2020 立方體紅光 LED 規格書 - SMD 封裝 - 典型值 2.2V - 140mA - 26 流明

1. 產品概述

本文件詳細說明 2020 Cube Light 的規格，這是一款主要為嚴苛的汽車照明環境所設計的高亮度紅光表面黏著元件 (SMD) LED。此元件的特點在於其緊湊的 2020 尺寸、堅固的結構，以及針對惡劣操作條件下的可靠性所調整的性能參數。其核心優勢包括符合嚴格的汽車級認證標準、提供均勻照明的寬廣視角，以及符合環保法規認證。

主要目標市場為汽車產業，適用於各種車內外信號照明功能。其設計優先考量長期穩定性、熱性能以及對車輛應用中常見環境應力的耐受性。

2. 技術參數深度解析

2.1 光度與光學特性

此 LED 的關鍵光度性能定義於標準測試電流 140mA 下。典型光通量輸出為 26 流明 (lm)，考量生產分級，其指定最小值為 23 lm，最大值為 39 lm。主波長典型值為 614 nm，明確位於紅光光譜範圍內，波長範圍從 612 nm 到 627 nm。寬廣的 120 度視角（容差 ±5°）確保了寬廣的輻射模式，這對於需要廣域照明或多角度可見性的應用非常有利。

2.2 電氣參數

在 140mA 測試條件下的順向電壓 (Vf) 典型值為 2.2V，範圍從最小值 1.75V 到最大值 2.75V。絕對最大連續順向電流額定值為 250 mA。對於突波條件（脈衝寬度 ≤10 μs，工作週期 0.005），元件可承受高達 1000 mA 的突波電流 (IFM)。必須特別注意，此 LED 並非設計用於逆向偏壓操作。

2.3 熱性能與可靠性規格

熱管理對於 LED 壽命至關重要。接面至焊點熱阻指定了兩個數值：電氣法測得結果為 16-18 K/W，實測法結果為 23-26 K/W。最大允許接面溫度 (Tj) 為 150°C。元件額定工作溫度範圍為 -40°C 至 +125°C，符合汽車應用所需的極端溫度要求。其具備額定 2 kV（人體放電模型）的靜電放電 (ESD) 保護。此元件亦通過無鉛迴焊焊接認證，峰值溫度為 260°C，持續 30 秒。

3. 分級系統說明

為確保生產一致性，LED 會根據性能進行分級。理解這些分級對於設計一致性至關重要。

3.1 光通量分級

LED 根據其在 140mA 下的光輸出進行分組。主要分級包括 E9 (23-27 lm)、F1 (27-33 lm) 和 F2 (33-39 lm)。典型值 26 lm 屬於 E9 分級。

3.2 順向電壓分級

元件亦根據其順向電壓降進行分級。關鍵分級包括 1720 (1.75-2.0V)、2022 (2.0-2.25V)、2225 (2.25-2.5V) 和 2527 (2.5-2.75V)。典型值 2.2V 對應於 2022 分級。

3.3 主波長分級

顏色（波長）透過分級進行嚴格控制，例如 1215 (612-615 nm)、1518 (615-618 nm)，直至 2427 (624-627 nm)。典型值 614 nm 位於 1215 分級。

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出典型的指數關係。相對光通量對順向電流曲線表明，光輸出隨電流增加而增加，但最終會飽和，且在超出建議值的高電流下可能降低效率並縮短壽命。

4.2 溫度依存性

相對光通量對接面溫度圖對於熱設計至關重要。它顯示光輸出會隨著接面溫度升高而降低。主波長偏移對接面溫度圖表明，隨著溫度升高，顏色會發生偏移（通常朝向較長波長），在對顏色敏感的應用中必須考慮此點。

4.3 光譜分佈與降額曲線

相對光譜分佈圖確認了窄頻帶的紅光發射峰值。順向電流降額曲線要求在焊墊溫度升高時降低最大允許連續電流，以防止超過最大接面溫度。例如，在焊墊溫度為 125°C 時，電流必須降額至 250 mA。

5. 機械與封裝資訊

此元件採用標準 2020 SMD 封裝（佔位面積 2.0mm x 2.0mm）。機械圖面指定了精確尺寸，包括總高度、導線架細節和透鏡幾何形狀。除非另有說明，公差通常為 ±0.1mm。提供了建議的焊接墊佈局，以確保在迴焊和操作期間形成正確的焊點、熱傳導和機械穩定性。極性由元件本體上的特定標記或接腳配置指示，在放置時必須遵守。

6. 焊接與組裝指南

此 LED 與標準無鉛迴焊製程相容。提供了詳細的迴焊溫度曲線，指定了關鍵參數：預熱斜率、均熱時間與溫度、液相線以上時間 (TAL)、峰值溫度（最高 260°C，持續 30 秒）以及冷卻速率。遵循此溫度曲線對於防止熱衝擊、焊點缺陷或損壞 LED 封裝至關重要。一般注意事項包括在操作時使用適當的 ESD 防護、避免對透鏡施加機械應力，並確保焊接環境無硫等污染物。

