LTW-S115KSDS-5A 雙色側發光SMD LED 規格書 - 白光與黃光 - 5mA - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTW-S115KSDS-5A是一款專為側視照明應用設計的雙色表面黏著元件（SMD）發光二極體（LED），尤其適合作為液晶顯示器（LCD）的背光光源。它在一個符合EIA標準的封裝內整合了兩種不同的半導體晶片：一個用於發射白光的InGaN（氮化銦鎵）晶片，以及一個用於發射黃光的AlInGaP（磷化鋁銦鎵）晶片。此配置能從緊湊的佔位面積提供靈活的照明解決方案。本元件專為大量組裝而設計，以8mm載帶包裝於7英吋捲盤上供應，完全相容於自動化取放設備與標準紅外線（IR）迴焊製程。

1.1 核心優勢

• 雙色光源：將白光與黃光發射整合於單一封裝中，節省電路板空間，並簡化多色指示或混合背光的設計。
• 側向發光：主要光輸出方向平行於安裝平面，使其非常適合為LCD模組等薄型面板提供側邊照明。
• 高亮度：採用先進的InGaN與AlInGaP晶片技術，提供高發光強度。
• 利於製造：採用鍍錫接腳以提升可焊性，並以適合自動化組裝線的包裝形式供應。
• 符合環保規範：本產品符合有害物質限制（RoHS）指令。

2. 技術參數分析

2.1 絕對最大額定值

在任何情況下均不得超過以下限制，否則可能對元件造成永久性損壞。額定值是在環境溫度（Ta）為25°C下指定。

• 功率消耗（Pd）：白光：35 mW；黃光：48 mW。這是LED能以熱形式散發的最大允許功率。
• 峰值順向電流（I_FP）：白光：50 mA；黃光：80 mA。這是在脈衝條件下（1/10工作週期，0.1ms脈衝寬度）允許的最大瞬時電流。
• 直流順向電流（I_F）：白光：10 mA；黃光：20 mA。這是可靠運作的最大連續順向電流。
• 操作溫度範圍：-20°C 至 +80°C。
• 儲存溫度範圍：-40°C 至 +85°C。
• 紅外線焊接條件：在迴焊過程中可承受260°C的峰值溫度達10秒鐘。

2.2 電氣與光學特性

典型性能參數是在Ta=25°C、順向電流（I_F）為5 mA的條件下量測，除非另有說明。

• 發光強度（I_V）：白光：最小28 mcd，典型N/A，最大112 mcd。黃光：最小7.1 mcd，典型N/A，最大71 mcd。這是透過明視覺（人眼反應）感測器量測到的LED感知亮度。
• 視角（2θ_1/2）：130度（兩種顏色皆為典型值）。這是發光強度降至峰值一半時的全角。
• 峰值發射波長（λ_P）：黃光：591 nm（典型值）。這是黃光晶片光譜功率分佈最高的波長。
• 主波長（λ_d）：黃光：590 nm（在I_F=5mA時的典型值）。這是能最佳代表黃光LED感知顏色的單一波長。
• 光譜線半高寬（Δλ）：黃光：15 nm（典型值）。這表示所發射黃光的光譜純度或頻寬。
• 色度座標（x, y）：白光：x=0.290, y=0.282（在I_F=5mA時的典型值）。這些CIE 1931座標定義了白光LED在色度圖上的色點。
• 順向電壓（V_F）：白光：最小2.55V，典型2.85V，最大3.15V。黃光：最小1.6V，典型2.00V，最大2.40V。這是當LED導通指定順向電流時，兩端的電壓降。
• 逆向電流（I_R）：白光：最大10 µA；黃光：最大100 µA（在V_R=5V下）。本元件並非為逆向偏壓操作而設計；此參數僅用於漏電流測試。

3. 分級系統說明

LED會根據關鍵光學參數進行分級（binning），以確保同一生產批次內的一致性。分級代碼標示於包裝上。

3.1 發光強度（I_V）分級

LED根據其在I_F= 5 mA下量測到的發光強度進行分級。每個級別的容差為±15%。

• 白光晶片級別：N (28.0-45.0 mcd), P (45.0-71.0 mcd), Q (71.0-112.0 mcd)。
• 黃光晶片級別：K (7.10-11.2 mcd), L (11.2-18.0 mcd), M (18.0-28.0 mcd), N (28.0-45.0 mcd), P (45.0-71.0 mcd)。

