3020中功率EMC封裝LED規格書 - 3.0x2.0mm - 電壓3.4V - 功率0.5W/0.8W - 冷/中/暖白光 - 中文技術文件

1. 產品概述

本文檔詳細闡述了採用先進EMC（環氧樹脂模塑料）封裝的3020系列中功率LED的技術規格與性能特徵。該系列專為通用照明應用設計，在光效、成本效益和可靠性之間實現了最佳平衡。

1.1 產品定位與核心優勢

3020 LED定位於中功率市場，主要面向對高性能與高性價比有嚴格要求的應用場景。其核心優勢源於其封裝技術和電氣設計。

• 增強型熱性能EMC封裝： 與傳統PPA或PCT塑膠相比，EMC材料具有更優異的導熱性和耐高溫性，從而帶來更好的光通維持率和更長的使用壽命。
• 高光效與性價比（流明/美元）： 此產品旨在提供同類產品中最優嘅每瓦流明同每美元流明指標，非常適合對成本敏感嘅大批量照明項目。
• 功率靈活性： 雖然額定為0.5W系列，但其堅固嘅封裝容許工作功率高達0.8W，為唔同嘅驅動電流需求提供設計靈活性。
• 高色彩品質： 最低顯色指數（CRI）為80，確保良好的色彩還原度，適用於對色彩準確性有要求的一般室內照明。
• 強大的驅動能力： 支援最大正向電流（IF）240mA和脈衝電流（IFP）300mA，可適應各種驅動方案。

1.2 目標市場與關鍵應用

3020 LED的多功能性使其適用於廣泛的照明應用。

• 替換型燈具與燈泡： 直接替換燈泡、光管和筒燈中的傳統白熾燈、慳電膽或舊式LED模組。
• 通用照明： 住宅、商業和工業燈具（如面板燈、格柵燈、高棚燈）的主要光源。
• 背光照明： 用於室內外標識、燈箱同裝飾面板嘅照明。
• 建築與裝飾照明： 重點照明、燈槽照明以及其他需要穩定光輸出和色彩一致性的應用。

2. 深入技術參數分析

所有參數均在標準測試條件下量度：正向電流（IF）= 150mA，環境溫度（Ta）= 25°C，相對濕度（RH）= 60%。

2.1 光電特性

定義LED光輸出同色彩嘅主要性能指標。

• 光通量： 在150mA下，典型值範圍為58 lm至68 lm，具體取決於相關色溫（CCT）分檔。每個分檔亦規定了最低保證值。測量公差為±7%。
• 正向電壓（VF）： 在150mA下，LED兩端的典型壓降為3.4V，範圍從3.1V（最小）到3.4V（典型）。公差為±0.1V。此參數對於驅動設計和熱管理至關重要。
• 視角（2θ1/2）： 典型的110度寬視角提供了寬廣、均勻的光分佈，非常適合一般照明。
• 顯色指數（CRI/Ra）： Ra最低為80，測量公差為±2。這表明具有良好的色彩保真度。
• 反向電流（IR）： 在反向電壓（VR）為5V時，最大為10 μA，表明結完整性良好。

2.2 電氣與絕對最大額定值

這些額定值定義了可能導致永久損壞的操作極限。

• 最大正向電流（IF_max）： 240 mA（直流）。
• 最大脉冲正向电流（IFP_max）： 在特定条件下（脉冲宽度 ≤ 100µs，占空比 ≤ 1/10）为300 mA。
• 最大功耗（PD_max）： 816 mW。呢個係結處允許嘅最大熱損耗功率。
• 最大反向電壓（VR_max）： 5 V。
• 結溫（Tj_max）： 115 °C。半導體結的絕對最高溫度。
• 工作與儲存溫度： -40 °C 至 +85 °C。
• 焊接溫度： 可承受230°C或260°C持續10秒，兼容標準無鉛迴流焊曲線。

