LED 燈珠 313-2SUBC/C470/S400-A4 規格書 - 藍光 - 3.4V 順向電壓 - 20mA 工作電流 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件提供 313-2SUBC/C470/S400-A4 LED 燈珠的完整技術規格。此元件是一款高亮度藍光發光二極體，專為需要可靠且穩健性能的應用而設計。其符合包括 RoHS、歐盟 REACH 及無鹵素標準在內的關鍵環保法規，確保其適用於對材料有嚴格要求的現代電子設計。

此 LED 提供捲帶包裝以利自動化組裝製程，並提供多種視角以滿足不同的應用需求。其主要設計目標是在標準燈珠封裝格式中提供更高的發光強度。

2. 技術參數深入解析

2.1 絕對最大額定值

絕對最大額定值定義了可能導致元件永久損壞的極限值。這些數值是在環境溫度 (Ta) 為 25°C 時所指定。

• 連續順向電流 (IF)：25 mA。這是可連續施加的最大直流電流。
• 峰值順向電流 (IFP)：100 mA。此電流僅允許在脈衝條件下使用，工作週期為 1/10，頻率為 1 kHz。
• 逆向電壓 (VR)：5 V。在逆向偏壓下超過此電壓可能導致接面崩潰。
• 功率消耗 (Pd)：120 mW。這是元件可消耗的最大功率。
• 工作溫度 (Topr)：-40 至 +85 °C。元件設計在此範圍內運作。
• 儲存溫度 (Tstg)：-40 至 +100 °C。
• 焊接溫度 (Tsol)：260°C 持續 5 秒，定義了迴焊溫度曲線的耐受度。

2.2 電光特性

電光特性是在標準測試條件下 (Ta=25°C, IF=20mA) 量測，代表元件的典型性能。

• 發光強度 (Iv)：630 (最小值), 1000 (典型值) mcd。這是藍光感知亮度的量度。量測不確定度為 ±10%。
• 視角 (2θ1/2)：20° (典型值)。此定義了發光強度降至其最大值一半時的角寬度。
• 峰值波長 (λp)：468 nm (典型值)。光譜發射最強時的波長。
• 主波長 (λd)：470 nm (典型值)。人眼感知的單一波長，不確定度為 ±1.0 nm。
• 光譜輻射頻寬 (Δλ)：35 nm (典型值)。發射光的光譜寬度。
• 順向電壓 (VF)：3.4 (典型值), 4.0 (最大值) V。LED 在 20mA 工作時的電壓降，不確定度為 ±0.1V。
• 逆向電流 (IR)：50 µA (最大值)，於 VR=5V 時。元件處於逆向偏壓時的小量漏電流。

3. 分級系統說明

本產品使用分級系統，根據關鍵光學與電氣參數對單元進行分類，以確保最終使用者的一致性。包裝上的標籤標示了這些分級：

• CAT：發光強度等級。根據量測到的 Iv 輸出對 LED 進行分組。
• HUE：主波長等級。根據 λd 對 LED 進行分組，以確保顏色一致性。
• REF：順向電壓等級。根據 VF 對 LED 進行分組，有助於電路設計以實現一致的電流驅動。

此系統允許設計師選擇符合其應用特定要求的 LED，對於顏色或亮度均勻性至關重要的應用尤其重要。

4. 性能曲線分析

規格書包含數條特性曲線，說明元件在不同條件下的行為。

4.1 相對強度 vs. 波長

此曲線顯示了發射藍光的光譜功率分佈，中心約在 468-470 nm，典型頻寬為 35 nm。它確認了 LED 輸出的單色光性質。

4.2 指向性圖案

指向性圖可視化了 20 度視角，顯示了當觀察角度偏離中心軸 (0 度) 時，發光強度如何降低。

4.3 順向電流 vs. 順向電壓 (IV 曲線)

這條基本曲線顯示了半導體二極體的電流 (I) 與電壓 (V) 之間的指數關係。20mA 時的典型順向電壓 3.4V 清晰標示。此曲線對於設計限流電路至關重要。

4.4 相對強度 vs. 順向電流

此曲線證明光輸出 (相對強度) 隨順向電流增加而增加。然而，操作必須保持在絕對最大額定值 (25mA 連續) 內，以防止過熱和加速老化。

4.5 溫度相依性曲線

兩條關鍵曲線顯示了環境溫度 (Ta) 的影響：
相對強度 vs. 環境溫度：顯示發光輸出通常隨著接面溫度升高而降低。這是在高功率或高環境溫度應用中進行熱管理的關鍵考量。
順向電流 vs. 環境溫度：說明了順向電壓特性如何隨溫度變化，如果由恆壓源驅動，這可能會影響所汲取的電流。

