雙色側視型SMD LED LTST-S326TGKFKT-5A 規格書 - 封裝尺寸 - 綠色 2.8V / 橙色 1.9V - 76mW / 75mW - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件提供一款雙色側視型表面黏著元件 (SMD) LED 的完整技術規格。此元件在單一封裝內整合了兩個不同的半導體晶片：一個基於 InGaN 技術的綠色發光晶片，以及一個基於 AlInGaP 技術的橙色發光晶片。此設計為需要從單一點發出多種顏色信號的狀態指示、背光與裝飾照明應用提供了緊湊的解決方案。元件採用透明透鏡以最大化光輸出，並具有鍍錫端子以增強可焊性並符合 RoHS 規範。

此 LED 以業界標準的 8mm 載帶包裝於 7 吋捲盤上供應，使其完全相容於高速自動化取放組裝設備。其設計亦相容於紅外線 (IR) 迴焊製程，便於整合至現代印刷電路板 (PCB) 生產線中。

2. 技術參數深度分析

2.1 絕對最大額定值

絕對最大額定值定義了元件的應力極限，超過此極限可能導致永久性損壞。為了確保可靠運作，即使在瞬間也不應超過這些限制。

• 功率消耗 (Pd)：在環境溫度 (Ta) 為 25°C 時，綠色晶片的最大允許功率消耗為 76 mW，橙色晶片為 75 mW。超過此限制將有半導體接面熱劣化的風險。
• 順向電流：綠色晶片的最大連續直流順向電流 (IF) 為 20 mA，橙色晶片為 30 mA。對於脈衝操作，在嚴格的 1/10 工作週期與 0.1ms 脈衝寬度下，允許的峰值順向電流為 100 mA（綠色）與 80 mA（橙色）。此參數對於驅動電路設計至關重要，以防止電流導致的故障。
• 溫度範圍：工作溫度範圍指定為 -20°C 至 +80°C。儲存溫度範圍更寬，為 -30°C 至 +100°C。這些範圍確保了 LED 在各種環境條件下的機械與化學完整性。
• 焊接條件：此元件可承受峰值溫度為 260°C、持續時間最長 10 秒的紅外線迴焊。這是無鉛 (Pb-free) 焊接製程的標準條件。

2.2 電氣與光學特性

這些特性是在標準測試條件 Ta=25°C 與順向電流 (IF) 5 mA 下測量，除非另有說明。它們定義了元件的典型性能。

• 發光強度 (Iv)：這是光輸出的主要度量。對於綠色晶片，典型的發光強度範圍從最小值 28.0 mcd 到最大值 180.0 mcd。對於橙色晶片，範圍為 11.2 mcd 至 71.0 mcd。特定單位的實際值取決於其分配的分級代碼。
• 視角 (2θ1/2)：兩個晶片均具有 130 度（典型值）的寬視角。此定義為發光強度降至中心軸測量值一半時的全角。此寬視角確保了從各個角度均有良好的可見度，這對於側視型指示燈至關重要。
• 波長：綠色晶片的典型峰值發射波長 (λP) 為 530 nm，典型主波長 (λd) 為 527 nm。橙色晶片的典型峰值發射波長為 611 nm，主波長為 605 nm。光譜線半高寬 (Δλ) 對於綠色為 35 nm，對於橙色為 17 nm，這表明了發射光的光譜純度。
• 順向電壓 (VF)：在 5 mA 電流下，綠色晶片的典型順向電壓為 2.8 V（最大 3.2 V），橙色晶片為 1.9 V（最大 2.3 V）。此參數對於在恆壓驅動電路中計算串聯電阻值以設定所需電流至關重要。
• 反向電流 (IR)：當施加 5V 反向電壓 (VR) 時，兩個晶片的最大反向電流均為 10 μA。文件明確指出，此元件並非設計用於反向操作；此測試僅用於漏電流特性分析。

