SMD LED LTST-S225KGKSKT-NU 規格書 - 雙色（綠/黃） - 25mA - 60mW - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件詳述一款雙色、側視型SMD（表面黏著元件）LED的規格。此元件在單一封裝內整合了兩個不同的LED晶片：一個發射綠光光譜，另一個發射黃光光譜。此配置專為在空間受限的電子組裝中，需要緊湊型多狀態指示燈或背光照明之應用而設計。

此元件的核心優勢包括採用AlInGaP（磷化鋁銦鎵）半導體技術實現的超高亮度輸出、與自動化取放組裝系統的相容性，以及適用於大批量紅外線（IR）迴流焊接製程。本產品符合RoHS（有害物質限制）指令。

目標市場涵蓋廣泛的消費性與工業電子產品，包括但不限於通訊設備（無線/行動電話）、可攜式運算裝置（筆記型電腦）、網路硬體、家電，以及需要可靠雙色指示的室內標誌或顯示面板。

2. 技術參數詳解

2.1 絕對最大額定值

所有額定值均在環境溫度（Ta）為25°C時指定。超過這些限制可能導致永久性損壞。

• 功率消耗（Pd）：每色晶片60 mW。
• 峰值順向電流（I_FP）：40 mA，允許在脈衝條件下（1/10工作週期，0.1ms脈衝寬度）。
• 連續順向電流（I_F）：25 mA DC。
• 操作溫度範圍：-30°C 至 +85°C。
• 儲存溫度範圍：-40°C 至 +85°C。
• 焊接溫度：可承受峰值溫度為260°C、持續時間最長10秒的IR迴流焊溫度曲線（無鉛製程）。

2.2 電氣與光學特性

測量條件為Ta=25°C，I_F= 20mA，除非另有說明。

• 發光強度（I_V）：
  • 綠光晶片：最小值22.5 mcd，典型值未指定，最大值57.0 mcd。
  • 黃光晶片：最小值45.0 mcd，典型值未指定，最大值112.0 mcd。
• 視角（2θ_1/2）：典型值130度。此為發光強度降至軸向值一半時的全角，表示具有非常寬的視角錐，適合側向發光應用。
• 峰值波長（λ_P）：
  • 綠光：典型值573.0 nm。
  • 黃光：典型值591.0 nm。
• 主波長（λ_d）：人眼感知到的單一波長。
  • 綠光：範圍從567.5 nm（最小）到576.5 nm（最大）。
  • 黃光：範圍從585.5 nm（最小）到591.5 nm（最大）。
• 頻譜頻寬（Δλ）：兩種顏色典型值均為15.0 nm（半高全寬）。
• 順向電壓（V_F）：
  • 綠光與黃光：在20mA時，範圍從1.7V（最小）到2.4V（最大）。
• 逆向電流（I_R）：在逆向電壓（V_R）為5V時，最大值為10 μA。注意：此元件並非設計用於逆向偏壓操作；此參數僅供測試用途。

重要注意事項：發光強度是使用符合CIE明視覺響應的濾光感測器進行測量。此元件對靜電放電（ESD）敏感；必須遵循適當的ESD處理程序（靜電手環、接地設備）。

3. 分級系統說明

為確保生產中的顏色與亮度一致性，LED會進行分級。此元件針對每種顏色使用兩種分級標準。

3.1 發光強度（亮度）分級

• 綠光晶片：
  • 分級代碼 N：22.5 mcd 至 35.5 mcd。
  • 分級代碼 P：35.5 mcd 至 57.0 mcd。
• 黃光晶片：
  • 分級代碼 P：45.0 mcd 至 71.0 mcd。
  • 分級代碼 Q：71.0 mcd 至 112.0 mcd。
• 每個亮度分級內的公差為±15%。

3.2 色調（主波長）分級

• 綠光晶片：
  • 分級代碼 C：567.5 nm 至 570.5 nm。
  • 分級代碼 D：570.5 nm 至 573.5 nm。
  • 分級代碼 E：573.5 nm 至 576.5 nm。
• 黃光晶片：
  • 分級代碼 J：585.5 nm 至 588.5 nm。
  • 分級代碼 K：588.5 nm 至 591.5 nm。
• 每個波長分級內的公差為±1 nm。

設計人員在訂購時應指定所需的分級代碼，以確保其應用中獲得預期的視覺性能。

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為頻譜測量，圖5為視角），但從提供的數據可以推斷出以下典型行為：

