SMD LED LTST-T680QSWT 規格書 - 擴散黃光 AlInGaP - 20mA - 130mW - 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）LED的技術規格。此元件專為自動化印刷電路板（PCB）組裝製程設計，其微型化外型適合空間受限的應用。該LED採用AlInGaP（磷化鋁銦鎵）半導體材料，以產生擴散黃光輸出。其主要功能是作為各種電子系統中的狀態指示燈、信號燈或前面板背光。

1.1 產品特點

• 符合RoHS（有害物質限制）指令。
• 包裝於8mm載帶並捲繞於7英吋直徑捲盤，適用於自動化取放設備。
• 標準化EIA（電子工業聯盟）封裝佔位面積。
• 輸入相容於標準積體電路（IC）邏輯位準。
• 設計相容於自動化元件置放系統。
• 可承受標準紅外線（IR）迴焊製程。
• 預處理以符合JEDEC（聯合電子元件工程委員會）濕度敏感等級3。

1.2 應用領域

此LED適用於廣泛的消費性、商業及工業電子設備。典型應用領域包括通訊裝置（例如無線/行動電話）、辦公室自動化設備（例如筆記型電腦、網路系統）、家用電器及一般工業控制面板。其特定角色為狀態指示器、信號或符號照明，以及前面板背光。

2. 技術參數：深入客觀解讀

以下章節詳細分析LED在標準測試條件（Ta=25°C）下的關鍵性能參數。

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損壞的應力極限。不保證在或接近這些極限下操作，為確保長期可靠性能應予以避免。

• 功率消耗（Pd）：130 mW。這是封裝能夠以熱能形式散發的最大功率。
• 峰值順向電流（I_F(峰值)）：100 mA。這是最大允許的瞬時順向電流，通常在脈衝條件下（1/10工作週期，0.1ms脈衝寬度）指定，以防止過熱。
• 連續順向電流（I_F）：50 mA。這是連續操作時建議的最大直流電流。
• 逆向電壓（V_R）：5 V。施加超過此值的逆向偏壓可能導致接面崩潰。
• 操作溫度範圍：-40°C 至 +85°C。元件設計可在此環境溫度範圍內運作。
• 儲存溫度範圍：-40°C 至 +100°C。非運作狀態下的儲存溫度範圍。

2.2 電氣-光學特性

這些參數定義元件在正常操作條件（I_F= 20mA，Ta=25°C）下的性能。

• 發光強度（I_V）：710 - 1400 mcd（毫燭光）。這是每單位立體角感知到的發光功率。寬範圍表示採用分級系統（見第3節）。測量遵循CIE明視覺響應曲線。
• 視角（2θ_1/2）：120°（典型值）。這是發光強度為光軸（0°）處強度一半時的全角。120°角度表示寬廣的擴散發光模式，適合大面積照明。
• 峰值發射波長（λ_P）：592 nm（典型值）。光譜輻射強度達到最大值時的波長。
• 主波長（λ_d）：584.5 - 594.5 nm。這是從CIE色度圖得出、最能代表光線感知顏色的單一波長。它是顏色規格的關鍵參數。
• 光譜線半寬度（Δλ）：15 nm（典型值）。發射光譜在其最大強度一半處的寬度。15nm是AlInGaP材料的特徵，表示相對純淨的黃色。
• 順向電壓（V_F）：2.1V（典型值），20mA時最大2.6V。當流過指定順向電流時，LED兩端的電壓降。
• 逆向電流（I_R）：10 μA（最大值），V_R=5V時。當元件在其最大額定值內被逆向偏壓時流過的小漏電流。

3. 分級系統說明

為確保量產一致性，LED會根據性能分級。這讓設計師能為其應用選擇符合特定電壓、亮度及顏色要求的元件。

3.1 順向電壓（V_f）等級

LED根據其在20mA時的順向電壓降進行分級。這對於設計限流電路及確保並聯陣列中的亮度均勻性至關重要。

• 等級 D2：1.8V - 2.0V
• 等級 D3：2.0V - 2.2V
• 等級 D4：2.2V - 2.4V
• 等級 D5：2.4V - 2.6V
• 每級公差：±0.1V

