SMD LED LTST-C150KDKT-10A 資料手冊 - 1.6x0.8x0.6mm - 2.4V - 50mW - 紅光 AllnGaP - 英文技術文件

1. 產品概述

本文件提供表面黏著元件（SMD）LED燈的完整技術規格。此元件專為自動化印刷電路板（PCB）組裝而設計，非常適合廣泛電子設備中空間受限的應用。

1.1 特點

• 符合RoHS環保指令。
• 採用超亮鋁銦鎵磷（AllnGaP）半導體晶片，發射紅光。
• 封裝於8mm載帶，捲繞於直徑7英寸的捲盤，適用於自動化處理。
• 標準EIA封裝佔位面積。
• 輸入與標準積體電路（IC）邏輯位準相容。
• 設計用於與自動化取放組裝設備相容。
• 可承受標準紅外線（IR）迴流焊接製程。

1.2 目標應用

此LED適用於多種需要緊湊、可靠指示燈或背光源的應用，包括但不限於：

• 通訊設備、辦公室自動化設備、家用電器及工業控制系統。
• 鍵盤與按鍵的背光照明。
• 狀態與電源指示燈。
• 微型顯示器與面板指示燈。
• 信號與符號照明。

2. 技術參數：深入的客觀解讀

以下章節將詳細分析該裝置的電氣、光學及環境規格。

2.1 絕對最大額定值

這些數值代表可能導致裝置永久損壞的極限。不保證在此條件下運作。所有額定值均在環境溫度 (Ta) 25°C 下指定。

• 功率耗散 (Pd)： 50 mW。這是該元件能以熱能形式耗散的最大功率。
• 峰值順向電流 (I_F(PEAK)): 40 mA。這是最大允許瞬時正向電流，通常在脈衝條件下指定（1/10 佔空比，0.1ms 脈衝寬度），以防止過熱。
• Continuous Forward Current (I_F): 20 mA。這是連續運作時的最大建議直流電流。
• 反向電壓 (V_R): 5 V。施加超過此值的反向偏壓可能導致接面崩潰。
• 工作溫度範圍： -30°C 至 +85°C。此元件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。此為非工作狀態下的儲存溫度範圍。
• 紅外線迴焊條件： 最高峰值溫度260°C，持續時間最長10秒。此定義了封裝在組裝過程中可承受的熱曲線。

2.2 電氣-光學特性

這些參數定義了器件在正常工作條件下的典型性能（除非另有說明，環境溫度Ta=25°C，電流I_F=10mA）。

• 發光強度 (I_V): 2.8 至 28.0 mcd (millicandela)。光輸出的感知亮度。此寬廣範圍透過分檔系統進行管理。
• 視角 (2θ_1/2): 130度。此為完整角度，在此角度下發光強度會降至軸上測量值的一半。如此寬廣的視角可提供寬闊、擴散的光型，適合用作指示燈。
• Peak Emission Wavelength (λ_P): 650.0 nm（奈米）。此為光譜功率輸出達到最大值時的波長。
• Dominant Wavelength (λ_d): 630.0 至 645.0 nm。此為人眼感知並定義顏色（此處為紅色）的單一波長，其數值源自CIE色度圖。
• 譜線半寬 (Δλ): 20 nm (典型值)。這表示發射光的光譜純度或頻寬，以光譜在最大功率一半處的寬度來量測。
• 順向電壓 (V_F): 1.6 至 2.4 V。在指定的測試電流 (10mA) 驅動下，LED 兩端的電壓降。
• 逆向電流 (I_R): 最大 10 μA (微安培)。當施加最大逆向電壓 (5V) 時流動的小量漏電流。

分級系統說明

為確保生產應用中亮度的一致性，LED 會被分類到不同的性能組別，或稱為「分級」。

3.1 發光強度分檔代碼

本產品的主要分檔依據是在10mA下測量的發光強度。每個分檔內的容差為 +/-15%。

• Bin H: 2.8 - 4.5 mcd
• Bin J: 4.5 - 7.1 mcd
• Bin K: 7.1 - 11.2 mcd
• Bin L: 11.2 - 18.0 mcd
• Bin M: 18.0 - 28.0 mcd

此系統允許設計師根據其特定應用選擇合適的亮度等級，以平衡成本與性能。

4. Performance Curve Analysis

雖然原始文件中引用了具體的圖形數據，但此處是根據標準LED物理原理及所提供的參數來描述關鍵關係。

4.1 電流對電壓 (I-V) 特性

LED是一種二極體。其順向電壓 (V_F) 與順向電流 (I_F). 指定的 V_F 在10mA下，1.6V至2.4V的範圍對於紅色AllnGaP LED而言是典型值。在建議的連續電流（20mA）以上運作將導致 V_F 略微增加，但主要會產生過多熱量，從而降低效率和使用壽命。

