目錄
- 1. 產品概述
- 2. 技術參數詳解
- 2.1 絕對最大額定值 (Ts=25°C)
- 2.2 電氣與光學特性 (Ts=25°C)
- 3. 分級系統說明
- 3.1 光通量分級
- 3.2 順向電壓分級
- 3.3 色度分級
- 4. 性能曲線分析
- 4.1 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V 曲線)
- 4.2 順向電流 vs. 相對光通量
- 4.3 接面溫度 vs. 相對光譜功率
- 4.4 相對光譜功率分佈
- 5. 機械與封裝資訊
- 5.1 封裝尺寸
- 5.2 焊墊圖案與鋼網設計
- 6. 焊接與組裝指南
- 6.1 濕度敏感性與烘烤
- 6.2 儲存條件
- 6.3 迴焊溫度曲線
- 7. 靜電放電 (ESD) 防護
- 8. 應用與設計考量
- 8.1 電路設計
- 8.2 操作注意事項
- 9. 產品命名規則
- 10. 典型應用情境
- 11. 技術比較與差異
- 12. 常見問題 (FAQ)
- 12.1 為何焊接前需要烘烤？
- 12.2 我可以用 3.3V 電源直接驅動這顆 LED 嗎？
- 12.3 不同的分級代碼有何用途？
- 12.4 熱管理有多重要？
- 13. 設計導入案例研究
- 14. 工作原理
- 15. 技術趨勢
1. 產品概述
3020 系列是一款緊湊型、高效能的表面黏著元件 (SMD) LED，專為一般照明應用而設計。此單晶片白光 LED 在效率、可靠性和成本效益之間取得平衡，適用於廣泛的室內外照明解決方案。其主要優勢包括標準 3020 封裝尺寸、穩定的光輸出，以及在指定工作範圍內穩健的熱性能。
2. 技術參數詳解
2.1 絕對最大額定值 (Ts=25°C)
以下參數定義了 LED 的操作極限。超過這些數值可能導致永久性損壞。
- 順向電流 (IF)：90 mA (連續)
- 順向脈衝電流 (IFP)：120 mA (脈衝寬度 ≤ 10ms，工作週期 ≤ 1/10)
- 功率消耗 (PD)：297 mW
- 操作溫度 (Topr)：-40°C 至 +80°C
- 儲存溫度 (Tstg)：-40°C 至 +80°C
- 接面溫度 (Tj)：125°C
- 焊接溫度 (Tsld)：迴焊溫度最高 230°C 或 260°C，時間最長 10 秒。
2.2 電氣與光學特性 (Ts=25°C)
這些是標準測試條件下的典型性能參數。
- 順向電壓 (VF)：3.2 V (典型值)，3.4 V (最大值) @ IF=60mA
- 逆向電壓 (VR)：5 V
- 逆向電流 (IR)：10 µA (最大值)
- 視角 (2θ1/2)：110° (典型值)
3. 分級系統說明
本產品採用全面的分級系統，以確保終端應用中的色彩與性能一致性。
3.1 光通量分級
針對指定色溫（冷白光，演色性 CRI 85，相關色溫 CCT >5000K），光通量在順向電流 60mA 下量測。分級定義如下：
- 代碼 C8：16 lm (最小) 至 17 lm (最大)
- 代碼 C9：17 lm (最小) 至 18 lm (最大)
- 代碼 D1：18 lm (最小) 至 19 lm (最大)
- 代碼 D2：19 lm (最小) 至 20 lm (最大)
光通量量測容差為 ±7%。
3.2 順向電壓分級
順向電壓分級有助於電流調節的電路設計。
- 代碼 B：2.8 V (最小) 至 2.9 V (最大)
- 代碼 C：2.9 V (最小) 至 3.0 V (最大)
- 代碼 D：3.0 V (最小) 至 3.1 V (最大)
- 代碼 E：3.1 V (最小) 至 3.2 V (最大)
- 代碼 F：3.2 V (最小) 至 3.3 V (最大)
- 代碼 G：3.3 V (最小) 至 3.4 V (最大)
電壓量測容差為 ±0.08V。
3.3 色度分級
LED 的色彩定義於 CIE 1931 色度圖上的特定區域內。對於冷白光型號 (CCT >5000K，最高 20000K)，色度座標由定義的多邊形區域（例如規格書中列出的 Wa, Wb, Wc, Wd, We, Wf, Wg1, Wh1）所界定。這確保了發出的白光落在可接受的色彩範圍內。色度座標的允許偏差為 ±0.005。
演色性指數 (CRI) 的容差為 ±2。
4. 性能曲線分析
