LTST-C155KGJRKT 雙色SMD LED 規格書 - 封裝尺寸 - 綠/紅 - 20mA - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件詳述一款雙色表面黏著元件（SMD）LED 的規格。此元件在單一封裝內整合了兩個不同的 AlInGaP 半導體晶片，能夠發出綠光與紅光。此設計針對需要緊湊、雙色指示或狀態顯示，且佔用空間極小的應用進行了優化。本元件符合 RoHS 指令，並歸類為綠色產品。

此 LED 採用業界標準包裝供貨，具體為纏繞在 7 英吋直徑捲盤上的 8mm 載帶。此格式確保了與現代電子製造中常用的高速自動化取放組裝設備的相容性。封裝亦設計為可承受標準紅外線（IR）與氣相迴焊製程，便於其整合至印刷電路板（PCB）組裝中。

2. 技術參數深度客觀解讀

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。為確保可靠運作，即使瞬間也不應超過這些限制。

• 功率消耗（P_D）：每晶片（綠色與紅色）75 mW。此參數限制了可在 LED 晶粒內轉換為熱能的總電功率。超過此值有引發熱失控及半導體材料劣化的風險。
• 峰值順向電流（I_FP）：80 mA，在 1/10 工作週期、0.1ms 脈衝寬度下指定。此額定值僅適用於脈衝操作，允許短時間的高亮度，例如用於閃光或信號應用。
• 連續順向電流（I_F）：30 mA DC。這是建議用於連續運作的最大穩態電流。它是設計 LED 驅動電路的主要參數。
• 電流降額：從 25°C 起線性降額 0.4 mA/°C。隨著環境溫度（T_a）升高，必須按比例降低最大允許連續電流，以防止超過接面溫度限制。
• 逆向電壓（V_R）：5 V。施加超過此值的逆向偏壓可能導致 LED 晶片崩潰及災難性故障。
• 工作與儲存溫度：-55°C 至 +85°C。元件可在此完整的工業溫度範圍內儲存與運作。
• 焊接溫度耐受度：封裝可承受 260°C 波焊或紅外線焊接 5 秒，或 215°C 氣相焊接 3 分鐘，證實其適用於無鉛（Pb-free）組裝製程。

2.2 電氣與光學特性

這些參數是在標準測試條件下（T_a=25°C，I_F=20mA）測量，定義了元件的典型性能。

• 發光強度（I_V）：綠色晶片典型強度為 35.0 mcd（毫燭光），而紅色晶片通常更亮，為 45.0 mcd，兩者最小值均為 18.0 mcd。強度是使用濾波器匹配明視覺（CIE）人眼響應曲線的感測器測量。
• 視角（2θ_1/2）：130 度（典型值）。此寬廣視角定義為強度降至軸向值一半時的全角，使此 LED 適合需要廣泛可見度的應用。
• 峰值波長（λ_P）：綠色：574 nm（典型值），紅色：639 nm（典型值）。這是光譜功率輸出達到最大值時的波長。
• 主波長（λ_d）：綠色：571 nm（典型值），紅色：631 nm（典型值）。此值源自 CIE 色度圖，是人眼感知光線顏色所定義的單一波長。
• 頻譜頻寬（Δλ）：綠色：15 nm（典型值），紅色：20 nm（典型值）。這表示發射光的頻譜純度；頻寬越窄表示顏色飽和度越高。
• 順向電壓（V_F）：在 20mA 下，兩種顏色均為 2.0 V（典型值），2.4 V（最大值）。這是設計限流電路的關鍵參數。
• 逆向電流（I_R）：在 V_R=5V 時為 10 µA（最大值），顯示其具有良好的二極體特性，且漏電流極小。
• 電容（C）：在 0V 偏壓及 1 MHz 下為 40 pF（典型值）。此低電容對於高頻切換或多工應用是有利的。

3. 分級系統說明

LED 會根據性能進行分級，以確保同一生產批次內的一致性。這讓設計師可以選擇符合特定強度或顏色要求的元件。

3.1 發光強度分級

綠色與紅色晶片在 20mA 下的發光強度分級方式相同。分級代碼（M, N, P, Q）代表最小與最大強度的遞增範圍。例如，'M' 級涵蓋 18.0 至 28.0 mcd，而 'Q' 級涵蓋 71.0 至 112.0 mcd。每個分級內允許 ±15% 的公差，以涵蓋測量與生產變異。

3.2 主波長分級（僅綠色）

綠色 LED 會進一步根據主波長進行分級，以控制顏色一致性。定義了三個分級：'C'（567.5-570.5 nm）、'D'（570.5-573.5 nm）和 'E'（573.5-576.5 nm）。每個分級維持 ±1 nm 的嚴格公差，確保同一分級的元件具有一致的綠色色調。

