LTST-C155KGJRKT 双色贴片LED规格书 - 封装尺寸 - 绿/红 - 20mA - 中文技术文档

1. 产品概述

本文档详细阐述了一款双色表面贴装器件（SMD）LED的规格。该元件在单一封装内集成了两个独立的AlInGaP半导体芯片，能够分别发出绿色和红色光。此设计专为在极小空间内实现紧凑型双色指示或状态显示的应用而优化。该器件符合RoHS指令，并归类为绿色环保产品。

该LED采用行业标准包装供货，具体为卷绕在7英寸直径卷盘上的8mm载带。这种形式确保了与现代电子制造中常用的高速自动化贴片设备的兼容性。该封装设计还能承受标准的红外（IR）和气相回流焊接工艺，便于其集成到印刷电路板（PCB）组件中。

2. 技术参数深度客观解读

2.1 绝对最大额定值

绝对最大额定值定义了可能导致器件永久损坏的应力极限。为确保可靠运行，任何情况下都不得超过这些极限，即使是瞬时超过也不允许。

• 功耗（P_D）：每芯片（绿色和红色）75 mW。此参数限制了LED芯片内部可转化为热量的总电功率。超过此值可能导致热失控和半导体材料性能退化。
• 峰值正向电流（I_FP）：80 mA，在1/10占空比、0.1ms脉冲宽度条件下规定。此额定值仅适用于脉冲操作，允许在频闪或信号应用等场景下实现短暂的高亮度。
• 连续正向电流（I_F）：30 mA DC。这是建议用于连续运行的最大稳态电流。它是设计LED驱动电路的主要参数。
• 电流降额：从25°C起，线性降额0.4 mA/°C。随着环境温度（T_a）升高，必须按比例降低最大允许连续电流，以防止超过结温极限。
• 反向电压（V_R）：5 V。施加超过此值的反向偏压可能导致LED芯片击穿和灾难性故障。
• 工作与存储温度：-55°C 至 +85°C。器件可在此全工业温度范围内存储和运行。
• 焊接温度耐受性：该封装可承受260°C下5秒的波峰焊或红外焊接，或215°C下3分钟的气相焊接，这证实了其适用于无铅（Pb-free）组装工艺。

2.2 电气与光学特性

这些参数在标准测试条件下（T_a=25°C，I_F=20mA）测量，定义了器件的典型性能。

• 发光强度（I_V）：绿色芯片的典型强度为35.0 mcd（毫坎德拉），而红色芯片通常更亮，为45.0 mcd，两者最小值均为18.0 mcd。强度测量使用经过滤光片匹配明视觉（CIE）人眼响应曲线的传感器进行。
• 视角（2θ_1/2）：130度（典型值）。这个宽广的视角定义为强度降至轴向值一半时的全角，使得该LED适用于需要宽范围可见性的应用。
• 峰值波长（λ_P）：绿色：574 nm（典型值），红色：639 nm（典型值）。这是光谱功率输出达到最大值时的波长。
• 主波长（λ_d）：绿色：571 nm（典型值），红色：631 nm（典型值）。此值源自CIE色度图，是人眼感知到的、定义光色的单一波长。
• 光谱带宽（Δλ）：绿色：15 nm（典型值），红色：20 nm（典型值）。这表示发射光的光谱纯度；带宽越窄，颜色饱和度越高。
• 正向电压（V_F）：在20mA下，两种颜色的典型值为2.0 V，最大值为2.4 V。这是设计限流电路的关键参数。
• 反向电流（I_R）：在V_R=5V时，最大为10 µA，表明其具有良好的二极管特性，漏电流极小。
• 电容（C）：在0V偏压和1 MHz下，典型值为40 pF。这种低电容对于高频开关或多路复用应用是有利的。

3. 分档系统说明

LED根据性能进行分档，以确保同一生产批次内的一致性。这使得设计人员可以选择满足特定强度或颜色要求的部件。

3.1 发光强度分档

绿色和红色芯片在20mA下的发光强度采用相同的分档方式。分档代码（M、N、P、Q）代表强度最小值和最大值的递增范围。例如，'M'档覆盖18.0至28.0 mcd，而'Q'档覆盖71.0至112.0 mcd。每个分档内允许±15%的容差，以考虑测量和生产差异。

