SMD RGB LED LTST-S32F1KT-5A 規格書 - 全彩晶片 - 電壓 1.6-3.1V - 功率 75-80mW - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTST-S32F1KT-5A 是一款緊湊型、側視、全彩表面黏著元件（SMD）LED 燈。它在單一封裝內整合了三種不同的半導體晶片：用於發射紅光的 AlInGaP 晶片，以及用於發射綠光和藍光的兩個 InGaN 晶片。此配置可透過獨立或組合控制三個通道來產生廣泛的光譜顏色。該元件專為自動化印刷電路板（PCB）組裝製程而設計，採用鍍錫端子以增強可焊性，並與無鉛（Pb-free）迴流焊溫度曲線相容。

其主要設計目標是為空間受限的應用提供可靠、高亮度的 RGB 光源，適用於需要狀態指示、背光或符號照明的場合。其微型佔位面積和側發光透鏡輪廓，使其特別適合整合到纖薄的消費性電子產品、通訊設備和工業控制面板中，這些應用正面空間有限，但側面可見度至關重要。

1.1 產品特點

• 符合 RoHS（有害物質限制）指令。
• 採用水清透鏡的側視光學設計。
• 採用超高亮度的 InGaN（綠/藍光）和 AlInGaP（紅光）半導體技術。
• 封裝於 8mm 載帶上，並收納於標準 7 英吋直徑捲盤中，適用於自動化取放設備。
• 符合 EIA（電子工業聯盟）標準封裝外形。
• 輸入邏輯相容（I.C. 相容），易於與微控制器和驅動電路介面。
• 完全相容於大批量紅外線（IR）迴流焊製程。

1.2 應用領域

• 通訊設備（例如：蜂窩基地台、路由器）。
• 辦公室自動化設備（例如：印表機、掃描器、多功能事務機）。
• 家電指示燈面板和控制介面。
• 工業設備狀態與故障指示燈。
• 可攜式裝置的鍵盤背光。
• 通用狀態與電源指示燈。
• 微型顯示器與圖標照明。
• 控制面板中的信號與符號照明。

2. 技術參數：深入客觀解讀

本節詳細分析元件在規定測試條件下的操作極限與性能特性。除非另有說明，所有數據均在環境溫度（Ta）25°C 下指定。

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應力極限。不建議在接近或達到這些極限的條件下持續運作。

• 功率耗散（Pd）：紅光：75 mW，綠/藍光：80 mW。這是封裝內部允許的最大熱功率損耗。
• 峰值順向電流（I_F(PEAK)）：紅光：80 mA，綠/藍光：100 mA。僅適用於脈衝條件下（1/10 工作週期，0.1ms 脈衝寬度），以防止熱過載。
• 直流順向電流（I_F）：紅光：30 mA，綠/藍光：20 mA。為確保長期可靠運作所建議的最大連續順向電流。
• 操作溫度範圍：-20°C 至 +80°C。元件設計可正常運作的環境溫度範圍。
• 儲存溫度範圍：-30°C 至 +100°C。元件未通電時允許的溫度範圍。
• 紅外線焊接條件：可承受 260°C 峰值溫度達 10 秒，定義了其濕度敏感等級（MSL）和迴流焊能力。

2.2 電氣與光學特性

這些是在標準測試條件下（I_F= 5mA，Ta=25°C）測量的典型性能參數。

• 發光強度（I_V）：以毫燭光（mcd）為單位測量。最小值：紅光：18.0 mcd，綠光：45.0 mcd，藍光：11.2 mcd。最大值：紅光：45.0 mcd，綠光：180.0 mcd，藍光：45.0 mcd。此寬範圍透過分級系統進行管理。
• 視角（2θ_1/2）：典型值為 130 度。這是發光強度降至峰值強度一半時的全角，定義了光束寬度。
• 峰值發射波長（λ_p）：典型值：紅光：632 nm，綠光：520 nm，藍光：468 nm。這是光譜功率分佈達到最大值時的波長。
• 主波長（λ_d）：人眼感知到的、與 LED 顏色相匹配的單一波長。範圍：紅光：617-631 nm（典型值 624 nm），綠光：520-540 nm（典型值 527 nm），藍光：463-477 nm（典型值 470 nm）。
• 光譜線半寬度（Δλ）：典型值：紅光：17 nm，綠光：35 nm，藍光：26 nm。在最大強度一半處測量的光譜頻寬，表示色彩純度。
• 順向電壓（V_F）：在 I_F=5mA 條件下。範圍：紅光：1.6 - 2.3 V，綠光：2.7 - 3.1 V，藍光：2.7 - 3.1 V。此參數亦進行分級。
• 逆向電流（I_R）：在 V_R= 5V 條件下，最大值為 10 µA。LED 並非設計用於逆向偏壓操作；此測試僅用於品質保證。

