SMD LED LTST-C21RKGKT 資料手冊 - 3.2x1.6x1.9mm - 2.4V - 75mW - 綠色 - 英文技術文件

1. 產品概述

本文件詳述一款高效能表面黏著元件（SMD）發光二極體（LED）的規格。該產品為採用超亮磷化鋁銦鎵（AlInGaP）半導體材料、發射綠光的頂部發光晶片LED。其專為現代電子組裝製程設計，具備與自動貼裝設備和紅外線（IR）迴流焊的相容性。此元件符合RoHS（有害物質限制）指令，歸類為綠色產品。其以業界標準的8mm載帶包裝於7英吋直徑捲盤上，以實現高效的大量生產。

1.1 核心優勢

• 高亮度： 採用先進的AlInGaP技術，實現卓越的發光強度。
• 現代化製造就緒： 完全兼容自動化取放系統及無鉛IR迴流焊接溫度曲線。
• 標準化封裝： 符合EIA（電子工業聯盟）對於帶狀與捲盤包裝的標準，確保廣泛的相容性。
• 環境合規性： 符合RoHS要求，使其適用於具有嚴格環境法規的全球市場。
• 設計靈活性： 這款水清透鏡提供中性外觀，能與各種產品設計相融合。

2. 深度技術參數分析

除非另有說明，所有參數均以環境溫度(Ta)25°C為基準進行規定。理解這些參數對於可靠的電路設計及達成預期性能至關重要。

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超過此極限的運作，為確保可靠運作應予以避免。

• 功率耗散 (Pd)： 75 mW。裝置能以熱量形式耗散的最大總功率。
• 峰值順向電流 (IFP)： 80 mA。脈衝條件下（1/10 工作週期，0.1ms 脈衝寬度）的最大允許電流。用於短暫、高強度的閃光。
• 直流順向電流 (IF)： 30 mA。穩態操作下的最大連續順向電流。
• 反向電壓 (VR): 5 V。可施加於LED兩端的最大反向電壓。
• 工作溫度範圍: -30°C 至 +85°C。此為裝置設計運作所處的環境溫度範圍。
• 儲存溫度範圍： -40°C 至 +85°C。此為非運作狀態下的儲存溫度範圍。
• Infrared Soldering Condition: 260°C 持續 10 秒。此為回流焊接過程中的最高熱曲線暴露條件。

2.2 Electrical & Optical Characteristics

此為標準測試條件（IF = 20mA）下的典型性能參數。

• 發光強度 (Iv)： 28.0 - 180.0 mcd (millicandela)。人眼（CIE曲線）測量到的光源感知亮度。此寬廣範圍透過分選系統進行管理。
• 視角 (2θ_1/2): 70度（典型值）。光強度為0度（軸上）強度一半時所對應的完整角度。此定義了光束的擴散範圍。
• Peak Emission Wavelength (λ_P): 574 nm（典型值）。光譜功率分佈達到最大值時的波長。
• 主波長 (λ_d): 567.5 - 576.5 nm。在感知上與LED顏色相匹配的單一波長，源自CIE色度圖。這是顏色規格的關鍵參數。
• 譜線半寬 (Δλ): 15 nm (典型值)。在最大強度一半處測得的光譜頻寬（半高全寬 - FWHM）。數值越小表示光越接近單色光。
• 順向電壓 (V_F): 1.80 - 2.40 V。在指定的順向電流（20mA）下工作時，LED兩端的電壓降。
• 逆向電流 (I_R): 10 μA (最大) 於 V_R = 5V。當元件處於反向偏壓時流動的微小漏電流。

3. 分級系統說明

為確保生產中顏色與亮度的一致性，LED會根據量測到的特性進行分級。這讓設計師能選擇符合特定應用均勻性要求的元件。

3.1 發光強度分級

在20mA測試電流下進行分級。每個級別內的容差為 +/-15%。

• Bin N: 28.0 - 45.0 mcd
• Bin P: 45.0 - 71.0 mcd
• Bin Q: 71.0 - 112.0 mcd
• Bin R: 112.0 - 180.0 mcd

