LTST-C281KSKT Gelbe SMD LED Datenblatt - 0,35mm Bauhöhe - 2,4V typ. - 75mW - Technische Dokumentation

1. Produktübersicht

Die LTST-C281KSKT ist eine ultraflache, oberflächenmontierbare Chip-LED für moderne Elektronikanwendungen, die eine minimale Bauhöhe erfordern. Dieses Bauteil nutzt einen AlInGaP-Halbleiterwerkstoff (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid), um ein helles gelbes Licht zu erzeugen. Die primären Designziele sind Kompatibilität mit automatisierten Bestückungsprozessen, Einhaltung von Umweltvorschriften und zuverlässige Leistung in kompakter Bauform.

Der Kernvorteil dieser LED liegt in ihrer außergewöhnlich geringen Bauhöhe von 0,35mm, was sie für Anwendungen geeignet macht, bei denen Platzbeschränkungen kritisch sind, wie z.B. in ultraflachen Displays, der Hintergrundbeleuchtung für schlanke Konsumelektronik und Statusleuchten auf dicht bestückten Leiterplatten. Sie ist auf 8mm-Band verpackt und wird auf Rollen mit 7 Zoll (178mm) Durchmesser geliefert, was eine Hochgeschwindigkeits-Bestückung ermöglicht.

2. Detaillierte Technische Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Die Betriebsgrenzen des Bauteils sind bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C definiert. Das Überschreiten dieser Werte kann zu dauerhaften Schäden führen.

• Verlustleistung (Pd):75 mW. Dies ist die maximale Leistung, die die LED als Wärme abführen kann, ohne sich zu verschlechtern.
• Spitzen-Durchlassstrom (I_F(PEAK)):80 mA. Dies ist nur unter gepulsten Bedingungen zulässig (1/10 Tastverhältnis, 0,1ms Pulsbreite), um Überhitzung zu vermeiden.
• Dauer-Durchlassstrom (I_F):30 mA DC. Dies ist der maximal empfohlene Strom für Dauerbetrieb.
• Sperrspannung (V_R):5 V. Das Anlegen einer Sperrspannung über diesem Grenzwert kann den PN-Übergang der LED zerstören.
• Betriebstemperaturbereich:-30°C bis +85°C. Das Bauteil funktioniert garantiert innerhalb dieses Umgebungstemperaturbereichs.
• Lagertemperaturbereich:-40°C bis +85°C.
• Infrarot-Reflow-Lötbedingung:Hält einer Spitzentemperatur von 260°C für maximal 10 Sekunden stand, kompatibel mit standardmäßigen bleifreien Lötprozessen.

2.2 Elektro-optische Kenngrößen

Wichtige Leistungsparameter werden bei Ta=25°C und einem Standard-Prüfstrom von I_F= 20mA gemessen.

• Lichtstärke (I_V):Reicht von mindestens 28,0 mcd bis maximal 180,0 mcd. Der typische Wert liegt innerhalb dieses breiten Binning-Bereichs (siehe Abschnitt 3). Die Messung erfolgt mit einem Sensor, der auf die CIE-Photopische Augenempfindlichkeitskurve gefiltert ist.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):130 Grad. Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte des auf der Achse gemessenen Wertes abfällt. Er zeigt ein breites, diffuses Lichtabstrahlmuster an, das für Flächenbeleuchtung oder Weitwinkel-Indikatoren geeignet ist.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_P):588 nm. Dies ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsverteilung ihr Maximum erreicht.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):587 nm bis 597 nm. Dies ist die einzelne Wellenlänge, die vom menschlichen Auge wahrgenommen wird und die Farbe (Gelb) der LED definiert, abgeleitet aus dem CIE-Farbdiagramm.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):15 nm. Dieser Parameter beschreibt die spektrale Reinheit oder Bandbreite des emittierten Lichts, gemessen bei halber Maximalintensität.
• Durchlassspannung (V_F):Der typische Wert beträgt 2,4V, mit einem Bereich von 2,0V bis zum spezifizierten Maximum. Dies ist der Spannungsabfall über der LED bei einem Strom von 20mA.
• Sperrstrom (I_R):Maximal 10 μA bei einer Sperrvorspannung von 5V.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um Farb- und Helligkeitskonsistenz in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs anhand wichtiger Parameter in Bins sortiert. Die LTST-C281KSKT verwendet ein Drei-Code-Binning-System (z.B. D4-P-K).

