SMD LED 綠色 AlInGaP 數據表 - 3.0x1.5x1.1mm - 2.4V - 75mW - 英文技術文件

1. 產品概述

本文件詳細說明一款採用 AlInGaP（磷化鋁銦鎵）晶片以產生綠光的高性能表面貼裝 LED 之規格。此元件採用緊湊且符合業界標準的封裝，專為需要高發光強度及可靠性的應用而設計。其主要優勢包括超高亮度輸出、兼容自動化組裝流程，以及符合 RoHS 與綠色產品標準。目標市場包括消費電子產品、工業指示燈、汽車內飾照明及通用照明模組，這些應用均對顏色與亮度的一致性有嚴格要求。

2. 深入技術參數分析

2.1 絕對最大額定值

此元件在環境溫度 (Ta) 為 25°C 時，額定最大連續順向電流 (DC) 為 30 mA。功耗限制為 75 mW。在脈衝操作下，於 1/10 工作週期及 0.1ms 脈衝寬度條件下，容許峰值順向電流為 80 mA。最大反向電壓為 5 V。工作及儲存溫度範圍規定為 -55°C 至 +85°C。此 LED 可承受 260°C 波峰焊或紅外線焊接 5 秒，以及 215°C 氣相焊接 3 分鐘。當環境溫度高於 50°C 時，順向電流需按 0.4 mA/°C 的降額因子進行調整。

2.2 電氣光學特性

在 Ta=25°C 及順向電流 (IF) 為 20 mA 下量測，關鍵參數如下。發光強度 (IV) 典型值為 600 mcd，最小值為 180 mcd。視角 (2θ1/2)，定義為半強度全角，為 25 度。峰值發射波長 (λP) 典型值為 574 nm，而決定視覺顏色的主波長 (λd) 典型值為 571 nm。譜線半寬度 (Δλ) 為 15 nm。在 20 mA 下，順向電壓 (VF) 範圍為 2.0 V 至 2.4 V。在反向電壓 (VR) 為 5 V 時，反向電流 (IR) 最大值為 10 μA。在 0 V 及 1 MHz 下量測的接面電容 (C) 為 40 pF。

3. Binning System 說明

為確保生產一致性，LED會根據關鍵參數進行分檔。這讓設計師能夠挑選符合特定應用要求嘅電壓、亮度同顏色嘅元件。

3.1 正向電壓分級

順向電壓以0.1 V為級距進行分檔。分檔代碼範圍由4 (1.90V - 2.00V) 至 8 (2.30V - 2.40V)。每個檔位內嘅公差為±0.1 V。這對於限流電阻計算以及確保並聯陣列亮度均勻至關重要。

3.2 發光強度分級

發光強度以對數比例分檔。分檔代碼為：S (180-280 mcd)、T (280-450 mcd)、U (450-710 mcd)、V (710-1120 mcd) 同 W (1120-1800 mcd)。每個檔位適用±15%嘅公差。這允許根據不同亮度要求進行選擇。

3.3 主波長分級

主波長，定義綠色色點，以3 nm為步進進行分檔。分檔代碼為C (567.5-570.5 nm)、D (570.5-573.5 nm) 及 E (573.5-576.5 nm)。每檔公差為±1 nm，確保在全彩顯示器或顏色匹配至關重要的狀態指示器等應用中，顏色具有緊密的一致性。

4. 性能曲線分析

雖然數據表中引用了特定的圖形曲線（圖1、圖6），但其含義可以描述如下。正向電流 (IF) 與發光強度 (IV) 的關係通常是超線性的，這意味著強度在達到某一點之前會以超過比例的方式隨電流增加，之後效率會下降。正向電壓 (VF) 具有負溫度係數；隨著結溫升高，它會略微下降。光譜分佈曲線顯示在574 nm附近有一個窄峰，這是AlInGaP技術的特點，與GaP等舊技術相比，它在綠黃色區域提供了更高的色純度和效率。

5. 機械與封裝資料

5.1 封裝尺寸

該LED採用業界標準的表面貼裝封裝。關鍵尺寸包括本體長度約3.0mm、寬度約1.5mm、高度約1.1mm（此封裝類型的典型尺寸）。器件配備圓頂透鏡，通過塑造光線輸出有助於實現指定的25度視角。除非另有說明，所有尺寸公差均為±0.10 mm。

