橘色SMD LED LTST-C150KFKT 規格書 - EIA封裝 - 20mA - 90mcd - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTST-C150KFKT 是一款高亮度表面黏著LED，專為需要可靠且高效橘色指示燈光的現代電子應用而設計。它採用先進的AlInGaP（磷化鋁銦鎵）半導體晶片，此材料以能在橘紅色光譜中產生高發光強度與良好效率而聞名。此元件採用符合標準EIA規範的封裝格式，使其能與大量生產中常用的自動化取放組裝系統相容。元件以8mm載帶包裝，並捲繞於7英吋直徑的捲盤上，便於高效處理與加工。

其主要設計目標是提供一致的光學性能、與無鉛焊接製程的相容性，以及符合RoHS（有害物質限制）等環境標準。其水清透鏡材料允許晶片固有顏色直接發出，無顯著擴散或色偏，從而產生飽和的橘色輸出。

2. 技術參數深度解析

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能對元件造成永久損壞的應力極限。不保證在此極限下或超過此極限的操作，為確保長期可靠性能應避免。

• 功率耗散 (Pd)：75 mW。這是封裝在環境溫度(Ta)為25°C時，能以熱形式散發的最大總功率。超過此限制有過熱損壞半導體接面的風險。
• 直流順向電流 (IF)：30 mA。可施加的最大連續順向電流。
• 峰值順向電流：80 mA。此電流僅允許在脈衝條件下（1/10工作週期，0.1ms脈衝寬度）使用，以處理短暫的電流突波。
• 降額因子：高於25°C時為0.4 mA/°C。環境溫度每升高攝氏一度超過25°C，最大允許直流順向電流必須降低0.4 mA，以防止熱過應力。
• 逆向電壓 (VR)：5 V。施加超過此值的逆向電壓可能導致崩潰和故障。
• 工作與儲存溫度範圍：-55°C 至 +85°C。元件可在此完整範圍內運作與儲存。
• 焊接溫度耐受度：元件可承受260°C波焊或紅外線焊接5秒，以及215°C蒸氣相焊接3分鐘。

2.2 電氣與光學特性

這些是在Ta=25°C、IF=20mA（標準測試條件）下測得的典型性能參數。

• 光譜輸出曲線將以611 nm峰值為中心。17 nm的半高寬表示相對狹窄的光譜，這是AlInGaP等直接能隙半導體的特徵，從而產生純粹的橘色光。45.0 mcd (最小)，90.0 mcd (典型)。這是以毫燭光為單位測量的光輸出值。測量時使用符合明視覺（人眼）反應曲線(CIE)的濾波感測器。
• 視角 (2θ1/2)：130° (典型)。此寬視角表示光線以寬廣、類似朗伯分佈的模式發出，適用於需要寬廣可見度的應用。
• 峰值發射波長 (λP)：611 nm (典型)。光譜輸出最強的特定波長。
• 主波長 (λd)：605 nm (典型)。這是人眼感知、定義LED顏色的單一波長，由CIE色度圖推導得出。
• 光譜線半高寬 (Δλ)：17 nm (典型)。這表示光譜純度；寬度越窄表示輸出越接近單色（純色）。
• 順向電壓 (VF)：在IF=20mA時為2.0V (最小)，2.4V (典型)。LED工作時的跨元件電壓降。這對於設計限流電路至關重要。
• 逆向電流 (IR)：在VR=5V時為10 µA (最大)。元件處於逆向偏壓時的小量漏電流。
• 電容 (C)：在VF=0V，f=1MHz時為40 pF (典型)。接面電容，在高速切換應用中可能相關。

3. 分級系統說明

LED的發光強度可能因批次而異。為確保終端使用者的一致性，產品會根據測量性能分為不同等級。對於LTST-C150KFKT，主要分級是針對20mA下的發光強度。

• 等級代碼 P：45.0 - 71.0 mcd
• 等級代碼 Q：71.0 - 112.0 mcd
• 等級代碼 R：112.0 - 180.0 mcd等級代碼 S：180.0 - 280.0 mcd

每個亮度等級均適用+/-15%的公差。在設計對亮度均勻性要求嚴格的系統時（例如多LED顯示器或背光），指定單一等級代碼或了解等級範圍對於避免可見的亮度差異至關重要。

4. 性能曲線分析

雖然規格書中引用了特定圖表（圖1、圖6），但其隱含的特性是AlInGaP LED的標準特性，對設計至關重要。

4.1 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V曲線)

兩者關係呈指數性。電壓超過導通閾值（約1.8V）後的微小增加會導致電流大幅增加。這就是為什麼LED必須由限流源驅動，而非恆壓源，以防止熱失控和損壞。

4.2 發光強度 vs. 順向電流

在工作範圍內，光輸出通常與順向電流成正比。然而，效率（流明/瓦）通常在低於最大額定值的電流下達到峰值，並在電流更高時因熱量增加而下降。

4.3 溫度依存性

發光強度和順向電壓具有溫度依存性。當接面溫度升高時：

• 發光強度降低：輸出可能顯著下降，這是熱管理中必須考慮的因素。
• 順向電壓降低：VF具有負溫度係數（AlInGaP通常約為-2 mV/°C）。如果環境溫度變化很大，這會影響簡單電阻限流電路中的電流。

4.4 光譜分佈

The spectral output curve will be centered around the 611 nm peak. The 17 nm half-width indicates a relatively narrow spectrum, characteristic of direct-bandgap semiconductors like AlInGaP, resulting in a pure orange color.

