SMD LED LTST-C990NRKT-PO 資料表 - AlInGaP 紅光 - 20mA - 900-2240mcd - 英文技術文件

1. 產品概述

本文件提供表面黏著元件（SMD）LED燈的完整技術規格。此元件專為自動化印刷電路板（PCB）組裝而設計，其微型外型非常適合空間受限的應用。其主要功能是在各種電子設備中作為視覺指示器或背光源。

1.1 核心優勢與目標市場

此LED為現代電子製造提供了多項關鍵優勢。它採用超亮AlInGaP（磷化鋁銦鎵）晶片，能為紅光發射提供高發光效率。元件以8mm載帶包裝，捲繞於直徑7英寸的捲盤上，符合EIA標準，使其能完全相容於高速自動貼裝設備。此外，其設計可承受無鉛（Pb-free）組裝線中常用的標準紅外線（IR）回焊製程，確保能可靠地附著於PCB上。本產品符合有害物質限制（RoHS）指令。

目標應用範圍廣泛，涵蓋通訊設備、辦公室自動化裝置、家電產品及工業控制系統。具體用途包括鍵盤背光、狀態指示燈、微顯示器整合，以及一般信號或符號照明。

2. 深入技術參數分析

本節詳細說明LED的絕對極限與操作特性。除非另有說明，所有參數均定義在環境溫度(Ta)為25°C的條件下。

2.1 Absolute Maximum Ratings

這些額定值定義了應力極限，超過此極限可能對元件造成永久性損壞。不保證在此極限或接近此極限下操作。

• 功率消耗 (Pd)： 62.5 mW。這是LED封裝件能夠以熱量形式消耗的最大功率。
• 峰值順向電流 (I_F(PEAK)): 60 mA。這是最大允許瞬態正向電流，通常在脈衝條件下（1/10 工作週期，0.1ms 脈衝寬度）指定，以管理熱應力。
• Continuous DC Forward Current (I_F): 25 mA。這是連續運作時建議的最大電流。
• Reverse Voltage (V_R): 5 V。施加超過此值的反向電壓可能導致崩潰和故障。
• Operating Temperature Range: -30°C 至 +85°C。LED 設計運作的環境溫度範圍。
• 儲存溫度範圍： -40°C 至 +85°C。非運作狀態下的儲存溫度範圍。
• Infrared Soldering Condition: 260°C 持續 10 秒。此為封裝在迴流焊接過程中可承受的最高熱曲線。

2.2 電氣與光學特性

這些是在標準測試條件下量測的典型性能參數。

• 發光強度 (I_V): 900.0 - 2240.0 mcd (毫坎德拉)。測量條件為順向電流 (I_F) 20mA。強度是使用近似於明視覺（CIE人眼響應）曲線的感測器與濾光片組合進行測量。此寬範圍表示採用了分檔系統（參見第4節）。
• 視角 (2θ_1/2): 75度。此為發光強度降至中心軸（0°）測量值一半時所對應的完整角度。75度角提供了一個相對較寬的視角錐。
• Peak Emission Wavelength (λ_P): 639 nm（奈米）。此為發射光的光譜功率分佈達到最大值時的波長。
• 主波長 (λ_d): 624.0 - 632.0 nm。此數值源自CIE色度圖，代表LED在感知上的顏色，位於光譜的紅色區域。
• 譜線半寬 (Δλ): 20 nm。此數值表示光譜頻寬，以發射峰值之半高全寬(FWHM)量測。20nm為典型單色AlInGaP紅光LED的數值。
• 順向電壓 (V_F): 1.7 - 2.5 V。此為LED在20mA驅動電流下的壓降。此範圍涵蓋了半導體晶片在正常製造過程中的公差。
• 逆向電流 (I_R): 10 μA (最大值)。施加最大逆向電壓 (5V) 時所產生的微小漏電流。

3. 分級系統說明

為確保應用的一致性，LED在製造後會根據關鍵光學參數進行分級（binning）。

3.1 發光強度分級

此LED的主要分檔參數為其發光強度。產品分為多個檔位，每個檔位在20mA驅動下均有定義的最小與最大強度值。印在捲盤或包裝上的分檔代碼，可讓設計師為其應用選擇亮度一致的LED。每個檔位內的容差為 +/- 15%。分檔列表如下：

• Bin Code V2: 900.0 - 1120.0 mcd
• Bin Code W1: 1120.0 - 1400.0 mcd
• Bin Code W2: 1400.0 - 180.0 mcd
• Bin Code X1: 1800.0 - 2240.0 mcd

