LTL307JGD 綠色擴散型LED規格書 - T-1 3/4 封裝 - 2.4V 順向電壓 - 75mW 功率消耗 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件提供一款專為插件式安裝設計的綠色擴散型LED元件之完整技術規格。該元件採用AlInGaP（磷化鋁銦鎵）半導體技術來產生綠光。其特點是採用業界流行的T-1 3/4封裝直徑，使其成為印刷電路板（PCB）或面板上各種指示與照明應用的通用選擇。

此元件的核心優勢包括高發光強度輸出、低功耗與高效率。由於其低電流需求，設計上可與積體電路（IC）相容。此外，本產品符合RoHS（有害物質限制）指令，表示其為無鉛（Pb）元件。

2. 技術參數深度客觀解讀

2.1 絕對最大額定值

）：_A）為25°C下指定的，在任何操作條件下均不得超過。

• 功率消耗（P_D）：75 mW。這是元件能以熱能形式消耗的最大功率。
• 峰值順向電流（I_F(PEAK)）：60 mA。這是最大允許的脈衝順向電流，在1/10工作週期、0.1ms脈衝寬度下指定。
• 直流順向電流（I_F):30 mA。這是LED可承受的最大連續順向電流。
• 降額：當環境溫度超過50°C時，直流順向電流必須以每攝氏度0.4 mA的速率線性降額。
• 逆向電壓（V_R）：5 V。施加超過此值的逆向電壓可能損壞LED的PN接面。
• 操作溫度範圍：-40°C 至 +100°C。這是元件設計可正常運作的環境溫度範圍。
• 儲存溫度範圍：-55°C 至 +100°C。
• 引腳焊接溫度：距離LED本體2.0 mm（0.078英吋）處測量，260°C持續5秒。

2.2 電氣與光學特性

電氣與光學特性是在T_A=25°C下測量，代表元件的典型性能參數。

• 發光強度（I_V）：在順向電流（I_F）為20 mA時，65 mcd（最小值），110 mcd（典型值）。保證值包含±15%的容差。此參數是使用近似CIE明視覺響應曲線的感測器與濾波器測量。
• 視角（2θ_1/2）：50度（典型值）。這是發光強度降至其軸向（正軸）值一半時的全角，是擴散透鏡擴散光線的特性。
• 峰值發射波長（λ_P）：575 nm（典型值）。這是光功率輸出達到最大值時的波長。
• 主波長（λ_d）：572 nm（典型值）。這是人眼感知的單一波長，定義了LED的顏色，源自CIE色度圖。
• 譜線半寬度（Δλ）：11 nm（典型值）。這是發射光在其最大功率一半處的光譜寬度（半高全寬 - FWHM）。
• 順向電壓（V_F）：在I_F= 20 mA時，2.1 V（最小值），2.4 V（典型值）。
• 逆向電流（I_R）：在逆向電壓（V_R）為5 V時，100 µA（最大值）。
• 電容（C）：在零偏壓（V_F=0）及頻率1 MHz下測量，40 pF（典型值）。

3. 分級系統說明

LED根據關鍵光學參數進行分級，以確保生產批次內的一致性。定義了兩個主要的分級標準。

3.1 發光強度分級

LED根據其在20 mA下測量的發光強度進行分類。分級代碼、容差及範圍如下：

• 代碼 D：65 mcd（最小值）至 85 mcd（最大值）
• 代碼 E：85 mcd（最小值）至 110 mcd（最大值）
• 代碼 F：110 mcd（最小值）至 140 mcd（最大值）
• 代碼 G：140 mcd（最小值）至 180 mcd（最大值）

註：每個分級界限的容差為±15%。

3.2 主波長分級

LED也根據其主波長進行分級以控制顏色一致性。分級以2 nm為間隔定義。

• 代碼 H06：566.0 nm 至 568.0 nm
• 代碼 H07：568.0 nm 至 570.0 nm
• 代碼 H08：570.0 nm 至 572.0 nm
• 代碼 H09：572.0 nm 至 574.0 nm
• 代碼 H10：574.0 nm 至 576.0 nm
• 代碼 H11：576.0 nm 至 578.0 nm

註：每個分級界限的容差為±1 nm。特定型號LTL307JGD將對應於特定的發光強度與波長分級組合。

4. 性能曲線分析

規格書參考了典型的電氣與光學特性曲線。雖然提供的文本中未詳細說明具體圖表，但通常包含以下用於設計分析的關鍵圖表：

• 相對發光強度 vs. 順向電流（I_Vvs. I_F）：顯示光輸出如何隨電流增加，對於設定驅動電流以達到所需亮度至關重要。
• 順向電壓 vs. 順向電流（V_Fvs. I_F）：二極體的I-V特性曲線，對於計算串聯電阻值與功率消耗非常重要。
• 相對發光強度 vs. 環境溫度（I_Vvs. T_A）：說明光輸出如何隨接面溫度升高而降低，凸顯熱管理的重要性。
• 光譜分佈：相對強度對波長的圖表，顯示峰值約在575 nm，光譜寬度（FWHM）約為11 nm。
• 視角分佈圖：顯示光強度角度分佈的極座標圖，確認擴散透鏡的50度視角。