3.1 Binning der Durchlassspannung

Bins stellen sicher, dass LEDs in einer Schaltung ähnliche Spannungsabfälle haben und verhindern so Stromungleichgewichte in Parallelschaltungen.

• Bin D2: V_F= 1,80V - 2,00V @20mA
• Bin D3: V_F= 2,00V - 2,20V @20mA
• Bin D4: V_F= 2,20V - 2,40V @20mA
• Toleranz pro Bin: ±0,1V

3.2 Binning der Lichtstärke

Dies gruppiert LEDs nach ihrer Lichtausgangsleistung (Helligkeit).

• Bin N: I_V= 28,0 mcd - 45,0 mcd @20mA
• Bin P: I_V= 45,0 mcd - 71,0 mcd @20mA
• Bin Q: I_V= 71,0 mcd - 112,0 mcd @20mA
• Bin R: I_V= 112,0 mcd - 180,0 mcd @20mA
• Toleranz pro Bin: ±15%

3.3 Binning der dominanten Wellenlänge

Kritisch für farbgenaue Anwendungen, definiert dies den präzisen Gelbton.

• Bin J: λ_d= 587,00 nm - 589,50 nm @20mA
• Bin K: λ_d= 589,50 nm - 592,00 nm @20mA
• Bin L: λ_d= 592,00 nm - 594,50 nm @20mA
• Bin M: λ_d= 594,50 nm - 597,00 nm @20mA
• Toleranz pro Bin: ±1 nm

4. Analyse der Kennlinien

Während spezifische grafische Kurven im Datenblatt referenziert werden (Abb.1, Abb.6), sind ihre Implikationen für AlInGaP-LEDs standardmäßig.

• I-V (Strom-Spannungs-) Kurve:Zeigt die typische exponentielle Beziehung einer Diode. Die Durchlassspannung zeigt einen positiven Temperaturkoeffizienten, was bedeutet, dass V_Fbei gegebenem Strom leicht abnimmt, wenn die Sperrschichttemperatur steigt.
• Lichtstärke vs. Durchlassstrom:Die Intensität ist im normalen Betriebsbereich (bis 30mA) annähernd proportional zum Durchlassstrom. Ein Betrieb darüber hinaus führt aufgrund von Effizienzabfall und verstärkten thermischen Effekten zu sublinearen Anstiegen.
• Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Die Lichtausbeute von AlInGaP-LEDs nimmt im Allgemeinen ab, wenn die Umgebungs- (und Sperrschicht-) Temperatur steigt. Diese thermische Derating muss in Hochtemperaturumgebungen berücksichtigt werden.
• Spektrale Verteilung:Das Emissionsspektrum ist um 588nm (gelb) zentriert mit einer relativ schmalen Halbwertsbreite von 15nm, was auf eine gute Farbsättigung hinweist.
• Abstrahlwinkel-Muster:Der 130-Grad-Abstrahlwinkel deutet auf ein nahezu lambertisches Abstrahlmuster hin, bei dem die Intensität in etwa kosinusabhängig vom Betrachtungswinkel außerhalb der Achse ist.

5. Mechanische und Verpackungsinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen und Polarität

Das Bauteil entspricht einem EIA-Standard-Gehäuseumriss. Wichtige Abmessungsmerkmale sind die Gesamthöhe von 0,35mm. Das Gehäuse enthält eine wasserklare Linse. Die Polarität ist durch eine Kathodenmarkierung angezeigt, typischerweise eine Kerbe, einen grünen Punkt oder einen anderen visuellen Indikator auf dem Gehäuse oder dem Band. Die genaue Markierung sollte der Gehäusezeichnung entnommen werden.

