LTST-C21KGKT 反向安裝 SMD LED 規格書 - 綠色 AlInGaP - 20mA - 2.4V - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件提供一款高亮度、反向安裝表面黏著裝置 (SMD) 發光二極體 (LED) 的完整技術規格。此元件採用磷化鋁銦鎵 (AlInGaP) 半導體晶片來產生綠光。其設計適用於自動化組裝製程，並符合 RoHS（有害物質限制）指令，是一款適合現代電子製造的環保元件。

此 LED 主要應用於背光、狀態指示燈以及印刷電路板 (PCB) 頂層空間有限的儀表板照明。其反向安裝設計允許它被焊接在電路板發光面的另一側，從而實現創新且節省空間的產品設計。

2. 技術參數詳解

2.1 絕對最大額定值

為防止永久性損壞，不得在超出這些限制的條件下操作元件。關鍵額定值包括：在環境溫度 (T_F) 為 25°C 時，最大連續順向電流 (I_a) 為 30 mA。功耗額定為 75 mW。對於脈衝操作，在 1/10 工作週期、0.1 ms 脈衝寬度下，允許 80 mA 的峰值順向電流。最大逆向電壓 (V_R) 為 5 V。操作與儲存溫度範圍規定為 -55°C 至 +85°C。

焊接條件至關重要：波焊或紅外線迴焊溫度不應超過 260°C 超過 5 秒，而氣相焊接則不應超過 215°C 超過 3 分鐘。對於環境溫度高於 50°C 的情況，順向電流適用 0.4 mA/°C 的線性降額因子。

2.2 電氣與光學特性

在 T_a=25°C 且順向電流 (I_F) 為 20 mA 的條件下測量，定義了關鍵性能參數。

• 發光強度 (I_V):範圍從最小值 28.0 mcd 到最大值 180.0 mcd。摘要表中未指定典型值，表示其取決於特定的分級代碼（見第 3 節）。測量遵循 CIE 明視覺人眼響應曲線。
• 視角 (2θ_1/2):定義為 70 度。這是發光強度降至中心軸測量值一半時的全角。
• 峰值波長 (λ_P):約為 574 nm。這是光譜功率分佈達到最大值時的波長。
• 主波長 (λ_d):在 I_F=20mA 時，範圍從 567.5 nm 到 576.5 nm。這是人眼感知、定義光色的單一波長，源自 CIE 色度圖。
• 光譜半高寬 (Δλ):約為 15 nm。這表示綠光的光譜純度。
• 順向電壓 (V_F):在 I_F=20mA 時，範圍從 1.80 V 到 2.40 V。
• 逆向電流 (I_R):在 V_R=5V 時，最大值為 10 μA。
• 電容 (C):在 0 V 偏壓和 1 MHz 頻率下測量，典型值為 40 pF。

3. 分級系統說明

為確保生產中的顏色與亮度一致性，LED 會被分類到不同的分級中。本產品使用兩個獨立的分級標準。

3.1 發光強度分級

單位為毫燭光 (mcd)，條件為 I_F=20mA。分級如下：

• 代碼 N:28.0 mcd (最小) 至 45.0 mcd (最大)
• 代碼 P:45.0 mcd 至 71.0 mcd
• 代碼 Q:71.0 mcd 至 112.0 mcd
• 代碼 R:112.0 mcd 至 180.0 mcd

每個亮度分級內適用 ±15% 的容差。

3.2 主波長分級

單位為奈米 (nm)，條件為 I_F=20mA。分級如下：

• 代碼 C:567.5 nm (最小) 至 570.5 nm (最大)
• 代碼 D:570.5 nm 至 573.5 nm
• 代碼 E:573.5 nm 至 576.5 nm

每個波長分級內適用 ±1 nm 的嚴格容差。完整料號包含這些分級代碼，以指定確切的性能。

4. 性能曲線分析

雖然參考了特定圖表但未在提供的文本中詳細說明，但此類元件的典型曲線包括：

• I-V（電流-電壓）曲線：顯示順向電壓與電流之間的指數關係。該曲線將在約 1.8-2.4V 處有一個特定的膝點電壓。
• 發光強度 vs. 順向電流：顯示光輸出隨電流增加而增加，但不一定是線性的，特別是在高電流下由於熱效應的影響。
• 發光強度 vs. 環境溫度：顯示光輸出隨著接面溫度升高而降低。AlInGaP LED 的光輸出通常具有負溫度係數。
• 光譜分佈：顯示跨波長發射的相對功率圖，峰值約在 574 nm，半高寬約為 15 nm。
• 視角圖案：一個極座標圖，說明光強度的角度分佈，對於此封裝樣式，通常是朗伯分佈或側發光形狀。

