LTST-C295TGKSKT 雙色SMD LED 規格書 - 0.55mm 超薄高度 - 綠/黃 - 20mA/30mA - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件提供 LTST-C295TGKSKT 的完整技術規格，這是一款雙色表面黏著元件（SMD）發光二極體（LED）。此元件專為需要從單一封裝中提供兩種不同顏色、緊湊且高亮度指示燈的應用而設計。其主要區別特徵在於極低的剖面高度，使其適用於空間受限的現代電子設計。

該 LED 在一個標準的 EIA 相容封裝內整合了兩個獨立的半導體晶片：一個用於發射綠光的氮化銦鎵（InGaN）晶片，以及一個用於發射黃光的磷化鋁銦鎵（AlInGaP）晶片。這種雙晶片架構允許獨立控制每種顏色，根據驅動電路配置，可實現狀態指示、雙色信號或簡單的混色功能。元件以業界標準的 8mm 載帶包裝，捲繞在 7 英吋的捲盤上供應，便於大量電子製造中常見的高速自動化取放組裝製程。

2. 技術參數深度客觀解讀

2.1 絕對最大額定值

這些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。不保證在這些極限下或接近極限的操作，電路設計中應避免。

• 功耗（Pd）：綠光晶片為 76 mW，黃光晶片為 75 mW。此參數結合封裝和 PCB 的熱阻，決定了為避免超過接面溫度限制所允許的最大連續順向電流。
• 峰值順向電流（I_FP）：綠光為 100 mA，黃光為 80 mA。此規格是在 1/10 工作週期、0.1ms 脈衝寬度下定義的。這表示 LED 可以承受短暫的高電流脈衝，適用於多工驅動或脈衝亮度應用，但不適用於直流操作。
• 直流順向電流（I_F）：綠光為 20 mA，黃光為 30 mA。這是在正常條件下，建議用於可靠長期運作的最大連續電流。
• 溫度範圍：操作溫度：-20°C 至 +80°C；儲存溫度：-30°C 至 +100°C。此操作範圍是商用級 LED 的典型範圍。設計人員必須確保環境溫度和自熱不會導致 LED 接面超過其最大額定溫度。
• 紅外線焊接條件：可承受 260°C 持續 10 秒。這對於無鉛（Pb-free）迴焊製程至關重要，在 PCB 組裝過程中必須遵守。

2.2 電氣與光學特性

這些是在 Ta=25°C 及指定測試條件下測得的典型性能參數。它們對於電路設計和光學系統整合至關重要。

• 發光強度（I_V）：以毫燭光（mcd）為單位，在 I_F=20mA 下測量。綠光晶片的範圍從 45.0 mcd（最小值）到 280.0 mcd（最大值）。黃光晶片的範圍從 28.0 mcd（最小值）到 450.0 mcd（最大值）。此寬範圍透過分級系統進行管理（詳見第 3 節）。測試使用近似 CIE 明視覺響應曲線的濾光片。
• 視角（2θ_1/2）：兩種顏色通常均為 130 度。這是發光強度降至軸向值一半時的全角。130 度的角度表示非常寬廣的視角模式，適用於 LED 需要從廣泛角度可見的應用。
• 峰值發射波長（λ_P）：綠光通常為 525 nm，黃光通常為 588 nm。這是發射光譜中最高點對應的波長。
• 主波長（λ_d）：綠光通常為 525.0 nm，黃光通常為 587.0 nm。此值源自 CIE 色度圖，是人眼感知定義顏色的單一波長。這是一個比峰值波長更具感知相關性的指標。
• 光譜線半高寬（Δλ）：綠光通常為 35 nm，黃光通常為 20 nm。這表示發射光的光譜純度或頻寬。黃光 AlInGaP LED 的光譜通常比綠光 InGaN LED 更窄。
• 順向電壓（V_F）：在 I_F=20mA 下，綠光最大為 3.50V，黃光最大為 2.40V。這對於設計限流電路至關重要。綠光晶片較高的 V_F是 InGaN 技術的特性。
• 逆向電流（I_R）：在 V_R=5V 下，兩者最大均為 10 μA。重要注意事項：本元件並非設計用於逆向操作。施加超過 5V 的反向偏壓可能導致立即損壞。強烈建議在電路中針對反向電壓或極性錯誤連接進行保護。

