EL 2020 方塊燈 LED 規格書 - SMD 封裝 - 冷白光 - 50流明 @ 140mA - 3.0V - 120° 視角 - 技術文件

1. 產品概覽

EL 2020 方塊燈係一款高性能表面貼裝器件（SMD）LED，專為要求嚴苛嘅汽車照明應用而設計。呢個元件代表咗一個緊湊且可靠嘅固態照明解決方案，提供現代車輛系統所需嘅光輸出、效率同穩健性之間嘅平衡。其核心設計理念係喺汽車環境典型嘅寬廣溫度範圍同惡劣環境條件下提供穩定嘅性能。

呢款LED提供冷白光色溫，針對需要明亮、中性至略帶藍調白光嘅應用。封裝設計適合自動化組裝流程，方便大批量生產。呢個器件嘅一個關鍵優勢係佢符合AEC-Q102離散光電半導體應力測試認證，呢個係汽車級元件嘅行業標準。咁樣確保咗達到或超越汽車原廠要求嘅可靠性同使用壽命水平。

2. 深入技術參數分析

2.1 光度與電氣特性

主要光度特性係喺正向電流（I_F）為140 mA時，典型光通量為50流明（lm）。必須注意光通量嘅指定測量公差為±8%，呢個係考慮咗正常生產差異。相同條件下嘅最小值同最大值分別為45 lm同70 lm，定義咗性能窗口。

電氣方面，器件喺140 mA時表現出典型正向電壓（V_F）為3.0伏特，範圍從2.75 V到3.5 V。正向電壓測量公差指定為±0.05V。器件具有寬廣嘅工作正向電流範圍，從最小10 mA到絕對最大額定值250 mA。光學性能特點係120度嘅寬視角（公差為±5°），提供適合各種照明光學器件嘅寬廣、均勻輻射模式。

2.2 熱特性與絕對最大額定值

熱管理對於LED性能同壽命至關重要。規格書指定咗兩個熱阻值：從結點到焊點嘅實際熱阻（R_{th JS real}）通常為24 K/W（最大32 K/W），而電氣導出值（R_{th JS el}）通常為17 K/W（最大23 K/W）。較低嘅電氣值通常用作保守設計指引。

絕對最大額定值定義咗為防止永久損壞而絕不能超過嘅操作限制。關鍵額定值包括：

• 功耗（P_d）：875 mW
• 正向電流（I_F）：250 mA（連續）
• 浪湧電流（I_FM）：對於≤10 μs嘅脈衝，低佔空比（D=0.005）下為750 mA
• 結點溫度（T_J）：150 °C
• 工作與儲存溫度：-40 °C 至 +125 °C
• ESD敏感性（HBM）：8 kV
• 回流焊溫度：峰值260°C，最多30秒

遵守呢啲限制對於可靠操作至關重要。

3. 分級系統說明

為咗管理生產差異並允許精確嘅系統設計，LED會根據關鍵參數進行分級。

3.1 光通量分級

光通量分為三個等級：

• F4：45 lm（最小）至 52 lm（最大）
• F5：52 lm（最小）至 60 lm（最大）
• F6：60 lm（最小）至 70 lm（最大）

50 lm嘅典型值屬於F4等級。設計師必須根據其應用所需嘅光輸出選擇合適嘅等級。

3.2 正向電壓分級

正向電壓亦都分級，以幫助驅動電路設計同電源管理：

• 2730：2.75 V（最小）至 3.0 V（最大）
• 3032：3.0 V（最小）至 3.25 V（最大）
• 3235：3.25 V（最小）至 3.5 V（最大）

3.3 顏色（色度）分級

冷白光發射係喺CIE 1931色度空間內定義嘅。規格書提供咗四個唔同等級（63M, 61M, 58M, 56M）嘅角點坐標，對應於相關色溫（CCT）範圍：

• 63M：~6100K 至 6600K
• 61M：~5800K 至 6300K
• 58M：~5600K 至 6100K
• 56M：~5300K 至 5800K

CIE色度圖上嘅圖形表示將呢啲等級顯示為四邊形。顏色坐標嘅指定測量公差為±0.005。呢種分級確保咗組裝中多個LED嘅顏色一致性。

4. 性能曲線分析

4.1 IV曲線與相對光通量

正向電流與正向電壓圖顯示咗特徵性指數關係。喺140 mA嘅典型工作點，V_F約為3.0V。呢條曲線對於設計限流電路至關重要。

相對光通量與正向電流圖表明光輸出與電流呈次線性關係。雖然輸出隨電流增加而增加，但由於結點溫度升高同其他因素，效率（每瓦流明）通常喺較高電流下會降低。條曲線係以140 mA時嘅光通量為基準進行歸一化嘅。

