雙色SMD LED規格書 - AlInGaP晶片 - 綠光與紅光 - 30mA - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件詳述一款高亮度、雙色表面黏著元件（SMD）LED的技術規格。此元件在單一封裝內整合了兩個獨立的半導體晶片：一個發射綠光，另一個發射紅光。採用先進的磷化鋁銦鎵（AlInGaP）晶片技術，此LED專為需要從一個緊湊、單一元件佔位面積提供兩種不同顏色指示的應用而設計。其主要優勢包括高發光強度、與自動化組裝製程的相容性，以及符合環境標準。

此LED以業界標準的8mm載帶包裝，供應於7英吋捲盤上，適合大量、自動化的取放生產線。它相容於多種焊接製程，包括紅外線迴焊與氣相迴焊，並被歸類為綠色產品，符合相關的環保指令。

2. 深入技術參數分析

2.1 絕對最大額定值

元件的操作極限定義於環境溫度（Ta）為25°C的條件下。綠光與紅光晶片共享相同的最大額定值，確保對稱的性能與設計安全餘裕。

• 功率消耗：每晶片75 mW。此參數定義了LED在連續操作下能安全以熱形式消散的最大功率。
• 峰值順向電流：80 mA，允許於脈衝條件下（1/10工作週期，0.1ms脈衝寬度）。此額定值對於多工或短暫高強度信號應用至關重要。
• 直流順向電流：30 mA。這是建議用於可靠、長期運作的最大連續順向電流。
• 電流降額：從25°C起線性降額0.4 mA/°C。環境溫度每高於25°C一度，最大允許連續電流必須降低0.4 mA，以防止熱過應力。
• 逆向電壓：5 V。在逆向方向上超過此電壓可能立即對LED晶片造成不可逆的損壞。
• 溫度範圍：操作與儲存溫度範圍為-55°C至+85°C，顯示其適用於工業與廣泛環境應用。
• 焊接耐受度：此元件可承受260°C波焊或紅外線焊接5秒，以及215°C氣相焊接3分鐘。

2.2 電氣與光學特性

測量於Ta=25°C及標準測試電流（IF）2 mA下，這些參數定義了LED的核心性能。

• 發光強度（Iv）：兩種顏色最小均為1.8 mcd，典型值為2.5 mcd。這是經由過濾至CIE明視覺（人眼）響應曲線的感測器所測量到的光輸出感知亮度。
• 視角（2θ1/2）：典型值為130度。此寬視角表示一種漫射、非聚焦的發射模式，適合需要從廣泛視角可見的狀態指示燈。
• 峰值波長（λP）：綠光：570 nm（典型值）。紅光：636 nm（典型值）。這是光譜功率輸出達到最大值時的波長。
• 主波長（λd）：綠光：569 nm（典型值）。紅光：633 nm（典型值）。這是從CIE色度圖推導出來，最能代表LED感知顏色的單一波長。
• 頻譜頻寬（Δλ）：綠光：15 nm（典型值）。紅光：20 nm（典型值）。這定義了頻譜純度；頻寬越窄表示顏色越飽和、越純淨。
• 順向電壓（VF）：綠光：1.8V（典型值），2.2V（最大值）。紅光：1.7V（典型值），2.2V（最大值）。這是LED在導通指定電流時兩端的電壓降。對於電路設計與電源選擇至關重要。
• 逆向電流（IR）：在VR=5V時最大為10 μA。這是衡量接面在關閉狀態下漏電的指標。
• 電容（C）：在VF=0V，f=1MHz時典型值為40 pF。與高頻切換應用相關。

3. 分級系統說明

LED根據性能進行分級，以確保生產批次內的一致性。設計師可以指定分級以滿足精確的應用需求。

3.1 發光強度分級

綠光與紅光晶片使用相同的強度分級代碼。每個分級內的公差為 +/-15%。

• 分級代碼 G：1.80 mcd（最小值）至 2.80 mcd（最大值）@ 2mA。
• 分級代碼 H：2.80 mcd（最小值）至 4.50 mcd（最大值）@ 2mA。
• 分級代碼 J：4.50 mcd（最小值）至 7.10 mcd（最大值）@ 2mA。

