ELCS14B-KB4050J6J9283910-F4Z LED 規格書 - 高效能白光LED - 250流明 @ 1安培 - 3.95伏特最大 - 5.9瓦脈衝功率 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件詳述一款高效能、表面黏著式白光發光二極體（LED）的規格。此元件專為需要在小尺寸封裝內實現高亮度輸出與高效率的應用而設計。其核心優勢包括在1安培驅動電流下，典型光通量高達250流明，從而實現令人印象深刻的73.5流明/瓦光學效率。LED內建穩健的ESD防護，適合於各種組裝環境中操作。它完全符合現代環境與安全標準，包括RoHS、歐盟REACH及無鹵素要求。主要目標市場涵蓋行動裝置子系統、消費性電子產品、一般照明以及汽車內外裝照明。

2. 技術參數與規格

2.1 絕對最大額定值

定義元件的操作極限以確保可靠性並防止永久性損壞。關鍵額定值包括直流順向電流（手電筒模式）350毫安培，以及在特定條件下（最大持續時間400毫秒，最大工作週期10%）的峰值脈衝電流能力1500毫安培。接面溫度不得超過150°C。根據JEDEC JS-001-2017（HBM）標準，元件可承受高達2千伏特的ESD脈衝。操作溫度範圍為-40°C至+85°C。為避免可靠性下降，關鍵在於避免同時施加多個最大額定參數，並避免長時間在這些極限下運作。

2.2 電氣與光學特性

所有電氣與光學數據均在焊墊溫度（Ts）為25°C時指定。主要性能指標如下：

• 光通量（Iv）：在IF=1000毫安培時，220流明（最小值），250流明（典型值）。量測容差為±10%。
• 順向電壓（VF）：在IF=1000毫安培時，2.85伏特（最小值），3.95伏特（最大值）。量測容差為±0.1伏特。電氣與光學數據是在50毫秒脈衝條件下測試的。
• 相關色溫（CCT）：範圍從4000K到5000K，典型值為4500K，屬於中性白光區域。
• 演色性指數（CRI）：最小值為80，典型值為83。量測容差為±2。
• 視角（2θ1/2）：120度，容差為±5°。此寬視角是朗伯輻射圖形的特徵。

2.3 熱管理與可靠性考量

適當的熱管理對於效能與壽命至關重要。在1000毫安培下操作時，最大允許基板溫度（Ts）為70°C。元件可耐受在260°C下進行最多兩次迴焊循環。所有指定參數均通過1000小時的可靠性測試保證，標準是光通量衰減小於30%。此測試是在使用1.0 x 1.0平方公分金屬核心印刷電路板（MCPCB）的良好熱管理條件下進行的。

3. 分級系統說明

LED根據三個關鍵參數進行分類（分級），以確保應用中的一致性。分級代碼是產品訂購代碼的一部分（例如，在ELC...J6J9283910中的J6、4050、2832）。

3.1 光通量分級

LED根據其在1000毫安培下的總光輸出進行分組。分級結構如下：

• 分級 J6：光通量從220流明到250流明。
• 分級 J7：光通量從250流明到300流明。
• 分級 J8：光通量從300流明到330流明。
• 分級 J9：光通量從330流明到360流明。

提供的元件屬於分級 J6。

3.2 順向電壓分級

LED根據其在1000毫安培下的壓降進行分類，以輔助驅動器設計與電源管理。

• 分級 2832：順向電壓從2.85伏特到3.25伏特。
• 分級 3235：順向電壓從3.25伏特到3.55伏特。
• 分級 3539：順向電壓從3.55伏特到3.95伏特。

提供的元件屬於2832電壓分級。

3.3 色度（顏色）分級

CIE 1931色度圖上的色座標受到嚴格控制。此元件使用4050顏色分級，該分級定義了圖上一個特定的四邊形區域，確保發出的白光落在一致的色彩空間內。色座標在IF=1000毫安培下量測，允許誤差為±0.01。此分級對應於4000K至5000K的相關色溫範圍。

4. 性能曲線分析

4.1 光譜分佈

相對光譜分佈曲線（顯示於規格書中）是螢光粉轉換白光LED的典型特徵。它具有來自InGaN晶片的主要藍色峰值（λp波長會指定，例如約450-455奈米），以及來自螢光粉的黃綠紅區域的寬廣二次發射帶。兩者結合產生白光。確切的形狀和峰值波長決定了CCT和CRI。

