SMD LED LTST-C990NRKT-PO 数据手册 - AlInGaP 红光 - 20mA - 900-2240mcd - 英文技术文档

1. 产品概述

本文件提供了一款表面贴装器件（SMD）LED灯的完整技术规格。该元件专为自动化印刷电路板（PCB）组装而设计，具有微型外形，非常适合空间受限的应用。其主要功能是在各种电子设备中作为视觉指示灯或背光源。

1.1 核心优势与目标市场

该LED为现代电子制造提供了若干关键优势。它采用超亮AlInGaP（铝铟镓磷）芯片，为红光发射提供了高发光效率。器件以符合EIA标准的8毫米载带包装，卷绕在7英寸直径的卷盘上，完全兼容高速自动贴片设备。此外，其设计可承受无铅（Pb-free）组装线中常用的标准红外（IR）回流焊接工艺，确保与PCB的可靠连接。该产品符合《有害物质限制》（RoHS）指令。

目标应用领域广泛，涵盖通信设备、办公自动化设备、家用电器及工业控制系统。具体用途包括键盘背光、状态指示灯、微显示器集成，以及一般的信号或符号照明。

2. 深入技术参数分析

本节详述了LED的绝对极限和工作特性。除非另有说明，所有参数均在环境温度(Ta)为25°C的条件下定义。

2.1 绝对最大额定值

这些额定值定义了器件的应力极限，超过此极限可能导致永久性损坏。不保证器件在此极限条件下或低于此极限条件下工作。

• 功耗 (Pd)： 62.5 mW。这是LED封装能够作为热量耗散的最大功率。
• 峰值正向电流 (I_F(PEAK)): 60 mA。这是最大允许瞬时正向电流，通常在脉冲条件下（1/10占空比，0.1ms脉冲宽度）规定，以管理热应力。
• Continuous DC Forward Current (I_F): 25 mA。这是连续运行时的最大推荐电流。
• 反向电压 (V_R): 5 V。施加超过此值的反向电压可能导致击穿和故障。
• 工作温度范围： -30°C 至 +85°C。LED 设计工作的环境温度范围。
• 储存温度范围： -40°C 至 +85°C。非工作状态下的储存温度范围。
• 红外回流焊条件： 260°C 持续 10 秒。这是封装在回流焊接过程中可承受的最高热分布曲线。

2.2 电气与光学特性

这些是在标准测试条件下测得的典型性能参数。

• 发光强度 (I_V): 900.0 - 2240.0 mcd (毫坎德拉)。在正向电流 (I_F) 为20mA时测得。强度测量采用近似明视觉（CIE人眼响应）曲线的传感器和滤光片组合。其宽范围表明采用了分档系统（参见第4节）。
• 视角 (2θ_1/2): 75度。这是发光强度为中心轴（0°）测量值一半时的全角。75度角提供了一个相对较宽的视锥。
• Peak Emission Wavelength (λ_P): 639 nm（纳米）。这是所发射光的光谱功率分布达到最大值时的波长。
• 主波长 (λ_d): 624.0 - 632.0 nm。该数值源自CIE色度图，代表LED的感知颜色，位于光谱的红色区域。
• 谱线半宽 (Δλ): 20 nm。这表示光谱带宽，以发射峰的半高全宽（FWHM）测量。20nm的数值对于单色AlInGaP红光LED来说是典型的。
• 正向电压 (V_F): 1.7 - 2.5 V。指LED在20mA驱动电流下的压降。此范围涵盖了半导体芯片正常的制造公差。
• 反向电流 (I_R): 10 μA (最大值)。指施加最大反向电压(5V)时流过的微小漏电流。

3. 分档系统说明

为确保应用中的一致性，LED在制造后根据关键光学参数进行分选（分档）。

3.1 光强分档

该LED的主要分档参数为其发光强度。产品被分为若干档，每档都规定了在20mA驱动电流下的最小和最大强度值。印在卷盘或包装上的分档代码，使设计人员能够为其应用选择亮度一致的LED。每档内的容差为+/- 15%。分档列表如下：

• 分档代码 V2： 900.0 - 1120.0 mcd
• Bin Code W1: 1120.0 - 1400.0 mcd
• Bin Code W2: 1400.0 - 180.0 毫坎德拉
• 分档代码 X1: 1800.0 - 2240.0 毫坎德拉

