ELCH08 LED 規格書 - 高效能白光LED - 290流明 @ 1安培 - 2.85-3.9伏特 - 120度視角 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件詳述一款高效能白光發光二極體（LED）元件的規格。此元件以其緊湊的封裝設計為特色，能提供高亮度輸出，使其非常適合空間受限且需要明亮照明的應用。其核心優勢包括在1安培驅動電流下可達290流明的典型光通量，對應約87流明/瓦的光學效率。此LED內建強固的靜電放電（ESD）防護，提升了其在操作與組裝過程中的可靠性。它完全符合RoHS指令，並採用無鉛製程製造。

1.1 目標應用

此LED專為廣泛的照明用途而設計。主要應用包括作為行動裝置與數位攝影設備中的相機閃光燈或頻閃光源。它也非常適合一般室內照明、TFT顯示器背光，以及各種裝飾性或娛樂性照明系統。此外，它亦可用於汽車內外照明功能，以及安全與導向照明，例如出口標誌與階梯指示燈。

2. 技術參數：深入客觀解讀

以下章節根據絕對最大額定值與典型操作條件，提供對元件關鍵技術參數的詳細分析。

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能導致元件永久損壞的應力極限，不適用於正常操作。

• 直流順向電流（手電筒模式）：350毫安培。這是LED可承受的最大連續順向電流。
• 峰值脈衝電流：1500毫安培。此高電流僅能在特定脈衝條件下施加（最大持續時間400毫秒，工作週期10%），典型用於相機閃光燈操作。
• ESD耐受度（人體放電模型）：8千伏特。此元件根據JEDEC JS-001-2017（前身為JEDEC 3b）標準提供高靜電放電防護，對於組裝與操作可靠性至關重要。
• 接面溫度（Tj）：150°C。半導體接面允許的最高溫度。
• 操作與儲存溫度：-40°C 至 +85°C（操作），-40°C 至 +100°C（儲存）。
• 熱阻（Rth）：3.4°C/瓦。此參數表示熱量從接面傳遞到周圍環境的效率。數值越低表示散熱性能越好。
• 功率耗散（脈衝模式）：6.42瓦。元件在脈衝條件下可耗散的最大功率。
• 視角（2θ1/2）：120度 ± 5°。此定義了發光強度至少為峰值強度一半的角度範圍，從而產生寬廣、類似朗伯體（Lambertian）的發光模式。

關鍵注意事項：此元件並非設計用於逆向偏壓操作。禁止在最大額定值下連續操作，否則將導致性能衰退和潛在故障。所有可靠性規格均在1.0平方公分的金屬基板印刷電路板（MCPCB）上進行受控熱管理驗證。

2.2 電氣-光學特性（Ts=25°C）

這些參數在典型測試條件下測量（50毫秒脈衝，焊墊溫度25°C），代表預期性能。

• 光通量（Iv）：260流明（最小值），300流明（典型值），於IF=1000毫安培時。
• 順向電壓（VF）：2.85伏特（最小值），3.90伏特（最大值），於IF=1000毫安培時。典型值落在此範圍內。
• 相關色溫（CCT）：5500K至6500K，使其位於冷白光或日光白光的色溫範圍。

3. 分級系統說明

為確保量產的一致性，LED會根據關鍵性能參數進行分級。這讓設計師能選擇符合特定應用在亮度、壓降和顏色方面要求的元件。

3.1 順向電壓分級

LED在IF=1000毫安培時分為三個電壓等級：
- 等級 2832：VF = 2.85伏特 至 3.25伏特。
- 等級 3235：VF = 3.25伏特 至 3.55伏特。
- 等級 3539：VF = 3.55伏特 至 3.90伏特。
此分級有助於考量順向電壓的變異，從而設計穩定的驅動電路。

3.2 光通量分級

LED根據其在IF=1000毫安培時的光輸出進行分級：
- 等級 J7：Iv = 260流明 至 300流明。
- 等級 J8：Iv = 300流明 至 330流明。
- 等級 J9：Iv = 330流明 至 360流明。
這確保了最終應用中亮度水準的可預測性。

3.3 色度（顏色）分級

白光色度由CIE 1931 (x, y) 色座標定義。此元件的主要色度等級為5565，其目標CCT範圍為5500K至6500K。此等級的特定參考點位於座標 (0.3166, 0.3003)，在CIE圖表上有一個定義的四邊形容差範圍。色座標的測量容差為±0.01。

4. 性能曲線分析

圖形數據提供了元件在不同操作條件下行為的深入見解。

4.1 相對光譜分佈

光譜功率分佈曲線顯示了每個波長發出的光強度。對於基於藍光InGaN晶片搭配螢光粉塗層的白光LED，其光譜通常具有來自晶片的主導藍色峰值，以及來自螢光粉的更寬廣的黃色/紅色發光波段。結合的輸出產生了白光。峰值波長（λp）和完整的光譜形狀會影響演色性指數（CRI）和感知的色彩品質。