3.2 色調（顏色）分級

白光LED會根據其在CIE 1931色度圖上的色度座標（x, y）進一步分級。定義了四個色調級別（C1, C2, D1, D2），每個級別都有特定的座標邊界。每個色調級別在x和y座標上的容差均為±0.01。這確保了顏色的一致性，對於需要多顆LED一起使用的背光應用至關重要。

4. 性能曲線分析

規格書中參考了典型的性能曲線（儘管提供的文字中未顯示）。這些曲線對設計工程師至關重要。

• I-V（電流-電壓）曲線：顯示白光和黃光晶片的順向電流（I_F）與順向電壓（V_F）之間的關係。這對於設計限流電路至關重要。
• 發光強度 vs. 順向電流：說明光輸出（I_V）如何隨著驅動電流增加。它有助於確定平衡亮度與效率/壽命的最佳工作點。
• 發光強度 vs. 環境溫度：展示當接面溫度升高時，光輸出的降額情況。這對於最終應用中的熱管理至關重要。
• 光譜分佈：對於黃光LED，此曲線顯示了圍繞約591 nm峰值波長，在不同波長下發射的相對功率。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸與接腳定義

本元件符合EIA標準封裝外形。關鍵尺寸包括本體尺寸和接腳間距。接腳分配對於正確方向至關重要：接腳C1分配給InGaN白光晶片，接腳C2分配給AlInGaP黃光晶片。詳細的尺寸圖（此處未顯示）指定了所有關鍵封裝尺寸，典型公差為±0.10 mm。

5.2 建議的焊墊佈局與極性

提供了印刷電路板（PCB）的建議焊墊圖案（焊墊設計），以確保在迴焊過程中形成可靠的焊點並正確對齊。規格書亦標示了相對於載帶捲盤進料方向的建議焊接方向，以優化製程。

6. 焊接與組裝指南

6.1 迴焊溫度曲線

本LED相容於紅外線（IR）迴焊。建議使用特定的焊接溫度曲線，峰值溫度為260°C並維持10秒。規格書強調，峰值溫度低於245°C的曲線可能無法實現可靠的焊接，尤其是在沒有元件鍍錫優勢的情況下。詳細的時間-溫度圖通常會顯示預熱、浸泡、迴焊和冷卻區域。

6.2 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不超過一分鐘。使用未指定的化學品可能會損壞LED封裝。

6.3 儲存與處理

• 靜電放電（ESD）：LED對ESD敏感。處理程序應包括使用腕帶、防靜電手套和正確接地的設備。
• 濕度敏感性：作為表面黏著元件，它對濕氣吸收敏感。未開封、帶有乾燥劑的防潮袋，在儲存於≤ 30°C且≤ 90% RH的條件下，保存期限為一年。一旦開封，LED應在一週內使用完畢，或儲存在乾燥環境中（≤ 30°C / ≤ 60% RH）。若元件離開原始包裝儲存超過一週，在焊接前需要進行烘烤（例如，60°C烘烤20小時），以防止在迴焊過程中發生"爆米花"效應。

7. 包裝與訂購

7.1 載帶與捲盤規格

LED以壓紋載帶（寬度8mm）搭配保護蓋帶供應，捲繞在直徑7英吋（178 mm）的捲盤上。標準捲盤數量為3000顆。對於剩餘訂單，最小包裝數量為500顆。包裝符合ANSI/EIA-481標準。

7.2 料號結構

料號LTW-S115KSDS-5A包含了關於產品系列、顏色、封裝以及可能的性能級別（儘管確切的解碼方式因型號而異）的編碼資訊。

8. 應用說明與設計考量

8.1 典型應用情境

• LCD背光：主要應用，為消費性電子產品、工業顯示器和汽車儀表板中的中小型LCD面板提供側邊照明。
• 狀態指示：雙色功能允許進行多狀態指示（例如，白光表示"開啟"，黃光表示"待機/警報"，或兩者同時亮起表示第三種狀態）。
• 裝飾照明：可用於需要側向發光和混色的緊湊空間。

