Technisches Datenblatt Weiße LED LTW-008ZDCG - InGaN Weiß - 20mA - 3,6V - 120mW - Deutsche Fassung

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt detailliert die technischen Spezifikationen einer hochhellen, weißen Leuchtdiode (LED) für die Oberflächenmontage (SMT). Das Bauteil nutzt einen Halbleiter aus Indiumgalliumnitrid (InGaN) zur Erzeugung von weißem Licht, das durch eine gelbe Linse gefiltert wird. Es ist auf 8-mm-Bändern verpackt und wird auf Spulen mit 7 Zoll Durchmesser geliefert, wodurch es vollständig mit automatischen Bestückungsgeräten kompatibel ist. Das Produkt ist als "grün" klassifiziert und entspricht der RoHS-Richtlinie, ist also bleifrei. Sein primäres Design eignet sich für Anwendungen, die zuverlässige, gleichmäßige weiße Beleuchtung in kompakter Bauform erfordern.

2. Tiefgehende Interpretation der technischen Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Ein Betrieb unter diesen Bedingungen ist nicht garantiert.

• Verlustleistung (Pd):120 mW. Dies ist die maximale Leistung, die das LED-Gehäuse als Wärme abführen kann, ohne seine thermischen Grenzen zu überschreiten.
• Spitzen-Durchlassstrom (I_FP):100 mA. Dies ist der maximal zulässige momentane Durchlassstrom, typischerweise unter Impulsbedingungen spezifiziert (1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Impulsbreite), um Überhitzung zu verhindern.
• Gleich-Durchlassstrom (I_F):30 mA. Dies ist der maximale empfohlene kontinuierliche Durchlassstrom für einen zuverlässigen Dauerbetrieb.
• Sperrspannung (V_R):5 V. Das Anlegen einer Sperrspannung über diesem Wert kann zum Durchbruch und zur Beschädigung des LED-Übergangs führen. Ein Dauerbetrieb mit Sperrspannung ist untersagt.
• Betriebstemperaturbereich (T_opr):-30°C bis +85°C. Der Umgebungstemperaturbereich, in dem die LED korrekt funktionieren soll.
• Lagertemperaturbereich (T_stg):-40°C bis +100°C. Der Temperaturbereich für die Lagerung im nicht betriebsbereiten Zustand.
• Reflow-Lötbedingung:Hält 260°C für 10 Sekunden stand, was typischen bleifreien Reflow-Profilen (z.B. J-STD-020D) entspricht.

2.2 Elektrische und optische Kenngrößen

Diese Parameter werden unter Standardtestbedingungen von Ta=25°C und I_F= 20 mA gemessen, sofern nicht anders angegeben.

• Lichtstärke (I_V):Reicht von einem Minimum von 860 mcd bis zu einem typischen Wert von 1720 mcd. Dies misst die wahrgenommene Lichtleistung in einer bestimmten Richtung. Der tatsächliche Wert wird gebinnt (siehe Abschnitt 3). Die Messung folgt der CIE-Augempfindlichkeitskurve.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):110 Grad. Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte ihres Maximalwerts (auf der Achse) abfällt. Er zeigt ein relativ breites Strahlprofil an.
• Farbkoordinaten (x, y):Typische Werte sind x=0,295, y=0,280 im CIE-1931-Farbtafeldiagramm und definieren den Weißpunkt. Auf diese Koordinaten wird eine Toleranz von ±0,01 angewendet.
• Durchlassspannung (V_F):Liegt bei 20mA zwischen 2,9V und 3,6V. Dies ist der Spannungsabfall über der LED im Betrieb. Die tatsächlichen Werte werden gebinnt (siehe Abschnitt 3).
• ESD-Festigkeit:2000V (Human Body Model, HBM). Dies spezifiziert die Empfindlichkeit des Bauteils gegenüber elektrostatischer Entladung und zeigt einen Standard-Schutzgrad an. Die Handhabung mit geeigneten ESD-Vorkehrungen (Armbänder, geerdete Geräte) wird dringend empfohlen.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um Farb- und Leistungskonsistenz in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs basierend auf Schlüsselparametern in Bins sortiert.

