EMC3030 全彩 LED 資料手冊 - 尺寸 3.0x3.0mm - 電壓 1.6-3.4V - 功率 0.468-0.648W - 英文技術文件

1. 產品概述

EMC3030系列是一款高性能全彩表面黏著LED，專為嚴苛的照明應用而設計。此元件將紅、綠、藍（RGB）晶片整合於緊湊的3.0mm x 3.0mm封裝內，能透過加法混色創造出廣泛的色譜。其主要設計重點在於提供高光輸出與光效，同時確保在高驅動電流下仍能穩定運作。

核心優勢： 此LED的主要優勢在於其高流明輸出、適用於高電流操作以及低熱阻。這些特性使其在各種環境中都能保持穩定的性能與長久的使用壽命。

目標市場： 此LED專為需要鮮豔、動態或可調白光之應用而設計。其主要目標市場為戶外照明與建築照明，這些領域對色彩效果、耐用性及能源效率至關重要。

2. 深度技術參數分析

本節針對數據手冊中指定的關鍵技術參數，提供詳細且客觀的詮釋。

2.1 電光特性

光通量輸出是在標準測試電流（I_F）為150mA且環境溫度（T_a）為25°C的條件下測量。典型範圍如下：

• Red Chip: 22至28流明(lm)
• Green Chip: 44至51流明
• Blue Chip: 7 至 12 流明

這些光通量值適用 ±7% 的測量公差。白光混合的相關色溫 (CCT) 是根據個別晶片的組合輸出，從 CIE 1931 色度圖推導得出。

該元件具備寬廣視角 (2θ_1/2) 為120度，此為光強度降至峰值一半時的離軸角。這確保了廣泛且均勻的光線分佈。

2.2 電氣參數

順向電壓 (V_F) 會因晶片顏色在 I_F = 150mA 時有所不同：

• 紅色： 1.6V 至 2.6V（典型值）
• 綠色： 2.6V 至 3.4V（典型值）
• 藍色： 2.6V 至 3.4V（典型值）

順向電壓測量容差為 ±0.1V。所有晶片的逆向電壓 (V_R) 額定值最高為 5V，在此電壓下的逆向電流 (I_R) 小於 10µA。此元件具備 1000V（人體放電模型）的靜電放電 (ESD) 耐受能力。

2.3 熱特性與絕對最大額定值

超出此限值操作LED可能導致永久性損壞。

• 最大順向電流 (I_F): 所有顏色皆為180mA（連續）。
• 最大脈衝順向電流（I_FP): 250mA（脈衝寬度 ≤100µs，工作週期 ≤1/10）。
• 最大功耗 (P_D):
  • 紅光：468 mW
  • 綠光：648 mW
  • 藍光：648 mW
• 工作溫度 (T_opr): -40°C 至 +85°C。
• 儲存溫度 (T_stg): -40°C 至 +105°C。
• 熱阻 (R_{th j-sp}): 在 I=150mA 的條件下，所有顏色 LED 的晶片至 MCPCB 焊點熱阻典型值為 5°C/W。_F此低數值對於有效的熱管理至關重要。

應用中的總功耗絕對不能超過規定的P值，這對確保可靠性至關重要。_D 額定值以確保可靠性。

3. 分級系統說明

LED會根據關鍵性能參數進行分類（分級），以確保生產批次的一致性。分級作業在I_F = 150mA 且 T_a = 25°C。

3.1 主波長分級

這定義了每顆晶片所發出光線的精確顏色。

• 紅色： 分選為代碼 RB2 (615-620nm)、RC1 (620-625nm) 和 RC2 (625-630nm)。
• 綠色： 分選為單一代碼 GC3，涵蓋範圍從 520nm 至 535nm，以 2.5nm 為間隔（例如：520-522.5nm、522.5-525nm 等）。
• 藍色： 分選為多個代碼：BB3 (450-452.5nm)、BB4 (452.5-455nm)，直至 BC6 (467.5-470nm)。

波長量測的容差為 ±1nm。

3.2 光通量分選

LED根據其光輸出進行分組。

• 紅色： 代碼 DR0 (22-28 流明)
• 綠色： 代碼 DG0 (44-51 流明)
• 藍色： 代碼 DB0 (7-12 流明)

