SMD LED LTST-E683FGBW 規格書 - 橙/綠/藍三色 - 20mA - 80mW - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件詳細說明型號為 LTST-E683FGBW 的表面黏著元件（SMD）LED 之規格。此為一款多色 LED 元件，在單一封裝內整合了三種不同的發光晶片：一個橙色的 AlInGaP 晶片、一個綠色的 InGaN 晶片，以及一個藍色的 InGaN 晶片。本元件專為自動化組裝製程設計，並相容於紅外線迴焊製程，適用於大量生產的電子製造。其擴散式透鏡提供了寬廣的視角，從多個角度觀看都能確保良好的可見度。

2. 技術參數深度解析

2.1 絕對最大額定值

元件的操作極限定義於環境溫度（Ta）為 25°C 的條件下。超過這些額定值可能會導致永久性損壞。

• 功率消耗（Pd）：橙色：72 mW；綠色/藍色：80 mW。此參數表示 LED 在連續直流操作下，能夠安全地以熱能形式消散的最大功率。
• 峰值順向電流（IFP）：橙色：80 mA；綠色/藍色：100 mA。此為最大允許的脈衝電流，在 1/10 工作週期、0.1ms 脈衝寬度的條件下定義，適用於短暫的高強度閃爍。
• 直流順向電流（IF）：橙色：30 mA；綠色/藍色：20 mA。此為建議的最大連續順向電流，以確保長期可靠運作。
• 溫度範圍：操作溫度：-40°C 至 +85°C；儲存溫度：-40°C 至 +100°C。這些範圍定義了元件在使用期間及閒置時所能承受的環境條件。

2.2 電氣與光學特性

關鍵性能指標的測量條件為 Ta=25°C 及標準測試電流（IF）20mA，除非另有說明。

• 發光強度（Iv）：以毫燭光（mcd）為單位，代表光源的感知亮度。橙色與藍色 LED 的典型範圍為 140-355 mcd，而綠色 LED 更亮，範圍為 355-900 mcd。測量遵循 CIE 明視覺人眼響應曲線。
• 視角（2θ1/2）：典型值為 120 度。此為發光強度降至其軸向峰值一半時的全角，表示非常寬廣的發光模式。
• 波長參數：
  • 峰值波長（λP）：光譜功率分佈達到最大值時的波長。典型值：橙色：611 nm，綠色：518 nm，藍色：468 nm。
  • 主波長（λd）：在感知上與 LED 顏色相匹配的單一波長。典型值：橙色：605 nm，綠色：525 nm，藍色：470 nm。此值源自 CIE 色度圖。
  • 光譜半高寬（Δλ）：發射光譜在其最大強度一半處的頻寬。典型值：橙色：17 nm（窄），綠色：35 nm，藍色：25 nm。
• 順向電壓（VF）：當 LED 導通指定電流時，其兩端的電壓降。範圍：橙色：1.8-2.4V；綠色/藍色：2.8-3.8V。容差為 +/- 0.1V。此參數對於驅動電路設計至關重要。
• 逆向電流（IR）：在逆向電壓（VR）5V 下，最大值為 10 μA。本元件並非設計用於逆向偏壓操作；此參數僅用於漏電流特性描述。

3. 分級系統說明

LED 會根據其在 20mA 下測得的發光強度進行分級，以確保同一生產批次內的顏色與亮度一致性。

• 橙色與藍色分級：使用代碼 R2、S1、S2、T1，強度範圍從 140.0 mcd（R2 最小值）到 355.0 mcd（T1 最大值）。
• 綠色分級：使用代碼 T2、U1、U2、V1，具有更高的強度範圍，從 355.0 mcd（T2 最小值）到 900.0 mcd（V1 最大值）。
• 容差：每個強度分級在其標稱值上具有 +/-11% 的容差，以容納微小的變異。

