T-1 3mm 白光LED燈珠規格書 - 3.0x5.0mm封裝 - 典型值3.2V - 驅動電流20mA - 光強14.25-28.5k mcd - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件詳細說明一款採用廣為使用的T-1（3mm）圓形封裝之高亮度白光發光二極體（LED）的規格。此元件經過設計，能提供卓越的發光輸出，非常適合需要明亮、清晰指示或照明的應用。

其核心技術採用能發出藍光的氮化銦鎵（InGaN）半導體晶片。此藍光透過沉積於LED反射杯內的螢光粉塗層，轉換為寬頻譜的白光。所產生的白光特性由CIE 1931色彩空間標準所定義的特定色度座標來描述。

1.1 核心優勢與目標市場

此LED系列的主要優勢在於其緊湊、符合產業標準的外形尺寸內提供高發光功率。元件設計注重可靠性，並符合現代環境與安全標準。

• 高發光輸出：以其尺寸而言，能提供強烈的亮度。
• 標準封裝：T-1圓形封裝確保與現有PCB焊盤和插座的相容性。
• 法規符合性：本產品符合RoHS（有害物質限制指令）、歐盟REACH法規，並歸類為無鹵素產品，符合溴（Br）與氯（Cl）含量的特定限制。
• ESD防護：具備高達4kV的靜電放電（ESD）耐受電壓，增強了處理的穩健性。

目標應用廣泛，專注於清晰、明亮的信號指示至關重要的領域。主要市場包括訊息面板與顯示器的背光、消費性與工業電子產品中的狀態或光學指示器，以及各種標記燈應用。

2. 深入技術參數分析

透徹理解元件的極限與工作特性，對於可靠的電路設計與長期性能至關重要。

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。不保證在這些極限下或接近極限的操作，為確保可靠性能應予以避免。

• 連續順向電流（I_F）：30 mA
• 峰值順向電流（I_FP）：100 mA（於1/10工作週期及1 kHz頻率下）
• 逆向電壓（V_R）：5 V
• 功率消耗（P_d）：100 mW
• 工作溫度（T_opr）：-40°C 至 +85°C
• 儲存溫度（T_stg）：-40°C 至 +100°C
• 焊接溫度（T_sol）：最高260°C，持續時間最長5秒（波焊或迴焊）。

2.2 電光特性（Ta=25°C）

這些參數是在標準測試條件下量測，代表元件在20 mA順向電流（I_F）驅動下的典型性能。

• 順向電壓（V_F）：2.8 V（最小）、3.2 V（典型）、3.6 V（最大）。LED上的典型壓降為3.2V。
• 發光強度（I_V）：14,250 mcd（最小）、28,500 mcd（最大）。實際強度經過分級（見第3節）。
• 視角（2θ_1/2）：15度（典型）。此窄視角集中了光輸出，有助於實現高軸向強度。
• 色度座標：根據CIE 1931色彩空間，x=0.29，y=0.30（典型）。這定義了發射光的特定白點。
• 逆向電流（I_R）：在V_R=5V時，最大50 µA。

3. 分級系統說明

為管理生產變異並允許精確選擇，LED會針對關鍵參數進行分級。

3.1 發光強度分級

LED根據其在20 mA下量測的發光強度進行分類。這讓設計師能選擇適合其應用的亮度等級。

• 等級 W：14,250 至 18,000 mcd
• 等級 X：18,000 至 22,500 mcd
• 等級 Y：22,500 至 28,500 mcd

發光強度的整體容差為±10%。

3.2 順向電壓分級

LED亦根據其順向壓降進行分級，這對於電源供應設計及確保並聯配置中的電流一致性非常重要。

• 等級 0： V_F= 2.8V 至 3.0V
• 等級 1： V_F= 3.0V 至 3.2V
• 等級 2： V_F= 3.2V 至 3.4V
• 等級 3： V_F= 3.4V 至 3.6V

順向電壓的量測不確定度為±0.1V。

4. 性能曲線分析

本規格書提供了數條特性曲線，說明元件在不同條件下的行為。

4.1 相對強度 vs. 順向電流

此曲線顯示光輸出（相對強度）隨順向電流增加而增加，但關係並非完全線性，特別是在較高電流時。以超過建議連續電流（30mA）驅動LED可能導致效率降低並加速老化。

4.2 順向電流 vs. 順向電壓（I-V曲線）

I-V曲線展示了典型的二極體指數關係。對於此白光LED，電流開始顯著增加的膝點電壓約在2.8V至3.0V之間。穩定的電流驅動（而非電壓驅動）對於一致的光輸出至關重要。