4.2 溫度依賴性

兩條關鍵曲線說明咗性能隨結點溫度（T_j）嘅變化。

• 相對光通量與結點溫度：顯示光輸出隨T_j升高而減少。有效嘅散熱對於維持所需亮度至關重要。
• 相對正向電壓與結點溫度：表明V_F具有負溫度係數，隨T_j升高而線性下降。呢個特性有時可以用於溫度感測。
• 色度偏移與結點溫度：繪製CIE x同y坐標嘅變化，顯示喺整個溫度範圍內偏移極小，呢點對於顏色穩定性好重要。

4.3 光譜分佈與輻射模式

相對光譜分佈圖繪製咗從400nm到800nm嘅強度與波長關係。佢顯示LED芯片主要發射喺藍色區域（約450-455nm）有一個峰值，而磷光體塗層產生嘅更寬嘅次級峰值喺黃色區域（約550-600nm），兩者結合產生冷白光。

輻射特性典型圖直觀地表示咗120°視角，顯示咗相對於中心線（0°）嘅發光強度角分佈。

4.4 降額與脈衝處理

正向電流降額曲線係一個重要嘅設計工具。佢繪製咗最大允許連續正向電流與焊盤溫度（T_S）嘅關係。隨著T_S升高，必須降低最大允許電流以防止超過150°C嘅T_J（最大）值。例如，喺T_S為125°C時，最大I_F為250 mA。

允許脈衝處理能力圖定義咗對於給定脈衝寬度（t_FP）同佔空比（D），焊點溫度為25°C時允許嘅峰值脈衝電流（I_p）。呢個對於使用脈衝驅動方案嘅應用至關重要。

5. 機械、封裝與組裝資訊

5.1 機械尺寸

規格書包含LED封裝嘅詳細機械圖紙。關鍵尺寸（以毫米為單位）定義咗佔地面積、高度同引腳位置。除非另有說明，公差通常為±0.1mm。呢張圖紙對於PCB佔地面積設計同確保最終組裝中嘅正確配合至關重要。

5.2 推薦焊接焊盤佈局

另一張圖紙提供咗PCB上推薦嘅銅焊盤圖案，以實現最佳焊接效果。呢個包括電氣端子同熱焊盤嘅焊盤尺寸同間距。遵循呢個建議可以確保良好嘅焊點形成、適當嘅熱傳遞到PCB同機械穩定性。

6. 焊接、組裝與處理指引

6.1 回流焊溫度曲線

該元件額定最大峰值回流焊溫度為260°C，持續30秒。應使用典型嘅回流焊溫度曲線，包括受控嘅預熱、保溫、回流同冷卻階段，以最小化熱衝擊並確保可靠嘅焊點，而不損壞LED封裝或內部材料。

6.2 使用注意事項

一般處理注意事項包括避免對封裝施加機械應力、防止透鏡污染，以及喺處理同組裝期間使用適當嘅ESD控制措施，因為該器件額定ESD為8kV HBM。

6.3 濕度敏感性與儲存

LED嘅濕度敏感等級（MSL）為2。呢個意味住封裝可以暴露喺工廠車間條件（≤30°C/60% RH）下長達一年，然後喺回流焊之前需要烘烤。對於更長嘅儲存時間或打開包裝袋後，應遵循IPC/JEDEC標準嘅特定烘烤程序，以防止回流焊期間出現“爆米花”現象。

7. 環境合規與可靠性

該器件符合RoHS（有害物質限制）同REACH法規。佢亦被指定為無鹵素，對溴（Br）同氯（Cl）含量有限制（Br <900 ppm，Cl <900 ppm，Br+Cl <1500 ppm）。

一個重要嘅可靠性特點係佢喺富含硫環境中嘅性能。該器件符合硫測試A1級標準，表明對大氣中硫引起嘅腐蝕具有高抵抗力，呢個係汽車同工業環境中常見嘅問題。

8. 應用備註與設計考量

8.1 主要應用：汽車照明

主要預期應用係汽車照明。潛在使用案例包括內飾照明（頂燈、地圖燈、腳坑照明、氛圍照明）、外部信號燈（中央高位剎車燈 - CHMSL），以及可能嘅輔助照明。AEC-Q102認證、寬廣嘅溫度範圍同抗硫性使其適合呢啲惡劣環境。