4.1 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V 曲線)
I-V 曲線是半導體二極體的特性。對於此 LED，順向電壓隨電流呈非線性增加。在典型工作電流 60mA 下，順向電壓約為 3.2V。設計師必須使用限流電路，而非電壓源，以可靠地驅動 LED。
4.2 順向電流 vs. 相對光通量
光輸出隨順向電流增加而增加，但最終會飽和，並且在極高電流下可能因熱效應而下降。曲線顯示，在建議的 60mA 或以下工作可提供最佳效率和壽命。
4.3 接面溫度 vs. 相對光譜功率
隨著接面溫度 (Tj) 升高，光譜功率分佈可能發生偏移。對於白光 LED，這通常表現為相關色溫 (CCT) 的變化和光通量的潛在下降。透過適當的熱管理維持低接面溫度，對於色彩穩定性和光輸出維持至關重要。
4.4 相對光譜功率分佈
白光 LED（通常為螢光粉轉換型）的光譜曲線顯示，來自主要晶片的藍光區域有一個寬峰，而來自螢光粉的黃/紅光發射則更寬。確切的形狀隨 CCT（例如 2600-3700K, 3700-5000K, 5000-10000K）而變化，較冷的 CCT 含有更多藍光成分，較暖的 CCT 含有更多黃/紅光成分。
5. 機械與封裝資訊
5.1 封裝尺寸
此 LED 遵循標準 3020 封裝尺寸：長度約 3.0mm，寬度約 2.0mm。規格書中提供了帶有公差（.X 尺寸為 ±0.10mm，.XX 尺寸為 ±0.05mm）的詳細尺寸圖，供 PCB 佈局參考。
5.2 焊墊圖案與鋼網設計
指定了建議的焊墊佈局和鋼網開口尺寸，以確保在迴焊過程中形成可靠的焊點。遵循這些指南對於正確對位、熱傳導和機械穩定性非常重要。
6. 焊接與組裝指南
6.1 濕度敏感性與烘烤
根據 IPC/JEDEC J-STD-020C 標準，此 3020 LED 被歸類為濕度敏感元件。如果原始防潮袋被打開且元件暴露於環境濕度中，則必須在迴焊前進行烘烤，以防止爆米花損壞。
- 烘烤條件：60°C，持續 24 小時。
- 烘烤後：在 1 小時內焊接，或儲存在乾燥環境中（相對濕度 <20%）。
- 請勿在高於 60°C 的溫度下烘烤。
6.2 儲存條件
- 未開封袋：溫度 5-30°C，濕度 <85%。
- 已開封袋：在 12 小時內使用。儲存在溫度 5-30°C、濕度 <60% 的環境中，最好置於帶有乾燥劑的密封容器或氮氣櫃中。
- 若暴露超過 12 小時，使用前需進行烘烤 (60°C/24h)。
6.3 迴焊溫度曲線
提供兩種標準迴焊曲線：
- 無鉛焊錫：峰值溫度 230°C 或 260°C，並控制液相線以上時間 (TAL)。
- 含鉛焊錫：對應的較低溫度曲線。
遵循建議的升溫、預熱、迴焊和冷卻速率至關重要，以最小化 LED 封裝和內部晶片上的熱應力。
7. 靜電放電 (ESD) 防護
LED 是易受 ESD 損壞的半導體元件，尤其是白光、綠光、藍光和紫光類型。
- 潛在損害：ESD 可能導致立即失效（LED 損壞）或潛在損傷，導致亮度降低、色彩偏移或壽命縮短。
- 防護措施：
- 使用接地的防靜電工作站和地板。
- 操作人員必須佩戴防靜電腕帶、手套和服裝。
- 使用離子風機，並確保焊接設備正確接地。
- 使用防靜電包裝材料。
8. 應用與設計考量
8.1 電路設計
- 驅動方式：務必使用恆流驅動器。避免直接連接到電壓源。
- 限流：強烈建議即使在使用恆流驅動器時，也為每串 LED 串聯一個電阻，以提供額外的電流穩定和保護。
- 極性：組裝時注意正確的陽極/陰極方向。
- 電源順序：測試時，先將驅動器輸出連接到 LED，然後再為驅動器輸入供電，以避免電壓尖峰。
8.2 操作注意事項
不當操作可能導致物理和光學損壞：
- 避免手指接觸：請勿用裸手觸摸矽膠透鏡，因為油脂和壓力可能污染表面或損壞金線/晶片。
- 避免鑷子擠壓：請勿用鑷子擠壓矽膠本體，這可能壓碎晶片或損壞金線。
- 使用正確吸嘴：對於取放機，使用尺寸合適的真空吸嘴，避免壓入柔軟的矽膠中。
- 避免掉落：防止引腳變形。
- 組裝後：請勿將組裝好的 PCB 板直接堆疊在一起，以免刮傷透鏡並對元件施加壓力。
9. 產品命名規則
料號遵循特定的編碼系統：T □□ □□ □ □ □ – □□□ □□
關鍵代碼定義包括：
- 封裝代碼 (例如 34)：3020 封裝尺寸。
- 晶片數量代碼 (例如 S)：'S' 代表單顆小功率晶片。
