SMD LED LTST-008UWQEET 規格書 - 白光與紅光雙色 - 30mA 順向電流 - 102mW 功率消耗 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件詳述一款表面黏著元件 (SMD) LED 的規格。此LED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。該元件在單一封裝內整合了兩個獨立的光源。

1.1 產品特點

• 符合RoHS環保標準。
• 以12mm載帶包裝，捲繞於7英吋直徑的捲盤上，便於自動化處理。
• 標準EIA封裝尺寸，確保相容性。
• 輸入訊號與積體電路 (IC) 邏輯位準相容。
• 設計上與自動化取放組裝設備相容。
• 可承受標準紅外線 (IR) 迴焊製程。
• 預處理至JEDEC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與系統，包括但不限於：

• 通訊設備（例如無線電話與行動電話）。
• 辦公室自動化設備與筆記型電腦。
• 家電與消費性電子產品。
• 網路系統與工業控制設備。
• 室內標誌與顯示應用。

2. 技術參數：深入客觀解讀

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能導致元件永久損壞的極限。不保證在此條件下運作。

• 功率消耗 (Pd)：102 mW (白光)，72 mW (紅光)。此為環境溫度 (Ta) 25°C時，LED能作為熱量散發的最大功率。
• 峰值順向電流 (I_F(PEAK))：100 mA (白光)，80 mA (紅光)。此為脈衝條件下（1/10工作週期，0.1ms脈衝寬度）允許的最大瞬間電流。
• 直流順向電流 (I_F)：兩種顏色均為30 mA。此為建議用於可靠運作的最大連續順向電流。
• 操作溫度範圍：-40°C 至 +85°C。元件設計在此環境溫度範圍內運作。
• 儲存溫度範圍：-40°C 至 +100°C。元件可在未通電狀態下在此範圍內儲存。

2.2 電氣與光學特性

這些參數在Ta=25°C且I_F=20mA的條件下量測，代表典型工作條件。

• 光通量 (Φ_v)：白光：4.15-11.4 lm (最小-最大)。紅光：1.07-2.71 lm (最小-最大)。此為LED的總可見光輸出。
• 發光強度 (I_v)：白光：1500-4100 mcd (最小-最大)。紅光：355-900 mcd (最小-最大)。此為特定方向的光輸出，以毫燭光為單位量測。
• 視角 (2θ_1/2)：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。
• 主波長 (λ_d)：紅光LED：617-630 nm (典型範圍)。白光LED則提供色度座標。
• 色度座標 (x, y)：白光LED：x=0.31，y=0.31 (典型值)。此白光點接近普朗克軌跡。
• 順向電壓 (V_F)：白光：2.8-3.4V (最小-最大)。紅光：1.8-2.4V (最小-最大)。容差為 +/- 0.1V。此為LED在指定電流下運作時的跨壓。
• 逆向電流 (I_R)：兩種顏色在V_R=5V時最大為10 μA。此元件並非設計用於逆向偏壓操作；此參數僅供測試用途。

3. 分級系統說明

LED根據性能進行分級以確保一致性。分級代碼標示於產品包裝上。

3.1 發光強度 (I_v) 分級

LED根據其在20mA下量測的光輸出進行分組。

白光LED分級：

• W1：光通量：4.15-5.80 lm，發光強度：1500-2100 mcd。
• W2：光通量：5.80-8.10 lm，發光強度：2100-2900 mcd。
• W3：光通量：8.10-11.40 lm，發光強度：2900-4100 mcd。

紅光LED分級：

• R1：光通量：1.07-1.68 lm，發光強度：355-600 mcd。
• R2：光通量：1.68-2.71 lm，發光強度：600-900 mcd。

每個亮度分級的容差為 +/- 11%。

3.2 白光LED之色度分級

白光LED根據其在CIE 1931色度圖上的座標 (x, y) 進一步分級，以控制顏色變異。

• 分級代碼包括 Z1, Y1, Y2, X1, W1, W2。
• 每個分級由色度圖上一個四邊形區域定義，該區域由四個特定的 (x,y) 座標點構成。
• 每個色調分級在x和y座標上的容差均為 +/- 0.01。

3.3 標籤上的組合分級代碼

包裝標籤上的一個英數字代碼（A1至A6）結合了同一封裝內白光與紅光LED的強度分級，如對照表所示。

4. 性能曲線分析

規格書包含在25°C環境溫度下量測的典型特性曲線（除非另有說明）。這些曲線對設計分析至關重要。

• 順向電流 vs. 順向電壓 (I_F-V_F曲線)：顯示白光與紅光LED電流與電壓之間的指數關係。這對於設計限流驅動電路至關重要。
• 發光強度 vs. 順向電流 (I_v-I_F曲線)：說明光輸出如何隨驅動電流增加，通常在較高電流下由於效率下降與發熱而以次線性方式增長。
• 相對發光強度 vs. 環境溫度：展示光輸出的熱依賴性。發光強度通常隨接面溫度升高而降低。
• 光譜分佈：對於紅光LED，此曲線顯示相對輻射功率隨波長的變化，指出峰值發射波長 (λ_P) 與光譜半高寬 (Δλ)。
• 視角分佈圖：顯示發光強度角度分佈的極座標圖，確認120度視角。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

