LTST-S225KFKGKT-5A 雙色側發光SMD LED 規格書 - 封裝尺寸 - 橙/綠 - 20mA - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTST-S225KFKGKT-5A是一款表面黏著元件（SMD）發光二極體（LED），專為現代空間受限的電子應用而設計。它屬於微型元件系列，針對自動化印刷電路板（PCB）組裝製程進行了優化。此特定型號在單一封裝內整合了兩個獨立的LED晶片，實現了在緊湊佔位面積下的雙色功能。

1.1 核心優勢與目標市場

此元件的首要優勢在於其微型化與多色功能的結合。其橙色與綠色發光體均採用超高亮度AlInGaP（磷化鋁銦鎵）半導體技術製造，相較於傳統的GaP等技術，通常能提供更高的效率與更好的性能穩定性。封裝採用透明透鏡，不會擴散光線，使其適用於需要光線平行於PCB表面發射的側發光應用。此設計非常適合鍵盤背光、手持裝置的狀態指示燈，以及需要側向導光的微型顯示器。本元件完全符合RoHS（有害物質限制）指令，並設計為與紅外線（IR）迴焊製程相容，這是大量電子製造中的標準製程。其目標市場包括通訊設備（例如手機和無線電話）、筆記型電腦等可攜式運算裝置、網路系統硬體、各種家電以及室內標誌應用。

2. 技術參數：深入客觀解讀

本節基於環境溫度（Ta）25°C的標準測試條件，對LTST-S225KFKGKT-5A的關鍵性能參數進行詳細分析。

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，不適用於正常操作。

• 功率耗散（Pd）：每色晶片50 mW。這是在不損壞LED的情況下，電能可轉換為熱和光的最大量。超過此限制可能導致熱失控和故障。
• 峰值順向電流（I_F(PEAK)）：40 mA，僅允許在脈衝條件下使用，佔空比為1/10，脈衝寬度為0.1毫秒。這允許短時間的高亮度，例如閃爍指示燈。
• 連續順向電流（I_F）：20 mA直流電。這是建議用於連續、穩態操作的最大電流，以確保長期可靠性並維持指定的光學性能。
• 操作溫度範圍：-30°C 至 +85°C。保證元件在此環境溫度範圍內正常運作。
• 儲存溫度範圍：-40°C 至 +85°C。元件可在未通電的情況下於此範圍內儲存。

2.2 電氣與光學特性

這些是在正常工作條件下（I_F= 5mA）測量的典型性能參數。

• 發光強度（I_V）：這是人眼感知的LED亮度。對於橙色晶片，最小值為18.0 mcd（毫燭光），典型值未指定，最大值為45.0 mcd。對於綠色晶片，最小值為7.1 mcd，最大值為18.0 mcd。實際提供的強度會歸入特定的分級區間（見第4節）。
• 視角（2θ_1/2）：130度（典型值）。此寬視角表示LED在廣闊區域內發光，這是具有透明透鏡的側視封裝的特徵。θ_1/2是發光強度降至軸上值一半時的離軸角度。
• 峰值波長（λ_P）：光輸出功率最大的波長。典型值為611.0 nm（橙色）和573.0 nm（綠色）。
• 主波長（λ_d）：最能代表感知顏色的單一波長。典型值為605.0 nm（橙色）和571.0 nm（綠色）。此值源自CIE色度圖。
• 光譜線半寬度（Δλ）：發射光的頻寬，以光譜的半高全寬（FWHM）測量。典型值為17 nm（橙色）和15 nm（綠色），表示顏色相對純淨、飽和。
• 順向電壓（V_F）：當LED導通指定電流時，其兩端的電壓降。在5mA時，兩種顏色的V_F範圍從最小值1.7V到最大值2.5V。設計師必須確保驅動電路能適應此範圍。
• 逆向電流（I_R）：在逆向電壓（V_R）為5V時，最大值為10 μA。此參數僅用於測試目的；LED並非設計用於逆向偏壓操作。

3. 分級系統說明

為管理生產變異，LED會根據性能進行分級。LTST-S225KFKGKT-5A針對發光強度使用分級系統。

3.1 發光強度分級

每色晶片的發光強度經過測試，並分入特定的分級區間，每個區間內的容差為 +/-15%。

• 橙色晶片分級：
  • 分級代碼M：最小值 18.0 mcd，最大值 28.0 mcd。
  • 分級代碼N：最小值 28.0 mcd，最大值 45.0 mcd。
• 綠色晶片分級：
  • 分級代碼K：最小值 7.1 mcd，最大值 11.2 mcd。
  • 分級代碼L：最小值 11.2 mcd，最大值 18.0 mcd。