- 顏色代碼 (例如 W)：'W' 代表冷白光 (>5000K)。其他代碼：L (暖白光)，C (中性白光)，R (紅光) 等。
- 光學代碼 (例如 00)：'00' 代表無主透鏡。
- 光通量分級代碼 (例如 D1)：指定光輸出範圍。
- 順向電壓分級代碼 (例如 D)：指定 Vf 範圍。
10. 典型應用情境
憑藉其緊湊尺寸、良好效率和可靠性能，3020 0.2W 白光 LED 非常適合：
- 背光：LCD 顯示器、指示燈面板、標誌。
- 裝飾照明：燈條、輪廓照明、重點照明。
- 一般照明：整合到燈泡、筒燈和面板燈中，其中使用多顆 LED 組成陣列。
- 消費性電子產品：狀態指示燈、鍵盤背光。
11. 技術比較與差異
與早期的 3528 等封裝相比，3020 提供了更緊湊的尺寸，允許更高密度的 PCB 佈局，並且由於不同的內部結構，可能具有更好的熱管理能力。其 0.2W 的額定功率使其介於極低功率指示燈 LED 和更高功率照明 LED 之間，為許多應用在光輸出和功耗之間提供了良好的折衷。針對光通量、電壓和色度的詳細分級系統，為設計師提供了確保終端產品品質一致性所需的可預測性。
12. 常見問題 (FAQ)
12.1 為何焊接前需要烘烤？
LED 封裝會從空氣中吸收濕氣。在高溫迴焊過程中，這些濕氣迅速轉化為蒸汽，產生內部壓力，可能導致封裝分層或晶片破裂，從而引發故障。烘烤可去除這些吸收的濕氣。
12.2 我可以用 3.3V 電源直接驅動這顆 LED 嗎？
不行。順向電壓會因分級和溫度而變化。3.3V 電源可能在低 Vf 分級的 LED 中導致過大電流，從而引發過熱和故障。務必使用恆流驅動器或帶有串聯限流電阻的電壓源。
12.3 不同的分級代碼有何用途？
分級確保一致性。通過選擇來自相同光通量和色度分級的 LED，照明產品將具有均勻的亮度和色彩。從特定的電壓分級中選擇可以簡化電流調節電路設計。
12.4 熱管理有多重要？
非常重要。超過最大接面溫度 (125°C) 將急劇縮短 LED 的壽命並導致色彩偏移。PCB 應設計為散熱片，並且在沒有足夠冷卻的情況下，LED 不應在絕對最大電流下工作。
13. 設計導入案例研究
情境：為建築重點照明設計線性 LED 燈條。
- 選擇：選擇 3020 LED 是因為其緊湊尺寸，允許每米安裝更多 LED 以實現平滑的光線，且其 0.2W 功率使燈條總功率易於管理。
- 分級：指定來自單一光通量分級（例如 D1）和色度分級的 LED，以確保整條燈條的亮度和色彩一致。
- 電路：LED 以串並聯方式排列。使用恆流驅動器，並根據規格書的建議電路（圖 2），在每個並聯串上串聯一個小電阻，以提供額外的電流平衡和保護。
- 熱管理：燈條使用鋁基板 PCB，以有效散發 LED 的熱量，在連續工作期間將接面溫度維持在遠低於最大額定值的水平。
- 組裝：合約製造商嚴格遵循操作、儲存和迴焊指南，以實現高的一次通過率。
14. 工作原理
白光 LED 通常由一個發藍光的半導體晶片（通常基於 InGaN）塗覆黃色螢光粉構成。當電流通過晶片時，它發出藍光。部分藍光被螢光粉吸收，螢光粉將其重新發射為寬頻譜的黃光。剩餘的藍光與轉換後的黃光混合，被人眼感知為白光。藍光與黃光的確切比例決定了白光的相關色溫 (CCT)。
15. 技術趨勢
像 3020 這樣的 SMD LED 的總體趨勢是朝向更高的發光效率（每瓦更多流明）、改進的演色性指數 (CRI) 以及批次間更好的色彩一致性。同時，也在持續開發各種操作條件下的可靠性和壽命。此外，封裝技術不斷發展，以允許在更小的尺寸下實現更高的功率密度和更好的熱性能。仔細的分級、濕度敏感性處理和 ESD 防護原則，對於所有世代的 LED 技術的品質和可靠性仍然至關重要。
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 | 為什麼重要 |
|---|---|---|---|
| 光效（Luminous Efficacy） | lm/W（流明/瓦） | 每瓦電能發出的光通量，越高越節能。 | 直接決定燈具的能效等級與電費成本。 |
| 光通量（Luminous Flux） | lm（流明） | 光源發出的總光量，俗稱"亮度"。 | 決定燈具夠不夠亮。 |
| 發光角度（Viewing Angle） | °（度），如120° | 光強降至一半時的角度，決定光束寬窄。 | 影響光照範圍與均勻度。 |
