SMD LED LTST-B680QEKT 数据手册 - AlInGaP 红光 - 120mW - 2.6V - 英文技术文档

1. 产品概述

本文档提供了一款表面贴装器件（SMD）发光二极管（LED）的完整技术规格。该元件专为自动化印刷电路板（PCB）组装工艺设计，适用于空间受限的关键应用。该LED采用铝铟镓磷（AlInGaP）半导体材料发出红光，为现代电子设计提供了性能与可靠性的平衡。

1.1 特性与核心优势

该LED的设计旨在满足多项关键行业标准和制造要求，为设计者和制造商提供显著优势。

• 环境合规性： 该器件符合《有害物质限制指令》（RoHS）的规定。
• 制造兼容性： 该产品以行业标准的8毫米编带封装于7英寸卷盘上供应，确保其与高速自动化贴片组装设备完全兼容。
• 工艺兼容性： 该封装设计用于承受表面贴装技术（SMT）组装线中常用的标准红外（IR）回流焊接工艺。
• 可靠性： 该元件需经过加速至JEDEC湿度敏感等级3的预处理测试，表明其封装结构坚固，适合焊接前典型的处理和存储条件。
• 电气接口： 它与集成电路（I.C.）兼容，可直接集成到数字控制电路中。

1.2 目标应用与市场

由于其紧凑的尺寸、可靠性和性能特点，这款LED的目标市场涵盖广泛的电子设备。主要应用领域包括：

• 电信设备： 路由器、调制解调器和网络交换机上的状态指示灯。
• 办公自动化： 打印机、扫描仪和多功能设备上的指示灯。
• 消费电子： 家电及影音设备前面板的背光照明、电源状态指示灯和功能符号。
• 工业设备： 机器状态、故障指示与操作反馈面板。
• 通用型： 任何需要紧凑、明亮且可靠的红色状态指示灯或符号光源的应用。

2. 技术参数深度解析

本节对LED的电学、光学及热学规格进行了详细、客观的分析。理解这些参数对于正确的电路设计和确保长期性能至关重要。

2.1 绝对最大额定值

绝对最大额定值定义了器件的应力极限，超过此极限可能导致器件永久性损坏。这些并非正常工作条件。

• Power Dissipation (Pd): 120 毫瓦。这是器件在不损坏的情况下能够以热量形式耗散的最大功率。超过此限制可能导致半导体结过热。
• 峰值正向电流 (I_FP): 80 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，以防止过度发热。
• Continuous Forward Current (I_F): 50 mA。这是在规定的环境温度条件下可以持续施加的最大直流电流。
• Reverse Voltage (V_R): 5 V。施加超过此值的反向电压可能导致LED结击穿和灾难性故障。数据手册明确指出该器件并非为反向工作而设计。
• Operating & Storage Temperature Range: -40°C 至 +100°C。这定义了器件在工作和非工作存储状态下的环境温度极限，以确保封装和芯片的材料完整性。

2.2 电光特性

这些参数在标准测试条件（Ta=25°C，I_F=20mA）下测得，用于定义器件性能。

• 发光强度（I_V): 450 - 1120 mcd（毫坎德拉）。这是通过与人眼明视觉响应匹配的滤光传感器测得的LED感知亮度。其宽范围通过分档系统进行管理（参见第3节）。
• 衍射角 (2θ)_1/2): 120度（典型值）。这是光强降至其峰值（轴向）值一半时的全角。120°角表示一种宽泛、弥散的发射模式，适用于状态指示灯。
• 峰值发射波长 (λ_P): 631 nm（典型值）。这是光谱功率输出最高的波长。这是AlInGaP材料的物理特性。
• 主波长 (λ_d): 624 nm（典型值）。这是人眼感知到的、与LED颜色最匹配的单色波长。它由CIE色度坐标推导得出。容差为 +/- 1nm。
• 谱线半宽 (Δλ): 半高宽为15纳米（典型值）。该参数用于衡量光谱纯度，表示发射波长的范围。半高宽越窄，表明颜色越接近单色（越纯净）。
• 正向电压 (V_F): 在20mA电流下为1.8V（最小值）至2.6V（最大值）。这是LED工作时两端的压降。电路设计必须考虑此电压变化，以确保电流稳定。
• 反向电流 (I_R): 在V_R=5V。这是在施加反向电压时流过的微小漏电流，仅与测试目的相关。

