雙色SMD LED LTST-C195TBKSKT 規格書 - 0.55mm超薄封裝 - 藍光3.8V / 黃光2.4V - 76mW/62.5mW功率 - 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。此元件將兩個不同的半導體晶片整合在一個極薄的封裝內，適用於空間極為有限的緊湊設計。其主要應用是作為電子設備中的指示燈或狀態燈，能在單一元件佔位面積下提供兩種不同的顏色。

1.1 核心優勢與目標市場

此元件的定義性特徵是其0.55mm的超薄厚度，這對於現代輕薄消費電子產品、可攜式裝置以及高密度印刷電路板（PCB）而言是關鍵優勢。它採用先進的半導體材料：使用InGaN（氮化銦鎵）晶片產生藍光，以及AlInGaP（磷化鋁銦鎵）晶片產生黃光。這些材料以其高效率和亮度著稱。此LED完全符合RoHS（有害物質限制）指令。它以8mm寬載帶包裝於7英吋直徑的捲盤上，使其完全相容於大量生產中使用的高速自動化取放組裝設備。此元件亦設計為可承受用於無鉛（Pb-free）焊接組裝的標準紅外線（IR）迴焊製程。

2. 深入技術參數分析

以下章節詳細解析在標準測試條件（Ta=25°C）下，此元件的操作極限與性能特性。

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超出這些極限的操作。

• 功率消耗（Pd）：LED能以熱形式消散的最大允許功率。藍光晶片額定為76 mW，而黃光晶片額定為62.5 mW。超過此值可能導致過熱並加速性能衰減。
• 峰值順向電流（I_FP）：最大脈衝電流（1/10工作週期，0.1ms脈衝寬度）。藍光晶片可承受100 mA脈衝，黃光晶片可承受60 mA。此參數對於短暫、高強度的閃爍應用非常重要。
• 直流順向電流（I_F）：可靠長期運作的最大連續順向電流。藍光晶片為20 mA，黃光晶片為25 mA。這是大多數亮度規格的標準驅動電流。
• 溫度範圍：此元件的額定操作溫度範圍為-20°C至+80°C，儲存溫度範圍為-30°C至+100°C。
• 焊接條件：此元件可承受峰值溫度為260°C、最長10秒的紅外線迴焊，這符合常見的無鉛製程溫度曲線。

2.2 電氣與光學特性

這些是在建議的20 mA直流順向電流下測得的典型性能參數。

• 發光強度（I_V）：感知亮度的量度。對於藍光晶片，典型強度範圍從最小值28.0 mcd到最大值180.0 mcd。對於黃光晶片，範圍從45.0 mcd到280.0 mcd。實際數值會進行分級（見第3節）。
• 視角（2θ_1/2）：發光強度至少為0°（軸向）強度一半的角度範圍。兩種顏色均具有典型的130度寬視角，提供從側面角度良好的可見度。
• 峰值波長（λ_P）：光輸出功率達到最大值時的波長。典型值為468 nm（藍光）和591 nm（黃光）。
• 主波長（λ_d）：最能描述光線感知顏色的單一波長。典型值為470 nm（藍光）和589 nm（黃光）。此數值源自CIE色度圖。
• 頻譜帶寬（Δλ）：發射頻譜在其最大功率一半處的寬度。兩個晶片的典型帶寬均為25 nm，表示具有相對純淨的顏色發射。
• 順向電壓（V_F）：在20 mA驅動下，LED兩端的電壓降。藍光晶片的典型V_F為3.30V（最大3.80V），黃光晶片的典型V_F為2.00V（最大2.40V）。這對於驅動電路設計和電源供應選擇至關重要。
• 逆向電流（I_R）：施加5V逆向偏壓時的最大漏電流。兩個晶片均為10 μA。重要注意事項：此元件並非設計用於逆向操作；施加超過測試條件的逆向電壓可能導致立即且災難性的故障。

2.3 熱考量

雖然未明確詳述熱阻（θ_JA），但功率消耗額定值與操作溫度範圍是主要的熱限制。有效的PCB佈局，搭配足夠的銅箔鋪設以利散熱，對於將接面溫度維持在安全範圍內至關重要，特別是在以最大或接近最大直流電流驅動時。超過最大接面溫度將大幅縮短LED的使用壽命。

