SMD LED LTST-108KSKT 規格書 - 封裝尺寸 3.2x2.8x1.9mm - 電壓 1.8-2.4V - 黃光 - 功率 72mW - 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) 組裝製程設計，適用於大量生產。其微型尺寸非常適合空間受限的應用。此 LED 採用磷化鋁銦鎵 (AlInGaP) 半導體技術製造，該技術以在琥珀色至紅色光譜範圍內產生高效率光線而聞名。本文涵蓋的特定型號發射黃光。

1.1 核心優勢與目標市場

此 LED 的主要優勢包括其緊湊尺寸、與標準自動化取放設備的相容性，以及適用於現代電子製造中標準的紅外線 (IR) 迴焊製程。它符合 RoHS 規範，滿足環保法規。元件以 8mm 寬的載帶包裝，捲繞在直徑 7 英吋的捲盤上，便於生產線高效處理。

其目標應用廣泛，涵蓋狀態指示燈、前面板背光，以及各種電子設備中的訊號或符號照明。典型的終端使用市場包括通訊設備（例如無線電話和行動電話）、辦公室自動化設備（例如筆記型電腦）、網路系統、家電和室內標誌。

2. 深入技術參數分析

透徹理解電氣與光學特性對於正確的電路設計和確保長期可靠性至關重要。

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能導致元件永久損壞的極限。它們是在環境溫度 (Ta) 為 25°C 時指定的。

• 功率消耗 (Pd)：72 mW。這是 LED 封裝在不超過其熱限值的情況下，能以熱量形式消散的最大功率。
• 連續順向電流 (IF)：30 mA DC。可施加的最大穩態電流。
• 峰值順向電流：80 mA。此值僅在脈衝條件下允許，佔空比為 1/10，脈衝寬度為 0.1ms。即使短暫超過直流電流額定值也可能導致過熱。
• 操作溫度範圍：-40°C 至 +85°C。保證元件正常運作的環境溫度範圍。
• 儲存溫度範圍：-40°C 至 +100°C。元件未通電時的儲存溫度範圍。

2.2 電氣與光學特性

這些是在 Ta=25°C 和順向電流 (IF) 為 20mA 下測量的典型性能參數，除非另有說明。

• 發光強度 (Iv)：範圍從 180 mcd（最小值）到 450 mcd（最大值），典型值在此範圍內。強度是使用過濾器匹配人眼明視覺響應 (CIE 曲線) 的感測器測量的。
• 視角 (2θ1/2)：110 度（典型值）。這是發光強度降至中心軸測量值一半時的全角。110 度的角度表示寬廣的視角模式。
• 峰值發射波長 (λp)：約 591 nm。這是光譜輸出最強的波長。
• 主波長 (λd)：指定在 584.5 nm 至 594.5 nm 之間。這是人眼感知的、定義顏色（黃色）的單一波長。每個分級的容差為 ±1 nm。
• 光譜線半寬度 (Δλ)：約 15 nm。這表示光譜純度；數值越小表示光線越接近單色光。
• 順向電壓 (VF)：在 20mA 時，範圍從 1.8V（最小值）到 2.4V（最大值）。典型值在此範圍內。必須根據實際 VF 和電源電壓計算限流電阻。
• 逆向電流 (IR)：當施加 5V 逆向電壓 (VR) 時，最大值為 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

為確保生產中的顏色和亮度一致性，LED 會根據性能進行分級。設計師可以指定分級以符合應用需求。

3.1 順向電壓 (VF) 分級

單位：伏特 @ 20mA。每級容差：±0.10V。

• 分級 D2：1.8V（最小值）至 2.0V（最大值）
• 分級 D3：2.0V（最小值）至 2.2V（最大值）
• 分級 D4：2.2V（最小值）至 2.4V（最大值）

3.2 發光強度 (Iv) 分級

單位：毫燭光 (mcd) @ 20mA。每級容差：±11%。

• 分級 S1：180 mcd（最小值）至 224 mcd（最大值）
• 分級 S2：224 mcd（最小值）至 280 mcd（最大值）
• 分級 T1：280 mcd（最小值）至 355 mcd（最大值）
• 分級 T2：355 mcd（最小值）至 450 mcd（最大值）

3.3 主波長 (WD) 分級

單位：奈米 (nm) @ 20mA。每級容差：±1 nm。

• 分級 H：584.5 nm（最小值）至 587.0 nm（最大值）
• 分級 J：587.0 nm（最小值）至 589.5 nm（最大值）
• 分級 K：589.5 nm（最小值）至 592.0 nm（最大值）
• 分級 L：592.0 nm（最小值）至 594.5 nm（最大值）