這些曲線對於設計人員預測非標準操作條件下的性能至關重要。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

此 LED 符合 EIA 標準 SMD 封裝外形。所有關鍵尺寸（本體長度、寬度、高度、引腳間距等）均以毫米為單位的圖紙提供，除非另有說明，標準公差為 ±0.10 mm。透鏡規格為 "水清"。

5.2 極性識別與焊墊佈局

元件具有陽極和陰極端子。規格書包含建議的 PCB 佈局焊墊圖形。遵循這些尺寸對於實現可靠的焊點、正確對齊以及在迴焊過程中有效散熱至關重要。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

提供了兩個建議的紅外線 (IR) 迴焊溫度曲線：一個用於標準錫鉛 (SnPb) 焊接製程，另一個用於無鉛 (Pb-free) 焊接製程（通常使用 SAC (Sn-Ag-Cu) 合金）。無鉛曲線需要更高的峰值溫度（最高 260°C），但必須仔細控制高於液相線的時間，以防止損壞 LED 的環氧樹脂封裝。預熱階段對於最小化熱衝擊至關重要。

6.2 儲存與操作

LED 是濕氣敏感元件。若需在原始防潮袋外長期儲存，應將其保存在不超過 30°C 和 70% 相對濕度的環境中。如果未包裝儲存超過一週，建議在焊接前進行約 60°C、至少 24 小時的烘烤，以去除吸收的濕氣並防止迴焊過程中發生 "爆米花" 現象。

6.3 清潔

如果需要在焊接後進行清潔，應僅使用指定的溶劑。將 LED 在室溫下浸入乙醇或異丙醇中少於一分鐘是可接受的。使用未指定或侵蝕性化學品可能會損壞塑膠透鏡和封裝材料。

6.4 靜電放電 (ESD) 防護

LED 容易受到靜電放電的損壞。在操作和組裝過程中必須實施適當的 ESD 控制措施：

• 使用接地腕帶和防靜電墊。
• 確保所有設備和工作站正確接地。
• 考慮使用離子風機來中和可能積聚在塑膠透鏡上的靜電荷。

7. 包裝與訂購資訊

LED 以業界標準包裝供應，以利於自動化組裝。

• 載帶與捲盤：元件置於 8mm 寬的凸起載帶中。
• 捲盤尺寸：安裝在 7 英吋 (178 mm) 直徑的捲盤上。
• 數量：標準捲盤包含 3000 個元件。對於剩餘庫存，最小訂購量為 500 個。
• 包裝標準：符合 ANSI/EIA-481-1-A 規範。載帶有封蓋，最多允許連續兩個空穴。

完整料號（例如 LTST-C21KGKT）編碼了特定特性，包括發光強度和主波長的分級代碼。

8. 應用說明與設計考量

8.1 驅動電路設計

LED 是電流驅動元件。為了穩定且均勻的操作，特別是在並聯驅動多個 LED 時，為每個 LED 串聯一個限流電阻是強烈建議的（電路模型 A）。不建議直接並聯驅動 LED 而不使用個別電阻（電路模型 B），因為不同元件之間的順向電壓 (V_F) 存在差異。這些差異可能導致電流分配顯著不同，從而造成亮度不均，並可能使具有最低 V_F.

