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PLCC-2 红色发光二极管 67-21-UR0200L-AM 规格书 - 120度视角 - 300mcd @ 20mA - 2.0V - 车规级 - 简体中文技术文档

67-21-UR0200L-AM PLCC-2封装红色LED完整技术规格书。特性包括典型发光强度300mcd、120度视角、符合AEC-Q101标准及RoHS/REACH法规，适用于汽车内饰照明应用。
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目录

1. 产品概述

本文档提供了67-21-UR0200L-AM型号高亮度红色发光二极管的完整技术规格。该器件采用PLCC-2（塑料引线芯片载体）表面贴装封装，主要面向汽车行业设计，满足车辆应用所需的严苛可靠性与性能标准。其核心功能是为车辆驾驶舱内的仪表盘指示灯、内饰照明及其他状态显示提供高效、可靠的红色照明。

该LED的主要优势在于其性能与鲁棒性的结合。在20毫安标准驱动电流下，其典型发光强度为300毫坎德拉，确保了出色的可见度。此外，它具备120度的宽视角，适用于需要从多角度观察光源的应用场景。该器件通过了AEC-Q101标准认证，这是汽车行业对分立半导体元件的基准测试，确保其能够承受汽车环境中典型的严酷条件（温度、湿度、振动）。同时，也确认了其符合RoHS（有害物质限制）和REACH（化学品注册、评估、授权和限制）法规。

1.1 目标市场与应用

该LED的主要目标市场是汽车电子领域。其具体应用集中于车辆内饰，对可靠性和长期性能要求极高。

2. 深入技术参数分析

本节对规格书中定义的关键电气、光学和热参数进行详细、客观的解读。理解这些数值对于正确的电路设计和确保长期可靠性至关重要。

2.1 光度学与光学特性

这些参数定义了LED的光输出和颜色属性。

2.2 电气特性

These parameters are critical for designing the driving circuit and ensuring the LED operates within its safe area.

2.3 热特性

管理热量对于LED的性能和寿命至关重要。过高的结温会降低光输出并可能导致过早失效。

3. 绝对最大额定值

这些是任何条件下（即使是瞬间）都不得超越的应力极限。超出这些额定值运行可能导致永久性损坏。

  • 浪涌电流（IFM）：对于脉宽≤10微秒且占空比极低（D=0.005）的脉冲，为100毫安。此额定值与承受短暂瞬态有关。
  • 反向电压（VR）：该器件并非为反向工作而设计。施加反向电压可能立即损坏LED。如果电路中可能出现反向电压，则必须采取保护措施（例如并联一个二极管）。
  • 静电放电（ESD）：额定值为2千伏（人体模型，HBM）。这是中等水平的ESD防护；在组装过程中仍应遵循标准的ESD处理预防措施。
  • 回流焊温度：在回流焊过程中，封装可承受260°C的峰值温度长达30秒。

4. 性能曲线分析

规格书中的图表说明了关键参数如何随工作条件变化，为实际设计提供了必要数据。

4.1 正向电流与正向电压关系曲线（I-V曲线）

这个基本图表显示了电流与电压之间的指数关系。对于此LED，在20毫安时，电压通常为2.0伏特。该曲线对于选择合适的限流电阻或设计恒流驱动器至关重要。电压随电流增加而非线性上升。

4.2 相对发光强度与正向电流关系

此图显示光输出随电流增加而增加，但并非完全线性，尤其是在较高电流时。它有助于在考虑效率的同时，确定达到所需亮度水平所需的驱动电流。

4.3 温度依赖性曲线

三个关键图表显示了结温（TJ）的影响：

  • 相对发光强度与TJ:的关系：光输出随温度升高而降低。这对于汽车内饰等高温环境中的应用是一个关键考量。
  • 相对正向电压与TJ:的关系：正向电压随温度升高而线性下降（红色LED通常为-2 mV/°C）。此特性有时可用于温度传感。
  • 相对波长漂移与TJ:的关系：主波长随温度轻微漂移（通常为几纳米），这可能影响关键应用中的颜色感知。