3. Binning System Explanation

为管理半导体制造中的自然差异，LED会按性能进行分档。这使得设计人员能够选择满足特定亮度要求的组件。

3.1 光强分档

光强被划分为不同的档位，每个档位都有最小值和最大值。每个档位内的容差为 +/-11%。

• U1档： 450.0 mcd (最小值) 至 560.0 mcd (最大值)
• Bin U2: 560.0 mcd (最小值) 至 680.0 mcd (最大值)
• Bin V1: 680.0 mcd (最小值) 至 900.0 mcd (最大值)
• Bin V2: 900.0 mcd (最小值) 至 1120.0 mcd (最大值)

设计人员在订购时应指定所需的bin code，以确保组件中多个单元之间的亮度一致性。对于绝对亮度要求不那么严格的应用，更宽的bin范围或不指定特定bin可能是可以接受的。

4. 性能曲线分析

虽然数据手册中引用了特定的图形曲线（例如图1、图5），但其对设计至关重要。

4.1 正向电流与正向电压关系（I-V曲线）

正向电流（I_F) 和正向电压 (V_F) 是非线性的，类似于标准二极管。在20mA电流下指定的 V_F 范围（1.8V-2.6V）是关键设计点。由于 V_F 随温度升高而降低，因此使用恒流而非恒压驱动 LED 对于维持稳定的光输出和防止热失控至关重要。

4.2 发光强度与正向电流的关系

光输出（I_V）在工作范围内近似与正向电流成正比。然而，在极高电流下，由于热量增加，效率可能会下降。在建议的20mA测试条件或以下运行，可确保最佳性能和寿命。

4.3 光谱分布

光谱输出曲线以631 nm的峰值波长为中心，典型半宽为15 nm。这定义了特定的红色色调。主波长（624 nm）是在需要多个LED显示相同颜色的应用中，进行颜色匹配的关键参数。

4.4 温度依赖性

LED性能对温度敏感。通常，发光强度会随着结温的升高而降低。宽广的工作温度范围（-40°C至+100°C）表明该器件额定可在极端环境下工作，但输出会有所变化。对于大电流或高环境温度应用，PCB上需要适当的热管理，以维持亮度和使用寿命。

5. 机械与封装信息

5.1 物理尺寸与极性

该LED符合EIA标准的SMD封装外形尺寸。数据手册中提供了详细的尺寸标注图，包括长度、宽度、高度和引脚间距。所有尺寸均以毫米为单位，标准公差为±0.2毫米。封装采用无色透明透镜，不会对光线进行漫射，因此可以看到AlInGaP材料固有的红色。极性（阳极和阴极）通过元件本体上的物理标记指示，在贴装时必须注意观察以确保正确工作。

5.2 推荐的PCB焊盘布局

本文提供了一个建议的印刷电路板焊接盘布局，适用于红外或气相回流焊接。遵循此焊盘图案对于实现可靠的焊点、回流过程中正确的自对准以及将热量从LED结有效散出至关重要。

6. 焊接与组装指南

6.1 回流焊接温度曲线

该器件兼容无铅（Pb-free）红外回流焊接工艺。推荐的温度曲线基于J-STD-020B标准。关键参数包括：

• 预热温度： 150°C至200°C。
• 预热时间： 最长120秒。
• 峰值体温： 最高260°C。
• 液相线以上时间： 建议控制在标准JEDEC限制范围内（通常为60-150秒）。
• 最大焊接循环次数： 两次。