的 LED 承受過大壓力。串聯電阻 (R_s) 的值可以使用歐姆定律計算：R_s= (V_電源- V_F) / I_F，其中 I_F是期望的操作電流（例如 20 mA），而 V_F是規格書中的典型或最大順向電壓。

8.2 熱管理

儘管功耗相對較低（最大 75 mW），有效的熱管理對於維持長期可靠性和一致的光輸出仍然很重要。LED 的光輸出會隨著接面溫度升高而降低。確保從 LED 焊墊到 PCB 銅箔層的良好熱路徑有助於散熱。避免長時間在絕對最大電流和溫度限制下操作。

8.3 應用範圍與限制

此元件設計用於一般用途的電子設備，例如消費性電子產品、辦公室自動化設備和通訊設備。它並非專門設計或認證用於故障可能導致直接安全危害的應用（例如航空控制、醫療生命維持、運輸安全系統）。對於此類高可靠性應用，需要諮詢製造商以獲取專用產品。

9. 技術比較與差異化

此 LED 的關鍵差異化特點是其反向安裝能力以及使用AlInGaP晶片來發射綠光。

• 反向安裝 vs. 標準頂視 SMD：這允許 LED 安裝在 PCB 的底部，同時透過孔洞或導光管發光，從而釋放寶貴的頂層空間給其他元件。它實現了更纖薄的產品設計。
• AlInGaP vs. 傳統 GaP 或 InGaN：與舊技術相比，AlInGaP 技術在紅、橙、琥珀和綠色波長上提供更高的效率和更好的溫度穩定性。它通常提供更高的亮度和更飽和的色點。
• 水清透鏡：提供晶片的真實顏色而不擴散，與擴散透鏡相比，產生更集中和強烈的光束圖案。

10. 常見問題 (FAQ)

Q1: 峰值波長和主波長有什麼區別？

A1: 峰值波長 (λ_P) 是 LED 發射最多光功率的物理波長。主波長 (λ_d) 是基於人眼色彩感知（CIE 圖表）計算出的值，最能代表感知到的顏色。對於單色綠光 LED，它們通常很接近，但 λ_d是色彩匹配更相關的參數。

Q2: 我可以連續以 30 mA 驅動此 LED 嗎？

A2: 雖然絕對最大額定值是 30 mA DC，但為了獲得最佳的使用壽命和穩定的光輸出，通常在測試電流 20 mA 或以下操作。以 30 mA 操作會產生更多熱量，降低效率，並可能縮短使用壽命。在高溫下操作時，務必參考降額指南。

Q3: 如何解讀料號中的分級代碼？

A3: 料號後綴包含指定發光強度分級（例如 R 代表最高輸出）和主波長分級（例如 D 代表中綠色）的代碼。選擇適當的分級代碼對於需要在多個 LED 之間保持一致的亮度和顏色的應用至關重要。

Q4: 此 LED 適合波焊嗎？

A4: 是的，規格書規定了波焊條件為 260°C 最多 5 秒。然而，迴焊是此類 SMD 元件首選且最常見的方法。

11. 設計與使用案例研究

情境：為便攜式醫療設備設計狀態指示燈。

該設備需要一個明亮、明確的綠色 "電源開啟/就緒" 指示燈。頂部控制面板上的空間極其有限。選擇了反向安裝 LED。它被放置在主 PCB 的底部。頂部面板上一個精確鑽孔的小孔允許光線透出。可以使用導光管或簡單的孔洞設計。驅動電路使用 3.3V 電源。計算串聯電阻：R_s= (3.3V - 2.2V_典型值) / 0.020A = 55 歐姆。選擇了一個 56 歐姆的標準值電阻。為了確保所有單位的顏色一致性，在物料清單中指定了來自相同波長分級（例如代碼 D）的 LED。

12. 技術原理介紹

此 LED 基於生長在基板上的磷化鋁銦鎵 (Al_xIn_yGa_1-x-yP) 半導體材料。當施加順向電壓時，電子和電洞在晶片的主動區域復合，以光子（光）的形式釋放能量。晶格中鋁、銦和鎵的特定比例決定了能隙能量，這直接定義了發射光的波長（顏色）。對於綠光發射，使用特定的組成來實現對應於約 570-580 nm 光線的能隙。AlInGaP 材料系統以其在紅光到綠光光譜範圍內的高內部量子效率而聞名。

13. 產業趨勢與發展

用於指示燈和背光應用的 SMD LED 趨勢持續朝向更高效率、更小封裝和更高可靠性發展。對於改進無鉛和高溫迴焊製程性能的需求強勁。對精確色彩控制和更嚴格分級的需求正在增加，特別是在顯示器或面板之間色彩匹配至關重要的應用中。此外，將 LED 與內建電流調節或控制電路（如 IC 驅動 LED）整合是一個日益增長的趨勢，以簡化設計並提高性能一致性，儘管此特定元件是標準的離散 LED。