完整的料號通常包含 VF、Iv 和 WD 分級的代碼（例如：LTST-108KSKT-D3T1K）。

4. 性能曲線分析

圖形數據提供了在不同條件下元件行為的更深入見解。

4.1 電流對電壓 (I-V) 特性

AlInGaP LED 的 I-V 曲線顯示其順向電壓相對穩定，但會隨著接面溫度升高而略微增加。曲線在導通電壓附近呈指數關係，在較高電流時變得更線性。設計師利用此曲線來確定動態電阻並模擬功率消耗。

4.2 發光強度對順向電流

在建議的操作電流範圍內（最高 30mA），此關係大致呈線性。增加電流會增加光輸出，但也會增加熱量產生。超過絕對最大額定值操作會導致效率下降（每瓦光輸出減少）並加速性能衰減。

4.3 光譜分佈

光譜輸出曲線以 591 nm（峰值）為中心，典型半寬度為 15 nm。定義感知顏色的主波長將落在分級範圍內（例如，分級 K 為 589.5-592.0 nm）。光譜相對較窄，這是 AlInGaP 材料的特徵，從而產生飽和的黃色光。

4.4 溫度依存性

關鍵參數受溫度影響：

• 順向電壓 (VF)：隨著接面溫度升高而降低。它具有負溫度係數，對於 AlInGaP 通常約為 -2 mV/°C。
• 發光強度 (Iv)：也隨著溫度升高而降低。降額曲線對於在高環境溫度下運作的應用非常重要，以確保足夠的亮度。
• 主波長 (λd)：可能隨溫度略微偏移，通常朝向較長波長（紅移）。

5. 機械與包裝資訊

5.1 封裝尺寸

LED 封裝在標準表面黏著封裝中。關鍵尺寸（單位：毫米）為：

• 長度：3.2 mm（容差 ±0.2 mm）
• 寬度：2.8 mm（容差 ±0.2 mm）
• 高度：1.9 mm（容差 ±0.2 mm）

應參考詳細的機械圖紙以了解焊墊間距、透鏡形狀以及陰極/陽極識別標記。陰極通常由封裝上的綠色標記或切角表示。

5.2 建議 PCB 焊墊圖案

為了可靠的焊接，PCB 焊墊設計至關重要。建議的圖案包括兩個用於陽極和陰極的矩形焊墊，其尺寸需提供足夠的焊錫圓角以確保機械強度和電氣連接，同時防止焊錫橋接。此焊墊設計針對紅外線和氣相迴焊製程進行了優化。

5.3 捲帶包裝

元件以帶有保護蓋帶的凸版載帶供應。關鍵規格：

• 載帶寬度：8 mm
• 捲盤直徑：7 英吋 (178 mm)
• 每捲數量：4,000 顆
• 最小訂購量：剩餘捲盤為 500 顆
• 料袋間距：依據尺寸圖
• 標準：符合 ANSI/EIA-481 規範。

6. 焊接與組裝指南

6.1 紅外線迴焊溫度曲線 (無鉛)

此元件相容於無鉛 (Pb-free) 焊接製程。建議的迴焊溫度曲線符合 J-STD-020，包括：

• 預熱：從環境溫度升溫至 150-200°C，時間最長 120 秒。
• 均溫/活化：維持在 150-200°C 之間，使助焊劑活化並達到溫度均勻。
• 迴焊：升溫至峰值溫度不超過 260°C。高於 217°C（SnAgCu 焊錫的液相線）的時間應加以控制。
• 冷卻：受控的冷卻階段。

具體的溫度曲線必須根據實際的 PCB 組裝進行特性化，考慮電路板厚度、元件密度和錫膏規格。

6.2 手工焊接

如果需要手動焊接，必須極度小心：

• 烙鐵溫度：最高 300°C。
• 每個引腳焊接時間：最長 3 秒。
• 嘗試次數：建議每個焊墊僅嘗試焊接一次，以避免熱應力。

6.3 清潔

如果需要焊後清潔，僅應使用指定的溶劑，以避免損壞塑膠透鏡或封裝。可接受的清潔劑包括乙醇或異丙醇。LED 應在常溫下浸泡少於一分鐘。必須避免使用刺激性化學清潔劑。

7. 儲存與操作注意事項

7.1 濕度敏感性

LED 的塑膠封裝具有濕度敏感性。當其密封在帶有乾燥劑的防潮袋 (MBB) 中交付時，在儲存於 ≤30°C 和 ≤70% RH 條件下，其保存期限為一年。一旦打開原始包裝袋，元件就會暴露在環境濕度中。

7.2 車間壽命與烘烤

• 車間壽命：打開 MBB 後，元件應在 ≤30°C 和 ≤60% RH 的條件下，於 168 小時（7 天）內進行紅外線迴焊。
• 延長儲存：若在 MBB 外儲存超過 168 小時，必須將元件儲存在帶有乾燥劑的密封容器或氮氣乾燥櫃中。
• 烘烤：如果超過 168 小時的車間壽命，在焊接前需要進行烘烤，以去除吸收的水分並防止 "爆米花效應"（迴焊過程中封裝開裂）。建議的烘烤條件：60°C 至少 48 小時。