3.2 發光強度（I_V）等級

此分級確保特定產品型號的最低亮度水準。

• 等級 U2：710 mcd - 900 mcd
• 等級 V1：900 mcd - 1120 mcd
• 等級 V2：1120 mcd - 1400 mcd
• 每級公差：±11%

3.3 主波長（W_d）等級

此分級控制LED發出的精確黃色色調。

• 等級 H：584.5 nm - 587.0 nm
• 等級 J：587.0 nm - 589.5 nm
• 等級 K：589.5 nm - 592.0 nm
• 等級 L：592.0 nm - 594.5 nm
• 每級公差：±1 nm

4. 性能曲線分析

雖然規格書中引用了具體的圖形數據，但可以描述AlInGaP LED的典型性能趨勢。

4.1 電流 vs. 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。低於導通電壓（AlInGaP約為1.8V）時，電流極小。超過此閾值後，V_F隨I_F相對線性增加，斜率由二極體的動態電阻決定。在建議的20mA下操作可確保性能穩定在典型V_F range.

4.2 發光強度 vs. 順向電流

在正常操作範圍內，發光強度（I_V）大致與順向電流（I_F）成正比。然而，在極高電流下，由於接面溫度升高和其他非線性效應，效率可能會降低。將LED驅動在或低於指定的連續電流（50mA）對於維持額定輸出和壽命至關重要。

4.3 溫度特性

LED的性能與溫度相關。通常，順向電壓（V_F）具有負溫度係數，隨著接面溫度升高而降低。相反地，發光強度通常隨接面溫度升高而降低。應用中適當的熱管理（例如，足夠的PCB銅箔面積用於散熱）對於在指定的操作溫度範圍內保持一致的光學輸出和元件可靠性至關重要。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

LED封裝於標準表面黏著封裝中。所有關鍵尺寸均以毫米為單位提供，除非另有說明，一般公差為±0.2mm。封裝包含一個擴散透鏡，可產生寬廣的120°視角。

5.2 建議PCB焊墊佈局

提供適用於紅外線或氣相迴焊的焊墊圖案設計。遵循此建議的佔位面積可確保焊點形成良好、迴焊過程中的自對位效果以及可靠的機械附著。焊墊設計亦有助於LED封裝的散熱。

5.3 極性識別

表面黏著LED通常在封裝上有標記或形狀特徵（如凹口或斜角）來指示陰極（負極）端子。PCB上的正確極性方向是元件正常運作的必要條件。

6. 焊接與組裝指南

6.1 紅外線迴焊溫度曲線（無鉛製程）

規格書引用符合J-STD-020B的溫度曲線。典型的無鉛迴焊曲線包括：

• 預熱/升溫區：逐漸升溫至約150-200°C，以活化助焊劑並最小化熱衝擊。
• 恆溫區：通常在150-200°C之間的平臺，持續最多120秒，使PCB各處溫度均勻。
• 迴焊區：快速升溫至最高260°C的峰值。高於液相線（例如217°C）的時間應加以控制。
• 冷卻：受控的冷卻階段，使焊點固化。
• 注意：具體溫度曲線必須根據實際PCB組裝（考慮電路板厚度、元件密度和錫膏規格）進行優化。

6.2 儲存與處理

• 密封包裝：儲存於≤30°C且≤70% RH環境。若在帶有乾燥劑的防潮袋中，請在包裝日期後一年內使用。
• 已開封包裝：對於從乾燥包裝中取出的元件，建議的儲存環境為≤30°C且≤60% RH。元件應在暴露後168小時（1週）內進行紅外線迴焊。若暴露時間更長，建議在焊接前進行60°C、48小時的烘烤，以去除吸收的水分並防止迴焊過程中發生\"爆米花\"效應。

6.3 清潔

若需進行焊後清潔，請使用酒精類溶劑，如異丙醇（IPA）或乙醇。浸泡應在常溫下進行，且時間少於一分鐘。避免使用未指定的化學清潔劑，以免損壞LED透鏡或封裝材料。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 載帶與捲盤規格

元件以帶有保護蓋帶的凸版載帶供應，捲繞於7英吋（178mm）直徑的捲盤上。標準捲盤數量為每盤2000顆。包裝符合ANSI/EIA-481規範，以確保與自動化組裝設備相容。