3. 分級系統說明

為確保生產中顏色和亮度的一致性，LED 會根據性能進行分級。LTST-S32F1KT-5A 對順向電壓（V_F）和發光強度（I_V）採用獨立分級。

3.1 順向電壓（V_F）分級

針對綠光和藍光晶片（在 I_F=5mA 下測試）：

- 分級代碼 E7：V_F= 2.70V 至 2.90V。

- 分級代碼 E8：V_F= 2.90V 至 3.10V。

每個分級的容差為 ±0.1V。紅光晶片 V_F有指定，但本文件中未進行分級。

3.2 發光強度（I_V）分級

在 I_F=5mA 下測量。每個分級的容差為 ±15%。

藍光：L（11.2-18.0 mcd），M（18.0-28.0 mcd），N（28.0-45.0 mcd）。

綠光：P（45.0-71.0 mcd），Q（71.0-112.0 mcd），R（112.0-180.0 mcd）。

紅光：M（18.0-28.0 mcd），N（28.0-45.0 mcd）。

分級代碼標示在包裝上，讓設計師能為多 LED 陣列選擇亮度匹配的 LED。

4. 性能曲線分析

典型性能曲線說明了關鍵參數之間的關係。這些對於電路設計和熱管理至關重要。

• 相對發光強度 vs. 順向電流：顯示每種顏色的驅動電流與光輸出之間的非線性關係。在建議的直流電流以上操作會導致效益遞減並增加熱量。
• 相對發光強度 vs. 環境溫度：展示了熱淬滅效應，即光輸出隨著接面溫度升高而降低。在高溫環境中，需要適當的散熱或電流降額。
• 順向電壓 vs. 順向電流：顯示二極體的 I-V 特性。動態電阻可以從導通電壓以上曲線的斜率推斷出來。
• 光譜分佈：顯示每個晶片的相對輻射功率與波長關係的圖表，突顯了峰值（λ_p）和光譜寬度（Δλ）。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

該元件符合標準 SMD 外形。關鍵尺寸包括本體長度、寬度和高度，以及 PCB 設計的焊墊圖案（佔位面積）建議。除非另有規定，所有尺寸均以毫米為單位，標準公差為 ±0.1mm。詳細圖示指定了引腳分配：引腳 1 為紅光陽極，引腳 2 為綠光陽極，引腳 3 為藍光陽極。所有三個晶片的陰極在內部連接到引腳 4。

5.2 建議的 PCB 焊墊設計與極性

提供了焊墊圖案圖，以確保迴流焊期間形成正確的焊點。該設計考慮了焊角並防止墓碑效應。極性由元件本體上的標記（通常是一個點或一個倒角）清楚指示，對應於引腳 1（紅光）。

6. 焊接與組裝指南

6.1 建議的紅外線迴流焊溫度曲線（無鉛製程）

時間-溫度圖定義了建議的迴流焊溫度曲線：

- 預熱：150-200°C，持續最多 120 秒。

- 迴流焊：峰值溫度不超過 260°C。

- 高於 260°C 的時間：最多 10 秒。

- 通過次數：最多兩次迴流焊循環。

對於使用烙鐵的手工焊接：溫度 ≤300°C，時間 ≤3 秒，僅限一次。

6.2 清潔

如果焊後需要清潔，僅應使用指定的醇類溶劑，如乙醇或異丙醇。浸泡應在常溫下進行，時間少於一分鐘。未指定的化學品可能會損壞環氧樹脂透鏡或封裝。

6.3 儲存與處理

• 靜電放電（ESD）預防措施：該元件對靜電放電（ESD）敏感。處理時必須使用接地腕帶、防靜電墊和正確接地的設備。
• 濕度敏感性：封裝等級為 MSL 3。一旦打開原始防潮袋，元件應在工廠車間條件下（≤30°C/60% RH）於一週（168 小時）內進行迴流焊。對於長時間在袋外儲存，請使用乾燥櫃或乾燥容器。暴露超過一週的元件在迴流焊前需要烘烤（例如，60°C 下 20 小時），以防止爆米花效應。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 載帶與捲盤規格

該元件供應於帶有保護蓋帶的凸版載帶上，並捲繞在 7 英吋（178mm）直徑的捲盤上。

- 每捲數量：3000 個。

- 零散訂單最小數量：500 個。

- 載帶寬度：8mm。

- 口袋間距和捲盤尺寸符合 ANSI/EIA-481 標準。

- 載帶中允許的最大連續缺失元件數為兩個。

8. 應用建議

8.1 典型應用電路

每個顏色通道（紅、綠、藍）必須透過限流電阻或（更佳選擇）恆流驅動器獨立驅動。不同顏色的順向電壓不同（紅光約 2.0V，綠/藍光約 3.0V），因此如果使用帶串聯電阻的公共電壓源，則需要單獨的電流設定計算。對於 PWM（脈衝寬度調變）調光或混色，請確保驅動器能夠處理所需的頻率和電流。

