目錄
- 1. 產品概述
- 1.1 核心優勢與目標市場
- 2. 技術參數：深入客觀解讀
- 2.1 絕對最大額定值
- 2.2 電氣與光學特性 (Ta=25°C, IF=200mA)
- 2.3 熱特性
- 3. 分級系統說明
- 3.1 順向電壓 (VF) 分級
- 3.2 光通量 (ΦV) 分級
- 3.3 顏色 (色度) 分級
- 4. 性能曲線分析
- 4.1 順向電壓 vs. 順向電流 (I-V 曲線)
- 4.2 相對光通量 vs. 順向電流
- 4.3 順向電流降額曲線
- 4.4 相對光通量 vs. 接面溫度
- 4.5 色度座標偏移 vs. 接面溫度
- 4.6 電壓偏移 vs. 接面溫度
- 5. 機械與封裝資訊
- 5.1 封裝尺寸
- 5.2 極性識別與焊墊佈局
- 6. 焊接與組裝指南
- 6.1 迴流焊溫度曲線
- 6.2 儲存與操作注意事項
- 7. 包裝與訂購資訊
- 7.1 捲帶包裝規格
- 8. 應用建議與設計考量
- 8.1 典型應用場景
- 8.2 關鍵設計考量
- 9. 技術比較與差異化
- 10. 常見問題 (基於技術參數)
- 11. 實務設計與使用案例
- 12. 原理簡介
- 13. 發展趨勢
1. 產品概述
LTPA-2720ZCETU 是一款屬於 2720 系列的高功率發光二極體 (LED)。此產品專為汽車電子系統的嚴苛要求而設計。該元件採用 InGaN (氮化銦鎵) 半導體材料產生青色光輸出，並透過綠色透鏡進行濾光。其定義性特徵在於微型化的佔位面積，使其適用於採用自動化組裝製程的印刷電路板 (PCB) 上空間受限的應用。
1.1 核心優勢與目標市場
此 LED 的主要優勢在於其結合了極小尺寸與高光輸出。其設計與標準自動化取放設備相容，有助於大量生產。產品預先處理以符合 JEDEC 濕度敏感等級 2 的要求，確保在迴流焊接過程中的可靠性。其認證符合 AEC-Q102 標準，這是汽車應用中分離式光電半導體的關鍵可靠性標準。目標市場主要是汽車配件應用，需要堅固、可靠且緊湊的照明解決方案。
2. 技術參數：深入客觀解讀
本節詳細分析 LED 在定義條件下的操作限制與性能特性。
2.1 絕對最大額定值
這些額定值定義了可能導致元件永久損壞的應力極限。不保證在或超過這些極限下操作。
- 功率消耗 (PD):最大 1.26 瓦特。這是封裝在不超過最大接面溫度下，能以熱形式消散的總電功率。
- 順向電流 (IF):最小 5 mA，最大 400 mA DC。元件需要最小電流才能有效開啟。最大連續直流電流不應超過 400 mA。
- 峰值脈衝電流 (IP):在特定條件下 (1/100 工作週期，0.1ms 脈衝寬度) 為 750 mA。這允許短暫的較高電流脈衝，適用於脈衝亮度應用。
- ESD 敏感度 (VHBM):根據 AEC-Q102-001，為 8 kV (人體放電模型)。這表示具有適合汽車處理環境的穩健靜電放電保護等級。
- 溫度範圍:接面溫度 (Tj) 不得超過 150°C。元件額定工作環境溫度 (Topr) 為 -40°C 至 +125°C，儲存溫度範圍 (Tstg) 相同。
2.2 電氣與光學特性 (Ta=25°C, IF=200mA)
這些是在標準測試條件下測量的典型性能參數。
- 光通量 (ΦV):45 lm (最小) 至 63 lm (最大)。這是總可見光輸出。未指定典型值，表示性能透過分級系統管理。
- 視角 (2θ1/2):典型值 120 度。這是光強度為中心軸值一半時的全角，表示寬光束模式。
- 色度座標 (Cx, Cy):在 CIE 1931 色度圖上的典型值為 x=0.165, y=0.362，定義了青色色點。這些座標的容差為 ±0.01。
- 順向電壓 (VF):在 200mA 下為 2.8V (最小) 至 3.6V (最大)。任何給定單元相對於其分級值的容差為 ±0.1V。此參數對於驅動器設計和熱管理至關重要。
- 逆向電流 (IR):在指定的測試電壓下最大為 10 μA。規格書明確指出該元件並非為逆向偏壓操作而設計。
2.3 熱特性
有效的熱管理對於 LED 的性能和壽命至關重要。
- 熱阻，接面至焊點 (Rth,J-S):