選擇較高的Bin Code（例如X1）可保證更高的最低亮度，這對於需要均勻高可見度或驅動電流可能受限的應用至關重要。

4. 性能曲線分析

圖形化數據能更深入地洞察LED在不同條件下的行為。數據手冊中通常包含的曲圖說明了關鍵參數之間的關係。

4.1 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V 曲線)

此曲線顯示了流經 LED 的電流與其兩端電壓之間的非線性關係。曲線的「膝點」（對於此元件通常約在 1.7V 至 2.0V）是 LED 開始顯著發光的位置。超過此膝點後，電壓的微小增加會導致電流大幅上升。因此，LED 總是透過限流機制驅動，而非使用固定電壓源。

4.2 發光強度 vs. 順向電流

此圖表展示了光輸出如何隨驅動電流增加。對於大多數LED，在建議工作範圍內（此元件最高至25mA），此關係大致呈線性。使LED超過其最大連續額定電流並不會按比例產生更多光，反而會產生過多熱量，從而降低其使用壽命與可靠性。

4.3 光譜分佈

光譜圖顯示了在不同波長下發射的相對輻射功率。其特徵將呈現一個以639 nm（峰值波長）為中心的單一主導峰值，並由20 nm半高寬定義其特徵形狀。這證實了其單色紅光輸出。

5. Mechanical and Packaging Information

5.1 Device Dimensions and Polarity

LED封裝具有特定的物理尺寸，對於PCB焊盤設計至關重要。數據手冊提供了詳細的尺寸圖。關鍵特徵包括總長度、寬度和高度。封裝上還有一個極性標示，通常是一端的凹口、綠點或陰極標記，必須與PCB焊盤正確對齊，以確保正確的電氣連接（陽極與陰極）。

5.2 推薦的PCB焊接墊佈局

提供了一個建議的PCB焊盤圖形（銅箔佈局）。此圖形旨在確保回流焊期間形成可靠的焊點，提供足夠的散熱緩衝，並防止焊錫橋接。遵循此建議對於成功組裝及長期機械穩定性至關重要。

5.3 捲帶包裝規格

為配合自動化組裝，元件以捲盤上的載帶形式提供。數據手冊規定了容納每個LED的載帶凹槽尺寸、載帶寬度以及捲盤尺寸（直徑7英吋）。標準捲盤數量為3000件。包裝符合ANSI/EIA-481規範。備註包含關於封蓋膠帶、最大連續缺件數（2件）以及剩餘物料最小訂購量（500件）的詳細資訊。

6. 焊接、組裝與操作指南

6.1 建議的紅外迴焊溫度曲線

針對無鉛焊接製程，建議採用特定的熱曲線以防止損壞。關鍵參數包括：

• 預熱溫度： 150-200°C
• 預熱時間： 最長 120 秒
• 峰值體溫： 最高260°C
• 超過260°C的時間： 最多10秒（最多允許兩次回流焊循環）

溫度曲線應根據JEDEC標準制定，並使用生產中採用的特定PCB設計、焊錫膏和回流焊爐進行驗證。

6.2 儲存條件

由於塑膠封裝具有濕氣敏感性（MSL 3），正確的儲存方式至關重要。

• 密封包裝： 儲存於≤30°C且≤90%相對濕度環境中。請於包裝日期起一年內使用。
• 已開封包裝： 對於從防潮袋中取出的元件，環境條件不應超過30°C與60%相對濕度。建議在一週內完成紅外線迴焊。若儲存超過一週，請在焊接前將LED以60°C烘烤至少20小時，以去除吸收的濕氣，避免迴焊過程中發生「爆米花」現象。

6.3 清潔

若焊接後需進行清潔，僅可使用經核可的溶劑。規範要求將LED於室溫下浸入乙醇或異丙醇中不超過一分鐘。使用強效或未指定的化學品可能損壞塑料透鏡與封裝。

6.4 靜電放電 (ESD) 注意事項

LED 內部的半導體晶片對靜電放電和電壓突波敏感。需要採取操作預防措施：使用接地腕帶或防靜電手套，並確保所有設備和工作檯面均妥善接地。

7. 應用設計考量

7.1 驅動電路設計

LED是電流驅動元件。驅動電路最關鍵的環節是電流調節。為確保亮度均勻，特別是在多個LED並聯時，應在 每個獨立LED上串聯一個限流電阻. 一個簡單的驅動電路由電壓源（V_CC）、LED和一個串聯電阻（R_S電阻值使用歐姆定律計算：R_S = (V_CC - V_F) / I_F，其中V_F 是LED在期望電流I下的正向電壓_F （例如，20mA）。為每個LED使用電阻器可補償V_F 在器件之間的微小差異。