4.2 輻射圖形

典型的極座標輻射圖形證實了朗伯分佈。相對發光強度相對於視角繪製。圖形顯示強度在0°（垂直於發光表面）時最高，並遵循餘弦定律下降，在中心線±60°處達到峰值的一半，定義了120°的全視角。

4.3 順向特性

雖然順向電壓對電流以及相對光通量對電流的具體圖表在此初步規格書中標記為待定（TBD），但它們的一般行為對於LED是標準的。順向電壓（VF）隨電流對數增加。相對光通量通常隨電流次線性增加，而效率（流明/瓦）通常在低於最大額定電流的電流下達到峰值。相關色溫（CCT）也可能因接面溫度和螢光粉效率變化而隨驅動電流輕微偏移。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

LED採用表面黏著元件（SMD）封裝。規格書包含以毫米為單位的詳細尺寸圖（頂視圖、側視圖和底視圖）。關鍵尺寸通常包括封裝長度、寬度、高度、焊墊尺寸和焊墊間距。除非另有說明，公差一般為±0.05毫米。底視圖清楚顯示陽極和陰極焊墊標記，以便正確的PCB焊盤設計和組裝極性。

5.2 極性辨識

正確的極性對於運作至關重要。封裝具有不對稱的焊墊或標記（在底視圖中可見）以區分陽極（+）和陰極（-）。PCB焊盤設計必須匹配此不對稱性，以防止錯誤放置。

6. 焊接與組裝指南

6.1 迴焊溫度曲線

此元件適用於迴焊製程。最高焊接溫度為260°C，最多可承受兩次迴焊循環。設計人員必須遵循標準無鉛迴焊溫度曲線，確保峰值溫度和液相線以上的時間受到控制，以防止對LED晶粒、螢光粉或封裝造成熱損壞。

6.2 濕度敏感性與儲存

此LED的濕度敏感等級（MSL）為1級。這意味著在≤30°C / 85%相對濕度的條件下，其車間壽命是無限的。然而，仍應遵循最佳實務：

• 開封前：將密封的防潮袋儲存在≤30°C / <90% RH的環境中。
• 開封後：請盡快使用元件。若未立即使用，請儲存在≤30°C / <85% RH的環境中。建議在準備將元件用於生產前，不要打開袋子。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 載帶與捲盤規格

LED以凸版載帶供應，捲繞在捲盤上，用於自動取放組裝。規格書提供了載帶凹槽、間距以及整體捲盤尺寸的尺寸。標準每捲裝載數量為2000顆，最小訂購量為1000顆。

7.2 產品標籤

捲盤和包裝標籤包含用於追溯和驗證的關鍵資訊：

• CPN：客戶零件編號。
• P/N：製造商零件編號（例如，ELC...F4Z）。
• LOT NO：製造批號，用於追溯。
• QTY：包裝內元件數量。
• CAT：光通量分級（例如，J6）。
• HUE：顏色分級（例如，4050）。
• REF：順向電壓分級（例如，2832）。
• MSL-X：濕度敏感等級。

8. 應用說明與設計考量

8.1 典型應用場景

• 行動裝置相機閃光燈：高脈衝電流能力（1500毫安培）和高亮度輸出，使其適用於智慧型手機和平板電腦中的相機閃光燈/閃光燈應用。
• 手電筒與便攜式照明：由於其高效率，非常適合裝置中的手電筒模式或專用手持式手電筒。
• 背光：可用於中小型顯示器的TFT-LCD背光。
• 一般與裝飾照明：適用於重點照明、標誌、階梯燈以及其他內外裝建築應用。
• 汽車照明：適用於室內地圖燈、門燈以及其他非外部前向照明功能。

8.2 關鍵設計考量

1. 熱管理：這是影響效能與壽命的最關鍵因素。LED必須安裝在具有足夠導熱性的PCB上（例如，MCPCB或帶有散熱孔的FR4），以將焊墊和接面溫度保持在限制範圍內。在1000毫安培下指定的70°C基板溫度是一個關鍵的設計目標。
2. 電流驅動：使用恆流LED驅動器，而非恆壓源。驅動器的額定值必須符合所需的順向電流（直流或脈衝）以及所用特定分級的順向電壓範圍。
3. ESD預防措施：雖然元件內建ESD防護，但在組裝和操作過程中仍應遵循標準的ESD處理程序。
4. 光學設計：如果需要光束整形或特定的照明圖形，朗伯發射圖形需要適當的二次光學元件（透鏡、反射器）。