4.3 相對強度 vs. 環境溫度

LED的光輸出與溫度相關。此曲線通常顯示發光強度隨環境溫度（T_a）升高而降低。在應用中進行有效的熱管理對於維持亮度是必要的，特別是在接近最高溫度極限操作時。

4.4 色度座標 vs. 順向電流

此圖表揭示了白光顏色（其色度座標）如何隨著驅動電流的變化而輕微偏移。對於色彩要求嚴格的應用，必須使用恆流驅動器以維持穩定的白點。

4.5 光譜分佈

相對強度 vs. 波長的圖表顯示了發射光譜。使用藍光晶片+螢光粉系統的白光LED會顯示一個強烈的藍色峰值（來自InGaN晶片）和一個較寬的黃色/紅色發射波段（來自螢光粉）。組合光譜決定了演色性指數（CRI）和相關色溫（CCT），儘管本規格書中未列出特定CCT。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

LED封裝於標準的T-1（3mm）徑向引腳封裝中。關鍵尺寸包括：

• 整體直徑：約5.0 mm（最大）。
• 引腳間距：2.54 mm（標準0.1英吋間距，量測點為引腳伸出封裝處）。
• 總高度：視型號而定，包含環氧樹脂透鏡和引腳。法蘭下方的突出樹脂最大為1.5mm。
• 引線直徑：符合元件插入的標準。

除非另有規定，所有尺寸公差均為±0.25mm。設計師必須參考詳細的機械圖面以確定精確的PCB孔位與禁置區。

5.2 極性識別

對於徑向引腳LED，極性通常透過兩個特徵來指示：較長的引腳為陽極（正極），且在靠近陰極（負極）引腳的塑膠透鏡邊緣通常有一個平面或凹口。組裝時必須注意正確的極性，以防止逆向偏壓損壞。

6. 焊接與組裝指南

正確的處理與焊接對於防止LED受到機械或熱損傷至關重要。

6.1 引腳成型

• 彎曲必須在距離環氧樹脂透鏡基座至少3mm的位置進行。
• 引腳成型應始終在焊接過程之前完成。
• 彎曲時避免對LED封裝體施加應力。
• 在室溫下剪裁引腳；使用熱剪鉗可能導致故障。
• PCB孔必須與LED引腳完美對齊，以避免安裝應力。

6.2 儲存條件

• 建議儲存條件：≤ 30°C 且 ≤ 70% 相對濕度（RH）。
• 在原裝運輸袋中的保存期限：3個月。
• 如需更長時間儲存（最長1年），請將其置於充有氮氣並放有乾燥劑的密封容器中。
• 避免在潮濕環境中溫度劇烈變化，以防止凝結。

6.3 焊接製程

從焊點到環氧樹脂燈泡的最小距離必須為3mm。

手工焊接：

• 烙鐵頭溫度：最高300°C（適用於最大30W烙鐵）。
• 每引腳焊接時間：最長3秒。

波焊或浸焊：

• 預熱溫度：最高100°C（最長60秒）。
• 焊錫槽溫度：最高260°C。
• 槽內接觸時間：最長5秒。

重要注意事項：

• 避免在LED因焊接而發熱時對引腳施加應力。
• 不要讓LED經歷超過一次的焊接循環（浸焊/手工焊）。
• 保護環氧樹脂透鏡免受助焊劑飛濺和清潔溶劑的影響。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 包裝規格

LED的包裝旨在防止運輸和儲存過程中的靜電放電（ESD）和濕氣損壞。

• 一級包裝：防靜電袋。
• 每袋數量：200 至 500 顆。
• 二級包裝：5袋裝入一個內箱。
• 三級包裝：10個內箱裝入一個主（外）箱。

7.2 標籤說明

袋子和紙箱上的標籤包含以下資訊，用於追溯和識別：

• P/N：料號（特定產品代碼）。
• CAT：類別代碼，表示發光強度與順向電壓的組合分級（例如，一個代表強度等級Y和電壓等級1的代碼）。
• HUE：顏色等級或色度分級。
• LOT No：生產批號，用於品質追蹤。
• QTY：包裝內數量。

8. 應用備註與設計考量

8.1 典型應用場景

• 訊息面板與背光：其高強度與窄視角使其非常適合需要明亮、清晰字元的段式或點矩陣顯示器背光。
• 光學指示器：非常適合設備中的狀態燈、電源指示燈或警示燈，即使在環境光下也能提供高可見度。
• 標記燈：適用於位置指示器、出口標誌或低亮度建築重點照明。

