LTST-C195TGKRKT 雙色SMD LED 規格書 - 尺寸 2.0x1.25x0.55mm - 綠光 3.5V / 紅光 2.4V - 76mW - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTST-C195TGKRKT 是一款專為現代電子應用設計的雙色表面黏著元件（SMD）LED，其特點在於體積小巧且性能可靠。此元件在單一封裝內整合了兩種不同的半導體晶片：一個用於發射綠光的InGaN（氮化銦鎵）晶片，以及一個用於發射紅光的AlInGaP（磷化鋁銦鎵）晶片。其主要設計目標是在極薄的封裝形式下提供高亮度、顏色指示的解決方案，使其非常適合空間受限的設計，例如超薄消費性電子產品、穿戴式裝置以及先進的面板指示器。

此LED的核心優勢在於其單一EIA標準封裝即可實現雙色功能，無需使用兩個獨立元件。它是一款符合RoHS規範的環保產品。元件以8mm載帶包裝，捲繞於7英吋直徑的捲盤上，完全相容於大量生產中使用的高速自動貼片設備。此外，其設計可承受標準的紅外線（IR）迴焊製程，便於整合至自動化的PCB組裝生產線。

2. 技術參數深度客觀解讀

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。為了確保可靠運作，工作條件不應超過這些數值。額定值是在環境溫度（Ta）為25°C下指定的。

• 功率消耗（Pd）：綠光晶片為76 mW，紅光晶片為75 mW。此參數表示LED在不發生性能劣化的情況下，能夠以熱能形式消散的最大功率。
• 峰值順向電流（I_FP）：綠光為100 mA，紅光為80 mA。這是最大允許的脈衝電流，通常指定在1/10工作週期和0.1ms脈衝寬度下，用於短暫的高強度閃爍。
• 直流順向電流（I_F）：綠光為20 mA，紅光為30 mA。這是標準亮度運作時建議的連續工作電流。
• 溫度範圍：工作溫度：-20°C 至 +80°C；儲存溫度：-30°C 至 +100°C。
• IR迴焊條件：可承受峰值溫度260°C達10秒，這是無鉛（Pb-free）焊接製程的標準條件。

2.2 電氣與光學特性

這些是典型性能參數，測量條件為Ta=25°C且I_F=20mA，除非另有說明。

• 發光強度（I_V）：綠光晶片最小值為112 mcd，最大值為450 mcd。紅光晶片最小值為112 mcd，最大值為280 mcd。未指定典型值，表示性能是透過分級系統來管理的。
• 視角（2θ_1/2）：兩種顏色均具有典型的130度寬視角，定義為發光強度降至軸心值一半時的離軸角度。
• 峰值波長（λ_P）：典型值為525 nm（綠光）和639 nm（紅光）。這是發射光譜中最高點對應的波長。
• 主波長（λ_d）：典型值為525 nm（綠光）和631 nm（紅光）。這是人眼感知的單一波長，源自CIE色度圖，對於顏色定義至關重要。
• 光譜線半高寬（Δλ）：典型值為35 nm（綠光）和20 nm（紅光）。這表示光譜純度；半高寬越窄，顏色越飽和、越純正。
• 順向電壓（V_F）：在20mA下，綠光典型值為3.30V（最大3.50V），紅光典型值為2.00V（最大2.40V）。這是驅動電路設計和電源選擇的關鍵參數。
• 逆向電流（I_R）：在逆向電壓（V_R）為5V時，兩者最大皆為10 µA。規格書明確指出此元件並非設計用於逆向操作；此測試僅用於漏電流特性分析。

