雙色 SMD LED LTST-C295TBKGKT-5A 數據手冊 - 尺寸 2.0x1.25x0.55mm - 電壓 2.7V/1.75V - 功率 0.076W/0.075W - 藍色/綠色

1. 產品概述

本文件詳細說明了一款雙色表面黏著裝置（SMD）LED的規格。該元件將兩個獨立的LED晶片整合在一個超薄封裝內，實現從單一佔位面積發射藍光和綠光。其設計適用於現代電子組裝製程，具備與自動貼裝設備的相容性，以及適用於無鉛製程的紅外線（IR）迴流焊溫度曲線。本產品符合環保標準，為ROHS相容的綠色產品。

1.1 核心優勢

• 節省空間設計： 僅0.55毫米的超薄厚度，可整合至緊湊且低高度的電子裝置中。
• 雙色功能： 結合藍色（InGaN）與綠色（AlInGaP）光源，為狀態指示燈、背光及裝飾照明提供設計靈活性。
• 高亮度輸出： 採用先進的InGaN與AlInGaP半導體材料，以實現高發光強度。
• 利於製造： 以8毫米帶狀封裝於7英寸捲盤，符合EIA標準，使其非常適合高產量、自動化的PCB組裝生產線。
• 製程相容性： 可承受標準紅外迴流焊接條件，確保在標準SMT製造流程中的可靠性。

2. 深入技術參數分析

以下章節詳細解析該裝置的電氣、光學及熱特性。除非另有說明，所有參數均以環境溫度 (Ta) 25°C 為準。

2.1 Absolute Maximum Ratings

這些額定值定義了可能導致設備永久損壞的極限條件。在此等條件下或超出此等條件運作，其可靠性不予保證。

Parameter	Blue Chip	Green Chip	Unit	條件
功率損耗	76	75	mW	-
峰值順向電流	100	80	mA	1/10 工作週期，0.1毫秒脈衝
直流順向電流	20	30	mA	連續
Operating Temperature	-20°C 至 +80°C		-	-
儲存溫度	-30°C 至 +100°C		-	-
IR Soldering Condition	260°C for 10 seconds		-	峰值溫度

解讀： 綠色晶片可承受更高的連續直流電流（30mA對比20mA），而藍色晶片則具有更高的允許脈衝電流。指定的IR回流焊溫度曲線對於確保焊點完整性而不損壞LED封裝至關重要。

2.2 Electrical & Optical Characteristics

這些是定義元件在標準測試條件（IF = 5 mA）下性能的典型工作參數。

Parameter	Symbol	Blue Chip (Min/Typ/Max)	Green Chip (Min/Typ/Max)	Unit	測試條件
發光強度	Iv	7.10 / - / 45.0	7.10 / - / 45.0	mcd	IF = 5 mA
視角	2θ1/2	130 (典型值)		deg	-
峰值波長	λP	468 (典型值)	574 (典型值)	nm	-
主波長	λd	- / 470 / -	- / 571 / -	nm	IF = 5 mA
光譜半寬	Δλ	25 (典型值)	15 (典型值)	nm	-
Forward Voltage	VF	- / 2.70 / 3.20	- / 1.75 / 2.35	V	IF = 5 mA
Reverse Current	IR	10 (最大值)	10 (最大值)	μA	VR = 5V

關鍵分析：

• Brightness & Binning: 發光強度範圍廣泛（7.1至45 mcd），此特性透過分檔系統進行管理（詳見第3節）。設計師在進行光學設計時，必須考量此一變動範圍。
• 電壓差： 正向電壓（V_F）在藍色晶片（約2.7V）與綠色晶片（約1.75V）之間存在顯著差異。此為電路設計的關鍵考量，特別是在使用共同電流源或電壓軌驅動兩種顏色時。通常需要為每個顏色通道配置獨立的限流電阻。
• 視角： 130度的寬廣視角，使此LED適合需要廣泛可見度的應用。
• ESD Sensitivity： 關於ESD注意事項的註記表明該裝置對靜電放電敏感。在組裝和處理過程中，必須遵守正確的ESD處理程序（如使用防靜電手環、接地設備）。
• 非整流操作： 反向電流測試註記明確指出，該裝置並非為反向操作而設計。施加超出測試條件的反向偏壓可能導致立即失效。

