LTW-420DS4 Weiße LED Datenblatt - 5mm T-1 Gehäuse - 3,2V Durchlassspannung - 120mW Verlustleistung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTW-420DS4 ist eine weiße Leuchtdiode (LED), die für die Durchsteckmontage auf Leiterplatten (PCBs) konzipiert ist. Sie wird im gängigen T-1 (5mm) Durchmesser-Gehäuse mit wasserklarer Linse angeboten, was sie für eine Vielzahl von Anzeige- und Beleuchtungsanwendungen geeignet macht. Das Bauteil nutzt InGaN (Indiumgalliumnitrid)-Technologie zur Erzeugung von weißem Licht.

1.1 Kernvorteile

Die primären Vorteile dieser LED umfassen ihre Konformität mit der RoHS (Beschränkung gefährlicher Stoffe)-Richtlinie, was sie zu einem bleifreien Produkt macht. Sie bietet hohe Lichtausbeute bei relativ geringem Stromverbrauch und ist somit energieeffizient. Das Bauteil ist aufgrund seines geringen Strombedarfs für die Kompatibilität mit integrierten Schaltkreisen ausgelegt. Ihr Durchsteck-Design ermöglicht eine vielseitige Montage auf PCBs oder Panels und bietet mechanische Stabilität.

1.2 Zielmärkte und Anwendungen

Diese LED zielt auf verschiedene Elektroniksektoren ab. Wichtige Anwendungsbereiche sind Computer-Peripheriegeräte für Statusanzeigen, Kommunikationsgeräte, Unterhaltungselektronik, Haushaltsgeräte und industrielle Steuerungssysteme. Ihre Hauptfunktion ist es, in diesen Geräten als Statusanzeige oder als Quelle für schwache Beleuchtung zu dienen.

2. Vertiefung der technischen Parameter

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Analyse der wichtigsten elektrischen, optischen und thermischen Eigenschaften der LED, wie im Datenblatt definiert.

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Grenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Sie sind nicht für den Normalbetrieb vorgesehen.

• Verlustleistung (Pd):Maximal 120 mW. Dies ist die Gesamtleistung, die das LED-Gehäuse als Wärme abführen kann.
• DC-Durchlassstrom (IF):30 mA Dauerbetrieb. Das Überschreiten dieses Stroms erhöht das Risiko von thermischem Durchgehen und reduzierter Lebensdauer.
• Spitzen-Durchlassstrom:100 mA, jedoch nur unter gepulsten Bedingungen (Tastverhältnis ≤ 1/10, Pulsbreite ≤ 10ms). Dies ist nützlich für kurze, hochintensive Blitze.
• Betriebstemperaturbereich (TA):-30°C bis +85°C. Die LED funktioniert garantiert innerhalb dieses Umgebungstemperaturbereichs.
• Lagertemperaturbereich (Tstg):-40°C bis +100°C.
• Lötemperatur der Anschlüsse:260°C für maximal 5 Sekunden, gemessen 2,0mm vom LED-Körper entfernt. Dies ist entscheidend für die Prozesskontrolle bei der Montage.

2.2 Elektrische & Optische Kenngrößen (TA=25°C)

Dies sind die typischen Leistungsparameter unter Standard-Testbedingungen.

• Lichtstärke (Iv):Reicht von mindestens 1150 mcd bis typisch 2200 mcd und maximal 5500 mcd bei einem Durchlassstrom (IF) von 20 mA. Die tatsächliche Intensität wird sortiert (gebinned), und eine Toleranz von ±15% wird auf den garantierten Wert angewendet. Der Iv-Bin-Code ist auf der Verpackungstüte aufgedruckt.
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):45 Grad. Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte ihres Wertes in der Mitte (0 Grad) abfällt. Ein 45-Grad-Winkel bietet einen relativ breiten Strahl, der für allgemeine Anzeigen geeignet ist.
• Durchlassspannung (VF):Reicht von 2,8V (min) über 3,2V (typ) bis 3,8V (max) bei IF=20mA. Die Durchlassspannung wird ebenfalls sortiert, mit einer Messabweichung von ±0,1V.
• Sperrstrom (IR):Maximal 10 μA bei einer Sperrspannung (VR) von 5V. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass das Bauteilnichtfür den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt ist; dieser Parameter dient nur Testzwecken.
• Farbortkoordinaten (x, y):Typische Werte sind x=0,29, y=0,28 bei IF=20mA, abgeleitet vom CIE 1931-Farbtafeldiagramm. Der spezifische Farbton wird ebenfalls in definierte Bereiche auf diesem Diagramm sortiert.