3.2 主波長分級（僅綠光）

僅綠光晶片有指定的波長分級以控制顏色一致性。每個分級的公差為 +/- 1nm。

• 分級代碼 C：567.5 nm 至 570.5 nm。
• 分級代碼 D：570.5 nm 至 573.5 nm。
• 分級代碼 E：573.5 nm 至 576.5 nm。

4. 性能曲線分析

雖然規格書中引用了特定的圖形曲線（例如圖1、圖6），但可以根據技術與指定參數描述其典型特性。

順向電流 vs. 順向電壓（I-V曲線）：AlInGaP LED展現出典型的指數型I-V關係。約1.8V的典型VF值表示相較於某些其他半導體材料，其工作電壓相對較低。曲線將顯示在臨界電壓處急遽導通，隨後進入電壓隨電流近似線性增加的區域。

發光強度 vs. 順向電流（L-I曲線）：在建議的操作範圍內（最高至30mA直流），光輸出通常與電流呈線性關係。然而，在更高電流下，由於熱效應與半導體內的其他非線性因素，效率可能會下降。

溫度相依性：LED的發光強度通常隨著接面溫度升高而降低。指定的電流降額因子（0.4 mA/°C）是此熱行為的直接結果，旨在維持可靠性。順向電壓也具有負溫度係數，意味著它會隨著溫度升高而略微下降。

頻譜分佈：綠光晶片，典型峰值在570 nm，窄頻寬15 nm，將產生飽和的綠光。紅光晶片，峰值在636 nm，頻寬20 nm，產生標準的紅色。這些波長均位於人眼的高靈敏度區域內。

5. 機械與包裝資訊

5.1 元件尺寸與接腳定義

此LED符合EIA標準SMD封裝佔位面積。透鏡為水清色。雙晶片的內部接腳定義如下：

• 綠光晶片：連接至接腳 1 和 3。
• 紅光晶片：連接至接腳 2 和 4。

此配置允許兩個LED被完全獨立驅動。除非另有說明，所有尺寸公差均為 ±0.10 mm。

5.2 建議焊接墊佈局

提供了建議的焊墊圖案（焊接墊尺寸），以確保在迴焊過程中形成適當的焊點、機械穩定性與散熱。遵循此佈局對於實現可靠的表面黏著連接並防止墓碑效應或錯位至關重要。

5.3 載帶與捲盤包裝

此元件以8mm寬的凸版載帶供應。關鍵包裝規格包括：

• 捲盤尺寸：直徑7英吋。
• 每捲數量：3000顆。
• 最小訂購量（MOQ）：剩餘數量為500顆。
• 蓋帶：空的元件凹槽以頂部蓋帶密封。
• 缺件：根據包裝標準，最多允許連續缺失兩個LED。
• 標準：包裝符合 ANSI/EIA 481-1-A-1994 規範。

6. 焊接與組裝指南

6.1 建議迴焊曲線

提供了兩種建議的紅外線（IR）迴焊焊接曲線：一種用於標準（錫鉛）焊接製程，一種用於無鉛焊接製程。無鉛曲線專為使用Sn-Ag-Cu（SAC）合金焊膏而設計。兩種曲線均定義了關鍵參數，如預熱溫度與時間、峰值溫度以及液相線以上時間，以確保形成適當的焊點，同時不使LED封裝承受過度的熱應力。

6.2 一般焊接條件

• 迴焊焊接：預熱：120-150°C，最長120秒。峰值溫度：最高240°C。液相線以上時間：最長10秒。
• 波焊焊接：預熱：最高100°C，最長60秒。焊錫波：最高260°C，最長10秒。
• 手動焊接（烙鐵）：溫度：最高300°C。焊接時間：每個焊點最長3秒（僅限一次）。