4.2 典型輻射模式

極座標輻射模式圖示了光強度的空間分佈。提供的曲線顯示出接近朗伯體的模式，其中強度大致與視角的餘弦值成正比。這產生了寬廣且均勻的照明，適合一般照明和閃光燈應用。X軸和Y軸的模式顯示相似，表示發光具有對稱性。

4.3 順向電壓 vs. 順向電流（V-I曲線）

此曲線展示了二極體典型的指數關係。順向電壓隨電流增加，但並非線性。理解此曲線對於熱管理和驅動器設計至關重要，因為耗散的功率（Vf * If）會產生熱量。

4.4 相對光通量 vs. 順向電流

此圖表顯示光輸出如何隨驅動電流變化。最初，光通量幾乎與電流呈線性增加。然而，在較高電流下，由於接面溫度升高和其他半導體物理效應，會發生效率下降（droop），導致光通量的相對增加減弱。超過建議電流操作會降低效能並加速老化。

4.5 CCT vs. 順向電流

此曲線揭示了相關色溫如何隨驅動電流偏移。通常，對於螢光粉轉換的白光LED，在極高電流下，由於藍光激發LED與螢光粉之間的效率變化差異，CCT可能會增加（光變得更冷/更藍）。圖表顯示在操作電流範圍內，CCT保持相對穩定，這對於一致的色彩表現是可取的。

5. 機械與封裝資訊

LED封裝的物理尺寸和結構對於PCB佈局、熱管理和光學設計至關重要。

5.1 封裝尺寸圖

規格書包含SMD（表面黏著元件）封裝的詳細尺寸圖。關鍵尺寸包括總長度、寬度和高度，以及焊墊（端子）尺寸和間距。除非另有說明，公差通常為±0.1毫米。此圖對於在CAD軟體中建立PCB佔位（焊墊圖案）至關重要。

5.2 極性識別

封裝設有極性標記。組裝時必須確保正確方向，以防止不支援且可能損壞元件的逆向偏壓。極性也在供自動貼片機使用的載帶上標示。

6. 焊接與組裝指南

6.1 迴焊參數

此元件可承受260°C的峰值焊接溫度，與標準無鉛迴焊曲線（例如IPC/JEDEC J-STD-020）相容。最大允許迴焊次數為3次。遵循建議的溫度曲線（升溫、預熱、迴焊峰值和冷卻速率）至關重要，以防止熱衝擊並確保可靠的焊點，同時不損壞LED元件。

6.2 濕度敏感等級（MSL）

此元件評定為MSL等級1。這是最高等級的防潮性，意味著在≤30°C / 85%相對濕度的條件下，元件具有無限的車間壽命，若在此條件下儲存則使用前無需烘烤。與較高的MSL等級相比，這簡化了庫存管理。

6.3 儲存條件

建議的儲存溫度範圍為-40°C至+100°C。元件應保存在其原始的防潮袋中並附有乾燥劑，直到準備使用，以維持MSL 1等級。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 包裝規格

LED以壓紋載帶捲繞在捲盤上供應，這是自動化SMD組裝的標準。規格書提供了載帶（口袋間距、寬度等）和捲盤（直徑、軸心尺寸）的尺寸。標準捲盤包含2000顆元件。載帶上標示了貼片機的極性和進料方向。

7.2 產品標籤

捲盤和包裝上標示了用於追溯性和正確使用的關鍵資訊：
- 料號：製造商零件編號（例如，ELCH08-NF5565J7J9283910-FDH）。
- 批號：用於品質控制的製造批號。
- QTY：包裝內元件數量。
- CAT：光通量等級代碼（例如，J7）。
- HUE：顏色等級代碼（例如，5565）。
- REF：順向電壓等級代碼（例如，2832、3235、3539）。
- MSL-X：濕度敏感等級。

8. 應用建議

8.1 設計考量

熱管理：這是影響LED性能和壽命最關鍵的單一因素。低熱阻（3.4°C/瓦）僅在具備足夠散熱措施時才有效。使用具有足夠銅箔面積的PCB或專用的金屬基板PCB（MCPCB）將熱量從焊墊導出。在IF=1000毫安培時，基板最高溫度規定為70°C。
電流驅動：使用恆流LED驅動器，而非恆壓源，以確保穩定的光輸出並防止熱失控。遵守連續（手電筒）和脈衝（閃光）模式的絕對最大電流額定值。
光學設計：寬廣的120度視角適合需要廣泛覆蓋的應用。對於聚焦光束，則需要二次光學元件（透鏡、反射器）。朗伯體發光模式簡化了光學建模。

