SMD LED LTST-S110KGKT 規格書 - AlInGaP 綠色 - 25mA - 62.5mW - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTST-S110KGKT 是一款專為自動化印刷電路板（PCB）組裝而設計的表面黏著元件（SMD）LED 燈。它屬於微型 LED 系列，旨在滿足各種電子設備中空間受限的應用需求。

1.1 核心優勢與目標市場

此 LED 為現代電子製造提供了多項關鍵優勢。其主要特點包括符合 RoHS（有害物質限制）指令，使其適用於具有嚴格環保法規的全球市場。該元件採用超高亮度的 AlInGaP（磷化鋁銦鎵）半導體晶片，以其在綠色光譜中的高效率和良好色彩純度而聞名。封裝採用鍍錫處理，增強了可焊性和長期可靠性。它完全相容於自動化取放設備和紅外線（IR）迴焊製程，這些都是大批量生產的標準流程。LED 以業界標準的 8mm 載帶包裝於 7 英寸捲盤上供應，便於高效處理和組裝。

目標應用非常廣泛，主要集中在尺寸緊湊、可靠性高和視覺指示清晰的關鍵領域。這些領域包括通訊設備（例如：行動電話）、辦公室自動化設備（例如：筆記型電腦）、網路系統、各種家用電器以及室內標誌或符號照明。在這些設備內的具體用途涵蓋了鍵盤背光、狀態指示燈、微型顯示器和一般信號燈。

2. 深入技術參數分析

透徹理解電氣、光學和熱規格對於正確的電路設計和可靠運行至關重要。

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值。它們是在環境溫度（Ta）為 25°C 時指定的。最大連續直流順向電流（IF）為 25 mA。在佔空比為 1/10、脈衝寬度為 0.1ms 的脈衝條件下，元件可承受 60 mA 的峰值順向電流。最大允許反向電壓（VR）為 5 V。總功耗不應超過 62.5 mW。工作溫度範圍為 -30°C 至 +85°C，儲存溫度範圍稍寬，為 -40°C 至 +85°C。關鍵在於，LED 能夠承受峰值溫度為 260°C、最長 10 秒的紅外線迴焊，這與常見的無鉛組裝製程曲線相符。

2.2 電氣與光學特性

這些是在標準測試條件下，於 Ta=25°C 時測得的典型性能參數。發光強度（Iv）是衡量感知亮度的指標，在標準測試電流 20 mA 驅動下，其範圍從最小值 18.0 毫燭光（mcd）到最大值 71.0 mcd。視角定義為 2θ1/2（兩倍半角），為 130 度。這個寬視角使得 LED 適用於離軸位置可見性很重要的應用。

光譜特性由幾個波長定義。峰值發射波長（λP）通常為 574 nm。主波長（λd）定義了感知顏色，在 20 mA 下其指定範圍為 567.5 nm 至 576.5 nm。光譜線半高寬（Δλ）通常為 15 nm，表示所發射綠光的光譜純度。

在電氣方面，20 mA 下的順向電壓（VF）範圍從最小值 1.9 V 到最大值 2.4 V。當施加 5 V 反向電壓時，反向電流（IR）規定最大值為 10 μA。

3. 分級系統說明

為了確保大規模生產的一致性，LED 會根據關鍵參數被分類到不同的性能等級中。這使得設計師可以為其應用選擇符合特定要求的元件。

3.1 順向電壓（VF）等級

LED 根據其在 20 mA 下的順向電壓降進行分級。等級代碼、最小和最大電壓如下：代碼 4（1.9V - 2.0V）、代碼 5（2.0V - 2.1V）、代碼 6（2.1V - 2.2V）、代碼 7（2.2V - 2.3V）和代碼 8（2.3V - 2.4V）。每個等級內的容差為 ±0.1 伏特。當多個 LED 並聯連接而沒有單獨的限流電阻時，選擇相同 VF 等級的 LED 有助於保持亮度均勻。

3.2 發光強度（IV）等級

此分級根據 LED 在 20 mA 下的光輸出進行分類。等級為：代碼 M（18.0 - 28.0 mcd）、代碼 N（28.0 - 45.0 mcd）和代碼 P（45.0 - 71.0 mcd）。每個強度等級的容差為 ±15%。這使得設計師可以根據應用選擇合適的亮度等級，無論是需要高可見度還是較低功耗。

3.3 色調（主波長）等級

為了控制顏色一致性，LED 根據其主波長進行分級。等級為：代碼 C（567.5 - 570.5 nm）、代碼 D（570.5 - 573.5 nm）和代碼 E（573.5 - 576.5 nm）。每個等級的容差為 ±1 nm。在多個指示燈之間顏色匹配很重要的應用中，使用相同色調等級的 LED 至關重要。

