SMD LED LTST-E681VEWT 規格書 - 尺寸 2.8x3.5x1.9mm - 電壓 2.2V - 功率 196mW - 紅色 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTST-E681VEWT 是一款高亮度表面黏著 LED，專為需要可靠且高效指示照明的現代電子應用而設計。此元件採用 AlInGaP（磷化鋁銦鎵）半導體材料，可產生鮮明的紅光輸出。它封裝在緊湊、符合業界標準的封裝內，與自動化組裝製程相容，適合大量生產。

此 LED 的核心優勢包括其符合 RoHS（有害物質限制）指令，確保環境安全。它以 8mm 載帶包裝，捲繞在直徑 7 英吋的捲盤上，這是自動取放設備的標準。此元件亦設計為與紅外線（IR）迴流焊接製程相容，這是組裝表面黏著技術（SMT）電路板的主流方法。其主要目標市場包括消費性電子產品、工業控制面板、汽車內裝照明以及空間有限且可靠性至關重要的通用指示器應用。

2. 深入技術參數分析

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極限。不建議在超過這些數值的條件下操作 LED。

• 功率消耗 (Pd)：196 mW。這是 LED 封裝在環境溫度 (Ta) 為 25°C 時，能以熱量形式消散的最大功率。超過此限制可能導致半導體接面過熱，從而縮短使用壽命或造成災難性故障。
• 峰值順向電流 (I_FP)：100 mA。這是最大允許的脈衝順向電流，在 1/10 工作週期、1ms 脈衝寬度下指定。它顯著高於直流額定值，允許進行短暫的高強度閃爍。
• 直流順向電流 (I_F)：70 mA。這是在正常工作條件下可施加於 LED 的最大連續順向電流。
• 工作溫度範圍：-40°C 至 +85°C。LED 設計為在此環境溫度範圍內正常運作。
• 儲存溫度範圍：-40°C 至 +100°C。當不運作時，元件可在此更寬的溫度範圍內儲存而不會劣化。

2.2 電氣與光學特性

這些參數是在標準測試條件 Ta=25°C 和 I_F=50mA 下測量，除非另有說明。它們定義了元件的典型性能。

• 發光強度 (I_V)：900 至 2800 mcd（毫燭光）。這是衡量在特定方向上發射的光的感知功率。寬範圍表示使用了分級系統（詳見第 3 節）。測量使用經過濾波以近似人眼明視覺響應（CIE 曲線）的感測器。
• 視角 (2θ_1/2)：120 度。這是發光強度降至軸上（0°）測量值一半時的完整角度。120° 角度表示寬廣、擴散的光型，適合需要廣泛可見度的應用。
• 峰值發射波長 (λ_P)：632 nm（典型值）。這是發射光的光譜功率分佈達到最大值時的波長。它落在可見光譜的紅色區域內。
• 主波長 (λ_d)：624 nm（典型值）。從 CIE 色度圖推導而來，這是能最佳代表 LED 感知顏色的單一波長。它是顏色規格的關鍵參數。
• 譜線半寬度 (Δλ)：20 nm（典型值）。這是光譜發射在其最大功率一半處的寬度。20nm 的值是 AlInGaP 紅色 LED 的特徵，表示顏色相對純淨。
• 順向電壓 (V_F)：2.2 V（典型值），容差為 ±0.1V。這是在指定的 50mA 電流驅動下，LED 兩端的電壓降。對於設計限流電路至關重要。
• 逆向電流 (I_R)：10 μA（最大值），在 V_R=5V 下。此參數僅用於品質保證測試。LED並非設計用於逆向偏壓操作，在電路中施加逆向電壓可能會損壞它。

3. 分級系統說明

為確保量產的一致性，LED 會根據性能進行分級。LTST-E681VEWT 使用基於 50mA 下發光強度的分級系統。

分級代碼（V2、W1、W2、X1、X2）代表最小和最大發光強度的遞增範圍。例如，分級代碼 X2 包含強度介於 2240 mcd 和 2800 mcd 之間的 LED。每個分級內應用 ±11% 的容差。此系統允許設計師為其應用選擇適當的亮度等級，在成本和性能之間取得平衡。規格書未針對此特定料號顯示主波長或順向電壓的單獨分級，表明在製造過程中對這些參數進行了嚴格控制。

4. 性能曲線分析

雖然具體圖表在提供的文本中被引用但未詳細說明，但此類 LED 的典型曲線包括：

• I-V（電流-電壓）曲線：顯示順向電流與順向電壓之間的指數關係。曲線將在約 1.8-2.0V 處有一個明顯的膝點電壓，之後電流隨著電壓的微小增加而迅速增加，突顯了為何恆流驅動至關重要。
• 發光強度 vs. 順向電流：證明光輸出大致與順向電流成正比，但在非常高的電流下可能顯示飽和或效率下降。
• 發光強度 vs. 環境溫度：顯示光輸出隨著接面溫度升高而降低。這是在高溫環境中運作的應用需要關鍵考量的因素。
• 光譜分佈：相對功率與波長的關係圖，顯示峰值約在 632nm，半峰寬約為 20nm。
• 視角圖案：說明光強度角度分佈的極座標圖，由於擴散透鏡，確認了 120° 視角，具有朗伯或近朗伯分佈。

