SMD LED LTST-C21RKGKT 数据手册 - 3.2x1.6x1.9mm - 2.4V - 75mW - 绿色 - 英文技术文档

1. 产品概述

本文档详述了一款高性能表面贴装器件（SMD）发光二极管（LED）的规格。该产品是一款采用超亮铝铟镓磷（AlInGaP）半导体材料、发绿光的顶部安装芯片LED。其设计适用于现代电子组装工艺，兼容自动贴装设备和红外（IR）回流焊接。该器件符合RoHS（有害物质限制）指令，属于绿色产品。它以行业标准的8毫米载带、7英寸直径卷盘形式供货，适用于高效的大规模生产。

1.1 核心优势

• 高亮度： 采用先进的AlInGaP技术，实现卓越的发光强度。
• 适用于现代制造： 完全兼容自动化贴片系统和无铅红外回流焊接工艺。
• 标准化封装： 符合EIA（电子工业联盟）关于载带和卷盘包装的标准，确保广泛的兼容性。
• 环保合规性： 符合RoHS要求，适用于具有严格环保法规的全球市场。
• 设计灵活性： 这款水晶般透明的镜片呈现中性外观，可与各类产品设计融为一体。

2. 深入技术参数分析

除非另有说明，所有参数均在环境温度(Ta)为25°C的条件下规定。理解这些参数对于可靠的电路设计和实现预期性能至关重要。

2.1 绝对最大额定值

这些额定值定义了器件的应力极限，超出此极限可能导致永久性损坏。不保证器件在此极限下或在此极限时能正常工作，为确保可靠运行，应避免此类情况。

• 功耗 (Pd): 75 mW。器件能够以热量形式耗散的最大总功率。
• 峰值正向电流 (IFP): 80 mA。脉冲条件下（1/10占空比，0.1ms脉冲宽度）的最大允许电流。用于短暂、高强度的闪光。
• 直流正向电流 (IF): 30 mA。稳态工作下的最大连续正向电流。
• 反向电压 (VR): 5 V。可施加于LED两端的最大反向电压。
• 工作温度范围: -30°C 至 +85°C。设备设计工作的环境温度范围。
• 储存温度范围： -40°C 至 +85°C。设备非工作状态下的储存温度范围。
• Infrared Soldering Condition: 260°C 持续10秒。此为回流焊接过程中的最高热曲线暴露条件。

2.2 Electrical & Optical Characteristics

这些是标准测试条件（IF = 20mA）下的典型性能参数。

• 发光强度 (Iv): 28.0 - 180.0 mcd (毫坎德拉)。人眼感知的光源亮度（基于CIE曲线）。通过分档系统来管理这一宽范围。
• 视角 (2θ_1/2): 70度（典型值）。光强降至0度（轴向）光强一半时所对应的全角。这定义了光束的扩散角度。
• Peak Emission Wavelength (λ_P): 574 nm（典型值）。光谱功率分布达到最大值时的波长。
• 主波长 (λ_d): 567.5 - 576.5 nm。在感知上与LED颜色相匹配的单色光波长，源自CIE色度图。这是颜色规格的关键参数。
• 谱线半宽 (Δλ): 15 nm（典型值）。在最大强度一半处测得的光谱带宽（半高全宽 - FWHM）。数值越小，表示光的单色性越好。
• 正向电压 (V_F): 1.80 - 2.40 V。在规定的正向电流（20mA）下工作时，LED两端的电压降。
• 反向电流 (I_R): 10 μA（最大值）在 V_R = 5V。器件反向偏置时流过的微小漏电流。

3. 分档系统说明

为确保生产中的颜色和亮度一致性，LED会根据测量特性进行分档。这使得设计人员能够选择符合特定应用均匀性要求的器件。

3.1 发光强度分档

在20mA测试电流下进行分档。各档内公差为+/-15%。

• N档： 28.0 - 45.0 毫坎德拉
• Bin P: 45.0 - 71.0 毫坎德拉
• Bin Q: 71.0 - 112.0 mcd
• Bin R: 112.0 - 180.0 毫坎德拉