這些曲線讓工程師能夠預測元件在非標準條件（不同電流、溫度）下的行為，對於穩健的電路設計至關重要。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

本元件採用業界標準的T-1 3/4（5mm）圓形插件式封裝。關鍵尺寸註記包括：

• 所有尺寸單位為毫米（括號內為英吋）。
• 除非另有規定，一般公差為±0.25mm（±0.010\"）。
• 法蘭下方樹脂的最大突出量為1.0mm（0.04\"）。
• 引腳間距是在引腳從塑膠封裝本體伸出的點測量。

具體的尺寸圖將提供本體直徑、透鏡高度、引腳長度與引腳直徑的確切數值。

5.2 極性識別

對於插件式LED，極性通常透過兩個特徵指示：引腳長度與內部結構。較長的引腳是陽極（正極），較短的引腳是陰極（負極）。此外，許多封裝在透鏡邊緣有平面標記，或在法蘭的陰極側有倒角。建議同時觀察兩個標記以確保正確方向。

6. 焊接與組裝指南

正確的操作對於防止組裝過程中的損壞至關重要。

6.1 引腳成型

• 彎曲必須在距離LED透鏡基座至少3 mm的位置進行。
• 不得以引線框架的基座作為支點。
• 引腳成型必須在室溫下進行，且必須在焊接製程之前完成。
• 在插入PCB時，使用所需的最小夾緊力，以避免對引腳或封裝施加過度的機械應力。

6.2 焊接製程

• 保持透鏡基座與焊點之間至少有2 mm的間距。透鏡絕不能浸入焊料中。
• 避免在LED焊接後仍處於高溫狀態時，對引腳施加任何外部應力。
• 建議焊接條件：
  • 手工焊接（烙鐵）：最高溫度300°C，每引腳最長時間3秒（僅限一次性焊接）。
  • 波峰焊接：最高預熱溫度100°C，最長60秒。焊波溫度最高260°C，最長5秒。

警告：超過這些溫度或時間限制可能導致透鏡變形、內部金線接合失效或環氧樹脂材料劣化，從而導致元件災難性故障。

6.3 清潔與儲存

• 清潔：如有必要，僅使用酒精類溶劑（如異丙醇）進行清潔。
• 儲存：若需在原始包裝外長期儲存，請將元件存放於帶有乾燥劑的密封容器中，或置於氮氣環境中。建議的儲存環境不超過30°C或70%相對濕度。從原始包裝取出的元件，理想情況下應在三個月內使用完畢。

7. 包裝與訂購資訊

標準包裝流程如下：

1. 基本單位：每防靜電包裝袋500件或250件。
2. 內盒：10個包裝袋放入一個內盒，總計5,000件。
3. 外箱（出貨箱）：8個內盒裝入一個外箱，總計40,000件。

註明：在任何給定的出貨批次中，只有最終包裝可能包含非滿額數量。型號LTL307JGD遵循製造商特定的編碼系統，其中"LTL"可能代表產品系列，"307"可能表示顏色與封裝，而"JGD"則指定了發光強度與主波長的性能分級代碼。

8. 應用建議

8.1 典型應用場景

此綠色擴散型LED適用於需要清晰可見指示燈的廣泛應用，包括但不限於：

• 消費性電子產品、家電及工業設備上的電源狀態指示燈。
• 通訊設備、影音設備及控制面板上的信號與模式指示燈。
• 開關、標示及小型面板的背光照明。
• 汽車內裝、儀器儀表及業餘愛好者專案中的通用指示燈。

規格書明確指出，這些LED適用於普通電子設備（辦公設備、通訊設備、家用應用）。對於需要極高可靠性，且故障可能危及生命或健康的應用（航空、醫療設備、安全系統），使用前必須諮詢製造商。

8.2 驅動電路設計

LED是電流驅動元件。一個關鍵的設計原則是必須始終使用一個限流電阻與LED串聯。

• 推薦電路（電路A）：每個LED都有其專用的串聯電阻。這可以補償不同LED之間順向電壓（V_F）的自然差異，即使它們是相同型號與分級，也能確保亮度均勻。
• 不推薦電路（電路B）：將多個LED並聯，共用單一個限流電阻。每個LED的I-V特性微小差異將導致電流分配不均，從而使各元件間的亮度產生顯著差異。

串聯電阻值（R_S）使用歐姆定律計算：R_S= (V_電源- V_F) / I_F。使用典型的V_F值2.4V，期望的I_F值20 mA，電源電壓5V：R_S= (5V - 2.4V) / 0.020A = 130 Ω。標準的130 Ω或150 Ω電阻是合適的，同時需確保功率額定值足夠（P = I²R ≈ 0.052W）。

8.3 靜電放電（ESD）防護

LED易受靜電放電損壞。必須採取以下防護措施：

• 人員在操作LED時必須佩戴接地腕帶或防靜電手套。
• 所有設備、工作台及儲物架必須妥善接地。
• 使用離子風機來中和因操作過程中摩擦而在塑膠透鏡表面累積的靜電荷。
• 維持一個靜電安全工作站，使用認證材料，並對所有人員進行培訓/認證監控。

