目錄
- 1. 產品概覽
- 1.1 目標市場與應用
- 2. 深入技術參數分析
- 2.1 光度與光學特性
- 2.2 電氣特性
- 2.3 熱特性
- 3. 絕對最大額定值
- 4. 性能曲線分析
- 4.1 正向電流 vs. 正向電壓 (I-V 曲線)
- 4.2 相對發光強度 vs. 正向電流
- 4.3 溫度依賴性圖表
- 4.4 正向電流降額曲線
- 4.5 允許脈衝處理能力
- 5. 分級系統說明
- 5.1 發光強度分級
- 5.2 主波長分級
- 6. 機械與封裝資料
- 7. 焊接與組裝指引
- 7.1 回流焊接溫度曲線
- 7.2 使用注意事項
- 8. 應用設計考量
- 8.1 驅動電路設計
- 8.2 汽車環境下嘅熱設計
- 8.3 光學整合
- 9. 技術比較與差異
- 10. 常見問題 (基於技術參數)
- 11. 實用設計案例分析
- 12. 工作原理
- 13. 技術趨勢
1. 產品概覽
呢份文件提供 67-21-UR0200L-AM 嘅完整技術規格,呢款係採用 PLCC-2 (塑膠引線晶片載體) 表面貼裝封裝嘅高亮度紅色 LED。主要為汽車行業設計,呢個元件符合車輛應用所需嘅嚴格可靠性同性能標準。佢嘅核心功能係為儀表板指示燈、內飾照明同車廂內其他狀態顯示提供高效、可靠嘅紅色照明。
呢款 LED 嘅主要優勢在於佢嘅性能同耐用性嘅結合。喺標準驅動電流 20 毫安 (mA) 下,佢提供典型 300 毫坎德拉 (mcd) 嘅發光強度,確保極佳嘅可見度。此外,佢具備 120 度嘅寬視角,適合需要從多個角度睇到光源嘅應用。呢款器件符合 AEC-Q101 標準,呢個係汽車行業離散半導體元件嘅基準,確保佢能夠承受汽車環境中典型嘅惡劣環境條件 (溫度、濕度、振動)。同時亦確認符合 RoHS (有害物質限制) 同 REACH (化學品註冊、評估、授權和限制) 規例。
1.1 目標市場與應用
呢款 LED 嘅主要目標市場係汽車電子領域。佢嘅具體應用集中喺車輛內飾,呢度可靠性同長期性能至關重要。
- 汽車內飾照明:用於地圖燈、頂燈、腳坑照明同其他需要紅色指示燈或氛圍燈嘅一般車廂照明功能。
- 儀表組:非常適合儀表板儀表組內嘅警告燈、指示圖標同背光照明。一致嘅顏色同亮度對於清晰嘅駕駛員溝通至關重要。
2. 深入技術參數分析
呢部分對規格書中定義嘅關鍵電氣、光學同熱參數提供詳細、客觀嘅解讀。理解呢啲數值對於正確嘅電路設計同確保長期可靠性至關重要。
2.1 光度與光學特性
呢啲參數定義 LED 嘅光輸出同顏色特性。
- 發光強度 (IV):典型值喺 IF=20mA 時為 300 mcd,最小值為 140 mcd,最大值為 450 mcd。呢個範圍考慮咗正常嘅製造差異。光通量嘅測量公差為 ±8%。
- 主波長 (λd):呢個定義咗紅光嘅感知顏色。典型值為 623 納米 (nm),範圍從 618 nm 到 630 nm。測量公差為 ±1 nm。呢個將 LED 置於標準紅色光譜中。
- 視角 (φ):定義為發光強度下降到峰值一半時嘅離軸角度。呢款 LED 具有 120 度嘅寬視角 (±5° 公差),提供寬廣嘅發射模式。
2.2 電氣特性
呢啲參數對於設計驅動電路同確保 LED 喺其安全工作區內運行至關重要。
- 正向電壓 (VF):LED 上嘅典型壓降喺 IF=20mA 時為 2.0 伏特,範圍從 1.75V 到 2.75V。正向電壓測量公差為 ±0.05V。呢個範圍代表 99% 嘅生產輸出。限流電阻或恆流驅動器對於應對呢種變化係必不可少嘅。