光通量測量公差為 ±7%。

3.3 順向電壓分選

此分選確保了電路設計中的電氣相容性。電壓分選範圍從 AB2 (1.8-2.0V) 到 AF1 (3.2-3.4V)，量測容差為 ±0.1V。

4. 性能曲線分析

數據手冊包含多張圖表，用以說明LED在不同條件下的行為特性。理解這些圖表是實現最佳化設計的關鍵。

• 順向電流 vs. 相對光強度 (圖 3)： 這條曲線顯示光輸出如何隨驅動電流增加而變化。它通常是非線性的，在接近最大電流下工作可能會降低效能和使用壽命。
• 正向電流 vs. 正向電壓 (圖 4): 這條 IV 曲線對於驅動器設計至關重要。正向電壓隨電流增加而上升，而紅、綠、藍晶片由於半導體材料不同，其關係略有差異。
• 環境溫度 vs. 相對光通量 (圖 5): 此圖展示熱降額特性。隨著環境溫度升高，光輸出會下降。設計人員必須考量此點，以在溫暖環境中維持一致的亮度。
• 環境溫度 vs. 相對順向電壓 (圖 6): 順向電壓通常隨溫度升高而降低。此特性對恆流驅動器的穩定性至關重要。
• 環境溫度 vs. 最大順向電流 (圖 7)： 此降額曲線至關重要。它顯示隨著環境溫度升高，必須降低最大允許順向電流以防止過熱。例如，在85°C時，紅色晶片的最大電流約為136.4mA，而綠/藍色晶片則分別約為93.7mA和90.9mA。
• Color Spectrum (Fig. 1) & Viewing Angle Distribution (Fig. 2): 這些圖表為LED的光譜輸出與光束分佈提供了視覺參考。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

該LED封裝於EMC3030表面黏著封裝內。整體尺寸長度為3.0mm，寬度為3.0mm。詳細的機械圖面規定了LED晶片、陰極/陽極標記以及透鏡結構的確切位置。除非另有說明，尺寸的通用公差為±0.2mm。

5.2 建議焊墊設計

本文件提供用於PCB設計的焊墊圖形（Footprint）。遵循此建議的焊墊布局對於實現可靠的焊接、適當的熱傳導以及防止迴焊時產生墓碑效應至關重要。焊墊尺寸的公差為±0.1mm。

5.3 極性辨識

封裝上包含標記，用以識別每個顏色晶片的陰極（負極）端子。必須正確連接極性以避免損壞LED。

6. 焊接與組裝指南

6.1 迴流焊接參數

此LED相容於無鉛迴流焊接製程。指定的溫度曲線至關重要：

• 峰值封裝體溫度（T_p): 最高260°C。
• 高於液相線溫度（T_L=217°C）的時間： 60至150秒。
• 處於峰值溫度5°C範圍內的時間： 最多30秒。
• 升溫速率（T_L 至 T_p): 最大 3°C/秒。
• 降溫速率 (T_p 至 T_L): 最大 6°C/秒。
• 從 25°C 至峰值總時間： 最長8分鐘。

嚴格遵循此溫度曲線可防止熱衝擊，避免LED封裝與內部焊線損壞。

6.2 操作與儲存注意事項

LED對靜電放電(ESD)敏感。請使用適當的防靜電安全處理程序（如靜電手環、導電墊）。應在規定的溫度範圍（-40°C至+105°C）內，儲存於乾燥、防靜電的環境中。焊接前避免暴露於濕氣；必要時，請遵循製造商的烘烤指示。

7. 封裝與訂購資訊

7.1 捲帶式封裝

LED 以凸輪式載帶包裝，捲繞於捲盤上，適用於自動化取放組裝。每捲最多可容納 5,000 顆元件。提供載帶尺寸圖，包含凹槽間距與捲盤直徑。每 10 個節距的累積公差為 ±0.25mm。

7.2 料號編碼系統

零件編號遵循結構化格式： T □□ □□ □ □ □ – □ □□ □□ □關鍵要素包括：

• 類型代碼： "3C" 適用於 3030 封裝。
• CCT/色碼： "CW" 代表 RGB（全彩）。
• 串聯/並聯晶片數量、元件代碼、顏色代碼： 這些數字指定內部配置、分檔選擇（如波長和光通量）以及其他產品變體。

必須查閱完整的分檔表，才能解讀特定型號的確切性能特徵。

8. 應用建議

8.1 典型應用場景

• 建築立面照明： 在建築物上創造動態變色效果。
• 戶外景觀照明： 以彩色光線照亮路徑、樹木與水景。
• 標誌與顯示器背光照明： 適用於鮮豔醒目、吸引目光的標誌。
• 娛樂與舞台照明： 需要可編程色彩之處。

8.2 關鍵設計考量

• 熱管理： 這是影響使用壽命最關鍵的因素。請使用具備足夠散熱孔的PCB，必要時可加裝外部散熱器，以確保焊點溫度維持在安全範圍內，特別是在高電流驅動或高環境溫度的情況下。
• 驅動電流： 請使用專為RGB LED設計的恆流驅動器。電流設定應根據所需亮度及熱降額曲線進行調整，切勿超過絕對最大額定值。
• 混色與控制： 為實現一致的白光或特定顏色，請使用脈衝寬度調變（PWM）獨立控制每顆晶片的強度。在控制演算法中考慮紅、綠、藍晶片的不同發光效率。
• 光學： 可能需要使用二次光學元件（透鏡、擴散片）來達成所需的光束角度與混色均勻度。

