SMD LED LTST-C191TGKT-2A 規格書 - 水清透鏡 - InGaN 綠光 - 0.55mm 超薄高度 - 10mA DC - 38mW - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件詳述一款微型表面黏著 LED 燈的規格，專為自動化印刷電路板組裝及空間受限的應用而設計。此元件為超薄、超亮 LED，採用 InGaN（氮化銦鎵）半導體晶片產生綠光。其緊湊的外型與現代製造製程的相容性，使其成為廣泛電子設備的多功能元件。

1.1 核心優勢與目標市場

此 LED 的主要優勢包括其極低的 0.55mm 厚度，可整合至超薄裝置中。其 InGaN 晶片能提供高發光強度。元件完全符合 RoHS（有害物質限制）指令。包裝於符合 EIA 標準的 8mm 載帶並捲繞於 7 吋捲盤上，完全相容於高速自動化取放設備。此外，其設計可承受紅外線迴焊製程，這是表面黏著技術組裝線的標準製程。

目標應用廣泛，涵蓋通訊設備、辦公室自動化裝置、家電及工業設備。具體使用案例包括鍵盤背光、狀態指示燈、微型顯示器，以及各種訊號或符號照明應用。

2. 深入技術參數分析

本節對規格書中定義的電氣、光學及熱特性提供詳細、客觀的解讀。理解這些參數對於可靠的電路設計及確保長期性能至關重要。

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應力極限，並非用於正常操作。

• 功率消耗 (Pd)：38 mW。這是 LED 封裝在環境溫度 25°C 下可作為熱量散逸的最大功率。超過此限制有過熱及加速劣化的風險。
• 直流順向電流 (IF)：10 mA。可施加的最大連續順向電流。
• 峰值順向電流：40 mA。此電流僅允許在脈衝條件下使用，工作週期為 1/10，脈衝寬度為 0.1ms。允許短暫的高亮度而不造成熱損傷。
• 操作溫度範圍：-20°C 至 +80°C。LED 被指定能正常運作的環境溫度範圍。
• 儲存溫度範圍：-30°C 至 +100°C。元件未通電時的儲存溫度範圍。
• 紅外線焊接條件：260°C 持續 10 秒。此定義了 LED 在迴焊過程中可承受的峰值溫度與時間曲線，對於無鉛組裝製程至關重要。

2.2 環境溫度 Ta=25°C 下的電光特性

這些是在標準測試條件下測得的典型性能參數。設計師應使用這些數值進行電路計算。

• 發光強度 (Iv)：在順向電流 2 mA 下，範圍從 11.2 mcd（最小值）到 112.0 mcd（最大值）。此寬範圍透過分級系統管理（見第 3 節）。此參數衡量人眼感知的亮度。
• 視角 (2θ1/2)：130 度。這是發光強度降至軸上測量值一半時的全角。130 度角表示寬廣的視角模式，適用於需要從多個角度看到光線的應用。
• 峰值發射波長 (λP)：530 nm。這是 LED 光譜輸出最強的波長。
• 主波長 (λd)：525.0 nm 至 545.0 nm（於 IF=2mA 下）。這是人眼感知、定義顏色（綠色）的單一波長。它源自 CIE 色度圖，與峰值波長不同。
• 光譜線半寬度 (Δλ)：35 nm。這表示發射光的光譜純度或頻寬，以最大強度一半處的寬度來衡量。
• 順向電壓 (VF)：2.30 V 至 3.30 V（於 IF=2 mA 下）。LED 導通電流時的跨壓降。此範圍亦受分級影響。
• 逆向電流 (IR)：在逆向電壓 5V 下，最大值為 10 μA。此元件並非為逆向操作而設計；此測試僅用於品質驗證。必須避免在電路中施加逆向電壓，通常透過確保正確極性或使用保護電路來實現。

2.3 熱管理考量

雖然未明確繪製圖表，但熱管理可從功率消耗額定值與操作溫度範圍推斷。低至 38mW 的 Pd 額定值強調了這是一個低功率元件。然而，在高密度佈局或密閉空間中，建議確保 PCB 焊墊有足夠的散熱面積，以將接面溫度維持在安全限度內，從而保持光輸出與使用壽命。

3. 分級系統說明

為確保生產中顏色與亮度的一致性，LED 會根據關鍵參數進行分級。這讓設計師能為其應用選擇特定的性能等級。

3.1 順向電壓 (Vf) 分級

LED 根據其在 2 mA 下的順向電壓降進行分類。分級範圍從 D4 (2.30V - 2.50V) 到 D8 (3.10V - 3.30V)，每級公差為 ±0.1V。選擇嚴格的 Vf 分級有助於確保當多個 LED 由恆壓源並聯驅動時，亮度均勻。

3.2 發光強度 (Iv) 分級

此分級控制亮度輸出。分級範圍從 L (11.2 - 18.0 mcd) 到 Q (71.0 - 112.0 mcd)，於 2 mA 下測量，每級公差為 ±15%。需要特定亮度等級的應用（例如具有定義亮度等級的指示燈）將指定 Iv 分級。

