3020 系列單晶片 0.2W 白光 LED 規格書 - 尺寸 3.0x2.0mm - 電壓 3.2V - 功率 0.2W - 繁體中文技術文件

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，專為需要可靠、節能白光光源的通用照明應用而設計。此單晶片、0.2W 白光 LED 在發光效率、熱性能與成本效益之間取得平衡，使其適用於廣泛的商業與工業照明產品。

其核心優勢包括 3.0mm x 2.0mm 的緊湊佔位面積、110 度的寬廣視角，以及適合標準迴流焊製程的堅固結構。目標市場涵蓋背光模組、裝飾照明、指示燈，以及整合於各種消費性電子產品與標誌看板。

2. 技術參數與規格

2.1 絕對最大額定值 (T_s=25°C)

以下參數定義了可能導致 LED 永久損壞的極限值。在此條件下操作不保證其性能。

• 順向電流 (I_F):80 mA (連續)
• 順向脈衝電流 (I_FP):120 mA (脈衝寬度 ≤10ms，工作週期 ≤1/10)
• 功率消耗 (P_D):280 mW
• 操作溫度 (T_opr):-40°C 至 +80°C
• 儲存溫度 (T_stg):-40°C 至 +80°C
• 接面溫度 (T_j):125°C
• 焊接溫度 (T_sld):230°C 或 260°C，持續 10 秒 (迴流焊)

2.2 電氣-光學特性 (T_s=25°C, I_F=60mA)

此為標準測試條件下的典型性能參數。

• 順向電壓 (V_F):典型值 3.2V，最大值 3.5V
• 逆向電壓 (V_R):5V
• 逆向電流 (I_R):最大值 10 µA
• 視角 (2θ_1/2):110°

3. 分級系統說明

產品依等級分類，以確保應用中的色彩與亮度一致性。訂購代碼定義了這些等級。

3.1 型號編碼規則

料號結構為：T [形狀代碼] [晶片數量] [透鏡代碼] [內部代碼] - [光通量代碼] [相關色溫代碼]。例如，T3400SLA 對應 3020 形狀 (34)、單顆小功率晶片 (S)、無透鏡 (00)、內部代碼 A，最終後綴定義了特定的光通量與相關色溫等級。

3.2 相關色溫 (CCT) 分級

LED 在 CIE 色度圖上被分入特定的色度橢圓內，以保證色彩均勻性。標準訂購等級為：

• 2725K ±145K (等級 27M5)
• 3045K ±175K (等級 30M5)
• 3985K ±275K (等級 40M5)
• 5028K ±283K (等級 50M5)
• 5665K ±355K (等級 57M7)
• 6530K ±510K (等級 65M7)

每個等級由橢圓中心點 (x, y)、長/短軸半徑與旋轉角度定義，符合 5 階或 7 階麥克亞當橢圓標準，以實現嚴格的色彩控制。

3.3 光通量分級

光通量以 60mA 下的最小值分級。表格定義了暖白光 (2700-3700K)、中性白光 (3700-5000K) 與冷白光 (5000-7000K) 的最小與典型光通量範圍，每種均提供標準 (CRI≥70) 與高演色性 (CRI≥80) 版本。代碼範圍從 D1 (例如，最小 18-19 lm) 到 D8 (例如，最小 25-26 lm)。

3.4 順向電壓分級

為協助多顆 LED 設計中的電流匹配，V_F以 0.1V 為間隔分級。等級為：B (2.8-2.9V)、C (2.9-3.0V)、D (3.0-3.1V)、E (3.1-3.2V)、F (3.2-3.3V)、G (3.3-3.4V)、H (3.5-3.6V)。

3.5 量測公差

• 光通量：±7%
• 順向電壓：±0.08V
• 演色性指數 (CRI)：±2
• 色度座標：±0.005

4. 性能曲線分析

4.1 電流-電壓 (I-V) 特性曲線

此圖表顯示順向電壓與順向電流之間的關係。該曲線是基於 GaN 的 LED 典型特性，在導通電壓 (~2.7V) 後呈現指數上升。在建議的 60mA 下操作可確保最佳效率與使用壽命，避免進入效率下降且熱產生顯著增加的高電流區域。

4.2 相對光通量 vs. 順向電流

此曲線展示了光輸出對驅動電流的依賴性。雖然光通量隨電流增加而增加，但在較高電流下，由於效率下降與接面溫度升高，其增加會變得次線性。選擇 60mA 操作點是為了平衡輸出與效率。驅動電流超過絕對最大額定值 (80mA 連續) 將顯著降低使用壽命與可靠性。

4.3 光譜功率分佈 (SPD)