7.2 熱管理

雖然功耗很低（最高62.5 mW），但有效的熱管理能延長LED壽命並維持穩定的光輸出。PCB本身即充當散熱片。確保從LED的焊墊到PCB上的銅層有良好的熱連接，有助於散熱。避免長時間在絕對最大電流和溫度極限下操作LED。

7.3 應用範圍與限制

此LED適用於一般用途的電子設備。若應用於對可靠性要求極高、且故障可能危及安全的場合（例如航空、醫療生命維持、運輸安全系統），在設計採用前，必須進行額外的資格認證並諮詢元件製造商。

8. 技術比較與差異化

相較於GaAsP（磷化砷化鎵）紅光LED等舊技術，此處採用的AlInGaP晶片具有顯著更高的發光效率，因此在相同驅動電流下能產生更高亮度。其圓頂透鏡設計有助於達到指定的75度視角，在軸心亮度與離軸可見度之間取得良好平衡。與自動化貼裝和紅外線回焊的兼容性，使其成為大批量生產中具成本效益的選擇，這與需要手工焊接的LED有所區別。

9. 常見問題（基於技術參數）

Q: 為什麼我的LED比電路板上的其他LED暗或亮度不一致？
A: 最常見的原因是當LED並聯時，沒有為每個LED使用獨立的限流電阻。微小的順向電壓（V_F) 會導致電流分配不均。請務必為每個LED串聯一個電阻。同時，請確認您使用的LED來自相同的光強度分級區間。

Q: 我能否不使用電阻，直接以3.3V驅動這個LED？
A: 不行。將LED直接連接到如3.3V這樣的電壓源，會導致過大的電流流過，很可能會超過最大直流順向電流（25mA）並損壞元件。必須使用一個串聯電阻來將電流限制在安全值（例如20mA）。

Q: 數據手冊顯示順向電壓範圍為1.7V至2.5V。我計算電阻時應該使用哪個數值？
A: 為了採用保守設計，確保即使使用低V_F LED時電流也不會超過目標值（例如20mA），請在計算中使用最小V_F 值（1.7V）。這會導致電阻值略高，且對於具有較高V_F的LED電流會略低，但能保證所有元件的安全性。

Q: 對於儲存而言，'MSL 3' 代表什麼意思？
A> Moisture Sensitivity Level 3 indicates the package can be exposed to factory floor conditions (≤30°C/60% RH) for up to 168 hours (one week) before it requires baking prior to reflow soldering. Exceeding this time risks internal package damage during the high-temperature reflow process.

10. Design and Usage Case Study

情境：設計一個具有10個均勻亮紅色LED的狀態指示燈面板。
1. 電路設計： 使用5V電源軌。目標電流I_F = 20mA。假設典型的V_F 為2.1V，計算R_S = (5V - 2.1V) / 0.020A = 145 Ohms。最接近的標準值是150 Ohms。將一個150歐姆的電阻與10個LED中每個的陽極串聯。將所有陰極側連接到接地。
2. PCB佈局： 使用資料手冊中推薦的焊盤圖形。確保PCB絲印上的極性標記與LED的極性指示器相符。提供完整的接地層以利散熱和電氣迴路。
3. 採購： 向經銷商指定所需的光強度分級代碼（例如，W2代表1400-1800 mcd），以確保所有10顆LED具有相近的亮度。
4. 組裝： 遵循建議的紅外線回流焊溫度曲線。組裝後如需清潔，請使用異丙醇。
此方法確保指示燈面板運作可靠、視覺外觀一致，並具備長期穩定性。

11. 工作原理介紹

LED是一種半導體二極體。其核心是由AlInGaP等直接能隙材料製成的p-n接面。當施加正向電壓時，來自n型區域的電子和來自p型區域的電洞被注入接面區域。當電子與電洞復合時，能量被釋放。在LED中，此能量以光子（光粒子）的形式釋放。所發射光子的波長（顏色）由半導體材料的能隙能量決定。AlInGaP的能隙對應紅光。半球形環氧樹脂透鏡用於保護半導體晶片並塑造輸出光束，從晶片中提取更多光線並定義視角。

12. 技術趨勢

SMD指示燈LED的總體趨勢持續朝向更高效率、更小封裝尺寸和更高可靠性發展。雖然AlInGaP仍然是高效能紅光和琥珀光LED的主導技術，但其他材料如InGaN（氮化銦鎵）則涵蓋藍光、綠光和白光光譜。晶片級封裝（CSP）正在持續發展，其中LED晶片直接安裝而無需傳統塑膠封裝，從而實現更小的外形尺寸。此外，將控制電子元件（例如恆流驅動器）整合到LED封裝本身是一種日益增長的趨勢，旨在簡化電路設計並提高性能一致性。