LTST-C193KGKT-2A Chip LED Datenblatt - Abmessungen 1,6x0,8x0,35mm - Spannung 1,6-2,2V - Grün - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTST-C193KGKT-2A ist eine oberflächenmontierbare (SMD) Chip-LED für moderne, platzbeschränkte elektronische Anwendungen. Ihre Hauptfunktion ist die Bereitstellung einer zuverlässigen und hellen grünen Lichtquelle. Der Kernvorteil dieser Komponente liegt in ihrer außergewöhnlich flachen Bauhöhe von nur 0,35mm, was sie für Anwendungen geeignet macht, in denen die vertikale Bauraumhöhe kritisch ist, wie z.B. in ultradünnen Displays, Mobilgeräten und Wearable-Technologie. Sie nutzt für den lichtemittierenden Bereich ein AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) Halbleitermaterial, das für seine hohe Effizienz im grünen bis bernsteinfarbenen Spektrum bekannt ist. Das Bauteil ist auf industrieüblichem 8mm-Tape auf 7-Zoll-Reels verpackt, was die Kompatibilität mit schnellen automatischen Bestückungsanlagen gewährleistet. Es wird als grünes Produkt klassifiziert und entspricht der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe).

2. Tiefgehende Interpretation der technischen Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, bei deren Überschreitung dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb bei oder über diesen Grenzen ist nicht garantiert.

• Verlustleistung (Pd):75 mW. Dies ist die maximale Leistung, die das LED-Gehäuse bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C als Wärme abführen kann. Eine Überschreitung kann zu Überhitzung und reduzierter Lebensdauer führen.
• DC-Durchlassstrom (IF):30 mA. Der maximale Dauerstrom, der an die LED angelegt werden kann.
• Spitzen-Durchlassstrom:80 mA, jedoch nur unter gepulsten Bedingungen (1/10 Tastverhältnis, 0,1ms Pulsbreite). Dies ermöglicht kurze Perioden mit höherer Helligkeit ohne thermische Schäden.
• Entlastungskennlinie:Der maximale Durchlassstrom muss linear um 0,4 mA für jedes Grad Celsius reduziert werden, um das die Umgebungstemperatur über 25°C steigt. Dies ist entscheidend für das thermische Management in Hochtemperaturumgebungen.
• Sperrspannung (VR):5 V. Das Anlegen einer höheren Sperrspannung kann zu einem sofortigen und katastrophalen Ausfall des LED-Übergangs führen.
• Betriebs- und Lagertemperaturbereich:-55°C bis +85°C. Das Bauteil ist für den Betrieb und die Lagerung innerhalb dieses breiten industriellen Temperaturbereichs ausgelegt.
• Löttemperaturtoleranz:Die LED hält Wellen- oder Infrarot-Reflow-Lötungen bei 260°C für bis zu 5 Sekunden und Dampfphasenlötungen bei 215°C für bis zu 3 Minuten stand. Dies definiert ihre Kompatibilität mit gängigen Leiterplattenbestückungsprozessen.

2.2 Elektrische und optische Kenngrößen

Dies sind die typischen Leistungsparameter, gemessen bei Ta=25°C und einem Standard-Teststrom (IF) von 2mA, sofern nicht anders angegeben.

