LTST-S220KSKT 黃色側視型SMD LED 規格書 - EIA封裝 - 電壓2.4V - 功率75mW - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTST-S220KSKT 是一款專為現代電子組裝製程設計的表面黏著元件（SMD）發光二極體（LED）。它屬於側視型晶片LED系列，意味著其主要發光方向平行於印刷電路板（PCB）的安裝平面。這種方向對於需要邊緣照明或從設備側面觀看狀態指示燈的應用特別有用。該LED採用磷化鋁銦鎵（AlInGaP）半導體材料，以其在黃色至紅色光譜範圍內產生高效率光線而聞名。元件封裝於水清透的透鏡中，不會擴散光線，從而產生更集中、更強烈的光束，適合指示用途。

此元件的核心優勢包括其符合RoHS（有害物質限制）指令，使其適用於具有嚴格環保法規的全球市場。它採用鍍錫引腳，以提高可焊性和耐腐蝕性。封裝根據EIA（電子工業聯盟）規範標準化，確保與大量生產中使用的各種自動貼片設備相容。此外，其設計可承受紅外線（IR）迴焊製程，這是表面黏著技術中組裝無鉛（Pb-free）焊點的標準。

此LED的目標市場包括消費性電子產品、工業控制面板、汽車內飾照明、儀器儀表，以及任何需要可靠、明亮、黃色狀態指示燈並能透過自動化組裝線整合的應用。

2. 技術參數深度客觀解讀

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能對元件造成永久損壞的應力極限。不保證在這些極限下或接近極限下運作。絕對最大額定值是在環境溫度（Ta）為25°C時指定的。

• 功率耗散（Pd）：75 mW。這是LED封裝在不降低其性能或壽命的情況下，能以熱量形式耗散的最大功率。超過此限制有熱損壞的風險。
• 峰值順向電流（IFP）：80 mA。這是最大允許的瞬時順向電流，通常在脈衝條件下指定（1/10工作週期，0.1ms脈衝寬度），以防止接面溫度過度升高。
• 直流順向電流（IF）：30 mA。這是為確保長期可靠運作所建議的最大連續順向電流。測試光學特性的典型工作條件為20 mA。
• 逆向電壓（VR）：5 V。施加高於此值的逆向電壓可能導致LED的PN接面崩潰和不可逆的損壞。
• 工作溫度範圍：-30°C 至 +85°C。LED設計在此環境溫度範圍內運作。
• 儲存溫度範圍：-40°C 至 +85°C。元件可在不運作的情況下儲存於此更寬的溫度範圍內。
• 紅外線焊接條件：260°C 持續10秒。這定義了迴焊製程的峰值溫度和時間容限，對於無鉛組裝至關重要。

2.2 電氣與光學特性

這些參數是在標準測試條件下（Ta=25°C，IF=20mA）測量的，定義了元件的性能。

• 發光強度（Iv）：18.0 - 54.0 mcd（典型值）。這測量了人眼（明視覺）所見LED的感知亮度。寬範圍表示使用了分級系統（見第3節）。強度是使用模擬CIE人眼響應曲線的濾光片測量的。
• 視角（2θ1/2）：130度（典型值）。這是發光強度降至中心軸（0°）值一半時的全角。130°的角度表示相對寬廣的視角模式。
• 峰值發射波長（λP）：591 nm（典型值）。這是LED光譜功率輸出達到最大值時的波長。它落在可見光譜的黃色區域內。
• 主波長（λd）：589 nm（典型值）。這是從CIE色度圖推導出來的，代表最能描述光線感知顏色的單一波長。對於此元件，它非常接近峰值波長。
• 光譜線半寬度（Δλ）：20 nm（典型值）。這是發射光譜在其最大功率一半處的寬度。20 nm的值表示中等純度的黃色。
• 順向電壓（VF）：2.0 V（最小值），2.4 V（典型值），（最大值在20mA時未指定）。這是LED在指定電流下運作時的跨壓。對於設計限流電路至關重要。
• 逆向電流（IR）：在VR=5V時，最大10 μA。這是施加指定逆向電壓時流動的小漏電流。

關於ESD的注意事項：規格書警告靜電和突波可能損壞LED。強烈建議在處理過程中採取適當的靜電放電（ESD）預防措施，例如使用接地腕帶、防靜電手套，並確保所有設備接地。

3. 分級系統說明

為確保生產批次間亮度的一致性，LED根據其在標準測試電流（20mA）下測量的發光強度進行分級。LTST-S220KSKT使用以下分級代碼列表：

• M級：18.0 - 28.0 mcd
• N級：28.0 - 45.0 mcd
• P級：45.0 - 71.0 mcd
• Q級：71.0 - 112.0 mcd
• R級：112.0 - 180.0 mcd

