側視型SMD LED LTST-S110TGKT 規格書 - 封裝尺寸 - 順向電壓3.2V - 發光強度最高450mcd - 綠色530nm - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件提供側視型表面黏著元件（SMD）LED的完整技術規格。此元件專為需要從緊湊的側發光封裝中獲得寬視角與高亮度的應用而設計。它採用氮化銦鎵（InGaN）半導體晶片來產生綠光，在效率與性能之間取得平衡，適用於現代電子組裝。

此LED以8mm載帶包裝，捲繞於直徑7英吋的捲盤上，使其完全相容於大量生產中使用的高速自動化取放設備。其設計遵循EIA（電子工業聯盟）標準封裝，確保在業界具有廣泛的相容性。

2. 技術參數深度解析

2.1 絕對最大額定值

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。這些數值是在環境溫度（Ta）25°C下指定的，在任何操作條件下均不得超過。

• 功率消耗（Pd）：76 mW。這是LED封裝在不超過其熱極限下，能以熱形式消散的最大功率。
• 峰值順向電流（IFP）：100 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），以防止晶片過熱。
• 直流順向電流（IF）：20 mA。這是建議用於可靠長期運作的最大連續順向電流。
• 操作溫度範圍：-20°C 至 +80°C。保證元件在此環境溫度範圍內正常運作。
• 儲存溫度範圍：-30°C 至 +100°C。元件在此範圍內儲存不會劣化。
• 紅外線迴流焊條件：峰值溫度260°C，最長持續10秒。此定義了無鉛（Pb-free）焊接組裝製程的溫度曲線耐受度。

2.2 電氣與光學特性

典型操作特性是在Ta=25°C、順向電流（IF）為20 mA下測量，除非另有說明。這些參數定義了正常使用下的預期性能。

• 發光強度（Iv）：範圍從最小值71.0 mcd到最大值450.0 mcd。強度是使用匹配CIE明視覺（人眼）響應曲線的濾波感測器測量。特定單位的實際值取決於其分級代碼（見第3節）。
• 視角（2θ1/2）：130度。這是發光強度降至中心軸（0°）值一半時的全角。130°的寬視角使此LED適用於需要從側面可見光線的背光與指示燈應用。
• 峰值發射波長（λP）：530 nm。這是LED光譜功率輸出達到最大值時的波長。
• 主波長（λd）：525 nm。此值源自CIE色度圖，代表最能描述所發射光線感知顏色的單一波長。相較於峰值波長，它更能準確表示顏色。
• 譜線半寬度（Δλ）：35 nm。此參數表示發射光的光譜純度或頻寬，以發射光譜的半高全寬（FWHM）測量。
• 順向電壓（VF）：典型值為3.20 V，在IF=20mA時範圍從2.80 V（最小值）到3.60 V（最大值）。這是LED運作時的跨元件電壓降。
• 逆向電流（IR）：當施加5V逆向電壓（VR）時，最大值為10 μA。必須注意，此LED並非設計用於逆向偏壓操作；此測試條件僅用於漏電流特性描述。

3. 分級系統說明

為確保大量生產的一致性，LED會根據關鍵參數分類到不同的性能分級。這讓設計師能選擇符合特定顏色、亮度與電壓要求的元件。

3.1 順向電壓分級

元件根據其在20mA時的順向電壓（VF）分類。每個分級內的容差為 +/-0.1V。

• 分級 D7：VF = 2.80V - 3.00V
• 分級 D8：VF = 3.00V - 3.20V
• 分級 D9：VF = 3.20V - 3.40V
• 分級 D10：VF = 3.40V - 3.60V

3.2 發光強度分級

元件根據其在20mA時的發光強度（Iv）分類。每個分級內的容差為 +/-15%。

• 分級 Q：Iv = 71.0 mcd - 112.0 mcd
• 分級 R：Iv = 112.0 mcd - 180.0 mcd
• 分級 S：Iv = 180.0 mcd - 280.0 mcd
• 分級 T：Iv = 280.0 mcd - 450.0 mcd

