LTST-E683RGBW SMD LED 數據手冊 - 3.2x2.8x1.9mm - 紅光 2.4V/綠光 3.8V/藍光 3.8V - 72-80mW - 英文技術文件

1. 產品概覽

LTST-E683RGBW 是一款表面貼裝器件 (SMD) LED，將三個獨立的半導體光源集成於一個緊湊的封裝內。它結合了一個用於發射紅光的 AlInGaP（磷化鋁銦鎵）晶片，以及兩個用於發射綠光和藍光的 InGaN（氮化銦鎵）晶片，所有晶片均由一個擴散透鏡覆蓋。此配置可產生廣泛的光譜顏色，包括當三種顏色以適當強度混合時產生的白光。其主要應用於背光、狀態指示器、裝飾照明以及全彩顯示模組，這些應用對節省空間和自動化組裝至關重要。其核心優勢包括兼容標準紅外線和回流焊接製程、符合 RoHS 指令的無鉛結構，以及適用於 8mm 載帶上大批量自動化貼裝設備的封裝。

2. 深入技術參數分析

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了壓力極限，超出此極限可能會對器件造成永久性損壞。不建議讓LED持續在或接近這些極限下運作。關鍵參數包括：

• 功耗 (Pd): 紅：72mW，綠/藍：80mW。呢個係LED喺25°C環境溫度下連續直流操作時，可以作為熱量消散嘅最大允許功率。超過呢個限制會有熱失控同縮短使用壽命嘅風險。
• 峰值正向電流 (Ifp): 紅色: 80mA, 綠色/藍色: 100mA。此為最大允許脈衝電流，指定條件為1/10佔空比及0.1ms脈衝寬度。其數值遠高於直流額定值，允許短暫的高強度閃光。
• 直流正向電流 (If): 紅色: 30mA, 綠色/藍色: 20mA。此為建議的最大連續正向電流，以確保長期可靠運作。驅動電流超過此值將增加光輸出，但同時會產生更多熱量，長遠可能導致半導體材料及螢光粉（如適用）性能下降。
• 溫度範圍： 操作：-40°C 至 +85°C；儲存：-40°C 至 +100°C。此等範圍確保LED在使用及非操作期間，其機械與電氣完整性。

2.2 Electrical & Optical Characteristics

呢啲係喺標準測試條件下（Ta=25°C，If=20mA）量度到嘅典型性能參數。

• 發光強度 (Iv)： 以毫坎德拉 (mcd) 為單位量度，代表肉眼所見LED嘅感知亮度（使用CIE明視濾光片）。指定範圍為：紅色：71-224 mcd，綠色：355-900 mcd，藍色：140-355 mcd。綠色晶片通常具有最高嘅發光效能。
• 視角 (2θ1/2): 典型數值120度表示一種寬廣、擴散的光線發射模式。此角度定義為發光強度降至中心軸（0度）數值一半時的全角。
• Peak Wavelength (λp) & Dominant Wavelength (λd): λp（紅：639nm，綠：518nm，藍：468nm）係光譜功率分佈達到最大值嘅波長。λd（紅：631nm，綠：525nm，藍：470nm）係人眼為匹配LED顏色而感知到嘅單一波長，源自CIE色度圖。兩者密切相關但並不完全相同，尤其對於寬光譜光源而言。
• 譜線半寬度（Δλ）： 此參數通常為20nm（紅）、35nm（綠）同25nm（藍），表示發射光嘅光譜純度或頻寬。數值越細，代表光源越接近單色光。
• 正向電壓（Vf）： 當LED以20mA驅動時，其兩端的電壓降。範圍為：紅色：1.8-2.4V，綠色：2.8-3.8V，藍色：2.8-3.8V。綠色和藍色InGaN晶片比紅色AlInGaP晶片具有更高的Vf，這是由於它們不同的半導體能隙能量所致。為了正常運作，限流電阻或恆流驅動器是必不可少的。
• 反向電流 (Ir)： 在VR=5V時最大為10μA。此LED並非為反向偏壓操作而設計。施加反向電壓可能因半導體接面的低反向擊穿電壓而導致立即且災難性的故障。