3.2 主波長分級

在20mA測試電流下進行分檔。每個檔位的容差為 +/- 1nm。

• Bin C: 567.5 - 570.5 nm
• Bin D: 570.5 - 573.5 nm
• Bin E: 573.5 - 576.5 nm

結合強度與波長分檔（例如，RC、QD），可為組裝件的顏色與亮度一致性提供精確的規格。

4. 性能曲線分析

儘管數據表中引用了特定的圖形曲線，以下分析是基於標準LED行為及所提供的參數。

4.1 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V 曲線)

該 LED 呈現典型的二極體 I-V 特性。其順向電壓 (V_F) 在 20mA 下具有 1.80V 至 2.40V 的指定範圍。V_F 具有負溫度係數，意即其值會隨著接面溫度升高而略微下降。為確保穩定運作，強烈建議使用恆流源而非恆壓源來驅動 LED，以防止熱失控。

4.2 發光強度 vs. 順向電流

在工作範圍內，發光強度大致與順向電流成正比。然而，在極高電流下，由於熱量增加，效率（流明/瓦）可能會下降。在測試時，於建議的20mA或更低電流下操作，可確保最佳效率與使用壽命。

4.3 溫度相依性

LED 性能對溫度敏感。當接面溫度升高時：

• 光輸出降低： 光輸出將會下降。確切的降額係數因產品而異。
• 順向電壓降低： 如I-V特性曲線所示。
• 波長偏移： 主導波長可能會略微偏移，通常隨著溫度升高而移向較長波長（紅移）。

在PCB上進行適當的熱管理（足夠的銅箔面積、可能的散熱孔）對於維持性能和可靠性至關重要，尤其是在高環境溫度或接近最大額定電流下運行時。

5. Mechanical & Packaging Information

5.1 元件尺寸

該封裝為標準SMD格式。關鍵尺寸包括適用於自動化組裝的本體尺寸與接腳配置。除非另有說明，所有尺寸公差通常為±0.10mm。設計師必須參考詳細的機械圖紙以進行精確的焊墊圖案設計。

5.2 極性辨識

陰極通常會在LED封裝上以視覺標記指示，例如凹口、綠點或透鏡的切角。安裝時必須注意正確的極性，以確保元件正常運作。

5.3 建議的焊接墊佈局

提供建議的焊墊佈局（焊盤圖案）以確保可靠的焊點、正確的對位以及足夠的機械強度。遵循此佈局有助於防止迴焊時發生墓碑效應（元件一端翹起），並確保與PCB的良好熱連接。

6. Soldering & Assembly Guidelines

6.1 IR 迴焊溫度曲線

該裝置相容於無鉛焊接製程。提供符合JEDEC標準的建議迴焊溫度曲線，關鍵參數包括：

• 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： 元件暴露於峰值溫度的時間最長不得超過10秒。回焊次數最多不得超過兩次。

必須針對具體的PCB設計、元件、焊錫膏及使用的回焊爐進行曲線特性分析。

6.2 手工焊接

若需進行手工焊接：

• 烙鐵溫度： 最高 300°C。
• 焊接時間： 每引腳最多3秒。
• 嘗試次數： 焊接應僅進行一次，避免反覆加熱。

建議使用帶有細尖頭的溫控烙鐵。

6.3 清潔

若需在焊接後進行清潔：

• 僅使用指定的清潔劑。未指定的化學藥劑可能會損壞環氧樹脂鏡片或封裝。
• 推薦的溶劑為乙醇或異丙醇，於常溫下使用。
• 浸泡時間應少於一分鐘。

6.4 Storage & Handling

• ESD 注意事項： LED對靜電放電（ESD）敏感。操作時請使用防靜電手環、防靜電墊及妥善接地的設備。
• 濕度敏感性： 依據產業標準，此元件可能對濕氣敏感。若原廠密封防潮包裝被打開：
  • 儲存於≤30°C且相對濕度≤60%的環境中。
  • 建議開封後一週內完成紅外線迴焊。
  • 若需長時間存放且已脫離原包裝，請置於含乾燥劑的密封容器或氮氣乾燥櫃中儲存。
  • Devices stored out of bag for >1 week should be baked at approximately 60°C for at least 20 hours before soldering to remove absorbed moisture and prevent "popcorning" during reflow.

