SMD LED LTW-110ZDS5 規格書 - 白光 - 20mA - 70mW - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTW-110ZDS5 是一款表面黏著元件（SMD）發光二極體（LED），專為現代空間受限的電子組裝而設計。它屬於微型元件系列，針對自動化取放與迴焊製程進行了優化。此特定型號採用 InGaN（氮化銦鎵）半導體晶片來產生白光，並封裝於側視式結構中。這種配置特別適用於需要光線平行於印刷電路板（PCB）表面發射的應用，例如側邊發光面板或從設備側面可見的狀態指示燈。

此元件的核心設計理念是提供一個可靠、明亮的光源，並能無縫整合到大量生產流程中。其封裝符合 EIA（電子工業聯盟）標準，確保與業界標準的處理和貼裝設備相容。元件以 8mm 載帶供應，捲繞在直徑 7 英吋的捲盤上，這是自動化組裝線的標準格式，便於高效地裝入貼片機。

1.1 特色與核心優勢

• 環保合規性：本元件製造符合 ROHS（有害物質限制）指令，確保不含鉛、汞、鎘等特定有害物質。
• 先進半導體技術：採用超高亮度 InGaN 晶片。InGaN 技術以其高效率及產生明亮藍光和白光的能力而聞名，白光通常是透過螢光粉塗層轉換而來。
• 製造就緒性：採用鍍錫端子，增強了可焊性，特別適用於無鉛（Pb-free）焊料合金。完全相容於紅外線（IR）迴焊製程，這是 SMD 組裝的主流方法。
• 設計相容性：本元件與積體電路（IC）相容，意味著其驅動需求（電流、電壓）可以輕易地由標準邏輯位準輸出或電路板上常見的簡單驅動電路來管理。
• 自動化友善：標準化的 EIA 封裝及帶狀與捲盤式包裝，確保在高速自動貼裝設備中具有可靠的性能，最大限度地減少貼裝錯誤並提高生產吞吐量。

1.2 目標市場與應用

此 LED 專為廣泛的電子設備而設計，這些設備需要在緊湊的外形尺寸中提供可靠的指示、背光或符號照明。其主要應用領域包括：

• 通訊設備：路由器、數據機、交換器及基地台上的狀態指示燈。
• 辦公室自動化與運算設備：筆記型電腦的鍵盤背光、印表機、掃描器及外接儲存裝置上的狀態燈。
• 消費性電子產品與家電：音訊/視訊設備、廚房電器及智慧家庭裝置上的電源、模式或功能指示燈。
• 工業設備：機械、控制系統及儀器儀表的面板指示燈。
• 特殊顯示器：鍵盤的背光、微型顯示器，以及為控制面板上的符號或圖示提供照明。

2. 技術參數：深入客觀解讀

LTW-110ZDS5 的性能由一系列全面的電氣、光學及熱參數所定義。理解這些規格對於正確的電路設計及確保長期可靠性至關重要。

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了元件的應力極限，超過此極限可能導致永久性損壞。不保證在此極限下或接近此極限的運作，正常使用時應避免。

• 功率消耗（Pd）：70 mW。這是元件在不劣化的情況下，能以熱形式消散的最大電功率。超過此值可能導致接面溫度過高、光輸出降低及使用壽命縮短。
• 順向電流（DC）：20 mA。這是建議用於可靠運作的最大連續直流電流。規格書中指定的典型工作條件為 5mA。
• 峰值順向電流：100 mA，但僅在脈衝條件下（1/10 工作週期，0.1ms 脈衝寬度）。這允許在短時間內實現更高亮度，例如閃爍指示燈，而不會過熱。
• 工作溫度範圍：-20°C 至 +80°C。保證元件在此環境溫度範圍內正常運作。
• 儲存溫度範圍：-40°C 至 +85°C。元件可在不運作的情況下，在此更寬的範圍內儲存。
• 紅外線焊接條件：可承受 260°C 峰值溫度達 10 秒。這是無鉛組裝製程的關鍵參數，定義了元件在迴焊過程中可承受的熱曲線。