- 實際值 (Rth,J-S real):典型值 13 °C/W。這代表從半導體接面到 PCB 上焊點的實際熱路徑。
- 電氣值 (Rth,J-S el):典型值 9.1 °C/W。這是根據順向電壓溫度係數計算得出的值，用於現場溫度估算。
較低的熱阻值較好，因為這意味著熱量能更容易從接面逸散，從而導致在給定驅動電流下，工作溫度更低，光輸出更高。
3. 分級系統說明
為確保大量生產的一致性，LED 會根據性能進行分級。LTPA-2720ZCETU 採用三維分級系統：順向電壓 (VF)、光通量 (ΦV) 和顏色 (色度)。一個完整的零件由如 D7/5J/C4 的組合來指定。
3.1 順向電壓 (VF) 分級
分級定義於 IF= 200mA。每個分級的容差為 ±0.1V。
- D7:2.8V 至 3.0V
- D8:3.0V 至 3.2V
- D9:3.2V 至 3.4V
- D10:3.4V 至 3.6V
3.2 光通量 (ΦV) 分級
分級定義於 IF= 200mA。每個分級的容差為 ±10%。
- 5J:45 lm 至 50 lm
- 6J:50 lm 至 56 lm
- 7J:56 lm 至 63 lm
3.3 顏色 (色度) 分級
顏色由 CIE 1931 圖上的座標定義，條件為 IF= 200mA。(x, y) 座標的容差為 ±0.01。規格書提供了由四邊形區域定義的兩個分級：
- C3 分級:由點 (x,y) 定義: (0.100, 0.335), (0.105, 0.375), (0.195, 0.358), (0.195, 0.335)。
- C4 分級:由點 (x,y) 定義: (0.105, 0.375), (0.110, 0.420), (0.195, 0.386), (0.195, 0.358)。
LTPA-2720ZCETU 料號對應於 C4 顏色分級。
4. 性能曲線分析
規格書包含數個描繪關鍵參數之間關係的圖表。這些對於電路設計和理解非標準條件下的性能至關重要。
4.1 順向電壓 vs. 順向電流 (I-V 曲線)
此曲線顯示 LED 兩端電壓與流經電流之間的非線性關係。電壓隨電流增加，但非線性。此圖對於選擇限流電阻或設計恆流驅動器至關重要。
4.2 相對光通量 vs. 順向電流
此曲線展示光輸出如何隨驅動電流增加。通常在較高電流下，由於效率下降和接面溫度升高，會呈現次線性關係。它有助於在考慮效率的同時，為所需亮度等級確定最佳驅動電流。
4.3 順向電流降額曲線
這是可靠性方面最關鍵的圖表之一。它顯示最大允許連續順向電流作為環境溫度 (Ta) 的函數。隨著環境溫度升高，最大安全電流會降低，以防止接面溫度超過其 150°C 的限制。設計者必須在此曲線下方操作。
4.4 相對光通量 vs. 接面溫度
此圖說明了熱淬滅效應。隨著 LED 的接面溫度 (Tj) 升高，其光輸出會降低。曲線以 25°C 時的輸出為基準進行歸一化。此資訊對於熱設計以維持一致的亮度至關重要。
4.5 色度座標偏移 vs. 接面溫度
此圖顯示色度座標 (x 和 y) 如何隨接面溫度變化而偏移。預期會有一些偏移，了解其幅度對於需要穩定顏色輸出的應用非常重要。
4.6 電壓偏移 vs. 接面溫度
LED 的順向電壓具有負溫度係數 (隨溫度升高而降低)。此曲線量化了該偏移，可用於某些電路中來估算或監測接面溫度。
5. 機械與封裝資訊
5.1 封裝尺寸
LED 採用業界標準的 2720 封裝佔位面積。關鍵尺寸包括本體尺寸約為 2.7mm x 2.0mm。引腳為鍍金。除非另有說明，所有尺寸公差均為 ±0.2mm。PCB 焊墊圖案設計應參考確切的機械圖面。
5.2 極性識別與焊墊佈局
規格書包含針對紅外線或氣相迴流焊的推薦焊墊佈局。此佈局旨在確保可靠的焊點和組裝過程中的正確對位。陰極 (負極) 端子通常由 LED 封裝上的視覺標記指示，例如凹口或綠色色調。焊墊佈局圖清楚地顯示了陽極和陰極焊墊。
6. 焊接與組裝指南
6.1 迴流焊溫度曲線
該元件與紅外線迴流焊接製程相容。規格書參考了根據 J-STD-020 標準的無鉛焊接溫度曲線。此曲線的關鍵參數包括：
- 預熱:逐漸升溫以活化助焊劑並最小化熱衝擊。
