LTST-C195KFKGKT 雙色 SMD LED 規格書 - 橙色與綠色 - 20mA - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件提供一款雙色表面黏著 LED 元件的完整技術規格。此元件在單一業界標準封裝內整合了兩個不同的發光晶片，能夠產生橙色與綠色光。其設計兼容自動化組裝製程與現代焊接技術，適用於消費性電子產品、指示燈及背光等大量生產應用。

1.1 主要特性與產品定位

此元件的主要特性包括符合環保法規、採用高效率發光的高亮度 AlInGaP 半導體技術，以及針對捲帶自動貼裝優化的封裝。其設計兼容表面黏著技術 (SMT) 組裝線的標準紅外線 (IR) 與氣相迴焊製程。相較於使用兩個獨立的單色 LED，單一封裝內的雙色功能節省了電路板空間並簡化了設計。

2. 技術參數：深入客觀解讀

以下章節將詳細分析規格書中定義的元件電氣、光學及熱特性。

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能導致元件永久損壞的應力極限。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。

• 功率消耗 (Pd)：每晶片（橙色與綠色）75 mW。這是 LED 在環境溫度 (Ta) 25°C 時，能以熱形式消散的最大功率。超過此值有熱失控和故障的風險。
• 峰值順向電流 (I_FP)：80 mA。這是最大允許的瞬時順向電流，通常在脈衝條件下指定（1/10 工作週期，0.1ms 脈衝寬度），以防止接面溫度過度上升。
• 連續順向電流 (I_F)：30 mA DC。這是正常條件下連續操作的最大建議電流。
• 電流降額：從 25°C 起線性降額 0.4 mA/°C。當環境溫度超過 25°C 時，最大允許連續順向電流必須以此係數降低，以將接面溫度維持在安全範圍內。
• 逆向電壓 (V_R)：5 V。施加超過此值的逆向偏壓可能導致崩潰並損壞 LED 接面。
• 操作與儲存溫度：分別為 -30°C 至 +85°C 及 -40°C 至 +85°C。這些定義了可靠操作與非操作儲存的環境極限。
• 焊接溫度極限：此元件可承受 260°C 波焊或紅外線焊接 5 秒，以及 215°C 氣相焊接 3 分鐘。這些參數對於定義 PCB 組裝時的迴焊曲線至關重要。

2.2 電氣與光學特性

除非另有說明，這些參數是在 Ta=25°C 且 I_F=20mA 的標準測試條件下量測。它們定義了元件的典型性能。

• 發光強度 (I_V)：
  • 橙光晶片：最小值 45.0 mcd，典型值未指定，最大值 280.0 mcd。
  • 綠光晶片：最小值 18.0 mcd，典型值未指定，最大值 71.0 mcd。

  最小值與最大值之間的寬廣範圍表示此元件提供不同的光強度分級（見第 3 節）。在相同驅動電流下，橙光晶片明顯比綠光晶片更亮。

• 視角 (2θ_1/2)：兩種顏色均為 130 度（典型值）。此寬視角表示為擴散型透鏡，適用於需要寬廣照明而非聚焦光束的應用。
• 波長：
  • 橙色：峰值波長 (λ_P) ~611 nm，主波長 (λ_d) ~605 nm。
  • 綠色：峰值波長 (λ_P) ~574 nm，主波長 (λ_d) ~571 nm。

  主波長是人眼感知的顏色，由 CIE 色度圖計算得出。

• 譜線半寬度 (Δλ)：橙色約 17 nm，綠色約 15 nm。這表示發射光的光譜純度或頻寬。
• 順向電壓 (V_F)：兩種顏色在 20mA 下，典型值 2.0V，最大值 2.4V。此低順向電壓是 AlInGaP 技術的特性，對於計算串聯電阻值與功耗很重要。
• 逆向電流 (I_R)：在 V_R=5V 時最大值 10 µA。這是 LED 處於逆向偏壓時的漏電流。
• 電容 (C)：在 0V、1MHz 下典型值 40 pF。此參數可能與高頻切換應用相關。

3. 分級系統說明

LED 的發光強度被分級，以確保生產批次內的一致性。分級代碼定義了特定的強度範圍。

3.1 橙光 LED 光強度分級

在 I_F=20mA 下量測的強度。每個分級的容差為 +/-15%。

• 分級 P：45.0 - 71.0 mcd
• 分級 Q：71.0 - 112.0 mcd
• 分級 R：112.0 - 180.0 mcd
• 分級 S：180.0 - 280.0 mcd

3.2 綠光 LED 光強度分級

在 I_F=20mA 下量測的強度。每個分級的容差為 +/-15%。

• 分級 M：18.0 - 28.0 mcd
• 分級 N：28.0 - 45.0 mcd
• 分級 P：45.0 - 71.0 mcd

設計師訂購時應指定所需的分級代碼，以確保應用中達到預期的亮度等級。

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不同條件下的行為至關重要。雖然具體圖表未在此重現，但我們將分析其含義。