• Lichtstärke (Iv):Reicht von einem Minimum von 1,80 mcd bis zu einem Maximum von 11,2 mcd. Der tatsächliche Wert für eine spezifische Einheit hängt von ihrem zugewiesenen Bin-Code ab (siehe Abschnitt 3). Die Intensität wird mit einem Filter gemessen, der der photopischen (menschlichen Augen) Empfindlichkeitskurve entspricht.
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):130 Grad. Dies ist ein sehr weiter Abstrahlwinkel, was bedeutet, dass das emittierte Licht über einen großen Bereich gestreut wird und kein schmales Bündel ist. Der Winkel ist definiert als der Punkt, an dem die Lichtstärke auf die Hälfte ihres Wertes direkt auf der Achse (0 Grad) abfällt.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λP):574 nm. Dies ist die spezifische Wellenlänge, bei der die LED die meiste optische Leistung emittiert.
• Dominante Wellenlänge (λd):Reicht von 564,5 nm bis 573,5 nm. Dies ist die einzelne Wellenlänge, die vom menschlichen Auge wahrgenommen wird und die Farbe definiert (in diesem Fall grün). Sie wird aus dem vollen spektralen Ausgang und dem CIE-Farbtafeldiagramm abgeleitet. Spezifische Bins sind innerhalb dieses Bereichs definiert.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):15 nm. Dies gibt die spektrale Reinheit oder Bandbreite des emittierten Lichts an. Ein kleinerer Wert würde eine monochromatischere (reinfarbigere) Quelle anzeigen.
• Durchlassspannung (VF):Reicht von 1,60 V bis 2,20 V bei IF=2mA. Dies ist der Spannungsabfall über der LED, wenn sie Strom führt. Es ist ein kritischer Parameter für den Entwurf der strombegrenzenden Schaltung.
• Sperrstrom (IR):Maximal 10 μA bei VR=5V. Dies ist der kleine Leckstrom, der fließt, wenn die LED innerhalb ihres Maximalwertes in Sperrrichtung vorgespannt ist.
• Kapazität (C):40 pF gemessen bei 0V Vorspannung und 1 MHz. Diese parasitäre Kapazität kann in Hochfrequenz-Schaltanwendungen relevant sein.
• Elektrostatische Entladung (ESD) Schwellwert (HBM):1000 V (Human Body Model). Dies zeigt ein mittleres Maß an ESD-Empfindlichkeit an. Richtige ESD-Handhabungsverfahren sind zwingend erforderlich, um latente oder sofortige Schäden zu verhindern.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um Konsistenz in der Massenproduktion zu gewährleisten, werden LEDs basierend auf Schlüsselparametern in Leistungsklassen (Bins) sortiert. Dies ermöglicht es Entwicklern, Bauteile auszuwählen, die spezifische Anwendungsanforderungen an Helligkeit und Farbe erfüllen.

3.1 Binning der Lichtstärke

Einheiten werden basierend auf ihrer bei 2mA gemessenen Lichtstärke in vier Bins (G, H, J, K) kategorisiert. Jedes Bin hat einen Minimal- und Maximalwert, mit einer Toleranz von +/-15% für jedes Lichtstärke-Bin.

• Bin G:1,80 - 2,80 mcd
• Bin H:2,80 - 4,50 mcd
• Bin J:4,50 - 7,10 mcd
• Bin K:7,10 - 11,20 mcd

3.2 Binning der dominanten Wellenlänge

Einheiten werden auch basierend auf ihrer dominanten Wellenlänge, die den präzisen Grünton definiert, in drei Gruppen (B, C, D) eingeteilt. Die Toleranz für jedes Bin beträgt +/- 1 nm.

• Bin B:564,5 - 567,5 nm
• Bin C:567,5 - 570,5 nm
• Bin D:570,5 - 573,5 nm

Die vollständige Teilenummer (z.B. LTST-C193KGKT-2A) beinhaltet diese Bin-Codes, was eine präzise Auswahl ermöglicht. Das \"K\" gibt das Lichtstärke-Bin an und der folgende Buchstabe (im Datenblattbeispiel implizit) würde das Wellenlängen-Bin anzeigen.

4. Analyse der Kennlinien

Während spezifische grafische Kurven im Datenblatt referenziert werden (Abb.1, Abb.6), kann ihr typisches Verhalten basierend auf der Technologie beschrieben werden.

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

Eine AlInGaP-LED zeigt eine charakteristische I-V-Kennlinie mit einer Durchlassspannung (VF) im Bereich von 1,6-2,2V bei niedrigem Strom (2mA). Mit steigendem Durchlassstrom nimmt VF logarithmisch zu. Diese nichtlineare Beziehung ist der Grund, warum LEDs von einer Stromquelle oder mit einem Reihen-Strombegrenzungswiderstand angesteuert werden müssen, nicht von einer Konstantspannungsquelle.

4.2 Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Die Lichtausbeute (Lichtstärke) ist über einen signifikanten Betriebsbereich annähernd proportional zum Durchlassstrom. Bei sehr hohen Strömen sinkt jedoch die Effizienz aufgrund erhöhter Wärmeentwicklung (Droop-Effekt). Der Nenn-DC-Strom von 30mA definiert einen sicheren Betriebspunkt zur Aufrechterhaltung von Effizienz und Langlebigkeit.

4.3 Temperaturkennlinien

Die Durchlassspannung (VF) einer LED hat einen negativen Temperaturkoeffizienten, d.h. sie nimmt mit steigender Sperrschichttemperatur ab. Umgekehrt verschieben sich auch die Lichtstärke und die dominante Wellenlänge mit der Temperatur; typischerweise nimmt die Intensität ab und die Wellenlänge kann leicht zunehmen (Rotverschiebung) bei steigender Temperatur. Die Entlastungsspezifikation (0,4 mA/°C) ist ein direktes Ergebnis der Notwendigkeit, diese thermischen Effekte zu managen.