5. 機械與封裝資訊

元件符合標準EIA表面黏著封裝外形。關鍵尺寸註記包括：

• 所有主要尺寸單位為毫米。除非另有說明，否則適用±0.10 mm的標準公差。

規格書包含LED本體的詳細尺寸圖，這對於建立PCB焊墊圖形至關重要。同時提供了建議的焊接墊佈局，以確保可靠的焊點和迴焊過程中的正確對位。極性由元件上的陰極標記指示，通常是封裝一側的凹口、綠線或其他視覺標記。

6. 焊接與組裝指南

6.1 迴焊溫度曲線

規格書提供了兩種建議的紅外線(IR)迴焊曲線：

1. 適用於標準製程：適用於錫鉛(SnPb)焊料的標準曲線。
2. 適用於無鉛製程：針對SAC（錫-銀-銅）等無鉛焊膏優化的曲線。此曲線通常具有更高的峰值溫度（高達260°C），以適應無鉛合金較高的熔點。液相線以上時間(TAL)和升溫速率對於防止熱衝擊並確保形成適當焊點而不損壞LED的環氧樹脂封裝至關重要。

6.2 儲存條件

LED是濕度敏感元件。長時間暴露於環境濕度下，可能在高溫迴焊過程中因吸收的水分快速蒸發而導致爆米花效應（封裝破裂）。

• 建議儲存條件：不超過30°C和70%相對濕度。
• 開袋時間：若從原始防潮袋中取出，LED應在一週內進行迴焊。
• 延長儲存/烘烤：若在原始包裝外儲存超過一週，應儲存在帶有乾燥劑的密封容器或氮氣環境中。以此方式儲存超過一週的LED，在焊接前應以約60°C烘烤至少24小時以驅除濕氣。

6.3 清潔

僅應使用指定的清潔劑。未指定的化學品可能損壞環氧樹脂透鏡或封裝。若焊接後需要清潔，建議在常溫下浸入乙醇或異丙醇中少於一分鐘。

7. 包裝與訂購資訊

產品以符合自動化組裝的業界標準包裝供應：

• 載帶與捲盤：8mm寬壓紋載帶。
• 捲盤尺寸：7英吋直徑。
• 每捲數量：3000顆。
• 最小訂購量 (MOQ)：剩餘數量為500顆。
• 包裝標準：符合ANSI/EIA-481-1-A-1994規範。載帶上的空穴以蓋帶密封。

料號LTST-C150KFKT遵循典型的製造商編碼系統，其中元素可能表示系列、顏色、亮度等級、透鏡類型和包裝。

8. 應用建議

8.1 典型應用場景

此LED適用於需要橘色狀態指示、背光或裝飾照明的廣泛應用，包括：

• 消費性電子產品（影音設備、家電）。
• 工業控制面板和儀器儀表。
• 汽車內飾照明（非關鍵性）。
• 標誌和裝飾照明。
• PCB上的通用指示燈。

重要注意事項：規格書明確指出此LED適用於普通電子設備。對於需要極高可靠性、故障可能危及生命或健康的應用（航空、醫療、運輸安全系統），在設計採用前需諮詢製造商。

8.2 設計考量與電路配置

驅動方法：LED是電流驅動元件。最重要的設計規則是控制順向電流。

• 推薦電路（電路A）：為每個LED使用一個串聯限流電阻。當並聯多個LED時，這至關重要，因為它可以補償個別LED順向電壓(VF)的自然差異。若沒有個別電阻，VF稍低的LED將汲取不成比例的更多電流，導致亮度不均和潛在的過電流故障。
• 不推薦電路（電路B）：不建議將多個LED直接並聯並共用單一限流電阻，因為存在上述電流搶奪的風險。

串聯電阻(R)的值使用歐姆定律計算：R = (電源電壓 - LED_VF) / 目標電流。為保守設計，請始終使用規格書中的典型或最大VF值。

8.3 靜電放電 (ESD) 防護

LED對靜電放電敏感。ESD可能導致潛在或災難性損壞，表現為高逆向漏電流、低順向電壓或在低電流下無法點亮。

預防措施包括：

• 操作時使用導電腕帶或防靜電手套。
• 確保所有工作站、設備和儲物架正確接地。
• 使用離子發生器中和可能積聚在塑膠透鏡上的靜電荷。

若要測試潛在的ESD損壞，請檢查LED是否點亮，並在低測試電流（例如1-5mA）下測量其VF。異常讀數表示可能損壞。

9. 技術比較與差異化

LTST-C150KFKT的關鍵差異化優勢植根於其材料系統和封裝設計：

• AlInGaP晶片技術：與標準GaAsP等舊技術相比，AlInGaP提供顯著更高的發光效率和亮度、更好的溫度穩定性以及更長的工作壽命。這使其在需要高可見度和可靠性的應用中表現更優。
• 水清透鏡：與擴散或染色透鏡相比，提供更飽和、鮮豔的顏色，後者會散射光線並可能降低色彩純度。這對於色彩定義重要的應用是理想的選擇。
• 無鉛與RoHS合規：符合現代環保法規，這是現今銷售的大多數電子產品的強制性要求。
• 寬視角 (130°)：提供出色的離軸可見度，這對於需要從各種角度觀看的面板指示器非常有利。