相對光譜能量曲線顯示了不同 CCT 範圍 (2600-3700K、3700-5000K、5000-10000K) 的發射光譜。冷白光 LED 具有來自晶片的較強藍光峰值，以及較少的螢光粉轉換黃/紅光；而暖白光 LED 則顯示更明顯的寬螢光粉發射，導致較高的紅光光譜成分與較低的相關色溫。

4.4 接面溫度 vs. 相對光譜能量

此圖表說明了接面溫度 (T_j) 對 LED 光譜的影響。隨著 T_j升高，整體光譜輸出通常會減少 (效率下降)，且峰值波長可能略微偏移。有效的熱管理對於在產品壽命期間維持一致的色點與光輸出至關重要。

5. 機械與封裝資訊

5.1 外型尺寸

LED 封裝尺寸為 3.0mm (長) x 2.0mm (寬)。尺寸圖標明了所有關鍵尺寸，包括透鏡高度與焊墊位置。公差定義為：.X 尺寸 ±0.10mm，.XX 尺寸 ±0.05mm。

5.2 焊墊佈局與鋼網設計

提供了建議的 PCB 焊墊圖案 (焊墊佈局) 與錫膏鋼網設計的獨立圖示。焊墊圖案確保了正確的焊點形成與機械穩定性。鋼網設計控制了沉積的錫膏量，這對於實現可靠的焊點至關重要，可避免橋接或錫量不足。遵循這些指南對於高良率的組裝至關重要。

5.3 極性識別

陰極通常標示在 LED 封裝上。焊墊佈局圖也標示了陽極與陰極連接。組裝時必須注意正確的極性，以防止逆向偏壓，這在電壓超過逆向電壓額定值 (5V) 時可能損壞 LED。

6. 焊接與組裝指南

6.1 濕度敏感性與烘烤

3020 LED 封裝具有濕度敏感性 (依據 IPC/JEDEC J-STD-020C 進行 MSL 分級)。打開防潮袋後暴露於環境濕度中，可能導致在迴流焊接過程中因水氣快速膨脹而產生爆米花效應或分層。

• 儲存：未開封的袋子應儲存在 30°C/85% RH 以下。開封後，儲存在 5-30°C，濕度盡可能低 (建議 <20% RH)。
• 車間壽命：必須控制從開袋到迴流焊之間的時間。開袋後立即檢查袋內的濕度指示卡。
• 烘烤條件：若 LED 已暴露於超出規格的濕度環境，則必須在迴流焊前進行烘烤。建議烘烤條件：在原捲帶上以 60°C 烘烤 24 小時。切勿超過 60°C。烘烤後應在 1 小時內使用，或儲存在乾燥櫃中 (<20% RH)。

6.2 迴流焊接溫度曲線

此 LED 可承受峰值迴流溫度 230°C 或 260°C，最長 10 秒。適用標準無鉛 (SAC305) 迴流溫度曲線。確保控制升溫速率以最小化熱衝擊。切勿超過提供的最大焊接溫度額定值，以避免損壞環氧樹脂透鏡、螢光粉或打線接合。

7. 包裝與訂購資訊

LED 通常以捲帶包裝供應，適用於自動化取放組裝。具體的捲帶尺寸與包裝數量應向供應商確認。訂購時需使用完整的型號，該型號指定了所有分級參數：形狀、晶片數量、透鏡、CCT 與光通量。標準供應範圍外的客製化等級組合可依需求提供。

8. 應用建議與設計考量

8.1 典型應用場景

• 背光：用於 LCD、標誌看板與顯示器的側光式或直下式面板。
• 裝飾照明：重點照明、輪廓照明與情境照明。
• 通用照明：整合為陣列，用於燈泡、燈管與面板。
• 指示燈：家電與電子設備上的狀態指示燈。

8.2 設計考量

• 電流驅動：使用恆流驅動器，而非恆壓源，以獲得穩定一致的光輸出。建議操作電流為 60mA。
• 熱管理：儘管功率低，有效的散熱對於維持光通量、色彩穩定性與長使用壽命至關重要。確保 PCB 具有足夠的散熱孔與銅箔面積，並連接至 LED 的散熱焊墊 (若適用) 或陰極焊墊。
• 光學設計：110 度的視角提供了寬廣、擴散的光照。如需聚焦光束，則需要二次光學元件 (透鏡、反射器)。
• 電氣佈局：保持驅動走線短而寬，以最小化電壓降。在陣列中，考慮盡可能將 LED 串聯以確保電流相同，或使用帶有獨立限流電阻的並聯串，並從相同的 V_F等級中選擇 LED 以獲得更好的電流平衡。