2.3 Thermische Eigenschaften

Der Derating-Faktor für den DC-Durchlassstrom wird als linear ab 30°C mit einer Rate von 0,45 mA/°C angegeben. Das bedeutet, dass für jedes Grad Celsius, um das die Umgebungstemperatur über 30°C steigt, der maximal zulässige Dauer-Durchlassstrom um 0,45 mA reduziert werden muss, um das Überschreiten der maximalen Sperrschichttemperatur und der Verlustleistungsgrenzen zu verhindern. Beispielsweise würde bei einer Umgebungstemperatur von 70°C der maximale DC-Strom auf etwa 30 mA - (0,45 mA/°C * (70-30)°C) = 12 mA reduziert werden.

3. Erklärung des Binning-Systems

Die Schlüsselparameter der LED werden in Bins sortiert, um die Konsistenz innerhalb einer Produktionscharge sicherzustellen und es Entwicklern zu ermöglichen, Bauteile auszuwählen, die bestimmten Anforderungen entsprechen.

3.1 Lichtstärke (Iv) Binning

LEDs werden in drei Intensitäts-Bins klassifiziert: QR (1150-1900 mcd), ST (1900-3200 mcd) und UV (3200-5500 mcd). Auf die Bin-Grenzen wird eine Toleranz von ±15% angewendet.

3.2 Durchlassspannung (VF) Binning

Die Spannung wird in 0,2V-Schritten von 2,8V bis 3,8V sortiert, mit den Codes 2E bis 6E. Dies hilft bei der Entwicklung konsistenter Stromtreiberschaltungen, insbesondere wenn mehrere LEDs parallel geschaltet sind.

3.3 Farbton (Chromatizität) Binning

Der Weißpunkt wird gemäß den CIE 1931-Farbortkoordinaten sortiert. Das Datenblatt definiert acht primäre Farbton-Ränge (A1, A2, B1, B2, C1, C2, D1, D2), die jeweils einen spezifischen viereckigen Bereich auf dem Farbtafeldiagramm repräsentieren. Auf jede Koordinatengrenze dieser Bins wird eine Toleranz von ±0,01 angewendet. Dies gewährleistet Farbkonsistenz zwischen LEDs aus demselben Farbton-Bin.

4. Analyse der Kennlinien

Während der bereitgestellte Datenblattauszug typische Kurven erwähnt, würde eine Standardanalyse die folgenden Beziehungen abdecken, die für das Design entscheidend sind.

4.1 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kennlinie)

Eine LED ist eine Diode mit exponentieller I-V-Charakteristik. Die Kurve zeigt die Beziehung zwischen dem durch die LED fließenden Strom und der Spannung an ihr. Die "Kniespannung" liegt etwa bei der typischen VF (3,2V). Ein Betrieb deutlich über der Kniespannung führt zu einem schnellen Anstieg des Stroms, der durch einen externen strombegrenzenden Widerstand oder Konstantstromtreiber kontrolliert werden muss.

4.2 Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Diese Kurve zeigt typischerweise, dass die Lichtstärke mit dem Durchlassstrom zunimmt, jedoch nicht unbedingt in einer perfekt linearen Weise, insbesondere bei höheren Strömen, wo der Wirkungsgrad aufgrund von Erwärmung sinken kann. Die Iv-Bewertung im Datenblatt ist bei 20mA spezifiziert, was ein üblicher Arbeitspunkt ist.

4.3 Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur

Die Lichtleistung einer LED nimmt im Allgemeinen ab, wenn die Sperrschichttemperatur steigt. Das Verständnis dieses Deratings ist für Anwendungen in Hochtemperaturumgebungen unerlässlich, um sicherzustellen, dass ausreichende Helligkeit erhalten bleibt.

5. Mechanische & Gehäuseinformationen

5.1 Abmessungen

Die LED ist in einem T-1 (5mm) Radialgehäuse mit Anschlussdrähten. Der Körperdurchmesser beträgt etwa 5mm. Die Anschlüsse sind für die Durchsteckmontage ausgelegt. Das Halter-/Abstandsmaterial ist als schwarzer Nylonkunststoff spezifiziert, und die LED-Linse selbst ist weiß. Ein wichtiger mechanischer Hinweis ist, dass alle Abmessungen eine Toleranz von ±0,25mm haben, sofern nicht anders angegeben.

5.2 Polaritätskennzeichnung

Bei Durchsteck-LEDs wird die Polarität typischerweise durch die Anschlussdrahtlänge (der längere Anschluss ist die Anode, positiv) und/oder eine flache Stelle am Rand der Kunststofflinse (normalerweise neben der Kathode, negativ) angezeigt. Für die spezifische Kennzeichnung dieses Modells sollte das Datenblatt konsultiert werden.

6. Löt- & Montagerichtlinien

Sachgemäße Handhabung ist entscheidend, um Schäden zu vermeiden.

6.1 Anschlussdraht-Formgebung

Anschlussdrähte müssen an einer Stelle gebogen werden, die mindestens 3mm von der Basis der LED-Linse entfernt ist. Die Basis des Anschlussrahmens darf nicht als Drehpunkt verwendet werden. Das Biegen muss bei Raumtemperatur undvordem Lötprozess durchgeführt werden.