4. 性能曲線分析

圖形數據提供了在不同條件下元件行為的深入見解，這對於穩健的設計至關重要。

4.1 順向電流 vs. 順向電壓（I-V 曲線）

I-V 特性曲線顯示了流經 LED 的電流與其兩端電壓之間的關係。對於像這樣的典型 AlInGaP LED，曲線呈現指數上升。電流開始顯著增加的膝點電壓約為 1.8-1.9V。超過此點，電壓的微小增加會導致電流大幅增加。這強調了使用恆流驅動器或限流電阻以防止熱失控並確保穩定運行的重要性。

4.2 發光強度 vs. 順向電流

此曲線展示了光輸出如何隨驅動電流變化。通常，發光強度在一定範圍內與電流近似線性增加。然而，在非常高的電流下，由於晶片內部產生的熱量增加（效率下降），效率會降低。在建議的 20mA 或以下運行可確保最佳效率和壽命。

4.3 發光強度 vs. 環境溫度

LED 的光輸出與溫度有關。隨著環境溫度（或接面溫度）升高，發光強度通常會降低。這個降額曲線對於設計必須在指定工作溫度範圍內（尤其是在 +85°C 的上限附近）保持一定亮度水平的應用至關重要。

4.4 光譜分佈

光譜功率分佈圖顯示了每個波長下發射光的相對強度。對於綠色 AlInGaP LED，此曲線通常是一個單一的、相對較窄的峰值，中心位於主波長附近。15 nm 的半高寬（Δλ）表示中等純度的綠色，這對於清晰、飽和的指示燈來說是理想的。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

此 LED 符合業界標準的 SMD 封裝外形。關鍵尺寸包括總長度、寬度和高度。透鏡為水清色。除非另有說明，所有尺寸均以毫米為單位提供，標準公差為 ±0.1 mm。精確的尺寸數據對於創建準確的 PCB 焊盤圖形以及確保正確的放置和焊接至關重要。

5.2 建議的 PCB 焊盤圖形與極性

提供了建議的焊盤佈局（焊盤圖形），以確保在迴焊過程中形成可靠的焊點和正確的對齊。該設計考慮了焊角形成和散熱。陰極（負極）端子通常由封裝本體上的標記（例如缺口、圓點或綠色標記）來識別。組裝時正確的極性方向是元件正常工作的必要條件。

6. 焊接與組裝指南

6.1 紅外線迴焊參數

對於無鉛焊接製程，建議使用特定的溫度曲線。此曲線通常包括預熱區（例如，150-200°C）、受控的升溫區、峰值溫度區和冷卻區。關鍵參數是元件本體溫度不得超過 260°C 超過 10 秒。遵守此曲線對於防止損壞 LED 的環氧樹脂透鏡、內部打線或半導體晶片本身是必要的。

6.2 手工焊接

如果需要手工焊接，必須極其小心。烙鐵頭溫度不應超過 300°C，並且對於單次焊接操作，與 LED 端子的接觸時間應限制在最多 3 秒。施加過多的熱量可能會對元件造成不可逆的損壞。

6.3 清潔

焊後清潔必須使用相容的溶劑進行。只能使用酒精類清潔劑，例如乙醇或異丙醇（IPA）。LED 應在常溫下浸泡少於一分鐘。使用刺激性或未指定的化學清潔劑可能會降解塑膠封裝，導致變色、開裂或降低光輸出。

6.4 儲存與處理

正確的儲存對於保持可焊性至關重要。未開封、帶有乾燥劑的防潮袋具有保存期限。一旦打開原始包裝，LED 對環境濕度敏感（濕度敏感等級，MSL 3）。它們應在一週內使用，或儲存在乾燥環境中（例如，帶有乾燥劑的密封容器或氮氣櫃）。如果暴露在環境濕度中超過一週，則需要在焊接前進行烘烤處理（例如，60°C 至少 20 小時），以去除吸收的水分並防止在迴焊過程中發生爆米花現象。

6.5 靜電放電（ESD）預防措施

LED 對靜電放電敏感。處理程序必須包括適當的接地。操作人員應使用腕帶或防靜電手套。所有工作站、設備和機器必須正確接地，以防止可能降低或破壞半導體接面的 ESD 事件。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 載帶與捲盤規格

本產品供應用於自動化組裝。它包裝在 8mm 寬的凸版載帶中。載帶纏繞在標準 7 英寸（178mm）直徑的捲盤上。每捲包含 3000 個 LED。對於少於一整捲的數量，最小包裝數量為 500 個。包裝符合 ANSI/EIA-481 標準，確保與取放機上的標準載帶進料器相容。

8. 應用說明與設計考量

8.1 電流限制

LED 是一種電流驅動元件。當從電壓源供電時，串聯電阻是最簡單的限流方法。電阻值可以使用歐姆定律計算：R = (V_電源 - VF_LED) / I_期望值。例如，使用 5V 電源、VF 為 2.1V、期望電流為 20mA，則電阻值為 (5 - 2.1) / 0.02 = 145 歐姆。標準的 150 歐姆電阻將是合適的。還必須考慮電阻的額定功率：P = I^2 * R = (0.02)^2 * 150 = 0.06W，因此 1/8W（0.125W）或更大的電阻就足夠了。