LED採用標準表面黏著封裝。所有尺寸單位為毫米，一般公差為±0.2 mm，除非另有規定。圖面顯示頂視圖、側視圖與焊墊佈局。

5.2 接腳定義與極性識別

此元件具有多個接腳。定義如下：

• 接腳 (0,1) 與 2：連接至藍光/白光LED晶粒 (InGaN)。
• 接腳 3 與 4：連接至紅光LED晶粒 (AlInGaP)。
• 接腳 5 與 (6,7)：未連接 (空接)。

透鏡顏色為黃色。連接至驅動電路時必須注意正確極性；施加逆向電壓可能損壞元件。

5.3 建議的PCB焊接墊佈局

提供建議的焊墊圖形（銅箔佈局），以確保可靠焊接、適當的熱管理與機械穩定性。遵循此建議有助於防止墓碑效應並確保良好的焊錫圓角。

6. 焊接與組裝指南

6.1 紅外線迴焊溫度曲線

針對無鉛 (Pb-free) 焊接製程指定了詳細的迴焊溫度曲線，符合J-STD-020B標準。曲線圖顯示：

• 預熱/升溫區：控制升溫以活化助焊劑。
• 均溫區：一個溫度平台，使電路板與元件均勻受熱。
• 迴焊區：峰值溫度不得超過元件允許的最大值（與儲存溫度相關）。
• 冷卻速率：控制降溫以正確固化焊點。

遵循此溫度曲線對於防止熱衝擊、確保可靠焊接連接而不損壞LED封裝或內部晶粒至關重要。

6.2 清潔

若需在焊接後進行清潔：

• 僅使用乙醇或異丙醇。
• 在正常室溫下浸泡LED。
• 限制浸泡時間少於一分鐘。
• 避免使用未指定的化學清潔劑，因其可能損壞封裝材料（例如導致變色或龜裂）。

6.3 儲存與操作條件

• 密封包裝：儲存於 ≤30°C 且 ≤70% 相對濕度 (RH)。當儲存在原裝防潮袋內並附乾燥劑時，保存期限為一年。
• 已開封包裝：儲存環境不應超過30°C與60% RH。從原包裝取出的元件應在168小時（7天）內進行紅外線迴焊。
• 長時間儲存（離開防潮袋）：若超過168小時，應將LED儲存在帶有乾燥劑的密封容器或氮氣吹掃的乾燥器中，以防止吸濕，吸濕可能在迴焊時導致"爆米花效應"。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 載帶與捲盤規格

LED以凸版載帶包裝供應，便於自動化組裝。

• 載帶寬度：12 mm。
• 捲盤直徑：7 英吋。
• 每捲數量：4000 顆。
• 最小包裝數量：剩餘數量為500顆。
• 載帶上的空穴以頂部蓋帶密封。
• 最多允許連續兩個元件缺失。
• 包裝符合ANSI/EIA-481規範。

規格書中提供了載帶凹穴與捲盤的詳細尺寸。

8. 應用建議與設計考量

8.1 典型應用電路

LED是電流驅動元件。串聯限流電阻是最簡單的驅動方法。電阻值 (R_s) 可使用歐姆定律計算：R_s= (V_電源- V_F) / I_F。使用規格書中的最大V_F值，以確保即使元件有變異，電流也不會超過限制。為了更穩定的性能，特別是在電源電壓或溫度變化時，建議使用恆流驅動器（線性或開關式）。

8.2 熱管理

雖然功率消耗相對較低，但適當的熱設計能延長LED壽命並維持穩定的光輸出。

• 使用建議的PCB焊墊佈局以協助散熱。
• 在高電流或高環境溫度的應用中，可考慮在焊墊下方使用散熱孔將熱量傳導至內層或底層銅箔。
• 透過考量從接面到環境的熱阻 (θ_JA)，確保不超過最大接面溫度。

8.3 光學設計考量

• 120度的視角提供了寬廣、擴散的光型，適合背光與狀態指示燈。
• 若需要更聚焦的光束，可在LED上方加裝二次光學元件（透鏡）。
• 黃色透鏡對白光起到濾色片/擴散片的作用，可能影響實際的相關色溫 (CCT)。

9. 技術比較與差異化

此元件的主要差異在於其單一SMD封裝內的雙色（白光與紅光）配置。相較於使用兩個獨立的LED，這節省了PCB空間並簡化了組裝。重點包括：

• 空間效率：將兩種功能整合到一個佔位面積中。
• 組裝簡化：一次貼裝循環而非兩次。
• 性能：提供獨立可定址的白光與紅光光源，且各自具有指定的性能分級。
• 相容性：標準EIA佔位面積以及與IR迴焊的相容性，使其成為現代SMT產線的即插即用解決方案。

