LTST-C195TGKSKT 雙色SMD LED 規格書 - EIA封裝 - 綠/黃 - 20mA/30mA - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTST-C195TGKSKT 是一款雙色表面黏著 LED，專為需要小巧尺寸與可靠性能的現代電子應用而設計。它在單一 EIA 標準封裝內整合了兩種不同的半導體晶片：一個用於發綠光的 InGaN（氮化銦鎵）晶片，以及一個用於發黃光的 AlInGaP（磷化鋁銦鎵）晶片。此配置允許在極小的佔位面積內實現雙色指示或簡單的混色效果。元件以 8mm 載帶包裝並捲繞於 7 英吋捲盤上，完全相容於高速自動化取放組裝設備。其設計符合 RoHS 指令，確保不含鉛、汞、鎘等有害物質。

1.1 核心優勢

• 雙色光源：將綠光與黃光發射整合於單一封裝中，節省電路板空間，並簡化多狀態指示的設計。
• 高亮度：採用先進的 InGaN 與 AlInGaP 晶片技術，提供高發光強度。
• 堅固封裝：EIA 標準封裝確保機械相容性與可靠的焊接品質。
• 製程相容性：適用於標準紅外線 (IR) 迴焊、氣相迴焊與波焊製程，包括無鉛 (Pb-free) 組裝溫度曲線。
• 自動化就緒：以載帶與捲盤包裝，適合高效率、大批量生產。

2. 深入技術參數分析

除非另有說明，所有參數均在環境溫度 (Ta) 25°C 下指定。理解這些規格對於可靠的電路設計與達成預期性能至關重要。

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能對元件造成永久損壞的應力極限。不保證在這些極限下或超出這些極限的操作。

• 功率消耗 (Pd)：綠光：76 mW，黃光：75 mW。這是 LED 能以熱形式消耗的最大功率。
• 峰值順向電流 (I_FP)：綠光：100 mA，黃光：80 mA。僅適用於脈衝條件下（1/10 工作週期，0.1ms 脈衝寬度）。
• 直流順向電流 (I_F)：綠光：20 mA，黃光：30 mA。建議的連續工作電流。
• 降額：綠光：0.25 mA/°C，黃光：0.4 mA/°C。當環境溫度超過 25°C 時，必須根據此係數線性降低最大順向電流。
• 逆向電壓 (V_R)：兩種顏色均為 5 V。在逆向偏壓下超過此電壓可能導致接面崩潰。
• 溫度範圍：操作：-20°C 至 +80°C；儲存：-30°C 至 +100°C。
• 焊接溫度：可承受 260°C 持續 5 秒（IR/波焊）或 215°C 持續 3 分鐘（氣相迴焊）。

2.2 電氣與光學特性

這些是正常工作條件下（I_F= 20mA）的典型性能參數。

• 發光強度 (I_V)：亮度的關鍵量測指標。
  • 綠光：典型值 180 mcd（最小值 45 mcd，請參閱分級代碼）。
  • 黃光：典型值 75 mcd（最小值 28 mcd，請參閱分級代碼）。
  • 使用符合人眼明視覺響應（CIE 曲線）的濾光感測器進行量測。
• 視角 (2θ_1/2)：兩種顏色均為 130 度（典型值）。這是強度降至軸上值一半時的全角，表示寬廣的視角模式。
• 峰值波長 (λ_P)：綠光：525 nm（典型值），黃光：591 nm（典型值）。發射光功率達到最大值時的波長。
• 主波長 (λ_d)：綠光：530 nm（典型值），黃光：589 nm（典型值）。人眼感知的單一波長，定義了 CIE 色度圖上的色座標點。
• 頻譜帶寬 (Δλ)：綠光：35 nm（典型值），黃光：15 nm（典型值）。發射頻譜在其最大功率一半處的寬度（半高全寬）。黃光 AlInGaP LED 的頻譜通常比綠光 InGaN LED 更窄。
• 順向電壓 (V_F)：
  • 綠光：典型值 3.30 V，最大值 3.50 V @ 20mA。較高的電壓是基於 InGaN 的藍/綠/白光 LED 的特性。
  • 黃光：典型值 2.00 V，最大值 2.40 V @ 20mA。較低的電壓是基於 AlInGaP 的紅/黃/橙光 LED 的特性。
• 逆向電流 (I_R)：兩種顏色在 V_R=5V 時最大值均為 10 µA。
• 電容 (C)：黃光晶片在 V_F=0V, f=1MHz 時典型值為 40 pF。綠光未指定。

3. 分級系統說明

為確保亮度一致性，LED 會根據性能進行分級。LTST-C195TGKSKT 採用發光強度分級系統。

3.1 發光強度分級

強度在標準測試電流 20mA 下量測。每個分級的容差為 ±15%。

綠光分級：

• 分級 P：45.0 mcd（最小）至 71.0 mcd（最大）
• 分級 Q：71.0 mcd 至 112.0 mcd
• 分級 R：112.0 mcd 至 180.0 mcd
• 分級 S：180.0 mcd 至 280.0 mcd