3.3 主波長分級

元件根據其在20mA時的主波長（λd）分類。每個分級內的容差為 +/-1nm，確保嚴格的顏色一致性。

• 分級 AP：λd = 520.0 nm - 525.0 nm
• 分級 AQ：λd = 525.0 nm - 530.0 nm
• 分級 AR：λd = 530.0 nm - 535.0 nm

從特定分級中選擇，可在多LED應用（如顯示器或背光陣列）中實現精確的顏色匹配與亮度均勻性。

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為光譜分佈，圖5為視角），但此處分析其典型含義。這些曲線對於理解元件在不同條件下的行為至關重要。

順向電流 vs. 發光強度（I-Iv曲線）：LED的發光強度與順向電流成正比，通常在建議操作範圍內呈現近乎線性的關係。超過最大直流電流不僅會非線性地增加亮度，還會產生過多熱量，可能縮短壽命並使主波長偏移。

順向電流 vs. 順向電壓（I-V曲線）：LED的I-V特性是指數性的。若未透過驅動電路或串聯電阻適當限流，電壓稍微超過典型順向電壓（例如3.2V）可能導致電流大幅且可能具破壞性的增加。

溫度依賴性：LED性能對溫度敏感。當接面溫度升高時：

• 發光強度降低。較高的溫度會降低內部量子效率，導致在相同驅動電流下光輸出減少。
• 順向電壓降低。半導體的能隙隨溫度略微變窄，降低了達到特定電流所需的電壓。
• 主波長偏移。通常，對於基於InGaN的綠色LED，波長可能隨溫度升高略微向長波長方向偏移（紅移），影響顏色感知。

這些因素凸顯了在PCB設計中進行適當熱管理的重要性。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

此LED採用側視型SMD封裝。所有關鍵尺寸，包括本體長度、寬度、高度及接腳位置，均於規格書圖紙中提供，一般公差為±0.10 mm（0.004"）。此精度確保了自動化機械的可靠放置與焊接。

5.2 焊接墊佈局與極性

規格書包含建議的PCB佈局焊接墊尺寸。遵循這些建議對於實現可靠的焊點與正確對位至關重要。元件具有極性標記（通常是封裝本體上的陰極指示器）。組裝時必須觀察正確方向，因為施加逆向電壓可能立即損壞LED。

5.3 載帶與捲盤規格

此元件以具有保護蓋帶的凸版載帶供應，捲繞於直徑7英吋（178 mm）的捲盤上。標準捲盤數量為3000件。關鍵載帶規格包括口袋間距、載帶寬度與捲盤尺寸，設計符合ANSI/EIA-481-1-A標準，適用於自動化處理設備。

6. 焊接與組裝指南

6.1 迴流焊溫度曲線

提供了無鉛（Pb-free）焊接製程的建議紅外線（IR）迴流焊溫度曲線。關鍵參數包括：

• 預熱區：150°C至200°C，最大預熱時間120秒，以逐漸加熱電路板與元件，活化助焊劑並最小化熱衝擊。
• 峰值溫度：最高260°C。元件不得暴露於超過此限制的溫度。
• 液相線以上時間（TAL）：焊料處於熔融狀態的時間對於焊點形成至關重要。溫度曲線建議在峰值溫度下最長10秒，且迴流焊不應執行超過兩次。

此溫度曲線基於JEDEC標準，作為通用目標；最終溫度曲線應針對特定PCB設計、錫膏與爐體特性進行驗證。

6.2 手工焊接

若需手工焊接，必須極度小心：

• 烙鐵溫度：最高300°C。
• 焊接時間：每個焊點最長3秒。
• 頻率：應僅執行一次，以避免對塑料封裝與內部打線造成熱應力。

6.3 清潔

若需焊後清潔，僅應使用指定的溶劑，以避免損壞LED的塑料透鏡與封裝。建議的清潔劑為酒精類，如乙醇或異丙醇（IPA）。LED應在常溫下浸泡少於一分鐘。必須避免使用刺激性或未指定的化學清潔劑。

