目錄
- 1. 產品概述
- 2. 技術參數深度分析
- 2.1 絕對最大額定值 (Ts=25°C)
- 2.2 電氣-光學特性 (Ts=25°C)
- 3. 分級系統說明
- 3.1 相關色溫分級
- 3.2 光通量分級
- 4. 性能曲線分析
- 4.1 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V曲線)
- 4.2 順向電流 vs. 相對光通量
- 4.3 接面溫度 vs. 相對光譜功率
- 4.4 相對光譜功率分佈
- 5. 機械與封裝資訊
- 5.1 封裝外型尺寸圖
- 5.2 建議焊墊圖案與鋼板設計
- 6. 焊接與組裝指南
- 6.1 迴流焊接參數
- 6.2 操作與儲存注意事項
- 7. 應用建議
- 7.1 典型應用場景
- 7.2 設計考量
- 8. 技術比較與差異化
- 9. 常見問題解答
- 9.1 建議的操作電流是多少？
- 9.2 為什麼順向電壓這麼高 (~27V)？
- 9.3 如何選擇正確的CCT分級？
- 9.4 需要什麼樣的散熱器？
- 9.5 可以使用PWM進行調光嗎？
- 10. 實務設計案例分析
- 覆晶LED技術:
- 發光效率提升:
1. 產品概述
T12系列是一款採用覆晶技術的高功率表面黏著LED模組。本文件詳述一款10瓦白光型號的規格，其內部配置為9顆LED晶片串聯連接。覆晶設計透過將半導體晶粒直接貼裝於基板上，提供了更佳的熱性能與可靠性，改善了散熱並降低了熱阻。
此LED模組專為需要高光通量輸出與強固性能的應用而設計，例如工業照明、高天井燈具、戶外區域照明及特殊燈具。其串聯配置簡化了驅動器設計，因為它需要在受控電流下提供較高的順向電壓。
2. 技術參數深度分析
2.1 絕對最大額定值 (Ts=25°C)
以下參數定義了操作極限，超出此範圍可能對LED造成永久性損壞。這些並非建議的操作條件。
- 順向電流 (IF):700 mA (直流)
- 順向脈衝電流 (IFP):700 mA (脈衝寬度 ≤10ms，工作週期 ≤1/10)
- 功率消耗 (PD):20300 mW (20.3W)
- 操作溫度 (Topr):-40°C 至 +100°C
- 儲存溫度 (Tstg):-40°C 至 +100°C
- 接面溫度 (Tj):125°C (最大值)
- 焊接溫度 (Tsld):迴流焊溫度為230°C或260°C，最長持續時間不超過10秒。
2.2 電氣-光學特性 (Ts=25°C)
這些是在指定測試條件下的典型值與最大值，代表預期的性能表現。
- 順向電壓 (VF):典型值27V，最大值29V (於 IF=350mA)。高電壓是由於9顆串聯的配置所致。
- 逆向電壓 (VR):5V (最大值)
- 逆向電流 (IR):100 µA (最大值) 於 VR=5V。
- 視角 (2θ1/2):130° (典型值)。這表示其具有適合區域照明的寬廣光束模式。
3. 分級系統說明
3.1 相關色溫分級
本產品提供標準的CCT分級。每個分級對應於CIE色度圖上特定的色度區域，確保同一批次的顏色一致性。標準訂購選項如下：
- 2700K:色度區域 8A, 8B, 8C, 8D (暖白光)
- 3000K:色度區域 7A, 7B, 7C, 7D (暖白光)
- 3500K:色度區域 6A, 6B, 6C, 6D (中性白光)
- 4000K:色度區域 5A, 5B, 5C, 5D (中性白光)
- 4500K:色度區域 4A, 4B, 4C, 4D, 4R, 4S, 4T, 4U (冷白光)
- 5000K:色度區域 3A, 3B, 3C, 3D, 3R, 3S, 3T, 3U (冷白光)
- 5700K:色度區域 2A, 2B, 2C, 2D, 2R, 2S, 2T, 2U (日光色)
- 6500K:色度區域 1A, 1B, 1C, 1D, 1R, 1S, 1T, 1U (日光色)
注意：分級定義的是允許的色座標範圍，而非單一固定點。
3.2 光通量分級
光通量是基於測試電流350mA下的最小值進行分級。實際光通量可能超過訂購的最小值，但仍會保持在指定的CCT分級範圍內。
- 暖白光 (2700K-3700K), 演色性指數 ≥70:
- 代碼 3H: 800 lm (最小值), 900 lm (典型值)
- 代碼 3J: 900 lm (最小值), 1000 lm (典型值)
- 中性白光 (3700K-5000K), 演色性指數 ≥70:
- 代碼 3H: 800 lm (最小值), 900 lm (典型值)