3.2 主波长分档

在20mA测试电流下进行分档。每个档位的容差为 +/- 1nm。

• Bin C: 567.5 - 570.5 nm
• Bin D: 570.5 - 573.5 纳米
• 区间 E： 573.5 - 576.5 纳米

结合光强与波长区间（例如，RC、QD）可为组件提供精确的色彩与亮度一致性规格。

4. 性能曲线分析

虽然数据手册中引用了具体的图示曲线，但以下分析基于标准LED特性及所提供的参数。

4.1 正向电流与正向电压关系（I-V曲线）

该LED呈现典型的二极管I-V特性。在20mA电流下，其正向电压（V_F）的规定范围为1.80V至2.40V。V_F 具有负温度系数，这意味着它会随着结温升高而略微下降。为确保稳定运行，强烈建议使用恒流源而非恒压源驱动LED，以防止热失控。

4.2 发光强度与正向电流的关系

在工作范围内，发光强度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（流明每瓦）可能会降低。在测试时，在或低于推荐的20mA电流下工作，可确保最佳效率和寿命。

4.3 温度依赖性

LED性能对温度敏感。随着结温升高：

• 光输出降低： 光输出将会下降。具体的降额系数因产品而异。
• 正向电压降低： 如I-V特性曲线所示。
• 波长偏移： 主波长可能会发生轻微偏移，通常随着温度升高而向更长波长方向移动（红移）。

PCB上良好的热管理（足够的铜箔面积、可能需要的散热过孔）对于维持性能和可靠性至关重要，尤其是在高环境温度或接近最大额定电流下工作时。

5. Mechanical & Packaging Information

5.1 器件尺寸

该封装为标准SMD格式。关键尺寸包括适用于自动化组装的本体尺寸和引脚配置。除非另有说明，所有尺寸公差通常为±0.10mm。设计人员必须参考详细的机械图纸以进行精确的焊盘图形设计。

5.2 极性标识

LED封装上通常有视觉标记来指示阴极，例如凹口、绿点或透镜的切角。安装时必须注意正确的极性，以确保器件正常工作。

5.3 建议的焊盘布局

提供的推荐焊盘布局旨在确保可靠的焊点、正确的对位以及足够的机械强度。遵循此布局有助于防止回流焊时发生立碑现象（元件一端翘起），并确保与PCB的良好热连接。

6. Soldering & Assembly Guidelines

6.1 红外回流焊温度曲线

该器件兼容无铅（Pb-free）焊接工艺。提供符合JEDEC标准的建议回流焊温度曲线，关键参数包括：

• 预热： 150-200°C
• 预热时间： 最长120秒。
• 峰值温度： 最高260°C。
• 液相线以上时间： 器件暴露于峰值温度的时间最长不得超过10秒。回流焊最多可进行两次。

必须针对具体的PCB设计、元器件、焊膏和使用的回流炉对温度曲线进行表征。

6.2 手工焊接

如需进行手工焊接：

• 烙铁温度： 最高300°C。
• 焊接时间： 每个引脚最多3秒。
• 尝试次数： 焊接应仅进行一次。避免反复加热。

建议使用带细尖头的温控烙铁。

6.3 清洁

如需在焊接后进行清洁：

• 仅使用指定的清洁剂。未经指定的化学品可能会损坏环氧树脂透镜或封装。
• 推荐的溶剂为常温下的乙醇或异丙醇。
• 浸泡时间应少于一分钟。

6.4 Storage & Handling

• ESD 注意事项： LED对静电放电（ESD）敏感。操作时请佩戴防静电腕带、使用防静电垫，并确保设备正确接地。
• 湿度敏感性： 根据行业标准，该器件可能对湿度敏感。如果原装的防潮密封袋被打开：
  • 储存条件：温度≤30°C，相对湿度≤60%。
  • 建议开封后一周内完成红外回流焊。
  • 若需在脱离原包装袋后长期储存，请置于带干燥剂的密封容器或氮气干燥柜中。
  • Devices stored out of bag for >1 week should be baked at approximately 60°C for at least 20 hours before soldering to remove absorbed moisture and prevent "popcorning" during reflow.

