目錄
1. 產品概述
2020-SR140DM-AM 是一款高效能表面黏著超紅光 LED，專為嚴苛的汽車照明應用而設計。此元件屬於2020產品系列，意指其佔位面積為 2.0mm x 2.0mm。其核心優勢在於結合了可靠的光輸出、寬廣的 120 度視角，以及符合嚴格汽車級認證（包括 AEC-Q102）的堅固結構。主要目標市場是汽車外部與內部照明系統，其中一致的色彩、長期可靠性及緊湊尺寸至關重要。
2. 深入技術參數分析
2.1 光度與電氣特性
此 LED 的關鍵性能定義於標準測試電流 140mA 下。在此條件下，典型光通量為 18 流明 (lm)，最小值為 13 lm，最大值為 27 lm，此範圍考量了生產變異。主波長典型值為 628 nm，使其明確位於超紅光譜範圍內，分檔範圍為 627 nm 至 639 nm。在 140mA 下的順向電壓 (Vf) 典型值為 2.3V，範圍從 1.75V 到 2.75V。此參數對於驅動器設計與熱管理至關重要，因為功率耗散計算為 Vf * If。在典型條件下，這約等於 0.322W (2.3V * 0.14A)。
2.2 絕對最大額定值與熱特性
為確保元件壽命，操作條件絕不能超過絕對最大額定值。最大連續順向電流為 250 mA，元件可承受極短脈衝 (≤10 μs) 高達 1000 mA 的突波電流。最高接面溫度 (Tj) 為 150°C，而操作溫度範圍指定為 -40°C 至 +125°C，適用於嚴苛的汽車環境。熱管理至關重要；從接面到焊點的熱阻 (Rth JS) 典型值為 23 K/W（真實值）或 16 K/W（電氣值），這表明了熱量從半導體晶片傳遞到 PCB 的效率。
3. 分檔系統說明
為確保生產中的色彩與亮度一致性，LED 會被分類到不同的分檔中。
3.1 光通量分檔
LED 分為三個光通量檔：E6 (13-17 lm)、F7 (17-20 lm) 和 F8 (20-23 lm)。料號中的M表示中等亮度等級，通常對應於 F7 檔。
3.2 順向電壓分檔
定義了四個電壓檔：1720 (1.75-2.0V)、2022 (2.0-2.25V)、2225 (2.25-2.5V) 和 2527 (2.5-2.75V)。這允許設計師在多 LED 陣列中選擇具有更嚴格 Vf 容差的 LED 以進行電流匹配。
3.3 主波長分檔
色彩透過波長檔控制：2730 (627-630 nm)、3033 (630-633 nm)、3336 (633-636 nm) 和 3639 (636-639 nm)。628 nm 的典型值落在 2730 檔內。
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，光輸出隨電流增加呈次線性增長，強調了在建議的 140mA 下驅動以獲得最佳效率與壽命的重要性。
4.2 溫度依賴性
相對光通量對接面溫度圖顯示，光輸出隨溫度升高而降低，這是 LED 的典型行為。相對順向電壓對接面溫度曲線具有負斜率，意味著 Vf 隨溫度升高而降低，這可用於溫度感測。相對波長偏移圖表明，主波長（紅移）隨溫度升高而略有增加。
4.3 光譜分佈與降額
相對光譜分佈圖確認了在紅光區域 (~628 nm) 有窄而尖峰的發射。順向電流降額曲線對設計至關重要：它顯示最大允許連續電流必須隨著焊盤溫度 (Ts) 升高而降低。例如，在最高 Ts 125°C 時，最大 If 為 250 mA。
5. 機械與封裝資訊
5.1 物理尺寸
此 LED 具有標準的 2020 (2.0mm x 2.0mm) SMD 佔位面積。整體封裝高度約為 0.7mm。詳細的機械圖紙指定了所有關鍵尺寸，包括透鏡尺寸和導線架位置，一般公差為 ±0.1mm。
5.2 建議焊盤佈局
提供了焊墊圖案設計，以確保可靠的焊接和最佳的熱性能。該設計包括一個中央散熱墊，用於將熱量有效傳遞到 PCB。建議遵循此佈局，以防止墓碑效應並確保正確對齊。
6. 焊接與組裝指南
此 LED 與標準紅外線迴焊製程相容。根據 IPC/JEDEC J-STD-020 規範，最高焊接溫度為 260°C，持續時間不超過 30 秒。其分類為濕度敏感等級 (MSL) 2，意味著如果元件在使用前暴露於環境空氣中超過一年，則必須進行烘烤。必須遵循適當的 ESD（靜電放電）處理程序，因為此元件的額定值為 2kV 人體放電模型 (HBM)。
7. 包裝與訂購資訊
料號遵循特定結構：2020 - SR - 140 - D - M - AM.