2.2 電氣與光學特性（於 Ta=25°C）

這些是在標準測試條件下測得的典型性能參數。

• 發光強度（Iv）：在測試電流（IF）為 5mA 時，範圍從最小值 28.0 mcd（毫燭光）到最大值 112.0 mcd。特定單元的實際值會歸入一個分級（N, P, Q）。強度是使用模擬人眼明視覺反應（CIE 曲線）的濾光片測量的。
• 視角（2θ1/2）：130 度。這是發光強度降至其峰值一半（在 0 度，即垂直於晶片的方向測量）時的總角度。如此寬的視角是側視式 LED 的特點，可提供寬廣且均勻的照明。
• 色度座標（x, y）：在 5mA 下，典型值為 x=0.304, y=0.301。這些在 CIE 1931 色度圖上的座標定義了白光的感知顏色。特定單元根據色調分級（S1-S6）進行分類。這些座標的容差為 ±0.01。
• 順向電壓（VF）：在 5mA 下，介於 2.70V 至 3.15V 之間。這是 LED 在導通指定電流時的電壓降。單元根據此參數分為不同組別（L7, L8, L9）。較低的 VF 通常表示更高的電氣效率。
• 逆向電流（IR）：在逆向電壓（VR）為 10mA 時，為 0.6 至 1.2 μA。重要注意事項：規格書明確指出此測試條件僅適用於 IR（紅外線）測試，且該元件並非設計用於逆向操作。在電路中施加逆向偏壓可能會損壞 LED。

2.3 熱特性

雖然未明確給出熱阻（RθJA）數值，但熱性能可透過功率消耗額定值（70mW）及工作溫度範圍來推斷。最大接面溫度是影響 LED 壽命的關鍵因素。以低於最大值的電流驅動 LED、確保 PCB 有足夠的銅箔面積用於散熱（如建議的焊墊佈局所示），以及將環境溫度維持在規格範圍內，對於管理熱性能都至關重要。

3. 分級系統說明

為了考量半導體製造中的自然變異，LED 會根據性能進行分級。這使得設計師能為其應用選擇特性嚴格控制的元件。

3.1 順向電壓（VF）分級

LED 根據其在 5mA 下的順向電壓降進行分類。

- 分級 L7：VF = 2.70V 至 2.85V

- 分級 L8：VF = 2.85V 至 3.00V

- 分級 L9：VF = 3.00V 至 3.15V

每個分級的容差為 ±0.1V。從相同的 VF 分級中選擇 LED，可確保在使用恆定電壓源驅動時亮度一致，或簡化串聯電路中限流電阻的計算。

3.2 發光強度（Iv）分級

LED 根據其在 5mA 下的光輸出強度進行分類。

- 分級 N：Iv = 28.0 mcd 至 45.0 mcd

- 分級 P：Iv = 45.0 mcd 至 71.0 mcd

- 分級 Q：Iv = 71.0 mcd 至 112.0 mcd

每個分級的容差為 ±15%。此分級對於需要多個 LED 亮度均勻的應用至關重要，例如背光陣列或多指示燈面板。

3.3 色調（色度）分級

這是最複雜的分級，定義了白光在 CIE 1931 圖上的色點。定義了六個分級（S1 至 S6），每個代表（x,y）座標平面上的一個小四邊形區域。例如，分級 S3 涵蓋的座標大約從（0.294, 0.254）到（0.314, 0.315）。容差為 ±0.01。此分級對於顏色一致性至關重要的應用必不可少，可防止相鄰 LED 之間出現明顯的白色色調差異（例如，冷白光與暖白光）。

4. 性能曲線分析

規格書包含典型的特性曲線，這些曲線提供了超越表格數據點的寶貴見解。

4.1 相對發光強度 vs. 順向電流

此曲線顯示光輸出如何隨著驅動電流增加而增加。它通常是非線性的。雖然輸出隨電流增加而上升，但效率（每瓦流明）通常在低於絕對最大值的某個電流下達到峰值。對於此元件，在典型的 5mA 條件下運作可能代表了亮度與效率的良好平衡。

4.2 順向電壓 vs. 順向電流

此曲線說明了二極體的 I-V 特性。順向電壓隨電流增加，但非線性。理解此曲線對於設計驅動電路非常重要，特別是在使用恆壓電源時，因為電壓的微小變化可能導致電流及亮度的巨大變化。

4.3 相對發光強度 vs. 環境溫度

此曲線對於理解熱效應至關重要。隨著環境溫度升高，LED 的發光強度通常會降低。此曲線的斜率表示元件的熱靈敏度。如果 LED 將在高溫環境中運作，設計師必須降低預期的光輸出。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

規格書提供了 LED 的詳細機械圖。關鍵尺寸包括總長度、寬度和高度、半導體晶片腔的尺寸和位置，以及可焊接端子的位置和尺寸。除非另有說明，所有尺寸均以毫米為單位，標準容差為 ±0.1mm。側視式設計意味著主要發光面位於封裝的長邊。