7. Packaging & Ordering Information

7.1 卷带包装规格

• 卷盘尺寸： 7英寸直径。
• 载带宽度： 8毫米。
• 每卷数量： 3000片（标准满卷）。
• 最小包装数量： 剩余数量按500件起订。
• 包装标准： 符合ANSI/EIA-481规范。
• 盖带： 空置的元件袋由顶部盖带密封。
• 缺件： 根据规范，最多允许连续两个缺失的灯（空位）。

8. 应用建议

8.1 典型应用场景

此LED适用于需要紧凑、高亮度绿色指示灯的广泛应用，包括但不限于：

• 消费电子产品（路由器、充电器、家电）上的状态与电源指示灯。
• 键盘或控制面板上按键的背光。
• 显示面板状态指示灯。
• 汽车内饰照明（非关键功能，需进一步确认）。
• 便携式电子设备。

本产品适用于普通电子设备。对于要求极高可靠性、故障可能危及安全的应用（如航空、医疗、交通安全系统），必须进行专门咨询和资质认证。

8.2 电路设计考量

• 限流： 务必使用一个串联的限流电阻或专用的恒流LED驱动电路。其阻值根据欧姆定律计算：R = (V_supply - V_F) / I_F. 使用数据手册中的最大V_F （2.40V）以确保即使使用低V_F 器件时电流也不会超过限制。
• 并联连接： 避免将LED直接并联。V_F 的微小差异会导致电流失衡，其中一个LED会占用大部分电流而过早失效。应为每个LED使用独立的限流电阻，或使用多通道恒流驱动器。
• 串联连接： 将LED串联可确保每个器件通过的电流相同，这有利于实现均匀亮度。需确保电源电压足以满足所有V_F 压降之和，并为电流调节器留出裕量。
• 热管理： 若需在高电流或高环境温度下持续运行，请考虑PCB布局设计。在LED的散热焊盘（如有）下方设置小型铜垫，或将阴极焊盘连接至更大的铜平面，均有助于散热。
• 反向电压保护： 尽管LED可承受最高5V的反向电压，但在可能发生反接的电路（例如用户可自行安装的模块）中，建议加入保护措施，例如串联二极管或在LED两端并联分流二极管。

9. Technical Comparison & Differentiation

与传统的标准GaP（磷化镓）绿色LED等旧技术相比，这款基于AlInGaP的器件具有显著优势：

• 更高亮度： AlInGaP材料提供了显著更高的发光效率，从而在相同输入电流下实现更大的光输出。
• 更优的色彩纯度： 光谱半宽相对较窄（典型值为15nm），与光谱更宽的替代方案相比，能产生更饱和、更纯正的绿色。
• 现代工艺兼容性： 该封装和材料专为与无铅高温红外回流工艺兼容而设计，这对于符合现代RoHS标准的制造至关重要。
• 标准化： EIA封装和卷带包装格式确保了与自动化装配线的无缝集成，与非标准或散装元件相比，减少了设置时间和贴装错误。

10. 常见问题解答

10.1 Peak Wavelength 和 Dominant Wavelength 有什么区别？

峰值波长 (λ_P) 是指LED发出最大光功率的物理波长。 主波长 (λ_d) 是感知色匹配——即人眼感知到的与LED混合输出颜色相同的单一波长。对于像这种绿色LED的单色LED，它们通常很接近，但λ_d 是设计中颜色规范的关键参数。

10.2 如果我的电源电压正好是2.0V，是否可以不加限流电阻来驱动这个LED？

不，不建议这样做，存在风险。 正向电压（V_F）在1.80V至2.40V之间变化。如果您有一个2.0V的电源和一个V_F 为1.85V的LED，仅0.15V的微小压差将导致大且不受控制的电流流过（仅受限于LED的动态电阻和寄生电路电阻），很可能超过最大电流并损坏LED。务必使用限流机制。

