SMD LED LTST-C190KEKT 資料手冊 - AlInGaP 紅光 - 130° 視角 - 1.7-2.5V - 30mA - 英文技術文件

1. 產品概述

LTST-C190KEKT 是一款表面黏著裝置（SMD）LED燈，專為自動化印刷電路板（PCB）組裝而設計。它屬於微型LED系列，旨在用於各種電子設備中空間受限的應用。

1.1 核心優勢與目標市場

此LED具備多項關鍵優勢，使其適用於現代電子製造。其主要特點包括符合RoHS（有害物質限制）指令、採用超亮AlInGaP（鋁銦鎵磷）半導體晶片以實現高效紅光發射，以及封裝在8mm載帶上並捲繞於7英吋直徑的捲盤，兼容標準自動化取放設備。該元件亦設計為兼容紅外線（IR）迴焊製程，此為大批量SMD組裝的業界標準。

目標應用領域廣泛，體現了該元件的多功能性。主要市場包括通訊設備（如無線電話與行動電話）、辦公室自動化裝置（如筆記型電腦、網路系統）、家電產品，以及室內標誌或顯示應用。在這些設備中的具體功能用途涵蓋鍵盤背光、狀態指示、微型顯示器，以及信號或符號照明。

2. 技術參數：深入客觀解讀

LTST-C190KEKT的性能由一組絕對最大額定值和標準電氣/光學特性所定義，所有規格均在環境溫度(Ta)為25°C下指定。

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能導致器件永久損壞的極限。在任何操作條件下均不應超出。

• 功率耗散 (Pd)： 75 mW。這是LED封裝件能夠以熱量形式耗散的最大功率。
• 峰值順向電流 (I_F(PEAK)): 80 mA。此為最大瞬時順向電流，僅允許在脈衝條件下使用，其工作週期為1/10，脈衝寬度為0.1ms。
• DC Forward Current (I_F): 30 mA。這是確保長期可靠運作的最大連續順向電流。
• Reverse Voltage (V_R): 5 V。施加超過此值的反向電壓可能導致接面崩潰。
• Operating & Storage Temperature Range: -55°C 至 +85°C。
• 紅外線焊接條件： 可承受 260°C 峰值溫度達 10 秒，此為典型無鉛 (Pb-free) 焊料迴流焊溫度曲線。

2.2 電氣與光學特性

這些是在標準測試條件下測得的典型性能參數。

• Luminous Intensity (I_V): 28.0 to 112.0 mcd (millicandela) at a forward current (I_F在20mA電流下。強度是使用近似於明視覺（CIE）人眼反應曲線的感測器與濾光片組合進行測量的。
• 視角（2θ_1/2): 130度。此為發光強度降至中心軸（0°）測量值一半時的全角。如此寬廣的視角適用於需要廣泛、漫射照明而非聚焦光束的應用。
• 峰值發射波長 (λ_P): 632.0 nm (奈米)。此為光譜功率輸出最高的波長。
• 主波長 (λ_d): 617.0 至 631.0 nm (於 I_F=20mA 條件下)。此數值源自 CIE 色度圖，代表最能描述光線感知顏色的單一波長。該範圍表示個別元件之間可能存在差異。
• 譜線半寬度 (Δλ): 20 nm。這表示光譜頻寬，以發射峰值之半高全寬 (FWHM) 量測。
• 順向電壓 (V_F): 1.7 至 2.5 V，於 I_F=20mA。這是LED工作時的壓降。此範圍考量了半導體材料在正常製造過程中的公差。
• 反向電流 (I_R): 在反向電壓 (V_R) 為5V時，最大為10 μA（微安培）。

3. 分檔系統說明

為確保終端產品的亮度一致性，LED在製造後通常會依性能進行分級。

3.1 發光強度分級代碼

對於紅色款 LTST-C190KEKT，其發光強度在 20mA 電流下測量，並依以下等級分類：

• 等級代碼 N： 最小值 28.0 mcd，最大值 45.0 mcd。
• Bin Code P: 最小值 45.0 mcd，最大值 71.0 mcd。
• Bin Code Q: 最小值71.0 mcd，最大值112.0 mcd。

每個亮度分級的上下限容差為+/-15%。此分級方式讓設計師能為其應用選擇具備保證最低亮度的LED，這對於在多LED陣列中實現均勻外觀至關重要。

4. Performance Curve Analysis

雖然資料手冊中引用了特定的圖形曲線（例如在第5/11頁），但此處將分析其典型含義。

4.1 Forward Current vs. Forward Voltage (I-V Curve)

LED的I-V特性是非線性的。對於此處使用的AlInGaP材料，在20mA下，典型的順向電壓範圍為1.7V至2.5V。曲線顯示，電壓超過導通閾值後的微小增加會導致電流快速上升。因此，必須使用限流源而非恆壓源來驅動LED，以防止熱失控和損壞。