3. 分級系統說明

為確保亮度一致性，LED會根據其在5 mA電流下測得的光強度進行分檔。這讓設計師能選擇適合其應用的亮度等級。

3.1 發光強度分級

藍色與綠色晶片的分檔結構完全相同。

Bin Code	Minimum Intensity (mcd)	最大強度 (mcd)
K	7.10	11.2
L	11.2	18.0
M	18.0	28.0
N	28.0	45.0

Tolerance: 每個亮度分檔具有 +/-15% 的容差。例如，來自「M」分檔的 LED 在測試電流下，其實際亮度可能介於 15.3 mcd 至 32.2 mcd 之間。

設計意涵： 當需要精確的亮度匹配時（例如在多 LED 陣列或混色應用中），可能需要指定更嚴格的分檔代碼，或在驅動電路中實施校準。

4. 性能曲線分析

雖然數據手冊中引用了具體的圖形數據（第6-7頁），但典型的性能趨勢可從以下參數推斷：

• I-V（電流-電壓）曲線： 正向電壓（V_F) 將隨正向電流 (I_F) 增加。此關係為非線性且具有二極體特性。藍色與綠色晶片的不同 V_F 值意味著它們的 I-V 曲線將彼此偏移。
• 發光強度 vs. 電流： 光輸出（Iv）通常隨正向電流增加而提升，但最終會達到飽和。超過絕對最大直流電流運作將降低效率並縮短使用壽命。
• 溫度相依性： 發光強度通常隨接面溫度升高而下降。-20°C至+80°C的工作溫度範圍定義了維持指定光學性能的環境條件。正向電壓亦具有負溫度係數（隨溫度升高而降低）。
• 光譜分佈： 峰值波長（468nm藍光、574nm綠光）與光譜半高寬（藍光25nm、綠光15nm）決定了色純度。綠光晶片因半高寬較窄，相較於半高寬較寬的藍光，能發出光譜純度更高的綠光。

5. Mechanical & Package Information

5.1 封裝尺寸

該元件採用業界標準的SMD封裝。關鍵尺寸包括本體尺寸約為2.0mm x 1.25mm，高度僅0.55mm。數據手冊中提供了公差為±0.10mm的詳細尺寸圖，以供精確的PCB焊盤設計。

5.2 Pin Assignment & Polarity

雙色LED具有四個引腳（1、2、3、4）。引腳分配如下：

• Blue Chip： 連接到引腳1和3。
• Green Chip： 連接至第2腳與第4腳。

此配置通常意味著內部為共陰極或共陽極結構，但數據手冊中指定了每種顏色的腳位配對。連接至驅動電路時必須注意極性。封裝上標有方向標記（可能在第1腳有圓點或切角）。

5.3 建議焊墊設計

建議的焊墊佈局旨在確保回流焊過程中焊接可靠且機械對位準確。遵循這些建議有助於防止墓碑效應（元件一端翹起）並確保良好的焊角形成。

6. Soldering & Assembly Guidelines

6.1 IR 迴流銲接溫度曲線

本文為無鉛焊接製程提供詳細的建議迴焊曲線。關鍵參數包括：

• 預熱： 150-200°C 下最長 120 秒，以逐步加熱電路板並活化助焊劑。
• 峰值溫度： 最高260°C。
• 液相線以上時間： 該元件暴露於峰值溫度的時間不得超過10秒。
• Limit: 在此條件下，該裝置不應經歷超過兩次迴流焊循環。

此溫度曲線基於JEDEC標準，以確保封裝完整性。LED的低熱質量要求仔細調整溫度曲線，以避免過熱。

6.2 手工焊接

若必須進行手工焊接，應極其謹慎地操作：

• 烙鐵溫度： 最高300°C。
• 焊接時間： 每個焊點最多3秒。
• Limit: 僅允許一次手工焊接循環。

過高的溫度或長時間接觸可能會損壞LED晶片或塑膠透鏡。

6.3 清潔

若需進行焊後清潔：

• 僅可使用指定溶劑：ethyl alcohol或isopropyl alcohol。
• 在常溫下浸泡時間應少於一分鐘。
• 避免使用強效或未指定的化學清潔劑，因其可能損壞LED封裝材料與光學透鏡。

