雙色SMD LED LTST-C155TBKFKT 規格書 - 藍光與橙光 - 20mA & 30mA - 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。此元件在單一封裝內整合了兩種不同的半導體晶片：一個發射藍光的InGaN（氮化銦鎵）晶片，以及一個發射橙光的AlInGaP（磷化鋁銦鎵）晶片。此設計允許建立兩個獨立的光源，或透過控制驅動，在應用中實現潛在的混色效果。LED以符合EIA標準的捲帶包裝形式供應，適用於自動化貼片組裝系統。其設計符合RoHS規範，屬於環保產品。

1.1 核心特色與目標應用

此LED的主要優勢在於其緊湊的SMD封裝中具備雙色發光能力。關鍵特色包括兩種晶片技術皆具備超高亮度、相容於紅外線（IR）與氣相迴焊製程，以及專為自動化組裝設備整合而設計。其I.C.相容性表示可透過標準邏輯位準訊號配合適當的限流電阻直接驅動。典型應用包括狀態指示燈、開關與面板背光、裝飾照明，以及空間有限且需要單一元件位置提供多種指示顏色的消費性電子產品。

2. 絕對最大額定值

在此限制範圍之外操作或儲存元件，可能導致永久性損壞。

• 功率消耗：藍光：76 mW，橙光：75 mW（於Ta=25°C時）
• 峰值順向電流：藍光：100 mA，橙光：80 mA（1/10工作週期，0.1ms脈衝寬度）
• 直流順向電流：藍光：20 mA，橙光：30 mA
• 降額：藍光：0.25 mA/°C，橙光：0.4 mA/°C（從25°C線性下降）
• 逆向電壓：兩種顏色皆為5 V（注意：不可持續在逆向偏壓下操作）
• 操作與儲存溫度範圍：-55°C 至 +85°C
• 焊接溫度：波焊/紅外線：最高260°C，持續時間最長5秒；氣相：最高215°C，持續時間最長3分鐘。

3. 電氣與光學特性

在環境溫度（Ta）25°C及指定測試條件下量測。

3.1 光學參數（於IF=20mA時）

• 發光強度（Iv）：
  
  藍光：最小 28.0 mcd，典型 45.0 mcd。
  
  橙光：最小 45.0 mcd，典型 90.0 mcd。
  
  使用近似CIE明視覺響應曲線的感測器/濾光片量測。
• 視角（2θ1/2）：兩種顏色典型值皆為130度。此為發光強度降至軸心值一半時的全角。
• 峰值波長（λP）：藍光：典型 468 nm，橙光：典型 611 nm。
• 主波長（λd）：藍光：典型 470 nm，橙光：典型 605 nm。此數值源自CIE色度圖，定義了人眼感知的顏色。
• 頻譜頻寬（Δλ）：藍光：典型 25 nm，橙光：典型 17 nm。

3.2 電氣參數

• 順向電壓（VF）於IF=20mA時：
  
  藍光：最小 2.80V，典型 3.50V，最大 3.80V。
  
  橙光：最小 1.80V，典型 2.00V，最大 2.40V。
• 逆向電流（IR）：於VR=5V時，兩種顏色最大皆為10 μA。
• 電容（C）：橙光於VF=0V，f=1MHz時，典型值為40 pF。

4. 分級系統

LED根據發光強度進行分級，以確保同一生產批次內的一致性。

4.1 發光強度分級

藍光晶片（@20mA）：

代碼 N：28.0 - 45.0 mcd

代碼 P：45.0 - 71.0 mcd

代碼 Q：71.0 - 112.0 mcd

代碼 R：112.0 - 180.0 mcd

橙光晶片（@20mA）：

代碼 P：45.0 - 71.0 mcd

代碼 Q：71.0 - 112.0 mcd

代碼 R：112.0 - 180.0 mcd

每個強度級別內的公差為 +/-15%。

5. 性能曲線分析

規格書參考了典型的特性曲線，這些曲線通常會說明關鍵參數之間的關係。設計人員應考慮這些非線性關係。

5.1 順向電流 vs. 順向電壓（I-V曲線）

兩種LED皆呈現類似二極體的指數型I-V特性。在20mA時，藍光（InGaN）LED的典型順向電壓（約3.5V）顯著高於橙光（AlInGaP）LED（約2.0V）。此電壓差異對於電路設計至關重要，特別是當從同一電壓軌驅動兩種顏色時，因為需要不同的串聯電阻值來達到相同的目標電流。