5.2 極性識別與焊盤設計

陰極通常可透過封裝上的視覺標記來識別，例如凹口、圓點或切角。提供建議的焊盤尺寸以確保正確焊接和機械穩定性。焊盤設計考慮了散熱並防止迴流焊期間發生墓碑效應。通常建議使用略超出封裝外形的焊盤圖案，以形成可靠的焊錫角。

6. 焊接與組裝指引

6.1 回流焊接溫度曲線

提供了兩種建議的迴流溫度曲線：一種適用於標準SnPb焊接製程，另一種適用於無鉛（例如SnAgCu）焊接製程。無鉛製程需要更高的峰值溫度，通常高達260°C，並需嚴格控制液相線以上時間（TAL）。預熱升溫速率和峰值溫度持續時間（260°C下最多5秒）對於防止環氧樹脂透鏡和半導體晶片受到熱衝擊至關重要。

6.2 儲存與處理

LED應儲存於溫度不高於30°C及相對濕度不超過70%嘅環境。若從原裝防潮袋中取出，應於一星期內進行回流焊接。如需喺原包裝外長時間儲存，建議使用裝有乾燥劑嘅密封容器或氮氣環境儲存。若儲存超過一星期，組裝前應以約60°C烘烤至少24小時，以去除吸收嘅濕氣，防止回流焊接時出現「爆米花」現象。

6.3 清潔

只應使用指定清潔劑。建議使用異丙醇（IPA）或乙醇。LED應喺常溫下浸泡少於一分鐘。使用強烈或非指定化學品可能會損壞環氧樹脂透鏡，導致霧化或破裂。

7. 封裝與訂購資料

LED以8毫米寬嘅凸載帶供應，捲裝於7吋（178毫米）直徑嘅捲盤上。標準捲盤數量為1500件。剩餘數量可提供最少500件嘅包裝數量。載帶及捲盤規格符合ANSI/EIA 481-1-A-1994標準。頂部封蓋膠帶會密封空位。捲盤上允許連續缺失元件嘅最大數量為兩個。

8. 應用建議

8.1 典型應用場景

此LED適用於消費及工業設備中，為小型LCD提供背光、狀態及指示燈照明、汽車儀表板照明、裝飾照明，以及面板安裝指示燈。其高亮度特性，即使在光線適中的環境下亦能有效運作。

3.2 設計考慮因素

驅動電路： LED是電流驅動器件。為確保多個並聯LED亮度均勻，強烈建議每個LED串聯一個獨立的限流電阻（電路模型A）。不建議使用單一電阻驅動多個並聯LED（電路模型B），因為個別LED的正向電壓（VF）存在差異，可能導致電流及亮度出現顯著差別。

熱管理： 雖然封裝細小，但必須遵守75 mW的功耗限制，特別是在高環境溫度下。必須遵循降額曲線。在散熱焊盤周圍提供足夠的PCB銅箔面積有助於散熱。

靜電放電保護： AlInGaP 晶片對靜電放電（ESD）敏感。處理時需採取預防措施，包括使用接地手帶、防靜電墊和離子風機。所有設備和工作檯面必須妥善接地。

9. 技術比較

與傳統的 GaP（磷化鎵）綠色 LED 相比，AlInGaP 技術提供顯著更高的發光效率和亮度。它還具有更好的色彩飽和度（更窄的光譜寬度）以及在溫度和電流變化下更佳的穩定性。與使用螢光粉轉換綠光的 InGaN（氮化銦鎵）藍色/白色 LED 相比，真正的綠色 AlInGaP LED 通常在純綠色光譜中具有更高的效能，這使其在需要特定綠色色點或綠色最大效率的應用中更受青睞。

10. 常見問題（基於技術參數）

問：我可以持續以 30 mA 驅動此 LED 嗎？
答：可以，但僅限於環境溫度等於或低於 25°C 時。隨著溫度升高，超過 50°C 後，最大允許電流會根據 0.4 mA/°C 的降額因子而降低。為了確保長期可靠運行，通常的做法是以 20 mA 或更低的電流驅動。