- 均熱 (熱穩定):在穩定溫度下的一段時間，以確保電路板和元件均勻加熱。
- 迴流 (液相):焊料熔化的峰值溫度區域。峰值溫度和液相線以上時間 (TAL) 至關重要，不得超過 LED 的最大額定值以避免損壞。
- 冷卻:受控的冷卻期，以形成可靠的焊點。
6.2 儲存與操作注意事項
根據 JEDEC J-STD-020，此 LED 的濕度敏感等級 (MSL) 為 2 級。
- 密封包裝:當儲存在帶有乾燥劑的原廠防潮袋中時，應保持在 ≤30°C 和 ≤70% 相對濕度 (RH) 下，並在一年內使用。
- 已開封包裝:一旦袋子被打開，元件應儲存在 ≤30°C 和 ≤60% RH 的環境中。建議在打開袋子後的 365 天內完成迴流焊接製程。
- 應用說明:規格書包含標準免責聲明，指出該元件適用於普通電子設備。對於故障可能危及生命或健康的應用 (航空、醫療等)，需要額外的諮詢和認證。
7. 包裝與訂購資訊
7.1 捲帶包裝規格
LED 以供自動化組裝的業界標準包裝形式提供。
- 載帶:8mm 寬載帶。
- 捲盤:7 英吋 (178mm) 直徑捲盤。
- 數量:每滿捲 2000 顆。
- 最小訂購量 (MOQ):剩餘數量為 500 顆。
- 標準:包裝符合 ANSI/EIA-481 規範。空位用蓋帶密封，最多允許連續兩個缺失元件。
8. 應用建議與設計考量
8.1 典型應用場景
鑑於其 AEC-Q102 認證、高功率和小尺寸，此 LED 非常適合用於除主要頭燈之外的各種汽車照明功能。例如：
- 日間行車燈 (DRL) 模組
- 中央高位煞車燈 (CHMSL)
- 車內氛圍照明與儀表板背光
- 外部迎賓燈、門把燈或徽標照明
- 側後視鏡中的信號燈
8.2 關鍵設計考量
- 熱管理:這是最重要的。功率消耗高達 1.26W，PCB 必須提供足夠的熱路徑。使用熱阻值 (Rth,J-S) 來計算您設計的預期接面溫度 (Tj): Tj= Ta+ (Rth× PD)。確保 Tj保持在 150°C 以下，最好更低，以最大化光輸出和壽命。必要時使用熱導孔、銅箔鋪設，甚至金屬核心 PCB。
- 驅動電路:務必使用恆流驅動器，而非帶有簡單電阻的恆壓源。這可確保無論順向電壓如何變化 (由於分級或溫度)，都能有穩定的光輸出。驅動器必須額定用於完整的工作溫度範圍 (-40°C 至 +125°C)。
- 光學設計:120 度的視角提供了寬光束。對於聚焦應用，將需要二次光學元件 (透鏡、反射器)。在指定顏色要求時，需考慮初始顏色分級 (C4) 及其隨溫度可能產生的偏移。
- PCB 佈局:請精確遵循推薦的焊墊佈局。確保焊墊之間有足夠的間隙以防止焊錫橋接。焊墊設計影響焊點可靠性和熱性能。
9. 技術比較與差異化
雖然規格書中沒有直接的競爭對手比較，但可以推斷此產品的關鍵差異化因素：
- 尺寸與功率:它從微型 2720 (2.7x2.0mm) 封裝中提供高光通量 (高達 63 lm)，提供高功率密度。
- 汽車認證:符合 AEC-Q102 並預處理至 MSL2，是汽車級與商用級 LED 的關鍵差異。
- 青色光源:使用帶有綠色透鏡的 InGaN 晶片來產生青色，是針對需要特定波長應用的特定解決方案，有別於使用螢光粉轉換的白光 LED。
- 全面分級:三維分級 (VF、光通量、顏色) 允許緊密的系統級性能匹配，這在汽車應用中對於整車的一致性非常重要。
10. 常見問題 (基於技術參數)
- 問：我可以用 3.3V 電源和一個電阻來驅動這個 LED 嗎？
答：可能但不建議用於專業設計。順向電壓範圍為 2.8V 至 3.6V。在 3.3V 下，來自 D10 分級 (3.4V-3.6V) 的 LED 可能無法開啟，而來自 D7 分級 (2.8V-3.0V) 的 LED 電流會根據確切的 VF而有很大變化，導致亮度不一致和潛在的過電流。恆流驅動器是必不可少的。 - 問：為什麼 LED 變熱時光輸出會降低？
答：這是由於 "熱淬滅" 或 "效率下降"，這是半導體 LED 的基本特性。溫度升高會增加半導體內部的非輻射復合過程，從而降低內部量子效率 (產生的光子與注入的電子之比)。 - 問：Rth,J-S real和 Rth,J-S el?
