SMD LED LTST-B680QEKT 規格書 - AlInGaP 紅光 - 120mW - 2.6V - 繁體中文技術文件

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。此元件專為自動化印刷電路板 (PCB) 組裝製程設計，適用於空間受限的應用。該 LED 採用磷化鋁銦鎵 (AlInGaP) 半導體材料產生紅光，為現代電子設計提供性能與可靠性的平衡。

1.1 特性與核心優勢

此 LED 的設計旨在滿足多項關鍵產業標準與製造要求，為設計師與製造商提供顯著優勢。

• 環境法規符合性：本元件符合有害物質限制 (RoHS) 指令。
• 製造相容性：以業界標準的 8mm 載帶包裝於 7 吋捲盤上供應，完全相容於高速自動化取放組裝設備。
• 製程相容性：封裝設計可承受表面黏著技術 (SMT) 組裝線常用的標準紅外線 (IR) 迴焊製程。
• 可靠性：元件經過加速至 JEDEC 濕度敏感等級 3 的預處理測試，表示其封裝結構堅固，適合焊接前的一般操作與儲存條件。
• 電氣介面：與積體電路 (I.C.) 相容，可輕鬆整合至數位控制電路中。

1.2 目標應用與市場

憑藉其小巧尺寸、可靠性與性能特性，此 LED 適用於廣泛的電子設備。主要應用領域包括：

• 通訊設備：路由器、數據機與網路交換器上的狀態指示燈。
• 辦公室自動化：印表機、掃描器與多功能裝置上的指示燈。
• 消費性電子產品：家電與影音設備前面板的背光、電源狀態指示燈與功能符號。
• 工業設備：機器狀態、故障指示與操作回饋面板。
• 通用型：任何需要小巧、明亮且可靠的紅色狀態指示燈或符號光源的應用。

2. 技術參數深度解析

本節提供 LED 電氣、光學與熱規格的詳細客觀分析。理解這些參數對於正確的電路設計與確保長期性能至關重要。

2.1 絕對最大額定值

絕對最大額定值定義了可能導致元件永久損壞的應力極限。這些並非正常操作條件。

• 功率消耗 (Pd)：120 mW。這是元件在不損壞的情況下能以熱量形式消耗的最大功率。超過此限制有使半導體接面過熱的風險。
• 峰值順向電流 (I_FP)：80 mA。這是最大允許的瞬時順向電流，通常在脈衝條件下指定（1/10 工作週期，0.1ms 脈衝寬度），以防止過度加熱。
• 連續順向電流 (I_F)：50 mA。這是在指定環境溫度條件下可連續施加的最大直流電流。
• 逆向電壓 (V_R)：5 V。施加超過此值的逆向電壓可能導致 LED 接面崩潰與災難性故障。規格書明確指出此元件並非為逆向操作而設計。
• 操作與儲存溫度範圍：-40°C 至 +100°C。這定義了主動操作與非主動儲存的環境溫度極限，確保封裝與晶片的材料完整性。

2.2 電氣與光學特性

這些參數是在標準測試條件下測量（Ta=25°C, I_F=20mA），並定義了元件的性能。

• 發光強度 (I_V)：450 - 1120 mcd（毫燭光）。這是 LED 的感知亮度，由經過濾鏡匹配人眼明視覺反應的感測器測量。此寬範圍透過分級系統管理（見第 3 節）。
• 視角 (2θ_1/2)：120 度（典型值）。這是發光強度降至其峰值（軸上）值一半時的全角。120° 角度表示寬廣、擴散的發光模式，適合狀態指示燈。
• 峰值發射波長 (λ_P)：631 nm（典型值）。這是光譜功率輸出最高的波長。它是 AlInGaP 材料的物理特性。
• 主波長 (λ_d)：624 nm（典型值）。這是人眼感知到、最匹配 LED 顏色的單一波長。它源自 CIE 色度座標。公差為 +/- 1nm。
• 光譜線半高寬 (Δλ)：15 nm（典型值）。這測量光譜純度，表示發射的波長範圍。較窄的半高寬表示更單色（純淨）的顏色。
• 順向電壓 (V_F)：在 20mA 下為 1.8V（最小值）至 2.6V（最大值）。這是 LED 操作時的跨元件電壓降。電路設計必須考慮此變化，以確保電流穩定。
• 逆向電流 (I_R)：在 V_R=5V 下為 10 μA（最大值）。這是施加逆向電壓時流動的小量漏電流，僅與測試目的相關。