6.4 靜電放電（ESD）預防措施

LED對靜電放電（ESD）與電湧敏感。操作時必須採取預防措施：

• 操作元件時使用接地腕帶或防靜電手套。
• 確保所有工作站、設備與工具正確接地。
• 在ESD防護包裝中儲存與運輸元件。

7. 儲存與操作條件

正確的儲存對於維持可焊性與元件可靠性至關重要，特別是對於濕氣敏感的SMD封裝。

• 密封包裝：LED在其原始未開封的防潮袋（含乾燥劑）中，應儲存於≤30°C且≤90%相對濕度（RH）的環境。在此條件下建議的保存期限為一年。
• 已開封包裝：一旦防潮袋被打開，儲存環境不應超過30°C與60% RH。強烈建議在開封後一週內完成紅外線迴流焊製程。
• 延長儲存（已開封）：若儲存超過一週，應將元件置於裝有新鮮乾燥劑的密封容器中，或置於氮氣吹掃的乾燥器中。
• 烘烤：若元件暴露於環境條件超過一週，建議在焊接前進行烘烤製程（約60°C至少20小時），以去除吸收的濕氣並防止迴流焊期間發生爆米花現象（封裝破裂）。

8. 應用建議

8.1 典型應用場景

側視發光特性與寬視角使此LED非常適合以下幾種應用：

• 垂直面板上的狀態指示燈：非常適合PCB垂直安裝於使用者視線的設備，例如網路硬體、音訊混音器或工業控制面板。
• 側光式背光：可用於從側面照亮小型顯示器、鍵盤或裝飾面板中的導光板，創造均勻的光暈。
• 消費性電子產品：智慧型手機、平板電腦、筆記型電腦、遊戲機與家電中的指示燈。
• 汽車內裝照明：用於非關鍵的內部狀態燈，前提是滿足操作溫度與可靠性要求。

8.2 設計考量

• 電流限制：始終使用恆流源或串聯限流電阻驅動LED。電阻值可使用公式計算：R = (Vsupply - VF) / IF，其中VF為規格書中的典型或最大順向電壓，以確保在所有條件下安全運作。
• 熱管理：儘管功率消耗較低（76 mW），確保PCB上焊接墊周圍有足夠的銅箔面積有助於散熱，維持LED性能與壽命，特別是在高環境溫度或密閉空間中。
• 光學設計：設計光導管、透鏡或擴散片時，需考慮130°的視角，以有效捕捉並導引發射的光線。
• ESD保護：在易發生ESD事件的應用中，考慮在LED驅動線路上添加瞬態電壓抑制（TVS）二極體或其他保護電路。

9. 技術比較與差異化

與標準的頂部發光SMD LED相比，此側視型變體在電路板頂部空間有限或需要水平導光的應用中提供明顯優勢。其主要差異包括：

• 發光方向：主要光輸出來自封裝側面，而非頂部。
• 寬視角：130°的視角通常比許多頂部發光LED更寬，提供更廣的可視範圍。
• 相容性：保持與標準SMD組裝製程（迴流焊、取放）的完全相容性，不像某些可能需要手動組裝的特殊側發光元件。
• InGaN技術：使用InGaN產生綠光，相較於舊技術（如用於某些綠色波長的AlInGaP），提供了更高的效率與更好的性能穩定性。

10. 常見問題（FAQ）

10.1 峰值波長與主波長有何不同？

峰值波長（λP）是LED發射最多光功率的單一波長。主波長（λd）是從CIE色度座標計算得出，代表感知的顏色。對於像此綠色LED的單色LED，兩者通常接近，但λd在以人為本的應用中，是更相關的顏色規格參數。

10.2 我可以不使用限流電阻驅動此LED嗎？

No.LED的順向電壓具有負溫度係數，且各元件間存在差異（如分級所示）。將其直接連接到電壓源，即使電壓與其典型VF匹配，也會導致電流不受控制，很可能超過絕對最大額定值並立即損壞元件。串聯電阻或恆流驅動器是必需的。

