LTS-2807CKD-P LED顯示器規格書 - 0.2英吋字高 - 超紅光 - 2.6V順向電壓 - 70mW功耗 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTS-2807CKD-P是一款設計為單數位數值顯示的表面黏著元件。其核心功能是在一個緊湊、現代的封裝中提供清晰可靠的數值指示，適合自動化組裝製程。該元件採用先進的AlInGaP（磷化鋁銦鎵）磊晶層，生長於GaAs基板上，以產生其特有的超紅光發射。選擇此材料技術是因為其在產生高亮度紅光方面具有高效能和穩定性。視覺設計採用灰色面板搭配白色段標記，此組合旨在最大化各種照明條件下的對比度和可讀性，使其適用於空間有限且可讀性至關重要的消費性電子產品、儀表板和工業控制介面。

1.1 主要特性與優勢

本產品由多項關鍵性能和可靠性特性所定義，使其在小尺寸顯示器市場中脫穎而出。

• 緊湊外型尺寸：0.2英吋（5.08毫米）的字高，可在不犧牲數值大小的情況下整合到密集的PCB中。
• 光學性能：顯示器提供高亮度和出色的對比度，這得益於AlInGaP晶片和灰底白字的設計。寬廣的視角確保從不同位置都能清晰可見。
• 段均勻性：各段設計為連續且均勻的照明，防止可能損害字元外觀的亮點或暗區。
• 能源效率：具有低功耗需求，有助於降低整體系統功耗。
• 品質與可靠性：該元件具有固態可靠性，並按發光強度進行分級，意味著元件經過分選以確保亮度一致。其結構亦為符合RoHS環保指令的無鉛封裝。

2. 技術規格深入解析

本節提供在定義條件下，對元件操作限制和性能特性的詳細、客觀分析。

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應力極限。不保證在或超過這些極限下操作。

• 每段功耗：最大70 mW。超過此值可能導致過熱和災難性故障。
• 每段峰值順向電流：60 mA，但僅在脈衝條件下（1/10工作週期，0.1ms脈衝寬度）。此適用於短暫的高強度閃爍。
• 每段連續順向電流：在25°C時為25 mA。此額定值會隨著環境溫度（Ta）升高超過25°C而線性遞減，遞減率為0.28 mA/°C。例如，在85°C時，最大連續電流約為25 mA - (0.28 mA/°C * 60°C) = 8.2 mA。
• 溫度範圍：操作和儲存溫度範圍為-35°C至+105°C。
• 焊接耐受度：該元件可承受260°C的烙鐵焊接3秒，烙鐵頭需置於安裝平面下方至少1/16英吋處。

2.2 電氣與光學特性

這些是在Ta=25°C下測量的典型性能參數，代表正常操作條件下的預期行為。

• 發光強度（Iv）：光輸出與電流相關。在順向電流（I_F）為1 mA時，強度範圍為201至650 µcd（微燭光）。在10 mA時，典型值上升至8250 µcd。這些測量值有±15%的公差。
• 波長特性：該元件發射超紅光譜。峰值發射波長（λ_p）為650 nm。主波長（λ_d）為639 nm，公差為±1 nm。譜線半寬度（Δλ）為20 nm，表示發射光波長的分布範圍。
• 順向電壓（V_F）：在I_F=20 mA時，典型值為2.6V，公差為±0.1V。規格最小值為2.05V。
• 逆向電流（I_R）：在逆向電壓（V_R）為5V時，最大值為100 µA。此參數僅供測試用途；該元件並非設計用於連續逆向偏壓操作。
• 發光強度匹配比：在I_F=1 mA時，相似發光區域內各段的最大比值為2:1。此規定了各段之間允許的最大亮度變化。
• 串擾：規定為≤ 2.5%，指當驅動相鄰段時，非選定段出現的不必要照明。

3. 分級與分選系統

規格書指出產品按發光強度分類，這意味著存在分選過程。

• 發光強度分級：元件根據其在標準測試電流（例如1 mA或10 mA）下測量的光輸出進行測試和分類。這確保設計師能獲得亮度一致的LED，以實現均勻的顯示外觀。
• 波長分級：雖然未明確說明為分級，但主波長的嚴格公差（±1 nm）表明製程控制嚴格，從而確保所有元件的顏色輸出非常一致。
• 順向電壓篩選：規定的V_F公差為±0.1V，表明元件很可能經過篩選以滿足此電氣參數，有助於驅動電路行為的一致性。

