LTST-C195KGJRKT-5A 雙色SMD LED 規格書 - 封裝尺寸 - 綠/紅 - 5V - 75mW - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTST-C195KGJRKT-5A 是一款採用先進 AlInGaP 晶片技術的雙色表面黏著元件（SMD）LED。此元件專為需要從單一緊湊封裝中獲得兩種不同指示顏色的應用而設計。其特點是具備超高亮度輸出，並封裝於符合 EIA 標準的封裝內，適用於包括紅外線迴焊和氣相迴焊在內的自動化組裝製程。本元件符合 RoHS 指令，並歸類為綠色產品。

1.1 核心優勢

• 雙色功能：將獨立的綠色與紅色 LED 晶片整合於單一封裝內，節省電路板空間，並簡化多狀態指示的設計。
• 高亮度：相較於傳統 LED 技術，AlInGaP 材料能提供更優異的發光強度。
• 製造相容性：以 8mm 載帶包裝於 7 吋捲盤上，完全相容於高速自動取放設備。
• 穩固的製程相容性：可承受標準紅外線迴焊溫度曲線，包括無鉛（Pb-free）組裝製程所需之規格。

2. 技術參數深入解析

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了元件的應力極限，超過此極限可能導致永久性損壞。不建議在超出這些數值的條件下操作 LED。

• 功率消耗（P_d）：每色（綠色與紅色）75 mW。這是元件允許的最大功率損耗。
• 峰值順向電流（I_FP）：80 mA。這是最大瞬時順向電流，通常在脈衝條件下（1/10 工作週期，0.1ms 脈衝寬度）指定，以防止過熱。
• 連續順向電流（I_F）：30 mA DC。這是可靠連續操作的最大穩態電流。
• 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，必須降低最大允許順向電流。
• 逆向電壓（V_R）：5 V。可施加於 LED 兩端的最大逆向電壓。
• 操作溫度範圍（T_opr）：-30°C 至 +85°C。
• 儲存溫度範圍（T_stg）：-40°C 至 +85°C。
• 焊接溫度：在紅外線迴焊過程中可承受 260°C 達 5 秒鐘。

2.2 電氣與光學特性

這些是典型性能參數，測量條件為環境溫度（T_a）25°C 及測試電流（I_F）5mA，除非另有說明。

• 發光強度（I_V）：
  • 綠色：最小值 4.5 mcd，典型值未指定，最大值 28.0 mcd。
  • 紅色：最小值 7.1 mcd，典型值未指定，最大值 45.0 mcd。
  • 測量基於 CIE 明視覺人眼反應曲線。
• 視角（2θ_1/2）：兩種顏色均為 130 度（典型值）。這是發光強度降至其軸向峰值一半時的全角。
• 峰值波長（λ_P）：
  • 綠色：574 nm（典型值）。
  • 紅色：639 nm（典型值）。
• 主波長（λ_d）：
  • 綠色：571 nm（典型值）。
  • 紅色：631 nm（典型值）。
  • 這是人眼感知的單一波長，源自 CIE 色度圖。
• 頻譜頻寬（Δλ）：
  • 綠色：15 nm（典型值）。
  • 紅色：20 nm（典型值）。
• 順向電壓（V_F）：
  • 典型值：兩種顏色均為 1.9 V。
  • 最大值：在 I_F= 5mA 時，兩種顏色均為 2.3 V。
• 逆向電流（I_R）：在 V_R= 5V 時，兩種顏色最大 10 µA。

3. 分級系統說明

LED 會根據其發光強度進行分級（binning），以確保生產批次內的一致性。分級代碼是料號的一部分（例如，LTST-C195KGJRKT-5A 中的 'K' 和 'J'）。

3.1 發光強度分級

綠色（'C195' 後的第一個字母）：

• 分級 J：4.5 mcd（最小）至 7.1 mcd（最大）
• 分級 K：7.1 mcd 至 11.2 mcd
• 分級 L：11.2 mcd 至 18.0 mcd
• 分級 M：18.0 mcd 至 28.0 mcd

紅色（'C195' 後的第二個字母）：

• 分級 K：7.1 mcd 至 11.2 mcd
• 分級 L：11.2 mcd 至 18.0 mcd
• 分級 M：18.0 mcd 至 28.0 mcd
• 分級 N：28.0 mcd 至 45.0 mcd