2.3 熱特性

有效的熱管理對於性能和壽命至關重要。

• 熱阻（Rθ_J-SP）： 21 °C/W（典型值）。這是從LED結到焊點的熱阻。數值越低，表明從晶片到電路板的熱傳遞越好。此參數是計算結溫相對於焊點溫升的關鍵：ΔTj = PD * Rθ_J-SP。
• 抗靜電放電（ESD）能力： 可承受1000V（人體模型），具有良好的操作穩健性。

3. 分檔系統說明

為確保生產中的顏色和亮度一致性，LED被分選到不同的檔位中。本系列採用多參數分檔系統。

3.1 色溫與色度分檔

本產品提供六個主要CCT分檔，從暖白到冷白，遵循能源之星針對2600K-7000K的分檔定義。

• 型號與CCT範圍：
  • T3427811C-**AA：暖白（典型值2725K，範圍2580K-2870K）
  • T3430811C-**AA：暖白（典型值3045K，範圍2870K-3220K）
  • T3440811C-**AA：中性白（典型值3985K，範圍3710K-4260K）
  • T3450811C-**AA：中性白（典型值5028K，範圍4745K-5311K）
  • T3457811C-**AA：冷白（典型值5665K，範圍5310K-6020K）
  • T3465811C-**AA：冷白（典型值6530K，範圍6020K-7040K）
• 色度分檔結構（表5）： 每個CCT分檔（例如27M5，30M5）由CIE 1931色度圖上的一個橢圓定義。該表指定了橢圓的中心坐標（x，y）、半長軸（a）和半短軸（b）及其旋轉角度（Φ）。色坐標的測量不確定度為±0.007。

3.2 光通量分檔

在每个色度分档内，LED会根据其在150mA电流下的光输出作进一步分选。

• 光通量代码： 諸如E7、E8、E9、F1、F2等代碼代表特定嘅流明範圍。例如，喺27M5色度分檔中：
  • 代碼E7：54 lm（最小）至58 lm（最大）
  • 代碼E8：58 lm至62 lm
  • 代碼E9：62 lm至66 lm
• 可用的光通量代碼因色度分檔而異，通常更高的CCT分檔可提供更高的光通量代碼（例如，最高至F2：70-72 lm）。

3.3 正向電壓分檔

LED亦會根據其正向壓降進行分組，以簡化驅動設計並確保串聯連接時燈串行為一致。

• 電壓代碼：
  • 代碼1：VF = 2.8V 至 3.0V
  • 代碼2：VF = 3.0V 至 3.2V
  • 代碼3：VF = 3.2V 至 3.4V
• VF嘅測量公差為±0.1V。

4. 性能曲線分析

提供嘅圖表提供咗LED喺唔同工作條件下行為嘅關鍵見解。

4.1 IV特性與相對光通量

圖3（IF與相對光通量）： 顯示了驅動電流與光輸出之間的關係。光通量隨電流呈亞線性增長。雖然在更高電流（例如240mA）下驅動會產生更多的總光量，但由於熱損耗和電損耗增加，光效（每瓦流明）通常會降低。設計者必須在輸出要求與光效和熱負載之間取得平衡。

圖4（IF與VF）： 說明了二極管的IV曲線。正向電壓隨電流增加而增加。該曲線對於計算任何工作點的功耗（PD = IF * VF）至關重要，功耗直接影響熱設計。

4.2 溫度依賴性

圖6（Ta與相對光通量）： 展示了環境/焊點溫度升高對光輸出的負面影響。當溫度從25°C升高到85°C時，光通量可能下降約20-30%。這強調了有效的PCB熱設計和散熱器的必要性。

圖7（Ta與正向電壓）： 顯示正向電壓隨溫度升高而線性下降（對於典型的InGaN LED，約為-2mV/°C）。此特性有時可用於結溫估算。

圖8（最大IF與環境溫度）： 一條關鍵嘅降額曲線。必須隨着環境溫度升高而降低最大允許連續正向電流，以防止超過最高結溫（115°C）。例如，喺環境溫度為85°C時，最大允許電流遠低於240mA。