6.3 清潔

若焊接後需要清潔，僅應使用指定的化學藥劑。未指定的化學品可能損壞LED封裝材料。建議將LED浸入常溫下的乙醇或異丙醇中，時間少於一分鐘。

6.4 儲存與處理

• 儲存環境：不應超過30°C與70%相對濕度。
• 濕度敏感性：從其原始防潮包裝中取出的LED應在一週內進行迴焊。若需在原始包裝袋外儲存更長時間，必須將其儲存在帶有乾燥劑的密封容器或氮氣乾燥器中。
• 烘烤：在袋外儲存超過一週的元件，在組裝前需要在大約60°C下烘烤至少24小時，以去除吸收的水分並防止迴焊過程中的"爆米花"現象。

7. 應用建議

7.1 典型應用場景

此雙色LED非常適合需要從單一點提供多重狀態指示的應用，例如：

• 狀態指示燈：電源（綠=開，紅=關/錯誤）、網路活動、電池充電狀態（紅=充電中，綠=充滿）。
• 消費性電子產品：家電、影音設備與電腦周邊設備上的指示燈。
• 工業控制面板：機器狀態指示（綠=運轉中，紅=停止/故障）。
• 汽車內裝照明：雙功能儀表板或控制台指示燈。

7.2 電路設計考量

驅動方式：LED是電流驅動裝置。為了確保亮度均勻，特別是當多個LED並聯使用時，強烈建議為每個LED使用一個串聯限流電阻（電路模型A）。不建議直接從電壓源並聯驅動多個LED（電路模型B），因為個別LED之間順向電壓（VF）特性的微小差異將導致電流分配顯著不同，從而影響亮度。

串聯電阻（R_s）的值可以使用歐姆定律計算：R_s= (V_電源- V_F) / I_F，其中 V_F是LED在所需電流 I_F.

下的順向電壓。

7.3 靜電放電（ESD）防護

• LED對靜電放電敏感，可能導致半導體接面劣化或損壞。在處理與組裝過程中必須採取預防措施：
• 人員應佩戴接地腕帶或防靜電手套。
• 所有工作站、工具與設備必須妥善接地。
• 在工作檯面上使用導電或靜電消散墊。

在ESD防護包裝中儲存與運輸LED。

8. 技術比較與差異化此產品的關鍵差異化特點是其單一SMD封裝內的雙色能力以及採用.

AlInGaP晶片技術

• 。相較於單色LED，此元件節省了PCB空間，減少了元件數量，並簡化了需要兩種顏色的應用的組裝。相較於其他雙色技術（例如，使用螢光粉的單一晶片），使用兩個獨立的AlInGaP晶片具有以下優勢：顏色飽和度：
• AlInGaP提供高度飽和、純淨的綠光與紅光，無需螢光粉轉換，從而實現更高的顏色純度。效率：
• AlInGaP以其高外部量子效率而聞名，特別是在紅光與琥珀光區域，這有助於元件的高亮度。獨立控制：

兩個晶片在電氣上隔離，允許完全獨立地控制顏色、亮度與閃爍模式。

9. 常見問題解答（FAQ）

Q1：我可以同時以最大直流電流（各30mA）驅動綠光和紅光LED嗎？

A1：可以，但您必須考慮總功率消耗。在30mA下，典型VF為1.8V（綠光）和1.7V（紅光），總功率約為（0.03A * 1.8V）+（0.03A * 1.7V）= 0.105W 或 105 mW。這超過了單一晶片的75 mW額定值。因此，以全電流同時操作可能需要根據環境溫度與PCB佈局進行熱管理或降額，以確保接面溫度保持在安全限度內。

Q2：峰值波長與主波長有何不同？

A2：峰值波長（λP）是LED發射最多光功率的物理波長。主波長（λd）是基於CIE色度圖計算出的值，它將感知顏色表示為單一波長。對於像AlInGaP LED這樣的單色光源，兩者通常非常接近，但λd是應用中顏色規格更相關的參數。

Q3：訂購時應如何解讀分級代碼？

A3：您可以指定所需的強度分級（例如，"J"代表最高亮度），以及對於綠光晶片，指定主波長分級（例如，"D"代表特定的綠色調）。這確保您收到性能一致的LED。若未指定，您可能會收到生產中的混合批次。

