LTST-FS63HBGED SMD LED 規格書 - 側發光全彩 - 0.30mm 超薄 - 藍/綠/紅 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTST-FS63HBGED是一款高度整合的表面黏著元件（SMD）LED燈，專為現代空間受限的電子應用而設計。它屬於微型LED家族中的特殊配置，專為自動化印刷電路板（PCB）組裝製程所打造。此元件將三個獨立的半導體光源整合在一個極薄的封裝內，實現了在極小佔位面積下的全彩顯示能力。

1.1 核心優勢與產品定位

此LED的主要競爭優勢在於其0.30毫米的超薄厚度，使其成為一款側發光元件。這種外形對於垂直空間極度受限的應用至關重要，例如超薄行動裝置、穿戴式技術及側光式面板。整合藍光（InGaN）、綠光（InGaN）與紅光（AlInGaP）晶片，可透過獨立或組合控制產生廣泛的色譜，無需使用多個離散單色LED。封裝採用白色擴散透鏡，有助於混合來自三個晶片的光線，並在離軸觀看時提供更均勻的外觀。

1.2 目標市場與應用

此元件針對廣泛的電子設備製造商。其主要應用領域包括：

• 消費性電子產品：無線/行動電話、筆記型電腦、平板電腦及遙控器中，鍵盤、按鍵及狀態指示燈的背光。
• 辦公室自動化與網路系統：路由器、交換器、數據機、印表機及外接儲存裝置中的狀態與活動指示燈。
• 家電與工業設備：控制面板上的使用者介面照明、操作狀態燈及符號指示燈。
• 顯示技術：適用於微型顯示器，並可作為小型訊號及符號照明的緊湊型光源。

此元件完全相容於大批量、自動化貼裝設備及紅外線（IR）迴焊製程，符合現代符合RoHS規範的生產線。

2. 深入技術參數分析

透徹理解電氣與光學特性對於可靠的電路設計及達成預期性能至關重要。

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了元件的應力極限，超過此極限可能導致永久性損壞。不保證在或接近此極限下運作。

• 功率耗散（Pd）：依顏色而異：藍光：97.5 mW，綠光：100.5 mW，紅光：81.0 mW。此參數結合熱阻（由降額曲線隱含），決定了在高環境溫度下可持續的最大順向電流。
• 順向電流：所有三種顏色的連續直流順向電流額定值為30 mA。允許更高的峰值順向電流100 mA，但僅限於脈衝條件下（1/10工作週期，0.1ms脈衝寬度）以管理接面溫度。
• 靜電放電（ESD）閾值：額定值為2000V（人體放電模型）。這是消費級元件的標準等級，在組裝過程中需要採取標準的ESD防護措施。
• 溫度範圍：操作：-40°C 至 +85°C；儲存：-40°C 至 +100°C。寬廣的操作範圍使其適用於消費性及部分工業環境。
• 焊接條件：可承受峰值溫度260°C、持續10秒的紅外線迴焊，相容於無鉛（Pb-free）焊接製程。

2.2 電氣與光學特性（典型值，Ta=25°C）

這些是用於設計與分級的標準測試條件及典型性能值。

• 發光強度（Iv）：在特定測試電流下測量（藍光：12mA，綠光：30mA，紅光：30mA）。典型值為2750 mcd（毫燭光），最小值為1735 mcd，最大值為4265 mcd。此差異透過分級系統處理。
• 視角（2θ1/2）：非常寬廣的130度（典型值）。這是發光強度降至軸上值一半時的全角，是配備擴散透鏡的側發光LED的特徵，可提供寬廣、均勻的照明。
• 波長參數：
  • 峰值發射波長（λP）：藍光：466 nm，綠光：516 nm，紅光：632 nm（典型值）。
  • 主波長（λd）：此範圍定義了感知的顏色。藍光：467-477 nm，綠光：516-526 nm，紅光：618-628 nm。
  • 光譜線半寬度（Δλ）：藍光：25 nm，綠光：35 nm，紅光：20 nm（典型值）。這表示光譜純度；較小的Δλ意味著更單色的光。
• 順向電壓（Vf）：在測試電流下LED兩端的電壓降。範圍為：藍光：2.45-3.25V，綠光：2.55-3.35V，紅光：1.90-2.70V。設計驅動器時必須考慮此範圍，特別是對於恆壓電源。
• 逆向電流（Ir）：在逆向電壓（Vr）5V下最大為10 μA。此測試用於品質保證；元件並非設計用於逆向偏壓操作。

