反向安裝 SMD LED 規格書 - 橙色 - 5mA 順向電流 - 2.3V 順向電壓 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件詳述一款高亮度、反向安裝表面黏著裝置 (SMD) 發光二極體 (LED) 的規格。此元件採用磷化鋁銦鎵 (AlInGaP) 半導體晶片，以其高發光效率與優異的色彩純度聞名，特別是在橙光至紅光光譜範圍。其主要應用是作為各種電子組裝中空間受限、且反向安裝配置在設計或美觀上具有優勢的緊湊、可靠指示燈。

此元件的核心優勢包括符合 RoHS（有害物質限制）指令，使其成為環保的選擇。它採用業界標準的 8mm 載帶包裝，捲繞於 7 吋捲盤上，確保與高速自動化取放組裝設備相容。此外，此元件設計可承受現代電子製造中常用的標準紅外線 (IR) 迴焊製程，便於整合至印刷電路板 (PCB) 組裝中。

2. 深入技術參數分析

.1 Absolute Maximum Ratings

絕對最大額定值定義了可能導致元件永久損壞的應力極限。在任何操作條件下均不得超過這些數值。

• 功率消耗 (Pd)：75 mW。這是 LED 封裝在不影響性能或可靠性的情況下，能以熱形式消散的最大功率。
• 峰值順向電流 (I_F(峰值))：80 mA。這是最大允許的瞬時順向電流，通常在脈衝條件下指定（1/10 工作週期，0.1ms 脈衝寬度），以防止半導體接面過熱。
• 連續順向電流 (I_F)：30 mA DC。這是可持續施加的最大穩態電流。
• 逆向電壓 (V_R)：5 V。施加超過此值的逆向電壓可能導致 LED 崩潰和故障。
• 操作與儲存溫度：-30°C 至 +85°C（操作），-40°C 至 +85°C（儲存）。這些範圍確保了 LED 的機械與電氣完整性。
• 焊接溫度：可承受 260°C 達 10 秒，符合無鉛 (Pb-free) 焊接溫度曲線。

2.2 電氣與光學特性

除非另有說明，這些參數是在環境溫度 (T_a) 25°C 和順向電流 (I_F) 5 mA 的標準測試條件下測量。

• 發光強度 (I_V)：範圍從最小值 11.2 毫燭光 (mcd) 到最大值 71.0 mcd。特定單位的實際值取決於其分配的分級代碼（見第 3 節）。
• 視角 (2θ_1/2)：130 度。這是發光強度為中心軸 (0°) 測得強度一半時的全角。如此寬的視角對於具有水透明鏡片的 LED 來說很典型，能提供適合指示燈應用的寬廣、擴散光型。
• 峰值波長 (λ_P)：典型值為 611 奈米 (nm)。這是光譜功率輸出最大的波長。
• 主波長 (λ_d)：典型值為 605 nm。這是人眼感知、定義光色的單一波長，源自 CIE 色度圖。它是顏色規格的關鍵參數。
• 頻譜頻寬 (Δλ)：典型值為 17 nm。這是發射光譜的半高全寬 (FWHM)，表示色彩純度。頻寬越小表示光源越接近單色光。
• 順向電壓 (V_F)：在 5 mA 時，範圍從 1.9V（最小）到 2.3V（最大）。這是 LED 導通電流時兩端的電壓降。設計師必須確保驅動電路能提供足夠的電壓。
• 逆向電流 (I_R)：在逆向電壓 5V 時，最大為 10 µA。這是 LED 在其安全極限內逆向偏壓時流過的小漏電流。
• 電容 (C)：在 0V 偏壓和 1 MHz 下測量，典型值為 40 pF。此寄生電容在高頻切換應用中可能需要考量。