3. 分級系統說明

為了管理生產變異並讓設計師能選擇性能一致的 LED，元件會根據發光強度進行分級。

3.1 綠色晶片亮度分級

綠色 LED 分為四個等級 (N, P, Q, R)，其在 5 mA 電流下的最小與最大發光強度值如下：
等級 N：28.0 - 45.0 mcd
等級 P：45.0 - 71.0 mcd
等級 Q：71.0 - 112.0 mcd
等級 R：112.0 - 180.0 mcd
每個亮度等級的容差為 +/-15%。

3.2 橙色晶片亮度分級

橙色 LED 分為四個等級 (L, M, N, P)，其範圍如下：
等級 L：11.2 - 18.0 mcd
等級 M：18.0 - 28.0 mcd
等級 N：28.0 - 45.0 mcd
等級 P：45.0 - 71.0 mcd
這些等級同樣適用 +/-15% 的容差。

此分級系統允許根據應用的亮度需求進行精確選擇，確保在多 LED 陣列或產品中的視覺一致性。

4. 性能曲線分析

雖然規格書中引用了特定的圖形曲線（例如圖 1、圖 5），但此處將基於標準 LED 物理特性與提供的參數來分析其典型含義。

4.1 順向電流 vs. 發光強度 (I-Iv 曲線)

在相當大的範圍內，LED 的發光強度大致與順向電流成正比。以最大直流電流 20 mA 驅動綠色晶片，通常會產生比 5 mA 測試條件下顯著更高的光輸出，儘管確切的關係應從特性曲線驗證。這同樣適用於以 30 mA 驅動的橙色晶片。設計師必須確保在較高電流下增加的功率消耗仍保持在絕對最大額定值內。

4.2 順向電壓 vs. 順向電流 (V-I 曲線)

順向電壓與電流呈對數關係。在 5 mA 下指定的 VF 提供了一個關鍵操作點。隨著電流增加，VF 會略微增加。這種非線性關係對於設計高效的恆流驅動器相對於簡單的電阻限流電路非常重要。

4.3 溫度依存性

LED 性能對溫度敏感。通常，發光強度會隨著接面溫度升高而降低。順向電壓也會隨著溫度升高而降低。雖然未提供特定曲線，但指定的工作溫度範圍 -20°C 至 +80°C 表明了所發布特性合理有效的極限範圍。對於接近極限的應用，可能需要降額或熱管理。

4.4 光譜分佈

峰值波長與主波長，以及光譜半高寬，共同定義了色座標。綠色發光（中心約 527-530 nm）與橙色發光（中心約 605-611 nm）是截然不同的。橙色晶片較窄的半高寬（17 nm，相對於綠色的 35 nm）表明其具有更光譜純淨、飽和的橙色。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸與接腳定義

此元件符合 EIA 標準封裝外形。規格書中提供了詳細的尺寸圖，所有尺寸單位為毫米。關鍵公差通常為 ±0.10 mm。接腳定義明確：陰極 1 (C1) 對應橙色晶片，陰極 2 (C2) 對應綠色晶片。這意味著採用共陽極配置，允許獨立控制每種顏色。

5.2 建議焊接墊佈局

規格書包含針對 PCB 設計的建議焊接墊圖案。遵循這些尺寸可確保在迴焊過程中形成正確的焊點、機械穩定性與散熱。同時也標示了建議的焊接方向，以促進均勻的焊料流動。

6. 焊接與組裝指南

6.1 迴焊溫度曲線

提供了適用於無鉛製程的紅外線迴焊溫度曲線詳細建議。此曲線通常包括：
1. 預熱區：逐漸提高 PCB 溫度並活化助焊劑。
2. 均溫區：使整個電路板溫度均勻。
3. 迴焊區：溫度峰值最高為 260°C，持續時間不超過 10 秒。
4. 冷卻區。此曲線基於 JEDEC 標準，以確保可靠性。

6.2 手動焊接

若需使用烙鐵進行手動焊接，建議的最高烙鐵頭溫度為 300°C，每個焊點的焊接時間不超過 3 秒。此操作應僅執行一次，以最小化 LED 封裝的熱應力。

6.3 清潔

若焊接後需要清潔，僅應使用指定的溶劑。規格書建議將 LED 在常溫下浸入乙醇或異丙醇中，時間少於一分鐘。未指定的化學品可能會損壞環氧樹脂透鏡或封裝。

6.4 靜電放電 (ESD) 注意事項

此 LED 對靜電與電壓突波敏感。在處理與組裝過程中必須實施適當的 ESD 控制措施。這包括使用接地腕帶、防靜電墊，並確保所有設備妥善接地。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 載帶與捲盤規格

