ALFS1J-C0 LED 規格書 - SMD 陶瓷封裝 - 425流明 @1000mA - 3.25V - 120° 視角 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

ALFS1J-C0 是一款專為嚴苛的汽車外部照明應用而設計的高功率表面黏著 LED。它採用堅固的陶瓷封裝，在惡劣環境條件下提供卓越的熱管理和可靠性。該元件符合 AEC-Q102 標準認證，確保其滿足汽車電子元件的嚴格要求。其主要應用包括頭燈、日間行車燈 (DRL) 和霧燈，這些應用對性能一致性、高光輸出和長期耐用性至關重要。

此 LED 的核心優勢包括：在 1000mA 驅動電流下具有 425 流明的典型高光通量、120 度的寬視角以實現良好的光分佈，以及堅固的結構，靜電防護 (ESD) 能力高達 8 kV (HBM)。它亦符合 RoHS、REACH 和無鹵素法規，適用於全球汽車市場。產品的耐硫性等級為 A1，表示對汽車環境中常見的含硫腐蝕性氣體具有高抵抗力。

2. 技術參數深度客觀解讀

2.1 光學與電氣特性

關鍵操作參數定義於順向電流 (I_F) 為 1000mA、散熱墊溫度維持在 25°C 的測試條件下。典型光通量 (Φ_v) 為 425 lm，最小值為 400 lm，最大值為 500 lm，測量公差為 ±8%。順向電壓 (V_F) 典型值為 3.25V，範圍從 2.90V 到 3.80V (±0.05V 公差)。主波長或相關色溫 (CCT) 落在 5391K 至 6893K 的範圍內，歸類為冷白光 LED。視角指定為 120 度，公差為 ±5°。

2.2 絕對最大額定值與熱特性

這些額定值定義了可能導致永久損壞的極限。絕對最大順向電流為 1500 mA。此元件不設計用於反向電壓操作。最高接面溫度 (T_J) 為 150°C，工作溫度範圍為 -40°C 至 +125°C。從接面到焊點的熱阻是散熱的關鍵參數。實際熱阻 (R_{th JS real}) 典型值為 4.0 K/W (最大 4.4 K/W)，而電氣等效熱阻 (R_{th JS el}) 典型值為 3.0 K/W (最大 3.4 K/W)。最大功耗為 5700 mW。

3. 分級系統說明

為確保生產中的色彩和亮度一致性，LED 會根據關鍵參數進行分級。

3.1 光通量分級

光通量以組別進行分級，提供的資料顯示為 "C" 組。在此組內，定義了以下分級：Bin 6 (400-425 lm)、Bin 7 (425-450 lm)、Bin 8 (450-475 lm) 和 Bin 9 (475-500 lm)。測試在典型順向電流下以 25ms 脈衝進行，測量公差為 ±8%。

3.2 順向電壓分級

順向電壓分為三組：Group 1A (2.90V - 3.20V)、Group 1B (3.20V - 3.50V) 和 Group 1C (3.50V - 3.80V)。這讓設計師可以選擇具有相似 V_F 的 LED，以便在多 LED 陣列中實現更好的電流匹配。測量公差為 ±0.05V。

3.3 色彩（色度）分級

CIE 1931 色度圖上的色座標被分級到特定區域。規格書顯示了冷白光 LED 的分級，包括 63M、61M、58M、56M、65L、65H、61L 和 61H。每個分級由 x,y 座標圖上的一個四邊形區域定義。例如，Bin 63M 涵蓋的座標大約從 (0.3127, 0.3093) 到 (0.3212, 0.3175)。座標測量公差為 ±0.005。

4. 性能曲線分析

4.1 順向電流 vs. 順向電壓 (IV 曲線)

此圖顯示了在 25°C 下順向電流與順向電壓之間的非線性關係。該曲線是功率 LED 的典型曲線，電壓隨電流對數增加。此數據對於設計驅動電路至關重要，以確保 LED 在所需電流下工作於其指定的電壓範圍內。

4.2 相對光通量 vs. 順向電流

此圖說明了相對於 1000mA 時數值的相對光輸出與驅動電流的函數關係。光通量隨電流增加而增加，但在較高電流下可能因效率下降和接面溫度升高而呈現次線性增長。

4.3 熱性能曲線圖

多個圖表描繪了在 I_J=1000mA 時性能與接面溫度 (T_F) 的關係。相對光通量 vs. 接面溫度曲線顯示光輸出隨溫度升高而降低，這是一種稱為熱淬滅的特性。相對順向電壓 vs. 接面溫度曲線顯示 V_F 隨溫度升高而線性下降，這可用於估算接面溫度。色度座標偏移 vs. 接面溫度圖表顯示色點 (CIE x, y) 如何隨溫度變化，這對於色彩要求嚴格的應用至關重要。