3. 分級系統說明

本產品採用分級系統，根據關鍵光學參數對LED進行分類，確保同一批次內的一致性。每個發光強度分級的容差為±15%，主波長分級的容差為±1 nm。

3.1 發光強度分級

綠光（@20mA）：

分級代碼 R：112.0 – 180.0 mcd

分級代碼 S：180.0 – 280.0 mcd

分級代碼 T：280.0 – 450.0 mcd

紅光（@20mA）：

分級代碼 R：112.0 – 180.0 mcd

分級代碼 S：180.0 – 280.0 mcd

3.2 主波長分級（僅綠光）

分級代碼 AP：520.0 – 525.0 nm

分級代碼 AQ：525.0 – 530.0 nm

分級代碼 AR：530.0 – 535.0 nm

4. 性能曲線分析

雖然規格書中引用了特定的圖形曲線（例如，圖1為光譜分佈圖，圖6為視角圖），但對其進行典型解讀對於設計至關重要。

• IV曲線：順向電壓（V_F）與順向電流（I_F）的關係是非線性的。對於兩個晶片，V_F會隨著I_F增加而上升，並隨著接面溫度升高而下降。強烈建議使用恆流驅動器而非恆壓源，以確保穩定的發光輸出。
• 溫度特性：發光強度通常會隨著接面溫度升高而降低。-20°C至+80°C的工作溫度範圍定義了保證指定性能的環境條件。設計人員必須考慮PCB上的熱管理，以防止在高電流或密閉空間中溫度過度升高。
• 光譜分佈：綠光（InGaN）晶片的光譜半高寬（35nm）比紅光（AlInGaP）晶片（20nm）更寬。這會影響與其他LED混合使用時的色彩混合效果，並影響感知的顏色飽和度。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

本元件符合EIA標準封裝外形。關鍵尺寸包括本體尺寸約為2.0mm x 1.25mm，以及極低的剖面高度0.55mm（典型值）。除非另有規定，所有尺寸公差均為±0.10mm。封裝採用透明透鏡，最適合實現指定的寬視角，且不會對發射光進行染色。

5.2 接腳分配與極性

此LED具有四個端子。綠光晶片連接在接腳1和3之間。紅光晶片連接在接腳2和4之間。此配置允許獨立控制每種顏色。每個晶片的陰極/陽極指定必須從建議的焊接墊佈局圖中確認，以確保在PCB設計和組裝時方向正確。

5.3 建議焊接墊尺寸

規格書提供了PCB設計的建議焊墊圖形（Footprint）。遵循這些尺寸對於實現可靠的焊點、正確的對位以及在迴焊過程中有效的散熱至關重要。焊墊設計也有助於防止焊接過程中發生墓碑效應（元件一端翹起）。

6. 焊接與組裝指南

6.1 迴焊溫度曲線

提供了適用於無鉛製程的建議IR迴焊溫度曲線。關鍵參數包括：

- 預熱：150°C 至 200°C。

- 預熱時間：最長120秒，以逐漸加熱電路板和元件，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：元件暴露於峰值溫度的時間最長為10秒，且此迴焊循環不應執行超過兩次。

此溫度曲線基於JEDEC標準以確保可靠性。然而，規格書正確指出，最佳溫度曲線取決於特定的電路板設計、元件、錫膏和迴焊爐，因此建議進行特性分析。

6.2 手工焊接

若必須進行手工焊接，請使用溫度不超過300°C的烙鐵，並將每個焊點的接觸時間限制在最長3秒。此操作僅應執行一次，以避免對LED晶片和塑膠封裝造成熱損傷。

6.3 儲存條件

LED是濕度敏感元件（MSD）。

- 密封包裝：儲存於≤ 30°C且≤ 90% RH的環境。自防潮袋開封之日起一年內使用。

- 已開封包裝：儲存於≤ 30°C且≤ 60% RH的環境。建議在開封後一週內完成IR迴焊。若需長時間儲存於原包裝袋外，請使用帶有乾燥劑的密封容器或氮氣乾燥櫃。儲存超過一週的元件在焊接前應在大約60°C下烘烤至少20小時，以去除吸收的水分並防止爆米花效應（因迴焊時蒸氣壓力導致封裝破裂）。

