LTL42FKGD 穿孔式LED燈規格書 - 5mm直徑 - 2.6V順向電壓 - 綠色 - 81mW功率 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTL42FKGD是一款穿孔式安裝的LED燈，專為廣泛電子應用中的狀態指示與照明而設計。其採用5mm直徑封裝，配備綠色擴散式透鏡，提供寬廣的視角與均勻的光線分佈。此元件採用AlInGaP（鋁銦鎵磷）半導體技術作為發光體，以其在綠色光譜中的高效率與良好色彩純度而聞名。此LED採用無鉛製程，完全符合RoHS（有害物質限制）指令，適用於現代電子製造需求。

1.1 核心優勢

• 高發光輸出：在標準驅動電流20mA下，提供典型發光強度240 mcd，確保明亮清晰的能見度。
• 能源效率：具備低功耗特性，典型順向電壓為2.6V，有助於整體系統節能。
• 設計靈活性：採用標準5mm穿孔式封裝，可靈活安裝於印刷電路板（PCB）或面板上。寬廣的60度視角確保從各個角度都能獲得良好的能見度。
• 相容性：低電流需求使其能與積體電路（IC）輸出相容，在許多應用中無需複雜的驅動電路。
• 可靠性：設計工作溫度範圍為-40°C至+85°C，適用於各種環境條件。

1.2 目標應用

此LED專為跨越多個產業的廣泛應用而設計。其主要功能為狀態指示，但其亮度亦可用於有限區域的照明。主要應用領域包括：

• 通訊設備：路由器、交換器及數據機上的電源、網路活動及系統狀態指示燈。
• 電腦周邊設備：桌上型電腦、筆記型電腦、外接硬碟及鍵盤上的電源與活動指示燈。
• 消費性電子產品：音訊/視訊設備、家電、玩具及可攜式裝置上的狀態燈。
• 家用電器：洗衣機、微波爐、烤箱及其他白色家電上的操作指示燈。
• 工業控制：機械、控制系統、測試設備及儀器儀表的面板指示燈。

2. 深入技術參數分析

以下章節針對LTL42FKGD LED所定義的關鍵電氣、光學及熱參數，提供詳細且客觀的詮釋。理解這些參數對於正確的電路設計與可靠運作至關重要。

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能對元件造成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運作，這將對可靠性產生不利影響。

• 功率耗散（Pd）：最大值81 mW。這是在環境溫度（TA）25°C下，LED封裝可安全以熱能形式耗散的總功率（順向電壓 * 順向電流）。
• 直流順向電流（IF）：最大連續電流30 mA。超過此值將產生過多熱量，導致光通量加速衰減及潛在的災難性故障。
• 峰值順向電流：最大值60 mA，但僅適用於工作週期10%或以下、脈衝寬度10微秒或以下的脈衝條件。此額定值與短暫的高強度閃光相關。
• 降額：當環境溫度每升高1°C超過50°C時，最大允許直流順向電流必須線性降低0.57 mA。這是高溫環境下關鍵的設計考量。
• 工作與儲存溫度：元件可在-40°C至+85°C下運作，並可在-40°C至+100°C下儲存。
• 引腳焊接溫度：最高260°C，持續時間最長5秒，測量點距離LED本體2.0mm（0.079英吋）。此定義了手焊或波峰焊的製程窗口。

2.2 電氣與光學特性

這些是在標準測試條件（TA=25°C）下測量的典型性能參數。設計師應根據其設計餘裕，適當使用典型值或最大值。

• 發光強度（Iv）：在IF=20mA時，範圍從最小值85 mcd到最大值400 mcd，典型值為240 mcd。特定單元的實際值由其分級代碼決定（見第4節）。測量使用經過濾波以匹配明視覺（人眼）反應曲線（CIE）的感測器。分級極限適用±15%的測試公差。
• 視角（2θ1/2）：60度。這是發光強度降至中心軸（0度）測量值一半時的全角。60度角在聚焦亮度與寬廣能見度之間提供了良好的平衡。
• 峰值發射波長（λP）：574 nm。這是發射光的光譜功率分佈達到最大值時的波長。
• 主波長（λd）：範圍從563 nm至573 nm，定義了LED的感知綠色。其源自CIE色度座標，代表最能匹配LED顏色的單一波長。
• 譜線半寬度（Δλ）：20 nm。這表示光譜純度；數值越小表示光色越單一（純色）。20nm寬度是AlInGaP綠色LED的典型值。
• 順向電壓（VF）：在IF=20mA時，典型值為2.6V，最大值為2.6V。最小值為2.1V。此參數具有分佈性；設計師在計算串聯電阻值時必須考慮最大VF，以確保足夠的電流限制。
• 逆向電流（IR）：當施加5V逆向電壓（VR）時，最大值為100 μA。重要注意事項：此LED並非設計用於逆向偏壓操作。此測試條件僅用於特性描述。施加連續逆向電壓可能損壞元件。

