SMD LED LTSA-E67RVEWTU 数据手册 - 散射红光 AlInGaP - 70mA - 185.5mW - 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）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）组装而设计，适用于空间受限的应用。其主要特性包括采用扩散透镜以及基于铝铟镓磷（AlInGaP）半导体技术的红色光源。

1.1 核心功能与目标市场

该LED的设计具备多项增强其可靠性与集成便捷性的关键特性。它符合《有害物质限制》（RoHS）指令。元件采用行业标准包装：以8毫米载带缠绕在7英寸直径的卷盘上，便于高速自动化贴片组装。它已根据JEDEC湿度敏感度等级2a完成预处理，确保在回流焊接过程中能有效抵御湿气导致的损伤。此外，该产品已根据AEC-Q101 Rev. D标准完成认证，这是汽车电子所用元件的一个关键基准。其设计兼容红外（IR）回流焊接工艺。其主要目标应用是汽车辅助系统，此类应用对多变环境条件下的可靠性和性能要求极高。

2. 技术参数：深入客观解读

本节详述了LED的绝对极限与工作特性。理解这些参数对于可靠的电路设计以及确保元件在其安全工作区内运行至关重要。

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永久性损坏。这些额定值均在环境温度 (Ta) 为 25°C 的条件下规定。最大连续直流正向电流 (IF) 为 70 mA。在占空比为 1/10、脉冲宽度为 0.1ms 的脉冲条件下，器件可承受 100 mA 的峰值正向电流。最大功耗 (Pd) 为 185.5 mW。器件的工作和存储温度范围额定为 -40°C 至 +100°C。对于无铅焊接工艺，它可承受峰值温度为 260°C、最长持续时间为 10 秒的红外回流焊温度曲线。

2.2 热特性

热管理对于LED的性能和寿命至关重要。从半导体结到环境空气的热阻（RθJA）通常为280 °C/W，该测量基于一块标准FR4 PCB，其厚度为1.6mm，铜焊盘面积为16mm²。从结到焊点的热阻（RθJS）通常为130 °C/W，为散热提供了更直接的路径。最大允许结温（Tj）为125°C。超过此温度将加速光通量衰减，并可能导致灾难性故障。

2.3 电光特性

电光特性在Ta=25°C、测试电流(IF)为50 mA的条件下测得，这是一个低于绝对最大值的常见工作点。发光强度(Iv)范围从最小值1800毫坎德拉(mcd)到最大值3550 mcd。视角(2θ½)定义为发光强度降至其轴向值一半时的全角，为120度，表明其具有宽泛的漫射发射模式。峰值发射波长(λP)为632 nm。决定感知颜色的主波长(λd)规定范围为618 nm至630 nm。光谱带宽(Δλ)约为20 nm。在50 mA电流下的正向电压(VF)范围为1.9V至2.65V。当施加12V反向电压(VR)时，反向电流(IR)被限制在最大10 μA；需注意，该器件并非设计用于反向偏压工作。

3. Bin分级系统说明

为确保生产应用中颜色和亮度的一致性，LED会按性能等级进行分类。批次标签上的代码代表其正向电压（Vf）、发光强度（Iv）和主波长（Wd）的等级。

3.1 正向电压 (Vf) 分档

正向电压以约0.15V为步进进行分级。分级代码范围从C（1.90V - 2.05V）到G（2.50V - 2.65V）。每个等级允许±0.1V的容差。当多个器件并联时，选择同一Vf等级的LED有助于保持电流分布均匀。

3.2 发光强度 (Iv) 分档

光强分为三个档位：X1（1800-2240 mcd）、X2（2240-2800 mcd）和Y1（2800-3550 mcd）。每个档位适用±11%的容差。这使得设计人员能够根据其应用选择合适的亮度等级。

3.3 主波长 (Wd) 分档

决定红色精确色调的主波长以3nm为步进进行分档。档位代码为5 (618-621 nm)、6 (621-624 nm)、7 (624-627 nm) 和 8 (627-630 nm)。每个档位的容差为±1 nm。这种严格的控制对于需要特定色点的应用至关重要。

4. 性能曲线分析

图形数据揭示了LED在不同条件下的工作特性，这对于稳健的系统设计至关重要。

4.1 电流-电压 (I-V) 特性

正向电压与正向电流呈对数关系。在低电流下，电压接近二极管的内建电势。随着电流增加，由于半导体材料及接触点的串联电阻，电压随之上升。设计人员必须利用此曲线选择合适的限流电阻或驱动电路，以确保LED在期望亮度下工作且不超过其最大额定值。