选择更高的分档代码（例如 X1）可保证更高的最低亮度，这对于要求均匀高可见度或驱动电流可能受限的应用至关重要。

4. 性能曲线分析

图形数据能更深入地揭示LED在不同条件下的行为特性。数据手册中通常包含的典型曲线阐明了关键参数之间的关系。

4.1 正向电流与正向电压关系（I-V曲线）

该曲线显示了流经LED的电流与其两端电压之间的非线性关系。曲线的“拐点”（对于此器件，通常在1.7V至2.0V左右）是LED开始显著发光的起始点。超过此拐点后，电压的微小增加会导致电流的大幅上升。因此，LED总是采用限流机制驱动，而非固定电压源。

4.2 发光强度与正向电流关系

该图表展示了光输出如何随驱动电流增加。对于大多数LED，在推荐工作范围（本器件最高至25mA）内，该关系近似线性。使LED工作于其最大连续额定电流之上，不会产生成比例更多的光，反而会产生过多热量，从而降低其寿命和可靠性。

4.3 光谱分布

光谱图显示了在不同波长下发射的相对辐射功率。它将呈现一个以639 nm（峰值波长）为中心的单一主峰，其典型形状由20 nm半宽定义。这证实了单色红光输出。

5. Mechanical and Packaging Information

5.1 Device Dimensions and Polarity

LED封装具有特定的物理尺寸，这对PCB焊盘设计至关重要。数据手册提供了详细的尺寸图。关键尺寸包括总长、总宽和总高。封装上还有一个极性标识，通常是一端的凹口、绿点或阴极标记，必须与PCB焊盘正确对齐，以确保正确的电气连接（阳极与阴极）。

5.2 推荐的PCB焊接焊盘布局

提供了一种建议的PCB焊盘图案（铜焊盘布局）。该图案旨在确保回流焊期间形成可靠的焊点，提供充分的热缓解，并防止焊料桥接。遵循此建议对于成功组装和长期机械稳定性至关重要。

5.3 载带和卷盘包装规格

为便于自动化组装，元器件以载带卷盘形式提供。数据手册规定了容纳每个LED的载带凹槽尺寸、载带宽度以及卷盘尺寸（7英寸直径）。标准卷盘数量为3000件。包装符合ANSI/EIA-481规范。备注包括关于盖带、最大连续缺失元件数（2个）以及剩余物料最小起订量（500件）的详细信息。

6. 焊接、组装与操作指南

6.1 推荐的IR回流焊温度曲线

对于无铅焊接工艺，建议采用特定的温度曲线以防止损伤。关键参数包括：

• 预热温度： 150-200°C
• 预热时间： 最长120秒
• 峰值体温： 最高260°C
• 高于260°C的时间： 最长10秒（最多允许进行两次回流焊循环）

温度曲线应根据JEDEC标准制定，并依据生产中使用的具体PCB设计、焊膏和回流炉进行验证。

6.2 储存条件

由于塑料封装具有吸湿敏感性（MSL 3），正确的储存至关重要。

• 密封包装： 在≤30°C和≤90%相对湿度条件下储存。自包装之日起一年内使用。
• 已开封包装： 对于已从防潮袋中取出的元器件，环境条件不应超过30°C和60%相对湿度。建议在一周内完成红外回流焊。若存储时间超过一周，请在焊接前将LED在60°C下烘烤至少20小时，以去除吸收的湿气，防止回流焊过程中发生“爆米花”现象。

6.3 清洁

若焊接后必须进行清洁，仅可使用经认可的溶剂。规定方法为将LED在室温下的乙醇或异丙醇中浸泡少于一分钟。使用刺激性或未经指定的化学品可能会损坏塑料透镜和封装。

6.4 静电放电（ESD）注意事项

LED内部的半导体芯片对静电放电和电压浪涌敏感。需要采取操作预防措施：使用接地腕带或防静电手套，并确保所有设备和工作台面正确接地。

7. 应用设计注意事项

7.1 驱动电路设计

LED是电流驱动器件。驱动电路最关键的部分是电流调节。为确保亮度均匀，尤其是在多个LED并联时，应在每个LED上串联一个限流电阻。 每个单独的LED. 一个简单的驱动电路包含一个电压源（V_CC）、LED和一个串联电阻（R_S电阻值根据欧姆定律计算得出：R_S = (V_CC - V_F) / I_F，其中V_F 是LED在期望电流I下的正向电压_F （例如，20mA）。为每个LED使用电阻器可以补偿V_F 在不同器件之间的微小差异。