每個強度分級的容差為 ±15%。此特定型號（GJ）使用綠色分級 J 和紅色分級 K。

4. 性能曲線分析

規格書中引用了對設計至關重要的典型特性曲線。雖然確切的圖表未以文字重現，但其含義分析如下。

4.1 順向電流 vs. 順向電壓（I-V 曲線）

I-V 特性是非線性的。對於綠色和紅色晶片，在 5mA 時的典型順向電壓均為 1.9V。設計人員必須使用此曲線來選擇適當的限流電阻，因為電壓的微小變化會導致電流的大幅變化。在進行最壞情況的功率消耗計算時，應使用最大 V_F值 2.3V。

4.2 發光強度 vs. 順向電流

在建議的操作範圍內，光輸出大致與順向電流成正比。然而，在極高電流下，由於熱量增加，效率可能會下降。指定的發光強度值是在 5mA 下測得；若以最大連續電流 30mA 驅動，將產生顯著更高的輸出，但需要謹慎的熱管理。

4.3 溫度特性

LED 性能與溫度相關。發光強度通常隨著接面溫度的升高而降低。順向電流的 0.4 mA/°C 降額因子是一個關鍵的設計參數，可防止熱失控並確保長期可靠性，特別是在高環境溫度環境中。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸與接腳定義

本元件採用標準 SMD 封裝。主要尺寸公差為 ±0.10mm，除非另有說明。

• 接腳定義：
  • 綠色 LED 晶片：連接至接腳 1 和 3。
  • 紅色 LED 晶片：連接至接腳 2 和 4。
• 透鏡：水清色，可讓真實的晶片顏色（綠色和紅色）清晰可見。

5.2 建議焊接墊佈局

提供了建議的焊墊圖案（footprint），以確保在迴焊過程中形成可靠的焊點和正確的對位。遵循此圖案有助於防止墓碑效應，並確保良好的熱連接和電氣連接。

6. 焊接與組裝指南

6.1 迴焊溫度曲線

提供了兩種建議的紅外線（IR）迴焊溫度曲線：一種用於標準（SnPb）焊接製程，另一種用於無鉛（SnAgCu）焊接製程。無鉛製程需要更高的峰值溫度（通常高達 260°C）。遵循建議的時間-溫度曲線至關重要，包括預熱區、恆溫區、迴焊區和冷卻區，以防止 LED 封裝受到熱衝擊並確保焊點完整性。

6.2 清潔

若焊接後需要清潔，應僅使用指定的溶劑。建議將 LED 在常溫下浸入乙醇或異丙醇中不超過一分鐘。使用未指定的化學品可能會損壞塑膠透鏡和封裝。

6.3 儲存條件

為確保長期可靠性，LED 應儲存在溫度不超過 30°C 且相對濕度不超過 70% 的環境中。從原始防潮包裝中取出的元件應在一週內進行迴焊。若需儲存超過一週，應將其保存在帶有乾燥劑的密封容器中或氮氣環境中，並在組裝前進行烘烤（約 60°C 烘烤 24 小時），以去除吸收的水分並防止迴焊過程中的 "爆米花效應"。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 載帶與捲盤規格

本元件以標準壓紋載帶包裝，捲繞在直徑 7 吋（178mm）的捲盤上供應。

• 包裝數量：每整捲 4000 顆。
• 最小訂購量（MOQ）：零散數量為 500 顆。
• 載帶規格：符合 ANSI/EIA-481-1-A-1994 標準。
• 上蓋帶：空的元件凹槽由頂部上蓋帶密封。
• 缺件：根據捲盤規格，每捲最多允許連續兩個 LED 缺件（空凹槽）。

8. 應用建議

8.1 典型應用場景

• 狀態指示燈：非常適合需要雙狀態指示的設備（例如，電源開啟/待機、充電狀態、網路活動/錯誤），使用單一元件即可提供綠色和紅色指示。
• 前面板顯示：用於空間有限的消費性電子產品、工業控制和汽車內裝。
• 圖例背光：可用於以不同顏色照亮圖標或符號。