8. 應用設計考量

8.1 限流設計

必須使用串聯電阻將順向電流限制在安全值，通常為 20mA 以獲得最佳性能和壽命。電阻值 (R) 使用歐姆定律計算：R = (電源電壓 - LED_VF) / 期望電流。為確保最壞情況下電流不超過極限，設計時應始終使用規格書中的最大 VF 值 (2.4V)。

8.2 熱管理

儘管功率消耗較低（最大 72 mW），適當的熱設計可以延長 LED 壽命並維持亮度。確保 PCB 有足夠的銅箔面積連接到 LED 焊墊，以作為散熱片。避免將 LED 放置在靠近其他發熱元件的位置。對於高環境溫度的應用，應降低最大順向電流額定值。

8.3 光學設計

寬廣的 110 度視角使其適合需要廣泛可見性的應用。對於聚焦或定向光線，可能需要二次光學元件（透鏡、導光板）。其水清透鏡允許 AlInGaP 晶片的固有黃色光直接透出。

9. 比較與差異化

與其他黃光 LED 技術相比：

• 對比傳統 GaAsP：AlInGaP 提供顯著更高的發光效率和更好的溫度穩定性，從而產生更亮、更一致的光輸出。
• 對比螢光粉轉換白光/黃光：這是直接發射的半導體，因此具有更窄的光譜（顏色更飽和），且不會隨著時間推移而發生螢光粉衰減。
• 關鍵優勢：標準 EIA 封裝尺寸、與無鉛迴焊的相容性，以及在微型尺寸中實現的高亮度，使其成為現代電子產品中多功能的選擇。

10. 常見問題 (FAQ)

10.1 峰值波長與主波長有何不同？

峰值波長 (λp) 是 LED 發射最多光功率的物理波長。主波長 (λd) 是基於 CIE 色度系統計算出的值，代表人眼感知為該顏色的單一波長。對於像這種黃光 LED 這樣的單色光源，兩者接近但不完全相同。關注顏色匹配的設計師應使用主波長分級。

10.2 我可以不使用限流電阻驅動此 LED 嗎？

不行。LED 是具有非線性 I-V 特性的二極體。將其直接連接到超過其順向電壓的電壓源，將導致電流不受控制地上升，迅速超過最大額定值並損壞元件。始終需要串聯電阻或恆流驅動器。

10.3 為何有儲存與烘烤的要求？

LED 封裝中使用的塑膠環氧樹脂會吸收空氣中的水分。在高溫迴焊過程中，這些被困住的水分會迅速蒸發，產生內部壓力，可能導致封裝分層或晶片破裂（"爆米花效應"）。儲存和烘烤程序旨在控制水分含量，以防止此類故障模式。

11. 實際應用範例

情境：為一個由 3.3V 電源供電的便攜式設備設計狀態指示燈。

1. 電流選擇：選擇 20mA，以在亮度和功耗之間取得良好平衡。
2. 電阻計算：使用最壞情況 VF (最大值) = 2.4V。R = (3.3V - 2.4V) / 0.020A = 45 歐姆。最接近的標準值為 47 歐姆。重新計算實際電流：I = (3.3V - 2.2V_典型值) / 47 = ~23.4mA（安全）。
3. PCB 佈局：將 47Ω 電阻放置在靠近 LED 的位置。使用建議的焊墊圖案。在 LED 下方提供一小塊鋪銅區域以利散熱。
4. 製造：確保組裝廠遵循無鉛迴焊溫度曲線指南。如果未在 168 小時內使用，請將已開封的捲盤存放在乾燥櫃中。

12. 技術原理介紹

此 LED 基於生長在基板上的磷化鋁銦鎵 (AlInGaP) 半導體材料。當在 p-n 接面上施加順向電壓時，電子和電洞被注入到主動區，在那裡它們復合。在像 AlInGaP 這樣的直接能隙半導體中，這種復合以光子（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，該能量在晶體生長過程中通過調整鋁、銦、鎵和磷的比例來設計。水清環氧樹脂透鏡封裝晶片，提供機械保護、塑造光輸出並增強光提取效率。

13. 產業趨勢

用於指示器應用的 SMD LED 趨勢持續朝向更高效率（每 mA 更多光輸出）、更小封裝尺寸以增加設計靈活性，以及在惡劣條件（更高溫度、濕度）下提高可靠性。同時也關注更嚴格的顏色和亮度分級容差，以在消費性產品中實現更一致的美學效果。微型化的驅動力推動了晶片級封裝 (CSP) LED 的發展，儘管像此類的標準封裝由於其成熟的製造工藝和與現有組裝基礎設施的相容性，在成本敏感、大量應用的領域仍佔主導地位。