5.2 Empfohlene Lötflächengeometrie

Eine Lötflächengeometrie (Footprint) wird bereitgestellt, um zuverlässige Lötstellenbildung während des Reflow-Prozesses zu gewährleisten. Diese Geometrie ist so ausgelegt, dass sie eine ordnungsgemäße Benetzung der Lötstelle, die Selbstausrichtung des Bauteils während des Reflow und die langfristige mechanische Zuverlässigkeit erleichtert. Die Einhaltung dieser empfohlenen Geometrie ist entscheidend, um "Tombstoning" oder schlechte Lötverbindungen zu verhindern.

5.3 Spezifikationen für Band und Rolle

Die LEDs werden in geprägter Trägerband mit einem Schutzdeckband geliefert, aufgewickelt auf Rollen mit 7 Zoll (178mm) Durchmesser.

• Taschenabstand:8mm (Standard für viele kleine SMD-Bauteile).
• Stückzahl pro Rolle:5000 Stück.
• Mindestbestellmenge (MOQ) für Restposten:500 Stück.
• Fehlende Bauteile:Maximal zwei aufeinanderfolgende leere Taschen sind zulässig.
• Standard:Die Verpackung entspricht den ANSI/EIA-481-Spezifikationen.

6. Richtlinien für Lötung und Bestückung

6.1 Reflow-Lötprofil

Ein vorgeschlagenes Infrarot (IR) Reflow-Profil für bleifreie Lötprozesse wird bereitgestellt. Wichtige Parameter sind:

• Vorwärmen:150°C bis 200°C.
• Vorwärmzeit:Maximal 120 Sekunden, um gleichmäßiges Aufheizen und Lösungsmittelverdunstung aus der Lötpaste zu ermöglichen.
• Spitzentemperatur:Maximal 260°C.
• Zeit über Liquidus (TAL):Die Dauer innerhalb von 5°C der Spitzentemperatur sollte auf maximal 10 Sekunden begrenzt sein. Das Bauteil hält diese Spitzentemperatur für maximal zwei Reflow-Zyklen aus.

Das Profil basiert auf JEDEC-Standards. Ingenieure müssen das Profil für ihr spezifisches Leiterplattendesign, ihre Lötpaste und ihren Ofen charakterisieren, um zuverlässige Lötstellen zu erzeugen.

6.2 Handlötung

Falls manuelles Löten notwendig ist, ist äußerste Vorsicht geboten:

• Lötkolbentemperatur:Maximal 300°C.
• Lötzeit:Maximal 3 Sekunden pro Anschluss.
• Begrenzung:Nur ein Handlötzyklus ist erlaubt, um thermische Schäden am Kunststoffgehäuse und am Halbleiterchip zu vermeiden.

6.3 Reinigung

Eine Reinigung ist nach dem Reflow mit no-clean Lötpaste im Allgemeinen nicht erforderlich. Falls Reinigung notwendig ist (z.B. nach Handlötung mit Flussmittel):

• Empfohlene Lösungsmittel:Verwenden Sie nur alkoholbasierte Reiniger wie Ethylalkohol oder Isopropylalkohol (IPA).
• Prozess:Tauchen Sie die LED bei normaler Raumtemperatur für weniger als eine Minute ein. Sanfte Bewegung kann verwendet werden.
• Vermeiden:Verwenden Sie keine nicht spezifizierten chemischen Flüssigkeiten, Ultraschallreinigung (kann mechanische Spannungen verursachen) oder aggressive Lösungsmittel, die die Epoxidlinse oder Gehäusemarkierungen beschädigen könnten.

