雙色SMD LED LTW-C195DSKF-5A 規格書 - 白光與橙光 - 20-30mA - 72-75mW - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTW-C195DSKF-5A是一款專為現代電子應用設計的雙色表面黏著元件(SMD) LED，適用於需要緊湊、可靠且高亮度指示燈或背光解決方案的場合。它在單一EIA標準封裝內整合了兩種不同的半導體晶片：一個用於發白光的InGaN（氮化銦鎵）晶片，以及一個用於發橙光的AlInGaP（磷化鋁銦鎵）晶片。此配置允許在單一元件佔位面積上實現雙色操作，節省了寶貴的PCB空間。該元件以8mm載帶包裝，供應於7英吋直徑的捲盤上，完全相容於高速自動化取放組裝設備。它被歸類為綠色產品，並符合RoHS（有害物質限制）指令。

2. 技術參數詳解

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。不保證在或接近這些極限下操作，為確保長期可靠性能應避免。

• 功率耗散 (Pd):白光晶片：72 mW，橙光晶片：75 mW。這是允許的最大熱功率損耗。超過此值可能導致接面溫度過高並加速性能衰減。
• 峰值順向電流 (I_FP):白光：100 mA，橙光：80 mA。這是最大瞬時電流，通常在脈衝條件下指定（1/10工作週期，0.1ms脈衝寬度），以防止短暫瞬變期間的熱過載。
• 直流順向電流 (I_F):白光：20 mA，橙光：30 mA。這是建議用於正常操作的最大連續順向電流。橙光晶片可承受更高的連續電流。
• 逆向電壓 (V_R):兩種晶片均為5 V。施加高於此值的逆向電壓可能導致崩潰和損壞。規格書明確指出逆向電壓操作不能是連續的。
• 溫度範圍:操作溫度：-20°C 至 +80°C；儲存溫度：-30°C 至 +100°C。這些定義了功能使用和非操作儲存的環境極限。
• 紅外線回流焊接:可承受260°C峰值溫度達10秒，這與常見的無鉛焊料回流溫度曲線相符。

2.2 電氣與光學特性

這些是在標準測試條件Ta=25°C和I_F=5mA下測量的典型與保證性能參數，除非另有說明。

• 發光強度 (I_V):衡量亮度的關鍵指標。
  • 白光：最小值45.0 mcd，典型值未說明，最大值180.0 mcd。
  • 橙光：最小值11.2 mcd，典型值未說明，最大值71.0 mcd。
  • 測量遵循CIE人眼響應曲線，使用指定測試設備（例如CAS140B）。
• 視角 (2θ_1/2):兩種顏色均為130度（典型值）。此寬視角是封裝透鏡設計的特點，提供適合指示燈應用的寬廣發光模式。
• 波長參數 (橙光晶片):
  • 峰值發射波長 (λ_P): 611 nm（典型值）。光譜功率輸出最高的波長。
  • 主波長 (λ_d): 605 nm（典型值）。人眼感知到的與LED顏色相匹配的單一波長。
  • 光譜線半寬度 (Δλ): 20 nm（典型值）。在峰值強度一半處的發射光譜頻寬，表示顏色純度。
• 色度座標 (橙光晶片):x=0.3, y=0.3（典型值）。這些CIE 1931座標定義了色度圖上精確的橙色色點。這些座標的容差為±0.01。
• 順向電壓 (V_F):
  • 白光：典型值2.75V，最大值3.15V（在I_F=5mA時）。
  • 橙光：典型值2.00V，最大值2.40V（在I_F=5mA時）。
  • 橙光晶片較低的V_F與AlInGaP材料系統一致。
• 逆向電流 (I_R):最大值10 µA（白光）和100 µA（橙光）（在V_R=5V時）。這是元件反向偏壓時的小漏電流。