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 6），但對其進行典型解讀對於設計至關重要。

• I-V 曲線：順向電壓（V_F）與順向電流（I_F）呈現對數關係。V_F的微小增加會導致 I_F的大幅增加，這就是為何恆流驅動對於穩定的光輸出至關重要。
• 發光強度 vs. 電流：在正常工作範圍內（直至額定連續電流），強度大致與順向電流成正比。然而，在極高電流下，由於熱量增加，效率可能會下降。
• 溫度特性：發光強度通常隨著接面溫度升高而降低。順向電壓也具有負溫度係數，意味著 V_F會隨著溫度升高而略微下降。應用 0.4 mA/°C 的降額係數來管理熱效應。
• 頻譜分佈：AlInGaP LED 的發射頻譜相對較窄且呈高斯分佈，以峰值波長為中心。主波長是根據此頻譜和 CIE 配色函數計算得出。

5. 機械與包裝資訊

5.1 元件與接腳定義

此 LED 採用透明透鏡。內部雙色晶片有特定的接腳定義：接腳 1 和 3 分配給綠色 AlInGaP 晶片，而接腳 2 和 4 分配給紅色 AlInGaP 晶片。此配置允許獨立控制每種顏色。

5.2 封裝與捲帶尺寸

此元件符合 EIA 標準封裝外型。所有尺寸均以毫米為單位提供，除非另有說明，標準公差為 ±0.10 mm。元件包裝在 8mm 寬的凸版載帶上，並纏繞在 7 英吋（約 178 mm）直徑的捲盤上。文件中包含元件外型、建議的 PCB 焊墊圖案以及捲帶/捲盤尺寸的詳細機械圖，以指導 PCB 設計和組裝設置。

6. 焊接與組裝指南

6.1 建議迴焊溫度曲線

提供了兩條建議的紅外線（IR）迴焊溫度曲線：一條用於標準（錫鉛）焊接製程，一條用於無鉛（Pb-free）焊接製程。無鉛曲線專門針對使用 SnAgCu（錫銀銅）焊膏進行校準。關鍵參數包括受控的升溫速率、在液相線以上的定義時間、峰值溫度（通常最高 240-260°C）以及受控的冷卻速率，以最小化元件上的熱應力。

6.2 儲存與操作

LED 應儲存在不超過 30°C 和 70% 相對濕度的環境中。從原始防潮包裝中取出的元件應在一週內進行迴焊。若需在原始包裝外長時間儲存，必須將其保存在帶有乾燥劑的密封容器中或氮氣環境中。如果儲存超過一週，建議在焊接前進行約 60°C、至少 24 小時的烘烤，以去除吸收的水分並防止迴焊過程中發生 "爆米花效應"。

6.3 清潔

如果焊接後需要清潔，僅應使用指定的醇類溶劑，如乙醇或異丙醇。LED 應在常溫下浸泡少於一分鐘。使用未指定或侵蝕性化學清潔劑可能會損壞塑膠透鏡和封裝材料。

7. 包裝與訂購資訊

標準包裝為每 7 英吋捲盤 3000 顆。剩餘數量適用 500 顆的最小訂購量。捲帶與捲盤系統符合 ANSI/EIA-481-1-A 規範。關鍵捲帶規格包括：空元件袋用蓋帶密封，且根據標準，每捲盤最多允許連續兩個缺失元件（"缺燈"）。

8. 應用建議

8.1 典型應用場景

此雙色 LED 非常適合空間有限且需要傳達多種狀態的狀態與指示應用。例如：消費性電子產品上的電源/狀態指示燈（例如充電/待機）、工業控制面板上的雙色信號燈、網路設備上的狀態顯示，以及需要兩種顏色的薄膜開關或圖標背光。

8.2 設計考量與驅動方式

關鍵：LED 是電流驅動元件。為確保亮度均勻，特別是當多個 LED 並聯連接時，必須為每個LED 或每個顏色通道使用一個串聯的限流電阻。建議的電路（電路 A）顯示一個與 LED 串聯的電阻。避免將多個 LED 直接並聯而不使用各自的電阻（電路 B），因為它們順向電壓（V_F）特性的微小差異將導致電流分配和亮度的顯著差異。

