ELCS14G-NB5060J6J8293910-F3X LED 規格書 - 高效能冷白光 - 245lm @ 1A - 最大3.95V - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件詳述一款高效能冷白光發光二極體（LED）的規格，其設計旨在滿足緊湊型態下需要高光輸出的應用。該元件採用InGaN晶片技術，產生相關色溫（CCT）通常介於5000K至6000K之間的冷白光。其主要優勢包括在1安培順向電流下，典型光通量高達245流明，光學效率約為每瓦72流明。此LED符合RoHS、REACH及無鹵素標準，適用於注重環保的設計與全球市場。

1.1 目標應用

此LED專為需要明亮、高效照明的多元化應用而設計。主要目標市場包括行動電子產品、一般照明及汽車領域。具體應用涵蓋手機與數位攝影機的相機閃光燈與手電筒功能、TFT-LCD背光模組、室內外一般照明燈具、裝飾與娛樂照明，以及汽車內外照明，例如定位標誌燈、階梯燈與信號燈。

2. 技術參數分析

本節提供定義LED性能與操作限制之關鍵電氣、光學及熱參數的詳細客觀解讀。

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應力極限，並非建議操作條件。手電筒模式操作的最大連續直流順向電流為350 mA。對於脈衝操作，在特定工作週期（開啟400 ms，關閉3600 ms，共30,000次循環）下，允許峰值電流達1000 mA。元件可承受最高2 kV的靜電放電（ESD，人體放電模型，JEDEC 3b）。最大允許接面溫度為145°C，操作環境溫度範圍為-40°C至+85°C。此LED並非設計用於反向偏壓操作。從接面到焊墊的熱阻指定為8.5 °C/W，此為熱管理設計的關鍵參數。

2.2 電氣光學特性

電氣光學特性是在焊墊溫度（Ts）為25°C的標準測試條件下指定的。在1000 mA順向電流（IF）下，典型光通量（Iv）為245 lm，最低保證值為220 lm。在此電流下，順向電壓（VF）範圍從最低2.95V到最高3.95V，典型值取決於電壓分級。此冷白光型號的相關色溫（CCT）指定在5000K至6000K之間。請務必注意，所有電氣與光學數據均在50 ms脈衝條件下測試，以最小化測量期間的自熱效應，確保數據代表LED晶片的固有性能。

2.3 熱管理與可靠性考量

適當的熱管理對於實現所述性能與長期可靠性至關重要。指定的8.5°C/W熱阻表示每瓦功耗的溫升。例如，在1A電流與典型VF約3.5V（3.5W）下，接面溫度相對於焊墊的溫升約為30°C。規格書明確警告，不得在最高接面溫度下操作超過一小時。所有可靠性規格，包括在1000小時內光通量衰減低於30%，均保證在使用1.0 cm²金屬基板印刷電路板（MCPCB）進行良好熱管理的條件下達成。

3. 分級系統說明

此LED根據三個關鍵參數進行分級：光通量、順向電壓與色度（色座標）。此分級確保生產批次內的一致性，並允許設計師選擇符合特定應用需求的元件。

3.1 光通量分級

光通量分級以英數字代碼（J6、J7、J8）標示。對於J6級，在IF=1000mA時，光通量範圍為220 lm至250 lm。J7級涵蓋250 lm至300 lm，J8級涵蓋300 lm至330 lm。特定型號表示此元件屬於J6光通量級。

3.2 順向電壓分級

順向電壓分級由四位數代碼（2932、3235、3539）定義。該代碼以十分之一伏特表示電壓範圍。例如，2932級涵蓋VF從2.95V至3.25V，3235級從3.25V至3.55V，3539級從3.55V至3.95V。型號指定了2932電壓級。

3.3 色度（顏色）分級

色度由分級代碼（本例為5060）定義，對應於CIE 1931色度圖上的特定四邊形區域。提供了5060級頂點的座標，定義了此級別內元件的允許顏色變化範圍，對應於5000K至6000K的CCT範圍。色座標在IF=1000mA下測量。

4. 性能曲線分析

圖形數據提供了LED在不同條件下的行為洞察，對於電路設計與系統整合至關重要。

4.1 順向電壓 vs. 順向電流（IV曲線）

IV曲線顯示順向電壓與順向電流之間的關係。它是非線性的，為二極體的典型特性。在低電流時，電壓較低，隨著電流增加而上升。此曲線對於設計限流驅動電路至關重要，以確保LED在給定電流下於其指定電壓範圍內運作。

