LTSA-G6SPVAKTU 貼片LED規格書 - 琥珀色AlInGaP - 140mA - 2.65V - 530mW - 中文技術文件

1. 產品概述

本文件提供一款專為高可靠性應用設計的表面黏著元件（SMD）LED的完整技術規格。該元件採用鋁銦鎵磷（AlInGaP）半導體材料產生琥珀色光，並封裝於水晶透明透鏡中。其設計旨在滿足現代電子組裝製程與嚴苛運行環境的嚴格要求。

1.1 核心優勢與目標市場

此款LED的主要設計優勢包括其與自動化貼片設備和標準紅外線（IR）迴流焊接製程的相容性，這對大量生產至關重要。其封裝符合EIA標準尺寸，確保了互換性並易於整合至現有PCB佈局中。其通過AEC-Q101標準（D版）的關鍵認證，突顯了其適用於汽車電子領域，特別是針對車輛內部的非關鍵配件應用。該元件亦符合《有害物質限用》（RoHS）指令。

2. 深入技術參數分析

LED的性能是在特定的電氣、光學和熱條件下定義的，通常在環境溫度（Ta）為25°C時測量。

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能導致元件永久性損壞的極限。在此等條件下運行無法獲得保證。關鍵極限包括最大功耗530mW、峰值順向電流400mA（在責任週期1/10、脈衝寬度0.1ms的脈衝條件下）以及5mA至200mA的連續直流順向電流範圍。元件的工作與儲存溫度範圍為-40°C至+110°C。根據人體模型（HBM，符合ANSI/ESDA/JEDEC JS-001 Class 2），其可承受高達2kV的靜電放電（ESD）。該封裝可承受峰值溫度為260°C、最長10秒的紅外迴流焊接，這符合無鉛（Pb-free）組裝製程標準。

2.2 熱特性

熱管理對於LED的性能和壽命至關重要。當安裝在標準1.6mm厚、帶有16mm²銅焊墊的FR4 PCB上時，從半導體結到環境空氣的熱阻（RθJA）典型值為50°C/W。從結到焊點的熱阻（RθJS）典型值為30°C/W，為熱量散發到電路板提供了更直接的路徑。最大允許結溫（Tj）為125°C。超過此溫度將加速光輸出衰減，並可能導致災難性故障。

2.3 電氣與光學特性

這些是在標準測試條件（IF = 140mA， Ta=25°C）下測得的典型性能參數。發光強度（Iv）範圍從最小7.1坎德拉（cd）到最大11.2 cd。光的空間分佈特點是具有120度的寬視角（2θ½），這意味著在中心軸±60度處，發光強度為其峰值的一半。光發射峰值波長（λP）約為625奈米（nm）。決定感知顏色的主波長（λd）規定在612 nm至624 nm之間。表示顏色純度的頻譜頻寬（Δλ）典型值為18 nm。在140mA下驅動LED所需的正向電壓（VF）範圍為1.90V至2.65V。當施加12V反向偏壓時，反向漏電流（IR）典型值為10 μA，儘管該元件並非設計用於反向偏壓工作。

3. 分檔系統說明

為確保應用中的一致性，LED在製造後根據關鍵參數被分類到不同的性能檔位。印在產品標籤上的分檔代碼格式為：Vf檔位 / Iv檔位 / Wd檔位（例如：F/EA/3）。

3.1 正向電壓（Vf）分檔

根據LED在140mA下的正向壓降，將其分為五個電壓檔位（C至G）。C檔：1.90V至2.05V，D檔：2.05V至2.20V，E檔：2.20V至2.35V，F檔：2.35V至2.50V，G檔：2.50V至2.65V。每個檔位的容差為±0.1V。這使得設計人員可以為電流調節電路選擇具有一致電壓要求的LED。

3.2 發光強度（Iv）分檔

光輸出分為兩個強度檔位。EA檔的強度範圍為7.1 cd至9.0 cd（相當於20.0至25.2流明），而EB檔的範圍為9.0 cd至11.2 cd（25.2至31.3流明）。每個強度檔位的容差為±11%。這種分檔確保了在需要多個LED的應用中亮度均勻。

3.3 主波長（Wd）分檔

顏色（主波長）分為三個檔位以保持顏色一致性。2檔：612 nm至616 nm，3檔：616 nm至620 nm，4檔：620 nm至624 nm。每個波長檔位的容差為±1 nm。這對於需要精確顏色匹配的應用（如指示燈組或背光）至關重要。

4. 性能曲線分析

圖形數據提供了在不同條件下元件行為的更深入洞察。

4.1 相對發光強度 vs. 正向電流

特性曲線顯示了正向電流（IF）與相對發光強度之間的關係。光輸出隨電流增加而增加，但呈非線性關係。在遠高於推薦電流（例如200mA）下工作，可能帶來光輸出收益遞減，同時急劇增加發熱並加速性能衰減。該曲線強調了通過恆流源或限流電阻進行適當電流驅動的重要性。