3.2 主波长分档（仅绿色）

绿色LED进一步按主波长分档以控制颜色一致性。定义了三个分档：'C'（567.5-570.5 nm）、'D'（570.5-573.5 nm）和'E'（573.5-576.5 nm）。每个分档保持±1 nm的严格容差，确保同一分档内器件具有均匀的绿色色调。

4. 性能曲线分析

虽然规格书中引用了具体的图形曲线（例如图1、图6），但对其典型解读对于设计至关重要。

• I-V曲线：正向电压（V_F）与正向电流（I_F）呈对数关系。V_F的微小增加会导致I_F的大幅增加，这就是为什么恒流驱动对于稳定的光输出至关重要。
• 发光强度 vs. 电流：在正常工作范围内（直至额定连续电流），强度大致与正向电流成正比。然而，在极高电流下，由于热量增加，效率可能会下降。
• 温度特性：发光强度通常随着结温升高而降低。正向电压也具有负温度系数，这意味着V_F会随着温度升高而略微下降。应用0.4 mA/°C的降额系数来管理热效应。
• 光谱分布：AlInGaP LED的发射光谱相对较窄，呈高斯形状，中心位于峰值波长附近。主波长是根据此光谱和CIE颜色匹配函数计算得出的。

5. 机械与包装信息

5.1 器件与引脚分配

该LED采用水清透镜。内部双色芯片具有特定的引脚分配：引脚1和3分配给绿色AlInGaP芯片，而引脚2和4分配给红色AlInGaP芯片。这种配置允许独立控制每种颜色。

5.2 封装与载带/卷盘尺寸

该器件符合EIA标准封装外形。除非另有说明，所有尺寸均以毫米为单位，标准公差为±0.10 mm。元件包装在8mm宽的凸起载带上，卷绕在7英寸（约178 mm）直径的卷盘上。包含器件外形、建议的PCB焊盘图案以及载带/卷盘尺寸的详细机械图纸，以指导PCB设计和组装设置。

6. 焊接与组装指南

6.1 推荐回流焊曲线

提供了两条建议的红外（IR）回流焊接曲线：一条用于标准（锡铅）焊接工艺，另一条用于无铅（Pb-free）焊接工艺。无铅曲线专门针对SnAgCu（锡-银-铜）焊膏的使用进行了校准。关键参数包括受控的升温速率、规定的液相线以上时间、峰值温度（通常最高240-260°C）以及受控的冷却速率，以最大限度地减少对元件的热应力。

6.2 存储与操作

LED应存储在不超过30°C和70%相对湿度的环境中。从原始防潮包装中取出的元件应在一周内进行回流焊接。若需在原始包装外长期存储，必须将其保存在带有干燥剂的密封容器中或氮气环境中。如果存储超过一周，建议在焊接前进行约60°C、至少24小时的烘烤，以去除吸收的水分，防止回流焊过程中出现“爆米花”现象。

6.3 清洗

如果焊接后需要清洗，只能使用指定的醇类溶剂，如乙醇或异丙醇。LED应在常温下浸泡少于一分钟。使用未指定或强腐蚀性的化学清洁剂可能会损坏塑料透镜和封装材料。

7. 包装与订购信息

标准包装为每7英寸卷盘3000片。对于尾数数量，最小订购量为500片。载带和卷盘系统符合ANSI/EIA-481-1-A规范。关键的载带规格包括：空元件口袋用盖带密封，根据标准，每卷最多允许连续缺失两个元件（“缺灯”）。

8. 应用建议

8.1 典型应用场景

这款双色LED非常适合空间有限且需要传达多种状态的状态和指示灯应用。例如：消费电子产品上的电源/状态指示灯（如充电/待机）、工业控制面板上的双色信号灯、网络设备上的状态显示，以及需要两种颜色的薄膜开关或图标的背光。

8.2 设计考量与驱动方法

关键点：LED是电流驱动器件。为确保亮度均匀，尤其是在多个LED并联时，必须为每个LED或每个颜色通道使用一个串联的限流电阻。推荐电路（电路A）显示了一个与LED串联的电阻。避免在没有独立电阻的情况下直接将多个LED并联（电路B），因为其正向电压（V_F）特性的微小差异将导致电流分配和亮度的显著差异。