- 正向電流 (IF):建議嘅連續工作電流為 20 mA。器件可以處理最小 3 mA 同絕對最大 30 mA 嘅電流。喺 30 mA 以上操作有永久損壞嘅風險。
2.3 熱特性
管理熱量對於 LED 性能同壽命至關重要。過高嘅結溫會降低光輸出並可能導致過早失效。
- 熱阻 (Rth JS):呢個參數表示熱量從半導體結傳到焊點嘅效率。提供兩個數值:160 K/W (實際,測量值) 同 125 K/W (電氣,計算值)。保守嘅熱設計應使用較高嘅實際值。較低嘅熱阻更好,因為咁樣意味住熱量更容易散發。
- 結溫 (TJ):半導體結嘅最高允許溫度為 125°C。工作環境溫度範圍為 -40°C 至 +110°C。
- 功耗 (Pd):器件可以耗散嘅最大功率為 82 mW。呢個係根據最大正向電流同電壓計算得出 (P = I * V)。
3. 絕對最大額定值
呢啲係任何情況下都唔可以超過嘅應力極限,即使係瞬間都唔得。喺呢啲額定值之外操作可能會導致永久損壞。
- 浪湧電流 (IFM):對於脈衝 ≤ 10 µs 且佔空比非常低 (D=0.005) 嘅情況,為 100 mA。呢個額定值與承受短暫瞬變有關。
- 反向電壓 (VR):呢款器件並非為反向操作而設計。施加反向電壓可以立即摧毀 LED。如果電路中可能出現反向電壓,則需要保護 (例如,並聯一個二極管)。
- 靜電放電 (ESD):額定值為 2 kV (人體模型,HBM)。呢個係中等水平嘅 ESD 保護;組裝期間仍應遵循標準嘅 ESD 處理預防措施。
- 回流焊接溫度:封裝喺回流焊接過程中可以承受 260°C 嘅峰值溫度 30 秒。
4. 性能曲線分析
規格書中嘅圖表說明咗關鍵參數如何隨操作條件變化,為實際設計提供必要數據。
4.1 正向電流 vs. 正向電壓 (I-V 曲線)
呢個基本圖表顯示咗電流同電壓之間嘅指數關係。對於呢款 LED,喺 20 mA 時,電壓通常為 2.0V。呢條曲線對於選擇合適嘅限流電阻或設計恆流驅動器至關重要。電壓隨電流非線性增加。
4.2 相對發光強度 vs. 正向電流
呢個圖表顯示光輸出隨電流增加而增加,但並非完全線性,特別係喺較高電流時。佢有助於確定實現所需亮度水平所需嘅驅動電流,同時考慮效率。
4.3 溫度依賴性圖表
三個關鍵圖表顯示咗結溫 (TJ) 嘅影響:
- 相對發光強度 vs. TJ:光輸出隨溫度升高而降低。對於汽車內飾等炎熱環境中嘅應用,呢個係一個關鍵考量。
- 相對正向電壓 vs. TJ:正向電壓隨溫度升高線性下降 (紅色 LED 通常為 -2 mV/°C)。呢個特性有時可以用於溫度感測。
- 相對波長偏移 vs. TJ:主波長隨溫度輕微偏移 (通常為幾納米),呢個可能會影響關鍵應用中嘅顏色感知。
4.4 正向電流降額曲線
呢個係可靠性最重要嘅圖表之一。佢顯示最大允許連續正向電流作為焊盤溫度 (TS) 嘅函數。隨著環境/焊盤溫度升高,最大安全電流降低。例如,喺最高焊盤溫度 110°C 時,最大允許連續電流為 30 mA。設計師必須根據其應用嘅最壞情況溫度,確保工作電流低於呢條降額線。
4.5 允許脈衝處理能力
呢個圖表定義咗針對唔同脈衝寬度 (tp) 同佔空比 (D) 嘅允許峰值脈衝電流。只要唔超過平均功率同結溫限制,佢允許 LED 以短暫嘅高電流脈衝驅動,以實現非常高嘅瞬時亮度。
5. 分級系統說明
由於製造差異,LED 會根據性能分級。咁樣客戶就可以選擇具有特定特性嘅部件。
5.1 發光強度分級
