SMD LED LTST-C150TBKT-5A 規格書 - 藍光 InGaN - 5mA - 45mcd - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件提供一款表面黏著元件 (SMD) 發光二極體 (LED) 的技術規格。此元件採用氮化銦鎵 (InGaN) 半導體晶片來產生藍光。其設計適用於自動化組裝製程，並以載帶捲盤包裝，適合大量生產。

此元件的核心優勢包括其與紅外線迴流焊接製程的相容性、適用於自動貼裝設備，以及符合 RoHS 規範的綠色產品分類。其主要目標市場包括消費性電子產品、指示燈、背光應用，以及需要緊湊、可靠藍光源的通用照明領域。

2. 深入技術參數分析

2.1 絕對最大額定值

為避免永久性損壞，不得在超出這些限制的條件下操作此元件。

• 功率消耗：76 mW。這是在特定條件下，LED 封裝能夠以熱能形式散發的最大功率。
• 峰值順向電流：100 mA。這是最大瞬時電流，僅允許在脈衝條件下使用（1/10 工作週期，0.1ms 脈衝寬度）。
• 直流順向電流：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。這是 LED 設計用於正常運作的環境溫度範圍。
• 儲存溫度範圍：-30°C 至 +100°C。這是元件非運作狀態下的儲存溫度範圍。
• 紅外線焊接條件：260°C 持續 10 秒。這是元件在迴流焊接過程中能夠承受的最高熱曲線。

2.2 電氣與光學特性

這些參數是在環境溫度 (Ta) 25°C 下量測，定義了典型性能。

• 發光強度 (I_V)：在順向電流 (I_F) 為 5mA 時，11.2 - 45.0 mcd（最小值 - 最大值）。此參數量測光輸出的感知亮度。
• 視角 (2θ_1/2)：130 度（典型值）。這是發光強度降至其峰值一半時的全角，表示具有寬廣的視角模式。
• 峰值發射波長 (λ_P)：468 nm（典型值）。這是光譜功率分佈達到最大值時的波長。
• 主波長 (λ_d)：在 I_F=5mA 時，465.0 - 475.0 nm。這是最能代表光線感知顏色的單一波長。
• 光譜線半寬度 (Δλ)：25 nm（典型值）。這是光譜純度的量度；數值越小表示光源越接近單色光。
• 順向電壓 (V_F)：在 I_F=5mA 時，2.65 - 3.05 V（最小值 - 最大值）。這是 LED 導通電流時兩端的電壓降。
• 逆向電流 (I_R)：在逆向電壓 (V_R) 為 5V 時，10 μA（最大值）。這是 LED 處於逆向偏壓時的小量漏電流。此元件並非設計用於逆向操作。

3. 分級系統說明

為確保生產一致性，LED 會根據關鍵參數進行分級。這讓設計師能為其應用選擇符合特定公差要求的元件。

3.1 順向電壓分級

元件根據其在 5mA 時的順向電壓分為四個等級 (1-4)，每個等級的範圍為 0.1V。每個等級的公差為 ±0.1V。

• 等級 1：2.65V - 2.75V
• 等級 2：2.75V - 2.85V
• 等級 3：2.85V - 2.95V
• 等級 4：2.95V - 3.05V

3.2 發光強度分級

元件根據其在 5mA 時的發光強度分為六個等級 (L1, L2, M1, M2, N1, N2)。每個等級的公差為 ±15%。

• L1：11.2 - 14.0 mcd
• L2：14.0 - 18.0 mcd
• M1：18.0 - 22.4 mcd
• M2：22.4 - 28.0 mcd
• N1：28.0 - 35.5 mcd
• N2：35.5 - 45.0 mcd