8.2 熱管理

儘管體積小，LED 仍會在半導體接面處產生熱量。過高的接面溫度會降低光輸出、偏移波長並縮短壽命。對於在高環境溫度或接近最大電流下運行的設計，請考慮 PCB 佈局。在 LED 的散熱焊盤（如果有的話）下方使用帶有接地層或散熱孔的 PCB 可以幫助散熱。避免將 LED 放置在靠近其他發熱元件的地方。

8.3 應用範圍與可靠性

此 LED 設計用於標準的商業和工業電子設備。對於需要極高可靠性、且故障可能危及安全或健康的應用（例如，航空、醫療生命維持、關鍵運輸系統），需要進行額外的資格認證和具體諮詢。未經進一步評估，標準元件可能不適用於此類高可靠性應用。

9. 技術比較與差異化

基於 AlInGaP 技術的 LTST-S110KGKT，與其他綠色 LED 技術（如傳統的 GaP（磷化鎵）或 InGaN（氮化銦鎵））相比，在某些波長上具有明顯優勢。AlInGaP LED 通常在琥珀色到紅色光譜中提供更高的效率和更好的溫度穩定性，並且對於特定的綠色波長，與較舊的 GaP 技術相比，它可以在亮度和顏色穩定性方面提供更優異的性能。其 130 度視角比一些設計用於更具方向性光線的側視或頂視封裝更寬，這使其成為寬視角可見性有益的狀態指示的通用選擇。透明透鏡與明亮的 AlInGaP 晶片的結合，產生了鮮豔、飽和的綠色，易於區分。

10. 常見問題（FAQ）

10.1 峰值波長和主波長有什麼區別？

峰值波長（λP）是光譜功率分佈曲線達到最大強度時的波長。主波長（λd）是從 CIE 色度圖推導出來的，代表與 LED 感知顏色相匹配的純單色光的單一波長。對於光譜較窄的 LED，這些值通常很接近，但 λd 是顏色規格中更相關的參數。

10.2 我可以直接用電壓源驅動這個 LED 嗎？

不可以。LED 的順向電壓具有負溫度係數，並且每個元件之間都有差異。將其直接連接到電壓源將導致不受控制的電流流動，很可能超過最大額定值並損壞元件。請務必使用限流機制，例如串聯電阻或恆流驅動器。

10.3 為什麼發光強度和波長要有分級系統？

製造變異會導致各個 LED 之間的性能略有差異。分級將它們分類到特性緊密匹配的組別中。這使得設計師可以為其應用購買具有保證最小/最大性能（例如，亮度、顏色）的元件，確保最終產品的一致性，尤其是在使用多個 LED 時。

10.4 如果在迴焊期間超過 260°C 下 10 秒的限制會發生什麼？

超過時間-溫度曲線可能導致多種故障：環氧樹脂透鏡的熱應力開裂、內部矽膠封裝材料降解（導致變暗）、打線失效或半導體晶片本身損壞。這將導致光輸出降低、顏色偏移或元件完全失效。

11. 實用設計與使用範例

11.1 消費性設備的狀態指示燈

在便攜式藍牙喇叭中，可以使用單個 LTST-S110KGKT 作為電源/充電狀態指示燈。通過限流電阻從主 3.3V 或 5V 電源軌以 10-15 mA 驅動，它提供清晰、明亮的綠光。130 度的寬視角確保從幾乎任何角度都能看到狀態。設計必須包括正確的 PCB 焊盤圖形，並確保 LED 沒有放置在需要更高驅動電流的深色或擴散透鏡後面。

11.2 薄膜鍵盤背光

對於醫療設備鍵盤，可以將多個來自相同強度等級（例如，代碼 N）的 LED 排列在周邊以提供均勻的背光。它們將以串並聯組合方式連接，並配以適當的限流電阻，以確保亮度均勻。如果在密閉空間內同時驅動許多 LED，則必須考慮熱管理。

12. 技術介紹

LTST-S110KGKT 採用生長在基板上的 AlInGaP（磷化鋁銦鎵）半導體材料。當施加順向電壓時，電子和電洞在晶片的主動區域復合，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，從而決定了發射光的波長（顏色），在本例中為綠色。晶片安裝在導線框架封裝中，進行打線，並用透明的環氧樹脂透鏡封裝，以保護晶片並塑造光輸出光束。外部引腳上的鍍錫確保了良好的可焊性和抗氧化性。

13. 技術趨勢

SMD 指示燈 LED 的總體趨勢繼續朝著更高效率（每單位電功率更多的光輸出）、改進的顏色一致性和飽和度，以及更小的封裝尺寸以實現更密集的 PCB 設計發展。同時也關注在惡劣條件下（例如更高的溫度和濕度）增強可靠性。小型化的驅動力持續存在，晶片級封裝（CSP）LED 在最空間受限的應用中變得越來越普遍。此外，將控制電子元件直接與 LED 晶片整合（例如，用於恆流驅動或混色）是一個持續發展的領域。