LED 根據其喺 20mA 時嘅最小發光強度進行分組。規格書列出從 L1 (11.2-14 mcd) 到 GA (18000-22400 mcd) 嘅等級。對於 67-21-UR0200L-AM,典型等級圍繞 300 mcd,呢個可能屬於 T1 (280-355 mcd) 或 T2 (355-450 mcd) 等級。"可能輸出等級" 被突出顯示,表明呢個部件號可用嘅特定強度範圍。
5.2 主波長分級
LED 亦根據其主波長進行分級,以確保顏色一致。等級以 3nm 或 4nm 為步長定義。對於典型波長 623 nm,相關等級為 2124 (621-624 nm)、2427 (624-627 nm) 同 2730 (627-630 nm)。特定訂單嘅具體等級決定咗紅色嘅確切色調。
6. 機械與封裝資料
器件採用標準 PLCC-2 表面貼裝封裝。呢個封裝有兩個引腳,通常包含一個模製塑膠透鏡。確切尺寸,包括長度、寬度、高度同引腳間距,喺機械圖 (PDF 第 7 節) 中提供。推薦嘅焊盤佈局 (第 8 節) 對於實現可靠嘅焊點同 PCB 嘅良好熱連接至關重要。遵守呢啲尺寸有助於防止墓碑效應並確保良好嘅散熱。
7. 焊接與組裝指引
7.1 回流焊接溫度曲線
規格書指定咗峰值溫度為 260°C 持續 30 秒嘅回流曲線。呢個係標準無鉛 (SnAgCu) 回流曲線。預熱、保溫、回流同冷卻速率應根據標準 IPC/JEDEC 指引進行控制,以避免熱衝擊並確保焊點正確形成。
7.2 使用注意事項
一般處理同設計注意事項包括:
- ESD 保護:喺處理同組裝期間使用標準防靜電措施。
- 電流控制:始終使用限流裝置 (電阻或驅動器) 操作 LED。唔好直接連接到電壓源。
- 反向電壓保護:如果可能出現反向偏壓,請實施電路保護。
- 熱管理:設計 PCB 時要有足夠嘅銅面積或散熱通孔來散熱,特別係喺高電流或高環境溫度下操作時。
- 清潔:使用與塑膠封裝相容嘅適當清潔溶劑。
8. 應用設計考量
8.1 驅動電路設計
最簡單嘅驅動方法係串聯電阻。電阻值 (R) 計算為 R = (V電源- VF) / IF。使用規格書中嘅最大 VF(2.75V) 來確保即使係高 VF部件,電流亦唔會超過所需水平。例如,使用 5V 電源同目標 20 mA:R = (5V - 2.75V) / 0.020A = 112.5Ω (使用 110Ω 或 120Ω 標準值)。電阻額定功率應至少為 P = I2* R。為咗更穩定嘅亮度同效率,特別係考慮溫度變化時,建議使用恆流驅動器。
8.2 汽車環境下嘅熱設計
汽車內飾可能會經歷極端溫度。必須仔細應用降額曲線。如果 LED 放置喺熱源附近 (例如,喺陽光照射嘅儀表板後面),局部 PCB 溫度可能會顯著高於車廂空氣溫度。建議進行熱模擬或測量。使用具有連接到 LED 散熱焊盤 (如果有) 嘅內部接地層嘅 PCB 可以大大改善散熱。
8.3 光學整合
120 度視角適合廣域照明。對於聚焦指示燈,可能需要二次光學元件 (透鏡或導光管)。塑膠封裝材料可能具有特定嘅折射率特性,設計相鄰嘅光管或擴散器時應考慮呢一點。
9. 技術比較與差異
與通用 PLCC-2 紅色 LED 相比,呢款部件嘅關鍵區別在於佢嘅AEC-Q101 認證同詳細嘅分級資訊。AEC-Q101 認證涉及一系列應力測試 (高溫工作壽命、溫度循環、耐濕性等),呢啲係通用元件唔會經歷嘅。呢個為汽車應用嘅長期可靠性提供咗更高嘅信心水平。廣泛嘅分級允許喺生產運行中更嚴格地控制亮度同顏色一致性,呢個對於所有警告燈必須匹配嘅汽車儀表組至關重要。
10. 常見問題 (基於技術參數)
問:我可以連續以 30 mA 驅動呢款 LED 嗎?