5.2 建議的 PCB 焊接墊與極性

提供了 PCB 設計的焊墊圖形（Footprint）建議。這顯示了銅焊墊的最佳尺寸和形狀，以確保在迴焊過程中形成良好的焊點。圖中清楚標示了陽極和陰極連接，這對於貼裝時的正確方向以及確保通電時 LED 點亮至關重要。陰極通常由 LED 封裝上的標記識別，例如凹口、圓點或綠色標記。

6. 焊接與組裝指南

6.1 紅外線迴焊曲線（無鉛製程）

提供了無鉛焊接的建議迴焊曲線：

- 預熱：150-200°C。

- 預熱時間：最長 120 秒。

- 峰值溫度：最高 260°C。

- 液相線以上時間（峰值時）：最長 10 秒，且此迴焊製程不應執行超過兩次。

規格書正確指出，最佳曲線取決於特定的 PCB 組裝（板厚、元件數量、錫膏）。應針對特定生產線進行曲線特性分析，但應保持在這些元件級別的限制範圍內。

6.2 手工焊接（如需要）

用於維修或原型製作：

- 烙鐵溫度：最高 300°C。

- 焊接時間：每個焊點最長 3 秒。

- 此操作應僅執行一次，以最小化熱應力。

6.3 清潔

如果焊接後需要清潔，應僅使用指定的溶劑，以避免損壞塑膠封裝。規格書建議在常溫下浸入乙醇或異丙醇中不超過一分鐘。必須避免使用未指定的化學液體。

7. 儲存與操作注意事項

7.1 靜電放電（ESD）敏感性

LED 可能因靜電和電湧而損壞。建議操作時使用腕帶或防靜電手套。所有設備，包括工作站和烙鐵，必須妥善接地。

7.2 濕度敏感性與儲存

此元件的濕度敏感等級（MSL）為 3。

- 密封包裝：可儲存在 ≤30°C 且 ≤90% RH 的環境中。在帶有乾燥劑的原裝防潮袋中，保存期限為一年。

- 已開封包裝：環境不應超過 30°C / 60% RH。從原包裝中取出的元件應在一週內進行迴焊。

- 長期儲存（袋外）：必須儲存在帶有乾燥劑的密封容器中或氮氣乾燥器中。

- 重新烘烤：如果暴露超過一週，元件必須在焊接前以約 60°C 烘烤至少 20 小時，以去除吸收的水分並防止迴焊過程中發生 \"爆米花\" 現象。

8. 包裝與訂購資訊

8.1 帶狀與捲盤規格

元件以 8mm 寬的凸版載帶供應。關鍵的載帶尺寸包括口袋間距（Pitch）、口袋尺寸及覆蓋帶密封位置。載帶捲繞在標準 7 英吋（178mm）直徑的捲盤上。

8.2 捲盤包裝細節

• 每捲數量：3000 個。
• 最小包裝數量：剩餘數量為 500 個。
• 覆蓋帶：空口袋用頂部覆蓋帶密封。
• 缺件：根據標準慣例，捲盤上最多允許連續兩個燈缺失。
• 標準符合性：包裝遵循 ANSI/EIA-481 規範。

9. 應用說明與設計考量

9.1 典型應用電路

LED 需要限流機制。最簡單的方法是使用串聯電阻。電阻值使用歐姆定律計算：R = (電源電壓 - LED_VF) / IF。例如，使用 5V 電源，VF 為 3.0V（典型值），期望的 IF 為 5mA：R = (5V - 3.0V) / 0.005A = 400 歐姆。390 歐姆或 430 歐姆的標準電阻是合適的。對於需要在變化的電源電壓或溫度下保持恆定亮度的應用，建議使用恆流驅動電路。

9.2 可靠性與長壽命設計

• 電流降額：以典型 5mA 電流或更低電流驅動 LED，而非絕對最大值 20mA，將顯著延長其運作壽命並改善長期光通維持率。
• 熱管理：使用建議的 PCB 焊墊佈局，其中包括散熱連接。對於高功率或高環境溫度的應用，考慮在 LED 的 Footprint 下方增加額外的銅箔面積或散熱孔，以將熱量從接面導出。
• 逆向電壓保護：由於該元件並非設計用於逆向偏壓，請確保電路設計防止此情況。在交流或雙極性電路中，可能需要並聯保護二極體。

