双色AlInGaP贴片LED规格书 - 封装尺寸 - 绿色2.0V / 橙色2.0V - 75mW功率

1. 产品概述

本文档详细阐述了一款高亮度双色表面贴装器件（SMD）发光二极管（LED）的技术规格。该器件在单一封装内集成了两个独立的AlInGaP（铝铟镓磷）半导体芯片，能够发出绿色和橙色光。其设计兼容自动化组装工艺和现代焊接技术，适用于大批量电子制造。

本产品的核心优势包括符合环保法规（RoHS）、采用先进的AlInGaP技术实现卓越亮度，以及标准化的封装形式确保与行业贴装和焊接设备的广泛兼容性。其主要目标市场包括消费电子、工业指示灯、汽车内饰照明以及各种需要可靠双色指示的信号应用。

2. 技术参数详解

2.1 绝对最大额定值

这些额定值定义了可能导致器件永久损坏的应力极限。不保证在或超过这些极限的条件下工作。

功耗（P_d）：在环境温度（T_a）为25°C时，每个颜色芯片为75 mW。超过此值存在热过应力风险。
正向电流：最大连续直流正向电流（I_F）为30 mA。为防止过热，仅在脉冲条件下（1/10占空比，0.1ms脉冲宽度）允许更高的80 mA峰值正向电流。
电流降额：当环境温度超过25°C时，最大允许直流正向电流以0.4 mA/°C的速率线性下降。这是高温环境下关键的设计考量。
反向电压（V_R）：5 V。施加高于此值的反向偏压可能导致结击穿。
温度范围：器件可在-55°C至+85°C的宽温度范围内工作和存储。
焊接耐受性：该LED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，这证实了其对于标准SMT回流焊工艺的鲁棒性。

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=20 mA）测量，定义了器件的性能。

发光强度（I_V）：衡量亮度的关键指标。绿色芯片的典型强度为35.0 mcd（最小18.0 mcd），而橙色芯片则明显更亮，典型强度为90.0 mcd（最小28.0 mcd）。强度测量使用经过滤光片匹配人眼明视觉响应（CIE曲线）的传感器进行。
视角（2θ_1/2）：两种颜色均约为130度。这个宽视角表明其具有漫射辐射模式，适用于需要从大范围角度可见的应用。
波长：绿色芯片的典型主波长（λ_d）为571 nm，峰值发射波长（λ_p）为574 nm。橙色芯片的典型λ_d为605 nm，λ_p为611 nm。光谱半宽（Δλ）绿色约为15 nm，橙色约为17 nm，定义了色纯度。
正向电压（V_F）：在20 mA电流下，两种颜色的典型值均为2.0 V，最大值为2.4 V。此低电压与常见的逻辑电平电源兼容。
反向电流（I_R）：在5 V反向偏压下最大为10 μA，表明结质量良好。
电容（C）：在0V偏压和1 MHz频率下，典型值为40 pF。这与高频开关应用相关。

3. 分档系统说明

LED根据发光强度和主波长进行分类，以确保生产批次的一致性。设计人员可以指定分档，以实现产品外观的统一。

3.1 发光强度分档

对于绿色芯片，分档范围从M（18.0-28.0 mcd）到Q（71.0-112.0 mcd）。对于橙色芯片，分档范围从N（28.0-45.0 mcd）到R（112.0-180.0 mcd）。每个分档内允许±15%的容差。

3.2 主波长分档（仅绿色）

绿色LED进一步按主波长分档：C档（567.5-570.5 nm）、D档（570.5-573.5 nm）和E档（573.5-576.5 nm），每档容差为±1 nm。这允许在关键应用中进行精确的颜色匹配。

4. 性能曲线分析

虽然规格书中引用了具体图表（图1，图6），但此类器件的典型曲线将说明以下关系：

I-V曲线：显示正向电压与电流之间的指数关系。曲线在典型V_F值2.0V附近会有一个明显的拐点。
发光强度 vs. 正向电流：在正常工作范围内（直至额定直流电流），强度通常随电流线性增加。
发光强度 vs. 环境温度：由于内部量子效率降低，强度通常随温度升高而下降。0.4 mA/°C的降额因子用于从电气角度补偿此效应。
光谱分布：相对辐射功率与波长的关系图，显示在λ_p处有一个单峰（绿色为574nm，橙色为611nm），并具有指定的半宽。