9. 技術比較與差異化

與 3528 等舊型封裝相比，3020 提供了更緊湊的佔位面積，可能實現更高的設計密度。其單晶片、0.2W 的設計為需要比典型 0.1W LED 更多光量，但又無法承受 0.5W 或 1W LED 熱挑戰的應用提供了良好的平衡。寬廣的 110 度光束角是與窄角 LED 的關鍵區別，在許多應用中無需擴散片即可提供更均勻的照明。

10. 常見問題解答 (基於技術參數)

10.1 典型順向電壓與最大順向電壓有何不同？

典型 V_F(3.2V) 是多數元件在測試條件下的預期值。最大 V_F(3.5V) 是規格保證的上限。您的驅動電路必須設計成即使在 LED 的 V_F處於最大值時也能提供所需電流，尤其是在 LED 串聯連接時。

10.2 我可以連續以 80mA 驅動此 LED 嗎？

雖然 80mA 是絕對最大連續電流額定值，但在此極限下操作會產生更多熱量、降低發光效率 (lm/W)、加速光衰，並可能縮短 LED 的使用壽命。為獲得最佳性能與可靠性，應使用建議的 60mA 操作電流。

10.3 為何需要烘烤？如何知道我的 LED 是否需要烘烤？

烘烤可去除塑膠封裝吸收的水氣，以防止在高溫迴流焊接過程中損壞。打開密封的防潮袋後立即檢查袋內的濕度指示卡。如果卡片顯示已超過濕度暴露限制 (例如，粉紅色點比參考點顏色更深)，或者袋子在潮濕環境中打開的時間超過允許的車間壽命，則需要進行烘烤。

10.4 如何解讀光通量等級代碼 (例如 D5)？

光通量代碼 (D5) 對應於給定 CCT 與 CRI 等級下，在 60mA 時的最小光通量值。例如，代碼為 D5 的冷白光 (5000-7000K)、CRI≥70 LED，其最小光通量為 22 流明，典型最大值為 23 流明。您應基於最小值設計系統，以確保即使使用較低等級的元件也能達到性能目標。

11. 實際應用案例分析

情境：線性 LED 燈條設計。一位設計師正在使用 3020 LED 設計一個 24V、0.6 公尺的燈條。針對特定的照度目標，他們計算出需要 60 顆 LED。為了從 24V 供電，他們決定將 7 顆 LED 串聯 (7 * 3.2V_typ= 22.4V)，為電流調節器預留餘裕。他們將建立 8 條並聯的 7 顆串聯 LED 串 (總共 56 顆 LED)。為確保亮度均勻，他們指定所有 LED 來自相同的 CCT 等級 (例如，4000K 中性白光，等級 40M5) 與嚴格的光通量等級 (例如 D5)。他們也指定相同的 V_F等級 (例如 F 等級：3.2-3.3V) 以改善 8 條並聯串之間的電流平衡。PCB 設計採用 2-oz 銅層，並在 LED 焊墊下方設置散熱孔連接至鋁基板以利散熱。組裝說明要求若工廠車間濕度高則需烘烤捲帶，然後使用建議的溫度曲線進行受控的迴流焊製程。

12. 工作原理簡介

白光 LED 本質上是一種半導體二極體。當施加超過其能隙能量的順向電壓時，電子與電洞在主動區 (晶片) 內復合，以光子的形式釋放能量。對於基於 GaN 的晶片，這種主要發射通常在藍光或紫外光譜。為了產生白光，部分這種主要光線被塗覆在晶片上或周圍的螢光粉塗層 (常見的是摻鈰的釔鋁石榴石 - YAG:Ce) 吸收。螢光粉將高能量的藍光/紫外光光子下轉換為寬頻譜的低能量黃光。來自晶片的剩餘藍光與來自螢光粉的轉換黃光混合，在人眼中呈現白色。通過調整螢光粉的成分與厚度，可以實現從暖白光到冷白光的不同相關色溫 (CCT)。

13. 技術趨勢與發展

像 3020 這類 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 (更高的 CRI 與 R9 值以呈現紅色)，以及更好的色彩一致性 (更嚴格的分級)。由於對更緊湊燈具的需求，業界也專注於提高在高操作溫度下的可靠性與使用壽命。此外，產業持續開發更堅固且防潮的封裝材料，以簡化操作與組裝流程。對以人為本照明的推動，正引領著具有可調 CCT 與光譜優化的 LED 發展，以支持晝夜節律。雖然此規格書描述的是標準白光 LED，但其底層的封裝技術是一個平台，可以適應這些不斷進步的性能特點。