LTSA-S089ZWETU SMD LED 規格書 - 黃色透鏡白光 - 50mA - 170mW - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTSA-S089ZWETU 是一款表面黏著元件（SMD）發光二極體（LED），專為自動化印刷電路板（PCB）組裝以及空間受限的應用而設計。此元件採用氮化銦鎵（InGaN）半導體產生白光，並透過黃色透鏡進行濾光。其設計旨在確保各種電子設備中的可靠性和性能。

1.1 核心特色與優勢

• 環保法規符合性：本產品符合有害物質限制（RoHS）指令。
• 自動化包裝：以 8mm 載帶包裝於 7 英吋直徑捲盤上，便於高速取放組裝製程。
• 濕度敏感度：預處理以符合 JEDEC 濕度敏感度等級 2a，確保在迴焊製程中的可靠性。
• 汽車級認證：認證流程參考 AEC-Q102 標準，此為汽車應用中分離式光電半導體的應力測試認證標準。
• 標準化封裝：採用 EIA（電子工業聯盟）標準封裝外型。
• 相容性：本元件與積體電路（IC）相容，並適用於自動貼裝設備。
• 焊接製程：相容於紅外線（IR）迴焊製程，此為無鉛組裝的標準製程。

1.2 目標市場與應用

此 LED 的主要目標市場是汽車產業，特別是配件應用。其堅固的設計與認證使其適用於車輛中嚴苛的環境條件。潛在使用案例包括車內照明、儀表板指示燈、開關背光以及車廂內其他非關鍵的照明功能。

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。不保證在此條件下操作。

• 功耗（Pd）：170 mW。這是 LED 封裝在不超過其熱極限下，能以熱量形式消散的最大功率。
• 峰值順向電流（I_FP）：100 mA。這是最大允許的瞬間電流，通常在脈衝條件下指定（1/10 工作週期，0.1ms 脈衝寬度），以防止過熱。
• 直流順向電流（I_F）：50 mA。這是建議用於可靠長期運作的最大連續順向電流。
• 工作與儲存溫度範圍：-40°C 至 +100°C。此寬廣範圍確保在惡劣環境下的功能性，從冷啟動到高溫引擎室皆適用。

2.2 熱特性

熱管理對於 LED 的性能和壽命至關重要。過高的接面溫度會導致光輸出衰減並加速失效。

• 熱阻，接面至環境（R_θJA）：400 °C/W（典型值）。此值在具有 16mm² 銅焊墊的 FR4 基板上量測，表示熱量從半導體接面傳遞到周圍空氣的效率。數值越低越好。
• 熱阻，接面至焊點（R_θJS）：220 °C/W（典型值）。這通常是設計中更有用的指標，因為它量測從接面到 PCB 焊墊的熱阻，熱量主要透過此處傳導出去。此值對於計算運作時的實際接面溫度至關重要。
• 最大接面溫度（T_J）：125 °C。半導體接面溫度的絕對上限。

2.3 25°C 下的電光特性

這些參數在標準測試條件下量測（T_a=25°C，I_F=20mA），並定義了元件的性能。

• 光通量（Φ_v）：7 lm（典型值），範圍為 6 至 8 lm。這是發射光的總感知功率。
• 發光強度（I_v）：2450 mcd（典型值），範圍為 2100 至 2800 mcd。這是沿中心軸量測的每單位立體角光功率（燭光）。高數值表示明亮、集中的輸出。
• 視角（2θ_1/2）：120 度（典型值）。這是發光強度降至其軸向值一半時的全角。120 度角提供非常寬廣的光束，適合區域照明。
• 色度座標（x, y）：(0.32, 0.31) 典型值。這些 CIE 1931 座標定義了 LED 的白點顏色。在分選過程中，這些座標的容差為 ±0.01。
• 順向電壓（V_F）：在 20mA 下為 2.8V 至 3.4V，典型值約在此範圍中間。在分選區間內，容差為 ±0.1V。
• 靜電放電耐受電壓：2 kV（人體放電模型，HBM）。此額定值表示對靜電放電具有中等程度的保護，適用於受控的製造環境。

3. 分選系統說明

為確保生產中性能一致，LED 會根據關鍵參數進行分選。LTSA-S089ZWETU 使用三碼系統：Vf / Iv / 顏色（例如，D7/Y5/W30）。

3.1 順向電壓（Vf）分選

LED 根據其在 20mA 下的順向電壓降進行分組，以確保在並聯電路中或由恆壓源驅動時，亮度和電流消耗均勻。

• 分選區間 D7：Vf = 2.8V 至 3.0V
• 分選區間 D8：Vf = 3.0V 至 3.2V
• 分選區間 D9：Vf = 3.2V 至 3.4V

3.2 發光強度/光通量（Iv）分選

此分選確保一致的光輸出水平。每個分選區間都指定了光通量（lm）和軸向發光強度（mcd）。

• 分選區間 Y5：6.0-6.5 lm / 2100-2275 mcd
• 分選區間 Y6：6.5-7.0 lm / 2275-2450 mcd
• 分選區間 Y7：7.0-7.5 lm / 2450-2625 mcd
• 分選區間 Y8：7.5-8.0 lm / 2625-2800 mcd