此元件包裝於 8mm 寬的凸版載帶中。載帶捲繞在標準 7 吋（178 mm）直徑的捲盤上。每整捲包含 3000 個元件。對於少於整捲的數量，剩餘部分的最小包裝數量指定為 500 個。包裝符合 ANSI/EIA-481 規範。

7.2 儲存條件

密封包裝：裝有乾燥劑的原廠防潮袋中的 LED，應儲存在 ≤30°C 且相對濕度 (RH) ≤90% 的環境中。在此條件下的建議保存期限為一年。
已開封包裝：一旦防潮袋被打開，儲存環境不應超過 30°C 與 60% RH。從原包裝取出的元件，理想情況下應在一週內進行紅外線迴焊。若需在原包裝外長時間儲存，應將其置於裝有乾燥劑的密封容器或氮氣乾燥櫃中。若儲存超過一週，建議在焊接前進行約 60°C、至少 20 小時的烘烤，以去除吸收的水氣並防止迴焊過程中的 "爆米花效應"。

8. 應用建議

8.1 典型應用場景

• 狀態指示燈：適用於需要多狀態指示的設備面板（例如，開機=綠色，待機=橙色，故障=兩者閃爍）。
• 消費性電子產品：用於路由器、音響設備或遊戲周邊等裝置的按鈕或標誌背光。
• 汽車內裝照明：用於非關鍵的內部環境照明或狀態顯示，需注意其工作溫度範圍。
• 工業控制面板：在控制系統中提供清晰、顏色編碼的操作狀態。

8.2 設計考量

• 電流限制：始終為每個晶片使用串聯電阻或恆流驅動器。使用公式 R = (Vcc - VF) / IF 計算電阻值，其中 VF 是所需電流 (IF) 下的順向電壓。為確保電流絕不超過限制的保守設計，請使用規格書中的最大 VF 值。
• 熱管理：雖然功率消耗低，但在高環境溫度下以最大電流連續運作時，可能需要關注 PCB 佈局以利散熱，尤其是在多個 LED 聚集的情況下。
• 視覺設計：130 度的寬視角便於離軸可見度。考慮透鏡顏色（透明）與周圍邊框的設計，以實現期望的視覺效果，若同時使用兩種顏色，還需考慮光線混合。

9. 技術比較與差異化

與替代方案相比，此雙色側視型 LED 提供了特定的優勢：

• 相較於兩個獨立 LED：節省 PCB 空間，減少元件數量，並透過單一料號簡化取放組裝。
• 相較於 RGB LED：當僅需要兩種特定顏色（綠色與橙色）時，提供更簡單且通常更具成本效益的解決方案，無需複雜的三通道驅動器。
• 相較於穿孔式 LED：SMD 封裝實現了全自動組裝、更低的剖面高度設計，並透過消除手動焊接與引腳彎折，提供了更好的可靠性。
• 關鍵特性：將 InGaN（用於高效綠色）與 AlInGaP（用於高效橙色）技術結合在單一封裝中，為兩種顏色提供了良好的發光效率。符合 RoHS 規範並相容於無鉛迴焊，對於現代製造至關重要。

10. 常見問題 (FAQs)

10.1 我可以同時以最大直流電流驅動兩種顏色嗎？

可以，但您必須考慮總功率消耗。如果兩個晶片均以其最大直流電流驅動（綠色：20mA @ ~3.2V，橙色：30mA @ ~2.3V），近似功率為 (0.02A * 3.2V) + (0.03A * 2.3V) = 0.064W + 0.069W = 0.133W 或 133 mW。這超過了各自的 Pd 額定值（76mW, 75mW），需要仔細評估 PCB 與環境條件的熱效應，以確保接面溫度不超過安全限制，否則可能影響使用壽命。

