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SMD LED LTST-C170KDKT 資料手冊 - 紅色 AllnGaP - 130° 視角 - 2.8-28mcd @10mA - 1.6-2.4V - 50mW - 英文技術文件

Complete technical datasheet for the LTST-C170KDKT SMD LED. Features include red AllnGaP chip, 130° viewing angle, luminous intensity up to 28mcd, forward voltage 1.6-2.4V, and compatibility with IR reflow soldering.
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PDF Document Cover - SMD LED LTST-C170KDKT Datasheet - Red AllnGaP - 130° Viewing Angle - 2.8-28mcd @10mA - 1.6-2.4V - 50mW - English Technical Document

1. 產品概述

本文件提供LTST-C170KDKT表面黏著裝置(SMD)LED燈的完整技術規格。此元件屬於專為自動化印刷電路板(PCB)組裝所設計的LED系列,提供緊湊的外形尺寸,非常適合空間受限的應用。該LED採用超亮鋁銦鎵磷(AllnGaP)半導體晶片產生紅光,並封裝於水透明鏡片內。其設計優先考慮與現代大批量製造製程的相容性。

1.1 特性

1.2 目標應用

LTST-C170KDKT適用於需要可靠、緊湊狀態指示或背光照明之廣泛電子設備。主要應用領域包括:

2. Technical Parameters: In-Depth Objective Interpretation

LED的性能由一系列絕對最大額定值和標準操作特性所定義。理解這些參數對於可靠的電路設計及確保元件長期性能至關重要。

2.1 絕對最大額定值

這些數值代表應力極限,超過此極限可能對LED造成永久性損壞。不保證在此條件下運作。所有額定值均在環境溫度(Ta)為25°C下指定。

2.2 電光特性

這些參數定義了LED在標準測試條件下的典型性能(除非另有說明,Ta=25°C,IF=10mA)。

2.3 熱考量

雖然未在單獨的熱阻參數中明確詳述,但功耗(50mW)與工作溫度範圍(-30°C 至 +85°C)是主要的熱限制條件。若超過最大接面溫度(此溫度間接受這些額定值限制),將降低發光輸出與使用壽命。對於在接近最大電流下運作的應用,建議採用適當的 PCB 佈局以利散熱。

3. Binning System 說明

為確保終端產品的亮度一致性,LED會根據其測量的發光強度進行分選(分檔)。LTST-C170KDKT針對其紅色輸出採用以下分檔代碼系統。

3.1 發光強度(IV)分檔

發光強度是在正向電流為10mA的條件下測量的。各分檔定義如下,每個分檔內允許±15%的容差。

此系統讓設計師能根據其應用選擇合適的亮度等級,在成本與性能之間取得平衡。例如,高亮度指示燈可能需要 Bin M,而要求較低的狀態燈則可使用 Bin H 或 J。

4. Performance Curve Analysis

雖然數據手冊中引用了特定的圖形曲線(例如,圖1表示光譜輸出,圖5表示視角分佈模式),但以下將根據標準LED行為及所提供的參數來描述其一般含義。

4.1 電流與電壓 (I-V) 特性

The forward voltage (VF對於紅色AllnGaP LED而言,在10mA電流下,1.6V至2.4V的電壓範圍是典型的。其I-V曲線呈指數型,如同標準二極體。低於閾值電壓(此材料約為1.4-1.5V)時,幾乎沒有電流流動。超過此閾值後,電流會隨著電壓的微小增加而迅速上升。這就是為什麼LED必須透過限流機制(電阻或恆流源)驅動,而不能直接使用電壓源。

4.2 發光強度 vs. 順向電流

在相當大的範圍內,光輸出(發光強度)大致與順向電流成正比。在最大連續電流(20mA)下驅動LED,其產生的發光強度通常約為標準測試條件10mA下測得值的兩倍,儘管在高電流下因發熱影響,效率可能略有下降。

4.3 溫度依賴性

LED 的性能對溫度敏感。隨著接面溫度升高:

  1. 順向電壓 (VF): 降低。這具有負溫度係數。
  2. 發光強度(IV): 降低。較高的溫度會降低半導體的內部量子效率,導致在相同驅動電流下的光輸出降低。
  3. 主波長 (λd): 可能會略微偏移,通常隨著溫度升高而移向較長波長(紅移)。
這些效應凸顯了熱管理在高可靠性或高亮度應用中的重要性。