5. 机械与包装信息

5.1 封装尺寸与极性

该器件符合EIA标准SMD封装外形。引脚分配定义明确：引脚1和3用于绿色芯片，引脚2和4用于橙色芯片。透镜为水清透明。除非另有说明，所有尺寸公差为±0.10 mm。

5.2 推荐焊盘设计

提供了焊盘图形推荐，以确保在回流焊过程中及之后形成可靠的焊点、正确的对位以及足够的机械强度。遵循此图形对于制造良率至关重要。

6. 焊接与组装指南

6.1 回流焊曲线

针对使用红外（IR）回流焊的标准（SnPb）和无铅（SnAgCu）焊接工艺，提供了详细的建议曲线。关键参数包括预热区、液相线以上时间、峰值温度（建议最高240°C）和冷却速率。这些曲线对于防止热冲击并确保可靠的焊接连接而不损坏LED封装至关重要。

6.2 存储与操作

存储：LED应存储在不超过30°C和70%相对湿度的条件下。从防潮包装中取出的元件应在一周内进行回流焊，如果存储时间更长，则在使用前应进行烘烤。
清洁：如有必要，清洁应仅使用指定溶剂（如乙醇或异丙醇）在室温下进行，时间不超过一分钟。未指定的化学品可能会损坏环氧树脂透镜。
ESD预防措施：该器件对静电放电敏感。操作程序包括使用接地腕带、防静电垫，并确保所有设备正确接地。

7. 包装与订购信息

LED以行业标准的8mm载带、7英寸直径卷盘形式提供。每卷包含3000片。载带和卷盘规格符合ANSI/EIA 481-1-A-1994标准。关键包装注意事项包括：空穴被封口、剩余最小订购量为500片、每卷最多允许连续缺失两个元件。

8. 应用建议

8.1 典型应用场景

这款双色LED非常适合状态指示灯、按钮或图标的背光、汽车仪表盘照明、消费电器显示屏以及工业控制面板信号等应用，这些应用需要通过颜色指示两种不同的状态（例如，开机/待机、运行/报警）。

8.2 电路设计考量

驱动方式：LED是电流驱动器件。为了在并联驱动多个LED时确保亮度均匀，强烈建议为每个LED串联一个独立的限流电阻（电路模型A）。不鼓励在没有独立电阻的情况下并联驱动LED（电路模型B），因为单个LED之间正向电压（V_F）特性的微小差异可能导致显著的电流不平衡和亮度不均。

串联电阻值（R_s）可使用欧姆定律计算：R_s=（V_电源- V_F）/ I_F，其中I_F是期望的工作电流（例如，20 mA）。

9. 技术对比与差异化

这款LED的关键差异化因素是其在单个紧凑SMD封装中实现双色功能以及采用了AlInGaP技术。与传统的GaP等技术相比，AlInGaP提供了显著更高的发光效率，从而在相同输入电流下实现更高的亮度。集成两个芯片节省了电路板空间，与使用两个独立的单色LED相比简化了组装。

10. 常见问题解答（基于技术参数）

问：我能否同时以最大直流电流（各30mA）驱动绿色和橙色芯片？

答：不能。每个芯片的绝对最大功耗为75 mW。在30 mA和典型V_F为2.0V时，每个芯片的功耗为60 mW，这在限制范围内。然而，同时以全功率驱动两个芯片会在非常小的封装内产生120 mW的总热量，这可能超过器件和PCB的整体散热能力。请参考热降额曲线，并考虑同时驱动双色时使用较低的驱动电流或脉冲操作。

问：为什么并联的每个LED都需要独立的限流电阻？

答：LED的正向电压（V_F）存在自然差异，即使在同一分档内也是如此。在没有独立电阻的并联连接中，V_F稍低的LED将不成比例地吸收更多电流，变得更亮更热，可能导致失效，并以级联效应将更多电流转移到剩余的LED上。串联电阻确保电流主要由电阻值和电源电压设定，使系统更加稳定可靠。