8.2 驅動電路設計

設計師必須實施恆流驅動電路，而非恆壓電源，以確保穩定嘅光輸出並防止熱失控。驅動器應設計為適應正向電壓等級範圍。熱管理係不容妥協嘅；PCB必須提供從LED熱焊盤到散熱器或電路板銅層嘅足夠熱路徑，以將結點溫度保持喺安全限制內，特別係喺高電流或高環境溫度下工作時。

8.3 光學設計

120°視角提供咗靈活性。對於需要聚焦光束嘅應用，將需要二次光學器件（反射器、透鏡）。寬視角對於需要喺區域上均勻、漫射照明嘅應用有益。

9. 技術比較與定位

與標準商業級LED相比，呢個元件嘅關鍵區別在於其汽車級認證（AEC-Q102）、擴展嘅工作溫度範圍（-40°C至+125°C）以及特定嘅抗硫腐蝕性。呢啲特點以更高成本為代價，但對於汽車安全同可靠性標準係必需嘅。喺汽車LED市場中，其喺140mA下50lm嘅輸出將其定位為一款中功率器件，適合除簡單指示功能之外嘅廣泛應用。

10. 常見問題解答 (FAQs)

問：呢款LED嘅典型效率（每瓦流明）係幾多？

答：喺典型工作點（140mA，3.0V，50lm），輸入功率為0.42W（140mA * 3.0V）。效率約為119 lm/W（50lm / 0.42W）。

問：我可以用12V汽車電池直接驅動呢款LED嗎？

答：唔可以。LED需要恆流驅動器。直接將其連接到12V電源會導致過大電流，立即損壞器件。需要一個將電流調節到所需水平（例如140mA）嘅驅動電路。

問：我應該點樣理解兩個唔同嘅熱阻值？

答：對於保守嘅熱設計計算，請使用較高嘅“實際”熱阻值（R_{th JS real}典型值24 K/W）。電氣值係從一種測量技術導出嘅，通常較低。

問：MSL 2對我嘅生產流程意味住乜嘢？

答：MSL 2意味住元件可以喺受控條件（≤30°C/60%RH）下喺其密封嘅防潮袋中儲存長達12個月。一旦打開包裝袋，您通常有1週時間完成回流焊，之後部件可能需要烘烤。

11. 設計與使用案例分析

場景：設計一個汽車內飾頂燈。

設計師需要為頂燈組裝提供明亮嘅白光。佢哋選擇咗呢款LED嘅F5光通量等級（52-60 lm）同61M顏色等級（~5800-6300K），以獲得中性白色外觀。佢哋設計咗一個具有精確推薦焊接焊盤佈局嘅PCB。選擇咗一個恆流降壓驅動器IC，從車輛嘅12V系統提供140mA。使用降額曲線同熱阻進行熱分析：如果PCB嘅熱管理將焊盤溫度保持喺85°C以下，LED可以以其全額定140mA運行。寬廣嘅120°視角非常適合均勻照亮車廂，而無需複雜嘅二次光學器件。AEC-Q102認證使設計師對該元件喺呢個汽車應用中嘅長期可靠性充滿信心。

12. 工作原理

呢個係一款磷光體轉換白光LED。核心係一個半導體芯片，通常由氮化銦鎵（InGaN）製成，當電流通過時會發射藍色光譜嘅光（電致發光）。呢啲藍光部分被沉積喺芯片上或附近嘅一層摻鈰釔鋁石榴石（YAG:Ce）磷光體塗層吸收。磷光體吸收一部分藍色光子並重新發射更寬光譜嘅光，主要喺黃色區域。剩餘藍光同轉換後黃光嘅混合物被人眼感知為白光。藍光與黃光發射嘅確切比例由磷光體成分同厚度控制，決定咗相關色溫（CCT），從而產生指定嘅“冷白光”輸出。

13. 技術趨勢

汽車LED照明嘅總體趨勢係朝向更高效率（每瓦更多流明）、更高功率密度同改進可靠性。同時亦都推動更精確嘅顏色控制同更高嘅顯色指數（CRI），以獲得更好嘅視覺感知。集成係另一個趨勢，多芯片封裝同集成驅動器或控制電路嘅封裝變得越來越普遍。此外，越來越關注智能、自適應照明系統，呢啲系統可能需要能夠非常快速開關或調光嘅LED。雖然呢份規格書描述咗一個離散、單芯片元件，但底層技術繼續發展以滿足未來汽車照明系統嘅呢啲需求，包括先進嘅前照燈同動態信號燈。