| 色溫（CCT） | K（開爾文），如2700K/6500K | 光的顏色冷暖，低值偏黃/暖，高值偏白/冷。 | 決定照明氛圍與適用場景。 |
| 顯色指數（CRI / Ra） | 無單位，0–100 | 光源還原物體真實顏色的能力，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，如"5-step" | 顏色一致性的量化指標，步數越小顏色越一致。 | 保證同一批燈具顏色無差異。 |
| 主波長（Dominant Wavelength） | nm（奈米），如620nm（紅） | 彩色LED顏色對應的波長值。 | 決定紅、黃、綠等單色LED的色相。 |
| 光譜分佈（Spectral Distribution） | 波長 vs. 強度曲線 | 顯示LED發出的光在各波長的強度分佈。 | 影響顯色性與顏色品質。 |
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點亮所需的最小電壓，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正常發光的電流值。 | 常採用恆流驅動，電流決定亮度與壽命。 |
| 最大脈衝電流（Pulse Current） | Ifp | 短時間內可承受的峰值電流，用於調光或閃光。 | 脈衝寬度與佔空比需嚴格控制，否則過熱損壞。 |
| 反向電壓（Reverse Voltage） | Vr | LED能承受的最大反向電壓，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） | 熱量從晶片傳到焊點的阻力，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），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晶片內部的實際工作溫度。 | 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的"使用壽命"。 |
| 流明維持率（Lumen Maintenance） | %（如70%） | 使用一段時間後剩餘亮度的百分比。 | 表徵長期使用後的亮度保持能力。 |
| 色漂移（Color Shift） | Δu′v′ 或 麥克亞當橢圓 | 使用過程中顏色的變化程度。 | 影響照明場景的顏色一致性。 |
| 熱老化（Thermal Aging） | 材料性能下降 | 因長期高溫導致的封裝材料劣化。 | 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 | 保護晶片並提供光學、熱學介面的外殼材料。 | EMC耐熱好、成本低；陶瓷散熱優、壽命長。 |
| 晶片結構 | 正裝、倒裝（Flip Chip） | 晶片電極佈置方式。 | 倒裝散熱更好、光效更高，適用於高功率。 |
| 螢光粉塗層 | YAG、矽酸鹽、氮化物 | 覆蓋在藍光晶片上，部分轉化為黃/紅光，混合成白光。 | 不同螢光粉影響光效、色溫與顯色性。 |
| 透鏡/光學設計 | 平面、微透鏡、全反射 | 封裝表面的光學結構，控制光線分佈。 | 決定發光角度與配光曲線。 |
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，確保顏色落在極小範圍內。 | 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，每組有對應的坐標範圍。 | 滿足不同場景的色溫需求。 |
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 | 在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的壽命。 | 提供科學的壽命預測。 |
| IESNA標準 | 照明工程學會標準 | 涵蓋光學、電氣、熱學測試方法。 | 行業公認的測試依據。 |
| RoHS / REACH | 環保認證 | 確保產品不含有害物質（如鉛、汞）。 | 進入國際市場的准入條件。 |
| ENERGY STAR / DLC | 能效認證 | 針對照明產品的能效與性能認證。 | 常用於政府採購、補貼項目，提升市場競爭力。 |