每個亮度級別的容差為 +/- 15%。這意味著標記為N級的LED實際強度可能介於約23.8 mcd至51.75 mcd之間。設計師在為其應用指定亮度要求時必須考慮此變化。規格書未針對此特定料號的波長或順向電壓標示單獨的分級，這表明對這些參數有更嚴格的控制或採用單一分級規格。

4. 性能曲線分析

雖然提供的文本中未詳細說明具體圖表，但此類LED的典型曲線將包括：

• 相對發光強度 vs. 順向電流（I-V曲線）：此曲線顯示光輸出如何隨順向電流增加而增加。在較低電流下通常是線性的，但在較高電流下可能因熱效應和效率下降而飽和。
• 相對發光強度 vs. 環境溫度：此圖說明了隨著環境（或接面）溫度升高，光輸出的降額情況。AlInGaP LED通常會隨著溫度升高而輸出降低。
• 順向電壓 vs. 順向電流：這顯示了二極體的指數關係特性。電壓隨電流增加而增加。
• 順向電壓 vs. 環境溫度：順向電壓通常具有負溫度係數，意味著它會隨著溫度升高而略微下降。
• 光譜分佈：相對輻射功率與波長的關係圖，顯示峰值約在591 nm，半高寬約為20 nm。

這些曲線對於理解元件在非標準操作條件下的行為以及進行熱管理設計至關重要。

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。所有尺寸均以毫米為單位提供，除非另有說明，典型公差為±0.10 mm。規格書包含詳細的尺寸圖，顯示了PCB焊盤設計所需的長度、寬度、高度、引腳間距和其他關鍵機械特徵。

5.2 焊墊設計與極性

規格書提供了PCB佈局的建議焊接焊墊尺寸。遵循這些建議可確保可靠的焊點和迴焊過程中的正確對齊。元件具有極性標記，通常是封裝體上的凹口或陰極指示器。正確的方向至關重要，因為LED只允許電流單向流動。

5.3 捲帶包裝

LED以業界標準的8mm寬捲帶供應，捲繞在7英吋直徑的捲盤上，以相容於自動化組裝設備。關鍵包裝注意事項包括：

• 空的元件凹槽用頂部蓋帶密封。
• 每個7英吋捲盤包含4000個元件。
• 剩餘零件的最小包裝數量為500個。
• 根據捲盤規格，最多允許連續兩個缺失的LED（空凹槽）。
• 包裝遵循ANSI/EIA 481規範。

6. 焊接與組裝指南

6.1 迴焊溫度曲線

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

• 預熱溫度：150–200°C
• 預熱時間：最長120秒
• 峰值溫度：最高260°C
• 峰值溫度時間：最長10秒（且最多允許兩個迴焊週期）。

此溫度曲線基於JEDEC標準。規格書強調，最佳溫度曲線取決於具體的PCB設計、元件、焊錫膏和迴焊爐，因此需要進行特性分析。

6.2 手工焊接

如果需要手工焊接，適用以下限制：

• 烙鐵溫度：最高300°C
• 焊接時間：最長3秒（僅限一次）。

6.3 清潔

不應使用未指定的化學清潔劑，因為它們可能損壞LED封裝。如果需要清潔，建議在常溫下浸入乙醇或異丙醇中少於一分鐘。

6.4 儲存條件

• 密封包裝：儲存於≤30°C且≤90%相對濕度（RH）的環境中。當儲存在帶有乾燥劑的原裝防潮袋中時，保存期限為一年。
• 已開封包裝：儲存環境不應超過30°C或60% RH。從原包裝中取出的LED應在一週內進行IR迴焊。
• 長期儲存（已開封）：對於超過一週的儲存，請將LED放入帶有乾燥劑的密封容器或氮氣乾燥器中。儲存於包裝外超過一週的LED，在焊接前應在大約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的"爆米花效應"。

7. 應用建議

7.1 典型應用場景

此側視型黃色LED非常適合PCB頂部空間受限，或需要從邊緣觀看指示燈的應用。常見用途包括：

• 消費性電子產品上的狀態指示燈（路由器、機上盒、充電器）。
• 薄膜開關或側光式面板的背光。
• 汽車內飾中的儀表板和儀表照明。
• 工業設備狀態和故障指示燈。
• 便攜式設備中的電池電量或充電指示燈。

7.2 設計考量

• 電流驅動：LED是電流驅動元件。為確保亮度均勻，特別是當多個LED並聯連接時，限流機制至關重要。這通常透過使用串聯電阻或恆流驅動電路來實現。電阻值可使用公式計算：R = (Vcc - VF) / IF，其中Vcc是電源電壓，VF是LED順向電壓（為安全起見使用最大值或典型值），IF是所需的順向電流（例如20mA）。
• 熱管理：雖然功率耗散較低，但將接面溫度維持在限制範圍內對於壽命和穩定的光輸出至關重要。如果在高環境溫度或接近最大電流下運作，請確保足夠的PCB銅箔面積或散熱通孔。
• ESD保護：在連接到LED的敏感信號線上加入ESD保護二極體，或確保驅動電路具有固有的保護功能，特別是當LED可由用戶接觸時。
• 光學設計：水清透透鏡產生集中的光束。如果需要擴散或更寬的照明模式，必須在機械設計中考慮外部擴散器或導光板。