8.2 設計考量

• 電流驅動：務必使用恆流驅動器或與LED串聯的限流電阻。順向電壓會變化，因此不建議使用電壓驅動。切勿超過最大直流順向電流（白光10mA，黃光20mA）。
• 熱管理：儘管功率消耗低，確保足夠的PCB銅箔面積或散熱孔有助於維持較低的接面溫度，從而保持光輸出並延長運作壽命。
• 光學設計：130度的視角提供了寬廣的發光模式。對於背光應用，通常使用導光板和擴散片將光線均勻分佈到整個顯示區域。
• 電路保護：如果存在安裝錯誤的風險，請考慮實施反極性保護，因為LED並非為逆向偏壓操作而設計。

9. 技術比較與差異化

與單色側發光LED相比，LTW-S115KSDS-5A通過整合兩種顏色，提供了顯著的空間節省和設計靈活性。其使用AlInGaP產生黃光，為該波長提供了高效率與良好的色彩飽和度。將InGaN白光與AlInGaP黃光結合在單一封裝中，代表了一種針對需要從最小佔位面積獲得清晰、可靠彩色光源的應用而量身定制的解決方案，使其與更簡單的單色替代方案或更大的分立式解決方案區分開來。

10. 常見問題（FAQ）

10.1 我可以獨立驅動白光和黃光晶片嗎？

可以。兩個晶片具有獨立的陽極/陰極連接（接腳C1和C2）。它們必須由獨立的限流電路驅動，以獨立控制每種顏色。

10.2 峰值波長與主波長有何不同？

峰值波長（λ_P）是發射光譜最強的物理波長。主波長（λ_d）是一個計算值，代表在CIE圖上感知為單一波長的顏色。對於像這裡的黃光LED這樣的單色LED，兩者通常非常接近。

10.3 如果袋子已開封，為什麼在焊接前需要烘烤？

SMD塑膠封裝會從空氣中吸收濕氣。在高溫迴焊過程中，這些被困住的濕氣會迅速蒸發，產生內部壓力，可能導致封裝破裂或內部介面分層——這種故障稱為"爆米花"效應。烘烤可以去除這些吸收的濕氣。

11. 實務設計案例研究

考慮為一個小型工業儀器顯示器設計背光。該設計需要一個明亮的白光背光用於正常操作，以及一個清晰的黃光指示器用於警報狀態。使用LTW-S115KSDS-5A，設計師可以在導光板邊緣放置單一元件。白光晶片透過恆流電路以5mA驅動，作為主背光。黃光晶片連接到由儀器警報邏輯控制的獨立驅動電路。這種方法簡化了機械設計（一個元件而非兩個），減少了PCB佔位面積，並確保了兩個光源相對於導光板的完美對齊。

12. 工作原理

LED的發光基於半導體p-n接面的電致發光。當施加順向電壓時，電子和電洞被注入到主動區域，在那裡它們復合，以光子（光）的形式釋放能量。發射光的顏色（波長）由半導體材料的能隙決定。InGaN晶片具有較寬的能隙，能夠發射較短波長的光（藍光），這些光在封裝內部的螢光粉塗層作用下部分轉換為更寬的光譜（呈現白色）。AlInGaP晶片具有較窄的能隙，經過設計可直接發射光譜中黃/橙/紅部分的光子，從而產生觀察到的純黃光。

13. 技術趨勢

LED產業持續朝著更高效率（每瓦更多流明）、改善顯色性（特別是白光LED）以及更微型化的方向發展。對於側發光和背光應用，趨勢包括更薄的封裝、更高的亮度密度，以及將更複雜的多晶片陣列（RGB, RGBW）整合到單一封裝中以實現動態色彩控制。此外，封裝材料和螢光粉技術的進步旨在提高可靠性、熱性能以及隨溫度和壽命變化的色彩一致性。