3. 分級系統說明

為管理半導體製程中的自然變異，LED 會被分類到不同的性能等級中。這確保了生產批次內的一致性。對於此產品，分級主要基於發光強度。

分級代碼列表定義了四個不同的組別：

• 等級 L：發光強度從 11.2 mcd 到 18.0 mcd。
• 等級 M：發光強度從 18.0 mcd 到 28.0 mcd。
• 等級 N：發光強度從 28.0 mcd 到 45.0 mcd。
• 等級 P：發光強度從 45.0 mcd 到 71.0 mcd。

每個等級內的強度值容差為 +/-15%。設計師應根據其應用所需的亮度選擇適當的等級，並理解在相同驅動條件下，較高等級（例如 P）的元件會比較低等級（例如 L）的元件更亮。

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 為頻譜分佈，圖 5 為視角），但文本數據允許分析關鍵關係。

順向電流 vs. 發光強度：發光強度是在 I_F= 5mA 下指定的。一般而言，對於 AlInGaP LED，發光強度在較低電流水平下隨電流呈超線性增加，然後在較高電流下由於熱效應和效率下降而趨於飽和。在顯著高於測試電流的條件下操作可能產生更高的輸出，但必須在電流和功率消耗的絕對最大額定值內仔細管理。

順向電流 vs. 順向電壓：V_F範圍是在 5mA 下給出的。順向電壓具有負溫度係數，意味著它隨著接面溫度升高而降低。它也隨電流呈對數增加。

溫度相依性：LED 的光輸出會隨著接面溫度升高而降低。對於 LED 可能在高環境溫度下操作，或高驅動電流導致自熱顯著的應用，此特性至關重要。指定的操作溫度範圍 -30°C 至 +85°C 定義了 LED 在其公佈規格內運作的環境。

5. 機械與封裝資訊

The device conforms to an EIA (Electronic Industries Alliance) standard package outline. As a reverse mount type, the LED is intended to be mounted on the opposite side of the PCB from which the light is viewed, with the light emitting through a hole or aperture in the board. This creates a sleek, flush appearance on the user-facing side.

詳細的封裝尺寸，包括本體長度、寬度、高度和引腳位置，均在規格書圖紙中提供。這些關鍵尺寸對於設計 PCB 焊墊圖案（包括鏡片開孔和焊墊佈局）是必要的。

極性識別：陰極通常有標記，例如凹口、綠點或不同的引腳長度/形狀。組裝時必須注意正確的極性，因為施加超過 5V 的逆向電壓會損壞元件。

建議焊墊尺寸：規格書包含 PCB 設計的建議焊墊圖案（焊墊幾何形狀）。遵循這些建議有助於在迴焊過程中形成可靠的焊點、正確對位和良好的機械強度。

6. 焊接與組裝指南

6.1 迴焊溫度曲線

提供了適用於無鉛 (Pb-free) 焊接製程的建議紅外線 (IR) 迴焊溫度曲線。此曲線的關鍵參數包括：

• 預熱區：升溫至 150-200°C。
• 均熱/預熱時間：最長 120 秒，以使 PCB 整體溫度穩定。
• 峰值溫度：最高 260°C。LED 額定可承受此溫度最長 10 秒。
• 液相線以上時間 (TAL)：必須控制焊料熔化的時間，以確保形成適當的焊點，同時不讓 LED 承受過度的熱應力。

此溫度曲線基於 JEDEC 標準，確保與標準表面黏著技術 (SMT) 組裝線相容。考量到電路板厚度、元件密度和錫膏類型，針對特定 PCB 設計來表徵具體的溫度曲線至關重要。

6.2 手工焊接

若必須進行手工焊接，請務必極度小心：

• 烙鐵溫度不得超過 300°C。
• 每個引腳的焊接時間必須限制在最長 3 秒。
• 此操作應僅執行一次，以避免對塑膠封裝和內部打線造成熱損傷。

6.3 清潔

僅應使用指定的清潔劑。推薦的溶劑包括乙醇或異丙醇 (IPA)。LED 應在常溫下浸泡少於一分鐘。使用刺激性或未指定的化學品可能會損壞環氧樹脂鏡片和封裝材料，導致變色、龜裂或分層。