3. 分級系統說明

為管理半導體製造中的自然變異，LED 會被分類到不同的性能等級中。這讓設計師能選擇符合特定亮度要求的元件。

3.1 發光強度分級

發光強度被分類為不同的等級，每個等級都有最小與最大值。每個等級內的公差為 +/-11%。

• 等級 U1：450.0 mcd（最小值）至 560.0 mcd（最大值）
• 等級 U2：560.0 mcd（最小值）至 680.0 mcd（最大值）
• 等級 V1：680.0 mcd（最小值）至 900.0 mcd（最大值）
• 等級 V2：900.0 mcd（最小值）至 1120.0 mcd（最大值）

設計師在訂購時應指定所需等級代碼，以確保組裝中多個元件的亮度一致性。對於絕對亮度要求不嚴格的應用，較寬的等級或不指定特定等級可能是可接受的。

4. 性能曲線分析

雖然規格書中引用了特定的圖形曲線（例如圖 1、圖 5），但其含義對設計至關重要。

4.1 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V 曲線)

順向電流 (I_F) 與順向電壓 (V_F) 之間的關係是非線性的，類似於標準二極體。在 20mA 下指定的 V_F範圍（1.8V-2.6V）是關鍵設計點。以恆定電流而非恆定電壓驅動 LED 至關重要，以維持穩定的光輸出並防止熱失控，因為 V_F會隨著溫度升高而降低。

4.2 發光強度 vs. 順向電流

在操作範圍內，光輸出 (I_V) 大致與順向電流成正比。然而，在極高電流下，效率可能因熱量增加而下降。在建議的 20mA 測試條件或以下操作，可確保最佳性能與使用壽命。

4.3 光譜分佈

光譜輸出曲線以 631 nm 的峰值波長為中心，典型半高寬為 15 nm。這定義了特定的紅色色調。主波長（624 nm）是在多個 LED 必須看起來相同的應用中進行顏色匹配的關鍵參數。

4.4 溫度依存性

LED 性能對溫度敏感。通常，發光強度會隨著接面溫度升高而降低。寬廣的操作溫度範圍（-40°C 至 +100°C）表示此元件額定可在極端環境下運作，儘管輸出會有所變化。對於高電流或高環境溫度的應用，PCB 上需要適當的熱管理，以維持亮度與使用壽命。

5. 機械與封裝資訊

5.1 實體尺寸與極性

此 LED 符合 EIA 標準 SMD 封裝尺寸。規格書中提供了詳細的尺寸圖，包括長度、寬度、高度與引腳間距。所有尺寸均以毫米為單位，標準公差為 ±0.2 mm。封裝採用透明透鏡，不會擴散光線，使原生的 AlInGaP 紅色得以顯現。極性（陽極與陰極）由元件本體上的實體標記指示，在放置時必須注意，以確保正確操作。

5.2 建議 PCB 焊墊圖案

提供了建議的印刷電路板焊墊佈局，適用於紅外線或氣相迴焊。遵循此焊墊圖案對於實現可靠的焊點、迴焊期間正確的自動對準以及從 LED 接面有效散熱至關重要。

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) 紅外線迴焊製程。建議的溫度曲線基於 J-STD-020B 標準。關鍵參數包括：

• 預熱溫度：150°C 至 200°C。
• 預熱時間：最長 120 秒。
• 元件本體峰值溫度：最高 260°C。
• 液相線以上時間：建議在標準 JEDEC 限制內（通常為 60-150 秒）。
• 最大焊接循環次數：兩次。

