SMD LED LTST-B680VEKT 資料手冊 - AlInGaP 紅光 - 20mA - 710-1400mcd - 英文技術文件

1. 產品概述

本文件提供表面黏著裝置（SMD）LED的完整技術規格。此元件專為自動化印刷電路板（PCB）組裝而設計，具有微型外型，適合空間受限的應用。該LED採用AlInGaP（磷化鋁銦鎵）半導體材料以產生紅光輸出。其設計相容於標準紅外線回焊製程，非常適合大量生產。

1.1 功能特色

• 符合RoHS（危害性物質限制指令）規範。
• 包裝於7英吋直徑捲盤上的8mm載帶，適用於自動化貼片設備。
• 標準EIA（電子工業聯盟）封裝外形。
• 輸入相容於積體電路（IC）邏輯位準。
• 設計用於相容紅外線回焊溫度曲線。
• 預處理至JEDEC（聯合電子裝置工程委員會）濕度敏感等級3。

1.2 應用領域

此LED適用於廣泛的電子設備，包括但不限於：

• 電信設備（例如：無線電話、行動電話）。
• 辦公室自動化設備（例如：筆記型電腦、網路系統）。
• 家用電器與消費性電子產品。
• 工業控制與儀表板。
• 室內標識與顯示應用。

2. 封裝尺寸與機械數據

該LED採用標準SMD封裝。透鏡為透明無色。關鍵尺寸包括長度、寬度和高度，一般公差為±0.2毫米，除非詳細尺寸圖上另有規定。封裝上的陰極標記指示極性。提供了用於紅外線或氣相迴流焊接的推薦PCB焊接墊布局，以確保正確的焊點形成與熱管理。

3. 技術規格深入解析

3.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能導致裝置永久損壞的極限。不保證在此條件下運作。

• 功率消耗 (Pd): 在Ta=25°C時為130 mW。
• 峰值順向電流 (I_F(peak)): 100 mA (脈衝工作週期為1/10，脈衝寬度0.1ms)。
• Continuous Forward Current (I_F): 50 mA DC。
• 反向電壓 (V_R): 5 V. 注意：本裝置並非設計用於反向偏壓操作；此額定值主要適用於測試條件。
• 操作溫度範圍 (T_opr): -40°C 至 +100°C。
• 儲存溫度範圍 (T_stg): -40°C 至 +100°C。

3.2 電氣與光學特性

這些是於環境溫度 (T_a) 為 25°C 且順向電流 (I_F除非另有說明，否則為20 mA。

• 發光強度 (I_V): 範圍從最小值710 mcd到最大值1400 mcd。使用經過濾波以近似CIE明視覺響應曲線的感測器進行測量。
• 視角 (2θ_1/2): 120度（典型值）。此為發光強度降至中心軸測量值一半時所對應的完整角度。
• 主波長 (λ_d): 介於617.0 nm至630.0 nm之間，定義了感知的紅色。容差為±1 nm。
• 譜線半寬度 (Δλ): 約 15 nm（典型值），表示發射光的光譜純度。
• 順向電壓 (V_F): 在 20 mA 電流下介於 1.8 V 至 2.6 V 之間。
• 逆向電流 (I_R): 當施加5V反向電壓時，最大電流為10 μA。

4. Bin Rank 系統說明

為確保應用的一致性，LED會根據關鍵參數進行分選（分檔）。這使得設計師能為其電路選擇符合特定電壓或亮度要求的元件。

4.1 順向電壓 (V_F) 分級

於 I_F = 20 mA 條件下進行分級。每個級距的容差為 ±0.1V。

• 級距 D2: V_F = 1.8V 至 2.0V
• Bin D3: V_F = 2.0V 至 2.2V
• Bin D4: V_F = 2.2V 至 2.4V
• Bin D5: V_F = 2.4V 至 2.6V