設計人員在下單時應指定所需的分級代碼，以確保其應用達到預期的亮度水平，特別是在均勻性很重要的多 LED 陣列中。

4. 性能曲線分析

規格書中引用了典型的特性曲線（提供的摘錄未完全詳述）。這些通常繪製的曲線包括：

• I-V（電流-電壓）曲線：顯示每個顏色晶片的順向電流與順向電壓之間的關係。它展示了二極體的指數型導通特性，有助於選擇限流電阻或設計恆流驅動器。
• 發光強度 vs. 順向電流：說明光輸出如何隨電流增加，通常在建議的操作範圍內呈近線性關係，在極高電流下效率會下降。
• 發光強度 vs. 環境溫度：顯示光輸出隨著接面溫度上升而遞減，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：繪製每個 LED 的相對輻射功率與波長的關係圖，視覺化地呈現峰值波長、主波長和光譜半高寬。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

本元件符合 EIA 標準 SMD 封裝外形。所有尺寸單位為毫米，除非另有規定，一般公差為 ±0.2 mm。具體的尺寸圖會顯示長度、寬度、高度、引腳間距和透鏡幾何形狀。

5.2 腳位定義

此三色 LED 採用共陰極或共陽極配置（由單一封裝推斷）。腳位定義為：腳位 1：橙色陽極，腳位 3：藍色陽極，腳位 4：綠色陽極（共陰極可能在腳位 2 和/或 5，依標準 4 腳 RGB LED 封裝而定）。必須對照詳細的封裝圖以確保 PCB 佈局正確。

5.3 捲帶包裝

元件以產業標準的凸版載帶形式供應，捲繞在直徑 7 英吋（178 毫米）的捲盤上，以便於自動化取放組裝。

• 載帶尺寸：載帶寬度、料袋間距和料袋尺寸均有規定，以確保與標準送料器設備相容。
• 捲盤規格：標準 7 英吋捲盤包含 2000 顆元件。剩餘捲盤的最小訂購量為 500 顆。
• 蓋帶：空的料袋會用上蓋帶密封。
• 品質：符合 ANSI/EIA-481 規範。載帶中允許連續缺失元件的最大數量為兩個。

6. 焊接與組裝指南

6.1 迴焊溫度曲線

本元件相容於紅外線（IR）迴焊製程。建議採用符合 J-STD-020B 規範的無鉛焊接溫度曲線。

• 預熱：150-200°C，最長 120 秒，以逐步加熱電路板並活化助焊劑。
• 峰值溫度：不應超過 260°C。高於液相線（例如 217°C）的時間應根據錫膏製造商的建議進行控制。
• 焊接時間：在峰值溫度的總時間應限制在最多 10 秒。迴焊最多應執行兩次。

注意：最佳溫度曲線取決於具體的 PCB 設計、錫膏和迴焊爐。基於 JEDEC 的曲線僅作為通用目標參考。

6.2 手工焊接

若必須進行手工焊接，務必極度小心：

• 烙鐵溫度：最高 300°C。
• 焊接時間：每個焊點最多 3 秒。
• 限制：手工焊接應僅執行一次，以避免熱應力損壞 LED 封裝或內部打線。

6.3 清潔

應避免使用未指定的化學清潔劑，因其可能損壞 LED 環氧樹脂透鏡或封裝。若焊接後需要清潔：

• 使用酒精類溶劑，如乙醇或異丙醇。
• 在常溫下浸泡 LED。
• 浸泡時間限制在少於一分鐘。

6.4 儲存與操作

• 密封包裝：儲存於 ≤30°C 且 ≤70% 相對濕度（RH）的環境。若儲存在原裝含乾燥劑的防潮袋中，保存期限為一年。
• 已開封包裝：暴露於環境空氣中的元件應儲存於 ≤30°C 且 ≤60% RH 的環境。強烈建議在開袋後 168 小時（7 天）內完成紅外線迴焊製程，以防止吸濕，吸濕可能在迴焊時導致 "爆米花效應"。
• 延長儲存（已開封）：若儲存時間超過 168 小時，應將元件置於含乾燥劑的密封容器或氮氣吹掃的乾燥器中。
• 烘烤：若元件離開原包裝儲存超過 168 小時，在焊接前必須在大約 60°C 下烘烤至少 48 小時，以去除吸收的水分。

