SMD LED LTST-C19DKFKT-NB 資料手冊 - 橙色 AlInGaP - 20mA - 50mW - 英文技術文件

1. 產品概述

本文件提供一款表面黏著元件 (SMD) 發光二極體 (LED) 的完整技術規格。該元件採用磷化鋁銦鎵 (AlInGaP) 半導體晶片來產生橙色光。此 LED 專為自動化印刷電路板 (PCB) 組裝而設計，以業界標準的 8 毫米載帶封裝於 7 吋捲盤上，適用於大量生產環境。其微型佔位面積與堅固結構，能滿足各電子領域中空間受限且注重可靠性的應用需求。

1.1 功能特點

• 符合有害物質限制（RoHS）指令。
• 採用超高亮度AlInGaP半導體晶片以實現高發光效率。
• 封裝於8毫米載帶上，並捲繞於直徑7英寸的捲盤，適用於自動化貼片機。
• 符合電子工業聯盟(EIA)標準封裝外型規範。
• 輸入邏輯位準與標準積體電路 (IC) 輸出相容。
• 設計用於與自動化表面黏著技術 (SMT) 貼裝設備相容。
• 可承受無鉛（Pb-free）組裝製程中使用的標準紅外線（IR）回焊溫度曲線。

1.2 應用領域

此LED專為廣泛的電子設備設計，適用於需要可靠、緊湊的指示或背光之場合。主要應用領域包括：

• 通訊設備： 路由器、數據機和手持裝置中的狀態指示燈。
• 辦公自動化： 印表機與掃描器中，鍵盤、按鍵及狀態指示燈的背光照明。
• 消費性家電： 家用裝置中的電源、模式或功能指示燈。
• 工業設備： 機械與控制系統的面板指示器。
• Microdisplays & Signage: 適用於符號指示器或小型資訊顯示的低亮度照明。

2. 技術參數：深入的客觀解讀

以下章節將詳細分析該裝置在特定條件下的操作限制與性能特徵。除非另有說明，所有額定值與特性均以環境溫度 (Ta) 25°C 為準。

2.1 Absolute Maximum Ratings

這些額定值定義了壓力極限，超過此極限可能對元件造成永久性損壞。不保證在此極限下或處於此極限時的操作，應在電路設計中避免。

• Power Dissipation (Pd): 50 mW。這是在不超過其最高接面溫度的情況下，封裝能夠以熱能形式消耗的最大總功率（電流 * 順向電壓）。
• 峰值順向電流 (I_FP): 40 mA。這是最大允許瞬時順向電流，通常在脈衝條件下指定（1/10 工作週期，0.1ms 脈衝寬度）以管理溫升。
• Continuous Forward Current (I_F): 20 mA。這是連續運作時的最大建議直流電流，可確保長期可靠性與穩定的光輸出。
• Reverse Voltage (V_R): 5 V。施加超過此值的反向偏壓可能導致接面崩潰與元件故障。
• 工作溫度範圍： -30°C 至 +85°C。此為裝置設計可正常運作的環境溫度範圍。
• 儲存溫度範圍： -40°C 至 +85°C。此為非工作狀態下儲存而不會導致性能劣化的溫度範圍。
• 焊接溫度： 可承受 260°C 持續 10 秒，定義了其與無鉛迴流焊接製程的相容性。

2.2 電光特性

這些參數定義了器件在正常工作條件下的典型性能（I_F = 5mA，Ta=25°C）。

• 發光強度（I_V): 8.2 至 28.0 毫燭光 (mcd)。使用經過濾以匹配明視覺（人眼）反應曲線的感測器，在軸上測量。此寬廣範圍透過分檔系統進行管理。
• 視角 (2θ_1/2): 50 度。此為光強度降至其軸上（0°）值一半時的全角，用以定義光束的擴散範圍。
• 峰值發射波長 (λ_P): 約 611 nm。指發射光的光譜功率分佈達到最大值時的波長。
• 主波長 (λ_d): 595 至 610 nm。這是人眼感知光線顏色所代表的單一波長，由 CIE 色度座標推導得出。它是顏色規格的關鍵參數。
• 譜線半寬度 (Δλ): 約 17 nm。發射光譜在其最大功率一半處的寬度，表示色純度。
• 順向電壓 (V_F): 1.70 至 2.30 V。當以 5mA 電流驅動時，LED 兩端的電壓降。此範圍亦透過分檔進行管理。
• 逆向電流 (I_R): 最大10 μA。當施加最大反向電壓（5V）時流動的小漏電流。