靜電放電 (ESD) 注意事項:LED對靜電敏感。操作程序必須包括使用靜電手環、防靜電手套以及正確接地的設備和工作站，以防止ESD或突波事件造成的損壞。

3. 分級系統說明

為管理半導體製造中的自然變異，LED會根據性能進行分級。LTW-C195DSKF-5A對發光強度和順向電壓採用獨立分級。

3.1 發光強度 (I_V) 分級

• 白光晶片:分級P (45.0-71.0 mcd)、Q (71.0-112.0 mcd)、R (112.0-180.0 mcd)。每個分級內的容差為±15%。
• 橙光晶片:分級L (11.2-18.0 mcd)、M (18.0-28.0 mcd)、N (28.0-45.0 mcd)、P (45.0-71.0 mcd)。每個分級內的容差為±15%。
• 特定的分級代碼標示在包裝上，允許設計師為其應用選擇亮度一致的LED。

3.2 順向電壓 (V_F) 分級 (僅白光晶片)

• 分級A (2.55-2.75V)、B (2.75-2.95V)、C (2.95-3.15V)。每個分級內的容差為±0.1V。
• 對V_F進行分級有助於設計更一致的電流驅動電路，特別是在多個LED串聯時。

3.3 色調分級 (橙光晶片顏色)

橙色透過六個色調分級（S1至S6）進行精確控制，這些分級由CIE 1931色度圖上的四邊形定義。每個分級有特定的(x, y)座標邊界（例如，S1：x 0.274-0.294, y 0.226-0.286）。每個色調分級內色度座標(x, y)的容差為±0.01。這確保了在需要精確橙色的應用中，顏色一致性非常高。

4. 性能曲線分析

規格書參考了典型的特性曲線，這些曲線對於理解元件在非標準條件下的行為至關重要。雖然提供的文本未詳細說明具體圖表，但標準的LED曲線通常包括：

• 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V曲線):顯示指數關係。由於InGaN（白光）和AlInGaP（橙光）晶片具有不同的半導體能隙，曲線會有所不同，這解釋了不同的典型V_F values.
• 發光強度 vs. 順向電流 (I-L曲線):展示光輸出如何隨電流增加而增加，通常在較高電流下由於熱效應和效率下降而呈現次線性關係。
• 發光強度 vs. 環境溫度:顯示光輸出隨接面溫度升高而下降。這對於熱管理設計至關重要。
• 光譜功率分佈:對於橙光晶片，此圖表將顯示約611 nm處的發射峰值以及指定的20 nm半寬度，確認顏色特性。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸與接腳定義

該元件採用標準EIA封裝外形。關鍵尺寸公差為±0.10 mm，除非另有說明。雙色功能的接腳定義明確：

• 接腳1和3：InGaN白光晶片的陽極/陰極。
• 接腳2和4：AlInGaP橙光晶片的陽極/陰極。

這種4接腳配置允許獨立控制兩種顏色。透鏡材料指定為黃色，這可能作為白光晶片的擴散器或波長轉換器，並可能略微影響橙光輸出。

5.2 建議焊墊佈局

規格書包含推薦的焊墊圖案（焊墊尺寸）供PCB設計使用。遵循此指南可確保回流焊接過程中形成良好的焊點、良好的機械穩定性，以及從LED封裝到PCB的最佳散熱效果。

6. 焊接與組裝指南

6.1 回流焊接製程

此LED相容於紅外線(IR)回流焊接製程。其可承受的最大條件為260°C持續10秒，這是無鉛組裝的標準。文中暗示了建議的回流溫度曲線，通常包括預熱區、快速升溫至峰值溫度、短暫高於液相線的時間以及受控的冷卻階段。遵循此曲線可防止熱衝擊和焊接缺陷。

6.2 儲存與操作

• 密封包裝:儲存於≤30°C和≤90% RH。當帶有乾燥劑的防潮袋完好時，應在一年內使用。
• 已開封包裝:對於從密封袋中取出的元件，儲存環境不應超過30°C / 60% RH。強烈建議在開封後一週內完成IR回流焊接製程。
• 延長儲存 (已開封):如果儲存超過一週，LED應保存在帶有乾燥劑的密封容器或氮氣乾燥器中。在袋外儲存超過一週的元件，在焊接前需要進行烘烤預處理（約60°C至少20小時），以去除吸收的水分並防止回流焊接過程中發生"爆米花"現象。