6.4 儲存與操作

• 靜電放電 (ESD) 預防措施：LED 對靜電敏感。必須採取適當的 ESD 控制措施，包括使用接地腕帶、防靜電墊和導電容器。
• 濕度敏感性：此封裝具有濕度敏感等級 (MSL)。對於從其原始防潮包裝（含乾燥劑）中取出的元件，建議在儲存條件不超過 30°C 和 60% 相對濕度的情況下，於 672 小時（28 天）內完成 IR 迴焊。若超過此時間窗口，則在焊接前需要在大約 60°C 下烘烤至少 20 小時，以去除吸收的水分並防止迴焊過程中發生 "爆米花" 現象（封裝龜裂）。

7. 包裝與訂購資訊

本產品以適用於自動化組裝設備的載帶捲盤形式供應。

• 載帶寬度：8 mm。
• 捲盤直徑：7 英吋。
• 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 規範。載帶凹槽由頂部蓋帶密封。允許的連續空凹槽（缺件）最大數量為兩個。

料號LTST-C230KFKT-5A唯一識別此特定型號：反向安裝、水透明鏡片、AlInGaP 晶片、橙色。

8. 應用備註與設計考量

典型應用：此 LED 適用於消費性電子產品、辦公設備、通訊裝置和家電中的一般指示用途。其反向安裝設計非常適合需要乾淨、基於開孔外觀的前面板、控制介面和狀態顯示器。

限流：當從電壓源驅動 LED 時，幾乎總是需要一個外部限流電阻。電阻值 (R) 可使用歐姆定律計算：R = (V_電源- V_F) / I_F。使用規格書中的最大 V_F值 (2.3V) 以確保在所有條件下都有足夠的電流驅動。例如，要從 5V 電源以 5mA 驅動 LED：R = (5V - 2.3V) / 0.005A = 540 歐姆。一個標準的 560 歐姆電阻將是安全的選擇。

熱管理：雖然功率消耗低，但在高環境溫度下以高電流（例如，接近 30mA 最大值）連續操作會提高接面溫度。這會降低光輸出並可能影響長期可靠性。確保焊墊周圍有足夠的 PCB 銅箔面積或散熱孔以幫助散熱，特別是對於使用多個 LED 或高強度驅動 LED 的設計。

光學設計：130 度的視角提供了廣泛的擴散。對於需要更聚焦光束的應用，則需要二次光學元件（例如安裝在 PCB 開孔上的透鏡）。水透明鏡片不會在內部擴散光線，因此光型將由晶片幾何形狀和封裝的主透鏡定義。

9. 技術比較與差異化

此元件的關鍵差異化特點是其反向安裝配置。與標準的頂部發光 SMD LED 相比，此設計允許 PCB 本身作為導光板和邊框，提供獨特的美感，並可能節省面板後方的垂直空間。

使用AlInGaP半導體技術是橙光/紅光顏色的另一顯著優勢。與磷化砷化鎵 (GaAsP) 等舊技術相比，AlInGaP LED 通常提供更高的發光效率和更好的溫度穩定性。這使得在元件的使用壽命和操作溫度範圍內，能產生更亮、更一致的色彩輸出。

其與標準IR 迴焊和自動貼裝的相容性，使其與任何其他 SMD 元件一樣易於組裝，儘管其安裝方式特殊，但能最大限度地降低生產複雜性。

10. 常見問題 (FAQ)