3. Binning System 說明

為確保生產時顏色與亮度一致，LED會按性能分級。數據手冊僅提供每種顏色的光強度分級代碼。

• 紅色光強度分級： Q1 (71-90 mcd), Q2 (90-112 mcd), R1 (112-140 mcd), R2 (140-180 mcd), S1 (180-224 mcd)。每個分級內公差為±11%。
• 綠色發光強度分級： T2 (355-450 mcd), U1 (450-560 mcd), U2 (560-710 mcd), V1 (710-900 mcd)。每個分級內公差為±11%。
• 藍色發光強度分級： R2 (140-180 mcd), S1 (180-224 mcd), S2 (224-280 mcd), T1 (280-355 mcd)。每個分級內的公差為±11%。

訂購或設計時，指定所需的分級代碼對於實現陣列或顯示器外觀均勻至關重要。混合使用不同分級可能導致可見的亮度或顏色差異。

4. 性能曲線分析

雖然PDF在第5頁提及了典型的特性曲線，但文中並未提供具體圖表。根據標準LED特性，這些曲線通常包括：

• Forward Current vs. Forward Voltage (I-V Curve): 展示指數關係。「膝點」電壓為導通起始點，此後電流隨電壓微幅增加而急速上升。
• 發光強度與正向電流關係曲線 (I-L曲線)： 在較低電流時大致呈線性關係，但在高電流下可能因熱效應與效率下降效應而出現飽和。
• 發光強度對比環境溫度： 顯示光輸出如何隨接面溫度上升而下降。與藍/綠光InGaN LED相比，紅光AlInGaP LED通常具有更明顯的熱淬滅效應。
• 光譜功率分佈： 顯示每種顏色晶片在波長光譜範圍內發出光線相對強度嘅圖表。

呢啲曲線對於理解LED喺非標準條件下（唔同驅動電流、溫度）嘅行為同散熱管理設計至關重要。

5. Mechanical & Package Information

5.1 封裝尺寸

該LED符合EIA標準SMD封裝尺寸。關鍵尺寸（單位為毫米，除非另有說明，公差為±0.2毫米）定義了其在PCB上的位置。引腳分配為：引腳1：紅色陽極，引腳4：綠色陽極，引腳3：藍色陽極。公共陰極可能在內部連接至另一引腳或散熱焊盤（具體連接需查閱尺寸圖確認）。擴散透鏡有助於實現更寬廣、更均勻的視角。

5.2 推薦PCB焊盤設計

建議使用紅外線或氣相回流焊接嘅焊盤圖案。跟從呢個建議可以確保焊點形成正確、LED接點散熱良好同埋機械穩定性。焊盤設計考慮到焊錫角嘅形成，並防止回流焊接時出現墓碑效應。

6. Soldering & Assembly Guidelines

6.1 回流焊接溫度曲線

對於無鉛製程，建議採用符合 J-STD-020B 標準的溫度曲線。關鍵參數包括：

• 預熱： 150-200°C，最多120秒，逐漸加熱電路板並激活助焊劑。
• 峰值溫度： 最高260°C。液相線以上時間（無鉛焊料通常約為~217°C）應加以控制，以形成可靠焊點，同時避免LED過熱。
• 總焊接時間： 峰值溫度下最多10秒，最多允許兩次回流焊接循環。

遵循此溫度曲線可防止熱衝擊，避免環氧樹脂透鏡或半導體晶片破裂，並防止焊點處金屬間化合物過度生長。

6.2 手工焊接

如有需要，可使用烙鐵進行手工焊接，但有嚴格限制：烙鐵頭溫度不得超過300°C，且每個焊點焊接時間不得超過3秒。只允許進行一次手工焊接循環。必須避免將烙鐵直接接觸LED本體；熱量應施加於PCB焊盤上。

6.3 清潔

如需進行焊後清潔，僅可使用指定醇類溶劑，例如乙醇或異丙醇，於常溫下清潔少於一分鐘。使用強效或非指定化學品可能會損壞環氧樹脂透鏡材料，導致霧化、破裂或變色。

6.4 Storage & Moisture Sensitivity

LED封裝對濕氣敏感。若原裝密封防潮袋（內附乾燥劑）未開封，應儲存於≤30°C及≤70%相對濕度環境中，建議使用期限為一年。一旦開封，元件應儲存於≤30°C及≤60%相對濕度環境。若元件暴露於環境濕度超過168小時（7日），在進行回流焊接前應以約60°C烘烤至少48小時，以去除吸收的濕氣並防止「爆米花效應」（因回流期間水氣急速膨脹導致封裝破裂）。