4.2 發光強度 vs. 順向電流

光輸出（I_V）在一個顯著的範圍內大致與正向電流成正比。然而，由於熱效應增加和其他非理想的半導體行為，在極高電流下效率往往會下降。以典型的10mA或20mA驅動LED可確保最佳效率和可靠性。

4.3 溫度依賴性

LED的性能對溫度敏感。當接面溫度升高時：

• 順向電壓 (V_F): 降低。這具有負溫度係數。
• 發光強度 (I_V): 降低。較高的溫度會降低半導體的內部量子效率，導致在相同電流下光輸出降低。
• Dominant Wavelength (λ_d): 可能會有輕微偏移，可能改變感知的色調。

在PCB設計中進行適當的熱管理對於維持一致的性能至關重要。

4.4 Spectral Distribution

發射光譜圍繞峰值波長 (λ_P) 650 nm，典型半高寬 (Δλ) 為 20 nm，呈現飽和紅色。決定視覺感知顏色的主波長 (λ_d) 介於 630 nm 至 645 nm 之間。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

本元件符合標準表面黏著封裝外形。關鍵尺寸包括本體長約1.6mm、寬約0.8mm、高約0.6mm（具體圖面參照來源）。除非另有說明，所有尺寸公差均為±0.1mm。透鏡為全透明，使AllnGaP晶片的原生紅色可見。

5.2 建議的PCB銲墊圖案

提供建議的印刷電路板銲墊佈局，以確保可靠的焊接與正確對位。此圖案旨在促進迴焊過程中形成良好的銲錫圓角，同時將銲錫橋接的風險降至最低。

5.3 極性識別

陰極（負極端）通常會在LED封裝上以視覺標記指示，例如凹口、綠點或透鏡的切角。組裝時必須注意正確的極性，因為施加反向電壓可能會損壞元件。

6. 焊接與組裝指南

6.1 IR 迴流焊接參數

本裝置相容於無鉛焊接製程。提供符合 JEDEC 標準的建議迴流溫度曲線。

• 預熱溫度： 150°C 至 200°C。
• 預熱時間： 最長 120 秒。
• Peak Body Temperature： 最高260°C。
• 高於260°C的時間： 最長10秒。
• 迴流次數： 最多兩次。

具體的溫度曲線必須根據實際的PCB設計、錫膏及使用的迴流爐進行特性分析。

6.2 手工焊接（若有必要）

如需進行手工焊接，必須極度小心：

• 烙鐵溫度： 最高 300°C。
• 焊接時間： 每引腳最多3秒。
• 焊接嘗試次數： 每個連接僅限一次。

長時間加熱可能會損壞內部接線和環氧樹脂封裝。

6.3 儲存條件

濕度敏感等級 (MSL) 是表面黏著元件的一個關鍵因素。

• 密封包裝（含乾燥劑）： 儲存於≤30°C且≤90%相對濕度環境中。自乾燥包裝日期起一年內使用。
• 已開封包裝： 儲存於≤30°C且≤60%相對濕度環境中。元件應在一週內進行IR迴焊（MSL 3）。
• 延長儲存（拆封後）： 儲存於帶有乾燥劑的密封容器或氮氣乾燥櫃中。若儲存超過一週，焊接前需在60°C下烘烤至少20小時，以去除吸收的濕氣，防止迴焊時發生「爆米花」現象。

6.4 清潔

若需進行焊後清潔，僅可使用經認可的醇類溶劑，如異丙醇（IPA）或乙醇。浸泡應在常溫下進行，時間少於一分鐘。未指定的化學清潔劑可能損壞LED透鏡或封裝材料。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 捲帶與捲盤規格

元件以壓紋載帶包裝供應，適用於自動化組裝。

• 載帶寬度： 8公釐。
• 捲盤直徑： 7英吋。
• 每捲數量： 3000件（標準滿捲）。
• 餘料最小訂購量（MOQ）： 500件。
• 口袋封裝： 空口袋以覆蓋膠帶密封。
• 缺件： 根據產業標準 (ANSI/EIA 481)，最多允許連續缺失兩個燈珠。

8. 應用建議與設計考量

8.1 典型應用電路

LED是一種電流驅動元件。為確保亮度均勻並防止電流爭搶，特別是在並聯驅動多個LED時，必須為每個LED串聯一個限流電阻。電阻值（R）可根據歐姆定律計算：R = (V_SUPPLY - V_F) / I_F，其中 V_F 是 LED 在期望電流 I 下的正向電壓_F。在計算中使用數據手冊中的最大 V_F （2.4V）可確保即使存在元件間的差異，電流也不會超過目標值。