10.3 為何存在分級系統？我該選擇哪個分級？

分級系統是為了應對半導體製造中的自然變異。它讓您可以選擇符合特定需求的元件：

• 選擇特定的主波長分級（AP, AQ, AR）以確保顯示器中多個LED間的嚴格顏色一致性。
• 選擇較高的發光強度分級（S, T）若最大亮度是優先考量。
• 選擇特定的順向電壓分級（D7-D10）若設計需要非常精確的電源電壓餘量。

對於大多數一般應用，指定一個範圍（例如，顏色選AQ分級，強度選R或S分級）即足夠且符合成本效益。

10.4 如何解讀260°C持續10秒的焊接條件？

這意味著在迴流焊過程中，在LED接腳或封裝本體上測得的溫度不應超過260°C。此外，溫度處於或接近此峰值的持續時間（通常在峰值溫度的5-10°C範圍內）不應超過10秒。超過這些限制可能損壞塑料封裝、內部晶片黏著或打線。

11. 實務設計案例分析

情境：為一款攜帶型醫療設備設計狀態指示燈。PCB垂直安裝於纖薄的外殼內。指示燈必須從寬角度清晰可見，並呈現一致的綠色。

實作：

1. 元件選擇：選擇此側視型LED。為確保顏色一致性，設計指定使用AQ分級（525-530nm主波長）。為獲得足夠亮度，選擇S分級（180-280 mcd）。
2. 電路設計：設備由5V系統電源供電。為安全起見，使用規格書中的最大VF計算串聯電阻：R = (5V - 3.6V) / 0.020A = 70歐姆。選擇最接近的標準值68歐姆，產生的電流約為(5V - 3.2V)/68Ω ≈ 26.5mA，略高於典型的20mA，但仍處於絕對最大直流電流額定值內。可添加小訊號MOSFET以實現微控制器控制。
3. PCB佈局：使用規格書中建議的焊接墊佈局。在陰極與陽極焊接墊上添加額外的散熱銅箔，以助於散熱，同時不使手工返修變得困難。
4. 光學整合：設計一個簡單的注塑塑料光導管，將側面發射的光引導至設備前面板上的小孔。LED的130°視角確保了與光導管的有效耦合。
5. 組裝：LED在使用前一直保存在其密封袋中。組裝好的PCB使用經過驗證的溫度曲線進行迴流焊，該曲線保持在260°C持續10秒的限制內。

此方法產生了適用於該應用的可靠、一致且明亮的狀態指示燈。

12. 技術原理介紹

此LED基於氮化銦鎵（InGaN）半導體技術。核心原理是電致發光。當在p-n接面施加順向電壓時，來自n型區域的電子與來自p型區域的電洞被注入主動區域（量子阱）。在那裡，電子與電洞復合，以光子（光）的形式釋放能量。發射光的特定波長（顏色）由半導體材料的能隙能量決定，而能隙能量又受InGaN合金的精確組成（銦與鎵的比例）控制。較高的銦含量通常會使發射光向長波長方向偏移（例如，綠色而非藍色）。側視型封裝是透過將半導體晶片側向安裝在導線架的腔體內實現的，使其主要發光面透過模塑塑料透鏡的側面向外，而非向上。

13. 產業趨勢與發展

SMD LED市場持續演進，有幾個明顯的趨勢：

• 效率提升（lm/W）：持續的材料科學與晶片設計改進，使每單位電功率產生更多光輸出，降低能耗與熱負載。
• 微型化：封裝持續縮小（例如，從0603到0402再到0201公制尺寸），同時維持或改善光學性能，實現更密集、更緊湊的電子設計。
• 改善的顏色一致性與分級：磊晶生長與製造控制的進步，使參數分佈更集中，減少廣泛分級的需求並提高良率。
• 更高的可靠性與壽命：封裝材料（例如，高溫塑料、穩固的晶片黏著）與晶片技術的改進，延長了運作壽命，使LED適用於更嚴苛的汽車、工業與醫療應用。
• 整合解決方案：內建驅動器（恆流IC）、保護功能（ESD、電湧）甚至用於可定址RGB應用（例如WS2812型LED）的微控制器的LED日益增長。

雖然此特定規格書代表一個成熟可靠的產品，但新一代產品可能會反映這些趨勢，具有更好的性能指標與可能更小的外形尺寸。