5. Mechanische & Verpackungsinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die LED hat eine EIA-Standard-Chip-Gehäuseform. Wichtige Abmessungen sind eine Länge von 1,6mm, eine Breite von 0,8mm und die kritische Höhe von 0,35mm. Alle Maßtoleranzen betragen typischerweise ±0,10mm, sofern nicht anders angegeben. Das Gehäuse verfügt über eine wasserklare Linse, die die Farbe des darunterliegenden AlInGaP-Chips nicht verändert und das native grüne Licht durchlässt.

5.2 Polaritätskennzeichnung & Lötflächen-Design

Das Datenblatt enthält ein vorgeschlagenes Lötflächenlayout (Land Pattern) für den Leiterplattenentwurf. Die Einhaltung dieses Musters ist entscheidend, um zuverlässige Lötstellen und eine korrekte Ausrichtung während des Reflow zu erreichen. Die LED selbst hat Anoden- und Kathodenmarkierungen (typischerweise eine Kerbe, eine Abschrägung oder einen Punkt nahe der Kathode). Die korrekte Polarität muss während der Montage beachtet werden, da eine umgekehrte Verbindung den Betrieb verhindert und das Bauteil beschädigen kann, wenn die Sperrspannungsgrenze überschritten wird.

5.3 Tape-and-Reel-Verpackung

Die Bauteile werden auf 8mm breitem, geprägtem Trägertape geliefert, das auf 7-Zoll (178mm) Durchmesser große Reels aufgewickelt ist. Jedes Reel enthält 5000 Stück. Die Verpackung entspricht den ANSI/EIA 481-1-A-1994 Standards und gewährleistet so die Kompatibilität mit automatischen Zuführern. Das Tape hat einen Deckverschluss, um die Bauteile vor Kontamination zu schützen. Die Spezifikationen erlauben maximal zwei aufeinanderfolgende fehlende Bauteile und eine Mindestpackmenge von 500 Stück für Rest-Reels.

6. Löt- & Bestückungsrichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofile

Das Datenblatt bietet vorgeschlagene Infrarot (IR) Reflow-Profile für sowohl normale (Zinn-Blei) als auch bleifreie (SnAgCu) Lötprozesse. Wichtige Parameter sind:

• Vorwärmen:Ein allmählicher Anstieg auf eine Einweichtemperatur (z.B. 120-150°C), um das Flussmittel zu aktivieren und thermischen Schock zu minimieren.
• Spitzentemperatur:Darf 260°C nicht überschreiten. Die Zeit über der Liquidustemperatur (für bleifreies Lot ~217°C) und die Zeit auf Spitzentemperatur müssen kontrolliert werden, um Schäden am Kunststoffgehäuse und den internen Bonddrähten der LED zu verhindern. Die Empfehlung ist maximal 5 Sekunden bei 260°C.
• Abkühlrate:Eine kontrollierte Abkühlphase ist ebenfalls wichtig für die Lötstellenzuverlässigkeit.

6.2 Wellenlöten & Handlöten

Für Wellenlöten wird eine Vorwärmung von bis zu 100°C für max. 60 Sekunden vorgeschlagen, wobei die Lötwellentemperatur maximal 260°C für bis zu 10 Sekunden betragen darf. Für manuelle Reparaturen mit einem Lötkolben sollte die Spitzentemperatur 300°C nicht überschreiten und die Kontaktzeit auf 3 Sekunden pro Lötstelle, nur einmalig, begrenzt werden, um eine übermäßige Wärmeübertragung zu verhindern.

6.3 Reinigung

Wenn eine Reinigung nach dem Löten notwendig ist, sollten nur spezifizierte alkoholbasierte Lösungsmittel wie Ethylalkohol oder Isopropylalkohol verwendet werden. Die LED sollte bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute eingetaucht werden. Nicht spezifizierte chemische Reiniger können die Epoxidlinse oder das Gehäusematerial beschädigen.

6.4 Lagerung & Handhabung

LEDs sollten in einer Umgebung von maximal 30°C und 70% relativer Luftfeuchtigkeit gelagert werden. Sobald sie aus ihrer original feuchtigkeitsdichten Verpackung entfernt wurden, sollten die Bauteile innerhalb von 672 Stunden (28 Tagen) reflow-gelötet werden, um Feuchtigkeitsaufnahme zu vermeiden, die während des Reflow \"Popcorning\" verursachen kann. Für eine längere Lagerung außerhalb der Originalverpackung müssen sie in einem verschlossenen Behälter mit Trockenmittel oder in einer Stickstoffatmosphäre aufbewahrt werden. Wenn sie länger als 672 Stunden gelagert wurden, ist vor der Bestückung ein Ausheizen bei 60°C für mindestens 24 Stunden erforderlich, um Feuchtigkeit auszutreiben.