必須強調，最佳溫度曲線取決於特定的 PCB 設計、錫膏與迴焊爐。應以基於 JEDEC 的曲線為目標，並根據錫膏製造商建議與電路板特性進行最終調整。

6.2 手工焊接

若必須進行手工焊接，請務必極度小心：

• 烙鐵溫度：最高 300°C。
• 焊接時間：每個引腳最長 3 秒。
• 次數：僅限一次。重複加熱可能損壞封裝與內部晶片接合。

6.3 清潔

若需要焊後清潔，僅應使用指定的溶劑。規格書建議將 LED 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清潔劑可能損壞塑膠透鏡與封裝材料。

7. 儲存與操作注意事項

7.1 濕度敏感性與儲存

LED 封裝對濕度敏感。長時間暴露於環境濕度下，可能在高溫迴焊過程中導致爆米花效應（裂紋）。

• 密封包裝：元件應儲存在 ≤30°C 且 ≤70% 相對濕度 (RH) 的環境中。在帶有乾燥劑的原廠防潮袋中，保存期限為一年。
• 已開封包裝：一旦密封袋被打開，儲存環境不得超過 30°C 與 60% RH。
• 車間壽命：從原包裝取出的元件應在 168 小時（7 天）內進行紅外線迴焊。
• 延長儲存：若儲存超過 168 小時，LED 應保存在帶有乾燥劑的密封容器或氮氣乾燥櫃中。
• 烘烤：暴露超過 168 小時車間壽命的元件，在組裝前需要在大約 60°C 下烘烤至少 48 小時，以去除吸收的濕氣。

7.2 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不均，特別是在並聯驅動多個 LED 時，必須使用限流電阻與每個 LED 串聯。規格書強烈建議採用此配置（電路 A），而非將 LED 直接並聯而無個別電阻（電路 B），後者可能因各元件間微小的 V_F差異導致電流分佈不均，從而造成亮度不均與潛在故障。

8. 包裝與訂購資訊

8.1 載帶與捲盤規格

此元件以壓紋載帶包裝，捲繞在直徑 7 吋（178 mm）的捲盤上供應，用於自動化組裝。

• 料袋間距：8 mm。
• 每捲數量：2000 個。
• 最小訂購量 (MOQ)：剩餘數量為 500 個。
• 上蓋帶：空的元件料袋由頂部蓋帶密封。
• 缺件：根據包裝規格，最多允許連續兩個缺件（空料袋）。
• 標準：包裝符合 ANSI/EIA-481 規範。

9. 應用備註與設計考量

9.1 典型應用情境

此 LED 適用於普通電子設備，包括辦公室自動化、通訊、家電與一般工業控制。適合用於狀態指示、前面板符號背光與通用發光信號。

9.2 設計考量

• 電流控制：務必使用串聯電阻或專用恆流驅動器來設定順向電流。請勿直接連接到電壓源。
• 熱管理：雖然封裝小巧，但請確保 PCB 焊墊上有足夠的銅面積作為散熱片，特別是在接近最大連續電流（50mA）操作時。
• 靜電放電 (ESD) 防護：儘管未明確標示為敏感元件，但以標準 ESD（靜電放電）預防措施操作 LED 被視為良好實務。
• 光學設計：透明透鏡產生具有 120° 視角的聚焦光束。若需要更寬廣或更擴散的照明，可能需要外部透鏡或導光元件。

10. 技術比較與差異化

雖然此獨立規格書未提供與其他料號的直接比較，但可推斷此元件的關鍵差異化特點：

• 材料 (AlInGaP)：與 GaAsP 等舊技術相比，為紅光 LED 提供高效率與良好的顏色穩定性。
• 寬視角 (120°)：提供寬廣的可視性，使其非常適合面板安裝的狀態指示燈。
• JEDEC 等級 3 預處理：表示具有良好的防潮等級，適合大多數商業應用，無需超乾燥儲存，簡化了物流。
• 標準化包裝：符合 EIA 封裝標準與 ANSI/EIA-481 捲盤規格，確保無縫整合至自動化組裝線。

11. 常見問題 (FAQ)