4. 性能曲線分析

雖然提供的PDF摘錄提及典型曲線但未顯示，但對此類元件的標準分析將包括：

• I-V（電流-電壓）曲線：將顯示順向電壓與電流之間的指數關係，AlInGaP紅光LED的膝點電壓約為2.0-2.2V。
• 發光強度 vs. 順向電流（I_v-I_F）：預期在較低電流下接近線性，在較高電流下可能因熱效應和效率下降而顯示飽和效應。
• 發光強度 vs. 環境溫度：將展示隨著接面溫度升高，光輸出下降的情況，這是設計可靠性的關鍵因素。
• 光譜分布：顯示強度與波長關係的圖表，中心位於650 nm（峰值），半寬度為20 nm，確認超紅光色點。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

該元件具有定義的SMD佔位面積。關鍵尺寸註記包括：所有尺寸均以毫米為單位，除非另有說明，一般公差為±0.25 mm。註明了特定的品質控制要求，例如對異物、油墨污染、段區域內的氣泡以及塑膠引腳毛邊的限制。由於封裝尺寸小，元件標記縮寫為2807CKD-P（省略了LTS前綴）。

5.2 內部電路與接腳配置

該元件採用共陽極配置。內部電路圖顯示十個接腳，對應以下連接：兩個接腳專用於共陽極（接腳3和8）。其餘接腳分別是段A、B、C、D、E、F、G和小數點（DP）的個別陰極。接腳1列為無連接。此配置需要對共陽極接腳提供電流源，並對個別陰極接腳提供電流沉，以點亮各段。

6. 焊接與組裝指南

6.1 SMT焊接說明

該元件設計用於迴焊製程。一個關鍵限制是迴焊製程循環次數必須少於兩次。如果需要第二次迴焊（例如，用於雙面組裝），則必須在第一和第二次製程之間將電路板冷卻至常溫。

• 迴焊曲線（最多2個循環）：預熱至120-150°C，最長120秒。峰值溫度不得超過260°C。
• 手工焊接（最多1個循環）：如果使用烙鐵，烙鐵頭溫度不得超過300°C，且接觸時間必須限制在最多3秒。

6.2 建議焊接圖案

提供了用於PCB設計的焊墊圖案（佔位面積）。遵循此圖案對於形成可靠的焊點、正確對準以及在迴焊期間進行熱管理至關重要。

6.3 濕度敏感性與儲存

元件以防潮包裝出貨。必須儲存在≤30°C且≤60%相對濕度（RH）的環境中。一旦密封袋被打開，元件便開始從環境中吸收濕氣。如果未立即使用且未儲存在乾燥櫃中（<典型為10% RH），則必須在迴焊前進行烘烤，以防止因水氣快速膨脹而導致的爆米花或分層損壞。

• 烘烤條件：若元件在捲帶上：60°C烘烤≥48小時。若元件為散裝：100°C烘烤≥4小時或125°C烘烤≥2小時。烘烤應僅進行一次。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 包裝規格

該元件以捲帶包裝供應，適用於自動取放組裝。

• 捲帶尺寸：提供元件載帶和整體捲帶的尺寸（例如，標示有13英吋和22英吋捲帶選項）。
• 載帶：由黑色導電聚苯乙烯合金製成。尺寸符合EIA-481-D標準。帶厚為0.30 ±0.05 mm。
• 包裝數量：標準13英吋捲帶包含1000片。22英吋捲帶的帶長為56.5米。剩餘捲帶的最小訂購量為250片。
• 前導帶與尾帶：捲帶包含用於機器送料的前導帶（至少400mm）和尾帶（至少40mm）。

8. 應用註記與設計考量

8.1 預期用途與限制

此顯示器設計用於辦公室、通訊和家庭應用中的普通電子設備。未經事先諮詢和潛在的資格認證，不適用於故障可能危及生命或健康的安全關鍵或高可靠性應用（例如航空、醫療系統）。