每個分選區間內的強度/光通量容差為 ±10%。

3.3 顏色（色度）分選

在需要多個 LED 一起使用的應用中，顏色一致性至關重要。分選基於 CIE 1931（x, y）色度座標進行。

• 分選區間 W30：此分選區間由 CIE 圖表上的一個四邊形定義，角點座標為（x,y）：點1 (0.312, 0.283)，點2 (0.306, 0.316)，點3 (0.331, 0.340)，點4 (0.331, 0.307)。同一生產批次內的所有 LED，其顏色座標都將落在這個區域內，容差為 ±0.01。

4. 性能曲線分析

規格書提供了一個空間分佈圖（圖 2）。此極座標圖直觀地展示了 120 度視角，顯示發光強度如何隨著觀察角度偏離中心軸（0°）而降低。對於廣角 LED，其圖案通常為朗伯分佈或蝙蝠翼分佈，確保在廣闊區域內均勻照明，而非窄小的聚光燈效果。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

此 LED 採用業界標準 SMD 封裝。所有尺寸單位為毫米，標準公差為 ±0.2mm，除非另有說明。封裝採用鍍金版本以增強可焊性和耐腐蝕性。具體的尺寸圖包含在原始規格書中，詳細說明了長度、寬度、高度以及引腳/焊墊間距。

5.2 建議 PCB 焊接墊佈局

提供了適用於紅外線或氣相迴焊的焊墊圖案設計。此建議的佈局可確保形成適當的焊點、熱緩解和機械穩定性。遵循此設計對於達到指定的熱性能（R_θJS）至關重要。

5.3 極性識別

陰極通常在元件本體上標記，常見方式為透鏡或封裝上的綠色色調、凹口或切角。PCB 絲印應清楚標示陰極焊墊，以防止組裝時反向安裝。

6. 焊接與組裝指南

6.1 IR 迴焊溫度曲線

提供了詳細的迴焊溫度曲線，符合 J-STD-020 無鉛製程標準。關鍵參數包括：

• 預熱：升溫至 150-200°C。
• 均熱/預熱時間：最長 120 秒，以允許溫度均衡和助焊劑活化。
• 峰值溫度：最高 260°C。高於液相線（例如 217°C）的時間應加以控制，以最小化 LED 封裝和環氧樹脂透鏡的熱應力。
• 冷卻速率：需加以控制以防止熱衝擊。

6.2 儲存與處理

作為濕度敏感度等級（MSL）2a 元件：

• 密封袋：儲存於 ≤30°C 且 ≤70% RH 環境。請在袋子密封日期後一年內使用。
• 開封後：儲存於 ≤30°C 且 ≤60% RH 環境。建議在暴露後 4 週內完成 IR 迴焊。
• 長期儲存（已開封）：儲存在帶有乾燥劑的密封容器或氮氣乾燥櫃中。
• 重新烘烤：若暴露超過 4 週，請在焊接前以 60°C 烘烤至少 48 小時，以去除吸收的水分並防止迴焊過程中發生 \"爆米花\" 效應。

6.3 清潔

若焊接後需要清潔，僅使用指定的溶劑。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。避免使用可能損壞環氧樹脂透鏡或封裝標記的強效或未指定的化學品。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 載帶與捲盤規格

LED 包裝在 8mm 寬的凸版載帶中。載帶纏繞在標準 7 英吋（178mm）直徑的捲盤上。每捲包含 2000 個元件。包裝符合 ANSI/EIA-481 規範。載帶凹槽尺寸、帶距和捲盤軸心的關鍵尺寸細節在規格書圖紙中提供。

7.2 標籤資訊

捲盤標籤包含零件編號（LTSA-S089ZWETU）以及電壓（Vf）、強度（Iv）和顏色（例如 D7/Y5/W30）的特定分選代碼。這允許根據應用需求進行精確的追溯和選擇。

8. 應用建議與設計考量

8.1 典型應用場景

• 汽車內裝照明：地圖燈、閱讀燈、腳部空間照明以及一般車廂環境照明。
• 指示燈與背光：按鈕、開關和儀表板圖形的背光。資訊娛樂或空調控制系統的狀態指示燈。
• 消費性電子產品：適用於需要明亮、廣角白光照明且採用自動化組裝的設備。