驅動電流應根據所需亮度和絕對最大額定值設定，並考慮到環境溫度升高時任何必要的降額。

8.3 靜電放電（ESD）防護

LED 對靜電放電敏感。為防止在操作和組裝過程中發生 ESD 損壞：

• 人員應佩戴接地腕帶或防靜電手套。
• 所有設備、工作台和儲物架必須妥善接地。
• 可以使用離子發生器來中和可能積聚在塑膠透鏡上的靜電荷。

9. 技術比較與差異化

此元件的主要差異化特點是將兩個高性能 AlInGaP 晶片（綠色和紅色）整合在單一緊湊的 SMD 封裝中。與 GaAsP 等舊技術相比，AlInGaP 技術為紅色和琥珀色提供了更高的效率和更好的溫度穩定性。130 度的寬廣視角與每種顏色的獨立接腳控制相結合，提供了單色 LED 或具有共陽極/共陰極的預混合雙色 LED 所不具備的設計靈活性。其與自動化組裝和無鉛迴焊製程的相容性，使其成為一種現代、可製造的解決方案。

10. 常見問題（基於技術參數）

問：我可以同時以各自全額 30mA 驅動綠色和紅色 LED 嗎？

答：不行。每個晶片的總功率消耗絕對最大額定值為 75 mW。以 30mA 驅動兩者，典型 V_F為 2.0V 時，每個晶片功耗為 60 mW（P=I*V），這在限制範圍內。然而，如果 V_F達到其最大值 2.4V，功耗則變為 72 mW，非常接近極限。為了可靠的長期運作，特別是在較高的環境溫度下，建議在連續驅動兩種顏色時對電流進行降額。

問：峰值波長和主波長有什麼區別？

答：峰值波長（λ_P）是 LED 發射最多光功率的物理波長。主波長（λ_d）是基於人眼如何感知該頻譜顏色而計算出的值。對於單色光源，兩者相同。對於具有一定頻譜頻寬的 LED，λ_d是看起來具有相同顏色的單一波長。λ_d對於顯示應用中的顏色規格更為相關。

問：如何選擇正確的限流電阻值？

答：使用歐姆定律：R = (V_電源- V_{F_LED}) / I_{F_目標}。使用規格書中的最大 V_F值（2.4V）進行保守設計，以確保即使存在元件間的差異，電流也絕不會超過目標值。例如，使用 5V 電源且目標 I_F為 20mA：R = (5V - 2.4V) / 0.020A = 130 歐姆。可以使用最接近的標準值（例如 120 或 150 歐姆），並重新計算實際電流。

11. 實務設計與使用案例

案例：可攜式裝置的雙狀態指示燈

一位設計師正在設計一款緊湊型手持儀表。需要一個單一指示燈來顯示三種狀態：關閉、測量中（綠色）和錯誤/低電量（紅色）。與使用兩個獨立的 LED 相比，使用 LTST-C155KGJRKT 節省了電路板空間。

實作方式：微控制器（MCU）有兩個配置為開汲極輸出的 GPIO 接腳。每個接腳通過一個限流電阻（如上計算）連接到一種顏色的陰極。兩種 LED 顏色的陽極都連接到系統的 3.3V 電源軌。要啟動綠色，MCU 將綠色 GPIO 接腳驅動為低電位。要啟動紅色，則將紅色 GPIO 接腳驅動為低電位。要關閉 LED，則將兩個 GPIO 接腳都設置為高阻抗狀態。此電路以最少的元件提供了獨立控制。

考量：設計師必須確保 MCU 的 GPIO 接腳能夠吸收所需的 LED 電流（例如 20mA）。如果不能，可以添加一個簡單的電晶體開關。寬廣的視角確保了在手持裝置時，指示燈能從各個角度可見。

12. 原理簡介

發光二極體（LED）是一種通過電致發光發射光線的半導體元件。當順向電壓施加於 p-n 接面時，來自 n 型區域的電子與來自 p 型區域的電洞復合，以光子的形式釋放能量。發射光的波長（顏色）由半導體材料的能隙決定。此元件在兩個晶片中都使用了 AlInGaP（磷化鋁銦鎵），這是一種在紅、橙、琥珀和綠色頻譜區域以高效率著稱的材料系統。"透明"透鏡是非擴散的，允許晶片固有的高度定向光型發射，從而產生指定的寬廣視角。

13. 發展趨勢

指示 LED 的趨勢持續朝向更高效率（每單位電功率產生更多光輸出）、更小的封裝尺寸以實現更密集的 PCB 佈局，以及通過更嚴格的分級來改善顏色一致性。將多個晶片（RGB、雙色）整合到單一封裝中的趨勢也在增長，以在緊湊的外形尺寸中實現多色和混色功能。此外，與日益嚴格的環境法規（RoHS、REACH）以及高溫、無鉛組裝製程的相容性仍然是基本要求。新型半導體材料和螢光粉的發展持續擴展了 LED 在整個可見光譜範圍內的色域和效率。