問：點解每個並聯嘅LED都需要獨立嘅電阻？
答：LED嘅正向電壓（VF）存在生產公差同負溫度係數。當多個LED並聯到單一電源並共用一個電阻時，VF嘅微小差異會導致電流分配嚴重不均，造成亮度不一致，甚至可能令個別元件過載。

問：峰值波長同主波長有咩分別？
答：峰值波長（λP）係光譜功率分佈達到最大值時嘅波長。主波長（λd）係根據CIE色度圖計算得出，代表與LED視覺顏色相匹配嘅單一波長。λd對於顏色規格更具參考價值。

問：訂購時應該點樣解讀Bin編碼？
答：你必須明確指定所需嘅Bin編碼，包括正向電壓（例如Bin 5）、發光強度（例如Bin T）同主波長（例如Bin D），以確保獲得嘅元件完全符合你電路嘅壓降、亮度同顏色要求。

11. 實際設計與應用案例

案例：設計一個多LED狀態指示面板
設計師需要在控制面板上設置10個均勻的綠色指示燈。他們選擇了以下分檔的LED：電壓=6 (2.1-2.2V)，光強=T (280-450 mcd)，波長=D (570.5-573.5 nm)。供電電壓為5V。對於每個LED，使用公式 R = (Vsupply - Vf_typical) / If 計算串聯電阻。使用 Vf_typ=2.15V 和 If=20mA，得出 R = (5 - 2.15) / 0.02 = 142.5 Ω。選擇標準的150 Ω電阻，電流約為19mA。這確保了所有10個LED的電流和亮度幾乎完全相同，儘管分檔內的Vf有微小差異，因為每個LED都有自己的電流設定電阻。25度的視角適合面板的預期觀看距離。

12. 技術原理介紹

AlInGaP是一種III-V族化合物半導體材料。發射光的顏色由有源區的帶隙能量決定，可通過調整鋁、銦、鎵和磷的比例來調節。較高的鋁含量會增加帶隙，使發射光譜移向較短波長（綠/黃色）；而較多的銦則會降低帶隙，使發射光譜移向較長波長（橙/紅色）。此LED採用特定的AlInGaP成分，以實現綠色光譜（約571 nm）的發射。當施加正向電壓時，電子和電洞在有源區複合，以光子（光）的形式釋放能量。圓頂形的環氧樹脂透鏡用於有效地提取和導向此光線。

13. 技術發展趨勢

LED技術的趨勢持續朝向更高效率（每瓦更多流明）、更高功率密度以及改善顯色性和一致性發展。對於AlInGaP材料，研究重點在於提高內部量子效率和光提取效率，可能通過如薄膜或倒裝芯片設計等先進芯片結構實現。同時，正在持續開發以擴展AlInGaP在其波長範圍內的色域和穩定性。此外，與智能驅動器的集成以及用於微型顯示應用的微型化也是活躍的發展領域。汽車和專業工業應用對更高可靠性和性能的追求，推動了這些器件在封裝材料和熱管理方面的進步。

LED規格術語

LED技術術語完整解說

光電性能

術語	單位/表示方式	簡易解說	為何重要
發光效能	lm/W (每瓦流明)	每瓦電力所產生的光輸出，數值越高代表能源效益越高。	直接決定能源效益等級及電費成本。
光通量	lm (流明)	光源發出的總光量，俗稱「光亮度」。	決定光線是否足夠明亮。
視角	° (度)，例如：120°	光強度降至一半時的角度，決定光束寬度。	影響照明範圍同均勻度。
CCT（色溫）	K（開爾文），例如 2700K/6500K	光嘅暖感/冷感，數值越低偏黃/暖，越高偏白/冷。	決定照明氛圍同適用場景。
CRI / Ra	無單位，0–100	準確呈現物件顏色的能力，Ra≥80為良好。	影響色彩真實性，用於商場、博物館等高要求場所。
SDCM	MacAdam橢圓步階，例如「5步階」	色彩一致性指標，步階數值越小代表色彩一致性越高。	確保同一批次LED燈顏色均勻一致。
主波長	nm（納米），例如：620nm（紅色）	對應彩色LED燈顏色的波長。	決定紅、黃、綠單色LED燈的色調。
Spectral Distribution	波長與強度曲線	顯示不同波長嘅強度分佈。	影響顯色性同品質。