5. 機械與封裝資訊

此 LED 採用帶有兩支引腳的標準燈珠式封裝。封裝圖提供了 PCB 焊盤設計和機械整合的關鍵尺寸。

• 所有尺寸均以毫米為單位提供。
• 一個關鍵規格是法蘭的高度必須小於 1.5mm (0.059")。
• 尺寸的標準公差，除非另有說明，為 ±0.25mm。
• 圖中清楚標示了陰極 (通常是較短的引腳或透鏡上的平面側)，以便在安裝時確保正確的極性。

遵守這些尺寸對於在自動化組裝中正確放置以及確保 LED 正確坐落在 PCB 上至關重要。

6. 焊接與組裝指南

正確的處理對於維持元件可靠性和性能至關重要。

6.1 引腳成型

• 彎曲必須在距離環氧樹脂燈珠底部至少 3mm 處進行，以避免對內部晶粒和接合線造成應力。
• 成型必須在 soldering.
• 引腳應在室溫下剪裁。
• PCB 孔必須與 LED 引腳完美對齊，以避免安裝應力。

6.2 儲存

• 建議儲存條件：≤ 30°C 且 ≤ 70% 相對濕度。
• 出貨後的保存期限：在此條件下為 3 個月。
• 如需更長時間儲存 (最長 1 年)，請使用帶有氮氣和乾燥劑的密封容器。
• 一旦開封，請在 24 小時內使用，以防止吸濕。
• 避免在潮濕環境中溫度急劇變化，以防止凝結。

6.3 焊接製程

關鍵規則：保持焊點與環氧樹脂燈珠之間的最小距離為 3mm。

手工焊接：
烙鐵頭溫度：最高 300°C (烙鐵功率最高 30W)。
每支引腳焊接時間：最長 3 秒。

波峰 (DIP) 焊接：
預熱溫度：最高 100°C (最長 60 秒)。
焊錫槽溫度與時間：最高 260°C，最長 5 秒。
提供了建議的焊接溫度曲線，強調了受控的升溫速率、在液相線以上的特定時間以及受控的冷卻。

重要注意事項：
在高溫操作期間避免對引腳施加應力。
請勿焊接 (浸焊或手工焊) 超過一次。
在焊接後，LED 冷卻至室溫前，請保護其免受機械衝擊。
使用能達成可靠焊點的最低可能溫度。

6.4 清潔

• 如有必要，僅在室溫下使用異丙醇清潔，時間 ≤ 1 分鐘。
• 使用前在室溫下乾燥。
• 通常不建議使用超音波清洗。如果絕對需要，必須進行廣泛的預先驗證，以確保不會造成損壞，因為這取決於功率、頻率和組裝條件。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 包裝規格

LED 的包裝旨在防止靜電放電 (ESD) 和濕氣損壞：
1. LED 放置於防靜電袋中。
2. 防靜電袋裝入內盒。
3. 內盒裝入外箱。

包裝數量：
每袋 200 至 500 顆。
每內盒 5 袋。
每外箱 10 個內盒。

7.2 標籤說明

包裝標籤包括：
CPN：客戶零件編號。
P/N：製造商零件編號 (例如，313-2SUBC/C470/S400-A4)。
QTY：包裝內數量。
CAT/HUE/REF：分別為發光強度、主波長和順向電壓的分級代碼。
LOT No：可追溯的生產批號。

8. 應用建議

8.1 典型應用場景

基於其高亮度和藍色光，此 LED 適用於：
•狀態指示燈：消費性和工業電子產品中的電源開啟、待機或功能啟動指示燈。
•背光：用於小型 LCD 顯示器、鍵盤或如監視器、電視或電話等設備中的裝飾性照明 (如規格書所列)。
•面板照明：開關、控制面板或儀器儀表的照明。

8.2 設計考量

• 限流：務必使用串聯電阻或恆流驅動器將順向電流限制在所需值 (例如，典型亮度為 20mA)，切勿直接連接到電壓源。
• 熱管理：雖然功率消耗較低 (最大 120mW)，但如果使用多個 LED 或環境溫度較高，請確保足夠的通風，因為效率會隨溫度下降。
• PCB 佈局：請精確遵循封裝尺寸。確保 PCB 上的極性標記與 LED 的陰極相符。
• ESD 防護：雖然未明確說明為高度敏感，但建議在組裝過程中遵循半導體的標準 ESD 處理預防措施。

9. 技術比較與差異化

根據規格書，此 LED 的關鍵差異化特點是：
1. 高亮度：在 20mA 下，典型發光強度為 1000 mcd，對於標準燈珠封裝的藍光 LED 而言相當突出。
2. 環保合規：完全符合 RoHS、REACH 和無鹵素標準，使其適用於具有嚴格環保法規的全球市場。
3. 穩固結構：為可靠性而設計，提供清晰的焊接和處理指南以確保使用壽命。
4. 分級：提供強度、波長和電壓分級，允許在需要均勻性的應用中進行更嚴格的設計控制。