6.4 清潔

僅使用指定的清潔劑。未指定的化學品可能會損壞塑膠封裝。若焊接後需要清潔，請將LED在室溫下浸入乙醇或異丙醇中少於一分鐘。除非已驗證其相容性，否則請勿使用超音波清洗，因為它可能導致機械應力。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 載帶與捲盤規格

本元件以壓紋載帶包裝，帶有保護性頂部蓋帶，捲繞於7英吋（178mm）直徑的捲盤上。標準捲盤數量為4000顆。對於剩餘數量，最小包裝數量為500顆。包裝符合ANSI/EIA 481-1-A-1994規範。每捲最多允許有兩個連續的缺件（空穴）。

7.2 料號解讀

料號LTST-C195TGKRKT遵循製造商的內部編碼系統，通常編碼了系列、尺寸、顏色、分級代碼和包裝等資訊。在此情況下，TG和KR可能分別表示綠光和紅光的顏色/分級組合。

8. 應用建議

8.1 典型應用場景

• 狀態指示器：雙色功能允許從單一元件點發出多種狀態信號（例如，綠光=正常/開啟，紅光=故障/警報，雙色=待機/警告）。
• 鍵盤與圖標背光：其超薄剖面非常適合用於消費性電子產品、家電和汽車內飾中薄型按鈕或符號的背光。
• 面板安裝指示器：適用於空間有限且需要清晰顏色區分的工業控制面板、網路設備和儀器儀表。
• 可攜式與穿戴式裝置：智慧手錶、健身追蹤器和醫療監測器受益於其低高度和雙功能指示器。

8.2 設計考量

• 限流：始終為每個顏色通道使用一個串聯限流電阻或恆流驅動器。根據電源電壓（V_CC）、LED在所需電流下的典型V_F以及所需的I_F（例如，20mA）計算電阻值。綠光範例：R = (V_CC- 3.3V) / 0.020A。
• 靜電放電（ESD）防護：LED對靜電放電（ESD）敏感。若走線長度較長或環境容易產生ESD，請在PCB上靠近LED連接處實施ESD保護措施（例如，TVS二極體）。處理元件時務必採取適當的ESD預防措施（靜電手環、接地工作站）。
• 熱管理：儘管功率消耗低，仍需確保散熱墊（如有）或引腳周圍有足夠的銅面積以導熱，尤其是在高環境溫度或接近最大電流下運作時。
• 光學設計：透明透鏡和130度視角提供了寬廣的漫射光。若需要定向光，可能需要外部透鏡或導光管。

9. 技術比較與差異化

LTST-C195TGKRKT的主要差異化特點在於其功能組合：

1. 超薄剖面（0.55mm）：比許多標準雙色LED更薄，能夠應用於日益輕薄的產品設計中。

2. 晶片技術：使用高效率的InGaN用於綠光，AlInGaP用於紅光，提供良好的亮度和色彩表現。

3. 雙晶片整合：在一個業界標準封裝佔位面積內整合兩種顏色，與使用兩個獨立LED相比，節省了PCB空間和組裝成本。

4. 製造相容性：完全相容於載帶捲盤、自動貼片和無鉛IR迴焊製程，使其成為大量、自動化生產的理想選擇。

10. 常見問題解答（基於技術參數）

Q1：我可以同時以最大直流電流驅動綠光和紅光LED嗎？

A：絕對最大額定值指定了每個晶片的功率消耗（綠光76mW，紅光75mW）。同時以20mA（綠光）和30mA（紅光）運作，分別產生約66mW（3.3V*0.02A）和60mW（2.0V*0.03A）的功率消耗，均在限制範圍內。然而，必須考慮微小封裝內產生的總熱量，在高環境溫度下可能需要降額使用。

Q2：峰值波長和主波長有什麼區別？

A：峰值波長（λ_P）是發射光譜最高強度點對應的物理波長。主波長（λ_d）是基於人眼色彩感知（CIE圖）計算出的數值，代表我們看到的顏色。對於單色LED，兩者通常很接近，但對於較寬的光譜（如此處的綠光晶片），它們可能略有不同。λ_d對於顏色規格更為相關。