7. Lagerung und Handhabung

7.1 Feuchtigkeitsempfindlichkeit

Das LED-Gehäuse ist feuchtigkeitsempfindlich. Die Einhaltung der Lagerbedingungen ist entscheidend, um "Popcorning" (Gehäuserissbildung) während des Reflow aufgrund der schnellen Verdampfung aufgenommener Feuchtigkeit zu verhindern.

• Verschweißter Beutel (Originalverpackung):Lagern bei ≤30°C und ≤90% relativer Luftfeuchtigkeit (RL). Die Haltbarkeit beträgt ein Jahr bei Lagerung im feuchtigkeitsgeschützten Beutel mit Trockenmittel.
• Nach dem Öffnen des Beutels:Die Expositionszeit außerhalb des Beutels ist begrenzt. Die empfohlene "Floor Life" vor dem Reflow beträgt 672 Stunden (28 Tage) bei Lagerung bei ≤30°C und ≤60% RL.
• Verlängerte Lagerung (geöffnet):Für Lagerung über 672 Stunden hinaus, legen Sie die Bauteile in einen verschlossenen Behälter mit Trockenmittel oder in einen Stickstoff-Exsikkator.
• Nachbacken:Bauteile, die länger als 672 Stunden exponiert waren, müssen vor dem Löten bei etwa 60°C für mindestens 20 Stunden gebacken werden, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen.

7.2 Schutz vor elektrostatischer Entladung (ESD)

LEDs sind anfällig für Schäden durch elektrostatische Entladung. Vorsichtsmaßnahmen müssen in allen Handhabungs- und Bestückungsphasen getroffen werden.

• Bedienpersonal sollte ein geerdetes Handgelenkband oder antistatische Handschuhe tragen.
• Alle Arbeitsplätze, Werkzeuge und Geräte müssen ordnungsgemäß geerdet sein.
• Verwenden Sie leitfähige oder ableitende Matten auf Arbeitsflächen.
• Transportieren und lagern Sie Bauteile in ESD-geschützter Verpackung.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

• Statusanzeigen:Strom-, Verbindungs- und Funktionsstatusleuchten in Konsumelektronik (Router, Set-Top-Boxen, Smart-Home-Geräte), Bürogeräten und Industrie-Steuerpaneelen.
• Hintergrundbeleuchtung:Kanten- oder Direkthintergrundbeleuchtung für LCD-Displays in dünnen Geräten, Tastaturbeleuchtung und Symbol-Hintergrundbeleuchtung, wo die Höhe begrenzt ist.
• Automobil-Innenraumbeleuchtung:Armaturenbrett-Indikatoren, Schalterbeleuchtung und Ambientebeleuchtung (vorbehaltlich der Überprüfung spezifischer Automotive-Anforderungen).
• Tragbare und Wearable-Geräte:Batterieladezustandsanzeigen, Benachrichtigungsleuchten in Smartphones, Tablets und Fitness-Trackern, die von der ultraflachen Bauhöhe profitieren.

8.2 Designüberlegungen

• Strombegrenzung:Verwenden Sie immer einen Reihen-Strombegrenzungswiderstand oder eine Konstantstromquelle. Berechnen Sie den Widerstandswert mit R = (V_Versorgung- V_F) / I_F. Schließen Sie die LED nicht direkt an eine Spannungsquelle an.
• Thermisches Management:Obwohl die Verlustleistung gering ist, stellen Sie ausreichende Leiterplatten-Kupferfläche oder Wärmeleitungen unter den Lötflächen sicher, um Wärme abzuleiten, insbesondere bei Betrieb nahe dem Maximalstrom oder in hohen Umgebungstemperaturen. Dies erhält die Lichtausbeute und Lebensdauer.
• Parallelschaltungen:Vermeiden Sie das direkte Parallelschalten mehrerer LEDs an eine einzelne Spannungsquelle. Geringe Variationen in V_Fkönnen zu erheblichen Stromungleichgewichten führen, wobei eine LED den Großteil des Stroms aufnimmt. Verwenden Sie separate Strombegrenzungswiderstände für jede LED oder eine Konstantstromquelle mit mehreren Kanälen.
• Optisches Design:Der breite 130-Grad-Abstrahlwinkel bietet gute Sichtbarkeit außerhalb der Achse. Für fokussiertes Licht können externe Linsen oder Lichtleiter erforderlich sein.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die LTST-C281KSKT bietet spezifische Vorteile in ihrer Klasse:

• vs. Standarddicke LEDs (0,6mm+):Der primäre Unterscheidungsfaktor ist die 0,35mm Bauhöhe, die ein Design in platzbeschränkten Anwendungen ermöglicht, wo traditionelle LEDs nicht passen.
• vs. Andere Gelb-LED-Technologien:Die Verwendung von AlInGaP-Halbleitermaterial bietet im Vergleich zu älteren Technologien wie GaAsP eine höhere Lichtausbeute (mehr Licht pro elektrischer Leistungseinheit), bessere Temperaturstabilität und überlegene Farbreinheit (schmäleres Spektrum).
• vs. Nicht auf Rolle verpackte LEDs:Die 8mm-Band-auf-Rolle-Verpackung ist ein bedeutender Vorteil für die Massenproduktion, gewährleistet Kompatibilität mit Hochgeschwindigkeits-Bestückungsautomaten und reduziert Bestückungszeit und -kosten.
• Konformität:Sie erfüllt die RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe) und ist als "Green Product" klassifiziert, was eine zwingende Voraussetzung für Elektronik in vielen globalen Märkten ist.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

10.1 Was ist der Unterschied zwischen Spitzenwellenlänge und dominanter Wellenlänge?

Spitzenwellenlänge (λ_P):Die physikalische Wellenlänge, bei der die LED die meiste optische Leistung emittiert. Sie wird direkt aus dem Spektrum gemessen.

Dominante Wellenlänge (λ_d):Ein berechneter Wert basierend auf der menschlichen Farbwahrnehmung (CIE-Diagramm). Es ist die einzelne Wellenlänge von monochromatischem Licht, die die gleiche Farbe wie das breitbandige Ausgangssignal der LED zu haben scheint. Für Farbdefinition und -abgleich ist die dominante Wellenlänge der relevantere Parameter.

10.2 Kann ich diese LED dauerhaft mit 30mA betreiben?

Ja, 30mA ist der maximal spezifizierte DC-Durchlassstrom. Für optimale Lebensdauer und um reale Bedingungen wie erhöhte Umgebungstemperatur zu berücksichtigen, ist es jedoch eine gute Ingenieurspraxis, diesen Wert zu deraten. Ein Betrieb bei 20mA (der Standard-Prüfbedingung) oder niedriger verlängert die Betriebslebensdauer der LED erheblich und erhält eine stabilere Lichtausbeute.

10.3 Warum ist Binning wichtig und welchen Bin sollte ich wählen?

Binning ist entscheidend für die Konsistenz von Erscheinungsbild und Leistung innerhalb einer Anwendung. Zum Beispiel würde in einem Panel mit mehreren Status-LEDs die Verwendung von LEDs aus verschiedenen Helligkeits- oder Wellenlängen-Bins zu sichtbar unterschiedlichen Helligkeiten und Farbtönen führen.

Wählen Sie Bins basierend auf den Anforderungen Ihrer Anwendung: Für enge Farbabstimmung (z.B. markenspezifisches Gelb) geben Sie einen engen Bin für die dominante Wellenlänge an (J, K, L oder M). Für konsistente Helligkeit über mehrere Einheiten hinweg geben Sie einen Lichtstärke-Bin an (N, P, Q oder R). Für Stromausgleich in Parallelschaltungen geben Sie einen Durchlassspannungs-Bin an (D2, D3, D4).