4.4 順向電流降額曲線

這是關鍵的設計圖表。它繪製了最大允許順向電流與焊墊溫度 (T_S) 的關係。隨著 T_S 升高，必須降低最大允許電流以防止接面溫度超過 150°C。該曲線提供了具體的降額點：例如，在 T_S=110°C 時，I_F 可為 1500mA；在 T_S=125°C 時，I_F 必須降低至 1200mA。不建議在 50mA 以下操作。

4.5 光譜分佈

相對光譜功率分佈圖顯示了在 25°C 和 1000mA 下，從約 400nm 到 800nm 波長範圍內發射的光強度。它表徵了 LED 的冷白光，通常由藍光 LED 晶片結合螢光粉層產生。

5. 機械與封裝資訊

此 LED 採用表面黏著元件 (SMD) 陶瓷封裝。與塑膠封裝相比，陶瓷具有優越的導熱性，有助於將熱量從 LED 接面更好地傳遞到印刷電路板 (PCB)。這對於汽車照明等高功率應用中維持性能和壽命至關重要。具體的機械尺寸，包括長度、寬度、高度和焊墊位置，詳見規格書的機械圖面部分。封裝包含一個散熱墊，用於高效地焊接到 PCB 的散熱墊上。

6. 焊接與組裝指南

6.1 建議焊接墊佈局

提供了 PCB 設計的建議焊墊圖案（佔位面積）。此圖案確保形成適當的焊點、電氣連接，最重要的是，實現從 LED 散熱墊到 PCB 銅平面的最佳熱傳遞。遵循此佈局對可靠性至關重要。

6.2 迴流焊溫度曲線

規格書指定了峰值溫度為 260°C 的迴流焊溫度曲線。此曲線定義了組裝在迴流過程中必須遵循的時間-溫度曲線。關鍵參數包括預熱、均熱、迴流和冷卻的速率與時間。遵循此曲線可防止陶瓷封裝受到熱衝擊，並確保可靠的焊點而不損壞內部 LED 結構。

6.3 使用注意事項

概述了一般處理和使用注意事項。這些包括警告勿施加反向電壓、超過絕對最大額定值以及使用不當的焊接技術。它還強調了在處理過程中靜電放電 (ESD) 防護的重要性，即使該元件內建了高達 8kV 的 ESD 防護。

7. 包裝與訂購資訊

產品以適合自動貼片機的捲帶包裝供應。包裝資訊詳細說明了捲盤尺寸、帶寬、口袋間距以及元件在帶上的方向。料號結構（例如 ALFS1J-C010001H-AM）編碼了特定屬性，如系列、光通量和色彩的分級代碼以及其他變體資訊。訂購資訊指導使用者在下訂單時如何指定所需的分級組合。

8. 應用建議

8.1 典型應用場景

主要設計應用是汽車外部照明系統。這包括：
- 頭燈（近光/遠光）：需要高光強度和精確的光束控制。
- 日間行車燈 (DRL)：需要高效率和可見度。
- 霧燈：需要在惡劣天氣條件下具有良好的穿透力。
寬視角和高光通量使其適用於主要光源和輔助照明功能。

8.2 設計考量

1. 熱管理：這是最關鍵的方面。PCB 必須有足夠的熱設計——使用厚銅層、熱導孔，並可能需要外部散熱器——以盡可能降低焊墊溫度 (T_S)。請參考降額曲線以了解電流限制。
2. 驅動電流：雖然 LED 可以驅動到 1500mA，但在典型 1000mA 或以下操作可以在光輸出、效率和熱負載之間取得更好的平衡，從而增強長期可靠性。
3. 光學設計：120° 視角需要適當的二次光學元件（透鏡、反射器）來為特定應用（例如，用於頭燈的聚焦光束）塑造光束。
4. 電氣設計：使用與順向電壓分級相容的恆流 LED 驅動器。對於陣列，請考慮分級選擇和可能使用的電流平衡技術。

9. 技術比較與差異化

與標準商用或工業 LED 相比，ALFS1J-C0 提供了幾個對汽車應用至關重要的關鍵差異化優勢：
- AEC-Q102 認證：這是汽車 LED 的強制性可靠性標準，涉及溫度循環、濕度、耐焊熱等多項嚴格測試。
- 陶瓷封裝：與塑膠封裝（例如 PPA、PCT）相比，在高溫高濕下提供更好的熱性能和長期穩定性。
- 耐硫性 (Class A1)：經過專門測試並保證能抵抗含硫氣體的腐蝕，這是汽車環境中常見的失效模式。
- 高 ESD 等級 (8kV HBM)：在處理和組裝過程中提供更強的靜電放電防護。
- 擴展溫度範圍 (-40°C 至 +125°C)：保證在車輛遇到的極端溫度下運作。