4.2 正向電壓 vs. 正向電流

這條IV曲線說明了二極體的電壓與電流之間的指數關係。電流開始快速增加的「拐點」電壓是AlInGaP材料系統的特徵。該曲線對於設計驅動電路至關重要，確保電源有足夠的電壓裕量，以在指定的VF範圍和溫度變化下實現所需的工作電流。

4.3 空間分佈（輻射模式）

極座標圖描繪了空間輻射模式，確認了120度視角。該模式通常是朗伯型或接近朗伯型，意味著強度與視角的餘弦成正比。這種寬廣、均勻的分佈非常適合需要大面積照明或寬視角可見性的應用，例如狀態指示燈。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸與極性

該LED符合標準SMD封裝尺寸。詳細的機械圖紙規定了長度、寬度、高度、引腳間距和總體公差（通常為±0.2mm）。必須注意，陽極引線框架也充當器件的主要散熱器。正確的PCB焊墊設計必須連接到這個陽極焊盤，以促進有效的散熱。陰極通常通過視覺標記（如封裝上的凹口或綠色標記）來識別。

5.2 推薦的PCB貼裝焊盤佈局

圖示顯示了用於紅外迴流焊接的印刷電路板上最優的銅焊盤設計。此佈局確保了可靠的焊點形成、從LED散熱器（陽極）到PCB的適當熱傳遞，並最大限度地降低了立碑（迴流過程中一端翹起）的風險。焊盤的尺寸和形狀設計為與引線框架匹配，以實現最大的可焊性和機械強度。

6. 焊接、組裝與操作指南

6.1 紅外迴流焊接曲線

詳細的溫度-時間圖根據J-STD-020標準規定了無鉛焊膏的推薦迴流曲線。關鍵參數包括預熱溫升速率、浸潤時間和溫度、液相線以上時間（TAL）、峰值溫度（不超過260°C）和冷卻速率。遵守此曲線對於防止熱衝擊、分層或焊點缺陷至關重要，同時確保對濕氣敏感的器件（MSL 2級）得到正確處理。

6.2 儲存與濕氣敏感性

根據JEDEC J-STD-020標準，該LED被歸類為濕氣敏感等級（MSL）2級。在帶有乾燥劑的密封防潮袋中，當儲存在≤30°C和≤70% RH條件下時，其保質期為一年。一旦打開袋子，必須在規定的車間壽命內（對於MSL2，在≤30°C/60% RH條件下通常為168小時）使用元件，或者在回流焊接前重新烘烤（例如，60°C下48小時），以防止因焊接過程中吸收的濕氣蒸發而造成的「爆米花」損壞。

6.3 清洗

若需進行焊後清洗，僅能使用指定溶劑。將LED在室溫下浸入乙醇或異丙醇不超過一分鐘是可接受的。使用刺激性或未指定的化學品可能會損壞環氧樹脂透鏡或封裝標記。

7. 包裝與訂購規格

7.1 編帶包裝

為便於自動化組裝，LED以壓紋載帶形式提供，並用蓋帶密封。載帶尺寸、口袋尺寸和進料方向均按照EIA-481標準規定。元件捲繞在標準的7英吋（178mm）直徑捲盤上。一整盤包含1000片。部分捲盤（剩餘部分）的最小訂購量為500片。包裝規格還規定了允許的最大連續空口袋數量（兩個）。

7.2 捲盤尺寸

機械圖紙詳細說明了捲盤的軸心直徑、法蘭直徑、總寬度和鍵控特徵，以確保與標準SMT供料器設備的相容性。

8. 應用指南與設計考量

8.1 目標應用場景

主要應用領域是汽車電子，特別是配件功能。這包括內飾照明、非關鍵指示燈的儀表板背光、中控台照明以及車輛內其他非安全關鍵的信號應用。其AEC-Q101認證為汽車環境中典型的溫度、濕度和運行應力提供了保證。

8.2 設計考量

• 電流驅動：務必使用恆流驅動器或串聯限流電阻。根據電源電壓（Vcc）、LED的最大正向電壓（來自分檔的VF max）和所需工作電流（IF）計算電阻值。使用公式：R = (Vcc - VF) / IF。確保電阻的額定功率足夠（P = (Vcc - VF) * IF）。
• 熱管理：陽極為散熱焊盤。設計PCB時，應提供足夠的銅箔連接至該焊盤作為散熱器。對於大電流或高環境溫度運行，連接至內層或底層的散熱過孔可以顯著改善散熱並維持較低的接面溫度。
• ESD保護：儘管額定值為2kV HBM，但建議在敏感輸入線上實施ESD保護二極體，或在組裝區域採用防靜電操作規範，以增強可靠性。
• 光學設計：120度視角提供了寬廣的覆蓋範圍。對於聚焦光，可能需要外部二次光學器件（透鏡）。水晶透明透鏡適用於需要真實琥珀色晶片顏色的應用。