4.4 光譜分佈

其光譜輸出的特徵是峰值波長為650nm,主波長介於630-645nm之間。20nm的光譜半高寬顯示,相較於白熾燈泡等寬頻譜光源,其紅色相對純淨、飽和度較高。窄頻寬是如AllnGaP等直接能隙半導體發光元件的典型特徵。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

該LED符合標準EIA SMD封裝外形。所有用於PCB焊盤設計和元件佈局的關鍵尺寸均在資料表圖紙中提供,除非另有說明,標準公差為±0.1mm。該封裝採用透明透鏡,不會擴散光線,從而呈現晶片固有的130°寬視角圖案。

5.2 推薦的PCB焊盤佈局

提供了一個建議的PCB焊盤圖形(焊墊幾何形狀),以確保在迴焊過程中形成正確的焊點。遵循此建議有助於獲得良好的焊料潤濕性、機械強度以及元件的正確對位。此焊盤設計考慮了必要的焊角,並能防止墓碑效應(元件在迴焊時一端翹起)。

5.3 極性識別

資料表中包含標示陽極和陰極端子的標記或圖示。正確的極性對元件操作至關重要。施加超過5V額定值的反向偏壓可能導致立即損壞。

6. 焊接與組裝指南

6.1 紅外迴流焊接參數

此LED適用於無鉛焊接製程。關鍵參數如下:

這些參數符合常見的JEDEC產業製程曲線規範。實際溫度曲線必須針對特定的PCB組裝件進行特性分析,需考量電路板厚度、層數及其他元件。

6.2 手工焊接(若有必要)

若需手動修復:

6.3 清潔

若需進行焊後清潔,應僅使用指定溶劑,以避免損壞塑膠封裝。推薦使用室溫下的乙醇或異丙醇。LED浸泡時間應少於一分鐘。必須避免使用未指定的化學清潔劑。

6.4 儲存與操作

7. 包裝與訂購資訊

7.1 捲帶與捲盤規格

本LED產品以符合產業標準的壓花載帶包裝,適用於自動化組裝。

8. 應用建議

8.1 典型應用電路

LED是一種電流驅動元件。最基本且可靠的驅動方式是使用串聯限流電阻,如數據手冊中「電路A」所示。對於電源電壓VCC,電阻值R的計算公式為:R = (VCC - VF) / IF. 使用最大VF (2.4V) 進行計算可確保電流不會超過所需的IF ,即使是低VF 的元件亦然。對於多個LED,強烈建議為每個並聯的LED使用單獨的電阻,以確保亮度均勻,因為不同元件之間的正向電壓可能存在差異。

8.2 設計考量

9. Technical Comparison and Differentiation

LTST-C170KDKT的主要差異化特點在於其技術與封裝的結合:

  1. AllnGaP晶片與其他技術的比較: 相較於舊式的GaAsP(磷化砷化鎵)紅色LED,AllnGaP提供了顯著更高的發光效率(每單位電能可輸出更多光線)以及更好的溫度穩定性。這使得其性能更明亮、更穩定。
  2. 廣視角: 130° 視角明顯比許多專為定向照明設計的 SMD LED 更寬廣。這使其非常適合需要寬廣、均勻照明而非聚焦光束的應用。
  3. 製造相容性: 與IR回流焊和自動化貼裝完全兼容,使其成為現代化、高產量表面貼裝生產線的經濟高效選擇,不同於需要手動或波峰焊的穿孔式LED。

10. 常見問題(基於技術參數)

Q1: 我可以直接從3.3V或5V微控制器引腳驅動這個LED嗎?
A1: 不。您必須始終使用一個串聯限流電阻。直接連接會試圖汲取過大電流,可能損壞LED和微控制器輸出引腳。請按照第8.1節所述計算電阻值。

Q2: 發光強度分檔代碼(H, J, K, L, M)對我的設計意味著什麼?
A2: 它定義了亮度範圍。如果您的設計需要滿足特定規格的最低亮度(例如,陽光可讀性),則必須選擇能保證該最低亮度的分檔(例如,最高亮度的M檔)。對於非關鍵性指示燈,選擇較低的分檔可能更具成本效益。

Q3: 數據手冊顯示最高焊接溫度為260°C,但我的電路板上有其他元件要求250°C。這樣可以嗎?
A3: 可以。260°C的額定值是最高耐受額定值。採用較低峰值溫度(例如250°C)的焊接溫度曲線是完全可接受的,並且能使LED承受較小的熱應力,這對可靠性是有益的。