需要强调的是，最优的温度曲线取决于具体的PCB设计、焊膏和回流炉。应以基于JEDEC标准的温度曲线为目标，并依据焊膏制造商的建议和板级特性进行最终调整。

6.2 手工焊接

若必须进行手工焊接，务必极其谨慎：

• 烙铁温度： 最高300°C。
• 焊接时间： 每引脚最多3秒。
• 次数： 仅限一次。重复加热会损坏封装和内部芯片键合。

6.3 清洁

如需进行焊后清洁，应仅使用指定的溶剂。数据手册建议将LED在常温下浸入乙醇或异丙醇中不超过一分钟。使用未指定或强效的化学清洁剂可能会损坏塑料透镜和封装材料。

7. 储存与操作注意事项

7.1 湿度敏感性与储存

LED封装对湿气敏感。长时间暴露在环境湿度下，可能导致在高温回流焊接过程中出现爆米花式开裂。

• 密封封装： 器件应储存在温度≤30°C、相对湿度≤70%的环境中。在原装含干燥剂的防潮袋内，保质期为一年。
• 已开封包装： 一旦密封袋被打开，储存环境不得超过30°C和60%相对湿度。
• 车间寿命： 从原包装中取出的元器件应在168小时（7天）内进行红外回流焊。
• 延长存储： 若存储时间超过168小时，LED应保存在带有干燥剂的密封容器或氮气干燥柜中。
• 烘烤： 暴露超过168小时最低储存寿命的元件，在组装前需在约60°C下烘烤至少48小时，以去除吸收的湿气。

7.2 驱动电路设计

LED是一种电流驱动器件。为确保亮度均匀并防止电流争抢，尤其是在并联驱动多个LED时，必须为每个LED串联一个限流电阻。Datasheet强烈建议采用此配置（电路A），而非将LED直接并联且无独立电阻（电路B），后者会因Vf微小差异导致的电流分配不均而引起亮度不均甚至可能损坏。_F 单元间的差异。

8. 封装与订购信息

8.1 卷带包装规格

该元件以压纹载带形式提供，卷绕在7英寸（178毫米）直径的卷盘上，适用于自动化组装。

• Pocket Pitch: 8 mm.
• 每卷数量： 2000 件。
• 最小起订量 (MOQ)： 剩余数量为500件。
• 覆盖带： 空置的元件袋由顶部覆盖带密封。
• 缺失元件： 根据包装规范，最多允许连续两个缺失灯珠（空位）。
• 标准： 包装符合 ANSI/EIA-481 规范。

9. 应用说明与设计考量

9.1 典型应用场景

此LED适用于普通电子设备，包括办公自动化、电信、家用电器及通用工业控制设备。它适用于状态指示、前面板符号背光以及通用发光信号指示。

9.2 设计考量

• 电流控制： 务必使用串联电阻或专用恒流驱动器来设定正向电流。请勿直接连接到电压源。
• 热管理： 尽管封装尺寸小，仍需确保PCB焊盘上有足够的铜箔面积以充当散热器，尤其是在接近最大连续电流（50mA）下工作时。
• ESD保护： 尽管未明确说明为敏感器件，但按照标准的 ESD（静电放电）预防措施处理 LED 被视为良好实践。
• 光学设计： 该水晶透明透镜可产生视角为 120° 的聚焦光束。如需更宽或更扩散的照明，可能需要外部透镜或导光件。

10. 技术对比与差异化

虽然这份独立的数据手册未提供与其他型号的直接对比，但可以推断出该元器件的关键差异化特性：

• 材料 (AlInGaP): 与GaAsP等旧技术相比，为红色LED提供了高效率和良好的色彩稳定性。
• 宽视角 (120°)： 提供宽广的可见范围，使其非常适合用作面板安装的状态指示灯。
• JEDEC Level 3 预处理： 表明其具有良好的防潮等级，适用于大多数商业应用，无需超干燥存储，从而简化了物流。
• 标准化封装： 符合EIA包装标准和ANSI/EIA-481卷盘规格，可确保无缝集成到自动化装配线中。

11. 常见问题解答 (FAQ)