3.3 主波長分級

元件根據其在 5mA 時的主波長分為兩個等級 (AC, AD)。每個等級的公差為 ±1 nm。

• AC：465.0 - 470.0 nm
• AD：470.0 - 475.0 nm

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），但其典型解讀對於設計至關重要。

4.1 電流對電壓 (I-V) 特性

順向電壓 (V_F) 與順向電流 (I_F) 呈現對數關係。它是非線性的，具有一個臨界電壓（藍光 InGaN 約為 2.6-2.8V），低於此電壓時幾乎沒有電流流動。超過此臨界值後，電壓的微小增加會導致電流大幅增加。因此，LED 通常使用恆流源驅動，而非恆壓源，以確保穩定的光輸出並防止熱失控。

4.2 發光強度對電流 (L-I) 特性

在相當大的範圍內，光輸出（發光強度）通常與順向電流成正比。然而，效率（每瓦流明）可能會在某個電流值達到峰值，然後在更高電流時因熱量產生增加以及半導體內其他非輻射復合過程而下降。

4.3 溫度依存性

LED 性能對溫度敏感。通常，隨著接面溫度升高：

• 順向電壓 (V_F)：降低。這對恆壓驅動電路有影響。
• 發光強度/光通量：降低。較高的溫度會降低內部量子效率。
• 主波長：可能會輕微偏移，通常朝向較長波長（紅移），這在精密應用中可能影響顏色感知。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

此元件符合 EIA 標準封裝外形。所有尺寸均以毫米為單位提供，除非另有說明，一般公差為 ±0.10 mm。封裝採用透明透鏡，這對於藍光 InGaN 晶片是最佳的，因為它不會改變顏色輸出（與擴散或有色透鏡不同）。

5.2 極性識別

極性是 LED 安裝的關鍵面向。規格書中包含顯示元件上陰極和陽極標記的圖示。通常，陰極以綠色標記、凹口或較短的引腳/接片表示。極性錯誤將導致 LED 無法發光，並且施加顯著的逆向電壓可能損壞元件。

5.3 建議焊接墊佈局

提供了印刷電路板 (PCB) 的建議焊墊圖案（佔位面積）。遵循這些尺寸可確保在迴流過程中及之後形成正確的焊點、對齊和機械穩定性。焊墊設計也會影響從 LED 接面散熱的熱路徑。

6. 焊接與組裝指南

6.1 迴流焊溫度曲線

提供了適用於無鉛焊接製程的建議紅外線 (IR) 迴流溫度曲線。關鍵參數包括：

• 預熱：150-200°C，最長 120 秒，以逐漸加熱電路板並活化助焊劑。
• 峰值溫度：最高 260°C。
• 液相線以上時間：焊點在焊膏熔點以上停留的時間對於正確的潤濕至關重要。規格書第 3 頁的曲線圖提供了符合 JEDEC 標準的視覺參考。
• 冷卻速率：建議進行受控冷卻，以最小化對元件和電路板的熱應力。

6.2 手工焊接

若必須進行手工焊接，則必須極度小心：

• 烙鐵溫度：最高 300°C。
• 焊接時間：每個焊點最長 3 秒。
• 限制：手工焊接應僅執行一次，以避免對塑膠封裝和半導體晶粒造成熱損傷。

6.3 清潔

若焊接後需要清潔，應僅使用指定的溶劑。建議將 LED 在常溫下浸入乙醇或異丙醇中少於一分鐘。使用未指定的化學品可能會損壞塑膠封裝材料或透鏡。

6.4 儲存與操作

• 靜電放電 (ESD) 預防措施：LED 對靜電放電 (ESD) 敏感。必須使用腕帶、防靜電手套並在正確接地的設備上進行操作。
• 濕度敏感性：此封裝對濕度敏感。一旦打開原始密封的防潮袋（內含乾燥劑），若儲存在 ≤30°C 且 ≤60% RH 的環境下，元件應在一週內使用。若需在原始袋外儲存更長時間，則需要儲存在帶有乾燥劑的密封容器中或氮氣環境中。在原始包裝外儲存超過一週的元件，在焊接前應進行烘烤（例如，在 60°C 下烘烤 20 小時），以去除吸收的水分並防止在迴流過程中發生 "爆米花效應"。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 載帶與捲盤規格

