LTST-C193KGKT-2A 晶片型LED規格書 - 尺寸1.6x0.8x0.35mm - 電壓1.6-2.2V - 綠色 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTST-C193KGKT-2A是一款專為現代空間受限電子應用設計的表面黏著元件（SMD）晶片型LED。其主要功能是提供可靠且明亮的綠色光源。此元件的核心優勢在於其僅0.35毫米的超薄厚度，使其非常適合垂直空間極為珍貴的應用，例如超薄顯示器、行動裝置與穿戴式技術。它採用AlInGaP（磷化鋁銦鎵）半導體材料作為發光區域，此材料以在綠色至琥珀色光譜中產生高效率光線而聞名。元件以業界標準的8毫米載帶包裝於7英吋捲盤上，確保與高速自動化取放組裝設備的相容性。它被歸類為綠色產品，並符合RoHS（有害物質限制）指令。

2. 技術參數深度客觀解讀

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應力極限。不保證在達到或超過這些極限的條件下操作。

• 功率耗散（Pd）：75 mW。這是LED封裝在環境溫度（Ta）為25°C時，能以熱量形式耗散的最大功率。超過此值可能導致過熱並縮短使用壽命。
• 直流順向電流（IF）：30 mA。可施加於LED的最大連續電流。
• 峰值順向電流：80 mA，但僅限於脈衝條件下（1/10工作週期，0.1毫秒脈衝寬度）。這允許在短時間內達到更高亮度而不造成熱損傷。
• 降額：當環境溫度每升高超過25°C一度，最大順向電流必須線性降低0.4 mA。這對於高溫環境下的熱管理至關重要。
• 逆向電壓（VR）：5 V。施加高於此值的逆向電壓可能導致LED接面立即且災難性的故障。
• 操作與儲存溫度範圍：-55°C 至 +85°C。元件額定可在此寬廣的工業溫度範圍內操作與儲存。
• 焊接溫度耐受度：此LED可承受260°C波焊或紅外線回流焊最長5秒，以及215°C氣相焊接最長3分鐘。這定義了其與常見PCB組裝製程的相容性。

2.2 電氣與光學特性

這些是典型性能參數，測量條件為Ta=25°C及標準測試電流（IF）2mA，除非另有說明。

• 發光強度（Iv）：範圍從最小值1.80 mcd到最大值11.2 mcd。特定單元的實際值取決於其分配的分級代碼（見第3節）。強度是使用近似於明視覺（人眼）響應曲線的濾光片測量。
• 視角（2θ1/2）：130度。這是一個非常寬廣的視角，意味著發出的光線分散在廣闊區域，而非窄光束。此角度定義為發光強度降至軸上（0度）值一半時的點。
• 峰值發射波長（λP）：574 nm。這是LED發射最大光功率的特定波長。
• 主波長（λd）：範圍從564.5 nm至573.5 nm。這是人眼感知的單一波長，決定了顏色（此處為綠色）。它是從完整光譜輸出和CIE色度圖推導而來。特定的分級在此範圍內定義。
• 譜線半寬度（Δλ）：15 nm。這表示發射光的光譜純度或頻寬。較小的值表示光源更接近單色（純色）。
• 順向電壓（VF）：在IF=2mA時，範圍從1.60 V至2.20 V。這是LED導通電流時兩端的電壓降。它是設計限流電路的關鍵參數。
• 逆向電流（IR）：在VR=5V時，最大10 μA。這是當LED在其最大額定值內被逆向偏壓時流動的小漏電流。
• 電容（C）：在0V偏壓和1 MHz下測量為40 pF。此寄生電容在高頻切換應用中可能相關。
• 靜電放電（ESD）閾值（HBM）：1000 V（人體放電模型）。這表示中等程度的ESD敏感性。必須遵循正確的ESD處理程序，以防止潛在或立即的損壞。

3. 分級系統說明

為確保量產的一致性，LED會根據關鍵參數分類到不同的性能等級中。這讓設計師可以選擇符合特定應用對亮度和顏色要求的元件。

3.1 發光強度分級

元件根據其在2mA下測量的發光強度，分為四個等級（G、H、J、K）。每個等級有最小和最大值，每個強度等級的容差為 +/-15%。

• 等級 G：1.80 - 2.80 mcd
• 等級 H：2.80 - 4.50 mcd
• 等級 J：4.50 - 7.10 mcd
• 等級 K：7.10 - 11.20 mcd

3.2 主波長分級

元件也根據其主波長（定義了精確的綠色色調）分為三組（B、C、D）。每個等級的容差為 +/- 1 nm。

• 等級 B：564.5 - 567.5 nm
• 等級 C：567.5 - 570.5 nm
• 等級 D：570.5 - 573.5 nm

完整的料號（例如 LTST-C193KGKT-2A）包含了這些分級代碼，以便進行精確選擇。"K" 表示強度等級，而後續的字母（在規格書範例中隱含）則表示波長等級。