黃光分級：

• 分級 N：28.0 mcd 至 45.0 mcd
• 分級 P：45.0 mcd 至 71.0 mcd
• 分級 Q：71.0 mcd 至 112.0 mcd
• 分級 R：112.0 mcd 至 180.0 mcd

設計師在下單時應指定所需的分級代碼，以確保應用中多個元件的亮度均勻性。

4. 性能曲線分析

雖然規格書中引用了具體圖表（圖1、圖6），但以下趨勢是此類 LED 的標準特性，可從提供的數據推斷：

4.1 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V 曲線)

I-V 關係呈指數性。規格書中 20mA 下的 V_F提供了一個工作點。對於相同電流，綠光 LED 較高的 V_F需要比黃光 LED 更高的驅動電壓。限流電阻對於正確設定工作點並防止熱失控至關重要。

4.2 發光強度 vs. 順向電流

在正常工作範圍內（最高至 I_F），發光強度大致與順向電流成正比。在建議的直流電流以上操作會增加亮度，但也會增加功率消耗與接面溫度，可能縮短使用壽命並導致色偏。

4.3 溫度依存性

降額係數（0.25-0.4 mA/°C）表示最大允許電流會隨著環境溫度升高而降低。此外，大多數 LED 的發光強度會隨著接面溫度升高而降低。對於 AlInGaP（黃光），這種熱淬滅效應可能比 InGaN（綠光）更為明顯。對於高可靠性應用，建議在 PCB 上進行適當的熱管理。

5. 機械與封裝資訊

5.1 接腳定義

元件具有四個接腳（1, 2, 3, 4）。

• 綠光晶片：連接至接腳 1 和 3。
• 黃光晶片：連接至接腳 2 和 4。

此配置通常允許獨立控制每種顏色。封裝透鏡為水透明。

5.2 封裝尺寸與焊墊圖

此 LED 符合 EIA 標準 SMD 封裝外形。除非另有規定，所有尺寸單位為毫米，標準公差為 ±0.10mm。規格書包含元件本身的詳細尺寸圖以及建議的焊墊佈局圖，以確保正確的焊接與機械穩定性。遵循建議的焊墊佈局對於在迴焊過程中獲得可靠的焊點與正確對位至關重要。

6. 焊接與組裝指南

6.1 迴焊溫度曲線

規格書提供了兩種建議的紅外線 (IR) 迴焊溫度曲線：

1. 適用於標準製程：適用於錫鉛 (SnPb) 焊料的標準曲線。
2. 適用於無鉛製程：專為較高溫度的無鉛焊料合金（例如 SAC305）設計的曲線。此曲線通常具有較高的峰值溫度（符合 260°C 持續 5 秒的額定值）。

溫度曲線包含預熱、恆溫、迴焊與冷卻區。控制液相線以上的時間與峰值溫度對於防止損壞 LED 封裝或內部打線至關重要。

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少於一分鐘。未指定的化學品可能損壞環氧樹脂透鏡或封裝材料。

6.3 儲存與操作

• 靜電防護 (ESD) 注意事項：LED 對靜電放電 (ESD) 敏感。操作時必須使用接地腕帶、防靜電手套以及正確接地的工作站。建議使用離子風扇來中和靜電荷。
• 濕度敏感性：雖然未明確分級（例如 MSL），但規格書建議，從原始防潮包裝中取出的 LED 應在一週內進行迴焊。若需更長時間儲存，應將其保存在帶有乾燥劑的密封容器中或氮氣環境中。若未包裝儲存超過一週，建議在組裝前以 60°C 烘烤 24 小時，以去除吸收的水分並防止迴焊過程中的 "爆米花效應"。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 載帶與捲盤規格

產品以標準壓紋載帶供應：

• 捲盤尺寸：直徑 7 英吋。
• 每捲數量：4000 顆。
• 最小訂購量 (MOQ)：剩餘數量為 500 顆。
• 載帶寬度： 8mm.
• 載帶以頂部覆蓋帶密封。規格遵循 ANSI/EIA 481-1-A-1994 標準。

8. 應用備註與設計考量

8.1 驅動電路設計

LED 是電流驅動元件。最重要的設計規則是為每個 LED 晶片串聯一個限流電阻。

• 推薦電路（模型 A）：每個 LED（或雙色 LED 內的每個顏色晶片）都有其專用的限流電阻連接到驅動電壓。這通過補償不同 LED 之間順向電壓 (V_F) 的自然變化來確保亮度均勻。
• 不推薦（模型 B）：不建議將多個 LED 直接並聯並共用單一電阻。V_F的微小差異可能導致顯著的電流不平衡，造成亮度不均，並使 V_F.