4.4 正向电流降额曲线

这是可靠性方面最重要的图表之一。它显示了最大允许连续正向电流与焊盘温度（TS）的函数关系。随着环境/焊盘温度升高，最大安全工作电流降低。例如，在最高焊盘温度110°C时，最大允许连续电流为30毫安。设计人员必须根据其应用的最坏情况温度，确保工作电流低于此降额线。

4.5 允许脉冲处理能力

此图定义了针对不同脉冲宽度（tp）和占空比（D）的允许峰值脉冲电流。只要不超过平均功率和结温限制，它允许LED以短时、高电流脉冲驱动，以实现非常高的瞬时亮度。

5. 分档系统说明

由于制造公差，LED会根据性能进行分档。这使得客户可以选择具有特定特性的器件。

5.1 发光强度分档

LED根据其在20毫安下的最小发光强度进行分组。规格书列出了从L1（11.2-14 mcd）到GA（18000-22400 mcd）的档位。对于67-21-UR0200L-AM，典型档位集中在300 mcd左右，可能落在T1（280-355 mcd）或T2（355-450 mcd）档位内。规格书中会突出显示“可能的输出档位”，表明此型号可提供的具体强度范围。

5.2 主波长分档

LED也根据其主波长进行分档，以确保颜色一致性。档位以3纳米或4纳米为步长定义。对于623纳米的典型波长，相关档位是2124（621-624纳米）、2427（624-627纳米）和2730（627-630纳米）。特定订单的具体档位决定了红色的确切色调。

6. 机械与封装信息

该器件采用标准的PLCC-2表面贴装封装。此封装有两个引脚，通常包含一个模塑塑料透镜。精确尺寸，包括长度、宽度、高度和引脚间距，在机械图纸（PDF文档第7节）中提供。推荐的焊盘布局（第8节）对于实现可靠的焊点以及与PCB的良好热连接至关重要。遵循这些尺寸有助于防止立碑现象并确保良好的散热。

7. 焊接与组装指南

7.1 回流焊温度曲线

规格书规定了一个峰值温度为260°C、持续30秒的回流焊曲线。这是一个标准的无铅（SnAgCu）回流焊曲线。预热、保温、回流和冷却速率应根据标准的IPC/JEDEC指南进行控制，以避免热冲击并确保形成良好的焊点。

7.2 使用注意事项

一般处理和设计注意事项包括：

  • ESD防护：在操作和组装过程中使用标准的防静电措施。
  • 电流控制：始终使用限流装置（电阻或驱动器）操作LED。不要直接连接到电压源。
  • 反向电压保护：如果电路中可能出现反向偏压，请实施电路保护。
  • 热管理：设计PCB时，应提供足够的铜面积或散热过孔以散发热量，尤其是在高电流或高环境温度下工作时。
  • 清洁：使用与塑料封装兼容的适当清洁溶剂。

8. 应用设计考量

8.1 驱动电路设计

最简单的驱动方法是串联一个电阻。电阻值（R）的计算公式为 R = (V电源- VF) / IF。使用规格书中的最大VF值（2.75V），以确保即使对于高VF的器件，电流也不会超过所需水平。例如，使用5V电源，目标电流为20毫安：R = (5V - 2.75V) / 0.020A = 112.5Ω（使用110Ω或120Ω标准值）。电阻的额定功率应至少为 P = I2* R。为了获得更稳定的亮度和效率，尤其是在温度变化时，推荐使用恒流驱动器。

8.2 汽车环境下的热设计

汽车内饰可能经历极端温度。必须仔细应用降额曲线。如果LED放置在热源附近（例如，阳光照射的仪表盘后面），局部PCB温度可能显著高于座舱空气温度。建议进行热仿真或测量。使用具有连接到LED散热焊盘（如果存在）的内部接地层的PCB可以极大地改善散热。

8.3 光学集成

120度视角适用于广域照明。对于聚焦的指示灯，可能需要次级光学元件（透镜或导光条）。塑料封装材料可能具有特定的折射率特性，在设计相邻的光导管或扩散器时应予以考虑。