10. 常見問題解答（基於技術參數）

10.1 我可以用5V電源直接驅動這個LED嗎？

不行。將5V電源直接跨接在LED兩端會導致過大電流，很可能將其燒毀。您必須使用限流機制，例如串聯電阻或恆流驅動器，設定最大直流電流為30mA。

10.2 光通量 (lm) 和發光強度 (mcd) 有什麼區別？

光通量（流明）量測LED在所有方向上發射的總可見光量。發光強度（燭光）量測從特定觀看方向看LED的亮度。規格書中的mcd值通常是軸向（正軸）強度。與具有相同流明值的窄光束LED相比，寬視角LED可能具有較高的流明值但較低的mcd值。

10.3 訂購時應如何解讀分級代碼？

請根據對照表指定組合分級代碼（例如A3），以確保您收到的LED其白光（例如W2）與紅光（例如R1）元件均符合所需的性能範圍。這對於需要在多個單元間保持亮度與顏色一致性的應用至關重要。

10.4 這個LED適合戶外使用嗎？

其操作溫度範圍可低至-40°C，但最高為+85°C。雖然它可以在某些戶外環境中運作，但規格書主要列出室內應用（標誌、顯示器）。對於戶外使用，需考慮潛在的紫外線輻射、濕氣侵入以及更高的環境溫度，這可能需要本文件未涵蓋的額外保護措施。

11. 實務設計與使用案例

情境：網路路由器的雙狀態指示燈

設計師需要在一個緊湊的路由器PCB上設置電源（恆亮白光）與網路活動（閃爍紅光）指示燈。

實作方式：

1. 元件選擇：選擇LTST-008UWQEET，因為它在一個3.2mm x 2.8mm的佔位面積內提供了所需的兩種顏色，節省了空間。
2. 電路設計：設計兩個獨立的驅動電路：
   • 從3.3V電源軌透過一個簡單的電阻驅動白光LED，電流約15mA，作為恆亮的"電源開啟"指示燈。
   • 主處理器的一個GPIO接腳，同樣串聯一個電阻，驅動紅光LED。韌體使此接腳閃爍以指示資料活動。
3. PCB佈局：採用建議的焊墊佈局。在焊墊上添加散熱連接，以便於焊接，同時維持到接地層的熱路徑以進行輕微散熱。
4. 分級：為了確保生產單元間的一致性，在物料清單 (BOM) 中指定分級代碼A3（白光：W2，紅光：R1），確保所有路由器具有相似亮度的指示燈。
5. 組裝：元件以7英吋捲盤供應，與組裝線的取放機相容。指定的IR迴焊溫度曲線已編程至迴焊爐中。

此案例突顯了該元件在消費性電子產品中常見的空間受限、多功能指示燈應用中的實用性。

12. 原理簡介

發光二極體 (LED) 是一種當電流通過時會發光的半導體元件。此現象稱為電致發光。

• 白光LED：通常，一個由氮化銦鎵 (InGaN) 製成的藍光LED晶粒塗覆有螢光粉層。晶粒發出的藍光激發螢光粉，使其發出黃光。藍光與黃光的組合被人眼感知為白光。黃色透鏡可能進一步修飾此輸出。
• 紅光LED：紅光直接由磷化鋁銦鎵 (AlInGaP) 半導體晶粒產生。當電子在半導體材料中與電洞復合時，能量以光子（光）的形式釋放。材料的特定成分決定了發射光的波長（顏色），在此例中為紅光（約630 nm）。

順向電壓 (V_F) 是半導體材料能隙能量的特徵；較高的能隙（藍光/白光）導致比低能隙（紅光）更高的V_F。

13. 發展趨勢

SMD LED領域持續演進，有幾個明顯趨勢：

• 效率提升 (lm/W)：材料科學與晶粒設計的持續改進，使每單位電功率能產生更多光輸出，降低能耗與熱負載。
• 更高可靠性與壽命：封裝材料、晶粒貼裝技術與螢光粉穩定性的進步，延長了操作壽命，使LED適用於更關鍵的應用。
• 微型化：封裝尺寸持續縮小（例如從3528到2016再到1010尺寸），同時維持或改善光學性能，實現更密集、更緊湊的電子設計。
• 改善色彩品質與一致性：更嚴格的分級容差與新的螢光粉配方，為白光LED帶來更好的演色性指數 (CRI)，為單色LED帶來更飽和、一致的顏色。
• 整合解決方案：除了多色封裝，趨勢還包括整合驅動器 (IC) 的LED、內建齊納二極體以提供ESD保護，以及為特定光學圖案設計的封裝，減少對外部元件的需求。

如本規格書所述的元件，代表了整合過程中的一個中間步驟，將多個離散功能結合到一個可靠且可製造的單一封裝中。