答:根據降額曲線,只有當焊盤溫度 (TS) 等於或低於 30°C 時,你先可以連續以 30 mA 驅動佢。喺更現實嘅汽車內飾溫度 85°C 下,最大連續電流降額到大約 22-24 mA。請務必根據你特定嘅應用溫度查閱降額圖。
問:"典型" 同 "分級" 發光強度有咩唔同?
答:"典型" (300 mcd) 係規格書中嘅統計平均值。當你訂購時,你會收到來自特定等級(例如,T1: 280-355 mcd) 嘅部件。你訂單中嘅所有 LED 都將具有喺該等級範圍內嘅最小強度,確保一致性。典型值喺等級範圍內。
問:點解熱阻有兩個唔同嘅數值?
答:"實際" 值 (160 K/W) 係直接測量得出嘅。"電氣" 值 (125 K/W) 係根據正向電壓嘅溫度依賴性計算得出嘅。為咗保守嘅熱設計,請始終使用較高嘅 "實際" 值。
問:需要散熱器嗎?
答:喺溫和環境 (環境溫度 ≈ 25°C) 下以 20 mA 連續操作時,功耗約為 40 mW (20mA * 2.0V),低於 82 mW 嘅最大值。基本嘅 PCB 焊盤通常足夠。然而,喺高溫汽車環境 (例如,85°C) 或較高電流下,有必要通過使用 PCB 上更大嘅銅焊盤或散熱通孔來改善熱路徑,以保持結溫低於 125°C。
11. 實用設計案例分析
場景:為汽車儀表組設計一個紅色 "車門未關" 指示燈。LED 將由車輛嘅 12V 系統 (標稱值,但範圍可從 9V 到 16V) 驅動。儀表組位置嘅預期最高 PCB 溫度為 85°C。
設計步驟:
- 電流選擇:檢查 TS= 85°C 時嘅降額曲線。最大連續電流約為 22 mA。為咗提供餘量並確保長壽命,選擇 15 mA 嘅驅動電流。
- 驅動器電路:為簡單起見,使用串聯電阻。使用最大 VF(2.75V) 同最小電源電壓 (引擎啟動時為 9V) 進行最壞情況電流計算。R = (9V - 2.75V) / 0.015A = 416.7Ω。使用標準 430Ω 電阻。驗證最大電源 (16V) 時嘅電流:I = (16V - 1.75V最小 VF) / 430Ω = 33.1 mA。呢個超過咗絕對最大額定值!因此,對於呢個寬電壓範圍,簡單嘅電阻係唔安全嘅。
- 修訂設計:需要一個線性恆流穩壓器或一個小型開關 LED 驅動器,以喺 9V-16V 輸入範圍內保持穩定嘅 15 mA。咁樣可以確保亮度一致並保護 LED。
- 熱設計:LED 喺 15 mA 時嘅功耗約為 30 mW。即使喺 85°C,呢個亦遠低於限制。熱設計嘅重點轉移到電流穩壓器上。
- 等級選擇:指定一個發光強度等級 (例如,T1),以確保唔同汽車中嘅所有 "車門未關" 指示燈具有相似嘅亮度。
12. 工作原理
呢個係一個半導體發光二極管 (LED)。當施加超過其特性閾值 (紅色約為 1.8V) 嘅正向電壓時,電子同空穴喺半導體嘅有源區內 (紅色通常由磷化鋁銦鎵,AlInGaP 製成) 復合。呢個復合過程以光子 (光) 嘅形式釋放能量。半導體層嘅特定成分決定咗發射光嘅波長 (顏色)。塑膠 PLCC 封裝封裝咗半導體晶片,提供機械保護,並包含一個模製透鏡,用於塑造光輸出以實現 120 度視角。
13. 技術趨勢
