EL 2020 立方體燈 SMD LED 規格書 - 表面黏著封裝 - 冷白光 - 50流明 @ 140毫安 - 3.0伏特 - 120°視角 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

EL 2020 立方體燈是一款專為嚴苛汽車照明應用設計的高性能表面黏著元件（SMD）LED。此元件代表了一種緊湊且可靠的固態照明解決方案，能提供現代車輛系統所需的光輸出、效率與耐用性之間的平衡。其核心設計理念在於確保在汽車環境典型的寬廣溫度範圍與惡劣環境條件下，仍能提供一致的性能表現。

此LED提供冷白光色溫，適用於需要明亮、中性至略帶藍調白光的應用。其封裝設計適合自動化組裝製程，有利於大量生產。此元件的一個關鍵優勢是符合AEC-Q102離散光電半導體應力測試認證，此為汽車級元件的業界標準。這確保了其可靠性與使用壽命能達到或超越汽車原廠的要求。

2. 深入技術參數分析

2.1 光度與電氣特性

主要的光度特性是在順向電流（I_F）為140毫安時，典型光通量為50流明（lm）。必須注意，光通量的指定測量公差為±8%，此為正常生產變異的考量。在相同條件下的最小與最大值分別為45流明與70流明，定義了性能範圍。

在電氣特性方面，此元件在140毫安時展現的典型順向電壓（V_F）為3.0伏特，範圍從2.75伏特到3.5伏特。順向電壓的測量公差指定為±0.05伏特。此元件具有寬廣的工作順向電流範圍，從最低10毫安到絕對最大額定值250毫安。光學性能特點為寬廣的120度視角（公差±5°），提供適合各種照明光學設計的寬廣、均勻輻射圖形。

2.2 熱特性與絕對最大額定值

熱管理對於LED的性能與壽命至關重要。規格書指定了兩個熱阻值：從接面到焊點的實際熱阻（R_{th JS real}）典型值為24 K/W（最大32 K/W），而電氣導出的熱阻值（R_{th JS el}）典型值為17 K/W（最大23 K/W）。較低的電氣熱阻值通常可作為保守的設計參考。

絕對最大額定值定義了不可超越的操作極限，以避免永久性損壞。關鍵額定值包括：

• 功率消耗（P_d）：875 毫瓦
• 順向電流（I_F）：250 毫安（連續）
• 突波電流（I_FM）：750 毫安，適用於脈衝寬度≤10微秒且低工作週期（D=0.005）的情況
• 接面溫度（T_J）：150 °C
• 操作與儲存溫度：-40 °C 至 +125 °C
• 靜電放電敏感度（人體放電模式）：8 千伏
• 迴流焊溫度：峰值260°C，最長30秒

遵守這些限制對於可靠操作至關重要。

3. 分級系統說明

為了管理生產變異並允許精確的系統設計，LED會根據關鍵參數進行分級。

3.1 光通量分級

光通量分為三個等級：

• F4：45 流明（最小）至 52 流明（最大）
• F5：52 流明（最小）至 60 流明（最大）
• F6：60 流明（最小）至 70 流明（最大）

典型值50流明落在F4等級內。設計師必須根據其應用所需的光輸出選擇合適的等級。

3.2 順向電壓分級

順向電壓也進行分級，以協助驅動電路設計與電源管理：

• 2730：2.75 伏特（最小）至 3.0 伏特（最大）
• 3032：3.0 伏特（最小）至 3.25 伏特（最大）
• 3235：3.25 伏特（最小）至 3.5 伏特（最大）

3.3 顏色（色度）分級

冷白光發光定義於CIE 1931色度座標系統內。規格書提供了四個不同等級（63M、61M、58M、56M）的角點座標，這些等級對應於相關色溫（CCT）範圍：

• 63M：約6100K 至 6600K
• 61M：約5800K 至 6300K
• 58M：約5600K 至 6100K
• 56M：約5300K 至 5800K

在CIE色度圖上的圖形表示將這些等級顯示為四邊形。色度座標的指定測量公差為±0.005。此分級確保了組裝中多個LED的顏色一致性。

4. 性能曲線分析

4.1 IV曲線與相對光通量

順向電流對順向電壓圖顯示了特徵性的指數關係。在140毫安的典型工作點，V_F約為3.0伏特。此曲線對於設計限流電路至關重要。

相對光通量對順向電流圖顯示光輸出與電流呈次線性關係。雖然輸出隨電流增加而增加，但由於接面溫度升高和其他因素，發光效率（每瓦流明）通常在較高電流時會下降。此曲線以140毫安時的光通量為基準進行歸一化。