问："水清"透镜对颜色外观意味着什么？

答：水清（非漫射）透镜不会在内部散射光线。这导致在直接轴向观看时，呈现更聚焦、"光斑"明显的外观，芯片结构通常可见。它最大化了轴向发光强度，但与漫射（乳白）透镜相比，观看的"最佳区域"更窄。漫射透镜会散射光线，提供更宽、更均匀的视角，且芯片结构可见度更低。

11. 实用设计案例研究

场景：为便携设备设计一个双状态指示灯。绿色表示"已充满电"，橙色表示"正在充电"。设备由3.3V电源轨供电。

设计步骤：

1. 电流选择：选择驱动电流。为了良好的可见性和长寿命，选择15 mA，远低于30 mA的最大值。

2. 电阻计算：

- 对于绿色：R_{s_green}=（3.3V - 2.0V）/ 0.015 A = 86.7 Ω。使用标准的86.6 Ω（1%）或91 Ω（5%）电阻。

- 对于橙色：R_{s_orange}=（3.3V - 2.0V）/ 0.015 A = 86.7 Ω。使用相同阻值。

3. 电路：将绿色阳极（引脚1或3）通过一个由"已充满"逻辑信号控制的晶体管/MOSFET连接到3.3V电源轨，并串联87Ω电阻。类似地连接橙色阳极（引脚2或4），由"正在充电"信号控制。将所有阴极连接到地。

4. 布局：遵循推荐的焊盘布局。确保PCB上LED焊盘周围有足够的铜箔区域作为散热片，特别是在状态转换期间两个LED可能短暂同时点亮的情况下。

12. 技术原理介绍

AlInGaP是一种III-V族半导体化合物，用于发射红、橙、黄和绿光谱的高亮度LED的有源区。通过调整铝、铟、镓和磷的比例，可以精确设计材料的带隙，这直接决定了发射光的波长（颜色）。当在p-n结上施加正向电压时，电子和空穴复合，以光子的形式释放能量。AlInGaP中的这种辐射复合效率非常高，与旧技术相比具有卓越的发光效能。双色封装内包含两个这样的独立可寻址半导体芯片，安装在引线框架上，并封装在透明环氧树脂透镜中。

13. 行业趋势与发展

光电子行业持续追求更高的效率（每瓦更多流明）、更好的显色性和更小的尺寸。虽然AlInGaP主导长波长可见光谱，但InGaN（氮化铟镓）技术在蓝、绿和白光LED中更为普遍。与本产品相关的趋势包括：无铅焊接工艺的日益普及（通过提供的曲线解决）、在保持或增加光功率的同时减小封装尺寸的需求，以及将更复杂的功能（如用于可寻址RGB LED的内置IC）集成到LED封装中。对汽车和工业应用可靠性和标准化测试的重视，也推动了对像这款双色LED这样的元件实施更严格的分档和认证程序。

LED规格术语详解

LED技术术语完整解释

一、光电性能核心指标

术语	单位/表示	通俗解释	为什么重要
光效（Luminous Efficacy）	lm/W（流明/瓦）	每瓦电能发出的光通量，越高越节能。	直接决定灯具的能效等级与电费成本。
光通量（Luminous Flux）	lm（流明）	光源发出的总光量，俗称"亮度"。	决定灯具够不够亮。
发光角度（Viewing Angle）	°（度），如120°	光强降至一半时的角度，决定光束宽窄。	影响光照范围与均匀度。
色温（CCT）	K（开尔文），如2700K/6500K	光的颜色冷暖，低值偏黄/暖，高值偏白/冷。	决定照明氛围与适用场景。
显色指数（CRI / Ra）	无单位，0–100	光源还原物体真实颜色的能力，Ra≥80为佳。	影响色彩真实性，用于商场、美术馆等高要求场所。
色容差（SDCM）	麦克亚当椭圆步数，如"5-step"	颜色一致性的量化指标，步数越小颜色越一致。	保证同一批灯具颜色无差异。
主波长（Dominant Wavelength）	nm（纳米），如620nm（红）	彩色LED颜色对应的波长值。	决定红、黄、绿等单色LED的色相。
光谱分布（Spectral Distribution）	波长 vs. 强度曲线	显示LED发出的光在各波长的强度分布。	影响显色性与颜色品质。