3. 分級系統規格

為確保生產應用中亮度與色彩的一致性，LED會根據性能進行分級。LTL42FKGD採用二維分級系統。

3.1 發光強度分級

單元根據其在20mA下測量的發光強度進行分類。分級代碼標示於包裝上。

• 分級 EF：85 mcd（最小）至 140 mcd（最大）
• 分級 GH：140 mcd（最小）至 240 mcd（最大）
• 分級 JK：240 mcd（最小）至 400 mcd（最大）

每個分級極限的公差為±15%。

3.2 主波長分級

單元亦根據其主波長進行分類，這直接與綠色的色調相關。

• 分級 H05：563.0 nm（最小）至 566.0 nm（最大）
• 分級 H06：566.0 nm（最小）至 568.0 nm（最大）
• 分級 H07：568.0 nm（最小）至 570.0 nm（最大）
• 分級 H08：570.0 nm（最小）至 573.0 nm（最大）

每個分級極限的公差為±1 nm。

完整的產品訂單將同時指定強度分級代碼（例如GH）與波長分級代碼（例如H07），以確保批次內亮度與色彩的一致性。

4. 性能曲線分析

雖然規格書中引用了特定的圖形數據，但關鍵參數之間的典型關係描述如下。這些曲線對於理解元件在非標準條件下的行為至關重要。

4.1 順向電流 vs. 順向電壓（I-V曲線）

LED呈現典型的二極體非線性I-V特性。順向電壓（VF）具有正溫度係數，這意味著在給定電流下，隨著接面溫度升高，VF會略微下降。曲線顯示，對於AlInGaP綠色LED，其閾值電壓（電流開始顯著流動之處）約為1.8V至2.0V，在20mA時上升到典型的2.6V。

4.2 發光強度 vs. 順向電流

在正常工作範圍內（例如，高達30mA），光輸出（發光強度）大致與順向電流成正比。然而，效率（每瓦流明）可能在低於最大額定值的電流下達到峰值。以較高電流驅動LED會增加輸出，但也會產生更多熱量，這可能降低效率與長期可靠性。

4.3 發光強度 vs. 環境溫度

LED的光輸出會隨著接面溫度升高而降低。雖然AlInGaP材料比其他某些LED類型更具溫度穩定性，但當環境溫度接近最大工作極限時，預期輸出會降額。這就是為什麼熱管理（例如，不超過電流額定值）對於維持一致的亮度很重要。

4.4 光譜分佈

光譜輸出曲線以574 nm的峰值波長為中心，特徵半寬度為20 nm。定義色點的主波長（λd）即由此光譜計算得出。該曲線通常呈高斯分佈形狀。

5. 機械與封裝資訊

5.1 外型尺寸

此LED符合標準5mm圓形穿孔式封裝尺寸。關鍵機械規格包括：

• 引腳直徑：標準0.6mm。
• 引腳間距：標稱2.54mm（0.1英吋），測量點為引腳從封裝本體伸出處。
• 本體直徑：標稱5.0mm。
• 總高度：從引腳底部到圓頂透鏡頂部約為8.6mm，但可能略有變化。
• 公差：除非另有說明，大多數線性尺寸的公差為±0.25mm。
• 法蘭下方的突出樹脂最大為1.0mm。這對於PCB佈局很重要，以確保LED能平貼於電路板上。

5.2 極性識別

LED有兩根軸向引腳。較長的引腳是陽極（正極，A+），較短的引腳是陰極（負極，K-）。此外，LED法蘭（透鏡底部的平坦邊緣）的陰極側通常有一個小平點或凹口。焊接前務必驗證極性，以防止反向連接損壞元件。

6. 焊接與組裝指南

正確的操作與焊接對於防止LED受到機械或熱損壞至關重要。

6.1 儲存條件

長期儲存時，請將LED保存在其原始的防潮包裝中。建議的儲存環境為≤30°C且相對濕度≤70%。若從原始包裝中取出，請在三個月內使用LED。若需在原始包裝袋外長時間儲存，請將其存放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，這可能導致焊接時發生爆米花現象。