4.1 電流對電壓 (I-V) 曲線

LED 的 I-V 曲線是指數型的。在 20mA 下典型的 V_F為 2.0V，提供了一個關鍵操作點。曲線顯示，電壓超過膝點後的小幅增加會導致電流大幅且可能具破壞性的增加。這強調了限流方法（例如串聯電阻或恆流驅動器）的必要性。

4.2 發光強度對順向電流

此曲線在一定範圍內大致呈線性。發光強度大致與順向電流成正比。以最大連續電流 (30mA) 驅動 LED 會比標準測試條件 20mA 產生更高的亮度，但必須評估熱管理和壽命考量。

4.3 溫度依存性

LED 性能對溫度敏感。順向電壓 (V_F) 通常隨著接面溫度升高而降低。更重要的是，發光強度會隨著溫度上升而衰減。電流降額規格 (0.4 mA/°C) 是管理此熱效應並維持可靠性的直接設計限制。

5. 機械與封裝資訊

此元件符合 EIA 標準表面黏著封裝的佔位面積。

5.1 腳位定義

雙色 LED 有四個腳位 (1, 2, 3, 4)。根據規格書：

• 腳位 1 和 3 分配給橙光 LED 晶片。
• 腳位 2 和 4 分配給綠光 LED 晶片。

此配置通常意味著內部為共陰極或共陽極排列，必須從封裝外觀圖確認以進行正確的電路連接。

5.2 封裝尺寸與捲帶包裝

此元件以 8mm 寬捲帶包裝於 7 英吋直徑的捲盤上供應，兼容自動取放機。捲帶與捲盤規格遵循 ANSI/EIA 481-1-A-1994 標準。關鍵包裝細節包括：

• 每 7 英吋捲盤 4000 顆。
• 剩餘零件的最小包裝數量為 500 顆。
• 捲帶中最多允許連續缺失兩個元件（"燈"）。

提供了建議的焊接墊尺寸，以確保可靠的焊點與迴焊期間的正確對位。

6. 焊接與組裝指南

6.1 建議迴焊曲線

建議兩種焊接曲線：

1. 標準紅外線迴焊曲線：適用於傳統錫鉛焊接製程。
2. 無鉛紅外線迴焊曲線：必須與 Sn-Ag-Cu (SAC) 錫膏配合使用。此曲線通常具有較高的峰值溫度（例如 260°C），但需嚴格控制高於液相線的時間，以防止對 LED 的塑膠透鏡和內部結構造成熱損傷。

絕對最大條件為紅外線/波焊 260°C 5 秒，氣相焊接 215°C 3 分鐘。

6.2 儲存與操作注意事項

• 儲存：建議不超過 30°C 和 70% 相對濕度。從原始防潮袋取出的 LED 應在一週內進行迴焊。如需更長時間儲存，應將其保存在乾燥、密封的環境中（例如使用乾燥劑或氮氣），並在使用前以約 60°C 烘烤 24 小時，以去除吸收的水分並防止迴焊時發生"爆米花"現象。
• 清潔：僅應使用指定的清潔劑。建議使用常溫異丙醇或乙醇，時間少於一分鐘。未指定的化學品可能損壞 LED 封裝或透鏡。
• 靜電防護：LED 對靜電放電敏感。操作期間必須實施適當的靜電防護措施：使用接地腕帶、防靜電墊、離子風扇以中和透鏡上的靜電，並確保所有設備正確接地。

7. 應用建議

7.1 典型應用場景

此雙色 LED 適用於各種指示燈和狀態顯示應用，包括但不限於：

• 消費性電子產品上的電源/狀態指示燈（例如路由器、充電器、家電）。
• 雙色狀態燈（例如綠色表示"開啟/正常"，橙色表示"待機/警告"）。
• 小型圖示或按鈕的背光。
• 汽車內裝指示燈（需經過適當認證）。
• 工業設備狀態面板。

7.2 電路設計考量

驅動方式：LED 是電流驅動裝置。為確保亮度均勻，特別是當多個 LED 並聯連接時，必須在每個LED 上串聯一個限流電阻（電路模型 A）。不建議依賴自然 I-V 特性在沒有個別電阻的並聯配置中平衡電流（電路模型 B），因為 LED 之間 V_F的微小差異可能導致電流及亮度的顯著不同。

串聯電阻值 (R_s) 可使用歐姆定律計算：R_s= (V_電源- V_F) / I_F。使用規格書中的最大 V_F值 (2.4V)，以確保在所有條件下都有足夠的電流。