8.2 ESD預防措施

儘管元件具有高ESD防護（8kV HBM），在操作和組裝過程中仍應遵循標準的ESD控制規範（使用接地工作站、腕帶等），以防止累積性損壞或潛在缺陷。

9. 技術比較與差異化

雖然規格書中未提供與其他特定型號的直接並排比較，但可以推斷此LED的關鍵差異化特點：
- 高發光效率：在1安培下達到87流明/瓦，對於同級別的高功率SMD LED而言是具有競爭力的效率，可在給定光輸出下降低能耗和熱負載。
- 高電流脈衝能力：適用於閃光燈應用的1500毫安培峰值脈衝額定值是一項重要特性，能夠產生非常明亮、短暫的光爆發，適合相機閃光燈。
- 強固的ESD等級：8kV HBM提供了比許多ESD等級較低或未指定的LED更優越的操作穩健性。
- 全面的分級：三參數分級（光通量、電壓、顏色）允許更嚴格的系統性能控制，這對於要求顏色和亮度一致性的應用非常有利。

10. 常見問題（基於技術參數）

Q1：我可以用3.3伏特的電源驅動此LED嗎？
A：不能直接驅動。在1安培時，順向電壓（Vf）範圍為2.85伏特至3.90伏特。一個3.3伏特的電源可能勉強點亮一個低Vf的單元，但無法提供適當的電流調節。需要使用恆流驅動電路。

Q2：手電筒模式（350毫安培）與測試條件（1000毫安培）有何不同？
A：手電筒模式指的是最大連續直流電流（350毫安培）。1000毫安培的規格是針對脈衝操作（例如，50毫秒脈衝），通常用於性能基準測試和閃光燈應用。在1000毫安培下連續操作將超過最大額定值並導致故障。

Q3：如何解讀光通量等級J7、J8、J9？
A：這些是亮度等級。如果您的設計需要至少300流明，則必須選擇J8或J9等級。使用J7等級可能會導致單元亮度低於您的要求。訂購時請指定所需等級。

Q4：是否需要散熱片？
A：絕對需要。在1安培脈衝下，功率耗散可達近4瓦（3.9伏特 * 1安培）。若無適當的散熱措施，接面溫度將迅速超過其極限，導致光通量快速衰減、色偏和災難性故障。

11. 實際使用案例

情境：設計手機相機閃光燈
1. 驅動器選擇：選擇一款緊湊、高效率的開關模式恆流驅動器IC，能夠提供1500毫安培的脈衝，並對脈衝寬度（例如，約400毫秒）和工作週期（<10%）進行嚴格控制。
2. PCB佈局：將LED放置在專用的散熱焊墊上，該焊墊連接到大面積的銅箔或內部接地層。在焊墊下方使用多個導通孔將熱量傳導到其他層。將驅動器IC放置在靠近LED的位置，以最小化走線電感。
3. 光學整合：將一個簡單的塑膠透鏡或導光板放置在LED上方，以擴散光線並消除熱點，確保相機場景的均勻照明。LED的寬視角有助於此擴散效果。
4. 元件選擇：為了在數百萬支手機中保持一致的閃光顏色和亮度，請指定嚴格的等級：例如，顏色等級5565、光通量等級J8或J9，以及特定的電壓等級以簡化驅動器設計。

12. 工作原理簡介

這是一款螢光粉轉換的白光LED。其核心是一個由氮化銦鎵（InGaN）製成的半導體晶片，當施加順向電壓且電子與電洞在晶片的能隙中復合時，會發出藍光。部分藍光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色光譜中較長波長的光。剩餘的藍光與轉換後的黃光混合，被人眼感知為白光。藍光與黃光的比例決定了相關色溫（CCT）。

13. 技術趨勢

白光LED的發展遵循幾個關鍵方向：
- 提升效率（流明/瓦）：藍光晶片的內部量子效率、封裝的光提取效率以及螢光粉轉換效率的持續改進，推動效能不斷提高，降低能耗。
- 改善色彩品質：超越簡單的藍光+YAG系統，轉向多螢光粉或紫光激發系統，以實現更高的演色性指數（CRI）和跨角度更一致的顏色（角度色彩均勻性）。
- 更高功率密度與小型化：如本元件所示，趨勢是將更多流明塞入更小的封裝中，這要求更好的熱管理解決方案，例如先進的基板和封裝材料。
- 增強可靠性：材料（螢光粉、封裝膠）和封裝技術的改進持續延長操作壽命和流明維持率（L70、L90等級）。
- 智慧與整合解決方案：市場上出現越來越多整合驅動器、感測器或通訊功能（Li-Fi）的LED，儘管本規格書描述的是離散式的傳統元件。