LTST-C170KRKT Rote SMD LED Datenblatt - Ultrahelle AlInGaP LED - 20mA - 2,4V - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt im Detail die Spezifikationen einer hochleistungsfähigen, oberflächenmontierbaren LED, die eine fortschrittliche AlInGaP-Chip-Technologie (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) nutzt. Die primäre Anwendung liegt in elektronischen Geräten, die eine zuverlässige, helle rote Anzeigelichtquelle benötigen. Ihre Kernvorteile umfassen die Einhaltung von Umweltvorschriften, hohe Lichtstärke und Kompatibilität mit modernen automatisierten Bestückungs- und Lötprozessen.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Die Bauteile sind für den Betrieb innerhalb strenger Umgebungs- und elektrischer Grenzwerte ausgelegt, um langfristige Zuverlässigkeit zu gewährleisten. Der maximal zulässige Dauerstrom beträgt 30 mA bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C. Oberhalb von 50°C muss der zulässige Gleichstrom linear mit einer Rate von 0,4 mA pro Grad Celsius Temperaturerhöhung reduziert werden. Die maximale Verlustleistung beträgt 75 mW. Das Bauteil hält eine Sperrspannung von bis zu 5 V aus. Der Betriebs- und Lagertemperaturbereich ist mit -55°C bis +85°C spezifiziert, was es für eine Vielzahl von Umgebungen geeignet macht.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Die wichtigsten Leistungskennwerte werden unter Standardtestbedingungen von Ta=25°C und einem Durchlassstrom (IF) von 20 mA gemessen. Die Lichtstärke (Iv) hat einen typischen Wert von 54,0 Millicandela (mcd), mit einem spezifizierten Mindestwert von 18,0 mcd. Der Abstrahlwinkel (2θ1/2), definiert als der volle Winkel, bei dem die Intensität auf die Hälfte ihres Achsenwertes abfällt, beträgt 130 Grad und bietet ein breites Beleuchtungsfeld. Die dominante Wellenlänge (λd), die die wahrgenommene Farbe definiert, beträgt 631 nm und ordnet sie dem roten Spektrum zu. Die Durchlassspannung (Vf) beträgt typischerweise 2,4 V mit einem Maximum von 2,4 V bei 20 mA. Der Sperrstrom (Ir) ist auf maximal 10 μA bei voller Sperrspannung von 5 V begrenzt.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um Konsistenz in Anwendungen zu gewährleisten, wird die Lichtausbeute dieser LEDs in spezifische Intensitätsklassen sortiert. Das Binning basiert auf der gemessenen Lichtstärke bei 20 mA. Die verfügbaren Bincodes sind: M (18,0-28,0 mcd), N (28,0-45,0 mcd), P (45,0-71,0 mcd), Q (71,0-112,0 mcd) und R (112,0-180,0 mcd). Auf jede Intensitätsklasse wird eine Toleranz von +/-15% angewendet. Dieses System ermöglicht es Konstrukteuren, Bauteile auszuwählen, die die präzisen Helligkeitsanforderungen ihrer Anwendung erfüllen, und gewährleistet so visuelle Gleichmäßigkeit in Produkten, die mehrere LEDs verwenden.

4. Analyse der Leistungskurven

Während spezifische grafische Daten im Datenblatt referenziert werden (z.B. Abb.1 für die spektrale Emission, Abb.6 für den Abstrahlwinkel), erlauben die bereitgestellten Tabellendaten eine kritische Analyse. Die Beziehung zwischen Durchlassstrom und Lichtstärke ist für AlInGaP-LEDs typischerweise superlinear, was bedeutet, dass die Helligkeit bis zu einem gewissen Punkt überproportional mit dem Strom ansteigt. Die Durchlassspannung zeigt eine logarithmische Beziehung zum Strom. Die spektrale Halbwertsbreite von 20 nm weist auf eine relativ reine, gesättigte rote Farbe hin. Die Leistung variiert mit der Umgebungstemperatur; die Lichtstärke nimmt im Allgemeinen mit steigender Temperatur ab, während die Durchlassspannung leicht sinkt.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

Die LED ist in einem standardmäßigen, EIA-kompatiblen Oberflächenmontagegehäuse untergebracht. Detaillierte Maßzeichnungen spezifizieren die exakte Länge, Breite, Höhe und die Anschlusslagen. Die Linse ist wasserklar, was die Lichtausbeute durch Minimierung der internen Absorption maximiert. Das Bauteil wird auf 8 mm breitem Band geliefert, das auf 7-Zoll-Spulen aufgewickelt ist, was dem Standard für automatisierte Bestückungsgeräte entspricht. Die Band- und Spulenspezifikationen entsprechen ANSI/EIA 481-1-A-1994 und gewährleisten so Kompatibilität mit industrieüblichen Zuführsystemen.