3.1 Binning der Durchlassspannung (V_F)

LEDs werden basierend auf ihrer Durchlassspannung bei I_F= 20 mA in Bins (V0 bis V6) kategorisiert. Jedes Bin hat einen Bereich von 0,1V, von V0 (2,9-3,0V) bis V6 (3,5-3,6V). Innerhalb jedes Bins gilt eine Toleranz von ±0,10V. Dies ermöglicht es Entwicklern, LEDs mit eng übereinstimmenden Spannungsabfällen für Stromteilungsanwendungen in Parallelschaltungen auszuwählen.

3.2 Binning der Lichtstärke (I_V)

LEDs werden gemäß ihrer Lichtstärke bei I_F= 20 mA in Bins (S, T, A, B, C, D) sortiert. Die Bins reichen von S (860-1000 mcd) bis D (1580-1720 mcd). Für jedes Bin ist eine Toleranz von ±10% spezifiziert. Dies ermöglicht die Auswahl für Anwendungen, die bestimmte Helligkeitsstufen oder Gleichmäßigkeit über mehrere LEDs erfordern.

3.3 Farbkoordinaten-Binning (Farbklassen)

Das Dokument enthält eine detaillierte Farbklassen-Tabelle (z.B. A52, A53, BE1, BG3), die spezifische Vierecke oder Dreiecke im CIE-1931-Farbtafeldiagramm definiert. Jede "Klasse" spezifiziert die zulässigen (x, y)-Koordinatengrenzen für die weiße Lichtabgabe. Dieses präzise Binning ist entscheidend für Anwendungen, bei denen Farbkonstanz von größter Bedeutung ist, wie z.B. Hintergrundbeleuchtung oder Beschilderung. Die Messabweichung für diese Koordinaten beträgt ±0,01.

4. Analyse der Kennlinien

4.1 Relative Intensität in Abhängigkeit von der Wellenlänge

Abbildung 1 im Datenblatt zeigt die spektrale Leistungsverteilung (SPD) des emittierten Lichts. Bei einer weißen LED mit einem blauen InGaN-Chip und einem gelben Leuchtstoff zeigt die Kurve typischerweise einen dominanten Peak im blauen Bereich (um 450-460 nm) vom Chip und einen breiteren Peak oder Buckel im gelb/grünen Bereich (um 550-600 nm), der vom Leuchtstoff erzeugt wird. Die Kombination dieser Spektren führt zur Wahrnehmung von weißem Licht. Die volle Breite der Kurve erstreckt sich von etwa 400 nm bis 750 nm und deckt das sichtbare Spektrum ab.

5. Mechanische und Verpackungsinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen und Toleranzen

Die LED entspricht einem EIA-Standard-SMD-Gehäuse. Alle kritischen Abmessungen sind in Millimetern angegeben, mit einer Standardtoleranz von ±0,05 mm, sofern nicht anders angegeben. Wichtige mechanische Definitionen umfassen:

• Abstand A:Der vertikale Abstand zwischen der Unterseite des Lötpads und dem Reflektor. Minimum ist 0,05 mm.
• Toleranz B:Die Ausrichtungstoleranz zwischen dem linken und rechten Lötpad. Maximum ist 0,03 mm.
• Abstand C:Der seitliche Abstand zwischen dem Lötpad und der Reflektorwand. Minimum ist 0,05 mm.

Diese Abmessungen sind entscheidend für das Leiterplatten-Pad-Design und gewährleisten eine korrekte Lötstellenbildung und Lichtauskopplung.

5.2 Abmessungen der Band- und Spulenverpackung

Detaillierte Zeichnungen spezifizieren die Abmessungen der Trägerbahn (Taschengröße, Teilung usw.) und der Spule (7 Zoll Durchmesser). Die Verpackung folgt den EIA-481-1-B-Spezifikationen. Wichtige Hinweise sind: 2000 Stück pro Spule, maximal zwei aufeinanderfolgende fehlende Bauteile erlaubt, und spezifizierte Längen für Vorlauf-/Nachlaufband (mindestens 20 cm am Anfang, 50 cm am Ende).