6.3 清潔

如果需要進行組裝後清潔，僅使用指定的溶劑。在常溫下將LED浸入乙醇或異丙醇中少於一分鐘是可接受的。禁止使用未指定的化學清潔劑，因為它們可能損壞LED的環氧樹脂透鏡或封裝。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 載帶與捲盤規格

產品以業界標準的凸版載帶（帶有保護蓋帶）供應，捲繞在7英吋（178 mm）直徑的捲盤上。

• 每捲數量:3000顆。
• 最小訂購量 (MOQ):剩餘數量為500顆。
• 載帶寬度:8 mm。
• 包裝標準:符合ANSI/EIA-481-1-A-1994元件包裝規範。
• 品質:載帶中連續缺失元件（空穴）的最大數量為兩個。

提供了載帶（穴距、深度）和捲盤（軸心直徑、法蘭直徑）的詳細尺寸圖，以確保與自動化設備送料器的相容性。

8. 應用建議

8.1 典型應用場景

• 雙色狀態指示燈:適用於設備面板，單一LED可顯示多種狀態（例如，白光表示"開啟/運作中"，橙光表示"待機/警告"）。
• 消費性電子產品背光:可用於需要雙色效果的設備按鍵或裝飾照明。
• 汽車內裝照明:用於可在白光和橙光色調之間切換的環境照明。
• 工業控制面板:在各種操作模式下提供清晰、明亮的狀態指示。

8.2 設計考量

• 電流限制:始終為每個晶片使用串聯的限流電阻或恆流驅動器。根據電源電壓和在所需工作電流（不超過I_{F MAX}）下的最大順向電壓(V_FDC)進行計算。
• 熱管理:儘管功率耗散較低，確保焊墊周圍有足夠的PCB銅箔面積有助於導熱，維持光輸出和壽命，特別是在較高的環境溫度或驅動電流下。
• ESD保護:在易發生靜電放電的環境中，在驅動LED的信號線上加入ESD保護二極體。
• 光學設計:130度的視角提供了廣泛的覆蓋範圍。對於更定向的光線，可能需要二次光學元件（透鏡、導光板）。

9. 技術比較與差異化

LTW-C195DSKF-5A在其類別中提供特定優勢：

• 雙晶片整合:在單一封裝中結合兩種不同的半導體技術（InGaN用於白光，AlInGaP用於橙光），與試圖實現雙色的單晶片覆蓋螢光粉LED相比，為每種顏色提供了更優異的色彩性能和亮度。
• 獨立控制:獨立的陽極/陰極允許完全獨立地驅動和調光每種顏色，實現了共陰極/陽極雙色LED無法實現的動態混色或序列效果。
• 高亮度橙光:橙光晶片使用AlInGaP技術，與舊技術相比，通常在特定波長下具有更高的效率和更亮的輸出。
• 堅固的封裝:與IR回流焊接和載帶捲盤包裝的相容性，使其適用於全自動、大批量的表面黏著組裝線。

10. 常見問題解答 (基於技術參數)

Q1: 我可以同時以最大直流電流驅動白光和橙光晶片嗎？

A: 不一定。您必須考慮總功率耗散。同時以20mA（約2.75V）驅動白光和以30mA（約2.00V）驅動橙光，總功率約為112.5 mW，如果散熱不足，可能會超過小型封裝的熱設計極限。更安全的做法是在絕對最大值以下操作或實施熱降額。

Q2: 峰值波長和主波長有什麼區別？

A: 峰值波長 (λ_P=611 nm) 是LED發射光譜的物理峰值。主波長 (λ_d=605 nm) 是感知峰值——人眼認為與LED顏色相匹配的純光譜光的單一波長。它們通常不同，特別是對於較寬的光譜。