4.2 發光強度 vs. 順向電流

在大部分工作範圍內，光輸出（發光強度）大致與順向電流成正比。然而，在極高電流下，由於晶片內部產熱增加，效率可能會下降。在建議的20mA測試條件或更低電流下操作，可確保最佳性能與使用壽命。

4.3 光譜分佈

發射光譜中心波長約為632 nm（峰值），半高寬約為20 nm。這定義了一種相對純正的紅色。主波長（617-631 nm）決定了感知的色調。此範圍內的波動屬正常現象，並通過製造過程進行管控。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸與極性辨識

該LED採用標準SMD封裝。透鏡顏色為水透明，而光源由AlInGaP晶片發出紅光。除非另有說明，所有尺寸均以毫米為單位，標準公差為±0.1毫米。封裝包含用於安裝時正確定向（極性）的特徵，通常以本體上的標記或不對稱形狀表示。正確的極性對於元件正常運作至關重要。

5.2 建議的PCB焊接墊佈局

提供建議的PCB焊墊圖案（封裝），以確保在迴焊過程中及之後能形成正確的焊點、保持機械穩定性並進行熱管理。遵循此設計對於實現可靠的焊接連接，以及透過PCB走線管理LED接面散熱至關重要。

6. 焊接與組裝指南

6.1 迴流焊接參數

本元件相容於紅外線迴流焊接製程，此為無鉛組裝之關鍵。提供符合JEDEC標準的建議溫度曲線。關鍵參數包括：

• 預熱： 150°C 至 200°C。
• 預熱時間： 最長 120 秒。
• 峰值溫度： 最高 260°C。
• 液相線以上時間（於峰值時）： 最多10秒。此設備最多可承受此溫度曲線兩次。

需強調的是，最佳溫度曲線取決於具體的PCB設計、元件、焊錫膏及回焊爐。建議針對特定應用進行特性分析。

6.2 手工焊接（烙鐵）

若必須進行手工焊接，務必極度謹慎：

• 烙鐵溫度： 最高300°C。
• 焊接時間： 每個焊點最多3秒。
• 頻率： 此操作僅應執行一次，以避免熱應力。

6.3 儲存條件

適當的儲存對於維持可焊性與元件完整性至關重要。

• 密封包裝（防潮袋）： 儲存於≤30°C且相對濕度≤90%的環境中。若存放於原裝含乾燥劑的防潮袋內，保存期限為一年。
• 已開封包裝： 環境條件不應超過30°C或60%相對濕度。從原始包裝中取出的元件應在一週內進行紅外迴焊（對應濕度敏感等級3，MSL 3）。若需在原始包裝袋外長時間存放，請使用帶乾燥劑的密封容器或氮氣乾燥櫃。開封存放超過一週的元件，在焊接前需以約60°C烘烤至少20小時，以去除吸收的濕氣，防止迴焊過程中發生「爆米花」現象。

6.4 清潔

若需在焊接後進行清潔，僅應使用指定溶劑。將LED在常溫下浸入乙醇或異丙醇少於一分鐘是可接受的。使用未指定的化學品可能會損壞塑料封裝或透鏡。

7. 應用建議與設計考量

7.1 驅動電路設計

LED是一種電流驅動元件。為確保亮度一致，特別是在多個LED並聯使用時，每個LED都應串聯獨立的限流電阻。電阻值（R）可根據歐姆定律計算：R = (V_supply - V_F) / I_F，其中 V_F 是 LED 在所需電流 I 下的正向電壓_F。由於個別 LED 的 V 存在差異，不建議為多個並聯的 LED 使用共用電阻_F，這可能導致電流及亮度的顯著差異。

7.2 熱管理

雖然功耗相對較低（最高75mW），但適當的熱設計能延長LED壽命並維持穩定的光輸出。確保使用建議的PCB焊盤佈局有助於將熱量從LED接面導出。以低於最大額定值30mA DC的電流驅動LED，將可降低接面溫度並提升長期可靠性。

7.3 靜電放電（ESD）預防措施

LED對靜電放電和電壓突波非常敏感。為防止潛在或災難性損壞，必須採取操作預防措施。建議在操作元件時使用接地腕帶或防靜電手套。所有設備，包括工作站和焊接烙鐵，都必須妥善接地。

8. 封裝與訂購資訊

8.1 捲帶與捲盤規格

LTST-C190KEKT 標準包裝為 8mm 寬壓紋載帶，捲繞於 7英吋 (178mm) 直徑的捲盤上。此包裝符合 ANSI/EIA-481 自動化操作規範。

• 每捲盤數量： 4000件。
• 餘數的最低訂購量 (MOQ)： 500件。
• Pocket Coverage： 捲帶上的空元件口袋會用頂部蓋帶密封。
• 缺件： 一捲捲帶上允許連續缺失燈珠的最大數量為兩顆。