8.2 電路設計考量

• 限流：務必使用串聯限流電阻或恆流驅動器。使用公式 R = (V_電源- V_F) / I_F計算電阻值。使用分級或規格書中的最大V_F值，以確保若V_F較低時電流不會超過限制。
• 並聯連接：避免在沒有個別限流元件的情況下直接並聯LED。V_F的變異可能導致電流搶奪現象，即一顆LED吸取大部分電流而提前失效。
• 熱管理：儘管功率消耗較低（最大100mW），仍需確保足夠的通風，並避免將LED放置在PCB上靠近其他熱源的位置。高接面溫度會降低光輸出和使用壽命。
• 逆向電壓保護：最大逆向電壓僅為5V。在交流或雙極性訊號應用中，或可能發生反接的情況下，應並聯一個保護二極體（陰極對陽極，陽極對陰極）以箝制逆向電壓。

9. 技術比較與差異化

與通用的3mm白光LED相比，此元件提供明顯優勢：

• 更高強度分級：最大強度達28,500 mcd，比通常範圍在2,000至10,000 mcd的標準3mm LED提供顯著更高的亮度。
• 窄視角（15°）：將光通量集中於更緊密的光束中，與具有更寬視角（例如30°或60°）的LED相比，能產生更高的軸向（同軸）強度。這是指向性照明應用的關鍵差異點。
• 整合齊納二極體（可選/保護版本）：額定值中提及的齊納逆向電壓（V_z）和電流（I_z）表明某些變體可能包含整合的逆向電壓保護齊納二極體，這在基本LED封裝中並不常見。
• 全面法規符合性：明確符合無鹵素、REACH和RoHS標準，對於目標市場為歐洲等受監管市場的設計師以及擁有嚴格環保政策的公司而言，是一個關鍵因素。

10. 常見問題（FAQ）

Q1：我應該使用多大的驅動電流？

A1：標準測試條件與建議工作點為20 mA。您可以將其驅動至絕對最大額定值30 mA連續電流，但這將增加功率消耗、產生更多熱量，並可能縮短操作壽命。為達到亮度、效率和壽命的最佳平衡，建議使用20 mA。

Q2：如何解讀發光強度分級？

A2：包裝標籤上的分級代碼（W, X, Y）告訴您該批次LED保證的最小和最大強度。例如，等級Y的LED將是此系列中最亮的。訂購時請指定所需的分級，以確保生產中的亮度一致性。

Q3：我可以將此LED用於戶外應用嗎？

A3：工作溫度範圍（-40°C至+85°C）支援許多戶外環境。然而，環氧樹脂透鏡材料在長時間直接陽光照射下可能容易受到紫外線降解和黃化影響，這將降低光輸出並使顏色偏移。對於嚴苛的戶外使用，具有抗紫外線矽膠透鏡的LED更為合適。

Q4：為什麼視角這麼窄？

A4：15°的窄視角是一項設計特點，旨在實現非常高的軸向發光強度（以毫燭光為單位）。光線被聚焦成更緊密的光束。如果您需要更寬的區域照明，則應選擇具有更寬視角（例如60°）的LED，但其軸向強度會較低。

11. 工作原理

此LED基於半導體中的電致發光原理運作。當施加超過二極體能隙的順向電壓時，電子和電洞在InGaN主動區內復合，以光子形式釋放能量。InGaN合金的特定成分導致波長約450-470 nm的藍光發射。

此藍光並非直接發射。相反地，它照射到沉積在反射杯內的一層螢光粉材料（通常是摻雜鈰的釔鋁石榴石，或YAG:Ce）。螢光粉吸收高能量的藍色光子，並在黃色和紅色區域的寬頻譜上重新發射較低能量的光子。人眼感知到剩餘藍光與轉換後的黃/紅光的混合光為白色。確切的白色色調（冷白、中性白、暖白）由藍光與黃/紅光的比例決定，此比例由螢光粉的成分和厚度控制。

12. 技術趨勢

所述技術代表了從LED產生白光的成熟且廣泛採用的方法。藍光晶片+螢光粉方法具有成本效益，並允許對色溫進行良好控制。業界當前的趨勢包括：

• 提升效率（lm/W）：InGaN晶片設計、螢光粉效率和封裝架構的持續改進，不斷將發光效率推向更高，以相同的輸出降低能耗。
• 改善色彩品質：開發多螢光粉混合物（添加紅色螢光粉）以提升演色性指數（CRI），在LED光下提供更自然、準確的色彩再現。
• 微型化與高密度封裝：雖然這是一款穿孔元件，但更廣泛的市場趨勢是朝向更小的表面黏著元件（SMD）封裝（例如2835、2016、1515），以實現自動化組裝和更高密度的照明陣列。
• 專用光譜：LED正被設計成具有特定光譜輸出，用於超越一般照明的應用，例如園藝照明（針對植物生長優化）或人因照明（可調白光以模擬自然日光週期）。