9. 技術對比與差異化

與標準直插式LED相比，這款SMD元件具有顯著優勢：佔用空間小得多，外形更低矮適合輕薄設計，更適合自動化組裝，並且透過PCB實現更好的熱性能。在SMD琥珀色LED細分市場中，其主要差異化特點是其明確的汽車級AEC-Q101認證、120度寬視角以及用於顏色和強度一致性的詳細分檔系統。與用於琥珀色的GaAsP等舊技術相比，AlInGaP技術的使用通常提供更高的效率和更好的溫度穩定性。

10. 常見問題解答（FAQ）

10.1 峰值波長和主波長有什麼區別？

峰值波長（λP）是光譜功率分佈達到最大值時的單一波長。主波長（λd）源自CIE色度圖，代表與LED感知顏色相匹配的純單色光的單一波長。λd在應用中對顏色規格更為相關。

10.2 我可以用3.3V電源不加電阻驅動這個LED嗎？

不可以。正向電壓最高可達2.65V。將其直接連接到3.3V電源，電流將僅受二極體動態電阻和電源內阻限制，很可能超過絕對最大額定電流並立即損壞LED。始終需要限流電阻或穩壓器。

10.3 這款LED適用於煞車燈或方向燈等安全關鍵應用嗎？

規格書明確指出其適用於「配件應用」，並建議對於故障可能危及安全的應用諮詢製造商。對於外部信號等安全關鍵功能，應選擇具有更嚴格認證（例如，用於分立LED的AEC-Q102）且可能具有不同可靠性等級的元件。

10.4 如何解讀標籤上的分檔代碼 F/EA/3？

這表示一個特定的性能子集：F = 順向電壓在2.35V至2.50V之間。EA = 發光強度在7.1 cd至9.0 cd之間。3 = 主波長在616 nm至620 nm之間。這允許在單一生產批次或專案內精確匹配LED。

11. 實際設計與使用範例

場景：為汽車資訊娛樂控制旋鈕設計一個狀態指示燈。該指示燈必須具有寬視角可見性，從車輛的12V系統（本地穩壓至5V）工作，並保持一致的色彩和亮度。

實施方案：

1. 選型：選擇分檔為F/EB/3的LED以獲得更高亮度（EB）和一致的橙琥珀色（3檔）。電壓檔位（F）用於驅動器設計參考。
2. 原理圖：使用5V電源軌。計算串聯電阻：R = (5V - 2.5V_max) / 0.14A ≈ 17.9Ω。選擇一個標準18Ω電阻，額定功率至少為(5V-2.5V)*0.14A = 0.35W；建議使用0.5W電阻。
3. PCB佈局：根據推薦的焊盤佈局設計封裝。將陽極焊盤連接到頂層的大面積銅箔，並通過多個散熱過孔連接到內部接地層以散熱。將限流電阻放置在靠近LED的位置。
4. 組裝：遵循指定的紅外迴流焊接曲線。確保在打開防潮袋後，捲盤在其車間壽命內使用。
5. 結果：一個適用於汽車座艙環境的可靠、亮度一致、寬視角的琥珀色指示燈。

12. 技術原理介紹

這款LED基於生長在襯底上的鋁銦鎵磷（AlInGaP）半導體材料。當施加正向電壓時，電子和電洞被注入到有源區，在那裡它們復合併以光子的形式釋放能量。晶格中鋁、銦和鎵的特定比例決定了帶隙能量，這直接對應於發射光的波長（顏色）——在本例中為琥珀色（約615nm）。水晶透明環氧樹脂封裝保護半導體晶片，充當透鏡以塑造光輸出，並且可能包含螢光粉或染料（儘管對於純琥珀色AlInGaP LED，它通常是透明的）。陽極和陰極引線提供電氣連接和機械固定，陽極框架設計用於有效地將有源結的熱量傳導出去。

13. 產業趨勢與發展

用於汽車和工業應用的SMD LED總體趨勢正朝著更高效率（每瓦更多流明）、更高功率密度、在更嚴苛的溫度和濕度條件下提升可靠性，以及透過更嚴格的分檔增強顏色一致性的方向發展。同時，在維持或改善熱性能的同時，也朝著小型化方向發展。先進材料和封裝技術（如覆晶設計和陶瓷基板）的採用不斷推動這些邊界。此外，對於複雜的照明系統，將驅動器和控制電路整合到「智能LED」模組中是一個新興趨勢。此處描述的元件代表了表面貼裝光電子更廣泛生態系統中的一個成熟、可靠的解決方案，為其目標應用平衡了性能、成本和可製造性。