• I-V（電流-電壓）特性：在20mA時，順向電壓（V_F）範圍為1.7V至2.4V，這是AlInGaP技術的特徵。V_F具有負溫度係數，會隨著接面溫度升高而略微下降。
• 發光強度 vs. 電流：在指定的操作範圍內，光輸出大致與順向電流成正比。以超過20mA驅動LED將增加亮度，但也會增加功率消耗和接面溫度，可能影響壽命和波長。
• 溫度依賴性：與所有LED一樣，發光強度會隨著接面溫度升高而降低。AlInGaP材料系統通常比某些替代方案具有更好的溫度穩定性，但熱管理對於維持穩定的亮度仍然很重要。
• 頻譜分佈：15 nm的典型頻譜頻寬表示綠光和黃光晶片都具有相對純淨、飽和的顏色輸出，這有利於清晰的顏色區分。

5. 機械與封裝資訊

5.1 元件尺寸與接腳定義

此LED符合標準EIA封裝尺寸。除非另有說明，關鍵尺寸公差為±0.1 mm。

• 接腳分配：
  • 接腳1和2分配給黃光AlInGaP晶片。
  • 接腳3和4分配給綠光AlInGaP晶片。
• 透鏡：水清色，可讓真實的晶片顏色可見。

5.2 建議PCB焊墊圖形

規格書中包含建議的焊墊佈局，以確保在迴流焊過程中獲得正確的機械對位和焊點形成。遵循此圖形對於實現可靠的電氣連接以及從LED封裝到電路板的最佳散熱至關重要。

5.3 極性辨識

作為二極體，封裝內的每個晶片都具有極性敏感性。必須查閱接腳分配表，以正確連接每種顏色的陽極和陰極。極性錯誤將導致LED無法點亮，而施加超過5V的逆向電壓可能會損壞元件。

6. 焊接與組裝指南

6.1 迴流焊參數（無鉛製程）

• 預熱溫度：150°C 至 200°C。
• 預熱時間：最長120秒。
• 本體峰值溫度：最高260°C。
• 高於260°C的時間：最長10秒。
• 迴流焊次數：最多兩次。

注意：實際溫度曲線必須針對特定的PCB設計、錫膏和使用的爐子進行特性分析。

6.2 手動焊接（必要時）

• 烙鐵溫度：最高300°C。
• 接觸時間：每個焊點最長3秒。
• 焊接嘗試次數：僅限一次。過多的熱量可能損壞塑膠封裝和半導體晶粒。

6.3 清潔

如果焊接後需要清潔，僅使用指定的溶劑以避免損壞封裝材料。可接受的方法包括在室溫下浸入乙醇或異丙醇中，時間少於一分鐘。

6.4 儲存與操作

• ESD敏感性：元件對靜電放電敏感。請使用適當的ESD控制措施。
• 濕度敏感等級（MSL）：MSL 3。一旦打開原始的防潮袋，元件必須在環境條件不超過30°C/60% RH的情況下，於一週內進行IR迴流焊。
• 長期儲存（已開封袋）：若需儲存超過一週，請將元件儲存在帶有乾燥劑的密封容器中或氮氣環境中。在袋外儲存超過一週的元件，在焊接前需要在大約60°C下烘烤至少20小時。

7. 包裝與訂購

此元件以適合自動化組裝設備的帶狀與捲盤包裝供應。

• 帶寬：8 mm。
• 捲盤直徑：7英吋。
• 每捲數量：4000顆。
• 最小訂購量（MOQ）：剩餘數量為500顆。
• 包裝標準：符合ANSI/EIA-481規範。帶狀包裝中的空穴以蓋帶密封。

訂購時應使用完整料號LTST-S225KGKSKT-NU，並附上任何針對發光強度和主波長的特定分級代碼要求。

8. 應用建議

8.1 典型應用情境

• 狀態指示燈：雙色功能允許顯示多種狀態（例如，綠光=開啟/就緒，黃光=待機/警告，雙色=特殊模式）。
• 鍵盤/按鍵背光：側視發光特性非常適合用於薄型面板或薄膜的邊緣照明。
• 消費性電子產品：電話、路由器、家電中的電源、連線或功能狀態燈。
• 工業面板指示燈：設備狀態、故障狀況。
• 符號照明：照亮控制面板上的小型圖示或符號。

8.2 設計考量

• 電流限制：始終為每個顏色晶片使用一個串聯的限流電阻（或恆流驅動器）。根據電源電壓（V_cc）、期望的順向電流（I_F，最大25mA DC）和LED的順向電壓（V_F）計算電阻值。為保守設計，請使用規格書中的最大V_F。公式：R = (V_cc- V_F) / I_F.
• 熱管理：儘管功率消耗較低，確保從LED焊墊到PCB銅箔的良好熱路徑有助於維持穩定的光輸出和長期可靠性，特別是在高環境溫度下或以最大電流驅動時。
• 光學設計：130度的視角提供了寬廣的可視性。如果需要特定的光束圖案或柔和的外觀，請考慮使用導光管或擴散片。