- 代碼 3J: 900 lm (最小值), 1000 lm (典型值)
- 冷白光 (5000K-10000K), 演色性指數 ≥70:
- 代碼 3J: 900 lm (最小值), 1000 lm (典型值)
- 代碼 3K: 1000 lm (最小值), 1100 lm (典型值)
公差:光通量: ±7%；演色性指數: ±2；色度座標: ±0.005。
4. 性能曲線分析
4.1 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V曲線)
I-V曲線呈現典型的二極體非線性特性。在建議的操作電流350mA下，典型的順向電壓為27V。曲線顯示，電壓超過膝點後，微小的增加會導致電流急遽上升，這凸顯了恆流驅動對於穩定操作與長壽命的重要性。
4.2 順向電流 vs. 相對光通量
此曲線展示了驅動電流與光輸出之間的關係。在正常操作範圍內，光通量大致隨電流線性增加。然而，以高於建議值（例如700mA）的電流驅動LED，可能會導致效率（lm/W）的邊際效益遞減，並顯著提高接面溫度，加速光衰並縮短使用壽命。
4.3 接面溫度 vs. 相對光譜功率
隨著接面溫度 (Tj) 升高，白光LED（通常是藍光晶粒搭配螢光粉）的光譜功率分佈可能會發生偏移。這通常表現為特定波長的輻射功率下降，以及相關色溫可能發生變化。有效的熱管理對於長期維持穩定的顏色與光輸出至關重要。
4.4 相對光譜功率分佈
白光LED的光譜曲線顯示，在藍光區域（來自InGaN晶片）有一個主峰，而在黃/綠/紅區域（來自螢光粉塗層）則有較寬的發射帶。確切的形狀決定了CCT和CRI。更寬廣、更平滑的螢光粉發射有助於提高CRI。
5. 機械與封裝資訊
5.1 封裝外型尺寸圖
LED模組的實體尺寸詳見規格書圖示。關鍵機械特徵包括總長、寬、高，以及焊墊的位置與尺寸。此封裝專為表面黏著技術組裝而設計。
5.2 建議焊墊圖案與鋼板設計
文件中提供了PCB焊墊圖案（佔位面積）與錫膏鋼板的詳細圖示。遵循這些建議對於形成良好的焊點、確保對位準確及可靠的機械附著至關重要。焊墊設計確保了正確的電氣連接，並有助於將熱量從LED傳導至PCB。這些尺寸的公差通常為±0.10mm。
極性識別:陽極 (+) 與陰極 (-) 端子已在封裝上明確標示，或在佔位面積圖中標明。正確的極性對於正常運作至關重要。
6. 焊接與組裝指南
6.1 迴流焊接參數
此LED相容於標準紅外線或對流迴流焊接製程。焊接過程中，本體最高允許溫度為230°C或260°C，處於峰值溫度的時間不得超過10秒。遵循適當的溫度曲線，對組裝件進行充分的預熱，以減少熱衝擊，這一點至關重要。
6.2 操作與儲存注意事項
- 靜電放電敏感度:LED為靜電敏感元件。在操作與組裝過程中，請採取適當的ESD防護措施。
- 濕度敏感度:此封裝可能具有濕度敏感等級。若有指定，請在進行迴流焊前遵守烘烤與使用期限的要求。
- 儲存條件:請在指定的溫度範圍內（-40°C至+100°C），儲存於乾燥、陰暗的環境中。避免暴露於腐蝕性氣體。
- 清潔:若焊接後需要清潔，請使用相容的溶劑與方法，避免損壞LED透鏡或矽膠材料。
7. 應用建議
7.1 典型應用場景
- 高天井與工業照明:利用其高光通量輸出與強固結構。
- 戶外區域照明:路燈、停車場燈、體育場照明。
- 高光通量特殊燈具:植物生長燈、投影機、舞台燈光。
- 建築與商業照明:適用於優先考慮高效率與長壽命的場合。
7.2 設計考量
- 熱管理:這是影響性能與壽命最關鍵的因素。設計PCB與散熱器時，應確保LED接面溫度 (Tj) 遠低於最大額定值125°C，理想情況下應低於85°C以獲得最佳壽命。可視需要使用散熱孔、金屬基板或被動/主動冷卻方案。
- 驅動電流:使用恆流LED驅動器，其額定電壓範圍需符合要求（基於 VF）。建議在典型值350mA或更低電流下操作，以平衡輸出、效率與壽命。降低驅動電流可顯著延長使用壽命。
- 光學設計:130°的寬廣視角可能需要二次光學元件（透鏡、反射器）來實現應用所需的光束模式。
- 電氣保護:考慮在輸入線路上加入防止反接極性、過電壓突波及靜電放電的保護措施。
8. 技術比較與差異化
覆晶LED vs. 傳統打線LED:
- 熱性能:覆晶貼裝提供了從發光接面到基板/散熱器更短、更直接的熱傳導路徑，從而降低了熱阻 (Rth)。這使得在相同電流下能承受更高的驅動電流或獲得更長的壽命。
- 可靠性:消除了因熱循環、振動或電遷移而可能失效的打線接點。
- 電流擴散:通常在晶粒下方整合了更好的電流擴散層，從而實現更均勻的光發射，並可能提高效率。
- 光學設計:允許實現更緊湊的封裝或不同的光提取結構。