3. 分級系統說明

為了考量半導體製造中的自然變異，LED會根據性能進行分級。這確保了生產批次內的一致性。

3.1 發光強度分級

發光輸出根據最小值和最大值定義的級別進行分類。每個級別的容差為±15%。

藍光晶片分級：

N: 28.0 - 45.0 mcd

P: 45.0 - 71.0 mcd

Q: 71.0 - 112.0 mcd

R: 112.0 - 180.0 mcd

黃光晶片分級：

P: 45.0 - 71.0 mcd

Q: 71.0 - 112.0 mcd

R: 112.0 - 180.0 mcd

S: 180.0 - 280.0 mcd

設計師在下單時必須指定所需的分級代碼，以確保其應用所需的亮度等級。使用較低的分級（例如，藍光使用N級）可能導致顯示較暗。

4. 性能曲線分析

規格書中引用了典型的特性曲線，這些對於理解元件在非標準條件下的行為至關重要。雖然具體圖表未在本文中重現，但其含義描述如下。

4.1 順向電流 vs. 順向電壓（I-V曲線）

此曲線顯示電流與電壓之間的非線性關係。對於兩個LED晶片，電壓隨電流呈對數增加。提供的典型V_F值是針對20 mA的。以較低電流驅動將導致較低的V_F，而以較高電流驅動將增加V_F和功率消耗。強烈建議使用恆流驅動器而非恆壓驅動器，以確保亮度穩定並防止熱失控。

4.2 發光強度 vs. 順向電流

此圖表說明光輸出如何隨順向電流增加。在操作範圍內通常接近線性，但在極高電流下會因效率下降和熱效應而飽和。選擇20 mA作為驅動電流標準點，以平衡亮度、效率和可靠性。

4.3 發光強度 vs. 環境溫度

LED的光輸出會隨著接面溫度升高而降低。此曲線對於在高溫環境下運作的應用至關重要。降額因子（每攝氏度輸出減少的百分比）可從此圖估算。需要足夠的散熱措施以最小化因溫度造成的亮度損失。

4.4 頻譜分佈

這些曲線繪製相對強度與波長的關係，顯示峰值波長（λ_P）和頻譜帶寬（Δλ）。兩種顏色均具有25 nm的窄帶寬，證實了良好的色純度，這對於顏色區分很重要的指示燈應用是理想的。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸與接腳定義

此元件符合EIA標準封裝外型。關鍵機械特徵是整體高度為0.55mm。雙色晶片的接腳定義如下：接腳1和3用於藍光（InGaN）晶片，接腳2和4用於黃光（AlInGaP）晶片。這種四焊墊設計為每種顏色提供獨立的電氣連接，允許它們被獨立控制。

5.2 建議焊接墊佈局

提供了PCB設計的建議焊墊圖形（佔位面積）。遵循此圖形對於在迴焊過程中實現可靠的焊點、確保正確對齊以及促進熱量從LED傳導出去至關重要。焊墊尺寸的設計旨在防止在焊料迴焊過程中發生墓碑效應（元件一端翹起）。

5.3 極性識別

雖然文中未明確顯示，但SMD LED通常在封裝上有一個標記（例如一個點、凹口或斜邊）來指示陰極（-）或特定接腳。組裝和設計時，必須將規格書的接腳定義表與封裝標記圖（由封裝尺寸暗示）交叉參考，以確保正確方向。

6. 焊接與組裝指南

6.1 紅外線迴焊溫度曲線

包含了無鉛迴焊的建議溫度曲線。關鍵參數包括：

- 預熱：從環境溫度升至150-200°C。

- 均熱/預熱時間：最長120秒，以活化助焊劑並最小化熱衝擊。

- 峰值溫度：最高260°C。

- 液相線以上時間（TAL）：在焊料熔點以上（SnAgCu通常約為~217°C）的時間應足以形成適當的焊點，但應盡量縮短以減少對LED的熱應力。此曲線設計符合JEDEC標準。