二、电气参数

术语	符号	通俗解释	设计注意事项
正向电压（Forward Voltage）	Vf	LED点亮所需的最小电压，类似"启动门槛"。	驱动电源电压需≥Vf，多个LED串联时电压累加。
正向电流（Forward Current）	If	使LED正常发光的电流值。	常采用恒流驱动，电流决定亮度与寿命。
最大脉冲电流（Pulse Current）	Ifp	短时间内可承受的峰值电流，用于调光或闪光。	脉冲宽度与占空比需严格控制，否则过热损坏。
反向电压（Reverse Voltage）	Vr	LED能承受的最大反向电压，超过则可能击穿。	电路中需防止反接或电压冲击。
热阻（Thermal Resistance）	Rth（°C/W）	热量从芯片传到焊点的阻力，值越低散热越好。	高热阻需更强散热设计，否则结温升高。
静电放电耐受（ESD Immunity）	V（HBM），如1000V	抗静电打击能力，值越高越不易被静电损坏。	生产中需做好防静电措施，尤其高灵敏度LED。

三、热管理与可靠性

术语	关键指标	通俗解释	影响
结温（Junction Temperature）	Tj（°C）	LED芯片内部的实际工作温度。	每降低10°C，寿命可能延长一倍；过高导致光衰、色漂移。
光衰（Lumen Depreciation）	L70 / L80（小时）	亮度降至初始值70%或80%所需时间。	直接定义LED的"使用寿命"。
流明维持率（Lumen Maintenance）	%（如70%）	使用一段时间后剩余亮度的百分比。	表征长期使用后的亮度保持能力。
色漂移（Color Shift）	Δu′v′ 或麦克亚当椭圆	使用过程中颜色的变化程度。	影响照明场景的颜色一致性。
热老化（Thermal Aging）	材料性能下降	因长期高温导致的封装材料劣化。	可能导致亮度下降、颜色变化或开路失效。

四、封装与材料

术语	常见类型	通俗解释	特点与应用
封装类型	EMC、PPA、陶瓷	保护芯片并提供光学、热学接口的外壳材料。	EMC耐热好、成本低；陶瓷散热优、寿命长。
芯片结构	正装、倒装（Flip Chip）	芯片电极布置方式。	倒装散热更好、光效更高，适用于高功率。
荧光粉涂层	YAG、硅酸盐、氮化物	覆盖在蓝光芯片上，部分转化为黄/红光，混合成白光。	不同荧光粉影响光效、色温与显色性。
透镜/光学设计	平面、微透镜、全反射	封装表面的光学结构，控制光线分布。	决定发光角度与配光曲线。

五、质量控制与分档

术语	分档内容	通俗解释	目的
光通量分档	代码如 2G、2H	按亮度高低分组，每组有最小/最大流明值。	确保同一批产品亮度一致。
电压分档	代码如 6W、6X	按正向电压范围分组。	便于驱动电源匹配，提高系统效率。
色区分档	5-step MacAdam椭圆	按颜色坐标分组，确保颜色落在极小范围内。	保证颜色一致性，避免同一灯具内颜色不均。
色温分档	2700K、3000K等	按色温分组，每组有对应的坐标范围。	满足不同场景的色温需求。

六、测试与认证

术语	标准/测试	通俗解释	意义
LM-80	流明维持测试	在恒温条件下长期点亮，记录亮度衰减数据。	用于推算LED寿命（结合TM-21）。
TM-21	寿命推演标准	基于LM-80数据推算实际使用条件下的寿命。	提供科学的寿命预测。
IESNA标准	照明工程学会标准	涵盖光学、电气、热学测试方法。	行业公认的测试依据。
RoHS / REACH	环保认证	确保产品不含有害物质（如铅、汞）。	进入国际市场的准入条件。
ENERGY STAR / DLC	能效认证	针对照明产品的能效与性能认证。	常用于政府采购、补贴项目，提升市场竞争力。

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