5. 機械與封裝資訊

5.1 元件尺寸

LED 符合 EIA 標準 SMD 封裝。關鍵尺寸（單位：mm）為：

• 總長度：3.2 mm
• 總寬度：2.8 mm
• 總高度：1.9 mm
• 透鏡寬度：2.2 mm
• 透鏡長度：3.5 mm
• 引腳寬度：0.7 mm
• 引腳長度：0.8 mm

除非另有規定，容差為 ±0.2mm。原始規格書中提供了詳細的尺寸圖。

5.2 極性識別與焊墊設計

標識了陽極（正極）連接。為確保可靠的焊接，提供了推薦的印刷電路板（PCB）附著焊墊佈局，針對紅外線和氣相迴流焊接製程進行了優化。正確的焊墊設計對於防止墓碑效應（元件一端翹起）以及確保具有正確焊錫膏量的可靠焊點至關重要。

6. 焊接與組裝指南

6.1 迴流焊參數

此元件與無鉛（Pb-free）紅外線迴流焊接相容。推薦的溫度曲線應符合 JEDEC 標準 J-STD-020B。關鍵參數包括：

• 預熱：150-200°C，最長 120 秒，以逐漸加熱電路板和元件，活化助焊劑並防止熱衝擊。
• 峰值溫度：最高 260°C。應控制高於液相線（無鉛焊錫通常為 217°C）的時間。
• 總焊接時間：在峰值溫度下最長 10 秒。迴流焊應限制在最多兩個循環。

強調最佳溫度曲線取決於特定的 PCB 設計、元件、焊錫膏和烤箱，應針對每個應用進行特性分析。

6.2 手工焊接

如果需要手工焊接，必須極度小心：

• 烙鐵溫度：最高 300°C。
• 焊接時間：每個引腳最長 3 秒，且只允許一個焊接循環，以防止塑膠封裝和內部接線承受過度的熱應力。

6.3 儲存條件

LED 是濕氣敏感元件（MSD）。

• 密封包裝：儲存在 ≤30°C 和 ≤70% 相對濕度（RH）下。當儲存在帶有乾燥劑的原始防潮袋中時，保存期限為一年。
• 已開封包裝：元件必須在暴露於環境空氣（≤30°C / ≤60% RH）後的 168 小時（7 天）內使用。如果超過此時間，則需要在焊接前以約 60°C 烘烤至少 48 小時，以去除吸收的濕氣並防止爆米花現象（迴流焊期間因蒸氣壓力導致封裝破裂）。對於已開封包裝的長期儲存，請使用帶有乾燥劑的密封容器或充氮乾燥器。

6.4 清潔

如果需要焊後清潔，僅應使用指定的醇類溶劑，如乙醇或異丙醇，在常溫下清潔少於一分鐘。未指定的化學品可能會損壞塑膠透鏡或封裝。

7. 包裝與訂購資訊

• 載帶規格：LED 以 8mm 寬的凸版載帶供應。
• 捲盤規格：載帶捲繞在標準 7 英吋（178mm）直徑的捲盤上。
• 每捲數量：2000 件。
• 最小訂購量 (MOQ)：剩餘數量為 500 件。
• 標準：包裝符合 ANSI/EIA-481 規範。
• 料號：LTST-E681VEWT。命名慣例通常包括系列代碼（LTST）、封裝/樣式、顏色/波長代碼（E681VE）以及其他可能的變體（WT）。

8. 應用說明與設計考量

8.1 驅動電路設計

LED 是電流驅動元件。為確保穩定且均勻的亮度，特別是在並聯驅動多個 LED 時，每個 LED 串聯一個限流電阻是強制性的。電阻值 (R) 使用歐姆定律計算：R = (V_電源- V_F) / I_F。使用典型的 V_F= 2.2V 和期望的 I_F= 20mA，電源為 5V：R = (5V - 2.2V) / 0.02A = 140 歐姆。標準的 150 歐姆電阻將是合適的。直接從電壓源驅動 LED 而無電流限制將導致過量電流並迅速故障。

8.2 熱管理

儘管功率消耗相對較低（196mW），有效的熱管理對於維持長期可靠性和一致的光輸出仍然很重要。確保 PCB 有足夠的銅面積連接到 LED 的散熱焊墊（如果適用）或引腳，以幫助散熱。避免長時間在絕對最大電流和溫度極限下運作。