4.2 溫度相依性

兩個關鍵圖表說明了性能隨接面溫度（T_j）的變化。

• 相對光通量對接面溫度：顯示光輸出隨著T_j升高而減少。有效的散熱對於維持所需亮度至關重要。
• 相對順向電壓對接面溫度：顯示V_F具有負溫度係數，隨著T_j上升而線性下降。此特性有時可用於溫度感測。
• 色度偏移對接面溫度：繪製CIE x和y座標的變化，顯示在整個溫度範圍內偏移極小，這對於顏色穩定性很重要。

4.3 光譜分佈與輻射圖形

相對光譜分佈圖繪製了從400奈米到800奈米的強度對波長關係。它顯示了來自LED晶片主要發射的藍光區域峰值（約450-455奈米），以及由螢光粉塗層產生的更寬廣的黃光區域次級峰值（約550-600奈米），兩者結合產生冷白光。

輻射特性典型圖形直觀地呈現了120°視角，顯示了相對於中心線（0°）的光強度角分佈。

4.4 降額與脈衝處理能力

順向電流降額曲線是重要的設計工具。它繪製了最大允許連續順向電流對焊墊溫度（T_S）的關係。隨著T_S升高，最大允許電流必須降低，以防止超過150°C的T_J（最大）值。例如，在T_S為125°C時，最大I_F為250毫安。

允許脈衝處理能力圖定義了在給定脈衝寬度（t_FP）和工作週期（D）下，焊點溫度為25°C時允許的峰值脈衝電流（I_p）。這對於使用脈衝驅動方案的應用至關重要。

5. 機械結構、封裝與組裝資訊

5.1 機械尺寸

規格書包含LED封裝的詳細機械圖。關鍵尺寸（以毫米為單位）定義了佔位面積、高度和接腳位置。除非另有說明，公差通常為±0.1毫米。此圖對於PCB佔位面積設計和確保在最終組裝中正確安裝至關重要。

5.2 建議焊墊佈局

另一張圖提供了PCB上建議的銅焊墊圖案，以實現最佳焊接效果。這包括電氣端子與散熱焊墊的焊墊尺寸和間距。遵循此建議可確保良好的焊點形成、適當的熱傳導至PCB以及機械穩定性。

6. 焊接、組裝與操作指南

6.1 迴流焊溫度曲線

此元件額定最大峰值迴流焊溫度為260°C，最長30秒。應使用典型的迴流焊溫度曲線，包含受控的預熱、保溫、迴流和冷卻階段，以最小化熱衝擊並確保可靠的焊點，同時不損壞LED封裝或內部材料。

6.2 使用注意事項

一般操作注意事項包括避免對封裝施加機械應力、防止透鏡污染，以及在操作和組裝過程中使用適當的靜電放電控制措施，因為此元件的靜電放電敏感度為8千伏（人體放電模式）。

6.3 濕度敏感性與儲存

此LED的濕度敏感等級（MSL）為2。這意味著封裝在需要進行迴流焊前烘烤之前，可以在工廠車間條件（≤30°C/60%相對濕度）下暴露長達一年。對於更長時間的儲存或袋子打開後，應遵循IPC/JEDEC標準的特定烘烤程序，以防止在迴流焊過程中發生爆米花現象。

7. 環境法規符合性與可靠性

此元件符合RoHS（有害物質限制）和REACH法規。同時也指定為無鹵素，對溴（Br）和氯（Cl）含量有限制（Br <900 ppm，Cl <900 ppm，Br+Cl <1500 ppm）。

一個重要的可靠性特點是其在高硫環境中的性能。此元件符合硫測試A1級標準，表示對大氣中硫引起的腐蝕具有高抵抗力，這是汽車和工業環境中常見的問題。

8. 應用說明與設計考量

8.1 主要應用：汽車照明

主要預期應用是汽車照明。潛在使用案例包括車內照明（頂燈、閱讀燈、腳部空間照明、氛圍燈）、外部信號燈（中央高位煞車燈），以及可能的輔助照明。AEC-Q102認證、寬廣的溫度範圍和抗硫性使其適合這些惡劣環境。