6.4 儲存條件

適當的儲存對於防止吸濕至關重要，吸濕可能導致迴焊過程中發生「爆米花效應」（封裝開裂）。

• 密封包裝： 儲存於≤30°C且≤90%相對濕度環境中。開啟防潮袋後請於一年內使用。
• 已開封包裝： 儲存於≤30°C且≤60%相對濕度環境中。請於一週內使用。如需更長時間儲存，請置於含乾燥劑的密封容器或氮氣乾燥器中。
• 重新烘烤： 若元件從原始包裝取出存放超過一週，應在焊接前以約60°C烘烤至少20小時，以去除吸收的濕氣。

7. Packaging & Ordering Information

7.1 捲帶與捲盤規格

本元件以供料形式提供，適用於自動化取放設備：

• 載帶寬度： 8mm.
• 捲盤尺寸： 直徑7英寸。
• 每捲數量： 4000件。
• 最低訂購量： 剩餘數量500件。
• 包裝標準： 符合 ANSI/EIA-481 規範。空置料袋以封蓋膠帶密封。

8. 應用建議

8.1 典型應用場景

• 狀態指示燈： 雙色功能可支援多種狀態信號（例如：開機=綠色，待機=藍色，故障=交替閃爍）。
• 背光： 適用於空間有限的小型LCD顯示器、鍵盤或面板指示燈。
• 裝飾照明： 用於需要彩色照明效果的消費性電子產品、玩具或家電。
• 汽車內裝照明： 針對非關鍵性內裝照明，考量其工作溫度範圍。
• IoT Devices & Wearables: 其纖薄的外形與低功耗特性，使其適用於緊湊型便攜式電子設備。

8.2 關鍵設計考量

• Current Limiting: 務必為每個LED晶片串聯使用外部限流電阻。根據電源電壓、所需正向電流（不得超過直流額定值）以及各顏色的典型Vf值計算電阻值。_F 切勿直接連接至電壓源。
• 熱管理： 儘管功耗較低，仍需確保足夠的PCB銅箔面積或散熱設計，特別是在接近最大電流或高環境溫度下工作時，以防止過熱及亮度提前衰減。
• ESD 防護： 若組裝環境或終端使用情境存在ESD風險，請在連接LED引腳的PCB線路上實作ESD防護二極體。
• 光學設計： 在導光板、擴散片或透鏡的設計中，需考量寬視角及可能的亮度差異（分檔）。

9. Technical Comparison & Differentiation

相較於單色LED或舊式雙色封裝，此元件具備明顯優勢：

• vs. 兩顆獨立LED： 節省大量PCB空間（一個佔位對比兩個）、減少貼裝時間，並簡化物料清單。
• vs. 較厚的雙色LED： 0.55毫米的高度使其能應用於超薄裝置，如現代智能手機、平板電腦和輕薄筆記型電腦，其中Z軸高度是關鍵限制因素。
• 對比非回流焊相容LED： 直接相容標準SMT回流焊製程，無需二次人工焊接步驟，從而提升製造良率與可靠性。
• 晶片技術： 使用InGaN製造藍光以及AlInGaP製造綠光，代表了相較於舊技術，以高效率和亮度著稱的先進半導體材料。

10. 常見問題 (FAQs)

10.1 我可以同時以最大直流電流驅動藍色和綠色 LED 嗎？

不。絕對最大額定值規定的是每顆晶片的功耗上限（藍光為76mW，綠光為75mW）。若同時以最大直流電流（藍光20mA，綠光30mA）和典型V_F 驅動兩者，將分別產生約54mW和52.5mW的功耗，這仍在限制範圍內。然而，必須考慮微小封裝內產生的總熱量。為了確保長期可靠運行，建議以低於最大值的電流驅動，尤其是在兩者持續點亮的情況下。