7.2 热管理

尽管功耗较低（最大62.5毫瓦），有效的热管理能延长LED寿命并维持稳定的光输出。PCB本身可作为散热器。确保从LED焊盘到PCB铜层有良好的热连接，有助于散热。避免让LED长时间在其绝对最大电流和温度极限下工作。

7.3 适用范围与限制

本LED适用于通用电子设备。对于要求极高可靠性、且故障可能危及安全的应用（例如航空、医疗生命支持、运输安全系统），在设计采用前，必须进行额外的资质认证并咨询元件制造商。

8. 技术对比与差异化

与GaAsP（磷化砷化镓）红光LED等旧技术相比，此处采用的AlInGaP芯片具有显著更高的发光效率，从而在相同驱动电流下实现更高的亮度。其圆顶透镜设计有助于达到指定的75度视角，在轴向亮度和离轴可见性之间取得了良好平衡。与自动贴装和红外回流焊的兼容性使其成为大批量生产的经济高效之选，这有别于需要手工焊接的LED。

9. 常见问题解答（基于技术参数）

问：为什么我的LED灯比电路板上的其他灯暗或亮度不一致？
答：最常见的原因是当LED并联时，没有为每个LED使用独立的限流电阻。正向电压（V_F会导致电流分配不均。务必为每个LED串联一个电阻。同时，请确保您使用的LED来自相同的光强等级。

问：我能否不使用电阻，直接用3.3V驱动这个LED？
答：不能。将LED直接连接到3.3V这样的电压源会导致电流过大，很可能超过最大直流正向电流（25mA）并损坏器件。必须串联一个电阻以将电流限制在安全值（例如20mA）。

问：数据手册显示正向电压范围为1.7V至2.5V。我应该使用哪个值来计算电阻？
答：为了进行保守设计，确保即使使用低正向电压的_F LED时，电流也不会超过您的目标值（例如20mA），请在计算中使用最小V_F 值（1.7V）。这会导致电阻值略高，对于具有更高正向电压的LED，电流会略低，_F但能保证所有器件的安全。

问：对于存储来说，“MSL 3”意味着什么？
A> Moisture Sensitivity Level 3 indicates the package can be exposed to factory floor conditions (≤30°C/60% RH) for up to 168 hours (one week) before it requires baking prior to reflow soldering. Exceeding this time risks internal package damage during the high-temperature reflow process.

10. 设计与使用案例研究

场景：设计一个包含10个均匀亮度的红色LED状态指示面板。
1. 电路设计： 使用5V电源轨。目标电流I_F = 20mA。假设典型正向电压V_F 为2.1V，计算电阻R_S = (5V - 2.1V) / 0.020A = 145欧姆。最接近的标准值为150欧姆。将一颗150欧姆电阻与10个LED中每一个的阳极串联。将所有阴极侧连接到地。
2. PCB布局： 使用数据手册中推荐的焊盘图形。确保PCB丝印上的极性标记与LED的极性指示器匹配。提供完整的地平面以利于散热和电流回流。
3. 采购： 向分销商指定所需的光强分档代码（例如，W2代表1400-1800 mcd），以确保所有10颗LED具有相近的亮度。
4. 组装： 遵循推荐的IR回流焊温度曲线。组装后如需清洁，请使用异丙醇。
这种方法确保了指示灯面板的可靠运行、一致的视觉外观和长期稳定性。

11. 工作原理介绍

LED是一种半导体二极管。其核心是由AlInGaP等直接带隙材料制成的p-n结。当施加正向电压时，来自n型区的电子和来自p型区的空穴被注入结区。当电子与空穴复合时，能量被释放。在LED中，此能量以光子（光粒子）的形式释放。发射光子的波长（颜色）由半导体材料的带隙能量决定。AlInGaP的带隙对应红光。半球形环氧树脂透镜用于保护半导体芯片并塑造输出光束，从芯片中提取更多光并确定视角。

12. 技术趋势

SMD指示灯LED的总体趋势持续朝着更高效率、更小封装尺寸和更高可靠性发展。虽然AlInGaP仍然是高效红光和琥珀光LED的主导技术，但InGaN（氮化铟镓）等其他材料覆盖了蓝光、绿光和白光光谱。芯片级封装（CSP）技术正在持续发展中，其中LED芯片无需传统塑料封装即可直接安装，从而实现更小的外形尺寸。此外，将控制电子器件（如恒流驱动器）集成到LED封装内部是一个日益增长的趋势，旨在简化电路设计并提高性能一致性。