7. Packaging & Ordering Information

7.1 捲帶與捲盤規格

• 捲盤尺寸： 7英吋直徑。
• 載帶寬度： 8毫米。
• 每捲數量： 3000件（標準滿捲）。
• 最小包裝數量： 剩餘數量為500件。
• 包裝標準： 符合ANSI/EIA-481規範。
• 上蓋帶： 空元件袋由頂部蓋帶密封。
• 缺件： 根據規格，最多允許連續兩個燈具缺失（空位）。

8. 應用建議

8.1 典型應用場景

此LED適用於多種需要緊湊、明亮綠色指示燈的應用，包括但不限於：

• 消費性電子產品（路由器、充電器、家電）上的狀態與電源指示燈。
• 鍵盤或控制面板上按鍵的背光。
• 顯示面板狀態指示燈。
• 汽車內飾照明（非關鍵功能，需進一步確認）。
• 可攜式電子裝置。

本產品適用於一般電子設備。若應用於對可靠性有極高要求、故障可能危及安全的場合（如航空、醫療、運輸安全系統），必須進行專門諮詢與資格認證。

8.2 電路設計考量

• 限流： 務必使用串聯限流電阻或專用的恆流LED驅動電路。其數值可根據歐姆定律計算：R = (V_supply - V_F) / I_F. 使用數據手冊中的最大 V_F （2.40V）以確保即使使用低 V_F 元件，電流也不會超過限制。
• 並聯連接： 避免將LED直接並聯連接。V_F 的微小差異可能導致電流不平衡，使其中一個LED佔用大部分電流而提前損壞。請為每個LED使用獨立的限流電阻，或使用多通道恆流驅動器。
• 串聯連接： 將LED以串聯方式連接可確保通過每個元件的電流相同，這對於實現均勻亮度較為理想。請確保電源電壓足以滿足所有V_F 壓降總和加上電流調節器的餘裕電壓。
• 熱管理： 若需在高電流或高環境溫度下持續運作，應考量PCB佈局。在LED的散熱焊墊（如有）下方提供小面積銅箔，或將陰極焊墊連接至較大的銅箔平面，皆有助於散熱。
• 反向電壓保護： 雖然LED可承受最高5V的反向電壓，但在可能出現反接極性的電路中（例如使用者可自行安裝的模組），建議加入保護措施，例如串聯二極體或在LED兩端並聯分流二極體。

9. Technical Comparison & Differentiation

相較於標準GaP（磷化鎵）綠色LED等較舊的LED技術，此基於AlInGaP的元件具有顯著優勢：

• 更高亮度： AlInGaP材料提供顯著更高的發光效率，在相同輸入電流下可產生更大的光輸出。
• 更佳的色彩純度： 光譜半高寬相對較窄（典型值為15nm），與光譜更寬的替代方案相比，能產生更飽和、更純正的綠色。
• 現代製程相容性： 該封裝與材料專為無鉛高溫紅外迴焊製程相容性而設計，這對符合當代RoHS規範的製造至關重要。
• 標準化： EIA封裝與捲帶包裝格式確保能無縫整合至自動化組裝線，相較於非標準或散裝元件，可減少設定時間與貼裝錯誤。

10. 常見問題 (FAQs)

10.1 峰值波長與主波長有何區別？

峰值波長 (λ_P) 是LED發出最多光功率的物理波長。 主波長 (λ_d) 是感知色彩匹配——即人眼感知為與LED混合輸出相同顏色的單一波長。對於像這款綠色LED的單色LED，兩者通常很接近，但λ_d 是設計中色彩規範的關鍵參數。

10.2 如果我的電源供應器電壓正好是2.0V，我可以不使用限流電阻來驅動這個LED嗎？

不，不建議這樣做，這是有風險的。 順向電壓（V_F）範圍從1.80V到2.40V。如果您有一個2.0V的電源和一個V_F 為1.85V的LED，僅0.15V的小差異將導致大且不受控制的電流流動（僅受LED的動態電阻和寄生電路電阻限制），很可能超過最大電流並損壞LED。務必使用限流機制。