6.2 Lötprozess

Handlöten (Lötkolben):Maximale Temperatur 350°C für maximal 3 Sekunden pro Anschluss. Der Lötpunkt darf nicht näher als 2mm an der Basis der Epoxidharz-Linse/-Glühbirne liegen. Während die LED heiß ist, sollte kein Druck auf die Anschlussdrähte ausgeübt werden.
Wellenlöten:Empfohlene Bedingungen umfassen eine Vorwärmung von bis zu 100°C für maximal 60 Sekunden, eine Wellenlöttemperatur von maximal 260°C für maximal 5 Sekunden. Die Eintauchposition darf nicht niedriger als 2mm von der Basis der Epoxidharz-Glühbirne sein. Das Eintauchen der Linse in das Lot muss vermieden werden.
Wichtiger Hinweis:Infrarot (IR)-Reflow-Löten wird ausdrücklich alsnichtgeeignet für dieses Durchsteck-LED-Produkt angegeben. Übermäßige Temperatur oder Zeit kann die Linse verformen oder katastrophales Versagen verursachen.

6.3 Lagerung und Reinigung

Für die Lagerung sollte die Umgebung 30°C oder 70% relative Luftfeuchtigkeit nicht überschreiten. LEDs, die aus ihrer Originalverpackung entnommen wurden, sollten innerhalb von drei Monaten verwendet werden. Für eine längere Lagerung außerhalb der Originalverpackung wird ein versiegelter Behälter mit Trockenmittel oder eine Stickstoffatmosphäre empfohlen. Falls eine Reinigung erforderlich ist, sollten alkoholbasierte Lösungsmittel wie Isopropylalkohol verwendet werden.

7. Verpackungs- & Bestellinformationen

7.1 Verpackungsspezifikation

Die LEDs sind in Beuteln verpackt. Standardbeutelmengen sind 1000, 500, 200 oder 100 Stück. Zehn dieser Beutel werden in einen Innenkarton gelegt, insgesamt 10.000 Stück. Acht Innenkartons werden in einen äußeren Versandkarton verpackt, was insgesamt 80.000 Stück pro äußerem Karton ergibt. Das Datenblatt stellt fest, dass in jeder Versandcharge nur die letzte Packung eine nicht vollständige Packung sein darf.

7.2 Kennzeichnung und Identifikation

Der Lichtstärke (Iv)-Bin-Code ist auf jedem Verpackungsbeutel aufgedruckt, sodass Benutzer die Leistungsklasse des Inhalts identifizieren können.

8. Anwendungsempfehlungen

8.1 Typische Anwendungsschaltungen

Eine LED ist ein strombetriebenes Bauteil. Um eine gleichmäßige Helligkeit zu gewährleisten, wenn mehrere LEDs parallel geschaltet sind, wirddringend empfohleneinen individuellen strombegrenzenden Widerstand in Reihe mit jeder LED zu verwenden (Schaltung A im Datenblatt). Das direkte Parallelschalten von LEDs ohne individuelle Widerstände (Schaltung B) wird nicht empfohlen, da kleine Unterschiede in der Durchlassspannung (VF) zwischen den LEDs zu erheblichen Unterschieden in der Stromaufteilung und folglich der Helligkeit führen können. Der Widerstandswert kann mit dem Ohmschen Gesetz berechnet werden: R = (Vversorgung - VF) / IF, wobei VF die typische oder maximale Durchlassspannung aus dem Datenblatt ist und IF der gewünschte Betriebsstrom (z.B. 20mA).

8.2 Designüberlegungen

• Stromversorgung:Immer einen Strombegrenzungsmechanismus (Widerstand oder Treiber) verwenden.
• Thermisches Management:Einhaltung der Verlustleistungs- und Strom-Derating-Regeln, insbesondere bei hohen Umgebungstemperaturen oder in geschlossenen Räumen.
• Optisches Design:Der 45-Grad-Abstrahlwinkel ist für weite Betrachtungswinkel geeignet. Für fokussierteres Licht können externe Linsen oder Reflektoren erforderlich sein.
• PCB-Layout:Sicherstellen, dass der Lochabstand dem Anschlussdrahtabstand der LED entspricht. Ausreichenden Freiraum um den LED-Körper für den 3mm Biegeradius der Anschlussdrähte und den 2mm Lötfreiraum vorsehen.