9. 技术对比与差异化

与通用的PLCC-2红色LED相比，此型号的关键差异化在于其AEC-Q101认证和详细的分档信息。AEC-Q101认证涉及一系列通用元件未经历的应力测试（高温工作寿命、温度循环、耐湿性等）。这为汽车应用的长期可靠性提供了更高水平的信心。广泛的分档允许在生产批次中对亮度和颜色一致性进行更严格的控制，这对于所有警告灯必须匹配的汽车仪表盘至关重要。

10. 常见问题解答（基于技术参数）

问：我可以连续以30毫安驱动此LED吗？

答：根据降额曲线，只有当焊盘温度（TS）等于或低于30°C时，您才能连续以30毫安驱动它。在更现实的汽车内饰温度85°C下，最大连续电流降额至大约22-24毫安。请务必根据您特定应用的温度查阅降额图。

问：“典型值”和“分档值”发光强度有何区别？

答：“典型值”（300 mcd）是规格书中的统计平均值。当您订购时，您会收到来自特定档位（例如，T1：280-355 mcd）的器件。您订单中的所有LED都将具有不低于该档位范围的最小强度，确保了一致性。典型值落在档位范围内。

问：为什么热阻给出了两个不同的值？

答：“实测”值（160 K/W）是直接测量得到的。“电学法”值（125 K/W）是根据正向电压的温度依赖性计算得出的。为了进行保守的热设计，请始终使用较高的“实测”值。

问：需要散热片吗？

答：在中等环境（环境温度≈25°C）下以20毫安连续工作时，功耗约为40毫瓦（20mA * 2.0V），低于82毫瓦的最大值。通常基本的PCB焊盘就足够了。然而，在高温汽车环境（例如85°C）或更高电流下，有必要通过使用PCB上更大的铜焊盘或散热过孔来改善热路径，以将结温保持在125°C以下。

11. 实际设计案例分析

场景：为汽车仪表盘设计一个红色的“车门未关”指示灯。LED将由车辆的12V系统（标称值，但范围可从9V到16V）驱动。仪表盘位置预期的最高PCB温度为85°C。

设计步骤：

  1. 电流选择：在TS= 85°C时检查降额曲线。最大连续电流约为22毫安。为了提供余量并确保长寿命，选择15毫安的驱动电流。
  2. 驱动电路：为简化起见，使用串联电阻。使用最大VF（2.75V）和最小电源电压（发动机启动时的9V）进行最坏情况电流计算。R = (9V - 2.75V) / 0.015A = 416.7Ω。使用标准430Ω电阻。在最大电源电压（16V）下验证电流：I = (16V - 1.75V最小正向电压) / 430Ω = 33.1毫安。这超过了绝对最大额定值！因此，在这种宽电压范围内，简单的电阻驱动是不安全的。
  3. 修订设计：需要一个线性恒流稳压器或一个小型开关LED驱动器，以在9V-16V输入范围内维持稳定的15毫安电流。这确保了亮度一致并保护了LED。
  4. 热设计：LED在15毫安时的功耗约为30毫瓦。即使在85°C下，这也远在限制范围内。热设计的重点转移到电流稳压器上。
  5. 档位选择：指定一个发光强度档位（例如T1），以确保不同车辆中的所有“车门未关”指示灯具有相似的亮度。

12. 工作原理

这是一种半导体发光二极管。当施加超过其特性阈值电压（红色LED约为1.8V）的正向电压时，电子和空穴在半导体有源区（对于红光，通常由铝铟镓磷材料制成）内复合。此复合过程以光子（光）的形式释放能量。半导体层的具体成分决定了发射光的波长（颜色）。塑料PLCC封装保护了半导体芯片，提供了机械保护，并包含一个模塑透镜，该透镜塑造光输出以实现120度的视角。

13. 技术趋势

汽车LED的趋势是朝着更高效率（每瓦更多流明）发展，从而降低功耗和热负荷。这使得可以实现更亮的显示或更低的能耗。同时，封装也在朝着小型化方向发展，同时保持或增加光输出。此外，随着汽车显示器变得更加精密和高端，对更严格的颜色和亮度一致性（更窄的分档）的需求也在增加。将驱动电子器件和多个LED芯片集成到单一的智能模块中是另一个持续的趋势，这简化了汽车制造商的设计。

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。