SMD LED LTSA-E67RVEWTU 規格書 - 擴散式紅光 AlInGaP - 70mA - 185.5mW - 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) 組裝而設計，適用於空間受限的應用。其主要特色包含擴散式透鏡，以及基於磷化鋁銦鎵 (AlInGaP) 半導體技術的紅光光源。

1.1 核心特色與目標市場

此 LED 具備多項提升其可靠度與整合便利性的關鍵特色。它符合有害物質限制 (RoHS) 指令。元件採用業界標準包裝供應：以 8mm 載帶捲繞於直徑 7 英吋的捲盤上，便於高速自動化取放組裝。它已通過 JEDEC 濕度敏感等級 2a 的預處理，確保在迴焊過程中能抵抗濕氣造成的損害。此外，本產品已根據 AEC-Q101 Rev. D 標準進行認證，此為車用電子元件的重要基準。其設計相容於紅外線 (IR) 迴焊製程。主要目標應用為汽車配件系統，在該領域中，於各種環境條件下的可靠度與性能至關重要。

2. 技術參數：深入客觀解讀

本節詳述 LED 的絕對極限與操作特性。理解這些參數對於可靠的電路設計以及確保元件在其安全工作區 (SOA) 內運作至關重要。

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。這些額定值是在環境溫度 (Ta) 25°C 下指定的。最大連續直流順向電流 (IF) 為 70 mA。在佔空比 1/10、脈衝寬度 0.1ms 的脈衝條件下，元件可承受 100 mA 的峰值順向電流。最大功耗 (Pd) 為 185.5 mW。元件的操作與儲存溫度範圍為 -40°C 至 +100°C。對於無鉛焊接製程，它能承受峰值溫度 260°C、最長 10 秒的紅外線迴焊溫度曲線。

2.2 熱特性

熱管理對於 LED 的性能與壽命至關重要。從半導體接面到環境空氣的熱阻 (RθJA) 典型值為 280 °C/W，此數值是在標準厚度 1.6mm、銅焊墊面積 16mm² 的 FR4 PCB 上量測。從接面到焊點的熱阻 (RθJS) 典型值為 130 °C/W，提供了更直接的散熱路徑。最大允許接面溫度 (Tj) 為 125°C。超過此溫度將加速光通量衰減，並可能導致災難性故障。

2.3 電氣與光學特性

電氣與光學特性是在 Ta=25°C 及測試電流 (IF) 50 mA（一個低於絕對最大值的常見操作點）下量測。發光強度 (Iv) 範圍從最小值 1800 毫燭光 (mcd) 到最大值 3550 mcd。視角 (2θ½) 定義為發光強度降至軸向值一半時的全角，為 120 度，表示一個寬廣、擴散的發光模式。峰值發射波長 (λP) 為 632 nm。決定感知顏色的主波長 (λd)，其指定範圍為 618 nm 至 630 nm。頻譜頻寬 (Δλ) 約為 20 nm。在 50 mA 下的順向電壓 (VF) 範圍為 1.9V 至 2.65V。當施加 12V 反向電壓 (VR) 時，反向電流 (IR) 限制在最大 10 μA；請務必注意，此元件並非設計用於反向偏壓操作。

3. 分級系統說明

為確保生產應用中顏色與亮度的一致性，LED 會根據性能進行分級。批次會標示代表其順向電壓 (Vf)、發光強度 (Iv) 和主波長 (Wd) 等級的代碼。

3.1 順向電壓 (Vf) 分級

順向電壓以大約 0.15V 的步階進行分級。分級代碼範圍從 C (1.90V - 2.05V) 到 G (2.50V - 2.65V)。每個分級適用 ±0.1V 的公差。選用相同 Vf 分級的 LED 有助於在多個元件並聯時維持均勻的電流分配。

3.2 發光強度 (Iv) 分級

發光強度分為三個等級：X1 (1800-2240 mcd)、X2 (2240-2800 mcd) 和 Y1 (2800-3550 mcd)。每個等級適用 ±11% 的公差。這讓設計師能為其應用選擇合適的亮度等級。

3.3 主波長 (Wd) 分級

決定精確紅色色調的主波長，以 3nm 步階進行分級。分級代碼為 5 (618-621 nm)、6 (621-624 nm)、7 (624-627 nm) 和 8 (627-630 nm)。每個分級的公差為 ±1 nm。對於需要特定色點的應用，這種嚴格的控制至關重要。

4. 性能曲線分析

圖形數據提供了 LED 在不同條件下行為的深入見解，這對於穩健的系統設計至關重要。

4.1 電流對電壓 (I-V) 特性

順向電壓與順向電流呈現對數關係。在低電流時，電壓接近二極體的內建電位。隨著電流增加，由於半導體材料與接點的串聯電阻，電壓會上升。設計師必須使用此曲線來選擇適當的限流電阻或驅動電路，以確保 LED 在期望的亮度下運作，且不超過其最大額定值。