7. Packaging & Ordering Information

本產品採用業界標準封裝，適用於自動化組裝：

• Tape & Reel: 元件置於8毫米寬的載帶中。
• 捲盤尺寸： 直徑7英寸（178毫米）。
• 每捲數量： 2000件。
• 最低訂購量 (MOQ): 剩餘數量為500件。
• Cover Tape: 空置嘅袋位會用頂蓋膠帶封好。
• 缺少組件： 根據捲盤規格，每捲最多容許連續缺少兩粒LED。
• 標準： 包裝符合 EIA-481-1-B 規格。

零件編號 LTST-E683RGBW 遵循製造商的內部編碼系統，其中「RGBW」表示能夠產生白光嘅顏色組合。

8. 應用建議

8.1 典型應用場景

• Full-Color Display Panels: 用作大型視頻牆或室內標牌嘅獨立像素或子像素。
• 背光照明： 用於消費電子產品、汽車儀表板或工業控制裝置嘅LCD面板，通常會配合導光板同擴散片使用。
• Status & Indicator Lights: 適用於需要多色狀態編碼嘅網絡設備、電器同儀器。
• Decorative & Architectural Lighting: 用於燈帶或模組以實現變色效果。

8.2 設計考量

• 電流驅動： 必須為每個顏色通道串聯使用恆流驅動器或限流電阻。使用公式 R = (電源電壓 - LED正向電壓) / 正向電流 計算電阻值。請使用數據手冊中的最大正向電壓值進行計算，以確保即使使用高正向電壓LED時，電流也不會超出限制。
• 熱管理： 雖然功耗較低，但必須採用具有足夠銅箔面積（散熱焊盤）的適當PCB佈局，以將熱量從LED結點導出，尤其是在高電流驅動或高環境溫度下。這有助於維持光輸出和壽命。
• Color Mixing & Control: 為達致特定色彩或白點，脈衝寬度調變（PWM）係每條通道控制光強嘅首選方法，因為佢唔似模擬調光咁，能夠保持穩定嘅正向電壓同色彩色度。
• 靜電放電保護： LED對靜電放電好敏感。組裝期間必須實施防靜電安全處理程序。

9. Technical Comparison & Differentiation

雖然PDF中沒有與其他型號的直接比較，但可以推斷出LTST-E683RGBW的主要差異化特點：

• 集成式RGB封裝： 將三枚晶片整合於3.2x2.8毫米的封裝內，相比使用三顆獨立單色LED，節省了PCB空間。
• 散射式廣角透鏡： 120度視角提供寬闊且均勻的發光模式，適用於需要寬視角錐形且無需二次光學元件的應用。
• Process Compatibility： 明確兼容標準紅外線/回流焊接及自動貼裝，使其適合大規模、高成本效益的生產。
• 材料選擇： 使用AlInGaP製造紅色LED，相比舊有技術如GaAsP on GaP，能提供更高效率及更佳的温度穩定性。

10. 常見問題（基於技術參數）

10.1 我可唔可以同時驅動紅色LED喺30mA，而綠色/藍色LED喺20mA？

可以，每個通道可以獨立以其各自的最大直流正向電流驅動。然而，必須考慮封裝的總功耗。如果三個通道都以最大電流開啟，請計算總功耗：Pred = 30mA * 2.4V(max) = 72mW；Pgreen = 20mA * 3.8V(max) = 76mW；Pblue = 20mA * 3.8V(max) = 76mW。其總和（224mW）很可能超過封裝的總散熱能力。因此，同時全功率運作可能需要降額或加強散熱管理。如有提供詳細熱阻數據，請參閱之。

10.2 點解每種顏色嘅正向電壓都唔同？

正向電壓主要由半導體材料嘅帶隙能量決定。AlInGaP (紅色) 嘅帶隙 (~1.9-2.0 eV) 低於 InGaN (綠色/~2.4 eV，藍色/~2.7 eV)。帶隙越高，電子穿越所需能量越多，導致正向壓降越高。