Q3: 為什麼已開封包裝的儲存濕度要求更嚴格？

A: SMD LED中使用的環氧樹脂模塑料會從空氣中吸收水分。在高溫回流焊接過程中，這些被困住的水分會迅速蒸發，產生內部壓力，可能導致封裝破裂（"爆米花"現象）。焊接前的烘烤過程可以驅除這些吸收的水分。

Q4: 如何解讀色調分級座標（例如S1）？

A: 像S1這樣的分級的四個(x,y)座標對，定義了CIE色度圖上一個四邊形的四個角。任何測量色度座標落在這個四邊形內的LED都被歸類為S1分級。這是一種比簡單的波長分級更精確的定義色彩空間的方法。

11. 實務設計案例分析

情境:為消費性音響放大器設計一個多狀態電源按鈕。按鈕需要指示：關閉（熄滅）、待機（脈衝橙光）、開啟（穩定白光）。

使用LTW-C195DSKF-5A的實現方式:

1. 將LED放置在半透明按鈕蓋後方。

2. 微控制器(MCU)透過兩個獨立的GPIO接腳驅動兩種顏色，每個接腳都有自己的串聯限流電阻，計算用於5mA驅動（以獲得長壽命和適中亮度）。

3. 關閉狀態:兩個MCU接腳均設為高阻抗輸入或輸出低電位。

4. 待機狀態:連接到橙光LED（接腳2/4）的MCU接腳以PWM（脈衝寬度調變）信號驅動，以產生脈衝效果。白光LED接腳保持關閉。

5. 開啟狀態:用於白光LED（接腳1/3）的MCU接腳持續驅動為高電位。橙光LED接腳關閉。



此設計僅使用一個元件佔位面積，簡化了組裝，並利用兩個晶片提供的高品質、一致的光線，提供了清晰、獨特的視覺回饋。

12. 技術原理介紹

LTW-C195DSKF-5A利用了兩種不同的固態照明技術：

• InGaN (白光晶片):通常，一個發藍光的InGaN LED晶片與黃色螢光粉塗層（YAG:Ce）結合。部分藍光逸出，其餘部分被螢光粉下轉換為黃光。藍光和黃光的混合被人眼感知為白光。黃色封裝透鏡也可能有助於混色或擴散。
• AlInGaP (橙光晶片):這種材料系統生長在基板（通常是GaAs）上，並被設計成具有對應於光譜中紅、橙、黃區域（約590-650 nm）發光的直接能隙。它在產生此範圍內的飽和顏色方面效率很高。橙光輸出是由半導體材料本身的電子-電洞複合直接產生，無需螢光粉。

電致發光是核心原理：當在p-n接面上施加順向電壓時，電子和電洞複合，以光子（光）的形式釋放能量。光的波長（顏色）由半導體材料的能隙能量決定。

13. 發展趨勢

SMD LED領域持續發展，以下趨勢為LTW-C195DSKF-5A等元件提供了背景：

• 效率與光通量提升:磊晶生長、晶片設計和封裝取光效率的持續改進，導致每mA輸入電流產生更高的mcd輸出，從而實現更低的功耗或更亮的顯示。
• 微型化:雖然這是一個標準的EIA封裝，但產業正推動更小的佔位面積（例如0402、0201）以用於超緊湊設備，儘管這通常以總光輸出或熱性能為代價。
• 改進的色彩一致性與分級:製造過程控制的進步使得V_F、I_V和色度的分佈更緊密，減少了所需的分級數量，並確保批量生產中性能更均勻。
• 整合解決方案:趨勢是朝向內建電流調節器、ESD保護甚至簡單控制邏輯（"智慧型LED"）的LED，以簡化終端使用者的電路設計。
• 注重可靠性與壽命:增強透鏡和封裝材料的性能，提供更好的耐熱、耐濕和耐短波長光能力，從而延長操作壽命，這對工業和汽車應用尤其重要。