3.3 色調 (主波長) 分級

此分級確保顏色一致性。此綠光 LED 的主波長分級為：AQ (525.0 - 530.0 nm)、AR (530.0 - 535.0 nm)、AS (535.0 - 540.0 nm) 及 AT (540.0 - 545.0 nm)，公差為 ±1nm。對於精確顏色匹配至關重要的應用（例如多色顯示器或交通號誌），指定窄色調分級是必要的。

4. 性能曲線分析

規格書參考了典型性能曲線。雖然提供的文本中未複製具體圖表，但其標準解讀對於設計至關重要。

4.1 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V 曲線)

此曲線顯示流經 LED 的電流與其兩端電壓之間的非線性關係，本質上是指數關係。給出的典型 VF 值（例如，2mA 時約 2.8V）是此曲線上的一個點。設計師使用此曲線來確定給定電源電壓下所需的限流電阻值。通常更推薦使用恆流源驅動 LED，而非使用串聯電阻的恆壓源，因為它能提供更穩定的亮度並對 Vf 變化有更好的耐受性。

4.2 發光強度 vs. 順向電流

此圖表通常顯示發光強度隨順向電流增加而增加，但並非線性關係。在較高電流下，效率可能因產熱增加而下降。額定的 10mA 直流電流代表了一個實現亮度與可靠性良好平衡的點。在接近絕對最大電流下操作將縮短使用壽命。

4.3 光譜分佈

光譜輸出圖將顯示強度與波長的關係，以 530nm 峰值為中心，半寬度為 35nm。此資訊對於對特定波長敏感的應用（例如光學感測器或濾色系統）至關重要。

4.4 溫度相依性

雖然未詳細說明，但 LED 性能對溫度敏感。通常，順向電壓隨溫度升高而降低（負溫度係數），而光輸出也會降低。對於精密應用，必須考慮這些效應，特別是當 LED 在變化的熱環境中運作時。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸與極性

此 LED 具有 0.55mm 的超薄厚度。封裝尺寸在規格書中提供，標準公差為 ±0.1mm。透鏡為水清透鏡。陰極通常由封裝上的標記識別，例如凹口、綠點或切角。組裝時必須正確識別極性，以防止逆向偏壓損壞。

5.2 建議 PCB 焊墊設計

提供了焊墊圖案（封裝佔位）建議，以確保可靠的焊接與機械穩定性。遵循此設計對於實現適當的焊錫圓角、管理散熱以及防止墓碑效應（元件一端在迴焊時翹起）至關重要。焊墊設計也有助於在自動化放置時對齊元件。

6. 焊接、組裝與操作指南

6.1 焊接製程指南

此 LED 相容於紅外線迴焊。提供了無鉛製程的建議溫度曲線，關鍵參數如下：

• 預熱：150-200°C。
• 預熱時間：最長 120 秒，以逐漸加熱電路板與元件。
• 峰值溫度：最高 260°C。
• 液相線以上時間（峰值時）：最長 10 秒。溫度曲線應符合 JEDEC 標準以確保可靠性。

6.2 清潔

若焊接後需要清潔，僅應使用指定的溶劑。規格書建議在常溫下浸入乙醇或異丙醇中少於一分鐘。未指定或具侵蝕性的化學品可能損壞封裝材料或光學透鏡。

6.3 儲存與濕度敏感性

此 LED 對濕度敏感。當密封的防潮袋（含乾燥劑）未開封時，應儲存在 ≤30°C 且 ≤90% 相對濕度的環境中，並在一年內使用。一旦原始包裝被打開，儲存環境不應超過 30°C / 60% RH。從原始包裝取出的元件應在 672 小時（28 天，MSL2a 等級）內進行紅外線迴焊。若在原始袋外儲存更長時間，則必須在焊接前以約 60°C 烘烤至少 20 小時，以去除吸收的水分並防止爆米花效應（迴焊時因蒸氣壓力導致封裝破裂）。

6.4 靜電放電 (ESD) 預防措施

此 LED 易受靜電放電及電氣突波損壞。建議使用接地腕帶或防靜電手套操作元件。所有操作設備、工作站及機械必須妥善接地，以防止靜電累積。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 載帶與捲盤規格

LED 以帶有保護蓋帶的凸版載帶供應，捲繞於直徑 7 吋（178mm）的捲盤上。標準捲盤數量為 5,000 顆。載帶寬度為 8mm。包裝符合 ANSI/EIA-481 規範。對於剩餘元件的最小包裝數量及載帶中連續缺失元件的最大數量有相關指引。