8.2 關鍵設計考量

• 電流驅動：務必使用恆流源驅動 LED，而非恆壓源。為達到指定的光學特性，建議工作電流為 20mA。超過 50mA 直流電流將違反絕對最大額定值。
• 熱設計：使用公式計算預期接面溫度（T_J）：T_J= T_A+ (R_θJA× P_D)，其中 P_D= V_F× I_F。為確保可靠性，應使 T_J遠低於 125°C。請使用建議的 PCB 焊墊佈局和足夠的銅面積進行散熱。
• 光學設計：120 度視角提供非常寬廣的發散角度。如需更聚焦的光線，則需要二次光學元件（透鏡或反射器）。
• 靜電放電保護：雖然額定為 2kV HBM，但在 PCB 上實施標準的 ESD 保護措施（例如，瞬態電壓抑制二極體）是良好的做法，特別是在汽車環境中。

9. 技術比較與差異化

LTSA-S089ZWETU 透過其針對汽車配件市場量身打造的屬性組合實現差異化：

• 汽車級認證：參考 AEC-Q102 是與商業級 LED 的關鍵區別，意味著在更嚴格的環境應力條件（溫度循環、濕度等）下進行了測試。
• 寬廣工作溫度：-40°C 至 +100°C 的範圍超過了典型的商業 LED 規格，後者通常最高僅為 +85°C。
• 特定顏色分選（W30）：提供定義的白點，這對於需要多個單元間顏色一致性的應用至關重要。
• 高發光強度：在 20mA 下典型值 2450 mcd，對於廣角 SMD LED 而言是相對較高的輸出，提供了良好的亮度效率。

10. 常見問題（基於技術參數）

10.1 我可以連續以 50mA 驅動此 LED 嗎？

雖然直流順向電流的絕對最大額定值為 50mA，但電光特性是在 20mA 下指定的。以 50mA 操作將產生更多光，但也會產生顯著更多的熱量（功耗約為 Vf * 50mA）。這將提高接面溫度，可能縮短壽命並導致光輸出更快衰減。如果打算在接近最大電流下操作，進行徹底的熱分析至關重要。

10.2 光通量（lm）和發光強度（mcd）有何不同？

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）量測從特定方向（通常是沿其中心軸）看 LED 的亮度。此 LED 具有高軸向強度（mcd），但也有寬廣的光束（120°），因此總光通量（lm）適中。對於區域照明，光通量更相關；對於定向指示燈，發光強度更相關。

10.3 為什麼儲存和烘烤程序如此重要？

環氧樹脂封裝會從空氣中吸收水分。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。這可能導致環氧樹脂和引線框架之間分層，甚至使封裝破裂（\"爆米花\" 效應），導致立即或潛在的失效。遵循 MSL 2a 處理程序可防止此類失效模式。

11. 實際應用案例研究

情境：設計汽車中控台背光。設計師需要照亮數個按鈕和一個小型圖形顯示器。他們選擇 LTSA-S089ZWETU，因為其汽車級認證、白光和寬廣視角。他們使用建議的焊墊佈局設計 PCB，並為每個 LED 使用 20mA 恆流驅動 IC。他們從相同的強度分選區間（例如 Y6）和顏色分選區間（W30）中選擇 LED，以確保所有按鈕的亮度和顏色均勻。PCB 設計時將接地層連接到 LED 焊墊以幫助散熱。在組裝過程中，密封捲盤在其使用期限內使用，並嚴格遵循 IR 迴焊溫度曲線。最終產品提供一致、可靠的照明，滿足汽車溫度和壽命要求。

12. 技術原理介紹

LTSA-S089ZWETU 基於氮化銦鎵（InGaN）半導體技術。在白光 LED 中，發藍光的 InGaN 晶片塗覆有螢光粉層。當晶片發出藍光時，螢光粉吸收其中一部分並以較長波長（黃色、紅色）重新發射光線。剩餘的藍光與螢光粉轉換的光線結合，在人眼看來呈現白色。黃色透鏡則作為最終濾光片，可能用於調整色溫或提供特定的美學效果。這種螢光粉轉換白光 LED 技術效率高，並允許創造各種白點。

13. 產業趨勢與發展

用於汽車和一般照明的 SMD LED 趨勢持續朝向更高光效（每瓦更多流明）、更高的顯色指數（CRI）以及在更高接面溫度下更高的可靠性發展。同時，封裝也在朝向微型化發展，同時保持或增加光輸出。此外，將控制電子元件直接與 LED 整合的智慧照明系統正變得越來越普遍。對於汽車內裝，具有多色和調光功能的動態環境照明是一個日益增長的趨勢，儘管此特定元件是適用於成本效益高、功能性照明應用的單色靜態解決方案。