7. 應用建議

7.1 典型應用場景

此三色 SMD LED 專為消費性和工業電子中需要從單一緊湊元件顯示多種狀態顏色的通用指示燈和背光應用而設計。範例包括：

• 網路設備、路由器或伺服器上的多狀態指示燈（例如：電源/活動/錯誤）。
• 控制面板、遙控器或家電上按鈕或圖示的背光。
• 汽車內裝的裝飾性照明或狀態顯示（非關鍵功能）。
• 可攜式電子裝置的狀態指示燈。

重要應用限制：規格書明確指出這些 LED 用於 "普通電子設備"。它們不適用於故障可能危及生命或健康的安全關鍵應用，例如航空、醫療生命維持或運輸安全系統。對於此類應用，必須採購具有適當可靠性認證的元件。

7.2 設計考量

• 限流：務必為每個顏色通道使用外部限流電阻或恆流驅動器。根據電源電壓、LED 的順向電壓（VF，為安全起見使用最大值）和所需的順向電流（IF，勿超過直流額定值）計算電阻值。
• 熱管理：雖然功率消耗低，但在高環境溫度或最大電流下操作時，應確保足夠的 PCB 銅箔面積或散熱孔，以將接面溫度維持在限制內，並確保長期可靠性和穩定的光輸出。
• PCB 焊墊設計：遵循規格書封裝圖中建議的焊墊佈局，以確保在迴焊過程中形成正確的焊點並保持機械穩定性。
• 靜電防護：雖然未明確說明，但建議在組裝過程中遵循半導體元件的標準靜電防護措施。

8. 技術比較與差異化

雖然此單一規格書未提供與其他型號的直接比較，但可推斷出此元件的關鍵差異化特點：

• 三色一體封裝：整合三種獨立顏色，與使用三個獨立單色 LED 相比，節省了 PCB 空間和組裝成本。
• 寬視角（120°）：擴散式透鏡提供全向可見性，優於用於聚焦光束的窄角 LED。
• 與橙色和藍色相比，綠色晶片提供了顯著更高的發光強度（高達 900 mcd），這可能是為了因應人眼敏感度，平衡各顏色間的感知亮度而設計。穩固的封裝：
• 相容於紅外線迴焊和自動貼裝，表明其封裝是為現代、可靠的 SMT 組裝製程而設計。標準化分級：
• 定義明確的分級結構，可在生產運行中實現可預測且一致的光學性能。9. 常見問題（基於技術參數）

Q1：我可以同時以最大直流電流（橙色 30mA，綠色/藍色 20mA）驅動所有三種顏色嗎？

A：不行。絕對最大額定值中的總功率消耗（Pd）不得超過。同時以最大電流操作將導致總功率消耗超過封裝的 80mW 限制（計算方式為每個晶片的 VF*IF 之和）。您必須降低操作電流或使用脈衝操作，以保持在總 Pd 限制內。

Q2：峰值波長和主波長有什麼區別？

A：峰值波長（λP）是 LED 發射光譜的物理峰值。主波長（λd）是一個計算值，代表在 CIE 圖上感知到的色調，以單一波長表示。對於單色 LED，兩者通常很接近；對於較寬的光譜（如綠色），差異可能較大。λd 在顏色匹配方面更為相關。

Q3：如果 LED 不用於逆向操作，為什麼逆向電流額定值很重要？

A：IR 額定值（5V 下最大 10 μA）是一個漏電流規格。它確保如果意外施加小的逆向電壓（例如，在電路暫態期間或在多工設計中），元件不會汲取過多電流。這是一個可靠性參數，而非操作條件。

Q4：開袋後 168 小時的車間壽命有多關鍵？

A：對於迴焊製程非常關鍵。吸收到塑膠封裝中的水分在高溫迴焊循環期間可能迅速汽化，導致內部分層、裂紋或 "爆米花效應"，從而引發故障。遵守 168 小時的時限或遵循烘烤程序對於良率和可靠性至關重要。