問：我可以不使用限流電阻來驅動此 LED 嗎？

答：不行。LED 必須以受控電流驅動。將其直接連接到電壓源將導致過量電流流動，可能立即損壞元件。務必使用串聯電阻或恆流電路。

問：訂購時的等級代碼是什麼意思？

答：等級代碼（例如 V1、U2）指定了該批次 LED 保證的最小與最大發光強度。指定等級可確保產品中所有 LED 的亮度一致性。若顏色一致性至關重要，您可能還需要指定波長等級。

問：打開包裝後，我可以儲存這些 LED 多久？

答：為確保可靠的焊接，若儲存在 ≤30°C/60% RH 的環境中，您應在 168 小時（7 天）內使用。若儲存更長時間，則必須在使用前於 60°C 下烘烤 48 小時。

問：此 LED 是否適用於汽車或醫療應用？

答：規格書說明其適用於普通電子設備。對於需要極高可靠性或故障可能危及安全的應用（航空、汽車、醫療、生命維持），需要諮詢製造商以評估適用性，並可能針對該特定用途進行元件認證。

問：我可以對此 SMD LED 使用波峰焊嗎？

答：規格書僅提供紅外線迴焊與手工焊接的指南。通常不建議對此類型的 SMD 元件使用波峰焊，因為熱衝擊與潛在污染風險。迴焊是預期且建議的組裝製程。

12. 實務設計範例

情境：為一個由 5V 直流電源供電的設備設計電源開啟指示燈。目標是在約 15mA 的順向電流下（低於 20mA 測試點以延長壽命）實現良好的可見度。

計算：

假設典型順向電壓 (V_F) 為 2.2V。

串聯電阻 (R_S) 上所需的電壓降為：V_電源- V_F= 5V - 2.2V = 2.8V。

使用歐姆定律：R_S= V / I = 2.8V / 0.015A = 186.67 Ω。

最接近的標準電阻值為 180 Ω 或 200 Ω。

選擇：選擇一個 180 Ω 電阻。重新計算電流：I = (5V - 2.2V) / 180Ω ≈ 15.6mA。此值安全且在限制範圍內。

電阻功率：P = I²R = (0.0156)² * 180 ≈ 0.044W。標準 1/8W (0.125W) 或 1/10W 電阻已足夠。

PCB 佈局：將 180Ω 電阻與 LED 的陽極串聯。遵循規格書中 LED 焊墊的建議焊墊圖案，確保有足夠的銅面積用於散熱。在 PCB 絲印上包含極性標記（例如陽極標示為+）。

13. 工作原理

發光二極體是一種半導體元件，透過稱為電致發光的過程將電能直接轉換為光。當順向電壓施加於 p-n 接面時，來自 n 型材料的電子在主動區與來自 p 型材料的電洞復合。在 AlInGaP LED 中，此復合事件以光子（光粒子）的形式釋放能量。發射光的特定波長（顏色），在此例中約為 624-631 nm 的紅光，由用於製造晶片的磷化鋁銦鎵半導體材料的能隙能量決定。透明環氧樹脂封裝保護半導體晶片，形成透鏡以塑造光輸出，並包含提供電氣連接與機械支撐的金屬引線框架。

14. 技術趨勢

此類 SMD LED 的發展是光電與電子製造更廣泛趨勢的一部分。影響此類元件的關鍵趨勢包括：

• 微型化：對更小封裝尺寸的持續需求，以實現更密集的 PCB 佈局與更緊湊的終端產品。
• 效率提升：持續的材料科學研究旨在提高彩色 LED 的發光效率（流明/瓦），在給定光輸出的情況下降低功耗。
• 封裝材料（環氧樹脂、矽膠）與晶片貼裝技術的改進，帶來更長的操作壽命與在高溫高濕條件下更好的性能。標準化：
• 採用業界標準的封裝尺寸、捲盤尺寸與性能指標（如 JEDEC MSL 等級），簡化了供應鏈並方便工程師設計導入。整合化：
• 雖然這是一個分離式元件，但存在將控制電子元件（如電流調節器或驅動器）直接整合到 LED 封裝中的趨勢，創造出智慧型LED 模組。While this is a discrete component, a trend exists towards integrating control electronics (like current regulators or drivers) directly into LED packages, creating "smart" LED modules.