10.3 為何存在分級系統，我應該選擇哪個等級？

製造差異會導致顏色和亮度略有不同。分檔將LED分組以確保一致性。請根據您的應用選擇檔位：

• 對於單一指示燈，通常任何檔位都可以。
• 對於需要看起來一致的多個LED（例如一排狀態燈），請指定相同的強度和波長檔位（例如全部為「QD」），以確保視覺均勻性。
• 若要獲得最亮的輸出，請指定最高強度分級（R）。若需特定的綠色色調，請指定對應的波長分級（C、D或E）。

10.4 資料手冊提到75mW的功率損耗，應如何計算？

功率耗散（P_d）在LED中主要計算為：P_d ≈ V_F * I_F。例如，在最大連續電流（I_F = 30mA) 與典型 V_F 為 2.1V，P_d = 0.030A * 2.1V = 63mW，低於 75mW 的最大值。進行最壞情況計算時，請一律使用最大 V_F ：0.030A * 2.40V = 72mW。這留下了一個小的安全餘量。請確保您的操作條件（包括環境溫度）允許此功耗而不會導致過熱。

11. Practical Design & Usage Examples

11.1 範例1：簡易5V指示燈電路

目標： 從5V直流電源供電給單一LED，電流I_F = 20mA。 計算： 假設最差情況下的V_F = 2.40V。_R = 5V - 2.40V = 2.60V。_R / I_F = 2.60V / 0.020A = 130 Ω。 元件選擇： 選擇最接近的標準電阻值，例如130Ω或150Ω。使用150Ω電阻將產生I_F ≈ (5V - 2.40V)/150Ω = 17.3mA，此電流值安全且亮度依然充足。 電阻額定功率： P_電阻器 = I² * R = (0.020)² * 150 = 0.06W。使用標準的1/8W (0.125W) 或 1/4W 電阻器綽綽有餘。

11.2 範例 2：從 12V 電源驅動多個 LED

目標： 從 12V 電源以電流 I 串聯驅動三個 LED_F = 20mA。 計算： LED 總壓降 V_F (最差情況最大值)：3 * 2.40V = 7.20V。_R = 12V - 7.20V = 4.80V。 優點： 串聯連接保證流經所有三個LED的電流相同，即使它們的V_F 值不同，也能確保亮度均勻。與使用三個獨立電阻相比，僅需一個限流電阻即可提高效率。

12. 技術介紹

12.1 AlInGaP 半導體原理

AlInGaP (Aluminum Indium Gallium Phosphide) 是一種 III-V 族化合物半導體材料，主要用於高亮度紅光、橙光、黃光及綠光 LED。在磊晶生長過程中，透過精確調整晶格中鋁、銦、鎵和磷的比例，工程師可以「調諧」材料的能隙。能隙能量決定了電子與電洞在接面處復合時所發射光波的波長（顏色）。與舊材料相比，AlInGaP 在黃光至紅光光譜範圍內具有更高的量子效率與熱穩定性，從而能製造出更明亮、更可靠的元件。此特定部分所產生的綠光發射，是透過將材料組成推向更高能隙能量來實現的。

13. 產業趨勢

13.1 指示燈LED的演進

SMD指示燈LED的趨勢持續朝向：

• 提升效率： 開發新的半導體材料與晶片結構（如覆晶設計），以實現每瓦更高流明輸出，在特定亮度下降低功耗。
• 微型化： 封裝尺寸正變得越來越小（例如0402、0201公制尺寸），以在穿戴式裝置和超薄智慧型手機等日益緊湊的設備中節省寶貴的PCB空間。
• Enhanced Reliability & Robustness: 改進封裝材料與製程，以承受更高的迴焊溫度、更嚴苛的環境條件，並提供更好的防潮性能。
• 整合解決方案： 發展內建限流電阻或IC驅動器（「封裝內LED驅動器」）的LED，以簡化電路設計並減少元件數量。
• 擴展色域： 持續研究在不同基板上使用氮化鎵（GaN）等材料以及量子點技術，以實現更純淨、更飽和的綠色與青色，這對全彩顯示器和照明應用極具價值。

此處所記載的裝置，具備RoHS符合性、回流焊相容性及高亮度等特性，代表了當前通用指示器應用的主流標準。