6.2 手工焊接

如果需要手動維修，烙鐵溫度不得超過300°C，且每個焊點的接觸時間應限制在最長3秒。此操作應僅執行一次，以避免損壞塑料封裝和內部打線。

6.3 儲存與處理條件

濕度敏感性：LED以帶有乾燥劑的防潮袋包裝。一旦打開原始密封袋，元件就會暴露在環境濕度中。

- 已開封包裝儲存：不應超過30°C和60%相對濕度（RH）。

- 車間壽命：建議在開袋後一週內完成紅外線迴焊。

- 長期儲存：若儲存超過一週，元件應保存在帶有乾燥劑的密封容器或氮氣乾燥櫃中。

- 烘烤：若元件離開原始包裝儲存超過一週，在焊接前必須在大約60°C下烘烤至少20小時，以去除吸收的濕氣並防止爆米花現象（迴焊期間因蒸氣壓力導致封裝破裂）。

6.4 清潔

如果需要焊後清潔，僅應使用指定的溶劑。未指定的化學品可能會損壞塑料透鏡或封裝材料。可接受的清潔劑包括乙醇或異丙醇（IPA）。LED應在常溫下浸泡少於一分鐘。

6.5 靜電放電（ESD）預防措施

與大多數半導體元件一樣，LED容易受到靜電放電損壞。必須採取處理預防措施：使用接地腕帶、防靜電手套，並確保所有設備和工作檯面正確接地。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 載帶與捲盤規格

元件以壓紋載帶供應，用於自動化組裝。

- 載帶寬度：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。

- 口袋密封：空口袋用蓋帶密封。

- 缺件：根據規格，允許最多連續兩個缺失的LED（空口袋）。

- 標準：包裝遵循ANSI/EIA-481規範。

7.2 料號解讀

料號LTST-C195TBKSKT可能編碼了特定屬性，儘管此摘錄未提供完整解析。通常，此類代碼表示系列（LTST）、尺寸/外型（C195）、顏色（TB表示雙色藍/黃）和包裝（KSKT可能指載帶和捲盤）。發光強度的確切分級代碼在下單時必須另行指定。

8. 應用說明與設計考量

8.1 典型應用場景

此雙色LED非常適合多狀態指示燈。常見用途包括：

- 電源/狀態指示燈：藍光表示待機或開啟，黃光表示充電或警告。

- 網路設備：指示鏈路狀態、活動或速度。

- 消費性電子產品：電池電量指示燈、緊湊裝置上的模式選擇回饋。

- 工業控制：機器狀態指示（運行、故障、閒置）。

其超薄外型使其特別適用於智慧型手機、平板電腦、超薄筆記型電腦和其他空間受限的可攜式裝置。

8.2 電路設計考量

1. 電流限制：始終為每個顏色通道使用一個串聯限流電阻或專用的恆流LED驅動IC。使用公式 R = (V_電源- V_F) / I_F計算電阻值。使用規格書中的最大V_F，以確保即使在元件間存在變異時，電流也不會超過限制。

2. 獨立控制：每種顏色獨立的陽極/陰極允許通過微控制器進行獨立的PWM（脈衝寬度調變）調光或閃爍控制。

3. 功率消耗：驗證總功率（每個晶片的I_F* V_F）不超過個別晶片的功率額定值，特別是如果兩者同時驅動。

4. 逆向電壓保護：雖然不是齊納二極體，但可以並聯一個小訊號二極體（陰極對陽極）與每個LED，以提供對PCB上意外逆向電壓瞬變的保護。

8.3 PCB佈局建議

- 精確遵循建議的焊墊尺寸。 - 如果LED焊墊連接到大型接地/電源層，請使用散熱連接（thermal relief）以便於焊接，同時仍提供一定的熱傳導。 - 為了獲得最佳散熱效果，考慮在散熱墊（如果存在）下方或附近添加小型導通孔，將熱量傳導到PCB內層或底層。

- Use thermal relief connections for the LED pads if they are connected to large ground/power planes to facilitate soldering while still providing some thermal conduction.

- For optimal heat dissipation, consider adding small vias under or near the thermal pad (if present) to conduct heat to inner or bottom PCB layers.