4.3 光譜與色度行為

圖1（光譜分佈）： 白光LED嘅典型光譜，由藍光晶片同螢光粉組合而成。呢幅圖顯示咗嚟自晶片嘅藍光峰值同更闊嘅黃光螢光粉發射。確切嘅形狀決定咗CCT同CRI。

圖5（Ta與CIE x，y偏移）： 繪製咗喺恆定電流下色度座標點樣隨溫度變化。座標沿特定軌跡移動。理解呢種偏移對於需要喺溫度範圍內保持嚴格顏色穩定性嘅應用非常重要。

圖2（視角分佈）： 確認了與110度視角相關的近朗伯發射模式，顯示了強度隨中心角度的變化。

5. 應用指南與設計考量

5.1 熱管理

這是確保性能和壽命的最重要因素。

• PCB設計： 使用金屬基板（MCPCB）或在LED熱焊盤下方有足夠散熱通孔的標準FR4板，以將熱量從焊點傳導出去。
• 結溫計算： 持續監測和控制Tj。可以估算：Tj ≈ Tsp + (PD * Rθ_J-SP)，其中Tsp是焊點處測得的溫度。始終保持Tj低於115°C，並且為了更長的壽命，最好遠低於此值。
• 遵循降額曲線： 嚴格遵守最大電流與環境溫度曲線（圖8）。

5.2 電氣驅動

• 恆流驅動： 必須始終使用恆流LED驅動器。由於VF的負溫度係數，使用恆壓驅動會導致熱失控及失效。
• 電流選擇： 雖然LED可以處理高達240mA嘅電流，但喺測試電流150mA或以下工作通常能夠提供光效、壽命同熱負載嘅最佳平衡。使用圖3中嘅曲線嚟選擇所需光輸出對應嘅適當電流。
• 串聯/並聯配置： 當串聯多個LED時，確保驅動器嘅順從電壓足以滿足燈串VF嘅總和。對於並聯燈串，使用獨立嘅限流或者仔細匹配VF分檔，以防止電流不均。

5.3 光學設計

• 110度的寬視角適用於需要寬泛照明而無需二次光學器件的應用。對於聚焦光束，將需要合適的透鏡或反射器。
• 當混合來自不同生產批次的LED時，請考慮色度分檔，以保持燈具內的顏色均勻性。

5.4 焊接與操作

• 回流焊接： 兼容峰值溫度為230°C或260°C、持續時間不超過10秒的標準無鉛回流焊曲線。遵循推薦的曲線升溫、恆溫和冷卻速率，以避免封裝應力。
• ESD預防措施： 儘管額定為1000V HBM，但在操作和組裝過程中仍應遵守標準ESD預防措施（接地工作站、腕帶）。
• 儲存： 喺規定嘅溫度範圍（-40°C至+85°C）內，儲存喺乾燥、受控嘅環境中。

6. 技術對比與差異化

雖然規格書中未提供與特定競爭對手部件嘅直接並列比較，但可以推斷出呢款3020 EMC封裝嘅關鍵差異化優勢：

• EMC與塑膠封裝（PPA/PCT）對比： 與標準塑膠相比，EMC封裝在高溫和紫外線照射下具有更優異的熱性能和抗黃變/褐變能力。這轉化為更好的光通維持率（L70/L90壽命）和隨時間推移的顏色穩定性。
• 功率密度： 能夠在3020封裝尺寸內可靠地工作至0.8W，提供比許多傳統中功率LED更高的功率密度，可能減少給定流明輸出所需的LED數量。
• 全面的分檔： 多參數分檔（色度、光通量、電壓）為製造商提供了在其最終產品中實現高顏色和亮度一致性的工具，這是高質量燈具的關鍵要求。