4.2 发光强度与正向电流关系

在正常工作范围内，发光强度通常与正向电流成正比。然而，在极高电流下，由于发热增加及其他非辐射复合过程，效率可能会下降。使LED工作在远高于其推荐电流的情况下会缩短其使用寿命。

4.3 温度依赖性

LED的性能高度依赖于温度。随着结温升高，在给定电流下，正向电压通常会略微下降。更重要的是，光输出会降低。主波长也可能随温度发生轻微偏移。因此，有效的散热对于保持稳定的光学性能至关重要，尤其是在汽车环境等高功率或高环境温度的应用中。

5. 机械与封装信息

5.1 物理尺寸与极性标识

该LED符合标准EIA封装外形。所有关键尺寸均以毫米为单位提供，除非另有说明，一般公差为±0.2毫米。一个关键的设计要点是，其阳极引线框架同时充当LED的主要散热片。在PCB布局和组装过程中，正确识别阳极和阴极对于确保极性连接正确至关重要。

5.2 推荐的PCB焊盘布局

提供了推荐的PCB焊盘图形（封装），以确保可靠的焊接和最佳的热性能。该图形设计用于兼容红外回流焊接工艺。遵循此推荐布局有助于形成正确的焊角，确保机械稳定性，并最大化从LED散热焊盘（阳极）到PCB的热传递。

6. 焊接与组装指南

6.1 回流焊温度曲线

根据J-STD-020标准，为无铅工艺规定了详细的红外回流焊温度曲线。该曲线包括预热、恒温、回流和冷却阶段。关键参数是封装体峰值温度不得超过260°C，且持续时间最长不超过10秒。遵循此温度曲线对于防止LED的环氧树脂透镜和内部半导体结构受到热损伤至关重要。

6.2 储存与操作注意事项

根据JEDEC J-STD-020标准，本产品属于潮湿敏感度等级（MSL）2a。当其处于原厂密封、内含干燥剂的防潮袋中时，应在≤30°C和≤70%相对湿度的条件下储存，并在一年内使用。一旦打开包装袋，元件应在≤30°C和≤60%相对湿度的条件下储存。建议在开袋后4周内完成红外回流焊接过程。若元件脱离原包装储存超过4周，应将其存放于带干燥剂的密封容器中，或在焊接前以约60°C的温度烘烤至少48小时，以去除吸收的湿气，防止回流焊接过程中发生“爆米花”现象。

6.3 清洁

若焊接后需进行清洁，应仅使用指定溶剂。将LED在室温下浸入乙醇或异丙醇中不超过一分钟是可接受的。使用未指定或强效化学清洁剂可能会损坏LED的塑料封装和光学透镜。

7. 包装与订购信息

7.1 卷带规格

LED采用宽度为8mm的压纹载带包装。载带卷绕在标准的7英寸（178mm）直径卷盘上。每盘包含2000件。包装符合ANSI/EIA-481规范。提供了载带凹槽、覆盖带和卷盘的详细尺寸，以确保与自动化组装设备的兼容性。

8. 应用说明与设计考量

8.1 典型应用场景

其主要目标应用是汽车辅助功能。这可以包括车内氛围照明、仪表盘指示灯、中控台照明，或需要漫射、广角红色光的外部标识灯。其AEC-Q101认证使其适用于汽车中严苛的环境条件（温度、湿度、振动）。

8.2 关键设计考量

电流限制： LED是一种电流驱动器件。必须使用串联电阻或恒流驱动电路来限制正向电流至安全值，通常处于或低于建议的50-70 mA范围，并需考虑电源波动。
热管理： 不得超过最高结温。设计PCB布局时，需从阳极焊盘提供足够的热传导路径。对于大电流或高环境温度应用，应考虑在PCB上使用更大的铜箔面积或额外的散热过孔以消散热量。
ESD防护： 尽管未在此器件中明确说明，但AlInGaP LED可能对静电放电（ESD）敏感。建议在组装过程中采取标准的ESD防护措施。
光学设计： 120°视角和扩散透镜提供了柔和、宽广的光束。对于需要更聚焦光束的应用，则需要使用二次光学元件（例如透镜、导光管）。