4.2 相對光通量 vs. 順向電流

此曲線說明光輸出如何隨驅動電流變化。光通量通常隨電流增加而增加，但在較高電流下由於效率下降與接面溫度升高而呈現次線性關係。理解此關係有助於優化亮度與效率/功耗之間的權衡。

4.3 CCT vs. 順向電流

相關色溫可能隨驅動電流變化而輕微偏移。此曲線顯示CCT在操作電流範圍內的穩定性或變化，對於需要一致白點的色彩關鍵應用非常重要。

4.4 相對光譜分佈

光譜功率分佈圖顯示每個波長發射的光強度。對於基於藍光晶片與螢光粉塗層的冷白光LED，其光譜通常顯示來自晶片的主導藍色峰值，以及來自螢光粉的更寬廣黃/綠/紅色發射波段。峰值波長（λp）與光譜寬度影響演色性指數（CRI）與光線的感知顏色。

4.5 典型輻射模式

極座標輻射模式描繪了光強度的空間分佈。此LED具有朗伯發射模式，其中發光強度與視角的餘弦成正比。視角（2θ1/2）指定為120度，意指強度降至峰值一半的角度為距中心軸±60度。

5. 機械與封裝資訊

物理尺寸與封裝設計對於PCB佈局、光學設計與熱管理至關重要。

5.1 封裝尺寸

規格書包含LED封裝的詳細尺寸圖。所有尺寸均以毫米提供。此圖包括關鍵特徵，如總長度、寬度與高度、焊墊的位置與尺寸，以及任何機械參考或公差。設計師必須參考此圖以準確創建PCB封裝。

5.2 極性識別

封裝圖或相關註記應清楚標示陽極與陰極端子。正確的極性連接對於元件運作至關重要。通常，陰極可能以凹口、圓點、較短的引腳或PCB封裝上不同的焊墊形狀標記。

6. 焊接與組裝指南

需要正確的處理與焊接以維持元件完整性與可靠性。

6.1 迴焊溫度曲線

此LED額定最高焊接溫度為260°C，最多可承受2次迴焊循環。應遵循標準無鉛迴焊曲線，仔細控制峰值溫度與高於液相線的時間，以防止損壞塑料封裝與內部打線。

6.2 濕度敏感性與儲存

此元件具有濕度敏感等級（MSL）評級。規格書指定為等級1，意指在包裝袋開啟前，元件可在≤30°C/85% RH條件下無限期儲存。然而，建議特定儲存條件：開啟前，儲存於≤30°C/≤90% RH；開啟後，儲存於≤30°C/≤85% RH。若超過指定的車間壽命或乾燥劑指示劑顯示濕氣侵入，則需要在迴焊前進行60±5°C、24小時的烘烤預處理。

6.3 應用中的熱管理

為了可靠運作並維持高光輸出，必須將LED安裝在金屬基板（MCPCB）或其他具有優異導熱性的基板上。從焊墊到散熱器的熱路徑必須設計得當，以在連續操作期間將接面溫度保持在遠低於最大額定值。強烈建議使用熱介面材料與足夠的散熱措施。

6.4 電氣保護

儘管元件可能具有一些整合的ESD保護，但它並非設計用於反向偏壓操作。在電路設計中考慮外部保護，例如串聯限流電阻和/或並聯瞬態電壓抑制二極體，以防止電壓突波、反向連接或其他電氣過應力條件造成的損壞。

7. 包裝與訂購資訊

LED以供自動化組裝的防潮包裝供應。

7.1 載帶與捲盤規格

元件包裝於壓紋載帶中並捲繞於捲盤上。標準裝載數量為每捲2000顆，最小訂購量為1000顆。規格書中提供了載帶凹槽、覆蓋帶及捲盤本身的詳細尺寸，以確保與取放設備的相容性。

7.2 產品標籤

捲盤標籤包含可追溯性與正確應用的關鍵資訊：客戶料號（CPN）、製造商料號（P/N）、批號、包裝數量（QTY），以及光通量（CAT）、顏色（HUE）與順向電壓（REF）的特定分級代碼。濕度敏感等級（MSL-X）亦會標示。

8. 應用設計考量

8.1 驅動電路設計

選擇合適的恆流LED驅動IC或電路，能夠提供高達1A的電流。驅動器必須考慮順向電壓範圍（2.95V-3.95V），並包含必要的保護功能（過流、過溫、開路/短路）。對於閃光燈應用，確保驅動器能夠處理高峰值脈衝電流。

