleiterepitaxie und Phosphortechnologie (für weiße LEDs) treiben höhere Lumen pro Watt und höhere Leuchtdichte (Helligkeit pro Flächeneinheit) aus kleineren Gehäusen an.
• Verbesserte Zuverlässigkeit:Die Entwicklung robusterer Vergussmaterialien (wie das erwähnte fortschrittliche Epoxidharz) verbessert die Beständigkeit gegen thermische Zyklen, Feuchtigkeit und UV-Strahlung und erweitert die Anwendungsumgebungen.
• Standardisierung für Automatisierung:Das SMT-Format ist dominant und begünstigt schnelle, automatisierte Pick-and-Place-Bestückung, was die Herstellungskosten senkt und die Konsistenz verbessert.