7. 常見問題解答（基於技術參數）

問：我可以持續以最大電流240mA驅動這款LED嗎？
答：可以，但前提是您能保證結溫（Tj）保持在115°C以下。這需要卓越的熱管理（從結到環境的熱阻非常低）。對於大多數實際設計，建議在較低電流（如150mA）下工作，以獲得最佳光效和可靠性。

問：在典型工作點的實際功耗是多少？
答：在IF=150mA和VF=3.4V（典型值）下，電功率輸入為 P = 0.15A * 3.4V = 0.51W（510mW）。此值與最大功耗額定值（816mW）之間的差值即為熱設計餘量。

問：如何解讀分檔代碼“T3450811C-**AA，50M5，F1，2”？
答：這將指定一個中性白顏色（典型值5028K，分檔50M5）、光通量在F1範圍（150mA下66-70 lm）、正向電壓為代碼2（3.0V-3.2V）的LED。型號中的“**”可能代表特定的光通量/電壓代碼。

問：點解光輸出會隨溫度升高而降低？
答：兩個主要原因：1) 半導體芯片喺較高溫度下嘅內部量子效率降低。2) 熒光粉層嘅轉換效率降低同可能嘅熱淬滅。有效嘅冷卻可以減輕呢種下降。

問：需唔需要散熱器？
答：对于任何运行在低电流以上（例如>60mA）或在密闭/封闭式灯具中的应用，散热器或具有优异热扩散性能的PCB对于管理结温是绝对必要的。

8. 工作原理簡介

3020 LED係一種基於半導體物理嘅固態光源。核心部件係由氮化銦鎵（InGaN）材料製成嘅芯片。當施加超過二極管閾值電壓嘅正向電壓時，電子同空穴喺芯片嘅有源區內複合，以光子嘅形式釋放能量。喺呢款白光LED中，芯片主要發射藍光。一層熒光粉（通常係摻鈰嘅釔鋁石榴石YAG）沉積喺芯片上。部分藍光被熒光粉吸收並重新發射為黃光。剩餘嘅藍光同轉換後嘅黃光相結合，產生咗白光嘅視覺感知。藍光同黃光嘅精確比例以及特定嘅熒光粉成分決定咗所發射白光嘅相關色溫（CCT）同顯色特性（CRI）。EMC封裝嘅作用係保護精密嘅半導體芯片同熒光粉，提供機械穩定性，形成主光學透鏡，最重要嘅係，為高溫結嘅熱量傳導提供有效路徑。

9. 技術趨勢

以3020等封裝為代表的中功率LED領域持續發展。與本產品相關的關鍵行業趨勢包括：

• 不斷提高的光效： 芯片外延、熒光粉技術同封裝設計嘅持續改進，不斷推動每瓦流明值提高，從而喺相同光輸出下降低能耗。
• 增強嘅色彩品質與一致性： 对于高端照明应用，对更高CRI（Ra > 90，R9 > 50）和更严格的色度分档（例如，麦克亚当椭圆步长2或3）的需求正在增长。荧光粉和分档技术正在进步以满足这一需求。
• 提升嘅可靠性同壽命： 專注於增強材料（如EMC）同製造工藝，以提高對熱應力、濕氣同光衰嘅抵抗力，從而延長L90壽命。
• 小型化同更高功率密度： 趨勢係向更細嘅封裝中集成更多光輸出（例如，從3528到3030再到2835，或者喺相同尺寸下處理更高瓦數），呢個趨勢源於對更細、更時尚燈具嘅需求。
• 智能與可調光照明： 雖然呢款係標準白光LED，但更廣泛嘅市場正朝向能夠動態調整CCT（可調白光）或者集成控制電子元件嘅LED發展，儘管呢啲功能通常喺模組或系統層面實現，而唔係單芯片封裝層面。

3020 EMC LED系列喺呢個不斷發展嘅格局中被定位為一款成熟、經濟高效且可靠嘅「主力軍」，以其堅實嘅技術基礎滿足通用照明嘅核心需求。