3. 分級系統說明

為確保生產中顏色和亮度的一致性，LED 會根據性能進行分級。LTST-C295TGKSKT 對每種顏色使用發光強度分級系統。

3.1 綠光發光強度分級

分級由字母代碼（P、Q、R、S）定義，並標示在 20mA 下的最小和最大發光強度值（單位 mcd）。每個分級的容差為 +/-15%。例如，分級 'P' 涵蓋 45.0 至 71.0 mcd。設計人員在訂購時應指定所需的分級代碼，以確保組裝中多個元件的亮度一致性。

3.2 黃光發光強度分級

黃光晶片使用更廣泛的分級範圍，代碼為 N、P、Q、R、S、T，涵蓋從 28.0 mcd（分級 N 最小值）到 450.0 mcd（分級 T 最大值）的強度，每個分級同樣具有 +/-15% 的容差。更寬的範圍適應了 AlInGaP 材料更高的潛在亮度。

4. 性能曲線分析

雖然規格書中引用了特定的圖形數據（例如圖 1、圖 6），但提供的數值數據允許分析關鍵關係。

• IV 關係：順向電壓（V_F）是在單一測試電流（20mA）下指定的。實際上，V_F與 I_F呈對數關係，並且也與溫度相關。使用恆流源而非恆壓源驅動 LED，對於穩定的發光輸出至關重要。
• 溫度特性：LED 的發光強度通常隨著接面溫度升高而降低。指定的參數是在 25°C 環境溫度下測得。在高溫環境或高驅動電流下，應預期輸出會降額使用。80°C 的最高操作溫度提供了可靠運作的上限。
• 光譜分佈：典型的峰值波長和主波長，以及光譜半高寬，共同定義了色座標。綠光發射（525nm，35nm FWHM）將呈現為純綠色，而黃光發射（587nm，20nm FWHM）將是飽和的黃色，有別於琥珀色（約 590nm）或純綠色。

5. 機械與包裝資訊

5.1 封裝尺寸與極性

本元件符合標準的 EIA SMD 封裝尺寸。關鍵的機械特徵是其高度僅為 0.55 mm，被描述為超薄。接腳定義明確：接腳 1 和 3 用於綠光陽極/陰極，接腳 2 和 4 用於黃光陽極/陰極。確切的內部連接（共陽極或共陰極）在提供的文本中未明確說明，必須從詳細的封裝圖中確認。正確識別極性對於防止安裝過程中損壞至關重要。

5.2 建議焊墊佈局

規格書包含對 PCB 上焊墊尺寸的建議。遵循這些建議可確保可靠的焊點、適當的散熱，並防止迴焊過程中發生墓碑效應等問題。焊墊設計也會影響安裝元件的最終視角和機械穩定性。

5.3 捲帶包裝

LED 以 8mm 寬的凸版載帶包裝，捲繞在直徑 7 英吋（178mm）的捲盤上。每捲包含 4000 個元件。此包裝符合 ANSI/EIA 481 規範，確保與自動化表面黏著技術（SMT）設備相容。載帶具有用頂部蓋帶密封的口袋。規格註明最多允許連續兩個缺失元件，且剩餘訂單的最小包裝數量為 500 個。

6. 焊接與組裝指南

6.1 迴焊溫度曲線

提供了一個建議的紅外線（IR）迴焊溫度曲線，適用於無鉛組裝製程。關鍵參數包括預熱區（150-200°C）、液相線以上的特定時間，以及峰值溫度不超過 260°C 且持續時間最長 10 秒。此曲線基於 JEDEC 標準，旨在作為通用目標。實際的曲線必須根據生產中使用的特定 PCB 設計、錫膏和迴焊爐進行特性化。