7. Anwendungsvorschläge

7.1 Typische Anwendungsszenarien

Diese ultraflache, helle grüne LED ist ideal für:

• Statusanzeigen:Strom-, Verbindungs- oder Modusanzeigen in Unterhaltungselektronik (Smartphones, Tablets, Laptops, Wearables).
• Hintergrundbeleuchtung:Randbeleuchtung für sehr dünne Displaypanels oder Tastaturbeleuchtung.
• Automobil-Innenraumbeleuchtung:Armaturenbrettanzeigen, Schalter-Hintergrundbeleuchtung (wo der Platz begrenzt ist).
• Industrielle Bedienfelder:Status- und Fehleranzeigen auf Steuergeräten und Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMIs).

7.2 Designüberlegungen

• Stromansteuerung:LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Um eine gleichmäßige Helligkeit bei der Verwendung mehrerer LEDs parallel zu gewährleisten, muss für jede LED ein separater Strombegrenzungswiderstand in Reihe geschaltet werden (Schaltungsmodell A). Das direkte Parallelschalten von LEDs (Schaltungsmodell B) wird aufgrund von Variationen in ihrer Durchlassspannung (VF) nicht empfohlen, was zu ungleichmäßiger Stromaufteilung und damit ungleichmäßiger Helligkeit führt.
• Thermisches Management:Auch bei ihrer geringen Leistung ist ein ordnungsgemäßes Leiterplattenlayout zur Wärmeableitung wichtig, insbesondere bei Betrieb nahe der Maximalwerte oder in hohen Umgebungstemperaturen. Folgen Sie der Strom-Entlastungskennlinie.
• ESD-Schutz:Implementieren Sie ESD-Schutzmaßnahmen in der Schaltung, wenn sich die LED an einer exponierten Stelle befindet (z.B. eine Frontplattenanzeige). Befolgen Sie während der Montage stets ESD-sichere Handhabungsverfahren: Verwenden Sie geerdete Handgelenkbänder, antistatische Matten und ordnungsgemäß geerdete Geräte.

8. Technischer Vergleich & Differenzierung

Die primären Unterscheidungsmerkmale der LTST-C193KGKT-2A sind ihre0,35mm Bauhöheund dieAlInGaP-Technologie. Im Vergleich zu älteren Technologien wie Standard-GaP (Galliumphosphid) grünen LEDs bietet AlInGaP eine deutlich höhere Lichtausbeute, was zu einer helleren Ausgangsleistung bei gleichem Treiberstrom führt. Das ultraflache Profil ist ein entscheidender Vorteil gegenüber vielen Standard-Chip-LEDs (die oft 0,6mm oder höher sind) und ermöglicht Designs in schlanken Geräten der nächsten Generation. Ihre Kompatibilität mit bleifreien, Hochtemperatur-Reflow-Prozessen macht sie auch für moderne, RoHS-konforme Fertigungslinien geeignet.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F1: Kann ich diese LED direkt von einer 3,3V oder 5V Logikversorgung ansteuern?

A: Nein. Sie müssen einen Vorwiderstand verwenden, um den Strom zu begrenzen. Zum Beispiel, mit einer 3,3V Versorgung und einer typischen VF von 1,9V bei 2mA, beträgt der erforderliche Widerstandswert R = (3,3V - 1,9V) / 0,002A = 700 Ohm. Berechnen Sie stets basierend auf der maximalen VF, um sicherzustellen, dass der Strom den gewünschten Wert nicht überschreitet.

F2: Warum gibt es eine so große Spanne bei der Lichtstärke (1,8 bis 11,2 mcd)?

A: Dies ist die gesamte Produktionsstreuung. Das Binning-System (G, H, J, K) ermöglicht es Ihnen, einen spezifischen, engeren Helligkeitsbereich für Ihre Anwendung auszuwählen, um Konsistenz über alle Einheiten in Ihrem Produkt hinweg zu gewährleisten.

F3: Ist diese LED für den Außeneinsatz geeignet?

A: Der Betriebstemperaturbereich (-55°C bis +85°C) unterstützt viele Außenumgebungen. Das Kunststoffgehäuse kann jedoch über sehr lange Zeiträume anfällig für UV-Degradation und Feuchtigkeitseintritt sein. Für anspruchsvolle Außenanwendungen sollten LEDs mit speziell qualifizierten Außengehäusen in Betracht gezogen werden.