6. Löt- und Bestückungsrichtlinien

6.1 Reflow-Löten

Das Bauteil ist sowohl mit Infrarot- (IR) als auch mit Dampfphasen-Reflow-Lötprozessen kompatibel, die für die Leiterplattenbestückung in großen Stückzahlen wesentlich sind. Ein empfohlenes Reflow-Profil für bleifreies Löten wird bereitgestellt. Zu den Schlüsselparametern gehören eine Aufwärmzone bis 150-200°C, eine maximale Bauteiltemperatur von nicht mehr als 260°C und eine Zeit oberhalb von 260°C, die auf maximal 10 Sekunden begrenzt ist. Die LED kann diesen Reflow-Zyklus maximal zweimal überstehen.

6.2 Manuelles Löten & Lagerung

Falls manuelles Löten mit einem Lötkolben notwendig ist, darf die Spitzentemperatur 300°C nicht überschreiten, und die Kontaktzeit sollte auf 3 Sekunden pro Lötpad, und das nur einmalig, begrenzt werden. Zur Lagerung sollten LEDs in einer Umgebung von maximal 30°C und 70% relativer Luftfeuchtigkeit aufbewahrt werden. Bauteile, die aus ihrer ursprünglichen feuchtigkeitssperrenden Verpackung entnommen wurden, sollten innerhalb von 672 Stunden (28 Tagen) reflow-gelötet werden. Wird diese Zeit überschritten, wird vor der Bestückung ein Trocknungsprozess bei etwa 60°C für 24 Stunden empfohlen, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und "Popcorning" während des Reflow-Lötens zu verhindern.

6.3 Reinigung

Falls eine Nachlötreinigung erforderlich ist, sollten nur spezifizierte alkoholbasierte Lösungsmittel wie Ethylalkohol oder Isopropylalkohol verwendet werden. Die LED sollte bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute eingetaucht werden. Die Verwendung nicht spezifizierter chemischer Reiniger kann das Kunststoffgehäusematerial beschädigen.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

Die Standardverpackung ist eine 7-Zoll-Spule mit 3000 Stück. Für Mengen unter einer vollen Spule ist eine Mindestpackung von 500 Stück für Restmengen erhältlich. Das Bandsystem stellt sicher, dass die Bauteile korrekt ausgerichtet und beabstandet sind. Die Verpackungsspezifikationen vermerken, dass leere Taschen im Trägerband mit Deckband versiegelt sind und maximal zwei aufeinanderfolgende fehlende Bauteile zulässig sind, was Standardqualitätszusicherungen für die automatisierte Handhabung sind.

8. Anwendungsempfehlungen

8.1 Treiberschaltungs-Design

LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Um gleichmäßige Helligkeit beim parallelen Betrieb mehrerer LEDs zu gewährleisten, wird dringend empfohlen, einen individuellen strombegrenzenden Widerstand in Reihe mit jeder LED zu verwenden (Schaltungsmodell A). Der direkte Parallelbetrieb von LEDs ohne individuelle Widerstände (Schaltungsmodell B) wird nicht empfohlen, da geringe Schwankungen in der Durchlassspannung (Vf) von LED zu LED zu erheblichen Unterschieden in der Stromaufteilung und folglich der Helligkeit führen können.

8.2 Elektrostatische Entladung (ESD) Schutz

Diese Komponente ist empfindlich gegenüber elektrostatischer Entladung. Während der Handhabung und Bestückung müssen geeignete ESD-Schutzmaßnahmen umgesetzt werden. Dazu gehören die Verwendung von geerdeten Handgelenkbändern und Arbeitsflächen, antistatischen Handschuhen und Ionisatoren, um statische Aufladungen zu neutralisieren, die sich auf der Kunststofflinse ansammeln können. ESD-Schäden können sich als hoher Sperrstrom, ungewöhnlich niedrige Durchlassspannung oder Ausfall bei niedrigen Strömen äußern. Ein einfacher Test auf ESD-Schäden besteht darin, die Leuchtfunktion und eine Durchlassspannung von mehr als 1,4V bei einem sehr niedrigen Teststrom von 0,1mA zu prüfen.

8.3 Anwendungsbereich und Vorsichtsmaßnahmen

Diese LED ist für den Einsatz in gewöhnlichen elektronischen Geräten wie Bürogeräten, Kommunikationsgeräten und Haushaltsgeräten vorgesehen. Sie ist nicht für sicherheitskritische Anwendungen ausgelegt oder qualifiziert, bei denen ein Ausfall Leben oder Gesundheit gefährden könnte (z.B. Luftfahrt, medizinische Lebenserhaltungssysteme, Verkehrssicherheitssysteme). Für solche Anwendungen müssen Bauteile mit entsprechenden Zuverlässigkeitsqualifikationen beschafft werden.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die Verwendung von AlInGaP-Halbleitermaterial ist ein wesentliches Unterscheidungsmerkmal. Im Vergleich zu älteren Technologien wie Standard-GaP bieten AlInGaP-LEDs eine deutlich höhere Lichtausbeute, was zu einer viel helleren Leuchtkraft bei gleichem Betriebsstrom führt. Der 130-Grad-weite Abstrahlwinkel ist vorteilhaft für Anwendungen, die eine breite Sichtbarkeit erfordern. Die Kompatibilität mit hochtemperaturfesten, bleifreien Reflow-Profilen macht sie zu einer modernen Komponente, die für RoHS-konforme Fertigungslinien geeignet ist. Die definierte Binning-Struktur bietet ein Maß an Helligkeitskonsistenz, das für Multi-LED-Anzeigen und Bedienfelder entscheidend ist.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Was ist der Unterschied zwischen Spitzenwellenlänge und dominanter Wellenlänge?