3. Binning System 說明

為確保量產一致性，LED會根據關鍵參數進行分級（binning）。這讓設計師能為其應用選擇符合特定電壓、亮度和顏色要求的元件。

3.1 順向電壓 (V_F) 分檔

分檔定義了在5mA測試電流下的順向電壓範圍。這對於設計限流電路至關重要，尤其是在多個LED並聯連接時，以確保電流均勻分配。

• 分檔 D1: V_F = 1.7V 至 1.9V
• Bin D2: V_F = 1.9V 至 2.1V
• Bin D3: V_F = 2.1V 至 2.3V
• 每Bin容差：±0.1V

3.2 發光強度 (I_V) 分檔

Bin 分類標示了最小與最大光輸出值，可依據亮度需求進行選擇。

• Bin K: I_V = 8.2 mcd 至 11.0 mcd
• Bin L: I_V = 11.0 mcd 至 18.0 mcd
• Bin M: I_V = 18.0 mcd 至 28.0 mcd
• 每Bin容差：±15%

3.3 主波長 (λ_d) 分檔

這種分檔確保了不同生產批次間的顏色一致性，這對於需要匹配顏色的應用至關重要。

• Bin N: λ_d = 595 nm to 600 nm
• Bin P: λ_d = 600 nm to 605 nm
• Bin Q: λ_d = 605 nm 至 610 nm
• 每檔容差：±1 nm

4. 性能曲線分析

圖形化數據有助於理解裝置在不同條件下的行為。雖然數據手冊中引用了特定曲線，但典型的關係描述如下。

4.1 Current vs. Voltage (I-V) Characteristic

The forward voltage (V_F) 與正向電流 (I) 呈現對數關係。_F) 它呈非線性增加，在極低電流時（接近導通電壓）上升較為急遽，而在較高電流時，由於晶片與封裝內的串聯電阻，增加趨勢更趨線性。在指定的電流範圍內操作 LED 可確保穩定的 V_F 與最佳效率。

4.2 發光強度對順向電流

在一個顯著的範圍內，光輸出（發光強度）大致與正向電流成正比。然而，在極高電流下，由於熱效應增加和效率下降，效能（每瓦流明數）可能會降低。數據手冊選擇5mA的典型工作條件，是為了在亮度、效率和壽命之間取得平衡。

4.3 溫度相依性

LED的效能對溫度敏感。當接面溫度升高時：
- 順向電壓 (V_F) 通常會降低。
- 在給定電流下，發光強度會降低。
- 主波長可能略微偏移（對於AlInGaP通常會向長波長方向偏移）。在PCB設計中進行適當的熱管理，對於在操作溫度範圍內維持一致的光學性能至關重要。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

本元件符合標準SMD封裝外形。除非另有說明，關鍵尺寸公差為±0.1mm。透鏡為水清色並配有黑色蓋帽，可減少雜散光反射，提升橙色發光體的視覺亮度，從而增強對比度。

5.2 建議PCB銲墊圖案

提供建議的焊墊佈局，以確保迴焊過程中形成可靠的焊點。此圖案旨在促進良好的焊錫潤濕、正確對位及足夠的機械強度，同時最大限度地減少錫橋。遵循此建議對於組裝良率至關重要。

5.3 極性識別

陰極通常在元件本體上標示，常見方式包括透鏡上的綠色色調、凹口或圓點。安裝時必須注意正確的極性，以確保電路正常運作。

6. 焊接與組裝指南

6.1 紅外迴流焊參數 (無鉛製程)

本元件適用於無鉛焊接。關鍵參數為本體峰值溫度不得超過260°C，且持續時間最長不超過10秒。完整的迴焊溫度曲線應包含：
- 預熱/升溫階段： 受控斜坡升溫以活化助焊劑並減少熱衝擊。
- 均熱區： 通常為150-200°C，持續最多120秒，以使電路板溫度均勻。
- 迴焊區： 最高峰值溫度260°C，並控制高於液相線時間（TAL）。
- 冷卻區： 控制降溫斜率以使焊點固化。
應根據具體的PCB組裝件制定溫度曲線，遵循JEDEC標準及錫膏製造商的建議。

6.2 手工焊接

若需進行手工焊接，請使用最高設定溫度為300°C的溫控烙鐵。每個焊點的接觸時間應限制在3秒或更短，且僅應操作一次，以防止對LED封裝或焊線造成熱損傷。

6.3 儲存與處理

- 靜電防護注意事項： LED對靜電放電（ESD）敏感。請在受控環境中，使用接地手腕帶、防靜電墊進行操作。
- 濕度敏感性： 本封裝等級為濕度敏感性等級 (MSL) 3。若原廠密封防潮袋被打開，元件必須在工廠條件 (≤30°C/60% RH) 下於一週 (168小時) 內進行IR迴焊。若需儲存超過此期限，請在焊接前以60°C烘烤至少20小時。
- 長期儲存： 未開封的包裝應儲存於≤30°C且≤90%相對濕度的環境中，自日期代碼起建議保存期限為一年。