電氣參數

術語	Symbol	簡易解說	設計考慮因素
正向電壓	Vf	啟動LED所需的最低電壓，類似「啟動閾值」。	驅動器電壓必須≥Vf，串聯LED的電壓會累加。
正向電流	If	正常LED運作時嘅電流值。	Usually constant current drive, current determines brightness & lifespan.
最大脈衝電流	Ifp	短時間內可承受嘅峰值電流，用於調光或閃爍。	Pulse width & duty cycle must be strictly controlled to avoid damage.
反向電壓	Vr	LED可承受的最大反向電壓，超出此值可能導致擊穿。	電路必須防止反接或電壓尖峰。
熱阻	Rth (°C/W)	由晶片到焊錫嘅熱傳遞阻力，數值愈低愈好。	高熱阻需要更強嘅散熱能力。
ESD Immunity	V (HBM)，例如：1000V	抵禦靜電放電嘅能力，數值愈高代表愈不易受損。	生產時需要採取防靜電措施，尤其係對於敏感嘅LED。

Thermal Management & Reliability

術語	關鍵指標	簡易解說	影響
Junction Temperature	Tj (°C)	LED晶片內部嘅實際工作溫度。	每降低10°C，壽命可能倍增；過高會導致光衰、色偏。
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「使用壽命」。
Lumen Maintenance	% (例如：70%)	使用一段時間後所保留的亮度百分比。	表示長期使用下的亮度維持情況。
色偏移	Δu′v′ 或 MacAdam ellipse	使用期間顏色變化的程度。	影響照明場景中嘅顏色一致性。
Thermal Aging	Material degradation	因長期高溫導致嘅劣化。	可能導致亮度下降、顏色改變或開路故障。

Packaging & Materials

術語	常見類型	簡易解說	Features & Applications
封裝類型	EMC, PPA, Ceramic	外殼材料保護晶片，提供光學/熱學介面。	EMC：耐熱性好，成本低；Ceramic：散熱更佳，壽命更長。
晶片結構	正裝，倒裝晶片	晶片電極排列。	倒裝晶片：散熱更佳，效能更高，適用於高功率。
螢光粉塗層	YAG, Silicate, Nitride	覆蓋藍色晶片，將部分轉化為黃/紅色，混合成白光。	不同熒光粉會影響光效、色溫同顯色指數。
透鏡/光學元件	平面、微透鏡、全內反射	表面光學結構用於控制光線分佈。	決定視角同光線分佈曲線。

Quality Control & Binning

術語	分級內容	簡易解說	用途
光通量分級	代碼，例如 2G, 2H	按亮度分組，每組有最低/最高流明值。	確保同一批次亮度均勻。
Voltage Bin	Code e.g., 6W, 6X	按正向電壓範圍分組。	方便驅動器匹配，提升系統效率。
Color Bin	5級麥克亞當橢圓	按色坐標分組，確保範圍緊湊。	保證顏色一致性，避免燈具內出現顏色不均。
色溫區	2700K, 3000K 等。	按色溫分組，每組有對應的坐標範圍。	滿足不同場景的相關色溫（CCT）要求。

Testing & Certification

術語	標準/測試	簡易解說	重要性
LM-80	Lumen maintenance test	恆溫長期點亮，記錄亮度衰減。	用於估算LED壽命（配合TM-21）。
TM-21	壽命估算標準	根據LM-80數據估算實際條件下的壽命。	提供科學的壽命預測。
IESNA	Illuminating Engineering Society	涵蓋光學、電學、熱學測試方法。	業界認可的測試基準。
RoHS / REACH	環境認證。	確保不含有害物質（鉛、汞）。	國際市場准入要求。
ENERGY STAR / DLC	能源效益認證	照明產品的能源效益及性能認證。	用於政府採購、補貼計劃，提升競爭力。