9. 技術比較與差異化

與標準中功率LED相比，此元件在可能相似的封裝尺寸下提供了顯著更高的光通量，推高了效率的邊界（在1安培下73.5流明/瓦）。其穩健的2千伏特ESD防護超過了許多消費級LED中常見的典型1千伏特水平，提供了更好的操作穩健性。在單一封裝中結合高光通量、高效率與強ESD防護，是對於像相機閃光燈這樣要求空間、光輸出和可靠性至關重要的嚴苛應用的關鍵差異化因素。

10. 常見問題（FAQ）

10.1 手電筒模式與脈衝模式電流有何不同？

手電筒模式（IF=350毫安培）：這是對於像常亮手電筒這類應用，建議的最大連續直流順向電流。

脈衝模式（IPulse=1500毫安培）：這是用於像相機閃光燈應用中，非常短持續時間（最大400毫秒）且低工作週期（最大10%）的最大峰值脈衝電流。在此電流下連續運作將導致過熱和故障。

10.2 為何熱管理對此LED如此重要？

LED的效能（光輸出、顏色、電壓）和壽命對接面溫度（Tj）高度敏感。過多的熱量會降低光輸出（效率衰減），可能導致顏色偏移，並顯著加速LED材料的退化，導致過早失效。在1安培下基板70°C的限制是一個實用的設計準則，以將Tj保持在安全的操作範圍內。

10.3 訂購時應如何解讀分級代碼？

完整的零件編號（例如，ELC...J6J92832...4050...F4Z）包含分級資訊。您必須指定所需的光通量分級（J6）、順向電壓分級（2832）和色度分級（4050），以確保您收到的LED具有設計所需、能一致且按預期運作的精確性能特性。

11. 設計與使用案例研究

情境：設計智慧型手機相機閃光燈模組

一位設計工程師的任務是為一款高階智慧型手機創建一個雙LED閃光燈系統。關鍵要求是：在約200毫秒的持續時間內提供非常高的光輸出以照亮場景、最小的空間佔用，以及在裝置壽命週期內的可靠運作。

實施方式：選擇了兩顆此類LED。它們由專用的閃光燈驅動IC並聯驅動。當觸發閃光燈時，驅動器被編程為每顆LED提供1500毫安培、持續200毫秒的脈衝，利用了峰值脈衝額定值。PCB是一個緊湊的多層設計，帶有連接到手機中框以散熱的專用散熱焊墊，確保在脈衝期間基板溫度保持在70°C以下。2千伏特的ESD額定值為手機組裝和使用者操作期間的靜電放電提供了安全餘裕。通過指定嚴格的分級（例如，光通量用J6，顏色用4050），兩顆LED的光輸出和色溫得以匹配，從而產生一致、高品質的閃光燈照片。

12. 運作原理

這是一款螢光粉轉換白光LED。核心是一個由氮化銦鎵（InGaN）製成的半導體晶片，當電流通過時會發出藍光（電致發光）。這藍光部分被塗覆在晶片上的一層黃色（或混合綠色和紅色）螢光粉材料吸收。螢光粉將吸收的能量以較長波長的光（黃/紅）重新發射出來。剩餘的未被吸收的藍光與螢光粉發射的黃/紅光混合，產生白光的感知。藍光與螢光粉光的確切比例決定了相關色溫（CCT）——更多的藍光導致較冷的白光（較高CCT），而更多的黃/紅光導致較暖的白光（較低CCT）。

13. 技術趨勢

像此類白光LED的發展是由幾個領域的持續改進所驅動：

• 效率（流明/瓦）：持續的研究重點在於提高藍光InGaN晶片的內部量子效率（每個電子提取更多光），以及開發具有更窄發射帶的更高效螢光粉（以獲得更好的演色性和更少的斯托克斯位移損失）。
• 流明密度：趨勢是將更多流明塞進更小的封裝中，從而實現更亮的應用，或使用更少的LED來實現相同的光輸出，節省成本和空間。
• 可靠性與穩健性：封裝材料、晶粒貼裝技術和螢光粉穩定性的增強正在提高壽命，並允許在更高的溫度和電流下運作。
• 色彩品質與一致性：更嚴格的分級、改進的螢光粉配方，以及像使用RGB螢光粉的紫光泵浦LED等新方法，旨在實現更高的CRI（Ra >90, R9 >80）以及隨時間和溫度變化更一致的顏色。