汽車 LED 嘅趨勢係朝向更高效率 (每瓦更多流明),咁樣可以降低功耗同熱負載。呢個允許更亮嘅顯示或更低嘅能源使用。同時亦存在封裝小型化嘅趨勢,同時保持或增加光輸出。此外,隨著汽車顯示器變得更加精密同高級,對更嚴格嘅顏色同亮度一致性 (更窄嘅分級) 嘅需求正在增加。將驅動器電子元件同多個 LED 晶片集成到單個智能模組中係另一個持續嘅趨勢,簡化咗汽車製造商嘅設計。
LED規格術語詳解
LED技術術語完整解釋
一、光電性能核心指標
| 術語 | 單位/表示 | 通俗解釋 | 點解重要 |
|---|---|---|---|
| 光效(Luminous Efficacy) | lm/W(流明/瓦) | 每瓦電能發出嘅光通量,越高越慳電。 | 直接決定燈具嘅能效等級同電費成本。 |
| 光通量(Luminous Flux) | lm(流明) | 光源發出嘅總光量,俗稱"光亮度"。 | 決定燈具夠唔夠光。 |
| 發光角度(Viewing Angle) | °(度),例如120° | 光強降至一半時嘅角度,決定光束闊窄。 | 影響光照範圍同均勻度。 |
| 色溫(CCT) | K(開爾文),例如2700K/6500K | 光嘅顏色冷暖,低值偏黃/暖,高值偏白/冷。 | 決定照明氣氛同適用場景。 |
| 顯色指數(CRI / Ra) | 無單位,0–100 | 光源還原物體真實顏色嘅能力,Ra≥80為佳。 | 影響色彩真實性,用於商場、美術館等高要求場所。 |
| 色容差(SDCM) | 麥克亞當橢圓步數,例如"5-step" | 顏色一致性嘅量化指標,步數越細顏色越一致。 | 保證同一批燈具顏色冇差異。 |
| 主波長(Dominant Wavelength) | nm(納米),例如620nm(紅) | 彩色LED顏色對應嘅波長值。 | 決定紅、黃、綠等單色LED嘅色相。 |
| 光譜分佈(Spectral Distribution) | 波長 vs. 強度曲線 | 顯示LED發出嘅光喺各波長嘅強度分佈。 | 影響顯色性同顏色品質。 |
二、電氣參數
| 術語 | 符號 | 通俗解釋 | 設計注意事項 |
|---|---|---|---|
| 順向電壓(Forward Voltage) | Vf | LED點亮所需嘅最小電壓,類似"啟動門檻"。 | 驅動電源電壓需≥Vf,多個LED串聯時電壓累加。 |
| 順向電流(Forward Current) | If | 使LED正常發光嘅電流值。 | 常採用恆流驅動,電流決定亮度同壽命。 |
| 最大脈衝電流(Pulse Current) | Ifp | 短時間內可承受嘅峰值電流,用於調光或閃光。 | 脈衝寬度同佔空比需嚴格控制,否則過熱損壞。 |
| 反向電壓(Reverse Voltage) | Vr | LED能承受嘅最大反向電壓,超過則可能擊穿。 | 電路中需防止反接或電壓衝擊。 |
| 熱阻(Thermal Resistance) | Rth(°C/W) | 熱量從芯片傳到焊點嘅阻力,值越低散熱越好。 | 高熱阻需更強散熱設計,否則結溫升高。 |
| 靜電放電耐受(ESD Immunity) | V(HBM),例如1000V | 抗靜電打擊能力,值越高越不易被靜電損壞。 | 生產中需做好防靜電措施,尤其高靈敏度LED。 |
三、熱管理與可靠性
| 術語 | 關鍵指標 | 通俗解釋 | 影響 |