10.2 峰值波長與主波長有何不同？

峰值波長 (λP) 是發射光譜強度最高的波長。主波長 (λd) 是從 CIE 色度圖推導出來的，代表與 LED 感知顏色相匹配的純單色光的單一波長。λd 與人眼對顏色的感知更為相關，而 λP 是對光譜的物理測量。

10.3 訂購時應如何解讀分級代碼？

料號 LTST-S326TGKFKT-5A 可能包含或暗示了亮度的特定分級代碼。為了確保您應用中亮度的一致性，訂購時應指定所需的分級代碼（例如，綠色：等級 R 以獲得最高輸出，橙色：等級 P）。請查閱製造商的完整產品訂購指南以了解確切的編碼系統。

10.4 是否需要反向保護二極體？

雖然此 LED 可承受 5V 反向偏壓且僅有 10 μA 漏電流，但它並非設計用於反向操作。在可能出現反向電壓暫態的電路中（例如，感性負載、熱插拔），強烈建議使用外部保護，例如串聯二極體或橋式整流器配置，以防止損壞。

11. 實用設計與使用範例

11.1 雙狀態網路路由器指示燈

情境：為路由器設計一個狀態 LED，以指示 "活動/資料傳輸"（綠色）和 "閒置/待機"（橙色）。
實作：將共陽極透過為每種顏色計算的限流電阻連接到 3.3V 電源軌。使用路由器微控制器的兩個 GPIO 接腳，每個接腳透過一個小訊號 NPN 電晶體或 MOSFET 連接到一種顏色的陰極。韌體隨後可以在資料活動期間點亮綠色 LED，在閒置期間點亮橙色 LED。寬視角確保了從房間任何位置都可見。

11.2 電池充電狀態指示燈

情境：一個簡單的 2 階段充電器指示燈："充電中"（橙色）與 "已充滿"（綠色）。
實作：充電管理 IC 的狀態輸出可以直接驅動 LED 陰極（如果能夠吸收所需電流）或驅動電晶體。充電時，橙色 LED 亮起。當充電週期完成時，IC 關閉橙色驅動並開啟綠色驅動。

12. 技術原理介紹

此 LED 使用了兩種不同的半導體材料系統：

• InGaN（氮化銦鎵）：此材料用於綠色發光晶片。通過改變合金中銦與鎵的比例，可以調整半導體的能隙，這直接決定了電子與電洞跨越能隙復合時發出的光波長。InGaN 以其能夠產生高效藍色、綠色與白色 LED 而聞名。
• AlInGaP（磷化鋁銦鎵）：此材料用於橙色發光晶片。同樣地，通過調整此四元合金的成分，可以設計能隙以產生紅色、橙色、黃色與綠色光譜區域的光。AlInGaP 在紅色至橙色範圍內特別高效。

在雙色封裝中，這兩種不同的晶片結構安裝在共同的導線架上，進行打線接合，並封裝在透明的環氧樹脂透鏡中，以保護晶片並作為光學元件。

13. 技術發展趨勢

LED 技術領域持續發展，以下趨勢影響著此類元件：

• 效率提升：持續的研究旨在提高 InGaN 與 AlInGaP 材料的內部量子效率 (IQE) 與光提取效率 (LEE)，從而在相同輸入電流下獲得更高的發光強度，或在相同光輸出下降低功耗。
• 微型化：對更小電子設備的需求推動了 LED 封裝尺寸不斷縮小，同時保持或改善光學性能。
• 色彩一致性改善：磊晶生長與分級製程的進步，使得主波長與發光強度的公差更緊密，減少了元件間的顏色與亮度變異。
• 可靠性增強：封裝材料（環氧樹脂、矽膠）與晶粒貼裝技術的改進，增強了 LED 承受更高溫度、濕度與熱循環的能力，延長了操作壽命。
• 智慧整合：一個更廣泛的趨勢是將控制電路（如恆流驅動器或簡單邏輯）整合到 LED 封裝內部，創造出簡化系統設計的 "智慧 LED" 元件。