SMD 綠色 GaP LED 規格書 - 3.2x2.8x1.9mm - 2.6V - 72mW - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件提供一款高亮度、表面黏著式綠色 LED 的完整技術規格。此元件專為消費性電子產品、辦公設備與通訊裝置中的通用指示燈及背光應用而設計。其主要優勢包括與自動化貼裝設備相容、適用於紅外線與迴焊製程，以及符合無鉛 (RoHS) 要求。標準的 EIA 封裝確保了在業界內的廣泛相容性。

2. 深入技術參數分析

2.1 絕對最大額定值

元件的操作限制定義於環境溫度 (Ta) 為 25°C 時。超過這些額定值可能會導致永久性損壞。

• 功率消耗 (Pd)：72 mW。這是 LED 在連續操作下可安全散發為熱量的最大功率。
• 峰值順向電流 (IFP)：80 mA。這是脈衝條件下的最大允許電流，指定於 1/10 工作週期與 0.1ms 脈衝寬度。此值顯著高於直流額定值，以適應短暫的高強度閃爍。
• 直流順向電流 (IF)：30 mA。這是為確保長期可靠運作所建議的最大連續順向電流。
• 逆向電壓 (VR)：5 V。施加超過此限制的逆向電壓可能會損壞 LED 的半導體接面。
• 操作溫度範圍：-40°C 至 +85°C。此元件額定可在這個寬廣的工業溫度範圍內可靠運作。
• 儲存溫度範圍：-40°C 至 +100°C。

2.2 電氣與光學特性

關鍵性能參數是在 Ta=25°C 與標準測試電流 IF=20mA 下測量。

• 發光強度 (Iv)：範圍從最小值 7.1 mcd 到典型值 45.0 mcd。實際強度經過分級，詳見第 3 節。
• 視角 (2θ1/2)：120 度。此寬廣視角表示為擴散型透鏡，適用於需要廣泛可見度的應用。
• 峰值發射波長 (λP)：565 nm。這是光譜輸出最強的波長。
• 主波長 (λd)：569 nm。這個從 CIE 色度圖導出的單一波長，定義了 LED 的感知顏色（綠色）。
• 光譜線半寬度 (Δλ)：30 nm。此參數描述光譜純度；寬度越窄表示光源越接近單色光。
• 順向電壓 (VF)：典型值為 2.6V，在 20mA 時範圍從 2.0V 到 2.6V。典型值有 +/- 0.1V 的公差。
• 逆向電流 (IR)：當施加 5V 逆向電壓時，最大值為 10 µA。

3. 分級系統說明

為確保生產批次間亮度的一致性，發光強度被分類為不同等級。等級代碼是料號選擇的一部分。

• 等級代碼 K：7.1 mcd (最小) 至 11.2 mcd (最大)
• 等級代碼 L：11.2 mcd 至 18.0 mcd
• 等級代碼 M：18.0 mcd 至 28.0 mcd
• 等級代碼 N：28.0 mcd 至 45.0 mcd

每個強度等級適用 +/-15% 的公差。設計師應根據其應用所需的亮度等級選擇適當的等級。

4. 性能曲線分析

規格書參考了說明關鍵參數間關係的典型性能曲線。雖然具體圖表未以文字重現，但其含義對設計至關重要。

• I-V 曲線：顯示順向電流 (IF) 與順向電壓 (VF) 之間的關係。它是非線性的，為二極體的典型特性。此曲線有助於選擇適當的限流電阻。
• 發光強度 vs. 順向電流：展示光輸出如何隨電流增加，通常在操作範圍內呈近線性關係。超過最大電流操作會導致效益遞減並增加熱量。
• 發光強度 vs. 環境溫度：顯示光輸出隨著接面溫度升高而降額。這對於高功率或高環境溫度應用中的熱管理至關重要。
• 光譜分佈：相對強度對波長的圖表，以 565nm 為中心，半寬度為 30nm，確認了綠色光輸出。

5. 機械與封裝資訊

5.1 元件尺寸

此 LED 符合標準 EIA SMD 封裝。關鍵尺寸（單位：毫米）包括本體尺寸約為 3.2mm (長) x 2.8mm (寬) x 1.9mm (高)。除非另有說明，公差通常為 ±0.2mm。精確的 PCB 焊墊設計應參考詳細的尺寸圖。

5.2 建議 PCB 焊墊設計

提供了適用於紅外線或氣相迴焊的焊墊圖案建議。遵循此建議的焊墊圖案對於實現可靠的焊點、迴焊期間正確的自動對位以及有效的散熱至關重要。設計通常包含散熱圖案以管理焊接溫度。