9. 技術比較與差異化

此雙色LED在其類別中提供了特定的優勢：

• 相較於兩個獨立LED：顯著節省PCB空間並減少元件數量，簡化組裝和物料清單（BOM）。
• AlInGaP技術：與舊技術（如用於綠/黃色的標準GaP（磷化鎵））相比，提供更高的發光效率和更好的溫度穩定性，從而實現更亮、更一致的輸出。
• 側視封裝：主要發光方向平行於PCB，這對於需要將光線引導穿過表面（例如邊緣照明）而非垂直遠離表面的應用是最佳的。
• 鍍錫處理：提供良好的可焊性，並與無鉛焊接製程相容。

10. 常見問題（FAQ）

Q1：我可以同時以25mA驅動綠光和黃光晶片嗎？

A1：可以，但您必須考慮封裝上的總功率消耗。當兩個晶片都在25mA且典型V_F約為2.0V時，每個消耗約50mW，總計約100mW。這超過了每個晶片60mW的絕對最大額定值。對於連續同時操作，您應降低每個晶片的電流，以使個別和總合的功率消耗保持在安全限度內。

Q2：峰值波長和主波長有什麼區別？

A2：峰值波長（λ_P）是LED頻譜輸出曲線最高點對應的波長。主波長（λ_d）是人眼感知到具有相同顏色的單色光波長。在視覺應用中，λ_d對於顏色規格更為相關。

Q3：訂購時如何解讀分級代碼？

A3：您需要為每種顏色指定兩個分級代碼：一個用於發光強度（例如，綠光用P），另一個用於主波長（例如，綠光用D）。這確保您收到的LED其亮度和顏色在您期望的狹窄範圍內。請查閱本文件第3節中的分級代碼列表。

Q4：需要散熱片嗎？

A4：對於在典型環境條件下，每個晶片以20mA或更低電流操作的大多數應用，PCB銅箔本身足以散熱。對於高環境溫度環境或持續以最大25mA操作的情況，建議增強PCB上的散熱設計（使用更大的銅墊或散熱孔）。

11. 實務設計案例分析

情境：為網路路由器設計一個雙狀態指示燈。綠光表示網路已連線，黃光表示資料傳輸中，兩者皆滅表示無連線。

實作：

1. 電路設計：使用路由器微控制器的兩個GPIO接腳。每個接腳透過一個獨立的限流電阻驅動一個顏色晶片。針對3.3V電源、目標I_F=15mA（為了壽命和較低熱量）並使用最大V_F=2.4V計算電阻值：R = (3.3V - 2.4V) / 0.015A = 60歐姆。使用最接近的標準值（例如，62歐姆）。
2. PCB佈局：將LED放置在電路板邊緣附近。遵循規格書中的建議焊墊圖形。透過電阻將陰極焊墊（可能是接腳2和4）連接到微控制器GPIO，並將陽極焊墊（可能是接腳1和3）連接到3.3V電源軌。在焊墊周圍加入小面積的銅箔以略微改善散熱。
3. 軟體：控制GPIO以根據需要開啟/關閉綠光/黃光/雙色。
4. 光學：可以使用一個小型透明導光管，將光線從側發光LED引導到前面板標籤上。

12. 技術原理簡介

此LED採用生長在基板上的AlInGaP（磷化鋁銦鎵）半導體材料。當在p-n接面上施加順向電壓時，電子和電洞重新結合，以光子（光）的形式釋放能量。晶格中鋁、銦和鎵的特定比例決定了能隙能量，這直接定義了發射光的波長（顏色）——在此元件中為綠光（約573 nm）和黃光（約591 nm）。

側視設計是透過將LED晶片安裝在封裝內的垂直表面上，或使用反射器/光學元件將主要光輸出導向側面來實現的。水清色透鏡最大限度地減少了光吸收，使真實的晶片顏色和亮度得以呈現。

13. 產業趨勢

SMD LED市場持續朝著以下方向發展：

• 更高效率：磊晶生長和晶片設計的持續改進，每瓦產生更多流明，降低了給定亮度下的功耗。
• 微型化：封裝尺寸變得更小，同時保持或增加光輸出，使得指示燈的放置可以更密集、更隱蔽。
• 改善顏色一致性：更嚴格的分級公差和先進的製造製程確保了各個LED之間的顏色和亮度差異更小，這對於使用多個單元的應用至關重要。
• 增強可靠性：封裝材料（模塑化合物、導線架）和製造製程的改進，帶來了更長的操作壽命和在惡劣環境條件（溫度、濕度）下更好的性能。
• 整合化：將多種功能（如此雙色晶片）結合在一起，或將控制電子（例如驅動IC）整合到LED封裝內的趨勢，持續簡化終端產品的設計。

此雙色SMD LED代表了這些廣泛趨勢中一個成熟且優化的元件，為現代電子設計需求提供了可靠的解決方案。