6.4 清潔

若需進行焊後清潔，應使用溫和的醇類溶劑，如異丙醇（IPA）或乙醇。浸泡應在室溫下進行，時間少於一分鐘。強效或未指定的化學品可能損壞塑膠透鏡與封裝。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 捲帶包裝規格

本元件以壓紋載帶搭配保護蓋帶包裝，並捲繞於直徑7英吋（178公釐）的捲盤上。標準包裝每捲盤含4000件。若數量不足一整捲，最小包裝數量為500件。捲帶與捲盤尺寸符合ANSI/EIA-481標準，以確保與自動送料器相容。

7.2 料號解讀

料號LTST-C19DKFKT-NB編碼了特定屬性：
- LTST： 產品系列/型號識別碼。
- C19DKFKT： 定義封裝類型、顏色與性能特性的內部代碼。
- NB: 後綴通常表示特定的料倉組合或特殊選項（例如，特定的 V_F/I_V/λ_d 箱號）。此後綴的具體箱號代碼應向供應商確認。

8. 應用建議與設計考量

8.1 電流限制

LED是一種電流驅動元件。務必使用串聯限流電阻或恆流驅動電路。電阻值可透過歐姆定律計算：R = (V_supply - V_F) / I_F使用最大V_F 從數據手冊（或選定的分檔）中取得最大值，以確保即使電源電壓波動和元件容差存在，電流也不會超過最大額定值。

8.2 熱管理

雖然功耗很低，但透過PCB銅焊墊進行有效的散熱可以延長使用壽命並保持穩定的光輸出。請使用足夠的銅面積連接至散熱焊墊，並考慮使用熱通孔連接至內層或底層以改善熱擴散，特別是在高環境溫度下或驅動電流接近最大值時。

8.3 光學設計

50度的視角可提供寬廣的光束。對於需要更集中光束的應用，可使用二次光學元件（透鏡）。黑色帽蓋能減少側向眩光，使此LED適用於需要最小化離軸可見度的前面板指示燈。

9. 技術比較與差異化

相較於其他技術，此AlInGaP橙色LED具備顯著優勢：
- 對比傳統GaAsP/GaP： 在相同驅動電流下，AlInGaP能提供顯著更高的發光效率與亮度，這意味著在特定光輸出下功耗更低，或能實現更佳的視覺可見度。
- vs. 螢光粉轉換型LED： 直接發射型AlInGaP LED通常具有較窄的光譜頻寬（約17nm），相較於經濾光呈現橙色的螢光粉轉換白光LED所產生的寬廣光譜，能提供更飽和且純淨的橙色光。
- vs. 其他封裝尺寸： 標準化的EIA封裝確保與業界標準PCB焊盤佈局及取放吸嘴廣泛相容，降低設計與組裝複雜度。

10. 常見問題（基於技術參數）

Q1: 我可以直接使用3.3V或5V邏輯輸出驅動此LED嗎？
A: 不行，必須使用限流電阻。其順向電壓約為1.8V，因此直接連接到3.3V或5V會導致電流過大，從而損壞LED。請務必計算並使用合適的串聯電阻。

Q2: 為什麼發光強度範圍如此廣泛（8.2至28.0 mcd）？
A: 這是由於半導體製造中的自然變異。分檔系統（K, L, M）讓您可以根據應用需求選擇所需的亮度等級，確保同一生產批次內的一致性。

Q3: 峰值波長與主波長有何區別？
A: 峰值波長（λ_P）是光譜的物理峰值。主波長（λ_d）是根據CIE色度座標計算得出，代表人眼感知該顏色的單一波長。λ_d 是色彩規格與匹配更相關的參數。

Q4：這顆LED可以進行多少次迴焊？
A：資料手冊規定，焊接條件（260°C，10秒）最多可應用兩次。這已考量潛在的返工需求。最佳實務是盡量減少迴焊次數。

11. 實際應用範例

情境：為網路交換器設計狀態指示燈。
LED將在每個連接埠上指示「連線啟用」。此設計使用3.3V電源軌。
1. 目前選取項目： 選擇 I_F = 5mA 以確保足夠亮度與長使用壽命。
2. 電阻計算： 假設一個保守的 V_F 為 2.3V（數據手冊中的最大值），R = (3.3V - 2.3V) / 0.005A = 200Ω。一個標準的 220Ω 電阻將提供 I_F ≈ (3.3-1.8)/220 ≈ 6.8mA，這仍然是安全的並能提供良好的亮度。
3. 分檔： 為使面板上所有埠的外觀一致，請指定一個嚴格的主波長分檔（例如：分檔 P：600-605nm）以及一致的光強度分檔（例如：分檔 L：11-18mcd）。
4. PCB佈局： 使用建議的焊盤圖形。將陰極焊盤連接至稍大的銅箔區域，以提供輕微的散熱效果。
5. 組裝： 遵循IR迴焊溫度曲線指南。若LED暴露時間超過MSL 3車間壽命，請確保對電路板進行烘烤。