4.2 發光強度對順向電流

在正常操作範圍內，發光強度通常與順向電流成正比。然而，在極高電流下，由於產熱增加和其他非輻射復合過程，效率可能會下降。讓 LED 在遠高於其建議電流下運作將縮短其壽命。

4.3 溫度依存性

LED 的性能高度依賴於溫度。當接面溫度升高時，對於給定的電流，順向電壓通常會略微下降。更重要的是，光輸出會減少。主波長也可能隨溫度而略微偏移。因此，有效的散熱對於維持一致的光學性能至關重要，特別是在高功率或高環境溫度的應用中，例如汽車環境。

5. 機械與封裝資訊

5.1 實體尺寸與極性辨識

此 LED 符合標準 EIA 封裝外型。所有關鍵尺寸均以毫米提供，除非另有說明，一般公差為 ±0.2 mm。一個關鍵設計要點是陽極導線架同時也作為 LED 的主要散熱片。在 PCB 佈局與組裝過程中，正確辨識陽極與陰極對於確保正確的極性連接至關重要。

5.2 建議 PCB 焊墊佈局

提供了建議的 PCB 焊墊圖案（封裝佔位），以確保可靠的焊接與最佳的熱性能。此圖案設計為與紅外線迴焊製程相容。遵循此建議佈局有助於形成適當的焊錫圓角，確保機械穩定性，並最大化從 LED 散熱焊墊（陽極）到 PCB 的熱傳導。

6. 焊接與組裝指南

6.1 迴焊溫度曲線

針對無鉛製程，根據 J-STD-020 標準指定了詳細的紅外線迴焊溫度曲線。該曲線包含預熱、恆溫、迴焊和冷卻階段。關鍵參數是封裝本體峰值溫度不超過 260°C，且持續時間最長 10 秒。遵循此溫度曲線對於防止 LED 的環氧樹脂透鏡和內部半導體結構受到熱損害至關重要。

6.2 儲存與操作注意事項

根據 JEDEC J-STD-020，本產品歸類為濕度敏感等級 (MSL) 2a。在其原始、密封並含有乾燥劑的防潮袋中時，應儲存於 ≤30°C 且 ≤70% RH 的環境，並在一年內使用。一旦打開袋子，元件應儲存於 ≤30°C 且 ≤60% RH 的環境。建議在開袋後 4 週內完成 IR 迴焊製程。若元件需在原始包裝外儲存超過 4 週，應將其儲存在含有乾燥劑的密封容器中，或在焊接前以約 60°C 烘烤至少 48 小時，以去除吸收的濕氣，防止迴焊時發生 "爆米花效應"。

6.3 清潔

若焊接後需要清潔，僅應使用指定的溶劑。將 LED 在室溫下浸入乙醇或異丙醇中少於一分鐘是可接受的。使用未指定或侵蝕性強的化學清潔劑可能會損壞 LED 的塑膠封裝和光學透鏡。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 載帶與捲盤規格

LED 以寬度 8mm 的凸版載帶供應。載帶捲繞於標準直徑 7 英吋 (178mm) 的捲盤上。每捲包含 2000 個元件。包裝符合 ANSI/EIA-481 規格。提供了載帶凹槽、覆蓋帶和捲盤的詳細尺寸，以確保與自動化組裝設備的相容性。

8. 應用說明與設計考量

8.1 典型應用情境

主要預期應用為汽車配件功能。這可包括車內氛圍照明、儀表板指示燈、中控台照明，或需要擴散式、廣角紅光發射的外部標示燈。其 AEC-Q101 認證使其適用於車輛中嚴苛的環境條件（溫度、濕度、振動）。

8.2 關鍵設計考量

電流限制：LED 是電流驅動元件。必須使用串聯電阻或恆流驅動電路來將順向電流限制在安全值，通常為建議的 50-70 mA 範圍內或更低，並需考量電源供應的變動。
熱管理：不得超過最大接面溫度。設計 PCB 佈局時，應從陽極焊墊提供足夠的熱傳導路徑。對於高電流或高環境溫度的應用，可考慮在 PCB 上使用更大的銅面積或額外的散熱孔來散熱。
靜電放電 (ESD) 防護：雖然本元件未明確說明，但 AlInGaP LED 可能對靜電放電 (ESD) 敏感。建議在組裝過程中實施標準的 ESD 操作預防措施。
光學設計：120° 視角與擴散式透鏡提供了柔和、寬廣的光束。對於需要更聚焦光束的應用，則需要二次光學元件（例如透鏡、導光板）。