問：什麼是 "反向安裝"？

答：反向安裝 LED 設計安裝在 PCB 的觀看面相反的一側。光線透過 PCB 上的孔洞發出，使 LED 本體隱藏在面板後方，實現無縫的外觀。

問：我可以在沒有限流電阻的情況下驅動此 LED 嗎？

答：不行。將 LED 直接連接到超過其順向電壓的電壓源會導致過量電流流過，迅速損壞元件。請務必使用串聯電阻或恆流驅動器。

問：發光強度範圍很廣（11.2 至 71.0 mcd）。我如何知道會得到什麼？

答：具體的強度由分級代碼 (L, M, N, P) 決定。訂購時必須指定所需等級。如果未訂購特定等級，您可能會收到產品範圍內任何等級的元件。

問：此 LED 適合戶外使用嗎？

答：操作溫度範圍為 -30°C 至 +85°C，涵蓋了許多環境。然而，規格書未指定防塵防水的防護等級 (IP)。對於戶外使用，需要額外的密封（例如披覆塗層、墊圈）來保護 LED 及其焊點免受濕氣和污染物的影響。

問：如何識別陽極和陰極？

答：請參閱規格書中的封裝標記圖。通常陰極有標記。如有疑問，請使用萬用電錶的二極體測試模式；當正向偏壓時（正極接陽極，負極接陰極），LED 會微弱發光。

11. 實務設計範例

情境：為網路路由器設計一個狀態指示燈。指示燈應為前面板上的一個小橙色光點，與表面齊平。

1. PCB 佈局：在 PCB 的元件（底部）側，使用規格書中建議的焊墊尺寸設計焊墊圖案。在頂部（使用者面對）側，在防焊層和任何覆蓋層中創建一個與 LED 鏡片位置對齊的小開孔。孔徑應略大於鏡片，以避免阻擋光線。
2. 電路設計：路由器的微控制器工作電壓為 3.3V。要以保守的 5mA 驅動 LED，計算串聯電阻：R = (3.3V - 2.3V) / 0.005A = 200 歐姆。使用一個標準的 200 歐姆或 220 歐姆電阻，與 LED 串聯放置在同一 PCB 層上。
3. 組裝：PCB 使用標準無鉛迴焊製程組裝。LED 從載帶捲盤自動貼裝到底部焊墊上。在迴焊過程中，它被焊接在定位點上。
4. 最終組裝：PCB 安裝到路由器機殼中。前面板有一個與 PCB 開孔對齊的小窗口。通電時，橙光透過開孔和前面板窗口發出，形成乾淨、現代的指示燈。

12. 技術原理

發光二極體是一種透過稱為電致發光的過程發光的半導體元件。當順向電壓施加在 p-n 接面兩端時，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，能量以光子（光）的形式釋放。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。

此特定 LED 使用磷化鋁銦鎵 (AlInGaP)化合物半導體。透過在晶體生長過程中精確控制鋁、銦、鎵和磷的比例，工程師可以調整能隙，以高效率產生黃色、橙色和紅色光譜的光。與用於這些顏色的替代材料相比，AlInGaP 材料系統以其高內部量子效率和在較高溫度下的良好性能而聞名。

13. 產業趨勢

LED 產業持續朝著更高效率、更小尺寸和更高整合度的方向發展。對於像這樣的指示型 LED，趨勢包括：

• 微型化：開發更小的封裝尺寸（例如 0402、0201 公制），以在日益緊湊的裝置中節省 PCB 空間。
• 更低電流下的更高亮度：晶片設計和材料的改進允許在極低驅動電流（例如 1-2 mA）下獲得足夠的亮度，從而降低整體系統功耗，這對於電池供電的物聯網裝置至關重要。
• 改善的色彩一致性：更嚴格的分級規格和先進的製造控制，使得生產批次內的顏色和亮度變化更小，這對於使用多個 LED 的應用（例如燈條、陣列）非常重要。
• 增強的可靠性：封裝材料（環氧樹脂、矽膠）的持續改進，以更好地承受更高的迴焊溫度、更惡劣的環境條件，並提供更長的操作壽命。
• 整合解決方案：內建電阻或驅動 IC 的 LED 不斷增長，透過減少外部元件數量來簡化電路設計。

反向安裝配置本身是消費性和工業電子產品中，朝向更具美學整合性和機械穩固性照明解決方案的更廣泛趨勢的一部分。