雙色AlInGaP SMD LED規格書 - 綠色與橙色 - 5mA - 75mW - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件詳述一款高亮度雙色表面黏著元件（SMD）LED的規格。此元件在單一封裝內整合了兩個不同的AlInGaP（磷化鋁銦鎵）半導體晶片，能夠發出綠色與橙色光。專為自動化組裝製程設計，採用8mm載帶包裝並供應於7吋捲盤，適合大量生產。本產品符合RoHS指令，並歸類為綠色產品。

此LED的核心優勢在於採用AlInGaP技術，相較於傳統LED材料，此技術以產生高發光效率與優異色彩純度而聞名。在單一緊湊的EIA標準封裝中實現雙色功能，使得在需要多種指示燈顏色或簡單雙色狀態顯示的應用中，能夠實現節省空間的設計。

2. 技術參數深度解析

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能導致元件永久損壞的極限條件，其規格環境溫度（Ta）為25°C。對於綠色與橙色晶片，最大連續直流順向電流均為30 mA。每個晶片的功耗限制為75 mW。從25°C開始，適用0.4 mA/°C的線性降額因子，這意味著允許的順向電流會隨著環境溫度升高而降低，以防止過熱。元件可承受最高5 V的反向電壓。工作溫度範圍為-30°C至+85°C，儲存環境溫度範圍為-40°C至+85°C。紅外線焊接條件規定為最高260°C，持續時間不超過5秒。

2.2 電氣與光學特性

這些參數是在標準測試條件下（Ta=25°C，IF=5mA）量測，定義了元件的典型性能。

• 發光強度（Iv）：綠色晶片的最小強度為4.5 mcd，典型值未指定，最大值為28.0 mcd。橙色晶片的最小強度為11.2 mcd，典型值未指定，最大值為71.0 mcd。強度是使用經過濾波以匹配CIE明視覺響應曲線的感測器進行量測。
• 視角（2θ1/2）：兩種顏色的典型視角均為130度。此為發光強度降至其軸向峰值一半時的全角。
• 波長：綠色晶片的典型峰值發射波長（λP）為574 nm，典型主波長（λd）為571 nm。橙色晶片的典型λP為611 nm，典型λd為605 nm。主波長是人眼感知並定義光色的單一波長。
• 光譜線半高寬（Δλ）：綠色晶片的典型值為15 nm，橙色晶片為17 nm。這表示發射光的光譜純度或頻寬。
• 順向電壓（VF）：在5 mA驅動電流下，兩個晶片的典型順向電壓均為1.9 V，最大值為2.3 V。
• 反向電流（IR）：當施加5 V反向電壓時，兩個晶片的最大反向電流均為10 µA。

3. 分級系統說明

LED的發光強度被分級，以確保同一生產批次內的一致性。每個分級都有定義的最小和最大強度值，並對每個分級應用+/-15%的容差。

綠色分級：

- 分級 J：4.5 mcd（最小）至 7.1 mcd（最大）

- 分級 K：7.1 mcd 至 11.2 mcd

- 分級 L：11.2 mcd 至 18.0 mcd

- 分級 M：18.0 mcd 至 28.0 mcd

橙色分級：

- 分級 L：11.2 mcd 至 18.0 mcd

- 分級 M：18.0 mcd 至 28.0 mcd

- 分級 N：28.0 mcd 至 45.0 mcd

- 分級 P：45.0 mcd 至 71.0 mcd

此分級制度讓設計師能為其應用選擇具有可預測亮度等級的LED，這對於在多LED陣列中實現均勻外觀或滿足特定亮度要求至關重要。

4. 性能曲線分析

規格書中參考了典型的性能曲線，這些對於理解元件在非標準條件下的行為至關重要。雖然具體圖表未在本文中重現，但它們通常包括：

• 相對發光強度 vs. 順向電流：顯示光輸出如何隨著驅動電流增加，通常以非線性方式呈現，突顯出報酬遞減點或潛在的飽和現象。
• 順向電壓 vs. 順向電流：說明二極體的IV特性，對於設計適當的限流電路至關重要。
• 相對發光強度 vs. 環境溫度：展示熱淬滅效應，即光輸出隨著接面溫度升高而降低。這對於高溫環境下的應用極為關鍵。
• 光譜分佈：顯示在不同波長上發射的相對功率圖，以峰值波長為中心，半高寬清晰可見。

這些曲線讓工程師能夠預測實際應用場景中的性能，而不僅僅是在標準的25°C、5mA測試點。

5. 機械與包裝資訊

本元件符合EIA標準封裝外形。規格書中包含詳細的封裝尺寸圖，以毫米為單位標明所有關鍵的長度、寬度、高度和引腳間距。提供了建議的焊接墊佈局（焊盤圖案），以確保在迴焊過程中形成可靠的焊點和正確對位。引腳定義明確：引腳1和3用於綠色晶片，引腳2和4用於橙色晶片。此資訊對於PCB佈局設計師建立正確的元件佔位至關重要。

LED以載帶捲盤格式供應，與自動貼片機相容。載帶寬度為8mm，纏繞在標準7吋直徑的捲盤上。每捲包含4000顆元件。包裝規格遵循ANSI/EIA 481-1-A-1994標準，並有最低訂購量（剩餘數量為500顆）和最大連續缺件數（兩個）的規定。

6. 焊接與組裝指南

6.1 迴焊溫度曲線

提供了兩種建議的紅外線（IR）迴焊溫度曲線：一種用於標準（錫鉛）焊接製程，另一種用於無鉛（SnAgCu）焊接製程。無鉛製程需要更高的峰值溫度。一般建議為：預熱區120-150°C，預熱時間低於120秒，峰值溫度不超過260°C，且高於該峰值溫度的時間限制在5秒內。這些參數對於防止LED塑膠封裝和內部打線的熱損壞至關重要。