6. Richtlinien für Lötung und Bestückung

6.1 Reflow-Lötprofil

Die LED ist mit Infrarot (IR)- und Dampfphasen-Reflow-Lötverfahren kompatibel. Ein empfohlenes bleifreies Reflow-Profil wird referenziert, das J-STD-020D entspricht. Der kritische Parameter ist die Fähigkeit des Bauteils, eine Spitzentemperatur von 260°C für 10 Sekunden zu widerstehen. Die Einhaltung der empfohlenen Aufheiz-, Halte- und Abkühlraten ist wesentlich, um thermischen Schock zu vermeiden und zuverlässige Lötstellen zu gewährleisten.

6.2 Reinigung

Falls eine Nachlötreinigung erforderlich ist, sollten nur spezifische Chemikalien verwendet werden, um das LED-Gehäuse nicht zu beschädigen. Das Datenblatt empfiehlt das Eintauchen in Ethylalkohol oder Isopropylalkohol bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute. Die Verwendung nicht spezifizierter chemischer Flüssigkeiten ist untersagt.

6.3 Lagerung und Feuchtigkeitsempfindlichkeit

Das Produkt ist gemäß JEDEC J-STD-020 als Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe (MSL) 3 eingestuft.

• Verschweißte Verpackung:Lagern bei ≤30°C und ≤90% r.F. Die Haltbarkeit beträgt ein Jahr bei Lagerung in der original feuchtigkeitsgeschützten Beutel mit Trockenmittel.
• Geöffnete Verpackung:Lagern bei ≤30°C und ≤60% r.F. Die Bauteile müssen innerhalb von 168 Stunden (7 Tagen) nach dem Öffnen der Verpackung gelötet werden.
• Trocknen (Baking):Wenn die Feuchtigkeitsindikatorkarte rosa wird (zeigt >10% r.F. an) oder die 168-Stunden-Frist überschritten wird, wird das Trocknen bei 60°C für mindestens 48 Stunden empfohlen, bevor die Verpackung erneut verschlossen oder die Bauteile verwendet werden.

7. Anwendungsvorschläge

7.1 Typische Anwendungsszenarien

Diese weiße SMD-LED eignet sich für eine Vielzahl von Anwendungen, die kompakte, effiziente weiße Beleuchtung erfordern, einschließlich, aber nicht beschränkt auf:

• Statusanzeigen und Hintergrundbeleuchtung für Unterhaltungselektronik (z.B. Haushaltsgeräte, Audiogeräte).
• Pultanzeigen und Schalterbeleuchtung in industriellen Steuerungssystemen.
• Allgemeine Beleuchtung in tragbaren Geräten.
• Dekorative Beleuchtung und Beschilderung.

Wichtiger Hinweis:Das Datenblatt stellt ausdrücklich klar, dass diese LEDs für gewöhnliche elektronische Geräte bestimmt sind. Für Anwendungen mit außergewöhnlichen Zuverlässigkeitsanforderungen oder bei denen ein Ausfall Leben oder Gesundheit gefährden könnte (Luftfahrt, Medizingeräte, Sicherheitssysteme), ist eine Konsultation mit dem Hersteller vor der Integration erforderlich.

7.2 Designüberlegungen

• Strombegrenzung:Immer einen Reihen-Strombegrenzungswiderstand oder eine Konstantstrom-Treiberschaltung verwenden. Nicht direkt an eine Spannungsquelle anschließen. Bei oder unter dem empfohlenen Gleich-Durchlassstrom von 30 mA betreiben.
• Thermisches Management:Sicherstellen, dass die Leiterplatte ausreichende Wärmeableitung bietet, insbesondere bei Betrieb mit hohen Strömen oder in hoher Umgebungstemperatur, um innerhalb der 120 mW Verlustleistungsgrenze zu bleiben.
• ESD-Schutz:Während der Bestückung Standard-ESD-Handhabungsverfahren implementieren. In Betracht ziehen, auf der Leiterplatte Transientenspannungsunterdrückungsdioden (TVS) oder anderen Schutz hinzuzufügen, wenn die LED an einer exponierten Stelle verbaut ist.
• Optisches Design:Der 110-Grad-Abstrahlwinkel bietet einen breiten Strahl. Für fokussierteres Licht können Sekundäroptiken (Linsen) erforderlich sein.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Obwohl in diesem einzelnen Datenblatt kein direkter Vergleich mit anderen Artikelnummern gegeben wird, können folgende wesentliche Unterscheidungsmerkmale dieser LED abgeleitet werden:

• Breiter Abstrahlwinkel (110°):Bietet eine breitere Ausleuchtung im Vergleich zu LEDs mit engeren Abstrahlwinkeln, geeignet für Flächenbeleuchtung anstelle von Punktbeleuchtung.
• Detailliertes Binning:Das umfangreiche V_F-, I_V- und Farbkoordinaten-Binning bietet hohe Konsistenz für Anwendungen, die übereinstimmende Leistung über mehrere Einheiten hinweg erfordern.
• Robuste Verpackung:Die Kompatibilität mit automatischer Bestückung und Standard-bleifreien Reflow-Profilen (260°C Spitze) erleichtert eine zuverlässige Serienfertigung.
• InGaN-Technologie:Ermöglicht eine effiziente Weißlicht-Erzeugung, typisch für moderne Hochhelligkeits-LED-Designs.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

9.1 Was ist der Unterschied zwischen dem Spitzen-Durchlassstrom (100mA) und dem Gleich-Durchlassstrom (30mA)?

Der Gleich-Durchlassstrom (30mA) ist der maximale Strom für den kontinuierlichen, stationären Betrieb. Der Spitzen-Durchlassstrom (100mA) ist ein viel höherer Strom, den die LED nur für sehr kurze Impulse (0,1 ms Breite) bei einem niedrigen Tastverhältnis (10%) verkraften kann. Dies ist nützlich für Anwendungen wie Multiplexing oder PWM-Dimmung, bei denen kurze Hochstromimpulse eine höhere momentane Helligkeit erreichen, ohne die LED zu überhitzen. Ein kontinuierliches Überschreiten des Gleichstrom-Nennwerts führt zu übermäßiger Hitze und schnellem Leistungsabfall.

9.2 Wie sind die Farbkoordinaten (x=0,295, y=0,280) zu interpretieren?

Diese Koordinaten verorten die Farbe des weißen Lichts im CIE-1931-Farbtafeldiagramm. Dieser spezifische Punkt entspricht typischerweise einer "kaltweißen" oder "tageslichtweißen" Farbtemperatur, oft im Bereich von 6000K-7000K. Die Toleranz von ±0,01 definiert einen kleinen Bereich in der Grafik, innerhalb dessen die Farbe jeder einzelnen LED aus dieser Charge liegen sollte, um Farbgleichmäßigkeit sicherzustellen.

9.3 Warum sind die Lagerbedingungen so streng (MSL 3)? Was passiert, wenn die 168-Stunden-Frist überschritten wird?

SMD-Gehäuse können Feuchtigkeit aus der Luft aufnehmen. Während des Hochtemperatur-Reflow-Lötprozesses kann diese eingeschlossene Feuchtigkeit schnell zu Dampf werden und innere Delamination, Risse oder "Popcorning" des Kunststoffgehäuses verursachen, was die LED zerstören kann. MSL 3 und die 168-Stunden-Grenze definieren eine sichere Expositionszeit für die spezifische Feuchtigkeitsaufnahmerate dieses Gehäuses. Bei Überschreitung entfernt das Trocknen (60°C für 48 Std.) die aufgenommene Feuchtigkeit und bringt das Bauteil in einen trockenen Zustand zurück, der für den Reflow geeignet ist.

10. Design- und Anwendungsbeispiel

10.1 Entwurf eines Status-Anzeigepanels

Szenario:Entwurf eines Bedienfelds mit 10 einheitlichen weißen LED-Statusanzeigen.