6.2 引腳成型

若需彎曲引腳以進行安裝，必須在焊接前且於室溫下進行。彎曲點應距離LED透鏡底座至少3mm。請勿以LED本體或引線框架作為支點。施加最小必要的力，以避免對內部焊線造成應力。

6.3 清潔

若焊接後需要清潔，僅使用酒精類溶劑，如異丙醇（IPA）。避免使用可能損壞環氧樹脂透鏡或內部結構的強效或超音波清潔方式。

6.4 焊接製程參數

手動焊接（烙鐵）：

• 最大烙鐵溫度：350°C
• 最大焊接時間：每引腳3秒
• 距離透鏡底座最小距離：2.0mm。焊點不得沿引腳向上滲透至此距離更接近塑膠本體處。
• 請勿將透鏡浸入焊料中。

波峰焊接：

• 最大預熱溫度：100°C
• 最大預熱時間：60秒
• 最大焊波溫度：260°C
• 最大接觸時間：5秒
• 最小浸入位置：不低於環氧樹脂透鏡底座2mm。

關鍵注意事項：紅外線（IR）迴焊焊接不適用於此穿孔式LED產品。環氧樹脂透鏡無法承受迴焊爐曲線的高溫。過高的焊接溫度或時間可能導致透鏡變形、破裂或內部故障。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 包裝規格

LED以防靜電袋包裝，以防止ESD損壞。標準包裝層級為：

1. 包裝袋：包含1000、500、200或100件。袋上標有零件編號、數量及分級代碼（強度與波長）。
2. 內盒：包含10個包裝袋。每個內盒的總數量通常為10,000件（當使用1000件裝的袋子時）。
3. 外箱/主箱：包含8個內盒。每個主箱的總數量通常為80,000件。

對於出貨批次，僅最終包裝可能包含非滿額數量。

8. 應用設計建議

8.1 驅動電路設計

LED是電流驅動元件。其亮度由順向電流（IF）控制，而非電壓。最關鍵的設計元素是限流電阻。

推薦電路（電路A）：為每個LED使用一個串聯電阻。電阻值（R）使用歐姆定律計算：R = (電源電壓 - LED順向電壓) / IF。為進行保守設計，確保即使LED之間存在差異，電流也絕不超過所需的IF，請使用規格書中的最大VF值（2.6V）。

範例：對於5V電源及目標IF為20mA：R = (5V - 2.6V) / 0.020A = 120歐姆。選擇最接近的標準值（例如120Ω或150Ω），且其額定功率必須足夠（P = I²R）。

應避免的電路（電路B）：請勿將多個LED直接並聯到單個限流電阻上。個別LED之間順向電壓（VF）特性的微小差異將導致嚴重的電流不平衡。VF稍低的LED將不成比例地汲取更多電流，導致亮度不均並可能使該LED過度應力。

8.2 靜電放電（ESD）防護

LED對靜電放電敏感。在操作與組裝過程中必須遵循標準ESD預防措施：

• 操作人員應佩戴接地腕帶或防靜電手套。
• 所有工作站、工具及設備必須妥善接地。
• 在工作檯面上使用導電或耗散墊。
• 使用ESD防護包裝儲存和運輸LED。
• 考慮使用離子產生器來中和操作過程中可能積聚在塑膠透鏡上的靜電荷。

8.3 熱考量

雖然這是低功率元件，但熱管理對於使用壽命仍然重要。請勿超過功率耗散與順向電流的絕對最大額定值。遵守環境溫度超過50°C時的降額曲線。確保PCB上LED之間有足夠的間距，以利散熱並避免產生局部熱點。

9. 技術比較與差異化

LTL42FKGD作為標準5mm AlInGaP綠色LED，在市場上佔據了穩固的地位。其關鍵差異化因素由其特定的性能分級所定義。

• 與低亮度綠色LED比較：分級在JK範圍（240-400 mcd）的單元，其發光強度顯著高於通用的標準亮度綠色LED，使其適用於需要高能見度或使用在淺色透鏡/擴散片後方的應用。
• 與其他綠色技術比較：與舊式的磷化鎵（GaP）綠色LED相比，AlInGaP技術提供了更高的效率以及更飽和、真實的綠色（主波長在560-570nm範圍，而GaP約為555nm）。
• 與基於藍光/黃光的綠色LED比較：一些白色或綠色LED使用帶有黃色螢光粉的藍光晶片，其光譜品質可能不同（光譜更寬），且色彩純度可能低於直接發光的AlInGaP綠色LED。
• 主要優勢：其主要優勢在於結合了經過驗證的可靠性、易用性（穿孔式）、良好效率，以及提供嚴格的亮度與色彩分級，以確保生產批次中的外觀一致性。