应根据所需的亮度和绝对最大额定值来设定驱动电流，并考虑在环境温度升高时所需的任何降额。

8.3 静电放电（ESD）防护

LED对静电放电敏感。为防止在操作和组装过程中发生ESD损坏：

• 操作人员应佩戴接地腕带或防静电手套。
• 所有设备、工作台和存储架必须正确接地。
• 可以使用离子发生器来中和可能积聚在塑料透镜上的静电荷。

9. 技术对比与差异化

该元件的主要差异化特点是将两个高性能AlInGaP芯片（绿色和红色）集成在一个紧凑的SMD封装中。与GaAsP等旧技术相比，AlInGaP技术在红色和琥珀色方面提供了更高的效率和更好的温度稳定性。130度的宽广视角与每种颜色的独立引脚控制相结合，提供了单色LED或具有共阳极/阴极的预混合双色LED所不具备的设计灵活性。其与自动化组装和无铅回流工艺的兼容性使其成为一种现代化的、可制造性强的解决方案。

10. 常见问题解答（基于技术参数）

问：我可以同时以各自满额的30mA驱动绿色和红色LED吗？

答：不能。每个芯片的总功耗绝对最大额定值为75 mW。以30mA驱动两个芯片，典型V_F为2.0V时，每个芯片功耗为60 mW（P=I*V），这在限制范围内。然而，如果V_F达到其最大值2.4V，功耗则变为72 mW，非常接近极限。为了确保长期可靠运行，尤其是在较高的环境温度下，建议在连续驱动两种颜色时对电流进行降额。

问：峰值波长和主波长有什么区别？

答：峰值波长（λ_P）是LED发射最多光功率的物理波长。主波长（λ_d）是根据人眼如何感知该光谱颜色计算得出的值。对于单色光源，两者相同。对于具有一定光谱宽度的LED，λ_d是看起来具有相同颜色的单一波长。λ_d对于显示应用中的颜色规格更为相关。

问：如何选择正确的限流电阻值？

答：使用欧姆定律：R = (V_电源- V_{F_LED}) / I_{F_期望}。使用规格书中的最大V_F（2.4V）进行保守设计，以确保即使存在部件间的差异，电流也永远不会超过目标值。例如，使用5V电源和目标I_F为20mA：R = (5V - 2.4V) / 0.020A = 130欧姆。可以使用最接近的标准值（例如120或150欧姆），并重新计算实际电流。

11. 实际设计与使用案例

案例：便携式设备的双状态指示灯

一位设计师正在设计一款紧凑型手持仪表。需要一个单独的指示灯来显示三种状态：关闭、测量中（绿色）和错误/低电量（红色）。与使用两个独立的LED相比，使用LTST-C155KGJRKT可以节省电路板空间。

实施方案：微控制器（MCU）有两个配置为开漏输出的GPIO引脚。每个引脚通过一个限流电阻（按上述方法计算）连接到一种颜色的阴极。两种LED颜色的阳极都连接到系统的3.3V电源轨。要激活绿色，MCU将绿色GPIO引脚驱动为低电平。要激活红色，MCU将红色GPIO引脚驱动为低电平。要关闭LED，两个GPIO引脚都设置为高阻态。该电路以最少的元件实现了独立控制。

考量点：设计者必须确保MCU的GPIO引脚能够吸收所需的LED电流（例如20mA）。如果不能，可以添加一个简单的晶体管开关。宽广的视角确保了在手持设备时，指示灯可以从各个角度清晰可见。

12. 原理简介

发光二极管（LED）是通过电致发光发光的半导体器件。当在p-n结上施加正向电压时，来自n型区域的电子与来自p型区域的空穴复合，以光子的形式释放能量。发射光的波长（颜色）由半导体材料的能带隙决定。该器件在两个芯片中都使用了AlInGaP（铝铟镓磷），这是一种在红色、橙色、琥珀色和绿色光谱区域具有高效率的材料体系。“水清”透镜是非扩散的，允许芯片固有的高度定向光斑发射出来，从而形成指定的宽广视角。

13. 发展趋势

指示灯LED的发展趋势继续朝着更高效率（每单位电功率产生更多光输出）、更小封装尺寸以适应更密集的PCB布局，以及通过更严格的分档提高颜色一致性的方向发展。将多个芯片（RGB、双色）集成到单一封装中的趋势也在增长，以便在紧凑的外形尺寸中实现多色和混色功能。此外，与日益严格的环境法规（RoHS、REACH）以及高温、无铅组装工艺的兼容性仍然是基本要求。新型半导体材料和荧光粉的开发继续扩展LED在整个可见光谱范围内的色域和效率。