9. 技術比較與差異化

在5mm綠色插件式LED類別中，這款基於AlInGaP的元件提供了明顯的優勢：

• 相較於傳統綠色GaP LED：與較舊的磷化鎵（GaP）綠色LED相比，AlInGaP技術通常提供顯著更高的發光效率與強度，從而在相同驅動電流下產生更亮的輸出。
• 相較於非擴散型（水清）LED：擴散透鏡提供更寬、更均勻的視角（50°，而透明透鏡的光束較窄），使其非常適合需要從廣泛角度都能看到指示燈的應用。
• 相較於超高亮度LED：此元件屬於中階性能區段。它提供良好的亮度（65-180 mcd分級），適用於大多數指示用途，而無需超高亮度LED的極端驅動電流要求或成本，有效平衡了性能與功耗。
• RoHS合規性：作為無鉛產品，它符合現代電子製造的環保法規，這是與不合規的舊式元件的一個關鍵區別。

10. 常見問題（基於技術參數）

1. 問：使用5V電源時，我應該使用多大的電阻？
   
   答：對於典型的順向電流20 mA和V_F2.4V，使用130 Ω電阻。請務必根據您的特定電源電壓和期望電流進行計算。
2. 問：我可以直接從微控制器引腳驅動這個LED嗎？
   
   答：可以，但您仍然必須使用串聯限流電阻。微控制器引腳作為電壓源。請確保該引腳能夠提供或吸收所需的20 mA電流。
3. 問：為什麼即使在同一個分級內，發光強度也有±15%的容差？
   
   答：半導體製造存在固有的製程變異。分級將性能相近的LED歸為一組，但容差範圍考慮了測量精度以及組內的微小性能分佈，以保證最低性能水準。
4. 問：如果我超過了30 mA的絕對最大直流順向電流會怎樣？
   
   答：超過此額定值會使接面溫度超出安全限制，這可能加速光輸出衰減（流明衰減），並顯著縮短使用壽命，甚至可能導致立即的災難性故障。
5. 問：距離透鏡2mm的焊接間距有多關鍵？
   
   答：非常關鍵。沿著引腳傳導的焊接熱量可能軟化或熔化環氧樹脂透鏡，導致變形或讓濕氣進入，從而損壞LED。

11. 實務設計與使用案例

案例：設計一個多LED狀態面板

一位工程師正在設計一個帶有四個綠色狀態指示燈的控制面板。使用共用的5V電源軌，他們需要一致的亮度。

解決方案：實施推薦的電路A。使用四個相同的限流電阻，每個LTL307JGD LED串聯一個。即使LED來自不同分級或具有輕微的V_F差異，各個電阻將獨立調節流經每個LED的電流，確保所有四個指示燈具有匹配且均勻的亮度。擴散透鏡的50°視角確保操作員站在面板前方或稍微側面時能清楚看到狀態。設計者必須確保PCB佈局保持距離LED本體至少2mm的焊盤距離，並提供足夠的散熱間距，特別是如果LED要以接近最大電流連續驅動時。

12. 原理簡介

此LED基於半導體二極體中的電致發光原理運作。發光區域由生長在基板上的AlInGaP（磷化鋁銦鎵）層組成。當施加超過二極體導通電壓（約2.1V）的順向電壓時，電子與電洞分別從N型與P型半導體層注入發光區域。這些電荷載子復合，以光子（光）的形式釋放能量。AlInGaP合金的特定成分決定了半導體的能隙能量，這直接定義了發射光的波長（顏色）——在本例中，主波長約572 nm的綠光。擴散環氧樹脂透鏡含有散射粒子，使發射光子的方向隨機化，與產生更聚焦光束的透明透鏡相比，能將光束擴展成寬視角。

13. 發展趨勢

此類指示LED的演進遵循幾個關鍵的產業趨勢：

• 效率提升：持續的材料科學與磊晶生長改進，不斷推動AlInGaP及其他LED技術的發光效率（每瓦流明）提高，從而在較低電流下實現更亮的輸出，或在相同亮度下降低功耗。
• 微型化：雖然T-1 3/4封裝在插件式應用中仍然流行，但市場正強烈轉向表面黏著元件（SMD）封裝（例如0603、0402），以實現更高密度的PCB組裝。插件式元件通常保留用於原型製作、業餘愛好者使用或需要更高機械強度的應用。
• 顏色一致性與分級：製造製程正變得更加精確，從而實現更緊密的分級分佈。某些大量應用可能需要具有極窄波長與強度容差的預分級或匹配LED。
• 整合化：存在一種趨勢，將限流電阻、ESD保護二極體，甚至控制IC直接整合到LED封裝中，創造出智慧型或易驅動LED元件，從而簡化電路設計。
• 永續性：追求RoHS合規與無鹵材料現已成為標準。未來的趨勢可能包括在包裝中增加可回收材料的使用，並進一步減少其他有害物質。