12. 運作原理

此LED基於半導體p-n接面中的電致發光原理運作。其主動區域由磷化鋁銦鎵（AlInGaP）組成。當施加超過接面導通電壓的正向偏壓時，來自n型區域的電子和來自p型區域的電洞被注入主動區域。在此，它們以輻射形式復合，並以光子形式釋放能量。AlInGaP合金的特定能隙能量決定了發射光的波長（顏色），在本例中為橙色光譜（主波長≈605nm）。環氧樹脂透鏡封裝用於保護半導體晶片、提供機械穩定性，並塑造發射光型。

13. 技術趨勢

此類SMD LED的發展是光電子學更廣泛趨勢的一部分：
- 提升效率： 持續進行的材料科學研究旨在提升AlInGaP及其他化合物半導體的內部量子效率與光提取效率，從而實現更高的每瓦流明值。
- 微型化： 對更小、更密集電子元件的追求持續推動封裝尺寸縮小（例如從0603降至0402公制尺寸），同時維持或提升光學性能。
- 整合： 趨勢包括將多個LED晶片（RGB）整合至單一封裝中以實現混色，或將控制IC與LED結合以實現「智慧」照明解決方案。
- 可靠性與標準化： 強調嚴格的品質標準、更長的使用壽命，以及標準化的測試/性能指標（例如用於壽命預測的TM-21），以滿足汽車、工業和專業照明應用的需求。

LED 規格術語

LED 技術術語完整解說

光電性能

Term	Unit/Representation	簡易說明	重要性
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。
Luminous Flux	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。
視角	° (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 (Color Temperature)	K (Kelvin)，例如 2700K/6500K	光線的暖/冷色調，數值越低越偏黃/暖，越高越偏白/冷。	決定照明氛圍與適用的場景。
CRI / Ra	無單位，0–100	能夠準確呈現物體顏色的能力，Ra≥80即為良好。	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的顏色均勻一致。
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。
光譜分佈	波長對強度曲線	顯示跨波長的強度分佈。	影響色彩呈現與品質。

Electrical Parameters

Term	Symbol	簡易說明	設計考量
Forward Voltage	Vf	點亮LED所需的最低電壓，類似「啟動閾值」。	驅動器電壓必須 ≥Vf，串聯LED的電壓會相加。
Forward Current	If	正常LED運作時的電流值。	Usually constant current drive, current determines brightness & lifespan.
最大脈衝電流	Ifp	可耐受短時間的峰值電流，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。
Thermal Resistance	Rth (°C/W)	晶片至焊料的熱傳導阻力，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。	生產過程中需要採取防靜電措施，特別是對於敏感的LED元件。

Thermal Management & Reliability

Term	Key Metric	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；過高則會導致光衰、色偏。
光通量衰減	L70 / L80 (小時)	亮度降至初始值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保持能力。
色偏	Δu′v′ or MacAdam ellipse	使用期間的顏色變化程度。	影響照明場景中的顏色一致性。
熱老化	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

Term	常見類型	簡易說明	Features & Applications
封裝類型	EMC, PPA, Ceramic	保護晶片的外殼材料，提供光學/熱介面。	EMC：良好的耐熱性，成本較低；陶瓷：散熱效果更佳，使用壽命更長。
Chip Structure	Front, Flip Chip	晶片電極排列。	覆晶：散熱更佳、效能更高，適用於高功率。
螢光粉塗層	YAG, Silicate, Nitride	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、色溫和顯色指數。
Lens/Optics	平面、微透鏡、全內反射	表面光學結構控制光線分佈。	決定視角與光分佈曲線。

Quality Control & Binning

Term	Binning Content	簡易說明	目的
光通量分檔	Code e.g., 2G, 2H	依亮度分組，每組有最小/最大流明值。	確保同一批次亮度均勻。
電壓分級	代碼，例如 6W, 6X	依順向電壓範圍分組。	便於驅動器匹配，提升系統效率。
Color Bin	5階麥克亞當橢圓	依據色座標分組，確保緊密範圍。	保證色彩一致性，避免燈具內部顏色不均。
CCT Bin	2700K, 3000K etc.	依照CCT分組，每組皆有對應的座標範圍。	滿足不同場景的CCT需求。

Testing & Certification

Term	Standard/Test	簡易說明	重要性
LM-80	光通維持率測試	在恆溫下進行長期照明，記錄亮度衰減。	用於估算LED壽命（配合TM-21）。
TM-21	壽命評估標準	依據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、電氣、熱學測試方法。	業界公認的測試基準。
RoHS / REACH	環境認證	確保不含危害物質（鉛、汞）。	國際市場准入要求。
ENERGY STAR / DLC	能源效率認證	照明設備能源效率與性能認證	適用於政府採購、補貼計畫，提升競爭力