9. Technischer Vergleich & Differenzierung

Im Vergleich zu älteren Technologien wie Glühlampen bietet diese LED eine weit überlegene Energieeffizienz, längere Lebensdauer und schnellere Schaltgeschwindigkeiten. Innerhalb des LED-Marktes sind ihre wichtigsten Unterscheidungsmerkmale ihre spezifische Kombination aus Gehäuse (5mm T-1 Durchsteckmontage), weißer Farbe, definierten Intensitäts- und Spannungs-Bins und einem 45-Grad-Abstrahlwinkel. Sie positioniert sich als Allzweck-Indikator-LED und nicht als Hochleistungs-Beleuchtungsquelle.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Kann ich diese LED direkt an einer 5V-Versorgung betreiben?
A: Nein. Sie müssen einen Vorwiderstand verwenden. Zum Beispiel, mit einer typischen VF von 3,2V und einem gewünschten IF von 20mA, wäre der Widerstandswert (5V - 3,2V) / 0,02A = 90 Ohm. Ein Standard-91- oder 100-Ohm-Widerstand wäre geeignet.

F: Was bedeutet die "±15% Toleranz" bei der Lichtstärke?
A: Es bedeutet, dass die tatsächlich gemessene Intensität einer LED aus einem bestimmten Bin (z.B. ST-Bin: 1900-3200 mcd) 15% höher oder niedriger als die nominalen Bin-Grenzen sein könnte. Dies ist eine Produktionsvariationszulage.

F: Warum ist das Biegen der Anschlussdrähte mindestens 3mm vom Körper so wichtig?
A: Das Biegen näher am Körper erzeugt übermäßige mechanische Belastung auf die internen Bonddrähte und die Epoxidharz-Verkapselung, was zu sofortigem Bruch oder latenten Ausfällen im Laufe der Zeit führen kann.

F: Kann ich diese LED für Außenanwendungen verwenden?
A: Das Datenblatt gibt an, dass sie für Innen- und Außenschilder geeignet ist. Für raue Außenumgebungen sind jedoch zusätzliche Designüberlegungen für Wasserdichtigkeit, UV-Beständigkeit der externen Materialien und breitere Temperaturzyklen erforderlich.

11. Praktisches Anwendungsbeispiel

Szenario: Entwurf eines Statusanzeigepanels für einen Netzwerkrouter.Das Panel benötigt 10 helle weiße LEDs, um Strom, Netzwerkaktivität und Portstatus anzuzeigen. Der Entwickler wählt die LTW-420DS4 aus dem UV-Intensitäts-Bin für hohe Sichtbarkeit. Auf der PCB ist eine 5V-Schiene verfügbar. Die Berechnung für den Vorwiderstand wird mit der maximalen VF (3,8V) durchgeführt, um sicherzustellen, dass der Strom selbst bei ungünstigsten Bauteilen 20mA nie überschreitet: R = (5V - 3,8V) / 0,02A = 60 Ohm. Ein 62-Ohm-, 1/4W-Widerstand wird für jede LED gewählt. Das PCB-Layout platziert die LEDs mit 2,54mm (0,1") Anschlussdrahtabstand, und die Löcher sind so positioniert, dass nach dem Einstecken ein 5mm Biegeradius für die Anschlussdrähte ermöglicht wird. Während der Montage wird ein Wellenlötprozess mit den spezifizierten Temperatur- und Zeitprofilen verwendet, wobei sichergestellt wird, dass die Lötwelle den LED-Körper nicht berührt.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Eine LED ist eine Halbleiter-p-n-Übergangsdiode. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, rekombinieren Elektronen aus dem n-Typ-Material mit Löchern aus dem p-Typ-Material innerhalb des aktiven Bereichs. Dieser Rekombinationsprozess setzt Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die Farbe (Wellenlänge) des emittierten Lichts wird durch die Bandlücke des Halbleitermaterials bestimmt. Weiße LEDs werden typischerweise durch Verwendung eines blauen InGaN-LED-Chips erzeugt, der mit einer Phosphorschicht beschichtet ist. Das blaue Licht des Chips regt den Phosphor an, der dann gelbes Licht emittiert. Die Kombination aus blauem und gelbem Licht wird vom menschlichen Auge als weiß wahrgenommen.

13. Technologietrends

Der allgemeine Trend in der LED-Technologie geht in Richtung höherer Effizienz (mehr Lumen pro Watt), höherer Leistungsdichte und besserer Farbwiedergabe. Für Indikator-LEDs wie die LTW-420DS4 umfassen die Trends Miniaturisierung (kleinere Gehäuse wie 0402 oder 0201 SMD-Bauteile), Integration von strombegrenzenden Widerständen innerhalb des Gehäuses und die Entwicklung von LEDs mit breiteren Abstrahlwinkeln oder spezifischen Strahlprofilen. Die zugrunde liegende Materialwissenschaft verbessert sich weiterhin, was zu konsistenteren Farbpunkten und längeren Betriebslebensdauern führt. Der Schritt in Richtung RoHS und anderer Umweltkonformitätsstandards ist mittlerweile eine Grundvoraussetzung für elektronische Bauteile.