Q4：是否需要散熱片？

A4：對於在最大直流電流或接近該電流下連續操作，特別是在高環境溫度下或兩種顏色同時點亮時，謹慎的熱設計非常重要。雖然單一指示燈可能不需要專用的散熱片，但建議確保從LED焊墊到PCB銅箔（使用散熱孔或大面積鋪銅）有良好的熱路徑，以幫助散熱並維持性能與壽命。

10. 設計與使用案例研究

情境：為可攜式裝置設計雙狀態電源指示燈需求：

指示"充電中"（紅光）與"充滿電/開機"（綠光）。裝置由5V USB電源供電。指示燈應清晰可見，但亮度不宜過高以節省電力。

1. 設計步驟：電流選擇：_F選擇能提供足夠亮度的順向電流（I
2. ）。根據2 mA下典型發光強度2.5 mcd，5 mA可能是一個清晰指示燈的良好起點。
   
   電阻計算：對於紅光LED_F（V
   
   R_{典型值 = 1.7V）在5 mA下：}R
   
   紅光= (5V - 1.7V) / 0.005A = 660 Ω。使用標準680 Ω電阻。對於_F綠光LED
   
   R_（V典型值 = 1.8V）在5 mA下：
3. R綠光_F= (5V - 1.8V) / 0.005A = 640 Ω。使用標準620 Ω或680 Ω電阻。_F功率檢查：
4. 每個LED的功率：P = V* I
5. ≈ 1.7V * 0.005A = 8.5 mW（紅光）和 1.8V * 0.005A = 9 mW（綠光）。兩者均遠低於75 mW的最大值，即使兩者同時點亮（在此使用案例中不會發生）。電路實現：

將紅光LED（接腳2,4）與其680Ω電阻連接至微控制器GPIO接腳，在充電時設定為高電位輸出。將綠光LED（接腳1,3）與其電阻連接至另一個GPIO接腳，在充電完成或裝置開機時啟動。共陰極/共陽極配置（由獨立接腳暗示）允許這種簡單的獨立驅動。

PCB佈局：遵循建議的焊墊尺寸。確保焊墊之間沒有防焊漆，以防止橋接。在LED下方包含一小塊連接至接地層的鋪銅，以提供輕微的散熱。11. 技術原理介紹

此LED基於_{磷化鋁銦鎵（AlInGaP）}半導體材料。這是一種III-V族化合物半導體，其能隙能量——價帶與導帶之間的能量差——可以通過改變Al、In、Ga和P的比例來精確調節。這種可調性使工程師能夠設計出在可見光譜的紅、橙、琥珀和綠光區域發射特定波長光的材料。_{當在AlInGaP晶片的p-n接面上施加順向電壓時，電子從n區注入p區，電洞從p區注入n區。這些電荷載子在接面的主動區域中復合。在像AlInGaP這樣的直接能隙半導體中，此復合事件以光子（光粒子）的形式釋放能量。此光子的波長（顏色）直接由材料的能隙能量決定（E}光子

= hc/λ ≈ E

能隙

• ）。雙色封裝內包含兩個這樣獨立製造的晶片，每個晶片由不同組成的AlInGaP材料製成，分別產生綠光與紅光。12. 產業趨勢與發展
• SMD指示燈LED市場持續演進。與此類元件相關的關鍵趨勢包括：微型化：
• 雖然此元件使用標準封裝，但業界不斷推動更小的佔位面積（例如0402、0201），以在日益密集的PCB上節省空間，特別是在消費性可攜式電子產品中。效率提升：
• 持續的材料科學與晶片設計改進旨在從每瓦電輸入中提取更多光（流明），在給定亮度水平下降低功耗。可靠性與穩健性增強：
• 封裝材料與晶粒貼裝技術的改進增強了元件承受更高溫度、濕度與機械應力的能力，擴大了其在汽車與工業應用中的使用。整合解決方案：