橘色SMD LED LTST-M670KFKT 規格書 - AlInGaP - 120°視角 - 20mA - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件提供一款表面黏著元件（SMD）發光二極體（LED）的完整技術規格。此元件為一款橘色LED，採用磷化鋁銦鎵（AlInGaP）半導體材料作為光源，封裝於水色透明透鏡內。其設計適用於自動化組裝製程，並相容於紅外線迴焊技術，因此非常適合印刷電路板（PCB）的大規模生產。本產品符合RoHS（有害物質限制）指令，歸類為綠色產品。

1.1 核心優勢與目標市場

此LED的主要優勢包括其與自動化取放設備的相容性，可簡化生產流程；以及其符合無鉛紅外線迴焊溫度曲線的資格，符合現代環保與製造標準。其EIA（電子工業聯盟）標準封裝確保了與業界標準置放系統的機械相容性。此元件亦被描述為與積體電路（I.C.）相容，意指其驅動特性適合直接與典型的邏輯電平輸出介面連接。其目標應用廣泛，涵蓋需要可靠指示燈光的一般電子設備。

2. 技術參數深入解析

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能導致元件永久損壞的極限。其規格是在環境溫度（Ta）為25°C下定義的。

• 功率消耗（Pd）：72 mW。這是元件在不超過其熱極限下，能以熱能形式消耗的最大功率。
• 峰值順向電流（IFP）：80 mA。這是最大允許的瞬時順向電流，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。
• 直流順向電流（IF）：30 mA。這是在穩態條件下可施加於LED的最大連續順向電流。
• 逆向電壓（VR）：5 V。施加超過此值的逆向電壓可能導致崩潰並損壞LED接面。
• 操作溫度範圍：-40°C 至 +85°C。保證元件在其指定參數內運作的環境溫度範圍。
• 儲存溫度範圍：-40°C 至 +100°C。元件未通電時的安全儲存溫度範圍。

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且測試電流（IF）為20 mA，除非另有說明。

• 發光強度（Iv）：範圍從最小值140 mcd到典型最大值450 mcd。此數值使用近似於CIE明視覺反應曲線的濾光片，測量人眼感知的LED亮度。
• 視角（2θ1/2）：120度。這是發光強度降至中央軸線（0°）測量值一半時的全角。120°角表示寬廣的視角模式。
• 峰值發射波長（λP）：611 nm。這是LED光譜功率輸出達到最大值時的波長。
• 主波長（λd）：範圍從600 nm到612 nm。此數值源自CIE色度圖，代表最能描述光線感知顏色的單一波長。它是顏色規格的關鍵參數。
• 譜線半高寬（Δλ）：17 nm。這是發射光譜在其最大功率一半處的寬度（半高全寬 - FWHM）。17nm對於AlInGaP橘色LED是典型值，表示顏色相對純淨。
• 順向電壓（VF）：在IF=20mA時，範圍從1.8 V到2.4 V。這是LED導通電流時兩端的電壓降。
• 逆向電流（IR）：在VR=5V時，最大值為10 μA。這是施加指定逆向電壓時流動的小量漏電流。

3. 分級系統說明

為確保生產一致性，LED會根據關鍵參數進行分級。這讓設計師能選擇符合特定顏色與電氣性能要求的元件。

3.1 順向電壓分級（單位：V @20mA）

LED根據其順向電壓降分類：
分級代碼 D2：1.8V（最小）至 2.0V（最大）
分級代碼 D3：2.0V（最小）至 2.2V（最大）
分級代碼 D4：2.2V（最小）至 2.4V（最大）
每個分級的容差為 +/-0.1V。

3.2 發光強度分級（單位：mcd @20mA）

LED根據其亮度輸出分類：
分級代碼 R2：140.0 至 180.0 mcd
分級代碼 S1：180.0 至 224.0 mcd
分級代碼 S2：224.0 至 280.0 mcd
分級代碼 T1：280.0 至 355.0 mcd
分級代碼 T2：355.0 至 450.0 mcd
每個分級的容差為 +/-11%。

3.3 主波長分級（單位：nm @20mA）

LED根據其精確顏色（主波長）分類：
分級代碼 P：600.0 至 603.0 nm
分級代碼 Q：603.0 至 606.0 nm
分級代碼 R：606.0 至 609.0 nm
分級代碼 S：609.0 至 612.0 nm
每個分級的容差為 +/- 1nm。