10. 實務設計案例

情境：

為一個由 5V 電源軌供電的裝置設計狀態指示燈。指示燈必須顯示橙色代表 "待機"、綠色代表 "正常運作"、藍色代表 "錯誤"。一次只亮一種顏色。設計步驟：

選擇操作電流：

1. 為所有顏色選擇一個安全、標準的值，例如 15mA，遠低於直流最大值，以確保使用壽命並減少熱負載。計算限流電阻：
2. 為安全起見，使用規格書中的最大 VF：橙色：2.4V，綠色：3.8V，藍色：3.8V。
   • 電源電壓（Vs）= 5V。公式：R = (Vs - VF) / IF。
   • R_橙色 = (5V - 2.4V) / 0.015A ≈ 173 Ω（使用 180 Ω 標準值）。
     • R_綠色 = (5V - 3.8V) / 0.015A ≈ 80 Ω（使用 82 Ω 標準值）。
     • R_藍色 = (5V - 3.8V) / 0.015A ≈ 80 Ω（使用 82 Ω 標準值）。
     • 使用標準電阻重新計算實際電流：I_橙色 = (5-2.4)/180 ≈ 14.4mA（安全）。
   • 檢查功率消耗：
3. 最壞情況單一 LED 功率：P = VF * IF。使用典型 VF 估算：P_綠色 ≈ 3.3V * 0.0144A ≈ 47.5 mW，低於綠色/藍色晶片的 80 mW 限制。橙色晶片消耗的功率更少。由於一次只有一個亮起，因此不會超過封裝的總 Pd。
   • PCB 佈局：
4. 將 LED 及其三個電阻靠近放置。使用機械圖中建議的焊墊佈局。確保正確的腳位定義（1=橙色，3=藍色，4=綠色）對應到驅動電路（例如，帶有串聯電阻的微控制器 GPIO 腳位）。驅動電路：
5. 使用配置為開汲極或帶有串聯電阻的微控制器腳位，將電流吸入地（若為共陰極）或從中源出電流（若為共陽極）。11. 工作原理簡介

發光二極體（LED）是一種透過電致發光發射光線的半導體元件。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。此復合過程以光子（光）的形式釋放能量。發射光的特定波長（顏色）由主動區所用半導體材料的能隙能量決定。

橙色 LED：

• 使用磷化鋁銦鎵（AlInGaP）半導體，其能隙對應於紅/橙/琥珀色光。綠色與藍色 LED：
• 使用氮化銦鎵（InGaN）半導體。透過改變銦/鎵的比例，可以調諧能隙以發射藍色、綠色和青色光譜的光。使用 InGaN 實現高效率的綠色發光比藍色更具挑戰性，這反映在不同的性能特性（例如順向電壓、效率）上。三個晶片安裝在塑膠封裝內的反射腔中。一個擴散式環氧樹脂透鏡封裝了晶片，提供環境保護、塑造光輸出光束（120° 視角），並在同時點亮多個晶片時混合來自各個晶片的光以產生其他顏色（例如白色，如果存在螢光粉，但在此 RGB 元件中沒有）。

12. 技術趨勢

此元件所代表的技術處於光電領域更廣泛的趨勢之中：

效率提升：

• 持續的材料科學和晶片設計改進不斷提高 LED 的發光效率（流明/瓦），允許在更低電流下實現更亮的輸出或降低功耗。微型化：
• 雖然這是一個標準封裝，但產業正朝著更小的晶片級封裝（CSP）LED 發展，以實現超緊湊設計，儘管這通常以犧牲熱性能和操作便利性為代價。顏色一致性改善：
• 磊晶生長和分級製程的進步產生了更緊密的波長和強度分佈，這對於需要多個單元間顏色外觀一致的應用至關重要。整合化：
• 除了單一封裝內的多晶片外，趨勢是將 LED 驅動 IC（恆流源、PWM 控制器）整合到 LED 封裝本身，從而簡化電路設計。可靠性與穩固性：
• 增強的封裝材料和結構技術提高了對熱循環、濕度和機械應力的抵抗力，將操作壽命延長至遠超傳統限制，使 LED 適用於更嚴苛的環境。此特定元件體現了 LED 技術在標準指示用途上的成熟且具成本效益的應用，平衡了性能、可靠性和可製造性。

This particular component exemplifies the mature, cost-effective application of LED technology for standard indicator purposes, balancing performance, reliability, and manufacturability.