9. 技术对比与差异化

这款基于AlInGaP的红光LED具有特定优势。与磷化砷化镓（GaAsP）等较旧的技术相比，AlInGaP提供了更高的发光效率，从而在相同输入电流下实现更高的亮度。其漫射透镜可产生均匀、宽广的发射光型，非常适合区域照明而非聚焦点光源。AEC-Q101认证和MSL 2a等级是其在汽车及其他严苛应用中的关键差异化优势，表明其相较于标准商用级LED，经过了更严格的可靠性测试并具备更强的防潮性能。

10. 常见问题解答（基于技术参数）

问：我能否直接用5V或12V电源驱动这款LED？
答：不能。您必须使用限流机制。对于5V电源，通常使用串联电阻（R = (电源电压 - Vf) / If）。对于12V电源，电阻会散发过多热量；建议使用恒流驱动器或开关稳压器。

问：峰值波长与主波长有什么区别？
答：峰值波长（λP）是光谱功率分布达到最大值时的波长（632 nm）。主波长（λd）是指与LED感知颜色相匹配的单色光波长（618-630 nm）。λd在颜色规格中更具相关性。

问：为何热阻很重要？
答：它量化了热量从LED结区散逸的效率。较低的热阻意味着更好的散热性能，这使得您可以在更高电流或更热的环境下驱动LED，同时将结温保持在安全范围内，从而确保长期可靠性和稳定的光输出。

问：数据手册提到了反向电压测试。我能否将此LED用于交流电路或需要反极性保护的场合？
答：12V反向电压额定值仅用于测试目的。该器件并非设计用于连续反向偏置工作。在交流电路或用于极性保护时，必须使用外部串联二极管来阻断LED两端的反向电压。

11. 实际设计与使用示例

场景： 为汽车控制模块设计一个红色状态指示灯。该模块由车辆12V蓄电池系统供电（运行时标称电压为14V）。该指示灯需在日光下清晰可见。
设计步骤：
1. 当前选择： 选择50 mA的工作点，以在亮度和使用寿命之间取得良好平衡。
2. 驱动器选择： 由于电源电压较高，使用简单的电阻器会浪费超过0.5W的功率。更好的解决方案是采用一个设置为50 mA的低压差（LDO）恒流LED驱动器IC。
3. 热设计： 该模块可能位于发动机舱内。估算最高环境温度（例如85°C）。计算预期的结温温升：ΔTj = Pd * RθJA = (VF * IF) * RθJA。使用典型值VF=2.2V和RθJA=280°C/W，Pd=0.11W，因此ΔTj ≈ 31°C。Tj = Ta + ΔTj = 85°C + 31°C = 116°C，低于最高125°C。这可以接受但处于临界状态。为提高可靠性，可增加连接至阳极的PCB焊盘上的铜箔面积，以降低有效RθJA。
4. Bin Selection: 为确保仪表盘中多个单元的外观一致，请为优势波长（例如，Bin 7）和发光强度（例如，Bin X2 或 Y1）指定窄区间。

12. 工作原理介绍

发光二极管是半导体p-n结器件。当施加正向电压时，来自n型区域的电子和来自p型区域的空穴被注入到结区。这些载流子在半导体的有源区复合。在AlInGaP这类直接带隙半导体中，相当一部分复合事件会以光子（光）的形式释放能量。发射光的特定波长（颜色）由半导体材料的带隙能量决定。AlInGaP合金经过设计，可在可见光谱的红、橙、黄部分产生光。扩散透镜由含有散射颗粒的环氧树脂或硅胶材料制成。这些颗粒随机地重定向从半导体芯片发出的光，从而加宽光束角，并通过消除透明透镜LED典型的明亮中心“热点”，创造出更均匀、更柔和的外观。

13. 技术趋势与发展

LED技术领域正在持续发展。对于像本元件这样的指示器和信号应用，趋势集中在几个关键领域。 效率提升： 当前材料科学研究致力于提高AlInGaP及其他半导体材料的内部量子效率（IQE），以实现每单位输入电功率（lm/W）更高的发光输出。 可靠性增强： 汽车和工业市场的需求推动了封装材料（如高温硅胶）及芯片贴装技术的改进，以耐受更高的结温和更极端的热循环条件。 微型化： 行业持续追求在保持或提升光功率的同时缩小封装尺寸，以实现现代电子设备中更密集的集成。 颜色一致性与分档： 外延生长和制造工艺控制方面的进步使得波长和发光强度的分布更为集中，减少了对大量分档的需求，并简化了制造商的库存管理。 集成解决方案： 一个日益增长的趋势是将LED芯片与驱动IC、保护元件（如ESD二极管）甚至控制逻辑集成到单一的智能封装模块中。