與未分級或低強度 LED 相比，此元件在這些因素至關重要的應用中提供了更好的一致性和性能。

10. 常見問題 (基於技術參數)

問：我可以將此 LED 驅動在 30mA 以獲得更多亮度嗎？
答：不行。連續順向電流的絕對最大額定值為 25mA。超過此額定值可能因過熱和加速老化而導致永久損壞的風險。如需更高亮度，請選擇額定電流更高的 LED。

問：使用 5V 電源時，我應該使用多大的電阻值？
答：使用歐姆定律：R = (電源電壓 - Vf) / If。假設典型 Vf 為 3.4V，目標 If 為 20mA：R = (5 - 3.4) / 0.02 = 80 歐姆。使用最大 Vf (4.0V) 來計算最小安全電阻值：R_min = (5 - 4.0) / 0.02 = 50 歐姆。使用像 68 或 75 歐姆這樣的標準值將是合適的，即使使用低 Vf 的 LED 也能確保電流保持在 20mA 以下。

問：為什麼視角只有 20 度？
答：20 度視角是此特定 LED 的設計特性，透過環氧樹脂透鏡的形狀實現。它將光線集中到更窄的光束中，從而產生更高的軸向發光強度 (mcd)。如需更寬的照明，則需要具有更寬視角的 LED (例如，60° 或 120°)。

問：溫度如何影響性能？
答：如曲線所示，環境溫度升高會導致光輸出降低和順向電壓偏移。為了穩定運作，特別是在高溫環境中，應考慮適當的熱設計 (例如，PCB 銅箔面積、通風)，並可能在驅動電路中進行溫度補償。

11. 實際使用案例

情境：為網路路由器設計狀態指示燈面板。
該面板需要一個明亮、獨特的藍光 LED 來指示WAN 活動中狀態。需要四個相同的 LED 以保持對稱。

設計步驟：
1. 選擇：選擇 313-2SUBC/C470/S400-A4 是因為其高亮度 (典型值 1000 mcd) 和藍色光。
2. 電路設計：路由器的內部邏輯電源為 3.3V。使用典型 Vf 3.4V 會帶來挑戰，因為 3.3V 小於所需的 Vf。因此，LED 無法直接由 3.3V 驅動。需要一個簡單的電荷泵或升壓電路來產生 >4.0V 的電壓，或者必須選擇具有較低 Vf 的替代 LED。這凸顯了在設計早期檢查電源電壓與順向電壓的重要性。
3. PCB 佈局：使用封裝圖來建立焊盤圖形。在 PCB 絲印上添加極性標記 (例如，陰極使用方形焊盤)。
4. 組裝：LED 以捲帶包裝訂購。貼片機使用來自焊盤圖形的正確中心座標進行編程。迴焊溫度曲線遵循建議的 260°C 峰值溫度持續 5 秒。
5. 分級：為了確保所有四個 LED 具有相同的顏色和亮度，下單時要求來自相同 HUE 和 CAT 分級的單元。

12. 工作原理簡介

此 LED 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，如元件選擇指南所示。當施加超過二極體閾值 (約 3.4V) 的順向電壓時，電子和電洞被注入半導體接面的主動區域。當這些電荷載子復合時，它們以光子 (光) 的形式釋放能量。InGaN 合金的特定成分決定了能隙能量，進而決定了發射光的波長 (顏色) — 在此情況下為藍光 (~470 nm)。環氧樹脂封裝用於保護精密的半導體晶片，作為透鏡來塑形光輸出光束 (創造 20° 視角)，並配製為水清色以最大化光透射。

13. 技術趨勢與背景

基於 InGaN 技術的藍光 LED 代表了固態照明的重要進步。高效藍光 LED 的發展是一項重大的科學成就，使得白光 LED (通過將藍光與黃色螢光粉結合) 和全彩 RGB 顯示器的創建成為可能。此特定元件是這項技術成熟、商業化優化版本的典範。當前 LED 發展的趨勢集中在提高效率 (每瓦流明)、改善白光的顯色指數 (CRI)、實現更高的功率密度以及進一步小型化。雖然這是一個標準的燈珠封裝，但業界正越來越多地轉向表面黏著元件 (SMD) 封裝，如 2835 或 3030，以獲得更好的熱性能和自動化組裝。此規格書中強調的環保合規性 (RoHS、無鹵素) 現已成為標準要求，反映了電子產業對永續性和材料安全性的關注。