9. 技術比較與差異化

與舊款雙色LED或使用兩個獨立單色LED相比，此元件提供明顯優勢：

- 節省空間：單個0.55mm薄封裝取代兩個元件，節省PCB面積和體積。

- 簡化組裝：一次取放操作代替兩次，提高組裝產能並減少潛在的放置錯誤。

- 材料技術：使用InGaN和AlInGaP晶片，與GaP等舊技術相比，通常提供更高的效率和亮度。

- 製程相容性：完全相容於標準、大批量的SMT組裝和無鉛迴焊製程，降低了製造複雜性。

10. 基於技術參數的常見問題（FAQ）

Q1：我可以同時驅動藍光和黃光LED嗎？

A：可以，它們在電氣上是獨立的。然而，您必須確保每個晶片的功率消耗不超過額定值，並且PCB/局部環境溫度保持在操作範圍內。產生的總熱量將是兩者之和。

Q2：如果極性接反會發生什麼？

A：施加顯著的逆向電壓（超過5V測試條件）很可能由於逆向崩潰導致LED晶片立即且災難性的故障。務必遵守正確的極性。

Q3：為什麼藍光和黃光的順向電壓不同？

A：順向電壓是半導體材料能隙的基本特性。InGaN（藍光）的能隙比AlInGaP（黃光）寬，需要更高的電壓來推動電子穿越接面，從而產生更高能量（更短波長）的光子。

Q4：如何選擇正確的限流電阻？

A：使用公式 R = (V_電源- V_F) / I_F。為了可靠性，使用規格書中的最大V_F（藍光3.80V，黃光2.40V）和您期望的I_F（例如，20mA）。對於5V電源：R_藍光= (5 - 3.8) / 0.02 = 60 Ω；R_黃光= (5 - 2.4) / 0.02 = 130 Ω。使用下一個較高的標準電阻值。

Q5：LED看起來比預期暗。可能出了什麼問題？

A：1) 確認您使用的是正確的分級代碼；較低的分級（例如，藍光使用N級）亮度較低。2) 用三用電錶檢查實際的順向電流；計算錯誤的電阻或低電源電壓會降低電流。3) 確保LED沒有過熱；高接面溫度會降低光輸出。4) 確認視角；亮度是在軸向上測量的。

11. 實用設計與使用範例

範例1：雙狀態USB埠指示燈。在筆記型電腦中，此LED可以放置在USB-C埠旁邊。它可以由嵌入式控制器（EC）驅動：當裝置連接並活動時顯示藍光常亮，當埠提供充電電流時黃光閃爍，否則兩者皆熄滅。其超薄外型使其能夠安裝在緊湊的邊框中。

範例2：物聯網裝置狀態。在緊湊型無線感測器中，LED可以指示網路狀態：藍光表示連接到雲端，黃光表示資料傳輸中，交替顏色表示錯誤。其低功耗適合電池供電裝置，寬視角確保從各個角度都可見。

範例3：處理濕度敏感元件。製造商收到一捲元件。他們在一個生產班次中使用完整的一捲。如果剩餘部分捲盤，他們將其儲存在帶有乾燥劑的密封容器中。兩週後，在使用剩餘元件之前，他們按照規格書指南，將捲盤在60°C下烘烤24小時，然後再裝入取放機，以防止焊接缺陷。

12. 運作原理介紹

發光二極體（LED）是通過電致發光發光的半導體元件。當順向電壓施加在p-n接面兩端時，來自n型材料的電子與來自p型材料的電洞重新結合。這種重新結合以光子（光）的形式釋放能量。發射光的特定波長（顏色）由半導體材料的能隙決定。InGaN晶片的能隙對應於藍光（~470 nm），而AlInGaP晶片的能隙對應於黃光（~589 nm）。塑料封裝用於保護精細的半導體晶粒和打線，塑造光輸出光束（透鏡），並提供安裝所需的物理外型。

13. 技術趨勢與發展

所述元件反映了LED技術中的幾個持續趨勢：

- 微型化：朝向0.55mm及更薄封裝的驅動力持續推動更時尚的產品設計。

- 高效率材料：InGaN和AlInGaP代表了用於可見光LED的成熟、高性能材料系統，為指示燈應用提供了良好的光效（每瓦流明）。

- 整合：將多種功能（兩種顏色）整合到單一封裝中，是元件整合以節省空間和簡化組裝的更廣泛趨勢的一部分。

- 穩健的製造相容性：對載帶捲盤包裝、IR迴焊耐受性和濕度敏感性等級的重視，符合全自動化、大批量電子製造的需求。未來的發展可能包括更薄的封裝、整合限流電阻的LED模組，或在類似佔位面積內的三色（RGB）晶片，這些都受到消費性電子和汽車領域需求的推動。