4. 性能曲線分析

規格書中引用了典型的特性曲線，對於理解元件在不同條件下的行為至關重要。雖然具體圖表未以文字重現，但其含義分析如下。

4.1 順向電流 vs. 順向電壓（I-V曲線）

LED的I-V曲線是指數型的。對於在20mA下指定的1.8V至2.4V順向電壓範圍，設計師可以預期工作點將落在這個範圍內。此曲線有助於選擇適當的限流電阻，並理解驅動電路的電壓需求。

4.2 發光強度 vs. 順向電流

此曲線通常顯示發光強度隨順向電流增加而增加，但不一定是線性關係，特別是當電流接近最大額定值時。對於確定達到所需亮度水平所需的驅動電流至關重要。

4.3 溫度特性

LED性能與溫度相關。通常，順向電壓隨接面溫度升高而降低，而發光強度也會降低。理解這些曲線對於在整個-40°C至+85°C範圍內運作的應用至關重要，以確保性能一致。

4.4 光譜分佈

光譜輸出曲線顯示了在不同波長下發射的光強度，以611nm的峰值波長為中心，半高寬為17nm。這定義了橘色光的顏色純度。

5. 機械與封裝資訊

5.1 元件封裝尺寸

LED以標準SMD封裝供應。規格書包含詳細的尺寸圖，所有關鍵尺寸均以毫米（及英吋）標示。關鍵尺寸包括本體長度、寬度、高度、引腳間距以及焊墊建議。除非另有說明，公差通常為±0.2mm。此資訊對於PCB焊墊圖案設計至關重要。

5.2 極性識別

SMD LED必須在PCB上正確定向。規格書圖示標明了陰極（負極）和陽極（正極）端子，通常是透過封裝本體上的標記或非對稱特徵來表示。

5.3 捲帶與捲盤包裝

為配合自動化組裝，LED以壓紋載帶和捲盤形式供應。
載帶尺寸：提供載帶寬度、凹穴尺寸及蓋帶規格，以確保與送料器的相容性。
捲盤規格：LED包裝在直徑7英吋（178mm）的捲盤上。每捲盤包含2000顆元件。剩餘零件的最小包裝數量為500顆。包裝符合ANSI/EIA-481規範。備註指明空凹穴會被密封，且最多允許連續兩個缺失元件。

6. 焊接與組裝指南

6.1 紅外線迴焊溫度曲線

此元件相容於紅外線迴焊製程。提供了一個符合J-STD-020B無鉛焊接標準的建議曲線。此曲線的關鍵參數包括：
預熱：150-200°C。
預熱時間：最長120秒。
峰值溫度：最高260°C。
液相線以上時間：對於形成良好焊點至關重要（具體時間參照第3頁的曲線圖）。
此曲線為通用目標；最終的電路板級曲線應根據具體的PCB設計、錫膏及使用的迴焊爐進行特性化調整。

6.2 手工焊接（烙鐵）

若需手工焊接，適用以下限制：
烙鐵溫度：最高300°C。
焊接時間：每個焊點最長3秒。
手工焊接應僅執行一次，以避免熱應力。

6.3 清潔

若需在焊接後進行清潔，僅應使用指定溶劑。建議將LED在常溫下浸入乙醇或異丙醇中少於一分鐘。未指定的化學品可能損壞封裝。

6.4 儲存條件

適當的儲存對於維持可焊性至關重要，特別是對於濕氣敏感元件。
密封包裝：儲存於≤30°C且≤70%相對濕度（RH）的環境。當儲存在原裝含乾燥劑的防潮袋中時，保存期限為一年。
已開封包裝：對於從密封袋中取出的元件，儲存環境不應超過30°C和60% RH。建議在暴露後的168小時（7天）內完成紅外線迴焊。如需更長時間儲存，應將元件保存在含乾燥劑的密封容器或氮氣乾燥櫃中。暴露超過168小時的元件，在組裝前應以約60°C烘烤至少48小時，以去除吸收的濕氣，防止在迴焊過程中發生\"爆米花\"效應。

7. 應用建議與設計考量

7.1 典型應用電路

LED是電流驅動元件。最常見的驅動方法是使用串聯限流電阻。電阻值（R）使用歐姆定律計算：R = (Vcc - VF) / IF，其中Vcc是電源電壓，VF是LED順向電壓（為求可靠性，使用分級或規格書中的最大值），IF是所需的順向電流（例如20mA）。對於多個LED，將其串聯連接可確保通過每個LED的電流相同，從而促進亮度均勻。不建議在沒有個別電阻的情況下並聯連接，因為VF的微小差異可能導致顯著的電流不平衡。