6.2 手焊注意事項

如果需要進行手焊，應使用烙鐵頭溫度不超過 300°C，且每次焊接操作時間應限制在最多 3 秒。過高的熱量或長時間接觸可能會損壞 LED 封裝或內部打線。

6.3 清潔

如果需要在焊接後進行清潔，應僅使用指定的溶劑。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。使用未指定或侵蝕性強的化學清潔劑可能會損壞塑膠透鏡或封裝材料，導致光輸出降低或過早失效。

6.4 儲存條件

正確的儲存對於保持可焊性至關重要。未開封、帶有乾燥劑的防潮袋應儲存在 ≤30°C 和 ≤90% RH 的環境中，保存期限為一年。一旦打開原始包裝，元件應儲存在 ≤30°C 和 ≤60% RH 的環境中。建議在開封後一週內完成紅外線迴焊。對於在原始包裝袋外長時間儲存，元件應保存在帶有乾燥劑的密封容器或氮氣乾燥器中。在非理想條件下儲存超過一週的元件，在組裝前應在大約 60°C 下烘烤至少 20 小時，以去除吸收的水分並防止迴焊過程中發生爆米花現象。

7. 應用建議

7.1 典型應用場景

這款雙色 LED 非常適合空間有限且需要傳達多種狀態的狀態指示燈應用。例如：

• 便攜式消費電子產品：電源/充電狀態（綠=已充滿，黃=充電中）、連接指示燈（藍牙/Wi-Fi），或智慧型手機、平板電腦、穿戴式裝置和無線耳機上的模式指示燈，受益於其超薄剖面。
• 工業控制面板：機器狀態指示燈（綠=運行，黃=待機/故障）、位準指示燈，或人機介面（HMI）上的確認燈。
• 汽車內裝照明：儀表板上按鈕或開關的背光、環境照明，或非關鍵狀態指示燈（此類應用需要特定的汽車級認證）。
• 物聯網裝置與智慧家庭小工具：網路狀態、感測器活動指示，或電池電量警告。

7.2 設計考量

• 電流驅動：務必使用串聯的限流電阻或專用的恆流 LED 驅動器 IC。使用公式 R = (V_電源- V_F) / I_F計算電阻值，並使用規格書中的最大 V_F值，以確保 I_F不超過限制。請記住，每種顏色的 V_F不同。
• 熱管理：儘管功耗很低，仍需確保足夠的 PCB 銅箔面積或散熱孔，特別是在接近最大電流驅動或高環境溫度下，以將接面溫度維持在限制範圍內。
• 靜電放電（ESD）保護：規格書包含關於靜電放電（ESD）的警告。這些元件對靜電敏感。在組裝過程中應實施 ESD 安全處理程序（靜電手環、接地工作站），並考慮在最終應用中，如果可能暴露於潛在的 ESD 事件，在敏感線路上添加瞬態電壓抑制（TVS）二極體或電阻。
• 光學設計：130 度的視角提供了寬廣的可視性。對於需要更聚焦光束的應用，可能需要外部透鏡或導光管。水清透鏡確保了最小的顏色失真。

8. 技術比較與差異化

LTST-C295TGKSKT 的主要差異化在於其功能組合：

• 超薄剖面（0.55mm）：這相較於許多標準 SMD LED（通常為 0.6mm、0.8mm 或更高）是一大優勢，使其能夠用於最薄的現代電子裝置中。
• 單一封裝雙色：與使用兩個獨立的單色 LED 來實現類似功能相比，這節省了 PCB 空間並簡化了組裝。
• 晶片技術：使用 InGaN 用於綠光和 AlInGaP 用於黃光，代表了高效率的現代半導體材料，提供了良好的亮度和色彩飽和度。
• 合規性：符合 ROHS 且為綠色產品，確保符合全球環保法規。