Q4: LED的壽命有多長?
A4: LED壽命通常定義為光輸出衰減至初始值的50%或70%的時間點(L70/L50)。雖然這份基礎數據手冊中未具體說明,但AllnGaP LED在額定範圍內工作時,尤其是在低於最大電流且具備良好熱管理的情況下,通常具有極長的使用壽命(數萬小時)。

11. 實務設計與應用案例

案例:為網路路由器設計狀態指示燈面板
設計師需要為消費級路由器的「電源」、「網際網路」、「Wi-Fi」和「乙太網路」指示燈配置多個紅色狀態LED。LTST-C170KDKT是一個極佳的選擇。

  1. 電路設計: 路由器使用3.3V電源軌。以保守的10mA驅動電流為目標,並採用最大VF 為2.4V以保留安全餘裕:R = (3.3V - 2.4V) / 0.010A = 90 歐姆。選用最接近的標準值91歐姆。四個LED各使用一個獨立的91歐姆電阻。
  2. 亮度一致性: 透過使用獨立電阻,每個LED的VF 差異(例如一個為1.8V,另一個為2.2V)不會造成顯著的亮度差異,因為流經每個LED的電流由其對應的電阻獨立設定。
  3. Assembly: LED採用建議的焊盤佈局安裝於PCB上。整個電路板經過標準無鉛紅外迴焊製程,峰值溫度為245°C,完全符合元件額定規格。
  4. 結果: 該面板利用LED的寬視角特性,從多個角度皆可清晰可見,提供均勻、明亮的紅色狀態指示,具備高可靠性。

12. Operating Principle Introduction

發光二極體(LED)是一種半導體元件,透過稱為電致發光的過程將電能直接轉換為光。LTST-C170KDKT的核心是由磷化鋁銦鎵(AllnGaP)製成的晶片。這種材料是一種直接能隙半導體。當施加正向電壓時,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。當這些電荷載子在接面的主動區域內復合時,會釋放能量。在間接能隙材料中,此能量主要釋放為熱能。而在像AllnGaP這樣的直接能隙材料中,此能量的很大一部分會以光子(光粒子)的形式釋放。發射光的特定波長(顏色)由半導體材料的能隙能量決定,該能量在晶體生長過程中經過設計,以產生紅光(峰值約650nm)。其水清環氧樹脂封裝體封裝並保護了脆弱的半導體晶片,其圓頂形狀有助於有效地提取光線,從而實現寬廣的視角。

13. 技術趨勢

LED技術領域在對更高效率、更低成本和新應用的需求推動下持續發展。對於像LTST-C170KDKT這樣的指示燈型LED,有幾個相關趨勢:

  1. 提升效率: 持續進行的材料科學研究旨在提升AllnGaP及其他化合物半導體的內部量子效率(IQE)與光提取效率,從而在相同驅動電流下實現更高亮度,或在更低功耗下維持相同亮度。
  2. 微型化: 在日益緊湊的便攜式電子產品中,為節省印刷電路板(PCB)空間,業界持續推動更小的封裝尺寸(例如0402、0201公制規格)。
  3. 提升可靠性與穩健性: 封裝材料和晶片貼裝技術的改進,增強了防潮性、熱循環性能及整體使用壽命。
  4. 整合: 雖然這是一個分立元件,但趨勢包括將多個LED晶片(RGB、多色)整合到單一封裝中,或將控制IC與LED結合以實現「智慧」照明解決方案,儘管這些在照明級產品中比基本指示燈更為常見。
  5. 擴展色域: 量子點或新型螢光材料等材料的發展,能實現更飽和與精準的色彩,這項技術可能逐漸滲透至專業顯示應用的指示燈市場。
LTST-C170KDKT 在此不斷演進的環境中,代表了一個成熟、可靠且成本優化的解決方案,非常適合其在消費性及工業電子產品中的預期應用。

LED Specification Terminology

LED 技術術語完整解析

光電性能

術語 單位/表示法 簡易說明 重要性原因
Luminous Efficacy lm/W (流明每瓦) 每瓦電力所產生的光輸出,數值越高代表能源效率越好。 直接決定能源效率等級與電費成本。
光通量 lm (lumens) 光源發出的總光量,通常稱為「亮度」。 決定光線是否足夠明亮。
Viewing Angle ° (度),例如:120° 光強度降至一半時的角度,決定光束寬度。 影響照明範圍與均勻度。
CCT (色溫) K (克耳文),例如:2700K/6500K 光線的暖度/冷度,數值越低越偏黃/溫暖,越高越偏白/冷冽。 決定照明氛圍與適用場景。
CRI / Ra 無單位,0–100 準確呈現物體顏色的能力,Ra≥80為良好。 影響色彩真實性,用於商場、博物館等高要求場所。
SDCM MacAdam橢圓步階,例如「5步階」 色彩一致性指標,步階數值越小代表色彩一致性越高。 確保同一批次LED的色彩均勻一致。
Dominant Wavelength nm (nanometers), e.g., 620nm (red) 對應彩色LED顏色的波長。 決定紅色、黃色、綠色單色LED的色調。
Spectral Distribution 波長對強度曲線 顯示強度在波長上的分佈。 影響色彩呈現與品質。