Entwurfsschritte:

1. Stromeinstellung:Einen Arbeitspunkt wählen, z.B. I_F= 20 mA, für zuverlässigen Betrieb und um die gebinnten Daten des Datenblatts direkt nutzen zu können.
2. Spannungsberechnung:Angenommen, eine 5V-Versorgung (V_CC). LEDs aus demselben V_F-Bin wählen, z.B. V3 (3,2-3,3V). Den typischen Wert (3,25V) für die Berechnung verwenden. Der erforderliche Reihenwiderstand R = (V_CC- V_F) / I_F= (5 - 3,25) / 0,020 = 87,5 Ω. Ein Standard-91-Ω- oder 82-Ω-Widerstand kann verwendet werden, wobei sich der Strom leicht anpasst.
3. Helligkeitsgleichmäßigkeit:LEDs aus demselben I_V-Bin spezifizieren (z.B. Bin C: 1440-1580 mcd), um sicherzustellen, dass alle Anzeigen eine ähnliche wahrgenommene Helligkeit haben.
4. Farbgleichmäßigkeit:LEDs aus derselben Farbklasse spezifizieren (z.B. A63), um zu garantieren, dass alle Lichter einen identischen Weißton abgeben, was für ästhetische Konsistenz entscheidend ist.
5. Leiterplatten-Layout:Die empfohlenen Pad-Abmessungen aus dem Datenblatt einhalten. Sicherstellen, dass das Pad-Design die Mindestabstände (A, C) zum LED-Gehäuse/Reflektor respektiert, um Kurzschlüsse zu verhindern und eine korrekte Lötnahtbildung zu ermöglichen.
6. Bestückung:Das empfohlene IR-Reflow-Profil verwenden. Die LEDs bis zur Montage in verschweißten Beuteln lagern. Wenn der Beutel geöffnet wird, müssen alle 10 LEDs innerhalb von 168 Stunden gelötet werden.

11. Einführung in das Funktionsprinzip

Diese weiße LED arbeitet nach dem Prinzip der Elektrolumineszenz in einem Halbleiter. Der Kern ist ein Chip aus Indiumgalliumnitrid (InGaN), der blaues Licht emittiert, wenn Elektronen und Löcher bei Anlegen einer Durchlassspannung (typisch 2,9-3,6V) über seine Bandlücke rekombinieren. Um weißes Licht zu erzeugen, ist der blau emittierende Chip mit einer Schicht aus Cer-dotiertem Yttrium-Aluminium-Granat (YAG:Ce)-Leuchtstoff beschichtet. Ein Teil der hochenergetischen blauen Photonen vom Chip wird vom Leuchtstoff absorbiert, der dann durch einen Prozess namens Photolumineszenz niederenergetisches gelbes Licht wieder emittiert. Das verbleibende, nicht absorbierte blaue Licht vermischt sich mit dem emittierten gelben Licht, und das menschliche Auge nimmt diese Kombination als weiß wahr. Die gelbe Linse streut und formt die endgültige Lichtabgabe weiter.

12. Technologietrends

Die in diesem Datenblatt beschriebene Technologie repräsentiert einen ausgereiften und weit verbreiteten Ansatz zur Erzeugung von weißem Licht mit LEDs. Wichtige laufende Trends in der breiteren LED-Industrie, die solche Bauteile betreffen, sind:

• Erhöhte Effizienz (lm/W):Kontinuierliche Verbesserungen im InGaN-Chip-Design, der Leuchtstoffeffizienz und der Gehäusearchitektur führen zu höherer Lichtausbeute, was mehr Lichtausgang bei gleicher elektrischer Eingangsleistung bedeutet.
• Verbesserte Farbqualität:Entwicklung von Mehrfach-Leuchtstoffmischungen (z.B. mit rotem Leuchtstoff), um den Farbwiedergabeindex (CRI) zu verbessern und eine genauere und angenehmere Farbwiedergabe unter LED-Licht zu bieten.
• Miniaturisierung:Das Streben nach kleineren Geräten in der Unterhaltungselektronik treibt die Entwicklung von LEDs in noch kleineren Gehäuseabmessungen bei gleichbleibender oder steigender Lichtleistung voran.
• Höhere Zuverlässigkeit & Lebensdauer:Fortschritte bei Materialien (Epoxidharz, Leuchtstoff, Substrate) und thermischen Management-Designs verlängern die Betriebslebensdauer (L70, L90) von LEDs und reduzieren langfristige Wartungskosten.
• Intelligente & vernetzte Beleuchtung:Obwohl dies ein Basiskomponent ist, bewegt sich das Ökosystem hin zu LEDs, die integrale Bestandteile intelligenter Systeme sind und oft kompatible Treiber für Dimmung, Farbabstimmung und Konnektivität erfordern.