4.2 發光強度 (I_V) 分級

於 I_F = 20 mA。每個分檔的容差為 ±11%。

• 分檔 V1: I_V = 710 mcd 至 900 mcd
• Bin V2: I_V = 900 mcd 至 1120 mcd
• Bin W1: I_V = 1120 mcd 至 1400 mcd

5. 性能曲線分析

典型性能曲線闡明了各種參數之間的關係。這些曲線對於理解裝置在不同操作條件下的行為至關重要。

• 正向電流 vs. 正向電壓 (I-V 曲線)： 展示了指數關係，對於設計限流電路至關重要。
• 發光強度 vs. 正向電流： 展示光輸出如何隨電流增加而提升，通常在操作範圍內呈現接近線性的關係。
• 發光強度 vs. 環境溫度： 展示隨著接面溫度升高，光輸出會降低的現象，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： 一幅以主波長為中心、具有特徵半高寬的相對輻射功率對波長的關係圖。

6. 焊接與組裝指南

6.1 建議迴流焊接溫度曲線

對於無鉛焊接製程，請遵循符合 J-STD-020 標準的溫度曲線。關鍵參數包括：

• 預熱： 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： 依據錫膏規格而定，但通常最長為10秒。
• 最大迴焊次數： 兩次。

注意：實際溫度曲線必須根據具體的PCB設計、元件及所使用的錫膏進行特性分析。

6.2 手工焊接

若必須進行手工焊接：

• 焊接烙鐵溫度： 最高300°C。
• 焊接時間： 每引腳最多3秒。
• 最大焊接嘗試次數： 僅限一次。

6.3 清潔

僅使用經核准的清潔溶劑。如需清潔，可於室溫下浸入乙醇或異丙醇中，時間少於一分鐘。避免使用未指定的化學液體。

7. 儲存與處理

7.1 濕度敏感性

本元件分級為 MSL 3。當原防潮袋與乾燥劑一同密封時：

• 儲存於≤30°C且相對濕度≤70%的環境中。
• 自包裝袋密封日起，保存期限為一年。

一旦開啟原始包裝袋：

• 儲存於≤30°C且≤60%相對濕度。
• 建議在168小時（7天）內完成IR迴流焊接。
• 若需儲存超過168小時，請將元件存放於含有乾燥劑的密封容器或氮氣乾燥櫃中。
• 暴露超過168小時的元件，在進行焊接前應以約60°C烘烤至少48小時，以去除吸收的濕氣，並防止迴焊過程中發生「爆米花」現象。

7.2 靜電放電 (ESD)

雖然本資料手冊未明確將其評定為ESD敏感元件，但標準業界慣例是處理所有半導體元件（包括LED）時，均應採取適當的ESD防護措施（例如接地工作站、防靜電手環），以防止靜電或電源突波造成損壞。

8. 應用設計考量

8.1 驅動電路設計

LED是電流驅動元件。為確保亮度均勻並防止電流爭用，特別是在將多個LED並聯時，應為每個LED串聯一個限流電阻。不建議直接使用電壓源驅動LED而不進行電流調節，因為微小的順向電壓（V_F）差異可能導致電流及元件間亮度產生巨大差異。

8.2 熱管理

最大功耗為130 mW。在最大連續順向電流（50 mA）或接近此值下運作將會產生熱量。適當的PCB佈局，包括提供足夠的銅箔面積使焊接墊能作為散熱片，對於將接面溫度維持在安全範圍內至關重要，以確保長期可靠性與穩定的光輸出。

8.3 光學設計

120度的寬廣視角使此LED適合需要廣域照明或寬角度可見度的應用。若需更集中的光束，則需使用二次光學元件（例如透鏡）。

9. 封裝與訂購

標準封裝為8毫米寬壓花載帶，捲繞於直徑7英吋（178毫米）的捲盤上。每捲包含2000件。載帶凹槽以頂部蓋帶密封。封裝遵循ANSI/EIA-481規範。剩餘數量可能適用500件的最低訂購量。