4. 性能曲線分析

雖然規格書中引用了特定的圖形曲線（圖1、圖6），但可以根據技術描述其典型行為。

4.1 順向電流 vs. 順向電壓（I-V曲線）

AlInGaP LED 展現出特徵性的 I-V 曲線，在低電流（2mA）下順向電壓（VF）範圍為 1.6-2.2V。隨著順向電流增加，VF 呈對數增加。這種非線性關係是為什麼 LED 必須由電流源或串聯限流電阻驅動，而非恆壓源的原因。

4.2 發光強度 vs. 順向電流

在大部分操作範圍內，光輸出（發光強度）大致與順向電流成正比。然而，在極高電流下，由於產熱增加（效率下降效應），效率會降低。額定的30mA直流電流定義了維持效率和壽命的安全操作點。

4.3 溫度特性

LED的順向電壓（VF）具有負溫度係數，意味著它會隨著接面溫度升高而降低。相反地，發光強度和主波長也會隨溫度變化；通常，強度會降低，而波長可能隨溫度升高而略微增加（紅移）。降額規格（0.4 mA/°C）正是管理這些熱效應需求的直接結果。

5. 機械與包裝資訊

5.1 封裝尺寸

此LED採用EIA標準晶片封裝外形。關鍵尺寸包括長度1.6毫米、寬度0.8毫米，以及關鍵高度0.35毫米。除非另有規定，所有尺寸公差通常為 ±0.10毫米。封裝採用透明透鏡，不會改變下方AlInGaP晶片的顏色，讓原生綠光得以通過。

5.2 極性識別與焊墊設計

規格書包含建議的PCB設計焊接焊墊佈局（焊盤圖案）。遵循此圖案對於在回流焊過程中獲得可靠的焊點和正確對位至關重要。LED本身具有陽極和陰極標記（通常是陰極附近的凹口、斜角或圓點）。組裝時必須注意正確的極性，因為反向連接將導致無法工作，且若超過逆向電壓額定值，可能損壞元件。

5.3 載帶與捲盤包裝

元件以8毫米寬的凸起載帶供應，捲繞在7英吋（178毫米）直徑的捲盤上。每捲包含5000個元件。包裝符合ANSI/EIA 481-1-A-1994標準，確保與自動送料器的相容性。載帶有封蓋以保護元件免受污染。規格允許最多連續兩個缺失元件，且剩餘捲盤的最小包裝數量為500個。

6. 焊接與組裝指南

6.1 回流焊溫度曲線

規格書提供了針對普通（錫鉛）和無鉛（SnAgCu）焊料製程的建議紅外線（IR）回流焊溫度曲線。關鍵參數包括：

• 預熱：逐漸升溫至浸泡溫度（例如120-150°C），以活化助焊劑並最小化熱衝擊。
• 峰值溫度：不得超過260°C。高於液相線的時間（對於無鉛焊料約為~217°C）以及在峰值溫度的時間必須加以控制，以防止損壞LED的塑膠封裝和內部打線。建議在260°C下最多5秒。
• 冷卻速率：受控的冷卻階段對於焊點可靠性也很重要。

6.2 波焊與手工焊接

對於波焊，建議預熱最高100°C，最長60秒，焊錫波峰最高260°C，最長10秒。對於使用烙鐵的手動維修，烙鐵頭溫度不應超過300°C，每個焊點的接觸時間應限制在3秒內，且僅限一次，以防止過度熱傳遞。

6.3 清潔

如果焊接後需要清潔，僅應使用指定的醇類溶劑，如乙醇或異丙醇。LED應在常溫下浸泡少於一分鐘。未指定的化學清潔劑可能會損壞環氧樹脂透鏡或封裝材料。

6.4 儲存與處理

LED應儲存在不超過30°C和70%相對濕度的環境中。一旦從原來的防潮袋中取出，元件應在672小時（28天）內進行回流焊，以避免吸濕，這可能在回流焊過程中導致"爆米花效應"。若需在原包裝外長時間儲存，必須將其保存在帶有乾燥劑的密封容器中或氮氣環境中。如果儲存超過672小時，組裝前需要在60°C下烘烤至少24小時以驅除濕氣。

7. 應用建議

7.1 典型應用場景

這款超薄、明亮的綠色LED非常適合：

• 狀態指示燈：消費性電子產品（智慧型手機、平板電腦、筆記型電腦、穿戴式裝置）中的電源、連線或模式指示燈。
• 背光：超薄顯示面板的側光式照明或鍵盤照明。
• 汽車內裝照明：儀表板指示燈、開關背光（空間有限處）。
• 工業控制面板：控制單元和人機介面（HMI）上的狀態與故障指示燈。