10.3 我點樣用呢隻RGB LED嚟做到白光？

白光係透過將三原色（紅、綠、藍）以特定強度比例混合而成。冇一個單一嘅「正確」比例，因為佢取決於目標白點（例如，冷白光、暖白光）。你需要為每個通道試驗唔同嘅電流水平或者PWM佔空比。使用帶有PWM輸出嘅微控制器係最靈活嘅方法。請注意，同熒光粉轉換嘅白光LED相比，RGB混合產生嘅白光通常具有較低嘅顯色指數（CRI）。

10.4 如果我將極性接錯咗會點？

施加反向電壓，即使係好細嘅電壓（好似Ir測試條件中嘅5V），都可能導致高反向電流流過，有可能造成即時且不可逆轉嘅損壞（接面擊穿）。施加電源前務必檢查極性。喺供電線路上加入串聯二極管作反向極性保護，對整個電路嚟講係一個良好做法。

11. 實用設計案例研究

場景： 為便攜式裝置設計一個多色狀態指示燈。為節省空間，必須使用單一顆LTST-E683RGBW來顯示紅色（錯誤）、綠色（正常）、藍色（運作中）及青色（運作中+正常）。

實施方案：

1. 驅動電路： 使用一個具備三個PWM功能GPIO引腳的微控制器。每個引腳連接至一個小信號NPN晶體管（例如2N3904）的基極。每個晶體管的集電極通過一個限流電阻連接至相應LED顏色（共陰極）的陰極。LED的陽極則連接至3.3V電源軌。
2. 電阻計算（針對綠色LED，最壞情況正向電壓Vf=3.8V）： R = (3.3V - 3.8V) / 0.02A = 負值。這表示3.3V不足以使綠色/藍色LED在其典型Vf下正向偏壓。解決方案：為LED電路使用更高嘅供電電壓（例如5V）。以5V為綠色LED重新計算：R = (5.0V - 3.8V) / 0.02A = 60 歐姆。使用標準62歐姆電阻。對於紅色LED：R = (5.0V - 2.4V) / 0.03A ≈ 87 歐姆，使用91歐姆。
3. 軟件控制： 編程微控制器以設定PWM佔空比：純色時設定為100%。對於青色（藍色+綠色），將藍色和綠色通道均設定為100%。綠色與藍色之間嘅強度平衡可以通過PWM調整，以調校青色色調。
4. 熱力檢查： 最大功率情景為青色（綠+藍均為20mA）。總功耗 Ptotal ≈ (5V-3.8V)*0.02A * 2 = 48mW，完全在封裝限制內。確保PCB在LED下方有小型銅箔區域以助散熱。

12. 運作原理簡介

LED嘅發光原理係基於半導體p-n接面嘅電致發光現象。當施加正向電壓時，來自n型區域嘅電子同p型區域嘅電洞會注入活性區域（即接面）。當電子與電洞復合時，會釋放能量。喺AlInGaP同InGaN呢類直接能隙半導體中，能量主要以光子（光粒子）形式釋放。發射光子嘅波長（顏色）取決於半導體材料嘅能隙能量（Eg），根據公式λ ≈ 1240 / Eg（其中λ單位為nm，Eg單位為eV）。擴散環氧樹脂透鏡用於保護半導體晶片、塑造出光光束，並提升晶片嘅取光效率。

13. 技術趨勢

SMD RGB LED領域由以下幾項關鍵趨勢推動：

• Increased Efficiency & Luminance: 外延生長、芯片設計及光提取技術持續改進，不斷提升發光效率（每瓦流明），從而實現更亮顯示或更低功耗。
• 微型化： 封裝尺寸正變得越來越細（例如2.0x1.6mm、1.6x1.6mm），同時保持或提升光學性能，從而實現更高解像度的顯示屏。
• Improved Color Consistency & Binning: 更嚴格的光強度、主波長及正向電壓分檔公差正成為標準，減少終端產品所需的校正程序。
• Integrated Drivers & Smart LEDs: 一個日益增長的趨勢是將控制電路（例如I2C或SPI介面）集成在LED封裝內部，從而形成可定址的「智能」RGB LED，簡化系統設計和佈線。
• Enhanced Reliability & Lifetime: 包裝物料（例如以高溫矽膠取代環氧樹脂）及晶片黏合技術嘅改進，正不斷提升LED嘅最高工作溫度同整體使用壽命，尤其適用於汽車同工業應用領域。