8.2 設計考量

• 熱管理：儘管功率耗散較低，仍應確保元件散熱墊（如適用）下方有足夠的 PCB 銅箔面積或散熱通孔以導熱，特別是在接近或達到最大電流驅動時。
• 電流降額：在接近溫度範圍上限（+80°C）的環境下運作時，應降低順向電流以保持可靠性並防止光通量加速衰減。
• 光學設計：側發光輪廓非常適合導光管或波導應用。設計導光結構時，請考慮 130 度的視角，以確保均勻照明。

9. 技術比較與差異化

LTST-S32F1KT-5A 的主要差異化特點在於其特定的功能組合：

- 側視 vs. 頂視：與常見的頂部發光 LED 不同，此元件從側面發光，可實現獨特的機械整合，適用於 PCB 垂直表面的側光式面板或狀態指示燈。

- 單一封裝全彩：整合了三原色晶片，與使用三個獨立的單色 LED 相比，節省了電路板空間。

- 技術混合：為每種顏色使用最佳半導體材料：紅光使用高效率的 AlInGaP，綠/藍光使用高亮度的 InGaN，從而實現良好的整體發光效率。

- 堅固結構：鍍錫引腳和對嚴苛紅外線迴流焊溫度曲線的相容性，使其適用於現代化、大批量製造。

10. 常見問題解答（基於技術參數）

Q1：我可以從單一 5V 電源驅動所有三種顏色嗎？

A：可以，但您必須為每個通道使用獨立的限流電阻。計算電阻值公式為 R = (V_電源- V_F) / I_F。為安全設計，請使用規格書中的最大 V_F值。例如，對於藍光通道在 20mA 下：R = (5V - 3.1V) / 0.02A = 95 歐姆（使用 100 歐姆）。

Q2：為什麼紅光（30mA）和綠/藍光（20mA）的最大直流電流不同？

A：這主要是由於 AlInGaP（紅光）和 InGaN（綠/藍光）半導體材料的內部量子效率和熱特性不同。在相同的封裝熱限制下，紅光晶片通常可以承受更高的電流密度。

Q3：如何使用此 RGB LED 產生白光？

A：白光是透過以特定電流比例同時驅動紅、綠、藍晶片而產生的。確切的比例取決於所需的色溫（例如，冷白光、暖白光）和所使用的 LED 的具體分級。這需要校準或使用色彩感測器回饋迴路以獲得精確結果。

Q4：分級代碼的重要性是什麼？

A：分級代碼確保顏色和亮度的一致性。對於使用多個 LED 的應用（如燈條），指定並使用來自相同 V_F和 I_V分級的 LED 對於避免相鄰元件之間出現可見的色調或亮度差異至關重要。

11. 實際使用案例

情境：網路路由器的狀態指示燈

設計師需要一個用於路由器的多色狀態指示燈，顯示電源（恆亮綠光）、活動（閃爍綠光）、錯誤（紅光）和設定模式（藍光）。與使用三個獨立的 LED 相比，使用 LTST-S32F1KT-5A 節省了空間。側發光設計允許光線耦合到導光管中，導光管延伸到纖薄路由器外殼的前面板。微控制器的 GPIO 引腳，每個都串聯一個電阻（為 5-10mA 驅動計算），控制各個顏色。寬視角確保指示燈在房間內從各個角度都可見。

12. 工作原理簡介

發光二極體（LED）是半導體 p-n 接面元件。當施加順向電壓時，來自 n 型區域的電子與來自 p 型區域的電洞在主動層內復合，以光子（光）的形式釋放能量。發射光的波長（顏色）由半導體材料的能隙決定。LTST-S32F1KT-5A 使用：

- AlInGaP（磷化鋁銦鎵）：一種能隙對應於紅光和琥珀光的材料系統。它在紅橙色光譜中提供高效率。

- InGaN（氮化銦鎵）：一種具有可調能隙的材料系統，根據銦含量，能夠發射從紫外光到藍光再到綠光的光。它是高亮度藍光和綠光 LED 的標準材料。

13. 技術趨勢

像此類 SMD LED 的總體發展趨勢包括：

- 效率提升：磊晶生長和晶片設計的持續改進，導致每瓦流明數（lm/W）更高，在相同光輸出下降低功耗。

- 微型化：在保持或增加光功率的同時，持續縮小封裝尺寸。

- 改善顯色性與一致性：更嚴格的分級公差和新的螢光粉技術（用於白光 LED），產生更一致的色點和更高的顯色指數（CRI）。

- 整合智慧化：內建驅動器、控制器和通訊介面（例如 I2C、SPI）的智慧 LED模組不斷增長，以簡化系統設計。雖然 LTST-S32F1KT-5A 是一個分立元件，但產業正朝著更整合的解決方案發展，以應對複雜的照明任務。