8.2 驅動電路設計

設計師必須實施恆流驅動電路，而非恆壓電源，以確保穩定的光輸出並防止熱失控。驅動器應設計成能適應順向電壓分級範圍。熱管理是不可妥協的；PCB必須提供從LED散熱焊墊到散熱器或電路板銅層的足夠熱路徑，以將接面溫度保持在安全範圍內，特別是在高電流或高環境溫度下操作時。

8.3 光學設計

120°視角提供了靈活性。對於需要聚焦光束的應用，將需要二次光學元件（反射器、透鏡）。寬視角對於需要在區域內提供均勻、漫射照明的應用非常有益。

9. 技術比較與市場定位

與標準商用級LED相比，此元件的關鍵區別在於其汽車級認證（AEC-Q102）、擴展的操作溫度範圍（-40°C至+125°C）以及特定的抗硫腐蝕能力。這些特性以較高的成本為代價，但對於汽車安全與可靠性標準是必需的。在汽車LED市場中，其在140毫安下50流明的輸出將其定位為一款中功率元件，適用於超越簡單指示功能的廣泛應用。

10. 常見問題解答

問：此LED的典型發光效率（每瓦流明）是多少？

答：在典型工作點（140毫安，3.0伏特，50流明），輸入功率為0.42瓦（140毫安 * 3.0伏特）。發光效率約為119流明/瓦（50流明 / 0.42瓦）。

問：我可以用12伏汽車電池直接驅動此LED嗎？

答：不行。此LED需要恆流驅動器。直接連接到12伏電源會導致過大電流，立即損壞元件。需要一個能將電流調節到所需水平（例如140毫安）的驅動電路。

問：如何解讀兩個不同的熱阻值？

答：對於保守的熱設計計算，請使用較高的實際熱阻值（R_{th JS real}典型值24 K/W）。電氣熱阻值是從測量技術導出的，通常較低。

問：MSL 2對我的生產流程意味著什麼？

答：MSL 2意味著元件可以在其密封的防潮袋中，在受控條件（≤30°C/60%相對濕度）下儲存長達12個月。一旦袋子打開，您通常有1週的時間完成迴流焊，之後零件可能需要烘烤。

11. 設計與使用案例研究

情境：設計一個汽車內裝頂燈。

設計師需要為頂燈組裝尋找一個明亮的白光。他們選擇了此LED的F5光通量等級（52-60流明）和61M顏色等級（約5800-6300K），以獲得中性白光外觀。他們設計了一個具有精確建議焊墊佈局的PCB。選擇了一個恆流降壓驅動器IC，以從車輛的12伏系統提供140毫安電流。使用降額曲線和熱阻進行熱分析：如果PCB的熱管理能將焊墊溫度保持在85°C以下，則LED可以以其全額定140毫安運行。寬廣的120°視角非常適合均勻照亮車廂，無需複雜的二次光學元件。AEC-Q102認證為此汽車應用中元件的長期可靠性提供了信心。

12. 工作原理

這是一款螢光粉轉換型白光LED。其核心是一個半導體晶片，通常由氮化銦鎵（InGaN）製成，當電流通過時會發射藍光譜的光（電致發光）。這部分藍光被沉積在晶片上或附近的摻鈰釔鋁石榴石（YAG:Ce）螢光粉塗層部分吸收。螢光粉吸收部分藍色光子，並在更寬的光譜範圍內重新發射光，主要在黃光區域。剩餘的藍光與轉換後的黃光混合，被人眼感知為白光。藍光與黃光發射的確切比例由螢光粉成分和厚度控制，決定了相關色溫（CCT），從而產生指定的冷白光輸出。

13. 技術趨勢

汽車LED照明的一般趨勢是朝向更高的效率（更高的每瓦流明）、更高的功率密度以及改進的可靠性。同時也推動更精確的顏色控制和更高的顯色指數（CRI），以獲得更好的視覺感知。整合是另一個趨勢，多晶片封裝以及整合驅動器或控制電路的封裝變得越來越普遍。此外，越來越關注智慧、自適應照明系統，這可能需要能夠非常快速切換或調光的LED。雖然此規格書描述了一個離散、單晶片元件，但基礎技術持續發展，以滿足未來汽車照明系統（包括先進的前照燈和動態信號燈）的這些需求。