5.2 發光強度 vs. 順向電流

在建議的操作範圍內，發光強度大致與順向電流成正比。然而，在極高電流下，效率可能因熱量增加而下降。降額規格（藍光0.25 mA/°C，橙光0.4 mA/°C）說明了當環境溫度超過25°C時，必須如何降低最大允許直流電流，以防止過熱並確保使用壽命。

5.3 頻譜分佈

藍光晶片發射波長約在468-470 nm範圍，具有相對較寬的頻譜頻寬25 nm（典型值）。橙光晶片發射波長約在605-611 nm範圍，頻譜頻寬較窄，為17 nm（典型值）。主波長數值對於顏色要求嚴格的應用至關重要。

6. 機械與封裝資訊

6.1 腳位定義與極性

此元件具有四個腳位。對於LTST-C155TBKFKT型號：

- InGaN藍光晶片連接至腳位1和3。

- AlInGaP橙光晶片連接至腳位2和4。

此配置通常允許獨立控制每種顏色。透鏡為水清色。

6.2 封裝尺寸與捲帶規格

LED以8mm寬的凸輪式載帶供應，捲繞於7英吋（178mm）直徑的捲盤上。標準捲盤數量為4000顆。規格書包含LED本體的詳細尺寸圖、建議的焊墊佈局（Land Pattern），以及符合ANSI/EIA 481-1-A-1994標準的捲帶規格。所有尺寸單位為毫米，標準公差為±0.10 mm，除非另有說明。正確的焊墊設計對於可靠的焊接與機械穩定性至關重要。

7. 焊接與組裝指南

7.1 迴焊溫度曲線

此元件相容於標準迴焊製程。提供了兩種建議的紅外線（IR）迴焊溫度曲線：一種用於一般（錫鉛）焊料製程，另一種用於無鉛（例如SnAgCu）焊料製程。關鍵參數包括：

- 預熱：升溫至120-150°C。

- 均溫/預熱時間：最長120秒。

- 峰值溫度：最高260°C。

- 液相線以上時間：在峰值溫度下最長5秒。

遵循這些溫度曲線可防止熱衝擊並保護LED封裝或晶粒。

7.2 波焊與手工焊接

進行波焊時，預熱溫度不應超過100°C，最長持續60秒，焊錫波峰溫度最高260°C，接觸時間最長10秒。若需使用烙鐵進行手工焊接，烙鐵頭溫度不應超過300°C，每個焊點的接觸時間應限制在3秒以內，且僅限一次，以防止過度熱傳導。

7.3 清潔與儲存

清潔：應僅使用指定的清潔劑。建議使用常溫下的異丙醇或乙醇，清潔時間少於一分鐘。未指定的化學品可能損壞環氧樹脂透鏡或封裝。

儲存：若需在原始防潮袋外長期儲存，LED應保存在溫度不超過30°C、相對濕度不超過70%的環境中。對於長期儲存，建議使用帶有乾燥劑的密封容器或氮氣環境。暴露於環境空氣中超過一週的元件，在焊接前應以約60°C烘烤至少24小時，以去除吸收的水氣並防止迴焊時發生\"爆米花效應\"。

8. 應用設計考量

8.1 驅動電路設計

LED是電流驅動元件。為確保亮度均勻並防止損壞，必須使用限流機制。建議的電路（電路A）為每個LED使用一個串聯電阻。電阻值（R）使用歐姆定律計算：R = (電源電壓 - LED順向電壓) / 順向電流，其中LED順向電壓是特定LED在所需順向電流下的順向電壓。由於順向電壓存在差異（參見分級與典型範圍），不建議使用單一電源搭配共用電阻來並聯驅動多個LED（電路B），因為這可能導致顯著的電流不平衡與亮度不均。

8.2 靜電放電（ESD）防護

LED對靜電放電和電壓突波敏感。在操作與組裝過程中必須採取預防措施：

- 使用接地手腕帶或防靜電手套。

- 確保所有工作站、工具和設備妥善接地。

- 實施ESD安全包裝與運輸程序。

未能遵守ESD預防措施可能導致立即失效或潛在損壞，從而降低長期可靠性。

8.3 熱管理

雖然功率消耗相對較低，但適當的熱設計可延長使用壽命並維持光學性能。降額曲線說明了最大電流必須如何隨著環境溫度升高而降低。確保LED熱焊墊（如有）周圍或連接至內層的PCB銅箔面積充足，有助於散熱，特別是在高環境溫度或密閉式應用中。