8. 應用建議

8.1 典型應用電路

LED是電流驅動元件。連接至電壓源時，必須串聯一個限流電阻。電阻值（R_s）可使用歐姆定律計算：R_s= (V_電源- V_F) / I_F。當並聯驅動多個LED以獲得均勻亮度時，強烈建議為每個LED使用單獨的限流電阻，而不是為整個並聯陣列使用單一電阻。這可以補償各個LED之間順向電壓（V_F）的自然差異。

8.2 設計考量

• 熱管理：確保PCB佈局提供足夠的散熱措施，特別是在接近最大額定電流操作時。連接至LED散熱焊墊的銅箔鋪設有助於散熱。
• 靜電防護：雖然並非所有LED都明確說明，但在連接LED的信號線上實施基本的靜電防護，對於敏感環境是良好的設計實踐。
• 光學設計：擴散透鏡提供寬廣視角。如需定向光線，可能需要外部光學元件（反射器、導光管）。

9. 技術比較與差異化

這款基於AlInGaP的黃光LED具有特定優勢。與GaAsP（磷化鎵砷）等舊技術的黃光LED相比，AlInGaP提供顯著更高的發光效率，在相同驅動電流下產生更亮的輸出，並且在溫度和壽命期間具有更好的顏色穩定性。搭配擴散透鏡的寬廣120°視角，是應用需要寬廣、均勻照明而非聚焦光束的關鍵特點，這使其與專為定向光設計的窄視角LED區分開來。

10. 常見問題解答（基於技術參數）

10.1 使用5V電源時，我應該使用多大的電阻值？

使用20mA時典型的V_F值2.1V：R = (5V - 2.1V) / 0.02A = 145 歐姆。最接近的標準值150歐姆將導致I_F≈ 19.3mA，這是可接受的。請務必使用最大V_F（2.6V）計算，以確保最小電流足以滿足您的亮度要求：R_最小值= (5V - 2.6V) / 0.02A = 120 歐姆。

10.2 我可以使用恆流源而不使用限流電阻來驅動此LED嗎？

可以，設定為20mA的恆流驅動器是驅動LED的絕佳方法，因為它能確保精確的電流調節，不受順向電壓變化的影響。這在關鍵亮度應用中通常是首選。

10.3 為什麼峰值電流額定值（100mA）高於連續電流（50mA）？

峰值電流額定值允許短時間的高電流脈衝，這對於多工方案或產生短暫、明亮的閃光很有用。低工作週期（1/10）確保平均功率消耗和接面溫度保持在安全限度內，防止熱損壞。

11. 實際使用案例

情境：網路路由器前面板狀態指示燈

設計師需要在路由器前面板上使用多個黃色狀態LED來指示電源、網路連線和Wi-Fi活動。他們選擇此LED是因為其寬廣視角，確保從各個角度都能看到光線。LED通過微控制器的GPIO引腳以15mA（低於20mA測試條件以延長壽命）驅動。每個LED使用一個150歐姆的串聯電阻，連接到3.3V電源軌。擴散透鏡提供柔和、不刺眼的光線，適合家庭/辦公室環境。LED根據建議的焊墊佈局放置在PCB上，並使用標準無鉛迴焊溫度曲線進行組裝。

12. 工作原理簡介

LED是一種半導體二極體。當施加超過材料能隙能量的順向電壓時，電子和電洞在p-n接面處復合。在AlInGaP LED中，此復合事件以光子（光）的形式釋放能量。鋁、銦、鎵和磷化物層的特定成分決定了能隙能量，這直接定義了發射光的波長（顏色）——在本例中為黃色光譜（約590nm）。圍繞半導體晶片的擴散環氧樹脂透鏡散射光線，創造出寬廣的發光模式。

13. 技術趨勢

LED技術的總體趨勢是朝向更高效率（每瓦更多流明）、改善顯色性以及更高可靠性發展。對於指示燈型LED，在保持或增加光輸出的同時持續微型化。同時也關注擴展SMD封裝中可用的色域。使用AlInGaP製造黃色、琥珀色和紅色LED代表了一種成熟的高性能技術。未來的發展可能涉及新的材料系統或奈米結構，以實現更窄的光譜發射或在更高溫度下的更高效率。