- 2020：產品系列 (2.0mm x 2.0mm)。
- SR：顏色（超紅光）。
- 140：測試電流，單位為 mA。
- D：導線架類型（鍍金配白色反射膠）。
- M：亮度等級（中等）。
- AM：指定為汽車應用。
8. 應用建議
8.1 典型應用場景
此 LED 專為汽車照明設計。這包括：
- 外部照明：中央高位煞車燈 (CHMSL)、後組合燈（煞車/尾燈功能）、側邊標誌燈。
- 內部照明：儀表板背光、開關照明、氛圍照明。
8.2 設計考量
- 電流驅動：使用恆流驅動器，而非恆壓源，以確保穩定的光輸出並防止熱失控。建議的操作點為 140mA。
- 熱管理：PCB 必須設計成能有效散熱。使用提供的熱阻值 (Rth JS)，根據您的電路板熱性能與環境條件計算預期的接面溫升。保持 Tj 遠低於 150°C。
- 光學：120° 視角適合廣域照明。對於聚焦光束，可能需要二次光學元件（透鏡）。
- 耐硫性：此元件符合硫磺測試等級 A1，使其適用於存在大氣硫污染物的環境。
9. 技術比較與差異化
與標準紅光 LED 相比，超紅光變體提供更高的發光效率（每瓦更多流明）和更飽和、更深的紅色（主波長約 628nm，相對於標準紅光的 620-625nm 或琥珀紅）。AEC-Q102 認證、擴展的溫度範圍 (-40°C 至 +125°C) 以及耐硫性是其相對於商用級應用，證明其適用於汽車領域的關鍵差異化因素。使用鍍金導線架（D型）增強了反射率和長期可靠性。
10. 常見問題 (FAQ)
問：我可以持續以 250mA 驅動此 LED 嗎？
答：可以，但前提是根據降額曲線，焊盤溫度 (Ts) 必須維持在 25°C 或以下。在大多數實際汽車應用中，環境溫度較高，持續以 250mA 操作很可能會超過熱限制。建議的操作電流為 140mA。
問：真實與電氣熱阻有何區別？
答：電氣熱阻 (Rth JS el) 是使用 LED 自身的 Vf 溫度係數作為感測器來測量的。真實熱阻 (Rth JS real) 則使用外部感測器測量。電氣方法在 LED 中更為常見。規格書提供了兩者；對於大多數熱計算，使用真實值 (23 K/W) 更為保守。
問：訂購時應如何解讀光通量分檔？
答：料號指定了中等 (M) 亮度等級。在關鍵應用中需要精確亮度匹配時，您可能需要向供應商指定特定的光通量檔（E6、F7、F8），因為標準的M等級涵蓋了一個範圍。
11. 設計與使用案例研究
情境：設計一個 CHMSL（中央高位煞車燈）
設計師需要 15 顆 LED 用於 CHMSL 陣列。他們選擇 2020-SR140DM-AM，因為其亮度、色彩和汽車等級。使用 140mA 下典型的 Vf 2.3V，15 顆 LED 串聯的總壓降將為 34.5V，需要從車輛的 12V 系統使用升壓轉換器。或者，他們可能使用由單一恆流驅動器驅動的並聯串，並搭配均流電阻，同時仔細選擇來自相同 Vf 檔（例如 2022）的 LED 以確保亮度均勻。PCB 佈局採用了建議的焊盤，並將大面積銅箔連接到散熱墊以利散熱。使用 23 K/W 的 Rth JS 和後窗內預期的最高環境溫度（例如 85°C）進行熱模擬，以驗證接面溫度保持在 110°C 以下，從而確保長壽命。
12. 工作原理
這是一種半導體發光二極體 (LED)。當施加超過其能隙電壓（約 2.3V）的順向電壓時，電子與電洞在半導體晶片（通常基於 AlInGaP 材料以發射紅光）的主動區域中復合。此復合過程以光子（光）的形式釋放能量。半導體層的特定成分決定了發射光的波長（顏色）。環氧樹脂透鏡封裝了晶片，提供機械保護，並塑造光輸出以實現 120 度的視角。
13. 技術趨勢
汽車 LED 市場持續朝著更高效率（每瓦更多流明）的方向發展，從而實現更低的功耗和減少的熱負載。同時也存在小型化（小於 2020 佔位面積）的趨勢，以實現更時尚的燈光設計，以及將多個晶片（例如 RGB）整合到單一封裝中以實現自適應照明。此外，針對新壓力源（如富含 LiDAR 環境中的雷射光）的增強可靠性標準和測試變得越來越重要。在複雜的自適應遠光燈 (ADB) 頭燈中，朝向標準化數位介面（例如 SPI、I2C）進行 LED 控制的轉變是另一個重要趨勢，儘管此特定元件仍是一個類比、電流驅動的裝置。
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。 |