7.3 熱管理

雖然功率消耗很低（每晶片 75mW），但適當的 PCB 佈局有助於熱性能。確保有足夠的銅面積連接到 LED 的散熱墊（如有）或圍繞焊接墊，以作為散熱片，特別是在接近最大額定值或高環境溫度下操作時。

8. 技術比較與差異化

此元件的關鍵差異化因素是其單一 SMD 封裝內的雙色功能以及對橙光發射器使用AlInGaP 技術。

• 相較於單色 LED：與安裝兩個獨立 LED 相比，節省 PCB 空間、減少零件數量並簡化組裝。
• AlInGaP 相較於其他技術：AlInGaP（磷化鋁銦鎵）以其在紅、橙、黃光波長區域的高效率與穩定性聞名，通常比 GaAsP 等舊技術提供更高的亮度和更好的溫度性能。
• 寬視角 (130°)：提供理想的擴散光型，適用於廣域指示，與用於聚焦照明的窄角 LED 不同。

9. 常見問題解答 (基於技術參數)

9.1 我可以直接用 5V 或 3.3V 微控制器腳位驅動此 LED 嗎？

不行，不能直接驅動。LED 需要電流控制。將其直接連接到像 MCU 腳位這樣的電壓源（通常具有電流限制，但並非設計用於驅動 LED）可能會損壞 LED 和微控制器輸出。務必使用串聯限流電阻或專用的 LED 驅動電路。

9.2 峰值波長與主波長有何不同？

峰值波長 (λ_P)) 是光譜功率分佈達到最大值時的波長。主波長 (λ_d)) 是與 LED 感知顏色相匹配的單色光波長，由 CIE 色度座標計算得出。λ_d在與人眼相關的應用中，對於顏色規格更為重要。

9.3 為何需要電流降額？

隨著環境溫度升高，對於給定的操作電流，LED 接面溫度會上升。更高的接面溫度會加速劣化機制，縮短 LED 壽命，並可能導致災難性故障。降低電流可減少功率消耗，從而降低接面溫度，確保長期可靠性。

10. 實務設計案例研究

情境：為一個由 5V 電源軌供電的裝置設計一個雙色狀態指示燈。指示燈應在"正常操作"時顯示綠色，在"充電/警告"時顯示橙色。

設計步驟：

1. 電路拓撲：使用兩個微控制器 GPIO 腳位。每個腳位透過一個獨立的限流電阻驅動 LED 的一種顏色。根據封裝圖正確配置內部連接（共陽極/共陰極）。
2. 電阻計算（針對 20mA 驅動）：
   • 假設 V_F(最大值) = 2.4V，V_電源= 5V，I_F= 20mA。
   • R = (5V - 2.4V) / 0.020A = 130 歐姆。
   • 選擇最接近的標準值（例如 130Ω 或 120Ω）。120Ω 電阻會產生略高的電流（約 21.7mA），這是可接受的，因為它低於 30mA 的最大值。
3. PCB 佈局：將 LED 及其串聯電阻放置在一起。在 LED 焊墊周圍提供適量的銅箔鋪設以利散熱。遵循規格書中建議的焊接墊佈局。
4. 軟體：實作邏輯，在正常狀態時開啟綠色 GPIO，在警告狀態時開啟橙色 GPIO。考慮封裝的驅動電流限制，確保除非需要混合顏色，否則兩者不會同時開啟。

11. 工作原理簡介

發光二極體 (LED) 是透過電致發光發光的半導體元件。當順向電壓施加於 p-n 接面時，電子和電洞被注入活性區域並在此復合。復合過程中釋放的能量以光子（光）的形式發射出來。光的特定波長（顏色）由活性區域中使用的半導體材料的能隙能量決定。在此元件中，橙光由 AlInGaP 晶片產生，綠光由另一個晶片產生（可能基於 InGaN 技術，但此處未明確說明綠光）。兩個晶片一起封裝在單一環氧樹脂封裝內，並配有擴散透鏡，將光輸出塑造成寬視角。

12. 技術趨勢

LED 技術領域持續發展，有幾個與此類元件相關的明確趨勢：

• 效率提升：持續的材料科學與晶片設計改進帶來更高的發光效率（每瓦電輸入產生更多光輸出），允許更亮的指示燈或更低的功耗。
• 微型化：對更小電子裝置的需求推動了 LED 封裝佔位面積不斷縮小，同時維持或改善光學性能。
• 可靠性與壽命增強：封裝材料、晶片貼裝方法和螢光粉技術（用於白光 LED）的改進，持續延長了在惡劣條件下的操作壽命和穩定性。
• 整合化：除了多色功能外，趨勢是將控制電子元件（如恆流驅動器或 PWM 控制器）直接與 LED 晶粒整合或在封裝內整合，創造出簡化系統設計的"智慧 LED"模組。
• 環保合規：轉向無鉛焊接與無鹵素材料現已成為標準，如本規格書中提供的獨立焊接曲線所反映。