9. 常見問題（基於技術參數）

問：我可以同時以全額定直流電流驅動綠光和黃光 LED 嗎？

答：不一定。絕對最大額定值規定了每個晶片的功耗（綠光 76mW，黃光 75mW）。同時以 20mA（綠光）和 30mA（黃光）操作，將分別產生約 ~70mW（3.5V*20mA）和 ~72mW（2.4V*30mA）的功耗，這接近各自的極限。必須管理產生的總熱量。建議諮詢熱計算，或在同時全亮度操作時稍微降低電流。

問：峰值波長和主波長有什麼區別？

答：峰值波長（λ_P）是光譜輸出中最高強度點的物理波長。主波長（λ_d）是從色度學計算得出的值，代表對於標準觀察者而言，與 LED 顏色相同的純單色光的單一波長。在設計中進行顏色匹配時，λ_d通常更有用。

問：訂購時如何解讀分級代碼？

答：分級代碼（例如綠光的 'S'，黃光的 'T'）保證發光強度將落在該代碼指定的最小/最大範圍內，並具有 +/-15% 的容差。為了確保產品外觀的一致性，在一個生產批次中為所有元件指定單一分級代碼至關重要。如果未指定，您可能會收到產品整體範圍內任何分級的 LED。

10. 實務設計案例分析

情境：為一個由 3.3V 穩壓器供電的手持裝置設計一個低電量指示燈。當電池電壓高於 3.6V 時指示燈應為綠色，當電壓低於 3.5V 時應為黃色。

實作：一個帶有類比數位轉換器（ADC）的微控制器監控電池電壓。使用兩個 GPIO 接腳來控制 LED。電路將根據內部接腳配置（例如，如果是共陰極，則陰極接腳接地，微控制器透過限流電阻灌電流來開啟每個陽極）。電阻值將分別計算：R_綠光= (3.3V - 3.5V) / 0.020A = ~ -10Ω（無效）。這顯示了一個問題：綠光的 V_F（最大 3.5V）太接近或超過了電源電壓（3.3V）。

解決方案：1) 為綠光 LED 使用較低的電流（例如 10mA），這將降低其 V_F。 2) 使用電荷泵或升壓轉換器產生略高的電壓（例如 4.0V）來驅動 LED。 3) 使用具有較低 V_F的不同綠光 LED。這個案例突顯了在設計過程早期檢查 V_F與可用電源電壓之間關係的重要性。

11. 工作原理簡介

發光二極體（LED）是一種半導體 p-n 接面元件，透過電致發光發射光線。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接面區域。當這些電荷載子復合時，能量被釋放。在傳統的半導體如矽中，這種能量主要是熱能。在直接能隙半導體如 InGaN 和 AlInGaP 中，這能量的顯著部分以光子（光）的形式釋放。發射光的波長（顏色）由半導體材料的能隙能量（E_g）決定，根據公式 λ = hc/E_g。InGaN 材料用於較短的波長（藍色、綠色），而 AlInGaP 材料用於較長的波長（黃色、橙色、紅色）。雙色 LED 封裝只是將兩個具有不同能隙的此類獨立半導體晶片封裝在一起。

12. 技術趨勢

像 LTST-C295TGKSKT 這樣的 LED 發展遵循幾個關鍵的產業趨勢：

• 微型化：持續減小封裝尺寸和高度，以實現更薄、更緊湊的終端產品，正如 0.55mm 剖面所見。
• 整合度提高：將多種功能（如兩種顏色）整合到單一封裝中，以節省電路板空間並簡化組裝。
• 材料效率：InGaN 和 AlInGaP 材料的外延生長技術不斷改進，提高了內部量子效率，使得在相同光輸出下，能以更低的電流實現更高的亮度，或降低功耗。
• 先進封裝：封裝材料和製程的改進增強了熱性能，允許在更小的封裝中使用更高的驅動電流，並提高了在惡劣環境條件下的可靠性。
• 自動化相容性：可製造性設計（DFM）原則確保元件完全適合高速、精密的自動化組裝線，其特點包括標準化的捲帶包裝。