问：我能否在不使用限流电阻的情况下驱动此LED？
A: 不对。LED必须由受控电流驱动。将其直接连接到电压源会导致电流过大，可能立即损坏器件。务必使用串联电阻或恒流电路。

Q: 下订单时，“Bin Code”是什么意思？
A: Bin Code（例如 V1, U2）规定了该批次LED保证的最小和最大发光强度。指定Bin可以确保您产品中所有LED的亮度一致性。如果颜色一致性至关重要，您可能还需要指定波长Bin。

Q: 打开包装袋后，这些LED可以储存多久？
答：为确保焊接可靠性，若储存环境≤30°C/60% RH，应在168小时（7天）内使用。若储存时间更长，使用前必须在60°C下烘烤48小时。

问：这款LED是否适用于汽车或医疗应用？
答：数据手册注明其适用于普通电子设备。对于要求极高可靠性或故障可能危及安全的应用（航空、汽车、医疗、生命支持），需咨询制造商以评估适用性，并可能需要针对该特定用途对元件进行认证。

问：我能否使用波峰焊来焊接这个SMD LED？
答：数据手册仅提供了红外回流焊和手工焊接的指导原则。通常不建议对此类SMD元件使用波峰焊，因为存在热冲击和可能污染的风险。回流焊是预期且推荐的组装工艺。

12. 实际设计示例

场景： 为一条5V直流电源轨供电的设备设计一个电源“接通”指示灯。目标是在约15mA的正向电流下实现良好的可见性（低于20mA测试点以延长寿命）。

计算：
假设典型正向电压（V_F）为2.2V。
串联电阻（R_S）上所需的压降为：V_supply - V_F = 5V - 2.2V = 2.8V。
使用欧姆定律：R_S = V / I = 2.8V / 0.015A = 186.67 Ω。
最接近的标准电阻值为180 Ω或200 Ω。

选择： 选择180 Ω电阻。重新计算电流：I = (5V - 2.2V) / 180Ω ≈ 15.6mA。这是安全的且在限值之内。
电阻功耗： P = I²R = (0.0156)² * 180 ≈ 0.044W。使用标准的1/8W (0.125W) 或 1/10W 电阻器即可满足要求。

PCB布局： 将180Ω电阻器与LED的阳极串联。请遵循LED焊盘数据手册中推荐的焊盘图形，确保有足够的铜箔面积用于散热。在PCB丝印层上需包含极性标记（例如，阳极用“+”表示）。

13. 工作原理

发光二极管是一种半导体器件，通过称为电致发光的过程将电能直接转化为光。当在p-n结上施加正向电压时，来自n型材料的电子与来自p型材料的空穴在活性区内复合。在AlInGaP LED中，这种复合事件以光子（光粒子）的形式释放能量。所发射光的具体波长（颜色），在本例中为约624-631纳米的红光，是由用于制造芯片的磷化铝铟镓半导体材料的带隙能量决定的。水透明环氧树脂封装包裹并保护半导体芯片，形成透镜以塑造光输出，并包含提供电气连接和机械支撑的金属引线框架。

14. 技术趋势

此类SMD LED的发展是光电子和电子制造领域更广泛趋势的一部分。影响此类元件的关键趋势包括：

• 小型化： 对更小封装尺寸的持续需求，以实现更密集的PCB布局和更紧凑的终端产品。
• 效率提升： 持续的材料科学研究旨在提高彩色LED的发光效率（流明每瓦），从而在特定光输出下降低功耗。
• 可靠性增强： 封装材料（环氧树脂、硅胶）和芯片贴装技术的改进，使得器件在高温高湿条件下具有更长的使用寿命和更优异的性能。
• 标准化： 采用行业标准的封装尺寸、卷盘规格和性能指标（如JEDEC MSL等级），能够优化供应链，并简化工程师的设计导入流程。
• 集成： 虽然这是一个分立元件，但存在一种趋势，即将控制电子器件（如电流调节器或驱动器）直接集成到LED封装中，从而形成“智能”LED模块。