10. 技術比較與選型指南

選用此LED時，關鍵差異點包括其AlInGaP技術，相較於GaAsP等舊技術，該技術通常為紅/橙/琥珀色光提供更高效率與更佳的溫度穩定性。其結合了相對較高的發光強度（最高達1400 mcd）與寬視角，值得注意。設計人員應比較其V_F 分檔與I_V 根據其電路電壓餘裕和所需的亮度一致性進行分檔。與標準SMD組裝製程（迴流焊接、捲帶包裝）的相容性，對於自動化生產而言是一大優勢。

11. 常見問題 (FAQ)

11.1 我可以不透過限流電阻來驅動這個LED嗎？

答： 強烈不建議這樣做。LED的正向電壓具有負溫度係數，且不同元件之間可能存在差異。直接使用電壓源驅動可能導致熱失控，即電流增加會產生更多熱量，而熱量會降低V_F，從而允許更大的電流流過，這可能會損壞LED。請務必使用串聯電阻或恆流驅動器。

11.2 Dominant Wavelength 和 Peak Wavelength 有什麼區別？

答： 主波長（λ_d）是從CIE色度圖推導出來的，它代表了一種單色光的波長，這種單色光在人眼看來與LED的輸出顏色相同。峰值波長則是光譜功率分佈達到最大值時的波長。對於LED而言，主波長是顏色規格中更相關的參數。

11.3 為何開封後的儲存條件如此嚴格？

答： SMD封裝件會從大氣中吸收濕氣。在高溫迴焊過程中，這些被截留的濕氣可能迅速汽化，產生內部壓力，導致封裝分層或晶片破裂（「爆米花效應」）。168小時的車間壽命與烘烤要求是管理此風險的標準化（JEDEC MSL）方法。

12. 實務設計範例

情境： 設計一個並聯5個紅色LED的狀態指示燈面板，由5V直流電源供電。每個LED的目標正向電流為20 mA。

1. 計算串聯電阻： 使用典型 V_F = 2.2V (Bin D3)。R = (V_電源供應 - V_F) / I_F = (5V - 2.2V) / 0.02A = 140 Ω。最接近的標準值150 Ω將導致I_F ≈ 18.7 mA。
2. 電阻器額定功率： P = I² * R = (0.0187)² * 150 ≈ 0.052 W。使用標準的1/8W (0.125W) 或 1/10W 電阻即足夠。
3. 電路佈局： 為5個LED中的每一個串聯一個150 Ω電阻。請勿在多個並聯的LED之間共用單一電阻，因為V_F 的變動會導致亮度不均。
4. PCB 熱設計： 確保 LED 焊墊有足夠的銅箔面積連接以散熱，尤其是在環境溫度較高或外殼限制空氣流通的情況下。

13. 運作原理

此LED基於採用AlInGaP材料製成的半導體p-n接面。當施加超過接面勢壘的正向偏壓時，來自n型區域的電子和來自p型區域的電洞會被注入主動區域。當這些電荷載子復合時，能量以光子（光）的形式釋放。AlInGaP合金的特定成分決定了能隙能量，這直接定義了發射光的主波長——在此例中，位於紅色光譜範圍（617-630 nm）。水清環氧樹脂透鏡封裝了半導體晶片，提供機械保護，並塑造光輸出模式。

14. 技術趨勢

SMD LED持續朝著更高效率（每瓦更多流明）、透過更嚴格的分檔提升色彩一致性，以及增強可靠性的方向發展。在維持或增加光輸出的同時，存在著微型化的趨勢。此外，封裝材料的進步旨在提升熱性能，從而允許更高的驅動電流和功率密度。AlInGaP技術在紅光、橙光和琥珀光中的廣泛採用，已很大程度上取代了較舊、效率較低的材料，提供了更好的溫度性能與更長的使用壽命。將LED與板上控制電路（例如恆流驅動器、可定址RGB LED）整合是另一個重要趨勢，這簡化了終端使用者的系統設計。