串聯配置 (9顆串聯):簡化了高電壓、低電流應用的驅動器設計，與驅動多個並聯串相比，通常能提高驅動器效率。
9. 常見問題解答
9.1 建議的操作電流是多少？
規格書中列出的特性值是以350mA為基準，這是典型的建議操作點。雖然可以驅動至絕對最大值700mA，但這將顯著提高接面溫度並縮短壽命。為獲得最佳壽命與效率，建議在350mA或更低電流下操作。
9.2 為什麼順向電壓這麼高 (~27V)？
此模組內部包含9顆串聯的獨立LED晶片。每顆晶片的順向電壓會相加。一顆典型的白光LED晶片 VF約為3V；9 * 3V = 27V。
9.3 如何選擇正確的CCT分級？
根據應用所需的光環境氛圍與演色性要求，選擇標稱CCT（例如4000K）。對應的色度區域（例如5A-5D）確保了顏色一致性。對於顏色匹配要求嚴格的應用，可要求更嚴格的分級或從單一生產批次中挑選。
9.4 需要什麼樣的散熱器？
所需的散熱器取決於您的操作電流、環境溫度、期望的 Tj，以及您的PCB和介面材料的熱阻。您必須根據總功耗 (VF* IF) 以及從接面到環境的目標熱阻 (RθJA) 進行熱計算。
9.5 可以使用PWM進行調光嗎？
可以，脈衝寬度調變是LED有效的調光方法。請確保PWM頻率足夠高（通常>100Hz）以避免可見閃爍。驅動器應設計為可接受PWM輸入或具有專用的調光介面。
10. 實務設計案例分析
情境:使用多個T12模組設計一款100W高天井燈具。
設計步驟:
- 模組數量:目標總功率100W。每個模組在350mA下消耗約9.45W (27V * 0.35A)。使用10個模組可達約94.5W。
- 驅動器選擇:需要一個能驅動10個串聯模組的恆流驅動器。所需輸出電壓範圍：10 * (27V 至 29V) = 270V 至 290V。所需電流：350mA。選擇額定值 >290V、350mA 的驅動器。
- 熱設計:總功耗約94.5W。使用安裝在大型鋁製散熱器上的金屬基板。根據最高環境溫度（例如50°C）和目標 TθSA（散熱器到環境）的熱阻，需考量來自LED與介面的 RjθJC和 RθCS。光學:
- 對於高天井燈，通常需要中等光束角（例如60°-90°）。選擇與模組佔位面積相容的二次透鏡或反射器，以將光束從原始的130°縮窄。PCB佈局:
- 遵循建議的焊墊佈局。確保用於載流的銅箔走線足夠寬。焊接處使用散熱焊盤設計，但同時最大化銅箔鋪設面積以利散熱。11. 技術原理介紹
覆晶LED技術:
在傳統LED中，半導體層生長在基板上，並透過打線連接到晶粒頂部進行電氣連接。在覆晶設計中，生長完成後，晶粒被翻轉並使用焊料凸塊直接貼裝到載板基板（如陶瓷或矽基板）上。這使得發光區域更靠近熱傳導路徑。光線透過基板（必須是透明的，如藍寶石）發射，或若基板被移除則從側面發射。這種結構改善了散熱，允許更高的電流密度，並透過移除脆弱的打線接點來增強可靠性。白光產生原理:
大多數白光LED使用發藍光的氮化銦鎵晶片。部分藍光被塗覆在晶片上或周圍的螢光粉材料（通常是摻鈰的釔鋁石榴石，YAG:Ce）吸收。螢光粉將部分藍光下轉換為黃光。剩餘的藍光與產生的黃光混合，被人眼感知為白光。調整螢光粉的成分與厚度可控制CCT與CRI。12. 產業趨勢與發展
發光效率提升:
主要趨勢持續是提高發光效率，降低每單位光輸出所需的能量。這是透過改善內部量子效率、光提取效率及螢光粉轉換效率來實現的。高功率密度與小型化:
受汽車頭燈、微型投影機及超緊湊燈具等應用驅動，業界正致力於將更多光通量封裝到更小的體積中。覆晶與晶片級封裝技術是實現此目標的關鍵。改善色彩品質與一致性:
對於高CRI（Ra >90, R9 >50）以及跨批次與使用壽命期間顏色點一致性的需求正在增加，特別是在零售、博物館及醫療保健照明領域。可靠性與壽命:
重點在於理解並減緩在高溫、高濕及高電流應力條件下的失效機制，以保證更長的L70/B50壽命（50%樣品光通量維持率降至70%的時間）。智慧與連網照明:
將控制電子元件、感測器及通訊介面直接整合到LED模組中變得越來越普遍，從而實現基於物聯網的照明系統。特殊光譜:
針對人因照明、園藝照明及醫療應用，開發具有客製化光譜輸出的LED。Development of LEDs with tailored spectral outputs for human-centric lighting (HCL), horticulture (grow lights), and medical applications.
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。 |