10. 常見問題 (基於技術參數)

10.1 峰值波長與主波長有何不同？

峰值波長 (λP)是LED發射最多光功率的物理波長，直接從光譜測量得出。主波長 (λd)是基於人類色彩感知（CIE圖表）計算出的值，最能代表我們看到的單一顏色。對於像此橘色LED這樣的單色LED，兩者通常很接近，但λd是設計中顏色規格更相關的參數。

10.2 為何使用20mA測試電流？

20mA歷來是許多小訊號LED的標準驅動電流，在亮度、效率和功率耗散之間提供了良好的平衡。它作為比較不同LED型號的共同參考點。您的應用可以使用不同的電流，但所有性能參數(Iv, VF)將相應變化，且您必須保持在絕對最大額定值內。

10.3 如何選擇正確的亮度分級？

根據您應用的亮度要求和均勻性公差選擇等級。對於單一指示器，任何等級可能都足夠。對於所有LED必須看起來同樣亮的陣列，您應指定單一、緊密的等級（例如等級Q），並可能實施光學擴散以掩蓋剩餘的微小差異。

10.4 我可以直接從3.3V或5V微控制器腳位驅動此LED嗎？

不，不能直接驅動。微控制器GPIO腳位是電壓源，而非電流源，通常無法在維持其輸出電壓的同時提供穩定的20mA。更重要的是，它無法防範LED的負溫度係數。您必須如第8.2節所述使用串聯限流電阻。對於3.3V電源和20mA目標電流，電阻值約為(3.3V - 2.4V) / 0.02A = 45歐姆。標準的47歐姆電阻將是合適的選擇。

11. 實務設計與使用案例研究

情境：為一台工業設備設計狀態指示面板，需要三個明亮、均勻的橘色LED來指示系統運作中。

1. 元件選擇：選擇LTST-C150KFKT是因為其高亮度（等級S中高達280mcd）、橘色以及適合自動化組裝的SMD封裝。
2. 電路設計：系統電源軌為5V。為確保亮度均勻，使用了三個相同的驅動電路，每個LED一個。使用典型VF 2.4V和設計電流20mA，計算串聯電阻值：R = (5V - 2.4V) / 0.02A = 130歐姆。選擇最接近的標準值130或120歐姆。電阻的功率額定值為(5V-2.4V)*0.02A = 0.052W，因此標準的1/8W (0.125W)電阻綽綽有餘。
3. PCB佈局：使用規格書中製造商建議的焊接墊尺寸來建立PCB焊墊圖形。LED之間保持足夠的間距以利散熱。
4. 熱考量：面板位於外殼內。為減緩會降低光輸出的溫升，在LED焊墊附近放置小型散熱通孔，將熱量傳導到其他PCB層，並且外殼設有通風口。
5. 採購：為保證視覺均勻性，採購訂單為生產所需的全部3,000顆元件指定等級代碼 S。

12. 工作原理

LTST-C150KFKT中的光發射基於AlInGaP材料製成的半導體p-n接面中的電致發光。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跨越接面。當這些電荷載子在半導體的主動區域復合時，它們會釋放能量。在像AlInGaP這樣的直接能隙材料中，此能量主要以光子（光）的形式釋放。發射光的特定波長（顏色）由半導體材料的能隙能量決定，該能量在晶體生長過程中設計為約2.03 eV，對應於約611 nm的橘光。水清環氧樹脂封裝劑保護晶片，提供機械穩定性，並作為透鏡來塑造光輸出光束。

13. 技術趨勢

LED技術的發展持續聚焦於與LTST-C150KFKT等元件相關的幾個關鍵領域：

• 提升效率 (lm/W)：持續的材料科學研究旨在減少非輻射復合並改善晶片的光提取效率，從而實現相同電流下更亮的LED，或在更低功率下達到相同亮度。
• 改善色彩一致性與分級：磊晶生長和製造過程控制的進步導致參數分佈更緊密，減少了廣泛分級的需求，並從生產中直接提供更一致的性能。
• 微型化：對更小電子設備的推動促使LED封裝尺寸不斷縮小，同時維持或改善光學輸出。
• 更高可靠性與壽命：封裝材料（環氧樹脂、矽膠）和晶片貼裝技術的改進增強了對熱循環、濕度和其他環境應力的抵抗力，延長了工作壽命。
• 整合化：將多個LED晶片（例如RGB）、控制電路甚至驅動器整合到單一封裝中的趨勢，以簡化終端使用者設計並減少PCB空間。

像LTST-C150KFKT這樣的元件代表了此演進過程中一個成熟、優化的節點，為標準指示器應用提供了可靠且高性能的解決方案。