5.3 極性識別

陰極通常在元件上標記，常見方式是在透鏡或封裝上使用凹口、綠點或切角。必須參考規格書圖表以確認確切的標記方案，確保組裝時方向正確。

6. 焊接與組裝指南

6.1 迴焊溫度曲線

此元件相容於無鉛 (Pb-free) 迴焊製程。參考了符合 J-STD-020B 的建議溫度曲線。關鍵參數包括：

• 預熱溫度：150°C 至 200°C。
• 預熱時間：最長 120 秒。
• 峰值溫度：最高 260°C。
• 液相線以上時間：建議持續時間依焊錫膏規格而定。
• 升溫速率：需加以控制以防止熱衝擊。

必須注意，最佳溫度曲線取決於特定的 PCB 設計、焊錫膏和迴焊爐。建議進行元件級和板級的驗證。

6.2 手工焊接

若需進行手工焊接，請使用溫度不超過 300°C 的烙鐵。每個焊點的接觸時間應限制在最長 3 秒內，且僅應執行一次，以避免損壞塑膠封裝或內部打線。

6.3 清潔

若焊接後需要清潔，僅應使用指定的溶劑。將 LED 在室溫下浸入乙醇或異丙醇中少於一分鐘是可接受的。未指定的化學品可能會損壞環氧樹脂透鏡或封裝。

6.4 儲存與濕度敏感性

此 LED 對濕度敏感。當儲存在原始密封的防潮袋中並附有乾燥劑時，應保持在 ≤ 30°C 和 ≤ 70% RH 的環境下，並在一年內使用。一旦打開袋子，儲存環境不應超過 30°C 和 60% RH。暴露在環境空氣中超過 168 小時的元件，在進行迴焊前應在大約 60°C 下烘烤至少 48 小時，以防止 "爆米花效應"（因蒸氣壓力導致的封裝破裂）。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 載帶與捲盤規格

此元件以 8mm 載帶包裝於 7 英吋 (178mm) 直徑的捲盤上供應，相容於標準自動化取放設備。

• 每捲數量： 2000.
• 最小訂購量 (MOQ)：剩餘數量為 500 件。
• 上蓋帶：空位以頂部蓋帶密封。
• 缺件：根據規格 (EIA-481-1-B)，最多允許連續兩個燈缺件。

7.2 料號結構

料號 LTST-M670GKT 編碼了關鍵屬性：

• LTST：可能表示產品系列或家族。
• M670：可能指特定的晶片/晶粒類型或光學設計。
• G：表示透鏡顏色（水清透）。
• K：代表發光強度等級代碼（例如，K 等級：7.1-11.2 mcd）。
• T：可能表示捲盤包裝。

選擇正確的後綴（等級代碼）對於獲得所需的亮度等級至關重要。

8. 應用建議

8.1 典型應用場景

此 LED 適用於各種需要明亮、可靠綠色指示燈的應用，包括：

• 消費性電子產品上的狀態指示燈（路由器、數據機、音響設備）。
• 薄膜開關和面板的背光。
• 儀器儀表和控制面板的照明。
• 通用標誌和裝飾照明，其中寬廣視角是有益的。

8.2 驅動電路設計

LED 是電流驅動裝置。為確保亮度一致，特別是在並聯驅動多個 LED 時，強烈建議為每個 LED 使用一個串聯的限流電阻（電路模型 A）。不建議直接從電壓源並聯驅動 LED（電路模型 B），因為個別 LED 之間順向電壓 (VF) 特性的微小差異將導致電流分佈嚴重不平衡，從而導致亮度不均。串聯電阻值可使用歐姆定律計算：R = (Vcc - VF) / IF，其中 Vcc 是電源電壓，VF 是 LED 順向電壓（為可靠性起見使用最大值），IF 是所需的順向電流。

8.3 熱管理

雖然功率消耗相對較低（最大 72mW），但適當的熱設計可延長使用壽命並保持穩定的光輸出。確保 PCB 焊墊設計提供足夠的散熱。避免長時間在或接近其絕對最大電流和溫度額定值下操作 LED。

8.4 靜電放電 (ESD) 注意事項

與大多數半導體裝置一樣，LED 對靜電放電敏感。在組裝和處理過程中應遵循標準的 ESD 處理程序，包括使用接地工作站、腕帶和導電容器。

9. 技術比較與差異化

與舊式的穿孔 LED 技術相比，此 SMD 元件提供了顯著的優勢：

• 尺寸與外型：緊湊的 3.2x2.8mm 佔位面積和低高度 (1.9mm) 實現了終端產品的小型化。
• 可製造性：完全相容於高速、自動化的 SMT 組裝線，降低了生產成本，並比手動插件提高了可靠性。
• 光學性能：高亮度（最高 45 mcd）與寬廣 120 度視角的結合，提供了出色的可見度。
• 可靠性：封裝設計用於穩健的紅外線/迴焊製程，並提供寬廣的操作溫度範圍 (-40°C 至 +85°C)。