10.3 为何存在分级系统，我应选择哪个等级？

制造差异会导致颜色和亮度存在细微差别。分档将LED分组以确保一致性。请根据您的应用选择档位：

• 对于单个指示灯，通常任何档位均可接受。
• 对于需要看起来完全一致的多颗LED（例如一排状态指示灯），应指定相同的强度与波长档位（例如全部为“QD”），以确保视觉上的一致性。
• 为获得最亮的输出，请指定最高的发光强度等级（R）。如需特定的绿色色调，请指定相应的波长等级（C、D或E）。

10.4 数据手册中提到75mW的功耗，应如何计算？

LED的功耗（P_d）主要通过以下公式计算：P_d ≈ V_F * I_F。例如，在最大连续电流（I_F = 30mA) 和典型 V_F 为 2.1V，P_d = 0.030A * 2.1V = 63mW，低于最大值 75mW。进行最坏情况计算时，务必使用最大 V_F ：0.030A * 2.40V = 72mW。这留有较小的安全裕量。请确保您的工作条件（包括环境温度）允许此功耗而不会导致过热。

11. Practical Design & Usage Examples

11.1 示例1：简单的5V指示灯电路

目标： 从5V直流电源为单个LED供电，电流I_F = 20mA。 计算： 假设最坏情况下的V_F = 2.40V。_R = 5V - 2.40V = 2.60V。_R / I_F = 2.60V / 0.020A = 130 Ω。 元件选择： 选择最接近的标准电阻值，例如130Ω或150Ω。使用150Ω电阻时，电流I_F ≈ (5V - 2.40V)/150Ω = 17.3mA，该值安全且亮度仍然足够。 电阻额定功率： P_电阻器 = I² * R = (0.020)² * 150 = 0.06W。标准的1/8W (0.125W) 或 1/4W 电阻器绰绰有余。

11.2 示例2：从12V电源驱动多个LED

目标： 在电流I下，从12V电源串联驱动三个LED_F = 20mA。 计算： LED总压降V_F (最坏情况最大值)：3 * 2.40V = 7.20V。_R = 12V - 7.20V = 4.80V。 优点： 串联连接保证了通过所有三个LED的电流相同，即使它们的V_F 值存在差异，也能确保亮度均匀。与使用三个独立电阻相比，仅需一个限流电阻，提高了效率。

12. 技术介绍

12.1 AlInGaP半导体原理

AlInGaP（磷化铝铟镓）是一种III-V族化合物半导体材料，主要用于制造高亮度的红色、橙色、黄色和绿色LED。通过在外延生长过程中精确调整晶格中铝、铟、镓和磷的比例，工程师可以“调节”材料的带隙。带隙能量决定了电子与空穴在结区复合时发出的光的波长（颜色）。与旧材料相比，AlInGaP在黄光至红光光谱范围内具有更高的量子效率和热稳定性，从而能制造出更亮、更可靠的器件。此特定部件发出的绿光是通过将材料成分推向更高带隙能量来实现的。

13. 行业趋势

13.1 指示灯LED的演进

SMD指示灯LED的发展趋势持续朝向：

• 效率提升： 开发新型半导体材料和芯片结构（如倒装芯片设计），以实现更高的每瓦流明数，从而在特定亮度下降低功耗。
• 小型化： 封装尺寸正变得越来越小（例如公制尺寸0402、0201），以便在可穿戴设备和超薄智能手机等日益紧凑的设备中节省宝贵的PCB空间。
• Enhanced Reliability & Robustness: 改进的封装材料和工艺，以承受更高的回流焊温度、更严苛的环境条件，并提供更好的防潮性能。
• 集成解决方案： 内置限流电阻或IC驱动器（“封装内LED驱动器”）的LED增长，以简化电路设计并减少元件数量。
• 拓宽色域： 对不同衬底上的氮化镓（GaN）材料和量子点技术进行持续研究，以实现更纯净、更饱和的绿色和青色，这对全彩显示和照明应用具有重要价值。

本文档所记载的这类器件，具备RoHS合规性、回流焊兼容性以及高亮度特性，代表了当前通用指示灯应用的主流标准。