8. 技術比較與差異化

與其他黃色指示LED相比，LTST-S220KSKT的主要差異化特點包括：

• 側視型封裝：與頂部發光LED不同，這種外形尺寸節省了垂直空間，並實現了獨特的照明幾何形狀，這是一個明顯的機械優勢。
• AlInGaP技術：與舊的磷化鎵（GaP）基黃色LED相比，提供更高的效率和更好的溫度穩定性，從而產生更亮、更一致的輸出。
• 完整製程相容性：其針對捲帶包裝、自動貼裝和IR迴焊的設計，使其成為具有成本效益、大量生產、自動化製造的首選。
• RoHS合規性：符合現代環保標準，這是許多市場的強制性要求。

9. 常見問題（基於技術參數）

Q1：對於5V電源，我需要多大的電阻？

A：使用典型順向電壓（VF）2.4V和目標電流（IF）20mA，串聯電阻值為 R = (5V - 2.4V) / 0.02A = 130 歐姆。標準的130Ω或150Ω電阻是合適的。請務必驗證實際亮度，並考慮使用最大VF值進行更保守的設計。

Q2：我可以用3.3V微控制器引腳驅動此LED嗎？

A：可以，但可用的電壓餘裕很小。VF_min為2.0V，VF_typ為2.4V。在3.3V下，電阻計算變為 R = (3.3V - 2.4V) / 0.02A = 45 歐姆。這是可行的，但VF和電源電壓的變化可能導致電流顯著變化。對於關鍵應用，建議使用恆流驅動器或進行仔細的特性分析。

Q3：為什麼視角這麼寬（130°）？

A：側視型封裝和水清透透鏡設計經過優化，可在寬廣的半球範圍內發光。這對於需要從各種角度可見且無需擴散透鏡的指示燈是有益的。

Q4：如何解讀訂單上的分級代碼（例如N）？

A：分級代碼指定了發光強度的保證範圍。訂購N級可確保您收到的LED在20mA下的強度介於28.0至45.0 mcd之間。對於需要最低亮度的應用，請指定適當的分級或諮詢供應商的供貨情況。

10. 實際應用案例

情境：為網路路由器設計狀態指示燈

設計師需要一個從纖薄路由器正面可見的電源/活動指示燈。PCB是垂直安裝的，因此側視型LED是完美的選擇。他們將LTST-S220KSKT放置在PCB邊緣，面向一個導光板，將光線引導至路由器面板上的一個小視窗。他們使用一個47Ω串聯電阻從3.3V系統電源軌驅動它，產生約19mA的電流（(3.3V-2.4V)/47Ω）。他們選擇P級LED以確保透過導光板有足夠的亮度可見。該設計利用了規格書中指定的自動貼裝和迴焊製程，確保了可靠且快速的組裝。

11. 原理介紹

發光二極體（LED）是一種當電流通過時會發光的半導體元件。這種現象稱為電致發光。在LTST-S220KSKT中，有源區由磷化鋁銦鎵（AlInGaP）製成。當施加順向電壓時，來自n型半導體的電子和來自p型半導體的電洞被注入有源區。當電子與電洞復合時，它從較高的能態躍遷到較低的能態，以光子（光粒子）的形式釋放能量。AlInGaP合金的特定成分決定了能隙能量，進而決定了發射光的波長（顏色）——在本例中為黃色（約589-591 nm）。側視型封裝包含一個反射腔和一個模製環氧樹脂透鏡，將產生的光線橫向導出封裝。

12. 發展趨勢

像這樣的SMD指示LED的發展趨勢持續朝向幾個關鍵領域：

• 提高效率：持續的材料科學改進旨在產生每瓦更多的流明（光效），在相同亮度下降低功耗。
• 微型化：封裝尺寸持續縮小（例如從0603到0402公制尺寸），同時保持或改善光學性能，實現更密集的PCB設計。
• 更高的可靠性和穩定性：封裝材料和晶片貼裝技術的改進提高了壽命和隨時間及溫度的顏色穩定性。
• 更廣的色域和一致性：對波長和強度更嚴格的分級容差正成為標準，為設計師提供更可預測的性能。
• 整合化：將多個LED（例如RGB）、控制IC甚至被動元件整合到單個更智慧的模組化封裝中的趨勢日益增長。

像LTST-S220KSKT這樣的元件代表了在這個不斷發展的領域中一個成熟、高度優化的解決方案，平衡了性能、成本和可製造性。