10. 技術比較與差異化

與較舊的 LED 技術（如 GaP（磷化鎵）或標準 GaN 元件）相比，LTW-110ZDS5 中的 InGaN 晶片提供了更優異的發光效率，意味著每單位消耗的電功率能產生更多的光輸出。側視式封裝使其有別於頂視式 LED，解決了需要橫向發光的特定光學設計挑戰。其與高溫無鉛迴焊曲線的相容性，使其成為符合當前環保法規和製造標準的現代元件，不同於可能僅適用於含鉛焊料或波峰焊的舊型元件。

11. 常見問題（基於技術參數）

問：我可以直接用 3.3V 微控制器引腳驅動此 LED 嗎？

答：有可能，但需謹慎。典型的 VF 為 3.0V，僅剩下 0.3V 用於限流電阻。在 5mA 下，這需要一個 60 歐姆的電阻。低電壓餘裕意味著由於 VF 或電源電壓的微小變化，亮度可能不一致。專用的 LED 驅動器或更高的電源電壓更為可靠。

問：料號中的 \"ZDS5\" 代表什麼？

答：雖然此處未詳細說明完整的命名規則，但在許多製造商的系統中，此類後綴表示特定屬性，如顏色（白色）、封裝樣式（側視）、分級（強度/顏色等級）及端子電鍍。請參閱製造商的產品指南以獲取確切細分。

問：如何確保我的多 LED 設計中的顏色一致性？

答：訂購來自相同色調分級（S1-S6）和相同發光強度分級（N, P, Q）的元件。與您的經銷商合作，在訂單中指定這些分級代碼，以保證性能匹配。

問：此 LED 是否適用於汽車內飾照明？

答：其工作溫度範圍（-20°C 至 +80°C）可能涵蓋一些內飾應用，但汽車級元件通常需要更寬的範圍（例如，-40°C 至 +105°C 或 125°C）以及更嚴格的可靠性認證（如 AEC-Q102）。此規格書並未聲明符合此類標準，因此其用途如注意事項部分所定義，適用於 \"普通電子設備\"。

12. 實際使用案例

情境：為網路交換器設計狀態指示燈面板。

面板有 10 個相同的狀態 LED，用於鏈路/活動指示。要求：均勻的白色、一致的亮度，以及 24/7 可靠運作。

設計步驟：

1. 電路設計：使用穩定的 5V 電源軌。為每個 LED 計算約 5mA 驅動電流的串聯電阻。假設 VF 分級為 L8（2.85-3.00V），使用最大 VF 進行最壞情況亮度計算：R = (5V - 3.0V) / 0.005A = 400 歐姆。元件選擇：向供應商指定：料號 LTW-110ZDS5，且所有 10 個元件來自相同的色調分級（例如 S3）和相同的發光強度分級（例如 P）。這確保了視覺一致性。PCB 佈局：實施規格書中建議的焊墊 Footprint。將陰極焊墊連接到共用地平面以利散熱。組裝：遵循無鉛迴焊曲線指南，確保峰值溫度不超過 260°C。結果：一個具有專業外觀的面板，配備十個相同、明亮的白色指示燈，由於保守的電流驅動和適當的熱設計，將能長期保持其性能。

13. 運作原理介紹

LED 是一種半導體二極體。當施加超過其能隙的順向電壓時，來自 n 型半導體的電子與來自 p 型半導體的電洞在主動區（InGaN 晶片）中復合。這種復合以光子（光）的形式釋放能量。光的特定波長（顏色）由半導體材料的能隙能量決定。InGaN 的能隙能產生藍光/紫外光譜的光。為了產生白光，LED 晶片塗有螢光粉材料。來自晶片的藍光/紫外光激發螢光粉，然後螢光粉重新發射出更寬光譜的光，組合起來產生白光的感知。側視式封裝包含一個模製塑膠透鏡，用於塑造光輸出，創造出寬廣的 130 度視角。

14. 技術趨勢與背景

LTW-110ZDS5 代表了一項成熟且廣泛採用的技術。當前 SMD LED 的趨勢集中在幾個關鍵領域：效率提升：持續開發晶片設計和螢光粉，以實現更高的每瓦流明（lm/W），在相同光輸出下減少能耗。色彩品質改善：提高白光 LED 的顯色指數（CRI），使其適用於準確色彩感知至關重要的應用，例如零售照明或攝影。微型化：開發更小的封裝尺寸（例如，0402、0201 公制），用於可穿戴設備和微型感測器等超緊湊設備。整合解決方案：內建驅動器、控制器或多色晶片（RGB）於單一封裝中的 LED 不斷發展，簡化了智慧照明和動態色彩效果的電路設計。雖然此元件是標準指示燈和背光功能的得力助手，但這些趨勢推動了更專業市場領域的創新。