10.4 Ist ein Kühlkörper erforderlich?

Ein dedizierter Kühlkörper ist für eine einzelne LED, die bei oder unter 30mA betrieben wird, aufgrund ihrer geringen Verlustleistung von 75mW typischerweise nicht erforderlich. Effektives thermisches Management auf Leiterplattenebene ist jedoch essenziell. Das bedeutet, ausreichende Kupferfläche (thermische Fläche) bereitzustellen, die mit den Lötflächen der LED verbunden ist, um Wärme in das Leiterplattensubstrat abzuleiten, das als Wärmeverteiler dient. Dies ist besonders wichtig für LED-Arrays oder Betrieb in Hochtemperaturumgebungen.

11. Praktische Design-Fallstudie

Szenario:Entwurf einer Niedrigbatterie-Anzeige für ein tragbares Medizingerät. Das Gerätegehäuse hat eine interne Höhenbegrenzung von 0,5mm für die Leiterplatte und alle Komponenten im Anzeigebereich.

Herausforderung:Eine Standard-LED mit 0,6mm Höhe würde nicht passen.

Lösung:Die LTST-C281KSKT mit ihrer Bauhöhe von 0,35mm wird ausgewählt. Ein Strombegrenzungswiderstand wird für eine 3,3V-Versorgung berechnet: R = (3,3V - 2,4V) / 0,020A = 45Ω. Ein 47Ω-Standardwiderstand wird gewählt, was zu I_F≈ 19mA führt. Der breite 130-Grad-Abstrahlwinkel stellt sicher, dass die Anzeige aus verschiedenen Winkeln sichtbar ist. Die gelbe Farbe wird als universeller Warn-/Hinweisindikator gewählt. Die Band-auf-Rolle-Verpackung ermöglicht automatisierte Bestückung und gewährleistet Fertigungseffizienz und Zuverlässigkeit.

12. Einführung in das Technologieprinzip

Die LTST-C281KSKT basiert auf AlInGaP-Halbleitertechnologie. Dieses Material ist ein Verbindungshalbleiter aus der III-V-Gruppe. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, werden Elektronen aus der n-dotierten Region und Löcher aus der p-dotierten Region in die aktive Region injiziert. Wenn diese Ladungsträger rekombinieren, geben sie Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Zusammensetzung von Aluminium, Indium, Gallium und Phosphid in der aktiven Schicht bestimmt die Bandlückenenergie des Halbleiters, die direkt die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts vorgibt. Für gelbes Licht (~590nm) wird eine spezifische Bandlückenenergie realisiert. Die wasserklare Epoxidlinse verkapselt den Chip, bietet mechanischen Schutz und formt das Lichtabstrahlmuster.

13. Technologietrends

Der allgemeine Trend bei SMD-LEDs für Indikator- und Hintergrundbeleuchtungsanwendungen geht weiterhin in Richtung:

• Erhöhte Effizienz:Entwicklung von Materialien und Strukturen, die mehr Lumen pro Watt (lm/W) erzeugen, um den Stromverbrauch bei gleicher Lichtausbeute zu reduzieren.
• Miniaturisierung:Weitere Verringerung der Gehäusegröße (Footprint und Höhe), um noch schlankere Elektronikgeräte zu ermöglichen. Die 0,35mm Bauhöhe dieses Bauteils ist Teil dieses Trends.
• Verbesserte Farbwiedergabe und Farbraum:Für Display-Hintergrundbeleuchtung gibt es eine Bewegung hin zu LEDs mit schmaleren spektralen Spitzen und spezifischen Wellenlängen, um breitere Farbräume (z.B. Rec. 2020) zu ermöglichen.
• Höhere Zuverlässigkeit und Lebensdauer:Fortschritte bei Verpackungsmaterialien (Epoxid, Silikon) und Chip-Bonding-Technologien, um höheren Sperrschichttemperaturen und härteren Umweltbedingungen standzuhalten und die Betriebslebensdauer zu verlängern.
• Integration:Integration mehrerer LED-Chips (RGB, RGBW) in ein einzelnes Gehäuse oder Integration von Treiberelektronik (IC) mit der LED für vereinfachtes Design ("Smart LEDs").