8.2 光學設計

120度朗伯發射模式適用於許多一般照明應用。對於聚焦光束（例如手電筒），將需要二次光學元件，如反射器或透鏡。小型封裝尺寸有助於緊湊光學系統設計。

8.3 熱設計

計算預期功耗（IF * VF），並使用熱阻（Rth）估算接面溫度相對於PCB熱參考點的溫升。確保系統的散熱措施足以將Tj保持在安全限制內，特別是在高環境溫度或密閉燈具中。對於高功率連續操作，可能需要主動冷卻（風扇）。

9. 技術比較與市場定位

此LED透過在緊湊型SMD封裝中結合高光通量（245 lm）與高效率（72 lm/W）來定位市場。其主要差異化優勢包括適用於區域照明的寬廣120度視角、定義明確的顏色與光通量分級結構以確保一致性，以及符合嚴格的環境標準（RoHS、REACH、無鹵素）。與標準中功率LED相比，它提供更高的單點亮度，適用於需要集中光源的應用，如相機閃光燈。與專用閃光燈LED相比，它可能為一般照明任務提供更好的效率與更寬廣的視角。

10. 常見問題（FAQ）

10.1 手電筒模式與脈衝模式電流額定值有何不同？

手電筒模式（最大350 mA）指的是連續直流操作。脈衝模式（最大1000 mA）指的是用於相機閃光燈的短時間、高電流脈衝，對脈衝寬度、工作週期與循環次數有嚴格限制，以防止過熱。

10.2 為何熱管理對此LED如此關鍵？

小型封裝中的高功耗（在1A時高達約4W）導致高熱通量。過高的接面溫度會加速流明衰減（光輸出隨時間下降）並可能偏移色座標。最終也可能導致災難性故障。適當的散熱對於可靠性是不可妥協的。

10.3 我可以直接用鋰離子電池驅動此LED嗎？

不行。鋰離子電池的電壓（通常為3.0V-4.2V）未經穩壓，可能超過LED的最大順向電壓或導致過大電流。必須使用恆流驅動電路以確保穩定、安全且一致的性能。

10.4 如何解讀型號ELCS14G-NB5060J6J8293910-F3X？

型號編碼了關鍵分級資訊：'NB5060'表示5060顏色級（5000-6000K CCT）。'J6'表示光通量級（220-250 lm）。'2932'（從此元件規格表的上下文推斷）表示順向電壓級（2.95-3.25V）。'F3X'可能指特定的光學或封裝變體。

11. 設計與使用案例研究

11.1 手機相機閃光燈模組

在此應用中，LED由專用閃光燈驅動IC驅動。設計重點在於短時間內（例如400ms）提供非常高的瞬時電流（高達1A脈衝）以產生明亮閃光。關鍵挑戰包括在手機的有限空間內管理高峰值功耗的熱問題，以及確保驅動器能從電池提供所需電流。LED的高效率有助於最大化閃光亮度，同時最小化電池消耗。

11.2 便攜式工作燈或手電筒

對於手持式手電筒，可能在MCPCB上使用多顆LED。一個降壓或升壓恆流驅動器（取決於電池配置）提供可調亮度等級。設計強調穩健的熱管理——MCPCB連接到作為散熱器的大型鋁製外殼。寬廣的120度光束角提供良好的區域覆蓋，可能減少對複雜光學元件的需求。

12. 運作原理

這是一款螢光粉轉換型白光LED。核心是氮化銦鎵（InGaN）半導體晶片，在順向偏壓下（電致發光）發射藍光。此藍光部分被塗覆在晶片上的摻鈰釔鋁石榴石（YAG:Ce）螢光粉層吸收。螢光粉將部分藍色光子下轉換為黃/綠光譜中較長波長的光。剩餘藍光與轉換後的黃光混合，被人眼感知為白光。藍光與黃光發射的確切比例由螢光粉成分與厚度控制，決定了相關色溫（CCT）——本例中為冷白光（5000-6000K）。

13. 技術趨勢與背景

此元件反映了固態照明的持續趨勢：提高發光效率（每瓦流明）、透過更嚴格的分級改善顏色一致性，以及遵守環境法規。從更小封裝中獲得更高光通量的驅動力，正挑戰著熱管理與螢光粉技術的極限。未來的發展可能涉及用於更高CRI及更好顏色隨溫度與時間穩定性的新型螢光粉材料，以及進一步減小封裝尺寸與熱阻的晶片級封裝（CSP）設計。將這些高亮度LED整合到物聯網應用的智慧、連網照明系統中也是一個重要趨勢。