8.2 電路設計考量

驅動方式：LED 是電流驅動元件。為了確保多個 LED 並聯使用時的亮度均勻，強烈建議為每個 LED 串聯一個獨立的限流電阻（電路模型 A）。不建議使用單一電阻驅動多個並聯的 LED（電路模型 B），因為各個 LED 的順向電壓（V_F）存在差異，這可能導致電流和亮度的顯著不同。

靜電防護（ESD）：AlInGaP LED 對靜電放電（ESD）敏感。ESD 損壞可能表現為高逆向漏電流、低順向電壓或在低電流下無法發光。必須在整個處理和組裝過程中實施預防措施：

• 使用接地腕帶和防靜電墊。
• 確保所有設備和工作站正確接地。
• 使用離子風扇中和 LED 透鏡上的靜電荷。

9. 技術比較與差異化

此元件的主要差異在於其在單一標準 SMD 封裝內實現了雙色功能。與使用兩個獨立的單色 LED 相比，它顯著節省了 PCB 空間，減少了元件數量，並簡化了物料清單（BOM）。使用 AlInGaP 技術相較於紅色晶片的舊技術（如 GaAsP），提供了更高的發光效率和更好的溫度穩定性，從而實現更亮且更一致的輸出。130 度的寬視角使其適用於離軸角度可見性很重要的應用。

10. 常見問題（FAQ）

10.1 我可以同時驅動綠色和紅色 LED 嗎？

可以，但它們必須通過各自的接腳獨立驅動（綠色：接腳 1/3，紅色：接腳 2/4）。如果未妥善管理，同時以最大電流驅動兩者將超過封裝的總功率消耗額定值。熱計算必須考慮兩者產生的總熱量。

10.2 峰值波長和主波長有何不同？

峰值波長（λ_P）是發射光的光譜功率分佈達到最大值時的波長。主波長（λ_d）是與 CIE 色度圖定義的光感知顏色相匹配的單一波長。對於頻譜較窄的 LED，兩者通常很接近，但 λ_d對於顏色規格更為相關。

10.3 如何解讀料號中的分級代碼？

對於 LTST-C195GJRKT-5A，字母 "GJ" 分別表示綠色和紅色晶片的發光強度分級。'G' 對應綠色晶片的分級（此例中為 'J'），'J' 對應紅色晶片的分級（此例中為 'K'）。有關分級 J 和 K 的確切 mcd 範圍，請參閱第 3.1 節。

11. 設計與使用案例研究

情境：可攜式裝置的雙狀態電源指示燈。一款緊湊型手持醫療設備需要一個清晰、節省空間的電池狀態指示燈：恆亮綠色表示 "電量充足"，閃爍綠色表示 "充電中"，恆亮紅色表示 "電量低"。

實作方式：LTST-C195KGJRKT-5A 是理想的選擇。一個微控制器 GPIO 接腳透過一個 100Ω 限流電阻驅動綠色 LED（接腳 1/3）（考慮 V_F~1.9V，在 ~3.3V 電源下約為 20mA）。另一個 GPIO 接腳透過類似的電阻驅動紅色 LED（接腳 2/4）。韌體控制閃爍和恆亮狀態。此設計僅使用一個元件佔位，而非兩個，簡化了佈線，並提供了乾淨、專業的外觀。

12. 技術原理介紹

此 LED 基於磷化鋁銦鎵（AlInGaP）半導體材料。當順向電壓施加於 p-n 接面時，電子和電洞重新結合，以光子（光）的形式釋放能量。AlInGaP 合金的特定成分決定了能隙能量，這直接定義了發射光的波長（顏色）。綠色晶片使用約 571nm 發射的配方，紅色晶片則使用約 631nm 發射的不同配方。"水清色" 透鏡由環氧樹脂或矽膠製成，對這些波長透明，無需擴散或顏色轉換即可看到真實的晶片顏色。

13. 產業趨勢與發展

SMD 指示燈 LED 的趨勢持續朝向更高效率、更小封裝尺寸和更多功能發展。單一封裝內的雙色和多色 LED 變得越來越普遍，以滿足小型化和更豐富使用者介面的需求。同時，也專注於改善在惡劣條件下的可靠性，例如無鉛焊接所需的高溫迴焊溫度曲線，以及對濕氣和化學品的耐受性。此外，將限流電阻甚至驅動 IC 整合到 LED 封裝內（"智慧型 LED"）是新興趨勢，可進一步簡化電路設計並提高性能一致性。