8.3 應用範圍

此 LED 適用於一般電子設備，如辦公設備、通訊裝置和家用電器。它並非為設計或認證用於故障可能危及生命或健康的安全關鍵應用（例如，航空、醫療生命維持、交通控制）。對於此類應用，必須採購具有適當可靠性認證的元件。

9. 技術比較與差異化

LTST-E681VEWT 在其同類產品中的關鍵差異化因素包括：

• 材料技術：使用 AlInGaP，與 GaAsP 等舊技術相比，通常為紅色和琥珀色提供更高的效率和更好的溫度穩定性。
• 亮度：最大強度為 2800mcd，在標準封裝尺寸中提供高亮度。
• 視角：具有擴散透鏡的 120° 寬視角提供了出色的離軸可見度，對於狀態指示器而言，優於窄光束 LED。
• 製程相容性：與自動化 SMT 組裝和標準無鉛迴流溫度曲線完全相容，降低了製造複雜性和成本。

10. 常見問題 (FAQ)

問：如果我的電源正好是 2.2V，我可以不用串聯電阻驅動這個 LED 嗎？

答：不行。順向電壓有容差（±0.1V）且隨溫度變化。輕微的過壓會導致電流不受控制地大幅增加，可能損壞 LED。務必使用限流機制。

問：峰值波長和主波長有什麼區別？

答：峰值波長是物理上發射最多光能量的位置。主波長是從色度座標計算而來，代表人眼感知的顏色。對於像這種紅色單色 LED，它們通常很接近，但主波長是顏色匹配的關鍵參數。

問：我的電路板在焊接後會清洗。這個 LED 相容嗎？

答：規格書指定僅使用醇類溶劑（異丙醇或乙醇）清潔少於一分鐘。許多水性或強效助焊劑清潔劑可能會損壞封裝。請驗證與您特定清潔製程的相容性。

問：為什麼開封袋子後有 168 小時的車間壽命？

答：塑膠封裝會從空氣中吸收濕氣。在迴流焊接的高溫期間，這些濕氣會迅速轉化為蒸氣，導致內部壓力，可能使封裝破裂或內部層分離（爆米花現象）。168 小時的限制和烘烤程序就是為了管理此風險。

11. 實際應用範例

情境：為一個 12V 直流路由器設計電源狀態指示燈。

設計步驟：

1. 選擇驅動電流：選擇一個保守的 I_F= 15mA，以獲得長壽命和較低的熱量。

2. 計算電阻：使用典型的 V_F= 2.2V。R = (12V - 2.2V) / 0.015A = 653 歐姆。使用最接近的標準值，680 歐姆。

3. 計算電阻功率： P_R= I_F²* R = (0.015)²* 680 = 0.153W。一個標準的 1/4W (0.25W) 電阻就足夠了。

4. PCB 佈局：將 LED 及其 680Ω 電阻靠近放置。遵循規格書中推薦的焊墊佈局以確保可靠的焊接。

5. 組裝：使用符合 JEDEC 標準的無鉛迴流溫度曲線。如果電路板在 LED 袋子開封超過 7 天後組裝，請先烘烤 LED。

12. 工作原理

LTST-E681VEWT 中的光發射基於由 AlInGaP 材料製成的半導體 p-n 接面中的電致發光。當施加超過接面內建電位的順向電壓時，來自 n 型區域的電子和來自 p 型區域的電洞被注入到主動區域。當這些電荷載子復合時，它們以光子（光）的形式釋放能量。AlInGaP 合金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，紅色約為 624-632 nm。晶片上的擴散環氧樹脂透鏡用於從半導體中提取光，並將其角度分佈塑造成寬廣的 120 度圖案。

13. 技術趨勢

指示器 LED 的光電產業持續發展。與 LTST-E681VEWT 等元件相關的總體趨勢包括：

• 效率提升：持續的材料科學改進旨在產生每瓦更多流明（lm/W），從而在相同電流下實現更亮的輸出，或以更低的功耗和更少的熱量實現相同的亮度。
• 微型化：雖然像這樣的標準封裝仍然普遍存在，但為了日益輕薄的電子設備，不斷有壓力要求減少佔位面積和高度。
• 可靠性增強：封裝材料、晶片貼裝技術和接線技術的改進旨在延長運作壽命並提高對熱和機械應力的耐受性。
• 顏色一致性：更嚴格的分級容差和先進的製造控制正在減少批次之間的顏色和亮度變化，這對於使用多個 LED 的應用至關重要。
• 整合化：存在將驅動電路、保護功能（如 ESD 二極體）或多個 LED 晶片（RGB）整合到單一封裝中的趨勢，儘管在許多應用中，分立式 LED 仍然是簡單性和成本的基礎。