最低的 LED 可能承受過電流。 電阻值 (R) 使用歐姆定律計算：R = (V_電源- V_F) / I_F。為進行保守設計，應使用規格書中的最大 V_F值，以確保即使 V_F較低時，I_F part.

也不會超過限制。

• 8.2 典型應用情境雙色狀態指示燈：
• 用於消費性電子產品、工業控制面板和汽車儀表板，以顯示不同的系統狀態（例如，開機=綠光，待機=黃光，故障=交替閃爍）。符號/圖示背光：
• 用於多功能按鈕或顯示器的照明，其中顏色代表功能。裝飾照明：

用於空間有限、無法容納多個單色 LED 的緊湊型裝置中。

9. 技術比較與差異化

此元件的關鍵差異在於將兩種化學性質不同的半導體材料（InGaN 和 AlInGaP）整合在單一封裝中。這提供了綠光與黃光之間清晰的色彩分離，這在使用單一螢光粉轉換的 LED 中可能更難實現。每個晶片的獨立控制提供了在具有共陽極/共陰極的預混雙色 LED 中所沒有的設計靈活性。EIA 封裝確保了廣泛的業界焊墊相容性。

10. 常見問題 (FAQ)

10.1 我可以同時以額定全電流驅動綠光和黃光晶片嗎？

可以，但您必須考慮總功率消耗。如果兩個晶片都以最大直流電流驅動（綠光 20mA @ ~3.3V = 66mW，黃光 30mA @ ~2.0V = 60mW），總功率約為 126mW。這超過了各自的 Pd 額定值（76mW, 75mW），也可能超過封裝的總額定值。對於連續同時操作，建議降低電流，使總消耗功率保持在安全限度內，特別是在環境溫度較高時。

10.2 為何兩種顏色的順向電壓不同？

順向電壓是半導體材料能隙能量的基本特性。InGaN（綠光）的能隙（~2.4 eV 對應 525nm）比 AlInGaP（黃光，~2.1 eV 對應 589nm）更寬。更寬的能隙需要更多能量讓電子跨越，這在相同電流下表現為更高的順向電壓。

10.3 如何解讀料號中的分級代碼？

發光強度的分級代碼並未嵌入基本料號 LTST-C195TGKSKT 中。具體的強度分級（例如，綠光 R 級，黃光 Q 級）通常標示在捲盤標籤或訂單文件中。您必須與供應商諮詢，以指定並確認您訂單所需的分級。

11. 實務設計案例研究情境：

為一個 5V USB 供電裝置設計雙狀態指示燈。綠光表示 "工作中"，黃光表示 "充電中"。

1. 設計步驟：選擇工作電流：_F為兩種顏色選擇 I
2. = 20mA，以獲得良好的亮度與使用壽命。
   • 計算限流電阻：_F對於綠光（使用最大 V_{= 3.5V）：R}綠光
   • = (5V - 3.5V) / 0.020A = 75Ω。使用最接近的標準值（例如，75Ω 或 82Ω）。 對於黃光（使用最大 V_F= 2.4V）：R_黃光= (5V - 2.4V) / 0.020A = 130Ω。使用 130Ω 或 120Ω。
3. 電阻額定功率：P = I²R。P_綠光= (0.02^2)*75 = 0.03W。標準的 1/10W (0.1W) 電阻已足夠。
4. 微控制器驅動：將陰極接腳（透過電阻）連接到配置為開汲極/開集極的微控制器 GPIO 接腳。將接腳驅動為低電平時 LED 點亮。確保 MCU GPIO 能夠吸入/輸出 20mA 電流。
5. PCB 佈局：遵循規格書中建議的焊墊尺寸。確保焊墊之間有足夠的間距。將 LED 遠離主要熱源。

12. 工作原理

LED 中的光發射基於半導體 p-n 接面的電致發光效應。當施加順向電壓時，來自 n 型區域的電子和來自 p 型區域的電洞被注入到主動區域。當這些電荷載子復合時，它們以光子（光）的形式釋放能量。發射光的波長（顏色）由半導體材料的能隙能量決定。InGaN 材料用於較短波長（藍、綠），而 AlInGaP 材料用於較長波長（紅、橙、黃）。水透明的環氧樹脂透鏡封裝晶片，提供機械保護，並塑造光輸出光束。

13. 技術趨勢

此類 SMD LED 的發展受到小型化、更高效率與更高整合度趨勢的推動。未來方向可能包括：

• 效率提升：磊晶生長與晶片設計的持續改進帶來更高的發光效率（每電瓦輸出更多光）。
• 色彩調校：螢光粉技術與多晶片設計的進步實現了更精確穩定的色座標點，包括可調白光。
• 改善熱管理：新的封裝材料與結構能更好地散熱，允許更高的驅動電流並在高溫下維持性能。
• 智慧整合：在系統級封裝 (SiP) 模組中，將控制 IC（用於恆流、混色或定址）直接與 LED 封裝整合的潛力。