此分級允許設計師為其應用選擇亮度一致的元件，這對於在多LED陣列或指示燈中實現均勻外觀至關重要。

4. 機械與封裝資訊

4.1 封裝尺寸與接腳定義

此LED符合EIA標準封裝外形。除非另有說明，所有尺寸均以毫米為單位，標準公差為±0.1毫米。封裝為側發光類型，意味著主要光線發射方向平行於安裝平面。接腳定義對於正確操作至關重要：接腳1和2分配給綠色LED晶片，而接腳3和4分配給橙色LED晶片。設計師必須參考規格書中的詳細尺寸圖，以精確設計PCB上的焊墊位置。

4.2 建議PCB焊墊設計與極性

規格書包含建議的PCB焊墊圖形（焊墊幾何形狀）。遵循此建議對於在迴焊過程中實現可靠的焊點、正確對齊和有效的散熱至關重要。焊墊設計也有助於元件在焊接過程中的自對齊。陰極接腳通常由LED封裝上的標記（例如凹口或圓點）指示，必須與PCB絲印上的相應標記對齊。

5. 焊接與組裝指南

5.1 紅外線迴焊參數

此元件適用於無鉛焊接製程。建議的紅外線迴焊條件為峰值溫度260°C，最長10秒。提供符合JEDEC標準的樣本溫度曲線作為通用目標。關鍵階段包括預熱區（150-200°C，最長120秒）以逐漸加熱電路板並活化錫膏助焊劑，接著是溫度達到峰值的迴焊區。必須嚴格遵守錫膏製造商的規格和JEDEC曲線限制，以避免熱衝擊、分層或損壞LED的內部結構。元件不應承受超過兩次的迴焊循環。

5.2 手工焊接（烙鐵）

若必須進行手工焊接，則需極度小心。建議的烙鐵頭最高溫度為300°C，與任何接腳的接觸時間應限制在最多3秒。此操作應僅執行一次，以防止過度的熱應力。

5.3 儲存與處理條件

正確的處理對於可靠性至關重要。LED對靜電放電（ESD）敏感。建議使用靜電手環或防靜電手套，並確保所有設備接地。儲存時，未開封的防潮袋（含乾燥劑）應保持在≤30°C和≤90%相對濕度（RH）下，建議保存期限為一年。一旦開封，元件的濕度敏感等級（MSL）為3級，這意味著它們必須在暴露於≤30°C/60% RH環境後的168小時（一週）內進行迴焊。若暴露時間更長，則在焊接前需要進行約60°C、至少20小時的烘烤，以去除吸收的水分並防止爆米花現象（封裝在迴焊時破裂）。

5.4 清潔

若焊接後需要清潔，僅應使用指定的醇類溶劑，如異丙醇（IPA）或乙醇。LED應在常溫下浸泡少於一分鐘。未指定的化學清潔劑可能會損壞環氧樹脂透鏡或封裝。

6. 包裝與訂購資訊

6.1 載帶與捲盤規格

LED以供自動化組裝的包裝形式提供。它們安裝在8毫米寬的凸起載帶上，捲繞在7英吋（178毫米）直徑的捲盤上。標準捲盤數量為4000件。對於剩餘數量，最小訂購包裝尺寸為500件。包裝符合ANSI/EIA-481規範。載帶有覆蓋帶密封元件口袋，且規定連續空置的元件口袋不得超過兩個。

7. 應用建議與設計考量

7.1 典型應用電路

每個LED晶片（綠色和橙色）必須獨立驅動。每個晶片必須串聯一個限流電阻，以設定工作電流並保護LED免於過電流。電阻值（R_series）可使用歐姆定律計算：R_series= (V_supply- V_F) / I_F。由於V_F可能從1.7V變化到2.5V，計算時應使用最大V_F值，以確保在最壞情況下電流絕不超過所需水平。對於5V電源和目標I_F為5mA，使用V_F(max)=2.5V，得出R_series= (5V - 2.5V) / 0.005A = 500Ω。標準的510Ω電阻將是合適的選擇。對於20mA下的更高亮度，計算則會不同。兩個LED可以由獨立的微控制器GPIO接腳或邏輯電路驅動。