Electrical Parameters

術語 Symbol 簡易說明 設計考量
順向電壓 Vf 啟動LED所需的最低電壓,類似「起始閾值」。 驅動器電壓必須 ≥Vf,串聯LED的電壓會累加。
順向電流 If 正常LED運作時的電流值。 Usually constant current drive, current determines brightness & lifespan.
Max Pulse Current Ifp 短時間可耐受的峰值電流,用於調光或閃爍。 Pulse width & duty cycle must be strictly controlled to avoid damage.
Reverse Voltage Vr LED可承受的最大反向電壓,超過此值可能導致擊穿。 電路必須防止反接或電壓突波。
熱阻 Rth (°C/W) 從晶片到焊點的熱傳遞阻力,數值越低越好。 高熱阻需要更強的散熱能力。
ESD Immunity V (HBM),例如 1000V 承受靜電放電的能力,數值越高表示越不易受損。 生產中需採取防靜電措施,特別是對於敏感的LED。

Thermal Management & Reliability

術語 關鍵指標 簡易說明 影響
Junction Temperature Tj (°C) LED晶片內部實際工作溫度。 每降低10°C可能使壽命倍增;過高會導致光衰、色偏。
光通量衰減 L70 / L80 (小時) 亮度衰減至初始值70%或80%所需時間。 直接定義LED的「使用壽命」。
Lumen Maintenance % (例如:70%) 經過一段時間後保留的亮度百分比。 表示長期使用下的亮度維持率。
色偏 Δu′v′ 或 MacAdam 橢圓 使用期間的顏色變化程度。 影響照明場景中的色彩一致性。
Thermal Aging 材料劣化 因長期高溫導致的劣化。 可能導致亮度下降、顏色變化或開路故障。

Packaging & Materials

術語 Common Types 簡易說明 Features & Applications
封裝類型 EMC, PPA, Ceramic 外殼材料保護晶片,提供光學/熱介面。 EMC:良好耐熱性,低成本;Ceramic:散熱更佳,壽命更長。
晶片結構 正面,覆晶 晶片電極排列。 覆晶封裝:散熱更佳、效能更高,適用於高功率。
Phosphor Coating YAG, 矽酸鹽, 氮化物 覆蓋藍光晶片,將部分轉換為黃/紅光,混合成白光。 不同的螢光粉會影響光效、相關色溫與顯色指數。
透鏡/光學元件 平面型、微透鏡型、全內反射型 控制光分佈的表面光學結構。 決定視角與光分佈曲線。

Quality Control & Binning

術語 分箱內容 簡易說明 目的
光通量分級 代碼,例如 2G, 2H 依亮度分組,每組皆有最小/最大流明值。 確保同一批次亮度均勻。
Voltage Bin 代碼,例如 6W, 6X 依順向電壓範圍分組。 促進司機匹配,提升系統效率。
Color Bin 5-step MacAdam ellipse 依據色座標分組,確保緊密範圍。 保證色彩一致性,避免燈具內部色彩不均。
CCT Bin 2700K, 3000K 等。 依 CCT 分組,每組有對應的座標範圍。 滿足不同場景的CCT需求。

Testing & Certification

術語 標準/測試 簡易說明 顯著性
LM-80 光通維持測試 恆溫長期點亮,記錄亮度衰減。 用於估算LED壽命(採用TM-21標準)。
TM-21 壽命估算標準 根據LM-80數據估算實際條件下的壽命。 提供科學的壽命預測。
IESNA Illuminating Engineering Society 涵蓋光學、電學、熱學測試方法。 業界公認的測試基準。
RoHS / REACH 環境認證 確保不含任何有害物質(鉛、汞)。 國際市場准入要求。
ENERGY STAR / DLC 能源效率認證 照明能源效率與性能認證。 用於政府採購、補貼計畫,提升競爭力。