6.2 儲存與處理

LED應儲存在不超過30°C和70%相對濕度的環境中。一旦從原始的防潮包裝中取出，應在一週內進行紅外線迴焊。若需在原始包裝袋外長時間儲存，必須將其置於裝有乾燥劑的密封容器或氮氣環境中。如果未包裝儲存超過一週，在焊接前需要進行約60°C、至少24小時的烘烤，以去除吸收的水分並防止在迴焊過程中發生"爆米花"效應。

6.3 清潔

僅應使用指定的清潔劑。未指定的化學品可能會損壞環氧樹脂透鏡。如果需要清潔，建議在室溫下浸入乙醇或異丙醇中，時間少於一分鐘。

7. 應用建議

7.1 典型應用場景

此雙色LED非常適合用於消費性電子產品、辦公設備、通訊裝置和家電中的狀態指示燈、按鈕或圖標背光以及面板顯示。其雙色特性允許從單一元件位置顯示兩種不同的狀態（例如，電源開啟/綠色，待機/橙色；充電狀態；網路活動），從而節省電路板空間和成本。

7.2 設計考量

驅動電路：LED是電流驅動元件。為了確保多個LED並聯連接時的亮度均勻，強烈建議為每個LED單獨使用一個串聯限流電阻（電路模型A）。不建議使用單一共用電阻直接從電壓源驅動多個並聯的LED（電路模型B），因為個別LED之間順向電壓（VF）特性的微小差異將導致電流分配和亮度的顯著差異。

靜電放電（ESD）防護：LED對ESD敏感。在處理和組裝過程中必須實施預防措施：使用接地腕帶和工作站，使用離子發生器中和透鏡上的靜電荷，並將元件儲存在防靜電包裝中。ESD損壞通常表現為異常高的反向漏電流。

8. 技術比較與差異化

本產品的關鍵差異化在於兩種顏色均使用AlInGaP半導體材料。相較於傳統技術如標準GaP（磷化鎵），AlInGaP提供了顯著更高的發光效率，從而在相同驅動電流下產生更亮的輸出。雙晶片單一封裝設計提供了使用兩個獨立單色LED的緊湊替代方案，減少了零件數量、組裝時間和PCB佔位面積。130度的寬視角使其適合需要從廣泛視角看到指示燈的應用。

9. 常見問題解答（基於技術參數）

問：我可以連續以20mA驅動此LED嗎？

答：可以。最大連續直流順向電流為30 mA，因此20 mA在安全工作區域內。然而，如果在高環境溫度下操作，請務必參考降額曲線。

問：為什麼並聯的每個LED都需要串聯電阻？

答：LED的順向電壓（VF）存在生產公差。如果沒有單獨的電阻，VF稍低的LED將不成比例地汲取更多電流，變得更亮並可能過熱，而VF較高的LED則會變暗。電阻為每個LED充當簡單的電流調節器。

問："主波長"與"峰值波長"有何不同？

答：峰值波長是發射光功率最高的單一波長。主波長是從CIE色度圖上的色座標推導出來的，代表人類眼睛感知到的光色單一波長。對於顏色規格來說，它通常是更相關的參數。

問：如何解讀橙色的分級代碼L？

答：如果您收到橙色分級L的LED，您可以預期每個LED在5mA下量測的發光強度將落在11.2 mcd至18.0 mcd之間，且這些分級界限有+/-15%的容差。

10. 實務設計案例研究

情境：為網路路由器設計一個狀態指示燈，顯示電源（恆亮綠色）和資料活動（閃爍橙色）。

實作：可以使用單一顆LTST-C195KGKFKT-5A LED。引腳1/3（綠色）連接到一個GPIO引腳，當電源開啟時，該引腳透過一個適當的限流電阻（例如，從3.3V電源計算約5-10mA：R = (3.3V - 1.9V) / 0.005A ≈ 280Ω）輸出恆定的高邏輯電平。引腳2/4（橙色）連接到由網路控制器控制的不同GPIO引腳，以與資料封包同步閃爍。為每個顏色通道使用單獨的電阻至關重要。寬視角確保從房間任何位置都能看到狀態。與雙LED解決方案相比，此設計節省了一個LED的佔位面積。

11. 工作原理

LED是一種半導體二極體。當施加超過其特性順向電壓（VF）的順向電壓時，來自n型半導體的電子和來自p型半導體的電洞被注入主動區。當電子與電洞復合時，能量以光子（光）的形式釋放。此光的特定波長（顏色）由半導體材料的能隙決定。AlInGaP的能隙根據其確切成分，可在可見光譜的紅色、橙色、琥珀色和綠色部分產生光。此元件包含兩個具有不同成分的獨立AlInGaP晶片，生長為發射綠色和橙色光，封裝在透明（水清）的環氧樹脂透鏡中，該透鏡也充當主要的光學元件。

12. 技術趨勢

指示燈LED的趨勢持續朝向更高效率、更小封裝和更低功耗發展。AlInGaP技術代表了紅到綠顏色的一種成熟且高效的解決方案。持續的開發重點在於提高高驅動電流下的效率，並增強在溫度和使用壽命期間的色彩穩定性。整合，如本規格書中的雙色晶片，是減少系統尺寸和複雜性的關鍵趨勢。此外，與無鉛、高溫迴焊製程的相容性現在是所有SMD元件滿足全球環保法規的標準要求。未來的發展可能會看到控制電路或多種顏色進一步整合到更小的封裝佔位面積中。