3535 陶瓷LED操作指南 - 尺寸3.5x3.5mm - 電壓與功率規格各異

1. 產品概述

3535陶瓷LED系列是一款專為嚴苛照明應用設計的高性能表面黏著元件封裝。其特點在於3.5mm x 3.5mm的佔位面積及陶瓷基板，相較於傳統塑膠封裝，此封裝提供了卓越的熱管理、機械穩定性與可靠性。陶瓷結構具備優異的散熱能力，對於維持LED效能與使用壽命至關重要，特別是在高功率或高密度陣列配置中。這些LED適用於廣泛的應用，包括汽車照明、一般照明、背光模組以及對色彩輸出一致性與長期可靠性要求極高的特殊照明領域。

2. 操作與手動處理注意事項

正確的操作對於防止LED（特別是敏感的光學透鏡）受到物理損壞至關重要。

2.1 手動操作指引

在生產過程中應盡量減少手動操作。必要時，務必使用鑷子（建議使用橡膠頭鑷子）夾取LED。鑷子必須夾住LED封裝的陶瓷本體。嚴禁觸碰、按壓或對矽膠透鏡施加任何機械力。接觸透鏡可能導致污染、刮痕或變形，這將嚴重降低光學性能、光輸出及色彩均勻性。施加壓力可能導致內部脫層或破裂，造成立即性故障。

3. 濕度敏感性與烘烤程序

根據IPC/JEDEC J-STD-020C標準，3535陶瓷LED封裝被歸類為濕度敏感元件。吸收的濕氣在高溫迴焊過程中可能汽化，導致內部壓力累積並可能引發災難性故障（例如爆米花效應）。

3.1 儲存條件

收到原廠密封的防潮袋（內含乾燥劑）後，LED應儲存在溫度低於30°C、相對濕度低於85%的環境中。打開防潮袋後，必須立即檢查內部的濕度指示卡。若指示卡顯示未超過安全暴露等級，且元件將在指定的車間壽命內使用，則可能無需進行烘烤。

3.2 需要烘烤的條件

符合以下條件的LED必須進行烘烤：1) 已從原廠密封包裝中取出。2) 暴露於環境條件下（未置於乾燥儲存櫃中）超過12小時。3) 濕度指示卡顯示已超過允許的暴露限制。

3.3 烘烤方法

建議的烘烤程序如下：將LED（最好仍置於原裝捲盤上）置於循環空氣烘箱中，以60°C（±5°C）烘烤24小時。溫度不得超過60°C，以避免損壞捲盤或LED的內部材料。烘烤後，必須在一小時內進行迴焊，或立即置於相對濕度低於20%的乾燥儲存環境中。

4. 儲存指南

正確的儲存對於保持LED品質與可焊性至關重要。

4.1 未開封包裝

將密封的防潮袋儲存在5°C至30°C、相對濕度低於85%的環境中。

4.2 已開封包裝

開封後，將元件儲存在5°C至30°C、相對濕度低於60%的環境中。為獲得最佳保護，建議將已開封的捲盤或托盤置於裝有新鮮乾燥劑的密封容器中，或置於充氮的乾燥櫃中。在此條件下，建議開袋後的車間壽命為12小時。

5. 靜電放電防護

LED是半導體元件，極易受到靜電放電的損壞。白色、藍色、綠色和紫色LED因其較寬的能隙材料而特別敏感。

5.1 ESD損壞機制

ESD可能導致兩種主要類型的損壞：1) 潛在損壞：局部放電可能導致局部加熱，使LED的內部結構劣化。這會導致漏電流增加、光輸出降低、色彩偏移（白光LED）以及使用壽命縮短，儘管LED可能仍能運作。2) 災難性故障：強烈的放電可能完全破壞半導體接面，導致立即且永久性的故障（LED失效）。

5.2 ESD控制措施

必須在所有處理LED的區域（包括生產、測試和包裝）實施全面的ESD控制計畫。關鍵措施包括：建立具有接地導電地板的靜電防護區。使用接地的防靜電工作站，並確保所有生產設備正確接地。要求所有人員穿著防靜電服裝、佩戴手腕帶和/或腳跟帶。使用離子風機中和非導電材料上的靜電荷。使用接地的焊接烙鐵。托盤、管狀包裝和包裝材料應使用導電或耗散性材料。

6. 應用電路設計

正確的電氣設計對於LED的穩定運作與長壽命至關重要。

6.1 驅動方法

強烈建議使用恆流驅動器，而非恆壓驅動器。LED是電流驅動元件；其順向電壓具有負溫度係數，且不同元件間可能存在差異。恆流驅動器能確保流經LED的電流穩定，不受順向電壓變化的影響，從而提供一致的亮度並防止熱失控。

6.2 限流電阻

當多個LED串聯並聯至一個恆流驅動器，或使用恆壓源時，必須在每個獨立的LED串聯中串聯一個限流電阻。此電阻可補償各串聯間微小的順向電壓差異，確保電流均分，並防止某一串聯汲取過多電流。電阻值根據驅動器電壓、串聯的總順向電壓及所需工作電流計算（R = (電源電壓 - 串聯順向電壓) / LED電流）。