|---|---|---|---|
| 結溫(Junction Temperature) | Tj(°C) | LED芯片內部嘅實際工作溫度。 | 每降低10°C,壽命可能延長一倍;過高導致光衰、色漂移。 |
| 光衰(Lumen Depreciation) | L70 / L80(小時) | 亮度降至初始值70%或80%所需時間。 | 直接定義LED嘅"使用壽命"。 |
| 流明維持率(Lumen Maintenance) | %(例如70%) | 使用一段時間後剩餘亮度嘅百分比。 | 表徵長期使用後嘅亮度保持能力。 |
| 色漂移(Color Shift) | Δu′v′ 或 麥克亞當橢圓 | 使用過程中顏色嘅變化程度。 | 影響照明場景嘅顏色一致性。 |
| 熱老化(Thermal Aging) | 材料性能下降 | 因長期高溫導致嘅封裝材料劣化。 | 可能導致亮度下降、顏色變化或開路失效。 |
四、封裝與材料
| 術語 | 常見類型 | 通俗解釋 | 特點與應用 |
|---|---|---|---|
| 封裝類型 | EMC、PPA、陶瓷 | 保護芯片並提供光學、熱學介面嘅外殼材料。 | EMC耐熱好、成本低;陶瓷散熱優、壽命長。 |
| 芯片結構 | 正裝、倒裝(Flip Chip) | 芯片電極佈置方式。 | 倒裝散熱更好、光效更高,適用於高功率。 |
| 螢光粉塗層 | YAG、硅酸鹽、氮化物 | 覆蓋喺藍光芯片上,部分轉化為黃/紅光,混合成白光。 | 唔同螢光粉影響光效、色溫同顯色性。 |
| 透鏡/光學設計 | 平面、微透鏡、全反射 | 封裝表面嘅光學結構,控制光線分佈。 | 決定發光角度同配光曲線。 |
五、質量控制與分檔
| 術語 | 分檔內容 | 通俗解釋 | 目的 |
|---|---|---|---|
| 光通量分檔 | 代碼例如 2G、2H | 按亮度高低分組,每組有最小/最大流明值。 | 確保同一批產品亮度一致。 |
| 電壓分檔 | 代碼例如 6W、6X | 按順向電壓範圍分組。 | 便於驅動電源匹配,提高系統效率。 |
| 色區分檔 | 5-step MacAdam橢圓 | 按顏色坐標分組,確保顏色落喺極細範圍內。 | 保證顏色一致性,避免同一燈具內顏色不均。 |
| 色溫分檔 | 2700K、3000K等 | 按色溫分組,每組有對應嘅坐標範圍。 | 滿足唔同場景嘅色溫需求。 |
六、測試與認證
| 術語 | 標準/測試 | 通俗解釋 | 意義 |
|---|---|---|---|
| LM-80 | 流明維持測試 | 喺恆溫條件下長期點亮,記錄亮度衰減數據。 | 用於推算LED壽命(結合TM-21)。 |
| TM-21 | 壽命推演標準 | 基於LM-80數據推算實際使用條件下嘅壽命。 | 提供科學嘅壽命預測。 |
| IESNA標準 | 照明工程學會標準 | 涵蓋光學、電氣、熱學測試方法。 | 行業公認嘅測試依據。 |
| RoHS / REACH | 環保認證 | 確保產品不含有害物質(例如鉛、汞)。 | 進入國際市場嘅准入條件。 |
| ENERGY STAR / DLC | 能效認證 | 針對照明產品嘅能效同性能認證。 | 常用於政府採購、補貼項目,提升市場競爭力。 |