A: Die Spitzenwellenlänge (λP) ist die einzelne Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsabgabe am höchsten ist (typisch 639 nm). Die dominante Wellenlänge (λd) wird aus dem CIE-Farbdiagramm abgeleitet und repräsentiert die einzelne Wellenlänge, die der wahrgenommenen Farbe des Lichts am besten entspricht (631 nm). Die dominante Wellenlänge ist für die Farbangabe relevanter.

F: Kann ich diese LED mit ihrem maximalen Dauerstrom von 30mA kontinuierlich betreiben?

A: Ja, aber nur, wenn die Umgebungstemperatur bei oder unter 25°C liegt. Bei höheren Umgebungstemperaturen muss der Strom gemäß dem Reduktionsfaktor von 0,4 mA/°C oberhalb von 50°C reduziert werden, um zu vermeiden, dass die maximale Sperrschichttemperatur überschritten und die Zuverlässigkeit beeinträchtigt wird.

F: Warum wird für jede parallel geschaltete LED ein individueller Reihenwiderstand empfohlen?

A: Die Durchlassspannung (Vf) von LEDs unterliegt einer Fertigungstoleranz. Ohne individuelle Widerstände ziehen LEDs mit einer etwas niedrigeren Vf unverhältnismäßig mehr Strom, werden heller und können überhitzen, während solche mit einer höheren Vf dunkler bleiben. Der Widerstand fungiert als einfacher Stromregler für jede einzelne LED.

11. Praktische Design- und Anwendungsbeispiele

Beispiel 1: Statusanzeigefeld:Ein Bedienfeld benötigt zehn gleichmäßig helle rote Statusanzeigen. Der Konstrukteur wählt LEDs aus derselben Intensitätsklasse (z.B. Bin P), um visuelle Konsistenz zu gewährleisten. Jede LED wird über einen Reihenwiderstand von einer 5V-Versorgung gespeist. Der Widerstandswert wird berechnet als R = (Vversorgung - Vf_LED) / I_LED. Unter Verwendung eines typischen Vf von 2,4V und eines Zielstroms von 20mA ergibt sich R = (5 - 2,4) / 0,02 = 130 Ohm. Für jede LED würde unabhängig ein Standard-130Ω- oder 150Ω-Widerstand verwendet werden.

Beispiel 2: Hochtemperaturumgebung:Eine LED wird in einem Gehäuse benötigt, wo die lokale Umgebungstemperatur in der Nähe der Leiterplatte mit 70°C gemessen wird. Der maximal zulässige Dauerstrom muss reduziert werden. Die Reduktion beginnt bei 50°C. Der Temperaturanstieg über 50°C beträgt 70°C - 50°C = 20°C. Stromreduktion = 20°C * 0,4 mA/°C = 8 mA. Daher beträgt der maximal sichere Dauerstrom bei 70°C Umgebungstemperatur 30 mA - 8 mA = 22 mA. Die Treiberschaltung sollte so ausgelegt sein, dass dieser Strom nicht überschritten wird.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Die Lichtemission in dieser LED basiert auf dem Prinzip der Elektrolumineszenz in einem Halbleiter-p-n-Übergang aus AlInGaP-Materialien. Wird eine Durchlassspannung angelegt, injizieren Elektronen aus dem n-dotierten Bereich und Löcher aus dem p-dotierten Bereich in den aktiven Bereich, wo sie rekombinieren. Die bei dieser Rekombination freigesetzte Energie wird in Form von Photonen (Licht) emittiert. Die spezifische Zusammensetzung von Aluminium, Indium, Gallium und Phosphid im Kristallgitter bestimmt die Bandlückenenergie, die direkt die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts definiert – in diesem Fall rot. Die wasserklare Epoxidharzlinse verkapselt den Chip, bietet mechanischen Schutz und formt das Lichtaustrittsprofil.

13. Technologietrends und Kontext

Die AlInGaP-Technologie stellt eine ausgereifte und hocheffiziente Lösung für rote, orange und gelbe LEDs dar. Ihre Entwicklung war ein bedeutender Fortschritt gegenüber früheren Technologien und bot eine deutlich verbesserte Helligkeit und Effizienz. Aktuelle Trends bei Anzeige-LEDs konzentrieren sich auf eine weitere Steigerung der Effizienz (Lumen pro Watt), was einen geringeren Stromverbrauch und reduzierte Wärmeentwicklung ermöglicht. Es gibt auch einen Trend zur Miniaturisierung von Gehäusen bei gleichbleibender oder steigender Lichtleistung. Darüber hinaus betont die Industrie weiterhin die Kompatibilität mit anspruchsvollen Bestückungsprozessen (wie Hochtemperatur-bleifreies Reflow-Löten) und strengen Zuverlässigkeitsanforderungen für Automobil- und Industrieanwendungen, Bereiche, in denen Komponenten wie diese häufig eingesetzt werden.