9. 技術比較與差異化

此雙色LED的主要差異在於其將兩種截然不同的高亮度晶片整合在一個標準SMD封裝中。與使用兩個獨立的單色LED相比，它節省了PCB空間、減少了元件數量，並簡化了貼片組裝。使用InGaN技術實現藍光，相較於GaP等舊技術，提供了更高的效率與亮度。用於橙光的AlInGaP技術則在紅-橙-琥珀色光譜中提供了高效率與出色的色彩純度。此組合為狀態指示（例如：藍光表示待機，橙光表示運作中/故障）或簡單的混色提供了設計靈活性。

10. 常見問題（FAQ）

Q1：我可以同時以全額定電流驅動藍光和橙光LED嗎？

A1：絕對最大額定值是針對每個晶片指定的。封裝的總功率消耗將是每個啟動晶片消耗功率的總和。您必須確保組合熱負載不超過封裝的散熱能力，特別是在高環境溫度下。請參考降額規格。

Q2：為什麼藍光和橙光晶片的順向電壓差異如此之大？

A2：順向電壓是半導體材料能隙的基本特性。InGaN（藍光）的能隙（約3.4 eV）比AlInGaP（橙光/紅光，約2.0 eV）更寬，這直接導致需要更高的順向電壓才能實現導通和發光。

Q3：峰值波長和主波長有什麼區別？

A3：峰值波長（λP）是頻譜功率分佈達到最大值時的波長。主波長（λd）是指與標準白光參考光源比較時，人眼感知與LED輸出顏色相同的單一波長。對於頻譜對稱的LED，兩者通常很接近。對於偏斜的頻譜，λd更能代表感知的顏色。

Q4：訂購時應如何解讀強度分級代碼？

A4：分級代碼（例如N、P、Q、R）定義了LED在測試電流下保證的最小與最大發光強度範圍。指定分級代碼可確保您收到的LED亮度在該範圍內保持一致。例如，訂購橙光晶片的\"P\"級，保證在20mA時強度介於45.0至71.0 mcd之間。

11. 設計與使用案例研究

情境：網路路由器的雙狀態指示燈

設計師需要兩種狀態指示（\"電源開啟/待機\"和\"網路活動\"），但前面板上只有一個LED指示燈孔的空間。使用LTST-C155TBKFKT提供了一個優雅的解決方案。

實作方式：藍光LED透過一個為15mA計算的限流電阻連接到\"電源\"訊號（例如，R = (3.3V - 3.5V)/0.015A，可能需要根據典型順向電壓微調電源電壓或電阻值）。橙光LED連接到來自網路控制器的脈衝訊號，閃爍以指示資料活動。微控制器韌體可被程式化，以同時使用兩個LED來表示第三種狀態（例如：恆亮橙光表示故障狀況）。相較於使用兩個LED的解決方案，此單一元件滿足了多種角色，節省了空間、組裝成本，並簡化了物料清單。

12. 技術原理

這些LED的發光基於直接能隙半導體材料中的電致發光現象。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的形式發射出來。此光子的波長（顏色）由半導體材料的能隙能量（Eg）決定，根據公式 λ ≈ 1240/Eg (nm)，其中Eg的單位為電子伏特（eV）。InGaN材料用於較短的波長（藍、綠、白光），而AlInGaP材料用於較長的波長（黃、橙、紅光）。\"水清色\"透鏡通常由對發射波長透明的環氧樹脂或矽膠製成。

13. 產業趨勢

SMD指示燈LED的趨勢持續朝向更高效率（每單位電功率輸出更多光）、更小的封裝尺寸以及更高的整合度發展。單一封裝內的雙色與多色LED變得越來越普遍，以支援複雜的狀態指示與小型化需求。同時，業界也強力推動在惡劣條件（更高溫度、濕度）下提升可靠性，並相容於現代電子製造所需的無鉛與高溫焊接製程。此外，對於汽車內裝、消費性家電和專業設備等應用，由於品牌識別與使用者體驗與精確的視覺提示息息相關，對精確色彩一致性和更嚴格分級公差的需求也日益增長。