6.3 極性與連接順序

LED是二極體，必須以正確的極性連接（陽極接正極，陰極接負極）。在最終組裝時，首先確認LED陣列與驅動器輸出的極性。先將驅動器的輸出連接到LED陣列。然後才將驅動器的輸入連接到市電或直流電源。此順序可防止電壓瞬變或不正確的連接損壞LED。

7. 迴焊特性

3535陶瓷封裝設計用於相容標準的表面黏著技術迴焊製程。

7.1 無鉛焊料溫度曲線

無鉛焊料（例如SAC305）的建議迴焊溫度曲線至關重要。該曲線通常包括：預熱：逐步升溫（每秒1-3°C）以活化助焊劑。均熱/停留：在150-200°C之間形成一個平台，持續60-120秒，使電路板與元件達到熱平衡，並讓助焊劑完全清潔焊墊。迴焊：快速升至峰值溫度。焊點峰值溫度必須達到245-250°C。高於液相線的時間（對SAC305通常為217°C）應維持45-75秒。冷卻：控制冷卻速率，最大不超過每秒-6°C，以確保焊點正確形成並最小化熱應力。

7.2 有鉛焊料溫度曲線

對於錫鉛焊料，峰值溫度較低。焊點峰值溫度應為215-230°C，高於液相線（183°C）的時間應維持60-90秒。同樣需要仔細控制預熱、均熱和冷卻速率。

7.3 關鍵考量

切勿超過建議的最大峰值溫度或高於液相線時間，否則可能損壞LED的內部晶粒、打線或螢光粉。確保迴焊爐針對特定的PCB厚度、元件密度及使用的錫膏進行正確校準與溫度曲線設定。

8. 組裝後電路板清潔

迴焊後可能需要進行清潔，以去除助焊劑殘留物，這些殘留物可能具有腐蝕性或隨時間推移導致漏電。

8.1 清潔劑相容性

必須驗證任何清潔劑與LED矽膠透鏡及封裝材料的化學相容性。強力溶劑可能導致透鏡膨脹、破裂或變混濁。推薦的清潔劑通常是溫和的、酒精基或專為電子產品設計的水性溶液。務必諮詢LED製造商的規格，並在全面清潔前於樣品板上進行測試。

8.2 清潔流程

謹慎使用溫和的清潔方法，例如超音波清洗，因為過高的功率或頻率可能損壞LED。首選方法包括噴洗或輕微攪動的浸泡清洗。清潔後確保電路板徹底乾燥，以防止濕氣殘留。

9. 組裝半成品之儲存與操作

已焊接LED的PCB（半成品）同樣需要小心處理。

避免將電路板直接堆疊，以免對LED透鏡施加壓力。應使用間隔物或專用儲存架。將組裝好的電路板儲存在清潔、乾燥且防靜電的環境中。若需長期儲存，特別是電路板將進行第二次迴焊（用於雙面組裝）時，應考慮使用帶有乾燥劑的防潮袋。拿取電路板時應握住邊緣，以避免污染或對元件施加應力。

10. 熱管理技術

有效的散熱是影響LED性能與可靠性的最重要單一因素。雖然陶瓷封裝具有良好的導熱性，但熱量必須有效地從封裝中傳導出去。

10.1 用於熱管理的PCB設計

PCB是主要的散熱途徑。建議使用金屬基板或標準FR4板材，並在LED佔位區下方佈設大量散熱孔。LED的散熱焊墊必須焊接至PCB上對應的銅墊。此銅墊應盡可能大，並透過多個散熱孔連接到內部接地層或外部散熱器。散熱孔應以焊錫填充或覆蓋，以改善熱傳導。

10.2 系統層級熱設計

計算從LED接面到環境空氣的總熱阻。這包括接面到外殼熱阻、外殼到電路板熱阻（焊接介面）、電路板到散熱器熱阻以及散熱器到環境熱阻。在最惡劣的操作條件下，不得超過最大允許接面溫度。使用公式：Tj = Ta + (散熱功率 * Rth_j-a)。散熱功率約等於（順向電壓 * 順向電流）減去輻射光功率。正確的設計可確保Tj遠低於Tj_max，從而最大化光輸出與使用壽命。

11. 其他重要考量

11.1 光學考量

保持光路清潔。透鏡或二次光學元件上的任何污染都會降低光輸出。視角與空間輻射模式由主透鏡設計固定；必須據此選擇二次光學元件。

11.2 電氣測試

進行在線測試或功能測試時，確保測試探針不會接觸或刮傷LED透鏡。測試電壓與電流必須在LED的絕對最大額定值範圍內，以避免電氣過應力。

11.3 長期可靠性

遵守所有操作、焊接與熱管理指南，直接影響LED的長期可靠性，包括流明維持率與色彩穩定性。未能遵循這些程序可能導致早期劣化與現場故障。

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。

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