9. 技術比較與差異化

這款基於 AlInGaP 的紅光 LED 提供了特定的優勢。相較於較舊的技術如磷化砷化鎵 (GaAsP)，AlInGaP 提供了更高的發光效率，在相同的輸入電流下產生更高的亮度。擴散式透鏡創造了均勻、寬廣的發光模式，非常適合區域照明而非聚焦的點光源。AEC-Q101 認證和 MSL 2a 等級是其在汽車和其他嚴苛應用中的關鍵差異化因素，表明其相較於標準商用級 LED，經過了更嚴格的可靠性測試並具備更佳的防潮性。

10. 常見問題（基於技術參數）

問：我可以將此 LED 直接連接到 5V 或 12V 電源嗎？
答：不行。您必須使用限流機制。對於 5V 電源，通常使用串聯電阻（R = (電源電壓 - Vf) / If）。對於 12V 電源，使用電阻會消耗過多熱量；建議使用恆流驅動器或開關穩壓器。

問：峰值波長和主波長有什麼區別？
答：峰值波長 (λP) 是頻譜功率分佈達到最大值時的波長 (632 nm)。主波長 (λd) 是與 LED 感知顏色相匹配的單色光波長 (618-630 nm)。λd 對於顏色規格更為相關。

問：為什麼熱阻很重要？
答：它量化了熱量從 LED 接面散逸的效率。較低的熱阻意味著更好的散熱，這使您可以在更高的電流或更熱的環境中驅動 LED，同時將接面溫度保持在安全限度內，從而確保長期可靠性和穩定的光輸出。

問：規格書提到了反向電壓測試。我可以在交流電路或需要反向極性保護的電路中使用此 LED 嗎？
答：12V 反向電壓額定值僅用於測試目的。此元件並非設計用於連續反向偏壓操作。在交流電路或用於極性保護時，必須使用外部串聯二極體來阻擋 LED 兩端的反向電壓。

11. 實務設計與使用範例

情境：為汽車控制模組設計一個紅色狀態指示燈。該模組由車輛的 12V 電池系統供電（運行時標稱電壓為 14V）。指示燈需要在日光下清晰可見。
設計步驟：
1. 電流選擇：選擇 50 mA 作為操作點，以在亮度與壽命之間取得良好平衡。
2. 驅動器選擇：由於供電電壓較高，使用簡單的電阻會浪費超過 0.5W 的功率。更好的解決方案是使用設定為 50 mA 的低壓差 (LDO) 恆流 LED 驅動器 IC。
3. 熱設計：模組可能位於引擎室。估算最高環境溫度（例如 85°C）。計算預期的接面溫升：ΔTj = Pd * RθJA = (VF * IF) * RθJA。使用典型值 VF=2.2V 和 RθJA=280°C/W，Pd=0.11W，因此 ΔTj ≈ 31°C。Tj = Ta + ΔTj = 85°C + 31°C = 116°C，低於 125°C 的最大值。這是可接受的，但處於邊緣。為提高可靠性，可增加連接到陽極的 PCB 焊墊上的銅面積，以降低有效的 RθJA。
4. 分級選擇：為了在儀表板上的多個單元間保持外觀一致，應指定嚴格的主波長分級（例如分級 7）和發光強度分級（例如分級 X2 或 Y1）。

12. 工作原理簡介

發光二極體是半導體 p-n 接面元件。當施加順向電壓時，來自 n 型區域的電子和來自 p 型區域的電洞被注入跨越接面。這些電荷載子在半導體的主動區域復合。在像 AlInGaP 這樣的直接能隙半導體中，此復合事件有相當一部分以光子（光）的形式釋放能量。發射光的特定波長（顏色）由半導體材料的能隙能量決定。AlInGaP 合金經過設計，可在可見光譜的紅色、橙色和黃色部分產生光。擴散式透鏡由含有散射粒子的環氧樹脂或矽膠材料製成。這些粒子隨機地重新導向從半導體晶片發出的光，加寬了光束角度，並透過消除典型透明透鏡 LED 的明亮中央 "熱點"，創造出更均勻、更柔和的外觀。

13. 技術趨勢與發展

LED 技術領域持續演進。對於像此元件這樣的指示與信號應用，趨勢聚焦於幾個關鍵領域。效率提升：持續的材料科學研究旨在提高 AlInGaP 和其他半導體材料的內部量子效率 (IQE)，從而產生更高的每單位電輸入功率光輸出 (lm/W)。可靠性增強：來自汽車和工業市場的需求推動了封裝材料（例如高溫矽膠）和晶片貼裝技術的改進，以承受更高的接面溫度和更極端的熱循環。微型化：在維持或增加光功率的同時，不斷推動更小的封裝尺寸，以實現現代電子設備中更密集的整合。顏色一致性與分級：磊晶生長和製造過程控制的進步使得波長和發光強度的分佈更為集中，減少了廣泛分級的需求，並簡化了製造商的庫存管理。整合解決方案：一個日益增長的趨勢是將 LED 晶片與驅動器 IC、保護元件（如 ESD 二極體）甚至控制邏輯整合到單一的智慧型封裝模組中。