7.2 設計考量

• 電流驅動：LED是電流驅動元件。為了確保多個LED並聯使用時的亮度均勻，必須為每個LED串聯一個獨立的限流電阻（電路模型A）。不建議將LED直接並聯（電路模型B），因為它們的順向電壓（VF）存在差異，這將導致電流分配不均，從而亮度不均。
• 熱管理：即使功率很低，適當的PCB佈局以散熱仍然很重要，尤其是在接近最大額定值或高環境溫度下操作時。請遵循電流降額曲線。
• ESD防護：如果LED位於暴露位置（例如前面板指示燈），請在電路中實施ESD保護措施。組裝過程中始終遵循ESD安全處理程序：使用接地腕帶、防靜電墊和正確接地的設備。

8. 技術比較與差異化

LTST-C193KGKT-2A的主要差異化因素是其0.35毫米高度以及AlInGaP技術。與舊技術如標準GaP（磷化鎵）綠色LED相比，AlInGaP提供了顯著更高的發光效率，在相同驅動電流下產生更亮的輸出。其超薄外形相對於許多標準晶片型LED（通常為0.6毫米或更高）是一個關鍵優勢，使其能夠應用於下一代超薄裝置的設計中。其與無鉛高溫回流焊製程的相容性也使其適合現代符合RoHS的生產線。

9. 常見問題（基於技術參數）

Q1：我可以直接用3.3V或5V邏輯電源驅動這個LED嗎？

A：不行。您必須使用一個串聯電阻來限制電流。例如，使用3.3V電源，在2mA下典型VF為1.9V，所需電阻值為 R = (3.3V - 1.9V) / 0.002A = 700歐姆。請始終基於最大VF進行計算，以確保電流不超過期望值。

Q2：為什麼發光強度範圍這麼廣（1.8到11.2 mcd）？

A：這是總生產分佈範圍。分級系統（G、H、J、K）允許您為您的應用選擇一個特定、更窄的亮度範圍，以確保您產品中所有單元的一致性。

Q3：這個LED適合戶外使用嗎？

A：其操作溫度範圍（-55°C至+85°C）支援許多戶外環境。然而，塑膠封裝在長時間下可能容易受到紫外線降解和濕氣侵入的影響。對於嚴苛的戶外應用，應考慮使用經過專門認證的戶外封裝LED。

Q4：如果我超過5V逆向電壓會發生什麼？

A：LED接面很可能會經歷雪崩擊穿，導致立即且永久性的故障（開路或短路）。請務必確保電路設計能防止超過此額定值的逆向偏壓。

10. 實務設計案例

情境：為一個電池供電的物聯網感測器模組設計狀態指示燈。指示燈必須非常小、低功耗且清晰可見。選擇綠色LED表示"活動/正常"狀態。

實作：

1. 元件選擇：選擇LTST-C193KGKT-2A是因為其0.35毫米高度以及在低電流下的良好亮度。

2. 電路設計：模組使用3.0V鈕扣電池。為節省電力，選擇2mA的驅動電流。採用保守設計，使用最大VF 2.20V計算：R = (3.0V - 2.20V) / 0.002A = 400歐姆。實際使用一個標準的390歐姆電阻。

3. PCB佈局：使用規格書中建議的焊接焊墊尺寸。將LED放置在電路板邊緣附近以便觀察。避免在LED下方鋪設大面積接地銅箔，以防止回流焊時發生焊錫芯吸問題。

4. 結果：指示燈提供了足夠的亮度，同時功耗極低（LED和電阻總計約6mW），且超薄封裝適合裝置的纖薄外殼。

11. 原理介紹

AlInGaP LED中的發光基於半導體p-n接面的電致發光原理。當施加順向電壓時，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（量子阱）。當一個電子與一個電洞復合時，能量以光子的形式釋放。此光子的特定波長（顏色）由主動區域中使用的AlInGaP合金成分的能隙能量決定。較寬的能隙產生較短波長（更藍）的光；此LED的特定合金經過設計，可產生峰值約在574 nm的綠光。透明環氧樹脂透鏡封裝晶片，提供機械保護，並有助於將光輸出塑造成寬廣的130度視角。

12. 發展趨勢

消費性和工業電子用晶片型LED的趨勢持續朝向：

1. 提升效率（lm/W）：AlInGaP和InGaN（用於藍/白光）技術的材料科學持續改進，推動每單位電能輸入產生更多光輸出，降低功耗和熱產生。

2. 微型化：3. 改善色彩一致性與分級：

更嚴格的波長和強度分級公差正成為標準，使得在使用多個LED的應用中視覺外觀更加均勻。4. 增強可靠性：

封裝材料（環氧樹脂、矽膠）的改進，以承受更高的回流焊溫度曲線（用於無鉛組裝）和更嚴苛的環境條件。5. 整合化：

雖然分立式LED仍然至關重要，但同時也存在一個趨勢，即朝向整合式LED模組發展，將內建驅動器、控制器和多種顏色整合在單一封裝中，用於智慧照明應用。While discrete LEDs remain vital, there is a parallel trend toward integrated LED modules with built-in drivers, controllers, and multiple colors in a single package for smart lighting applications.