7.2 PCB焊墊設計（焊墊圖案）

規格書提供了適用於紅外線或氣相迴焊的建議焊墊佈局。遵循此建議對於實現可靠的焊點、正確對位以及最小化墓碑效應至關重要。焊墊設計考慮了熱容量和錫膏量。

7.3 熱管理

雖然功率消耗相對較低（最大72mW），但PCB上適當的熱設計有助於維持較低的接面溫度，從而提高發光效率和長期可靠性。這可能涉及使用散熱通孔或確保連接到LED焊墊的銅箔面積足夠。

7.4 應用範圍與注意事項

此LED預期用於普通電子設備，如辦公設備、通訊裝置和家用電器。對於需要極高可靠性，且故障可能危及生命或健康的應用（例如航空、醫療系統、安全裝置），在使用前必須進行具體諮詢和資格認證。

8. 技術比較與差異化

此款AlInGaP橘色LED具有特定優勢。與舊技術相比，AlInGaP提供更高的效率以及隨時間和溫度變化更好的顏色穩定性。對於SMD指示燈LED而言，120度視角非常寬廣，提供了良好的離軸位置可見性。其與無鉛焊接標準紅外線迴焊曲線的相容性，使其成為適合現代生產線的現代化、環保選擇。全面的分級結構允許根據顏色和亮度需求進行精確選擇，這對於需要多個指示燈視覺一致性的應用至關重要。

9. 常見問題解答（基於技術參數）

問：我應該以多大電流驅動此LED？
答：典型的測試條件是20mA，最大連續電流為30mA。對於一般指示燈用途和良好壽命，以20mA驅動是標準做法。務必使用串聯限流電阻。

問：如何解讀發光強度值？
答：發光強度（mcd）是特定方向亮度的度量。在20mA下140-450 mcd的範圍，結合120°視角，意味著在軸向上觀看時它會顯得明亮，並在寬廣區域內保持可見。

問：我可以在戶外使用此LED嗎？
答：-40°C至+85°C的操作溫度範圍表明它可以承受廣泛的環境條件。然而，此封裝並未特別針對防水或抗紫外線進行評級。對於戶外使用，需要額外的環境保護（如披覆塗層、外殼）。

問：為什麼儲存條件如此重要？
答：SMD封裝會從空氣中吸收濕氣。如果潮濕的元件承受迴焊的高溫，濕氣的快速汽化可能導致內部分層或破裂（\"爆米花\"效應），從而導致故障。遵守儲存和烘烤指南可防止此情況。

10. 實務設計與使用案例

情境：為網路路由器設計狀態指示燈面板。
該面板需要多個橘色LED來指示不同的連線和活動狀態。均勻的顏色和亮度對於使用者體驗很重要。
設計步驟：
1. 分級選擇：指定主波長（例如，分級R：606-609nm）和發光強度（例如，分級T1：280-355 mcd）的分級，以確保面板上所有LED看起來一致。
2. 電路設計：路由器的邏輯電源為3.3V。使用最大VF 2.4V（來自分級D4）和目標IF 20mA，計算串聯電阻：R = (3.3V - 2.4V) / 0.020A = 45歐姆。將使用標準的47歐姆電阻。
3. PCB佈局：使用規格書中建議的焊墊尺寸。放置LED時，應為寬廣的120°視角留出足夠間距，以防止光學串擾。
4. 組裝：確保工廠遵循提供的J-STD-020B迴焊曲線。驗證已開封捲盤的元件在168小時內使用或經過適當烘烤。
5. 結果：一個具有亮度一致、顏色均勻的橘色指示燈面板，從多個角度都能清晰可見。

11. 工作原理簡介

發光二極體是一種透過電致發光發射光線的半導體元件。當順向電壓施加於p-n接面時，來自n型材料的電子與來自p型材料的電洞在主動區複合。此複合過程以光子（光）的形式釋放能量。發射光的特定波長（顏色）由所用半導體材料的能隙決定。在此元件中，磷化鋁銦鎵（AlInGaP）化合物半導體的能隙對應於橘色光，主波長在600-612 nm範圍內。水色透明環氧樹脂透鏡封裝了半導體晶片，提供機械保護，並塑造光輸出以達到指定的120度視角。

12. 技術趨勢

LED技術的發展持續聚焦於與此類指示燈LED相關的幾個關鍵領域。效率提升（每單位電能輸入產生更多光輸出）是一個持續的趨勢，可能允許在較低驅動電流下實現相似亮度，從而降低功耗和熱量產生。封裝材料的進步旨在提高高溫高濕條件下的長期可靠性和顏色穩定性。另一個趨勢是在維持或改善光學性能的同時，進一步縮小封裝尺寸。此外，將驅動電子元件或控制功能（如內建電流調節或PWM調光）直接整合到LED封裝中，是更先進指示燈應用的發展領域，可為終端使用者簡化電路設計。