8. 應用說明與設計考量

8.1 典型應用電路

最常見的驅動方法是串聯限流電阻。電阻值計算公式為：R = (電源電壓 - LED 順向電壓) / 期望電流。例如，使用 5V 電源、典型 VF 為 2.8V、期望電流為 5mA：R = (5 - 2.8) / 0.005 = 440 歐姆。一個 470 歐姆的標準電阻將是合適的。為了在溫度與電源電壓變化下獲得更好的亮度穩定性，建議使用電晶體或專用 LED 驅動 IC 構成的簡單恆流源，特別是用於多個 LED 或關鍵亮度應用。

8.2 設計考量

• 電流驅動：始終使用受控電流驅動，而非直接施加固定電壓。將絕對最大額定值視為極限，而非目標。
• 熱管理：確保 PCB 佈局為 LED 焊墊提供足夠的銅箔面積以作為散熱片，特別是在接近最大電流操作時。
• 光學設計：寬廣的 130 度視角提供了良好的離軸可見性。對於聚焦光線，可能需要外部透鏡或導光板。
• 逆向電壓保護：若存在施加逆向電壓的可能性（例如在交流電路或帶有感應性負載的電路中），則需要一個與 LED 並聯的保護二極體（陰極對陽極）。

8.3 應用限制

規格書包含一項注意事項，說明這些 LED 適用於普通電子設備。對於需要極高可靠性、故障可能危及生命或健康的應用（航空、醫療設備、關鍵安全系統），在設計採用前需諮詢製造商。這是商業級元件的標準免責聲明。

9. 技術比較與差異化

與基於 AlGaInP（磷化鋁鎵銦）等舊技術的綠光 LED 相比，此基於 InGaN 的綠光 LED 通常提供更高的發光效率與更好的性能穩定性。0.55mm 的高度是市場上的關鍵差異化因素，使得設計比使用標準 0.6mm 或 0.8mm 高度 LED 的產品更薄。其與標準紅外線迴焊及載帶捲盤包裝的相容性，使其與主流、具成本效益的 SMT 組裝流程一致，這與某些可能需要特殊處理的利基型 LED 不同。

10. 常見問題 (FAQ)

10.1 峰值波長與主波長有何不同？

峰值波長是 LED 發射最多光功率的物理波長。主波長是基於人眼顏色感知（CIE 圖表）計算出的數值，最能代表我們看到的顏色。對於單色綠光 LED，兩者通常接近但不完全相同。

10.2 我可以用 20mA 驅動此 LED 以獲取更高亮度嗎？

不行。直流順向電流的絕對最大額定值為 10 mA。以 20mA 操作將超過此額定值，導致過熱、光衰加速及潛在的災難性故障。若要更高亮度，請選擇來自更高 Iv 分級（例如 Q 級）的 LED，或選擇額定電流更高的產品。

10.3 為什麼分級很重要？

製造變異會導致個別 LED 在 Vf、Iv 及顏色上存在差異。分級將它們分類到參數嚴格控制的組別中。對於使用多個 LED 的產品（例如背光陣列），使用來自同一分級的 LED 可確保亮度與顏色均勻，這對於美觀與功能品質至關重要。

10.4 如何解讀紅外線焊接條件額定值？

這意味著 LED 能夠承受迴焊溫度曲線，其中元件本體溫度達到 260°C 峰值並持續最多 10 秒。這是無鉛焊錫膏的標準要求，其熔點比傳統錫鉛焊料更高。

11. 實務設計與使用範例

11.1 行動裝置鍵盤背光

在手機鍵盤中，多個 LED 通常放置在導光板下方。使用來自相同 Iv 與色調分級的 LED（例如，亮度用 N 級，顏色用 AR 級）可確保每個按鍵均勻照明且色調一致。0.55mm 的高度在此至關重要，以適應超薄機身。它們將透過個別串聯電阻或提供恆流的專用背光驅動 IC 並聯驅動。

11.2 網路路由器狀態指示燈

單個 LED 可用於指示電源、網路活動或錯誤狀態。寬廣的 130 度視角允許從房間內幾乎任何方向看到狀態。一個簡單的電路，包含微控制器 GPIO 引腳、一個串聯電阻（例如，從 3.3V 電源驅動 5mA 時使用 330 歐姆）及 LED 即已足夠。軟體可以控制閃爍模式。

12. 工作原理簡介

此 LED 是一種半導體光子元件。它基於 InGaN 異質結構。當施加順向電壓時，電子與電洞被注入半導體晶片的主動區。它們復合，以光子（光）的形式釋放能量。InGaN 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）——在此例中為綠色。水清環氧樹脂透鏡封裝晶片，提供機械保護並塑造光輸出模式。

13. 技術趨勢

InGaN 材料的發展是實現高效率綠光與藍光 LED 的突破，從而實現白光 LED（透過螢光粉轉換）與全彩顯示器。目前 SMD LED 的趨勢持續朝向更高光效（每瓦更多光輸出）、更低熱阻以實現更好的功率處理能力，以及更小的封裝尺寸。同時也專注於改善照明應用的顯色性與一致性。消費性電子產品微型化的驅動力推動封裝朝向更薄的高度與更小的佔位面積，正如此 0.55mm 元件所例證。