F4: Was passiert, wenn ich die 5V Sperrspannung überschreite?

A: Der LED-Übergang wird wahrscheinlich einen Lawinendurchbruch erleiden, der zu einem sofortigen und dauerhaften Ausfall (Unterbrechung oder Kurzschluss) führt. Stellen Sie stets sicher, dass der Schaltungsentwurf eine Sperrvorspannung über diesen Grenzwert verhindert.

10. Praktisches Designbeispiel

Szenario:Entwurf einer Statusanzeige für ein batteriebetriebenes IoT-Sensormodul. Die Anzeige muss sehr klein, stromsparend und deutlich sichtbar sein. Eine grüne LED wird für den \"aktiv/normal\"-Status gewählt.

Umsetzung:

1. Bauteilauswahl:Die LTST-C193KGKT-2A wird aufgrund ihrer 0,35mm Höhe und guten Helligkeit bei niedrigem Strom gewählt.

2. Schaltungsentwurf:Das Modul verwendet eine 3,0V Knopfzellenbatterie. Um Strom zu sparen, wird ein Treiberstrom von 2mA gewählt. Unter Verwendung der maximalen VF von 2,20V für ein konservatives Design: R = (3,0V - 2,20V) / 0,002A = 400 Ohm. Ein Standard-390-Ohm-Widerstand wird verwendet.

3. Leiterplattenlayout:Die empfohlenen Lötflächenabmessungen aus dem Datenblatt werden verwendet. Die LED wird zur besseren Sichtbarkeit nahe dem Platinenrand platziert. Eine große Massefläche direkt unter der LED wird vermieden, um Probleme mit dem Lotfluss während des Reflow zu verhindern.

4. Ergebnis:Die Anzeige bietet ausreichende Helligkeit bei minimalem Stromverbrauch (ca. 6mW gesamt für LED und Widerstand), und das ultraflache Gehäuse passt in das schlanke Gehäuse des Geräts.

11. Funktionsprinzip

Die Lichtemission in einer AlInGaP-LED basiert auf Elektrolumineszenz in einem Halbleiter-p-n-Übergang. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, werden Elektronen aus dem n-dotierten Bereich und Löcher aus dem p-dotierten Bereich in den aktiven Bereich (das Quantentopf) injiziert. Wenn sich ein Elektron mit einem Loch rekombiniert, wird Energie in Form eines Photons freigesetzt. Die spezifische Wellenlänge (Farbe) dieses Photons wird durch die Bandlückenenergie der im aktiven Bereich verwendeten AlInGaP-Legierungszusammensetzung bestimmt. Eine größere Bandlücke erzeugt kürzerwelliges (blaueres) Licht; die spezifische Legierung für diese LED ist darauf ausgelegt, grünes Licht mit einem Peak um 574 nm zu erzeugen. Die wasserklare Epoxidlinse verkapselt den Chip, bietet mechanischen Schutz und hilft, das Licht in den weiten 130-Grad-Abstrahlwinkel zu formen.

12. Entwicklungstrends

Der Trend bei Chip-LEDs für Konsum- und Industrieelektronik geht weiterhin in Richtung:

1. Erhöhte Effizienz (lm/W):Fortlaufende Verbesserungen in der Materialwissenschaft bei AlInGaP- und InGaN-Technologien (für blau/weiß) streben mehr Lichtausbeute pro Einheit elektrischer Eingangsleistung an, was den Stromverbrauch und die Wärmeentwicklung reduziert.

2. Miniaturisierung:Das Streben nach dünneren und kleineren Geräten erfordert LEDs mit ständig reduzierten Grundflächen (XY-Abmessungen) und, entscheidend, Höhen (Z-Abmessung). Die 0,35mm Höhe dieser LED repräsentiert diesen Trend.

3. Verbesserte Farbkonsistenz & Binning:Engere Binning-Toleranzen für Wellenlänge und Intensität werden zum Standard, was ein einheitlicheres visuelles Erscheinungsbild in Anwendungen mit mehreren LEDs ermöglicht.

4. Erhöhte Zuverlässigkeit:Verbesserungen bei Gehäusematerialien (Epoxid, Silikon), um höhere Reflow-Profile (für bleifreie Bestückung) und rauere Umweltbedingungen zu widerstehen.

5. Integration:Während diskrete LEDs nach wie vor wichtig sind, gibt es einen parallelen Trend hin zu integrierten LED-Modulen mit eingebauten Treibern, Controllern und mehreren Farben in einem einzigen Gehäuse für Smart-Lighting-Anwendungen.