3. 分級系統說明

為確保生產中的顏色與亮度一致性，LED會被分級。LTST-FS63HBGED使用兩個主要的分級標準。

3.1 發光強度（Iv）等級

LED根據其在標準測試電流下測得的發光強度進行分級。分級定義如下：

- 等級 BB：1735 mcd（最小）至 2340 mcd（最大）。

- 等級 CC：2340 mcd（最小）至 3160 mcd（最大）。

- 等級 DD：3160 mcd（最小）至 4265 mcd（最大）。

每個等級內允許+/-15%的公差。設計師必須指定所需等級，以確保其應用達到最低亮度要求。

3.2 色調（色彩色度）等級

這是基於CIE 1931（x, y）色度座標的更複雜的二維分級。規格書提供了一個分級矩陣（例如，B0, B1, B2, B3, C0, C1... D3）。每個分級由色度圖上的一個四邊形區域定義。例如，等級B0涵蓋由（x: 0.2685-0.2885, y: 0.2730-0.3010）定義的邊界內的座標。每個等級內的每個（x, y）座標允許+/- 0.01的公差。此系統確保在特定色調等級內的所有LED在標準條件下視覺顏色一致，這對於需要多個指示燈顏色外觀均勻的應用至關重要。

4. 性能曲線分析

提供的特性曲線提供了在不同條件下元件行為的深入見解。

4.1 相對強度 vs. 波長（圖1）

此光譜分佈曲線顯示了每個波長的相對光輸出功率。它直觀地確認了每個顏色晶片的峰值波長（λP）和光譜半寬度（Δλ）。InGaN（藍光和綠光）的曲線通常比AlInGaP（紅光）顯示出更尖銳的峰值，後者的光譜可能略寬。

4.2 順向電流 vs. 順向電壓（圖2）

此IV曲線本質上是非線性和指數型的，是典型的二極體特性。曲線將顯示紅光（AlInGaP，約1.9V）與藍光/綠光（InGaN，約2.5-3.0V）的不同導通電壓。在工作區域的曲線斜率代表LED的動態電阻。此圖對於設計恆流驅動器以確保在順向電壓範圍內的穩定運作至關重要。

4.3 順向電流降額曲線（圖3）

這是可靠性方面最關鍵的圖表之一。它顯示了最大允許連續順向電流作為環境溫度（Ta）的函數。隨著Ta升高，必須降低最大電流以防止LED接面溫度超過其極限，否則會加速流明衰減並縮短壽命。曲線通常顯示從25°C下的指定電流線性降額至最高接面溫度（由最高操作溫度隱含）下的零電流。

4.4 相對發光強度 vs. 順向電流（圖4）

此曲線顯示光輸出（發光強度）隨順向電流增加而增加，但關係並非完全線性，特別是在較高電流下，效率可能因熱量增加而下降。它有助於設計師選擇一個能平衡亮度、效率與壽命的工作電流。

4.5 輻射模式圖（圖5 & 圖6）

這些極座標圖說明了光強度的空間分佈。配備擴散透鏡的側發光LED通常顯示出寬廣、類似朗伯體（Lambertian）的發光模式。圖5（水平）和圖6（垂直）將顯示強度作為與中心軸夾角的函數，確認了130度的視角。該模式應對稱以確保離軸外觀的一致性。

5. 機械結構、封裝與組裝資訊

5.1 封裝尺寸與接腳定義

此元件符合EIA標準封裝外形。關鍵尺寸包括總長度、寬度以及極其關鍵的0.30毫米厚度。接腳定義明確：接腳3是共陰極（或共陽極，取決於內部結構；規格書將其指定為所有三種顏色的共接腳）。紅光晶片的陽極是接腳1，綠光是接腳2，藍光是接腳4。此資訊對於正確的PCB佈局和組裝方向至關重要。

5.2 推薦的PCB焊墊設計與焊接方向

規格書包含焊墊圖形建議。這顯示了PCB上銅焊墊的最佳尺寸和形狀，以確保可靠的焊點，同時最大限度地減少墓碑效應（元件在迴焊過程中一端翹起）。它還指示了LED在載帶上相對於PCB的正確方向，以供自動取放機使用。

5.3 載帶與捲盤包裝規格

LED以8毫米寬的壓紋載帶供應，捲繞在直徑7英吋（178毫米）的捲盤上。關鍵規格包括：

- 凹槽尺寸：精確的凹槽尺寸以牢固固定LED。

- 間距：元件凹槽之間的距離（例如，4毫米）。

- 捲盤尺寸：軸心直徑、法蘭直徑及總寬度。

- 數量：每滿盤4000顆。

- 蓋帶：用於密封凹槽；其剝離強度必須適合貼裝機。

- 包裝標準：符合ANSI/EIA-481。

- 允許最多連續兩個缺失元件；剩餘包裝的最小數量為500顆。6. 組裝、操作與應用指南

6.1 焊接製程

此元件適用於採用無鉛製程的紅外線（IR）迴焊。關鍵參數是峰值溫度260°C持續10秒，如絕對最大額定值中所定義。設計師必須確保其迴焊爐溫度曲線保持在這些限制內，以避免損壞塑膠封裝或內部打線。