10. 常見問題解答（基於技術參數）

問：我可以從 Bin C7 預期多少實際光輸出？
答：Bin C7 指定在 I_F=1000mA 和 T_s=25°C 下測量時，光通量範圍為 425-450 lm。考慮到 ±8% 的測量公差，在這些理想測試條件下，特定 LED 的實際測量值可能在大約 391 lm 到 486 lm 之間。在溫度較高的實際應用中，輸出將會降低。

問：如何根據熱數據確定所需的散熱器？
答：您需要進行熱計算。關鍵參數是實際熱阻，R_{th JS real}（典型值 4.0 K/W）。這是從接面到焊點的熱阻。您必須加上從焊點到環境的熱阻（通過 PCB、熱介面材料和散熱器）來計算總熱阻 R_{th JA}。使用公式 T_J= T_A+ (R_{th JA}× 功耗)，您可以確保 T_J 保持在 150°C 以下，最好留有安全餘量。降額曲線提供了基於焊墊溫度的簡化指南。

問：我可以用恆壓源驅動這個 LED 嗎？
答：強烈不建議。LED 是電流驅動元件。其順向電壓具有負溫度係數，並且每個單元之間存在差異（如電壓分級所示）。恆壓源可能導致熱失控：當 LED 升溫時，V_F 下降，導致電流增加，從而產生更多熱量，進一步降低 V_F 並增加電流，直至失效。請務必使用恆流驅動器或主動調節電流的電路。

11. 實務設計與使用案例

案例：設計日間行車燈 (DRL) 模組
一位設計師正在為一輛乘用車設計 DRL 模組。該設計需要 6 顆 LED 來達到所需的亮度和外形尺寸。
1. 分級選擇：為確保外觀均勻，設計師指定了嚴格的色彩分級（例如 61M ± 1 步階）和單一光通量分級（例如 C7）。他們也可能指定嚴格的順向電壓分級（例如 1A），以在簡單的串聯配置中改善電流分配。
2. 熱設計：模組將安裝在狹小空間中。設計師使用具有 2oz 銅層的金屬基板 PCB (MCPCB)。進行熱模擬以確保在最壞情況環境溫度下（例如，頭燈組件內部 85°C），焊墊溫度不超過 110°C。根據降額曲線，在 T_S=110°C 時，允許全額 1500mA 電流，但設計師選擇以 1000mA 驅動以獲得更好的效能和壽命。
3. 電氣設計：6 顆 LED 以串聯方式連接。在 1000mA 下的總順向電壓約為 6 × 3.25V = 19.5V（典型值），但根據分級，範圍可能從 ~17.4V 到 22.8V。選擇了一個升降壓恆流 LED 驅動器，以適應來自 12V 汽車電池系統（標稱 12V，但工作範圍為 9V 至 16V）的此電壓範圍。
4. 光學設計：在每顆 LED 上方設計了一個二次光學元件（TIR 透鏡），將 120° 的發光角度準直成適合 DRL 標誌的受控水平扇形光束。

12. 原理介紹

ALFS1J-C0 是一款螢光粉轉換型白光 LED。其基本原理涉及一個半導體晶片（通常由氮化銦鎵 - InGaN 製成），當施加順向偏壓時會發出藍光（電致發光）。這藍光部分被沉積在晶片上的摻鈰釔鋁石榴石 (YAG:Ce) 螢光粉層吸收。螢光粉將一部分藍光光子下轉換為較長波長的光，主要在黃色區域。剩餘的藍光與轉換後的黃光混合，被人眼感知為白光。藍光與黃光的確切比例，以及其他螢光粉的加入，決定了相關色溫 (CCT) 和顯色指數 (CRI)。陶瓷封裝作為安裝晶片和螢光粉的堅固基板，同時也是一個高效的熱擴散器。

13. 發展趨勢

像 ALFS1J-C0 這樣的汽車 LED 的演進遵循幾個明確的行業趨勢：
1. 提高發光效率 (lm/W)：晶片設計、螢光粉效率和封裝熱管理的不斷改進，旨在以相同的電輸入功率提供更多的光輸出，從而降低能耗和熱負載。
2. 更高功率密度與小型化：推動從更小的封裝尺寸實現更高的光通量，從而實現更緊湊和更具風格化的照明設計。
3. 改善色彩一致性與穩定性：螢光粉技術和分級流程的進步，使得色彩公差更嚴格，並減少了隨溫度和使用壽命而產生的色彩偏移。
4. 增強可靠性與穩健性：像 AEC-Q102 這樣的標準不斷發展，並增加了新的測試來應對實際的失效模式，例如耐硫性，這已成為一項關鍵要求。
5. 整合與智慧照明：未來指向整合模組，將 LED、驅動器、感測器和通訊介面相結合，用於自適應前照燈系統 (AFS) 和通過光進行通訊（Li-Fi 或 V2X 信號）。
6. 專用光譜：針對特定目的優化的光譜開發，例如改善霧中的可見度或減少對向來車的眩光，是一個活躍的研究領域。