7.2 熱管理

儘管功率耗散很低（每晶片50mW），但PCB上有效的熱管理對於使用壽命和穩定性能仍然很重要。確保使用建議的焊墊設計有助於將熱量從LED接面傳導到PCB銅箔中。避免將LED放置在沒有氣流的密閉空間中，尤其是在較高電流或高環境溫度下操作時。

7.3 光學設計

側發光、透明透鏡產生寬視角（130°）。對於需要更聚焦或擴散光線的應用，可能需要外部導光板、透鏡或擴散膜。透明透鏡非常適合LED本身不可見但光線被引導的應用，例如側光式面板或導光管。

8. 技術比較與差異化

LTST-S225KFKGKT-5A的主要差異化特點在於其單一微型側視封裝中的雙色功能，以及兩種顏色均使用AlInGaP技術。相較於可能使用不同材料系統（例如綠色用GaP）的舊式雙色LED，兩色均使用AlInGaP可以提供更一致的順向電壓特性，並可能具有更高的效率。側視外形與頂視LED不同，專門為需要平行於電路板發光的應用而設計，節省垂直空間。其與標準紅外線迴焊和載帶捲盤包裝的相容性，使其成為大量自動化生產線的即用解決方案。

9. 常見問題（基於技術參數）

問：我可以同時以最大直流電流20mA驅動橙色和綠色LED嗎？

答：可以，但您必須考慮總功率耗散。在20mA和典型V_F約2.1V下，每個晶片耗散約42mW。同時操作意味著封裝總耗散約84mW。雖然這低於個別最大值之和（50mW+50mW=100mW），但已接近極限。在此情況下，熱管理和環境溫度成為可靠長期運作的關鍵因素。

問：峰值波長和主波長有什麼區別？

答：峰值波長（λ_P）是光功率輸出最高的波長的物理測量值。主波長（λ_d）是從色度學計算得出的值，代表人眼感知顏色的單一波長。對於光譜窄的LED，兩者通常很接近，但λ_d是顯示器或指示燈中顏色規格更相關的參數。

問：規格書提到逆向電壓條件僅應用於IR測試。這是什麼意思？

答：這是一個澄清說明。參數I_R（逆向電流）是在工廠測試期間施加5V逆向偏壓以檢查漏電流時測量的。然而，LED是二極體，並非設計用於在實際應用中以逆向偏壓操作。在電路中施加逆向電壓可能會損壞元件。

10. 實際應用範例

情境：網路路由器的雙狀態指示燈

設計師正在設計一款緊湊型路由器，需要兩個狀態指示燈（電源和網路活動），但電路板上只有空間安裝一個LED元件。LTST-S225KFKGKT-5A是一個理想的解決方案。

實作方式：將綠色晶片指定為電源指示燈（通電時恆亮）。將橙色晶片指定為網路活動指示燈（數據傳輸時閃爍）。使用路由器主微控制器的兩個獨立GPIO接腳，每個接腳透過一個510Ω限流電阻連接到相應LED晶片的陽極。陰極連接到地。側發光特性允許光線耦合到單一的小型導光管中，將其引導至前面板。此設計節省了電路板空間，減少了零件數量，並提供了清晰、獨特的顏色編碼狀態資訊。

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。當順向電壓施加在半導體材料（此處為AlInGaP）的p-n接面時，電子和電洞被注入接面區域。這些電荷載子重新結合，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。AlInGaP的能隙適合產生光譜中紅色、橙色和黃色部分的光，透過特定摻雜，也能產生綠光。側視封裝將半導體晶片安裝在導線架上，進行打線，並封裝在形成透鏡的透明環氧樹脂中，將光輸出導向側面。

12. 技術趨勢

此類SMD LED的總體趨勢是持續微型化、提高效率（每瓦電輸入產生更多光輸出）以及更高的可靠性。如本例所示，採用AlInGaP作為綠色發光體，代表著遠離傳統、效率較低的材料。此外，越來越強調精確的分級和更嚴格的公差，以滿足需要高顏色一致性的應用需求，例如由分立LED組裝的全彩顯示器。封裝技術的進步也著重於改善熱性能，以允許在更小的封裝中使用更高的驅動電流，並增強與無鉛、高溫焊接製程的相容性。