9. 技術比較與差異化

雖然資料手冊中未直接比較競爭對手，但EMC3030的規格突顯了其競爭定位：

• vs. 較小封裝（例如：3528）： 3030封裝通常因較大的熱傳導路徑及可能更大的晶片尺寸，而能提供更高的功率處理與流明輸出。
• vs. 標準5050 RGB LED： 3030可能提供更緊湊的解決方案，並具有相似或更優異的性能，允許在高密度陣列或更精細像素間距的顯示器中實現更高的像素密度。
• 關鍵差異化因素： 指定的低熱阻（5°C/W）和高最大驅動電流（180mA）表明其設計針對熱性能進行了優化，與熱阻較高的元件相比，能夠實現持續的高亮度運作。

10. 常見問題（基於技術參數）

Q: 我可以同時以180mA驅動所有三個晶片（RGB）嗎？
A: 不行。絕對最大功率耗散（P_D）不得超過。以180mA驅動紅色（V_F~2.1V) 提供約 378mW，低於其 468mW 的限制。然而，以 180mA 驅動綠色或藍色 (V_F~3.0V) 提供約 540mW，低於其 648mW 的限制。其 總 三者總功耗約為 1.46W，必須由 PCB/散熱片散逸。更重要的是，您必須參考降額曲線 (圖 7)，該曲線會降低在較高環境溫度下的允許電流。

Q: 為什麼藍光晶片的發光通量低於紅光和綠光？
A: 這與人眼敏感度（明視覺反應）有關。人眼對藍光（約450-470nm）最不敏感。因此，藍光LED需要更高的輻射功率，才能達到與綠光LED相同的感知亮度（發光通量），而綠光正是人眼敏感度最高的波段。規格數值反映了這種生理現實。

Q: 如何為我的專案選擇正確的Bin Code？
A: 對於色彩要求嚴格的應用（例如：多顆LED需發出均勻的白光），您必須指定嚴格的波長分級（特別是綠光與藍光）以及順向電壓。對於要求較低的應用，較寬的分級或許可以接受，且更具成本效益。下單時請務必查閱完整的分級表。

11. 實務設計案例研究

情境： 設計一款可調白光（2700K至6500K）的戶外建築線性燈具。

實施：

1. LED選擇： 使用 EMC3030 RGB LED。混合紅、綠、藍輸出以模擬沿黑體軌跡的各種白點。
2. 熱設計： 燈具本體為鋁材。PCB 採用金屬基板 (MCPCB)，以有效地將熱量從 LED 焊點傳導至燈具本體。進行計算以確保在最高環境溫度（例如 40°C）和驅動電流下，接面溫度維持在 85°C 以下。
3. 電氣設計： 採用具有三個獨立PWM通道的恆流LED驅動器。每顆晶片的電流設定為150mA，在亮度和效能之間取得了良好的平衡。考量了順向電壓分檔，以確保驅動器的順從電壓足以應付生產中的所有單元。
4. 光學設計： 將乳白色擴散罩置於LED陣列上方，使個別RGB光點融合成均勻、無眩光的線性光源。
5. 控制： 微控制器執行一種演算法，將目標色溫值對應到R、G、B通道的特定PWM工作週期，此對應關係是根據所用LED的實際分檔進行校準的。

12. 運作原理介紹

EMC3030 是一款多晶片 LED。每個晶片皆為採用不同材料系統製成的半導體二極體：

• 紅色： 通常基於磷化鋁鎵銦 (AlGaInP)。
• Green & 藍色： 通常基於氮化銦鎵 (InGaN)。

當施加正向電壓時，電子和電洞在半導體的主動區域內復合，以光子（光）的形式釋放能量。光的特定波長（顏色）由半導體材料的能隙能量決定。三原色（紅、綠、藍）在單一封裝內以加法方式混合。透過獨立控制每個晶片的強度，可以產生包括各種白色光在內的廣闊色譜。

13. 技術趨勢

像EMC3030這類全彩LED的發展，是由照明產業中幾項持續進行的趨勢所驅動：

• 光效提升（lm/W）： 磊晶生長與晶片設計的持續改進，使得每瓦電能的光輸出更高，從而提升能源效率。
• 提升的色彩演色性與一致性： 螢光粉技術（用於白光LED）的進步以及更嚴格的分選製程，實現了更精準且一致的色彩表現，這對於建築與零售照明至關重要。
• 更高的功率密度與更佳的熱管理： 封裝設計正朝著更高效散熱的方向演進，使緊湊型態的產品能實現更高驅動電流與持續流明輸出。
• 與智能控制整合： LED 設計日益注重與智能驅動器及物聯網連接功能配對，實現動態色彩調節、排程與數據收集，以提供以人為本且節能的照明解決方案。
• 微型化： 儘管需要平衡散熱性能與光輸出，但細間距直視型LED顯示器對更小像素的追求仍在持續。