此元件以業界標準包裝供應，適用於自動化組裝：

• 捲盤尺寸：直徑 7 英吋。
• 每捲數量：3000 個。
• 最小訂購量：剩餘數量為 500 個。
• 載帶規格：符合 ANSI/EIA 481-1-A-1994 標準。空的元件凹槽以頂部蓋帶密封。
• 缺件：載帶中連續缺件（"缺燈"）的最大數量為兩個。

8. 應用備註與設計考量

8.1 典型應用場景

• 狀態指示燈：消費性電子產品、家電和工業設備上的電源、連線或運作狀態燈。
• 背光：用於小型 LCD 顯示器、鍵盤或裝飾面板。
• 裝飾照明：用於標誌、重點照明或消費性電子裝置。
• 感測器系統：作為光學感測器或遮斷器的光源。

重要注意事項：規格書中指明，這些 LED 適用於普通電子設備。對於需要極高可靠性的應用，特別是故障可能危及生命或健康的應用（例如航空、醫療設備、安全系統），需要事先諮詢並獲得批准。

8.2 電路設計考量

• 限流：務必使用串聯限流電阻或專用的恆流 LED 驅動器 IC。其數值使用歐姆定律計算：R = (V_電源- V_F) / I_F。使用規格書中的最大 V_F值，以確保即使在元件間存在差異時，電流也不會超過限制。
• 功率消耗：確保計算出的功率 (P = V_F* I_F) 不超過 76 mW 的絕對最大額定值，需考慮最壞情況的 V_F和環境溫度。
• 逆向電壓保護：如果存在施加逆向電壓的可能性（例如在交流電路或帶有感應性負載的電路中），應在 LED 兩端並聯一個保護二極體（陰極對陽極）以箝制逆向電壓。
• 熱管理：對於在高電流或高環境溫度下運作的設計，請確保 PCB 提供足夠的散熱措施。連接到接地/電源層的銅焊墊有助於散熱。

9. 技術簡介與工作原理

此 LED 基於氮化銦鎵 (InGaN) 半導體晶片。InGaN 是一種直接能隙半導體材料，其能隙能量可以通過改變銦與鎵的比例來調整。對於藍光 LED，使用特定的組成比例，使其能隙對應於藍光波長範圍（約 465-475 nm）的光子發射。

當施加順向電壓時，電子和電洞被注入半導體的主動區域。它們進行輻射復合，以光子（光）的形式釋放能量。透明環氧樹脂封裝充當透鏡，塑造光輸出，並為精密的半導體晶片和接合線提供環境保護。

10. 常見問題 (FAQ)

10.1 峰值波長與主波長有何不同？

峰值波長 (λ_P)：光譜功率輸出最高的單一波長。這是一種物理量測。
主波長 (λ_d)：最能匹配人眼反應（CIE 色度圖）所定義的光線感知顏色的單一波長。對於像藍光 LED 這樣的單色光源，兩者通常非常接近，但主波長對於顏色感知更為相關。

10.2 我可以持續以 20mA 驅動此 LED 嗎？

可以，20mA 是建議的最大直流順向電流。然而，為了獲得最長壽命和最高效率，以較低的電流（例如測試時使用的 5mA）驅動通常對於指示燈應用已足夠，並且產生的熱量較少。

10.3 為何需要分級系統？

製造過程的變異會導致各個 LED 之間的 V_F、強度和波長略有不同。分級將它們分類到參數嚴格控制的組別中。這讓設計師能夠選擇確保其產品中所有單元具有一致亮度和顏色的等級，這對於多 LED 陣列或具有嚴格顏色要求的應用至關重要。

10.4 如何解讀視角？

130 度的視角 (2θ_1/2) 意味著從中心軸到亮度降至軸上值 50% 的角度為 65 度。因此，在半功率下的光束總角寬度為 130 度。這表示具有非常寬廣、擴散的光型，適合廣域照明或需要從多個角度觀看的指示燈。