8.2 設計考量

• 熱管理： 儘管功耗很低（最大50mW），但透過PCB焊墊確保良好的熱傳導路徑有助於維持穩定的光輸出與使用壽命，特別是在高環境溫度或較高驅動電流的情況下。
• ESD (Electrostatic Discharge) Protection: LED對靜電敏感。在處理和組裝過程中，必須實施適當的靜電防護措施（如佩戴防靜電手環、使用接地工作站、鋪設導電地板）。
• Optical Design: 130度的視角可提供寬廣的照明範圍。若需要更集中的光線，則可能需要使用外部透鏡或導光元件。

9. 技術比較與差異化

此款AllnGaP紅光LED具備以下特定優勢：

• 相較於傳統GaAsP紅光LED： AllnGaP技術能顯著提升發光效率，在相同電流下可實現更高亮度輸出，或在較低功耗下達到同等亮度。
• 對比標準插件式LED： SMD封裝能實現更高的組裝密度，兼容全自動生產線，且無需在PCB上進行引腳彎折與鑽孔。
• 主要優勢： 結合AllnGaP的高亮度、寬視角以及緊湊、可回流焊接的封裝，使此元件在現代電子產品中具有高度通用性。

10. 常見問題（基於技術參數）

10.1 我可以直接使用3.3V或5V邏輯引腳驅動此LED嗎？

不行，必須使用限流電阻。 直接連接會試圖汲取極大電流，僅受接腳電流能力和 LED 動態電阻的限制，這很可能會損壞 LED 或驅動 IC。請務必使用串聯電阻。

10.2 為什麼發光強度 (2.8 至 28.0 mcd) 的範圍如此廣泛？

這是由於半導體製造中的自然變異。分檔系統（H 至 M）根據測得的亮度對零件進行分類。為了在應用中保持外觀一致，請指定並使用來自相同強度分檔的 LED。

10.3 如果我超過 20mA 連續電流額定值會發生什麼？

超出額定值會增加接面溫度。這會加速半導體材料的劣化，導致光輸出永久且快速地下降（流明衰減），並可能引發災難性故障。請務必將電路設計在絕對最大額定值範圍內運作。

11. 實際使用案例範例

11.1 設計案例：狀態指示燈面板

情境： 設計一個控制面板，包含10個相同的紅色狀態指示燈，由5V電源軌供電。亮度均勻至關重要。
設計步驟：

1. 選擇驅動電流： 選擇 I_F = 10mA 以獲得良好亮度與長使用壽命。
2. 計算電阻值： 使用最大 V_F (2.4V) 以進行最壞情況設計。R = (5V - 2.4V) / 0.01A = 260 歐姆。最接近的標準 E24 數值為 270 歐姆。
3. 計算電阻功率： P = I² * R = (0.01)² * 270 = 0.027W。標準的1/8W (0.125W) 或 1/10W 電阻已足夠。
4. 指定LED分檔： 為確保所有10個指示燈一致，請在採購訂單中指定單一光強度分檔的LED（例如：L檔：11.2-18.0 mcd）。
5. PCB佈局： 使用建議的焊盤圖形。確保面板設計允許130度視角，以便從預期的使用者位置能看到指示燈。

12. 操作原理簡介

發光二極體 (LEDs) 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。當在 p-n 接面施加順向電壓時，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，會釋放出能量。在 AllnGaP (Aluminum Indium Gallium Phosphide) LED 中，此能量主要以可見光譜中紅色部分的光子（光）形式釋放。特定的波長（顏色）由半導體材料的能隙能量決定，該能量是在晶體生長過程中透過調整鋁、銦和鎵的比例來設計的。

13. 技術趨勢與發展

光電領域持續演進。業界可觀察到的普遍趨勢包括：

• 提升效率： 持續的材料科學與晶片設計研究，促使LED能產生更高的每瓦流明值（lm/W），在相同光輸出的情況下降低功耗。
• 微型化： 封裝尺寸持續縮小（例如0402、0201公制尺寸），以在PCB上實現更高密度，適用於超緊湊裝置。
• 色彩一致性提升： 磊晶生長與分選技術的進步，使得主波長與發光強度的公差範圍得以縮小，讓設計師能更精確地控制色彩與亮度。
• 整合： 趨勢包括將多個LED晶片（RGB）整合至單一封裝內以實現混色，或將控制IC與LED結合以實現「智慧」照明解決方案。

這些發展旨在為設計師提供能力更強、效率更高且更可靠的元件，以滿足不斷擴大的應用範圍需求。