有什麼區別？ R答：th,J-S real是使用熱測試方法直接測量的。Rth,J-S el - 是使用溫度敏感參數 (TSP) 方法計算的，該方法依賴於順向電壓隨溫度的變化。電氣方法常用於實際應用中的現場溫度監測。
問：ESD 等級是 8kV。我的電路板上還需要 ESD 保護嗎？答：
8kV HBM 等級表示在組裝過程中具有良好的穩健性。然而，對於汽車應用，系統級 ESD 要求 (例如 ISO 10605) 可能更為嚴格。通常建議在 LED 驅動線路上包含瞬態電壓抑制 (TVS) 二極體或其他保護，特別是如果這些線路連接到暴露於車輛電氣環境的連接器。
11. 實務設計與使用案例
情境：設計日間行車燈 (DRL) 模組
- 一位設計師正在為汽車設計一個緊湊的 DRL 模組。空間有限，但需要高亮度以確保日間可見性。他們選擇 LTPA-2720ZCETU，因為它在小封裝中具有高光通量。電氣設計:
- 他們設計了一個降壓模式恆流驅動器，可以從車輛的 12V 電池提供 350mA (低於 400mA 最大值)，工作環境溫度為 -40°C 至 +105°C。熱設計:模組外殼為鋁製。PCB 是雙層板，底層有一個大的裸露銅墊，通過多個熱導孔連接到 LED 的散熱墊。使用 Rth,J-S realj <= 13°C/W 和預期環境溫度進行熱模擬，以確保 T
- 120°C 以獲得長壽命。光學設計:
- 在每個 LED 上方放置一個二次全內反射 (TIR) 透鏡，將寬 120 度的光束準直成適合 DRL 的受控水平扇形圖案。製造:
BOM 指定分級代碼 7J/D8/C4，以確保高亮度 (7J: 56-63 lm)、中範圍電壓 (D8: 3.0-3.2V) 以實現驅動器效率，以及一致的青色 (C4)。組裝商在自動化取放機中使用提供的捲帶包裝，遵循 J-STD-020 迴流焊溫度曲線。
12. 原理簡介
LTPA-2720ZCETU 是一種半導體光源。其核心是由 InGaN (氮化銦鎵) 材料製成的晶片。當施加順向電壓時，電子和電洞被注入半導體的主動區。當電子與電洞復合時，能量以光子 (光粒子) 的形式釋放。InGaN 合金的特定成分決定了發射光的波長 (顏色)；在本例中，它產生青色/藍綠色光譜的光。這種初級光穿過內部的綠色調透鏡 (封裝透鏡)，該透鏡可能吸收某些波長並透射其他波長，從而產生最終感知的青色。這種電致發光過程的效率受驅動電流和溫度的影響，如性能曲線所示。
13. 發展趨勢
- 像 LTPA-2720ZCETU 這樣的 LED 的演進遵循幾個明確的產業趨勢：功率密度增加:
- 半導體磊晶和封裝熱設計的持續改進，使得從越來越小的封裝中獲得更高的光通量成為可能，從而實現更緊湊、更明亮的汽車照明系統。可靠性標準提升:
- 汽車需求正在推動比 AEC-Q102 更嚴格的認證標準，包括更長的使用壽命測試、更高的溫度循環範圍以及對硫和其他腐蝕性物質更強的抵抗力。更嚴格的分級與顏色一致性:
- 隨著 LED 被用於造型的集群 (例如光條)，對極其嚴格的顏色和光通量分級 ("超級分級") 的需求正在增加，以避免相鄰 LED 之間出現可見的差異。與驅動器和控制的整合:
- 存在向更整合解決方案的趨勢，例如內建電流調節器的 LED 或可以通過汽車匯流排 (LIN, CAN) 通信的智慧 LED 驅動器，儘管此處描述的元件仍然是分離式元件。關注光譜特性:
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。 |