Q3：如果元件不適用於逆向操作，為什麼要在5V下進行逆向電流測試？

A：在V_R=5V下進行的I_R測試是對半導體接面的一種品質和漏電流測試。它驗證了晶片的完整性。不建議在實際電路中施加逆向電壓，因為這可能迅速損壞LED，因為其設計並非用於阻擋顯著的逆向電壓。

Q4：我如何為我的應用選擇合適的分級代碼？

A：對於需要在多個單元間保持亮度一致的應用（例如，面板上的狀態指示器），請指定更嚴格的發光強度分級（例如，分級S或T）。對於顏色要求嚴格的應用（例如，混色），請指定主波長分級（綠光為AP、AQ、AR）。採購時請與供應商諮詢，以確保交付的批次符合您的分級要求。

11. 實際使用案例

情境：為物聯網感測器模組設計雙狀態指示器

一個緊湊的物聯網感測器模組由於空間限制，需要使用單一LED來指示電源（綠光）和資料傳輸活動（紅光）。選擇了LTST-C195TGKRKT。

1. PCB佈局：使用建議的焊接墊圖形。接腳1和3（綠光）透過一個100Ω電阻連接到一個設定為高電位輸出以表示開啟的GPIO接腳（對於3.3V電源：(3.3V-3.3V)/0.02A ≈ 0Ω，因此使用一個小電阻來限制湧入電流）。接腳2和4（紅光）透過一個68Ω電阻連接到另一個GPIO接腳（對於3.3V電源：(3.3V-2.0V)/0.02A = 65Ω）。

2. 韌體：當電源正常時，綠光LED持續點亮。紅光LED在資料傳輸封包期間短暫閃爍。

3. 結果：該模組從一個2.0x1.25mm的點提供清晰、雙狀態指示，佔用極小的電路板空間和高度，並使用標準SMT製程組裝。

12. 原理介紹

LED的發光基於半導體p-n接面的電致發光效應。當施加順向電壓時，來自n型區域的電子和來自p型區域的電洞被注入到主動區域。當這些電荷載子復合時，它們以光子（光）的形式釋放能量。發射光的特定波長（顏色）由主動區域中使用的半導體材料的能隙能量決定。

-綠光LED使用InGaN（氮化銦鎵）化合物半導體。調整銦與鎵的比例可以調節能隙以產生綠光（約525 nm）。

-紅光LED使用AlInGaP（磷化鋁銦鎵）化合物半導體。此材料系統能高效產生紅光、橙光和琥珀光。在此，它被調諧用於發射紅光（約631-639 nm）。

兩個晶片都封裝在一個帶有透明環氧樹脂透鏡的單一塑膠封裝內，該透鏡保護晶片、提供機械穩定性並塑造光輸出模式。

13. 發展趨勢

像LTST-C195TGKRKT這樣的SMD LED市場在幾個關鍵趨勢的推動下持續發展：

1. 微型化：對更薄更小元件的需求持續存在，推動封裝高度低於0.5mm，佔位面積更小。

2. 整合度提高：除了雙色，趨勢還包括將RGB（三晶片）或RGBW（三晶片+白光）整合到單一封裝中，甚至將驅動IC整合到LED封裝內（智慧型LED）。

3. 更高效率與亮度：磊晶生長和晶片設計的持續改進帶來更高的發光效率（每電瓦產生更多光輸出），允許在相同電流下實現更低的功耗或更高的亮度。

4. 改善的可靠性與熱性能：封裝材料（模塑化合物、導線架）的進步增強了對濕氣、高溫和熱循環的抵抗力，延長了操作壽命，特別是在汽車和工業應用中。

5. 顏色一致性與進階分級：對光通量、色度座標（CIE圖上的x, y）和順向電壓的更嚴格分級容差，正成為顯示器背光和建築照明等應用的標準要求，推動了更精密的生產測試和分選。