10.2 為什麼正向電壓會有如此大的差異？

正向電壓是半導體材料能隙的基本特性。藍光具有較高的光子能量（波長較短），需要使用能隙較寬的半導體材料（InGaN），這種材料本身具有較高的正向電壓。綠光（AlInGaP）的光子能量稍低，對應的能隙較小，因此正向電壓較低。這是一種物理特性，並非缺陷。

10.3 下單時應如何解讀分檔代碼？

分檔代碼（例如 "K"、"L"、"M"、"N"）定義了LED的保證最低亮度。如果您的設計要求最低亮度為18 mcd，您應指定分檔代碼 "M" 或更高（"N"）。若亮度要求不嚴格，選擇較低的分檔代碼（"K" 或 "L"）可能更具成本效益。請向供應商諮詢可用的分檔代碼。

10.4 此LED是否適用於戶外環境？

其工作溫度範圍（-20°C 至 +80°C）涵蓋多種戶外條件。然而，資料手冊並未標明其防塵防水的侵入保護（IP）等級。若要用於戶外，LED需要被妥善封裝或安裝在密封組件內，以保護其免於直接暴露於環境、濕氣和紫外線輻射，這些因素長期下來可能使塑膠鏡頭劣化。

11. 實務設計案例研究

情境： 設計一個配備雙色狀態指示燈的緊湊型IoT感測器節點。該裝置由一個3.3V穩壓器供電，並使用一個GPIO引腳可提供20mA電流源的微控制器。

實作：

1. 電路設計： 使用兩個GPIO引腳。每個引腳連接一個限流電阻，然後連接到LED的一種顏色（引腳1-3對應藍色，引腳2-4對應綠色）。公共連接端（例如陰極）接地。
2. 電阻計算（以10mA驅動為例）：
   • 藍色：R_藍色 = (3.3V - 2.7V) / 0.01A = 60Ω。可使用標準的62Ω或68Ω電阻。
   • 綠色：R_綠色 = (3.3V - 1.75V) / 0.01A = 155Ω。使用標準的150Ω電阻。
   這確保了兩種顏色在相同電流下具有相近的感知亮度，儘管最終數值可能需要根據實際V進行調整。_F 以及期望的強度。
3. PCB佈局： 該焊盤遵循建議的焊墊設計。焊墊上使用小的散熱連接，以便於焊接，同時提供一些熱傳導至PCB接地層以利散熱。
4. Software： 微控制器韌體可控制LED顯示各種狀態：恆亮綠燈（運作中）、閃爍藍燈（資料傳輸中）、交替閃爍（錯誤）等。

此案例凸顯了獨立限流計算的重要性，以及單一元件實現多種視覺回饋狀態的實用性。

12. 運作原理

LED的發光原理基於半導體p-n接面的電致發光效應。當施加超過材料能隙的正向電壓時，電子與電洞會跨越接面注入。當這些載子復合時，會以光子（光）的形式釋放能量。發射光的顏色（波長）直接由半導體材料的能隙決定。InGaN晶片具有較寬的能隙，發射更高能量的藍色光子；而AlInGaP晶片具有較窄的能隙，發射較低能量的綠色光子。兩顆晶片被封裝在單一元件中，並配備幾乎不改變出光的水晶透鏡，提供緊湊的雙光源解決方案。

13. 技術趨勢

此類LED的發展是光電子學更廣泛趨勢的一部分：

• 微型化： 持續縮小封裝尺寸（佔板面積與高度），以實現更小、更薄的終端產品。
• 整合度提升： 超越雙色封裝，邁向RGB（紅、綠、藍）封裝，甚至整合驅動器或控制IC的封裝（「智慧型LED」）。
• 更高效率： 內部量子效率（IQE）與光提取技術的持續改進，得以在較低驅動電流下實現更高亮度的LED，從而降低整體系統功耗。
• 提升可靠性： 封裝材料（環氧樹脂、矽膠）與晶片設計的進步，提升了使用壽命以及對熱應力和環境因素的耐受性。
• 擴展色域： 開發新型半導體材料和螢光粉，以產生更純淨、更飽和的色彩，以及精確的白光色溫，適用於先進的顯示與照明應用。

此處描述的此類裝置，代表了一種成熟且具成本效益的解決方案，可滿足標準指示燈與功能性照明需求，並受益於這些持續進展的產業技術。