詳細的帶槽與捲盤尺寸圖紙提供於資料表中，供機器設定與相容性驗證使用。

9. Technical Comparison and Differentiation

LTST-C190KEKT 採用 AlInGaP（磷化鋁銦鎵）半導體材料。與傳統技術如標準 GaAsP（磷化砷化鎵）紅光 LED 相比，AlInGaP 提供顯著更高的發光效率，能在相同驅動電流下產生更明亮的輸出。它通常還能提供更佳的光輸出與波長溫度穩定性。其 130 度寬視角是一項設計選擇，使其有別於光束較窄的 LED，非常適合需要從多角度可見的區域照明與狀態指示器。

10. 常見問題（基於技術參數）

10.1 峰值波長與主波長有何不同？

峰值波長 (λ_P): LED發出最大光功率的特定波長。這是從光譜中測得的物理量。
主波長 (λ_d): 從CIE色度圖計算得出的數值，對應人眼感知的光線顏色。對於像紅光LED這樣的單色光源，它們通常很接近，但λ_d 是用於顏色規格和分檔的參數。

10.2 即使我以LED的典型正向電壓供電，為什麼仍然需要限流電阻？

正向電壓 (V_F) 具有一個容差範圍 (1.7V 至 2.5V)。如果你施加一個恆定的 2.0V，一個具有較低 V_F 值 (1.7V) 的 LED 可能會汲取過量電流，而一個具有較高 V_F 值 (2.5V) 的 LED 可能完全不會亮起。更關鍵的是，V_F 隨著溫度升高而降低。恆定電壓源可能導致熱失控：當LED升溫時，V_F 下降，電流增加，產生更多熱量，進一步降低V_F，直至失效。串聯電阻（或更好的恆定電流驅動器）提供負回饋，穩定工作點。

10.3 我能否直接用3.3V或5V邏輯訊號驅動此LED？

否。將其直接連接到3.3V或5V數位輸出引腳，會使該電壓施加於LED兩端。在典型的V_F 約為2.0V的情況下，多餘的電壓將導致極高的電流流過，僅受限於晶片和輸出引腳的微小內阻，很可能立即損壞LED。當使用電壓源驅動LED時，必須始終串聯一個限流電阻。

11. 實際應用範例

情境：為網路路由器設計一個多LED狀態指示燈面板。
該面板需要5個紅色狀態LED，用以指示電源、網路連線、Wi-Fi活動等狀態。系統使用3.3V電源軌。
設計步驟：
1. 選擇工作電流： 選擇 I_F = 20mA，此為標準測試條件，可在安全工作區域內提供良好的亮度。
2. 計算電阻值： 使用最大 V_F 來自數據手冊（2.5V）以進行保守設計，確保即使使用高 V_F 元件時所有 LED 都能點亮。R = (3.3V - 2.5V) / 0.020A = 40 歐姆。最接近的標準值為 39 歐姆或 43 歐姆。
3. 檢查電阻器功率： P_R = I_F² * R = (0.02)² * 39 = 0.0156W。標準的1/10W (0.1W) 電阻已綽綽有餘。
4. 電路佈局： 實作五個相同的電路，每個電路由一個LED和一個39歐姆電阻串聯組成，全部連接在3.3V電源軌和設定為輸出的個別微控制器GPIO引腳之間。將引腳驅動為低電位（0V）將使電路導通並點亮LED。
5. PCB 設計： 使用資料手冊中推薦的焊墊圖形。確保導線寬度足以承載20mA電流。

12. 運作原理介紹

發光二極體（LED）是一種透過稱為電致發光的過程發光的半導體元件。當在半導體材料（此處為AlInGaP）的p-n接面施加正向電壓時，來自n型區域的電子和來自p型區域的電洞會被注入接面區域。當一個電子與一個電洞復合時，它會從導電帶中的較高能階降至價電帶中的較低能階。其能量差以光子（光粒子）的形式釋放。發射光的波長（顏色）由半導體材料的能隙能量決定，這是此處使用的AlInGaP化合物的基本特性，從而產生紅光發射。

13. 技術趨勢

光電產業持續演進，數個關鍵趨勢正影響著如LTST-C190KEKT這類SMD LED。業界持續追求更高的發光效率（每瓦電能輸入產生更多光輸出），以提升能源效率。微型化仍是關鍵，推動更小的封裝尺寸，同時維持或提升光學性能。增強可靠性以及在各種環境條件下延長操作壽命，也是主要的發展目標。此外，更嚴格的顏色與亮度分檔容差正成為標準，以滿足對色彩一致性要求極高的高品質顯示與照明應用需求。