8.2 關鍵設計規則

• 驅動電路保護：驅動電路必須包含防止逆向電壓和電壓突波的保護，因為這些可能立即損壞LED接面。
• 電流限制：務必使用串聯限流電阻或恆流驅動器。切勿將LED直接連接到電壓源。根據電源電壓（V_電源）、LED順向電壓（V_F~2.6V）和所需的順向電流（I_F）計算電阻值。公式：R = (V_電源- V_F) / I_F.
• 熱管理：遵守功耗和電流遞減規則。在超過建議限制的電流或環境溫度下操作，將加速光輸出衰減（流明衰減），並可能導致過早故障。若在接近最大額定值下操作，請確保PCB有足夠的銅面積或散熱孔。
• 多工驅動：對於使用多工驅動的多位數顯示器，請確保脈衝模式下的峰值電流不超過60 mA的絕對最大額定值，並計算平均電流以保持在連續電流額定值內。

9. 技術比較與差異化

與GaAsP（磷化砷化鎵）紅光LED等舊技術相比，LTS-2807CKD-P中的AlInGaP技術提供了顯著更高的發光效率，從而在相同輸入電流下產生更高的亮度。它通常還能在溫度和使用壽命期間提供更好的波長穩定性。與一些在藍光/白光LED上使用彩色濾光片的白色段顯示器相比，單色AlInGaP晶片提供了純淨的色彩飽和度，並可能對目標紅色具有更高的效率。與穿孔式LED顯示器相比，其SMD封裝提供了更好的機械穩固性，並更適合大批量自動化製造。

10. 常見問題（FAQ）

10.1 基於技術參數

問：使用5V電源時，我應該使用多大的電阻值？

答：對於典型的順向電壓2.6V和所需電流10 mA，計算如下：R = (5V - 2.6V) / 0.01A = 240 歐姆。使用最接近的標準值（例如240Ω或220Ω）。務必在電路中驗證實際電流。

問：我可以用20 mA連續驅動它嗎？

答：可以，20 mA低於25°C時的25 mA最大值。但是，您必須檢查環境溫度。如果操作環境高於25°C，則必須遞減電流。在70°C時，最大電流將為25 mA - (0.28 mA/°C * 45°C) ≈ 12.4 mA。

問：如果我不應該逆向操作，為什麼逆向電流額定值很重要？

答：這是一個品質和漏電指標。高逆向電流可能表示接面有缺陷。該額定值也說明了所需的保護等級；任何超過5V或導致電流超過100 µA的逆向偏壓事件都會造成損壞。

問：2:1發光強度匹配比對我的設計意味著什麼？

答：這意味著在相同測試條件下，一個數位中最暗的段的亮度不能低於最亮段的一半。這確保了視覺均勻性。對於關鍵應用，您可以選擇分級更嚴格的產品。

11. 實際應用範例

情境：為消費性電器設計單數位溫度讀數顯示。

LTS-2807CKD-P是一個理想的選擇。微控制器（MCU）的埠接腳可以作為電流沉（連接到段陰極）。一個PNP電晶體或專用驅動器IC可以向共陽極接腳提供電流源。MCU韌體實現7段解碼器，如果使用多位數，則實現多工計時器。灰色面板/白色段在電器邊框上提供了出色的對比度。低功耗符合能源效率目標。設計師必須確保PCB佈局包含建議的焊墊圖案，在每個陰極串聯一個限流電阻（或使用恆流驅動器IC），並在製造過程中遵循迴焊曲線指南。元件在捲帶打開後，必須儲存在乾燥環境中，直到組裝日期。

12. 工作原理

該元件基於半導體P-N接面中的電致發光原理運作。當施加超過接面內建電位（AlInGaP約為2.0-2.2V）的順向電壓時，來自N型材料的電子和來自P型材料的電洞被注入跨越接面。它們在主動區（AlInGaP量子阱層）中復合。部分復合能量以光子（光）的形式釋放。磊晶層中鋁、銦、鎵和磷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）——在本例中為約650 nm的超紅光。共陽極配置在內部連接所有LED段的陽極，通過每個數位僅需一個電流源節點來簡化驅動電路。

13. 技術趨勢

使用AlInGaP製造紅光和琥珀光LED代表了一項成熟且高度優化的技術。顯示器LED的當前趨勢集中在幾個領域：1)提高效率：持續的研究旨在減少高電流下的效率下降，並改善從晶片封裝中提取光線的效率。2)微型化：雖然0.2英吋是標準尺寸，但超緊湊設備對更小的字高有需求。3)整合：趨勢包括將LED顯示器與驅動器IC和控制器結合在多晶片模組或系統級封裝（SiP）解決方案中，以簡化終端產品設計。4)增強可靠性：封裝材料和晶片貼裝技術的改進持續推動操作壽命和對無鉛焊接所需更高溫度迴焊曲線的耐受度。