7. 包裝與訂購資訊

元件以標準捲帶包裝供應，適用於自動化取放組裝機。包裝資訊詳細說明了捲盤尺寸、料袋間距和方向。料號遵循特定結構：2020 - UR - 140 - D - M - AM.
- 2020：產品系列。
- UR：顏色（紅光）。
- 140：測試電流（單位 mA）。
- D：導線架類型（金 + 白膠）。
- M：亮度等級（中）。
- AM：汽車應用標示。

8. 應用建議

8.1 典型應用情境

主要應用為汽車照明。這包括但不限於中央高位煞車燈 (CHMSL)、後組合燈（尾燈/煞車燈）、側邊標示燈以及車內氣氛照明。其 AEC-Q102 認證和寬廣的工作溫度範圍使其適用於這些嚴苛環境。

8.2 設計考量要點

驅動電路：強烈建議使用定電流驅動器，以確保穩定的光輸出並防止熱失控，因為 LED 的順向電壓具有負溫度係數。
熱管理：PCB 佈局必須有助於散熱。使用建議的焊接墊設計，確保連接至散熱墊的銅箔面積充足，並考量整體系統的熱路徑，以將焊墊溫度維持在所需工作電流的安全範圍內。
光學設計：120° 視角可能需要二次光學元件（透鏡、導光板）來為特定應用塑形光束。對於顏色敏感的應用，應評估波長隨溫度偏移的可能性。

9. 技術比較與差異化

與通用商業級 LED 相比，此元件的關鍵差異在於其汽車級認證 (AEC-Q102)、擴展的工作溫度範圍 (-40°C 至 +125°C) 以及特定的可靠性測試（例如，硫化物測試等級 A1）。它亦符合無鹵素要求，這對於汽車電子產品的環境和可靠性考量日益重要。中等亮度等級（典型值 26 lm）與堅固結構的結合，為優先考量可靠性而非極致亮度的應用提供了平衡的解決方案。

10. 常見問題解答（基於技術參數）

問：我可以讓此 LED 在其絕對最大電流 250mA 下持續工作嗎？
答：不一定。250mA 額定值是在特定條件下的絕對最大值。安全的連續工作電流取決於熱設計。您必須根據量測或估算的焊墊溫度 (Ts)，使用順向電流降額曲線。例如，如果 Ts 為 100°C，則允許的最大連續電流將顯著低於 250mA。

問：實測熱阻與電氣法熱阻 (Rth JS) 有何不同？
答：電氣法利用 LED 對溫度敏感的電氣參數來估算接面溫度，而實測法可能使用實體感測器。實測法數值 (23-26 K/W) 通常被認為在熱設計計算中更為保守和可靠。

問：規格書中提到硫化物測試。這為何重要？
答：含硫氣氛（例如來自某些橡膠、墊片或工業環境）可能腐蝕銀基導線架，導致故障。硫化物測試等級 A1 評級表示該元件已通過特定的抗硫腐蝕測試，這對於封閉式汽車組件中的長期可靠性至關重要。

11. 實務設計案例分析

考慮使用此 LED 設計一個後煞車燈模組。將 10 顆 LED 串聯成一個群組，需要一個驅動器能夠在大約 22V（10 * 典型值 2.2V）加上餘裕電壓下提供 140mA。PCB 必須設計在每顆 LED 的散熱墊下方設置散熱孔，連接到大型內部接地層以利散熱。必須參考降額曲線：如果在最惡劣的環境條件下，PCB 靠近 LED 處的溫度達到 80°C，則必須檢查每顆 LED 的最大允許電流，並可能需要從 140mA 降低，以確保接面溫度保持在 150°C 以下。將使用光學模擬來排列 LED 並設計擴散器，以滿足汽車煞車燈所需的光強度分佈和均勻性標準。

12. 工作原理簡介

這是一種基於半導體的發光二極體。當施加超過其特性順向電壓 (Vf) 的順向電壓時，電子和電洞在半導體晶片的主動區域內復合，以光子（光）的形式釋放能量。半導體的特定材料組成（紅光發射可能基於 AlInGaP）決定了發射光的主波長。SMD 封裝包含用於電氣連接和熱傳導的導線架、保護晶片並塑形光輸出的矽膠透鏡，以及提高光取出效率的白色反射腔。

13. 技術趨勢

汽車 LED 照明的趨勢持續朝向更高效率（每瓦更多流明）、更大功率密度以及更佳的可靠性發展。這使得照明模組可以更小、更節能。同時也關注於先進功能，如自適應駕駛光束 (ADB) 和光通訊 (Li-Fi)，儘管這些通常需要更複雜的元件。對於標準信號功能，重點仍然在於成本優化、高度可靠且經過認證的元件，如本文所述，並持續改進高溫操作下的熱性能和壽命。

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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