6.2 清潔

焊後清潔必須小心進行。僅應使用指定的溶劑。規格書建議在常溫下浸入乙醇或異丙醇中少於一分鐘。使用更強烈的化學品或長時間暴露可能會損壞環氧樹脂透鏡或封裝標記。

6.3 靜電放電（ESD）防護

儘管額定值為2000V HBM，此元件仍易受ESD損壞。必須遵循正確的操作程序：使用接地腕帶、防靜電墊，並確保所有設備正確接地。不應直接用手觸摸LED。

6.4 儲存條件

為保持保存期限，LED應儲存在其原始的防潮袋中，條件為30°C或以下，相對濕度90%或以下。在這些儲存條件下，建議自出貨日起一年內使用。如果袋子已打開或濕度指示卡顯示過度受潮，在迴焊前可能需要進行烘烤，以防止爆米花現象（因水氣快速膨脹導致封裝破裂）。

6.5 應用注意事項

規格書明確說明其預期用途為普通電子設備。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、運輸安全系統），需要事先與製造商諮詢並進行資格認證。這突顯了該元件屬於商業/工業用途分類，未經進一步審核不一定適用於安全關鍵應用。

7. 設計考量與典型應用電路

7.1 驅動LED

由於指數型的IV特性，為了穩定的光輸出，LED必須由電流源驅動，而非電壓源。最簡單的方法是使用串聯限流電阻搭配電壓源。電阻值（R）計算為 R = (V_電源 - Vf_LED) / If，其中 Vf_LED 是特定顏色晶片在所需電流（If）下的順向電壓。由於Vf有一個範圍，選擇電阻時應確保即使是最小Vf下，If也不會超過最大額定值。對於精密或電池供電的應用，建議使用專用的恆流LED驅動IC。每個顏色晶片必須獨立驅動才能實現全彩混色。

7.2 熱管理

儘管尺寸小，管理接面溫度是延長壽命的關鍵。主要的散熱路徑是透過焊墊進入PCB銅箔。因此，使用推薦的焊墊佈局並最大化連接到焊墊的銅箔面積（散熱焊盤）非常重要。避免在絕對最大電流下操作，特別是在高環境溫度下，並參考降額曲線。

7.3 光學整合

白色擴散透鏡提供了混合的光輸出。對於需要特定光束模式的應用，可以在LED周圍設計二次光學元件（導光板、反射器）。寬廣的視角使其適用於按鍵背光中常用的薄型側光式導光板。

8. 技術比較與差異化

LTST-FS63HBGED在市場上的主要差異化特點包括：

外形尺寸：

1. 0.30毫米的厚度是實現超薄設計的關鍵，使其與通常較高的標準頂發光SMD LED區分開來。整合度：

2. 將三個原色晶片整合在一個封裝中，節省了PCB空間，並比使用三個獨立LED簡化了組裝。性能：

3. 使用InGaN用於藍/綠光，AlInGaP用於紅光，提供了高效率與良好的色彩飽和度。可製造性：

4. 完全相容於自動化、高速SMT組裝線，使其在大規模生產中具有成本效益。9. 常見問題解答（基於技術參數）

問：我可以同時以每個30mA的最大直流電流驅動所有三種顏色嗎？

答：不行。必須考慮總功率耗散。同時以每個30mA操作可能會超過封裝的總功率耗散能力，導致過熱。必須使用降額曲線和個別的Pd額定值，根據環境溫度確定安全的同時操作電流。

問：為什麼藍光（12mA）與綠光/紅光（30mA）晶片的測試電流不同？

答：這與不同半導體材料（InGaN vs. AlInGaP）的固有效率與操作特性有關。製造商選擇了代表每個晶片典型、高效工作點的測試電流，以在管理熱量和壽命的同時達到目標發光強度。

問：如何使用此RGB LED產生白光？

答：白光透過以特定強度比例混合三原色來產生。這需要對每個晶片進行獨立的脈衝寬度調變（PWM）或類比電流控制。確切的比例取決於所用特定LED的色度等級以及目標白點（例如，冷白、暖白）。

問：是否需要逆向電壓保護？

答：雖然此元件可以承受5V逆向偏壓測試，但它並非設計用於逆向操作。如果電路中可能存在施加逆向電壓的情況（例如，在電感性負載或交流耦合訊號中），應使用外部保護二極體串聯或並聯（取決於配置）。

A> While the device can withstand a 5V reverse bias test, it is not designed for operation in reverse. If there is any possibility of reverse voltage being applied in the circuit (e.g., in an inductive load or with an AC-coupled signal), an external protection diode in series or parallel (depending on configuration) should be used.