使用 GaP（磷化鎵）在 GaP 基板上的技術，是生產具有穩定顏色和性能的綠色 LED 的成熟且可靠的製程。

10. 常見問題 (FAQ)

Q1: 峰值波長 (λP) 和主波長 (λd) 有何不同？

A1: 峰值波長 (565 nm) 是 LED 發射最多光功率的物理波長。主波長 (569 nm) 是從色度學計算出的值，代表感知顏色的單一波長。對於像此綠色 LED 這樣的單色光源，它們通常很接近。

Q2: 我可以連續以 30mA 驅動此 LED 嗎？

A2: 可以，30mA 是額定的最大直流順向電流。為了獲得最大的可靠性和使用壽命，通常建議在略低於此最大值的條件下操作，例如在 20mA（標準測試條件），這也為大多數指示燈應用提供了充足的亮度。

Q3: 即使我的電源是限流的，為什麼仍然需要串聯電阻？

A3: 專用的串聯電阻提供了一種簡單、經濟高效且穩健的設定電流方法。它還有助於吸收電源電壓和 LED 順向電壓的微小變化，確保穩定運作。這被認為是大多數通用 LED 電路的最佳實踐。

Q4: 打開防潮袋後的 168 小時車間壽命有多關鍵？

A4: 這對製程可靠性非常重要。超過此時間而未進行烘烤，會增加在高溫迴焊過程中因濕氣導致封裝損壞的風險，這可能導致立即故障或降低長期可靠性。

11. 設計導入案例研究

情境：為一個具有 24 個相同綠色連接埠活動指示燈的網路交換器設計狀態指示燈面板。

設計步驟：

1. 亮度選擇：對於室內設備 1-2 公尺的觀看距離，中等亮度已足夠。從訂購資訊中選擇等級代碼 L (11.2-18.0 mcd)。
2. 驅動電路：系統使用 3.3V 電源軌。使用最大 VF 2.6V 和目標 IF 20mA，計算串聯電阻：R = (3.3V - 2.6V) / 0.020A = 35 歐姆。將選擇最接近的標準值 33 歐姆或 39 歐姆，略微調整電流。
3. PCB 佈局：使用規格書中建議的焊墊佈局。將 3.3V 和 GND 走線佈線到所有 24 個 LED。將限流電阻放置在每個 LED 的陽極附近。
4. 熱考量：24 個 LED 每個約 20mA，總功率較低（約 1.5W）。不需要特殊的散熱措施，但確保機殼內有一般氣流。
5. 組裝：遵循建議的迴焊溫度曲線。打開捲盤後，計劃在 168 小時窗口內完成所有電路板的 SMT 組裝，或實施烘烤計劃。

這種方法確保了亮度均勻、焊接可靠和長期性能。

12. 技術原理介紹

此 LED 基於磷化鎵 (GaP) 半導體材料。當順向電壓施加於 p-n 接面時，電子和電洞被注入活性區域，在那裡它們重新結合。在 GaP 中，此重新結合過程以光子（光）的形式釋放能量，其波長對應於材料的能隙能量，對於此特定組成，結果產生綠光（約 565-569 nm）。"水清透"透鏡由環氧樹脂製成，設計用於擴散光線，創造出寬廣的 120 度視角。SMD 封裝封裝了半導體晶粒、打線和導線架，提供機械保護以及熱/電氣連接。

13. 產業趨勢與發展

光電產業持續演進。雖然此基於 GaP 的綠色 LED 代表了一種成熟且高度可靠的技術，但趨勢包括：

• 效率提升：持續開發材料（如用於更廣顏色範圍的 InGaN）和晶片設計，以實現更高的每瓦流明數 (lm/W)，降低給定光輸出的功耗。
• 小型化：開發更小的封裝佔位面積（例如 0201、01005），用於空間受限的應用，如穿戴式裝置和超緊湊消費性電子產品。
• 整合解決方案：內建驅動器（恆流 IC）、保護二極體（用於 ESD/逆向電壓）或多種顏色（RGB）於單一封裝中的 LED 不斷增長，簡化了電路設計。
• 高可靠性需求：在汽車、工業和醫療領域的應用擴展，推動了對更寬溫度範圍、更高抗振性和更長操作壽命（通常額定為 L70 或 L90，意指達到初始亮度 70% 或 90% 的時間）的要求。

本規格書中描述的元件穩固地立足於市場中已確立、高產量的領域，因其經過驗證的性能、成本效益和易於整合而受到重視。