10. 常見問題（基於技術參數）

Q1：我可以直接從3.3V或5V微控制器引腳驅動此LED嗎？

A：不行，不能直接驅動。雖然順向電壓（約2.6V）低於這些電源電壓，但LED必須進行電流限制。直接連接將試圖汲取過量電流，可能損壞LED和微控制器引腳。請務必如第8.1節所述使用串聯電阻。

Q2：對於12V電源，我應該使用多大的電阻值？

A：使用公式 R = (12V - 2.6V) / 0.020A = 470歐姆。電阻上消耗的功率為 P = (0.020A)² * 470Ω = 0.188W，因此標準的1/4W（0.25W）電阻已足夠。470Ω或560Ω的電阻是合適的。

Q3：為什麼列出了最小順向電壓（2.1V）？

A：由於半導體材料和製造過程的微小差異，順向電壓在生產單元間存在分佈。2.1V最小值是此分佈的下限。使用典型值或最大值進行設計可確保電路對所有單元都能正確工作。

Q4：我可以在戶外使用此LED嗎？

A：規格書說明其適用於室內和室外標誌。其工作溫度範圍（-40°C至+85°C）支援戶外使用。然而，對於長時間直接暴露在天氣下的情況，請考慮額外的保護措施（PCB上的披覆塗層、密封外殼），因為環氧樹脂透鏡可能因長時間的紫外線照射或多年濕氣侵入而劣化。

Q5：訂購時應如何解讀分級代碼？

A：您必須同時指定強度分級（例如GH）和波長分級（例如H07），以獲得一致的批次。若未指定，您可能會收到混合批次，導致產品中出現可見的亮度與色彩差異。對於大多數應用，指定中間分級（強度用GH，波長用H06/H07）是良好的做法。

11. 實際應用範例

範例1：多通道狀態指示面板

在工業控制箱中，十個LTL42FKGD LED（分級為GH/H07）用於前面板，指示十個不同感測器或機器狀態。每個LED由5V邏輯緩衝器IC（例如74HC244）的獨立輸出驅動。每個LED串聯一個120Ω電阻。一致的分級確保所有十個燈具有統一的綠色和非常相似的亮度，提供專業的外觀。寬廣的60度視角允許從不同操作員位置查看狀態。

範例2：薄膜開關背光

單個LTL42FKGD LED（分級為JK以獲得更高亮度）放置在薄膜鍵盤上透明圖標後方。它由微控制器GPIO引腳透過一個150Ω電阻從3.3V電源驅動。LED的擴散透鏡有助於在圖標下創造均勻的照明。低電流需求（計算約13mA：(3.3V-2.6V)/150Ω）完全在GPIO引腳的能力範圍內，簡化了設計。

12. 工作原理

LTL42FKGD是一種基於AlInGaP（鋁銦鎵磷）材料形成的p-n接面的半導體光源。當施加超過二極體閾值的順向電壓時，來自n型區域的電子和來自p型區域的電洞被注入到主動區域（接面）。當這些電荷載子（電子和電洞）復合時，它們以光子（光粒子）的形式釋放能量。AlInGaP合金的特定成分決定了半導體的能隙能量，這直接決定了發射光子的波長（顏色）——在本例中，主波長約為570 nm的綠光。環氧樹脂透鏡用於保護半導體晶片、塑造光輸出光束（創造60度視角）以及擴散光線以柔化其外觀。

13. 技術趨勢

像LTL42FKGD這樣的穿孔式LED代表了一種成熟且高度可靠的技術。LED產業的總體趨勢是朝向表面黏著元件（SMD）封裝（例如0603、0805、3528），適用於大多數新設計，因為其尺寸更小、適合自動化取放組裝且高度更低。然而，穿孔式LED在幾個領域仍保持顯著相關性：由於易於手動焊接，適用於原型製作和業餘愛好者使用；在需要極高可靠性和穩固機械連接（抗振動）的應用中；在引腳可直接固定到機殼的面板安裝中；以及在教育環境中。即使是在5mm燈泡等既定封裝形式內，該技術本身透過先進的外延生長和分級製程，在效率（每瓦更多光輸出）和色彩一致性方面持續看到漸進式的改進。