LTPL-P033RGB RGB LED 規格書 - 高功率LED - 紅/綠/藍 - 150mA - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTPL-P033RGB是一款高功率、高能效且超緊湊的固態光源。它結合了發光二極體（LED）壽命長與可靠性高的優勢，並提供足以取代傳統照明技術的亮度水準。此元件為設計師在廣泛的應用中創造創新的照明解決方案提供了極大的自由度。

1.1 主要特點

• 高功率LED光源
• 瞬時光輸出（小於100奈秒）
• 低電壓直流操作
• 低熱阻封裝
• 符合RoHS規範且無鉛
• 相容於無鉛迴焊製程

1.2 目標應用

此LED專為多樣化的照明應用而設計，包括但不限於：

• 汽車、巴士及飛機內部的閱讀燈
• 便攜式照明，如手電筒與自行車燈
• 建築照明：嵌燈、導向燈、間接照明、層板燈與工作燈
• 裝飾與娛樂照明
• 室外照明：護柱燈、安全燈與庭園燈
• 信號應用：交通號誌、警示燈與鐵路平交道燈
• 側發光標誌，用於出口指示器與銷售點顯示器
• 一般室內外商業與住宅建築照明

2. 外觀與機械尺寸

本元件採用緊湊的表面黏著封裝。所有關鍵尺寸均於規格書中提供，標準公差為 +/- 0.2 mm，除非另有說明。機械圖示標明了封裝的佔位面積、接腳位置與總高度，這些對於PCB佈局與散熱管理設計至關重要。

3. 絕對最大額定值與特性

所有額定值均在環境溫度（Ta）為25°C下指定。超過這些限制可能會對元件造成永久性損壞。

3.1 電氣額定值

• 順向電流（I_F)）：所有顏色（紅、綠、藍）均為150 mA（連續）。
• 順向脈衝電流（I_FP)）：所有顏色均為300 mA（脈衝）。條件：1/10工作週期，脈衝寬度 ≤10μs。
• 功率消耗（P_D)）：紅光：360 mW；綠光：540 mW；藍光：540 mW。

3.2 熱與環境額定值

• 操作溫度範圍（T_opr)）：-30°C 至 +85°C。
• 儲存溫度範圍（T_stg)）：-40°C 至 +100°C。
• 最高接面溫度（T_j)）：125°C。

重要注意事項：禁止長時間在逆向電壓條件下操作。強烈建議在接近最大額定值操作時，遵循提供的降額曲線，以確保LED正常且可靠地運作。

4. 電光特性

典型性能參數在Ta=25°C且I_F=150mA下量測。

4.1 光輸出

• 光通量（典型值）：紅光：21 lm；綠光：50 lm；藍光：9 lm。光通量是使用積分球量測的總光輸出。
• 發光強度（典型值，供參考）：紅光：6.8 cd；綠光：12.5 cd；藍光：3.0 cd。

4.2 光譜與電氣特性

• 主波長：紅光：610-630 nm；綠光：515-535 nm；藍光：450-470 nm。
• 順向電壓（V_F)）：紅光：1.5-2.6 V；綠光：2.8-3.8 V；藍光：2.8-3.8 V。
• 視角：120度（所有顏色典型值）。

測試標準：光通量、主波長與順向電壓的量測參考CAS-140B標準。

5. 典型性能曲線分析

規格書提供了數個對電路與散熱設計至關重要的關鍵圖表。

5.1 光譜分佈

圖1顯示了每種顏色的相對光譜強度與波長的關係。此曲線對於理解色純度以及在混色系統中的潛在應用至關重要。

5.2 輻射圖案

圖2說明了空間輻射（強度）圖案，確認了寬廣的120度視角。此類封裝的圖案通常為朗伯分佈。

5.3 電流對電壓（I-V曲線）

圖3繪製了每種顏色的順向電流與順向電壓關係。與綠光和藍光LED（在150mA下典型值約為~3.2V-3.4V）相比，紅光LED顯示出較低的順向電壓（在150mA下典型值約為~2.0V）。這是驅動器設計的關鍵參數，因為在RGB系統中，每個顏色通道需要不同的驅動電壓或限流電阻。

5.4 電流對光通量

圖4顯示了順向電流與相對光通量之間的關係。在正常工作範圍內，輸出通常與電流呈線性關係，但在極高電流下，由於接面溫度升高和其他效應，效率可能會下降。

5.5 熱性能

圖5是最重要的圖表之一，顯示了相對光通量與電路板溫度的關係。它作為降額曲線使用。輸出隨著溫度升高而降低。註記說明該數據基於超過80%的焊接覆蓋率以確保良好的熱接觸，並建議當電路板溫度超過85°C時不要驅動LED，以維持性能與壽命。

5.6 電流對主波長

圖6顯示了主波長如何隨順向電流偏移。通常，由於接面加熱和其他半導體物理效應，波長會隨著電流略微增加。這對於色彩要求嚴格的應用非常重要。

6. 分級與分類系統

LED根據其在150mA下的光通量輸出進行分級（binning），以確保一致性。

6.1 紅光LED分級（R1至R5）

分級範圍從R1（18-21 lm）到R5（30-33 lm）。

6.2 綠光LED分級（G1至G7）

分級範圍從G1（35-39 lm）到G7（59-63 lm）。

6.3 藍光LED分級（B1至B4）

分級範圍從B1（6-9 lm）到B4（15-18 lm）。

每個光通量分級應用 +/-10% 的容差。分級代碼標示於每個包裝袋上以供追溯。

7. 焊接與組裝指南

7.1 迴焊溫度曲線

本元件相容於無鉛迴焊。提供詳細的溫度-時間曲線：

• 峰值溫度（T_P)）：最高260°C。
• 高於217°C的時間（T_L)）：60-150秒。
• 在峰值溫度5°C內的時間（t_P)）：最多5秒。
• 預熱：150-200°C，持續60-180秒。
• 升溫速率：最高3°C/秒（從T_Smax到T_P）。
• 降溫速率：最高6°C/秒。
• 總循環時間：從25°C到峰值溫度，最多8分鐘。

7.2 手工焊接

若需手工焊接，建議條件為烙鐵溫度最高350°C，每個焊點最多2秒，且僅限一次。

7.3 組裝關鍵注意事項

• 所有溫度規格均指封裝體頂部表面。
• 溫度曲線可能需要根據特定錫膏特性進行調整。
• 不建議從峰值溫度進行快速冷卻（淬火）製程。
• 始終使用能達成可靠焊點的最低可能焊接溫度。
• 若使用浸焊方法組裝，則不保證元件性能。

8. 建議PCB焊墊佈局

提供了詳細的焊墊設計圖，所有尺寸單位為毫米。此設計確保了適當的焊錫圓角形成，以及陽極/陰極焊墊與任何散熱焊墊或電路板金屬化區域之間的電氣隔離。遵循此佈局對於機械穩定性、電氣性能以及從LED晶片到PCB的最佳熱傳導至關重要。

9. 捲帶包裝規格

LED以捲帶包裝供應，適用於自動化組裝。

• 捲盤尺寸：7英吋。
• 數量：每滿捲1000顆。剩餘數量最小包裝量為500顆。
• 料袋密封：空的元件料袋以頂部蓋帶密封。
• 品質：最多允許連續兩個缺失的LED。
• 標準：包裝符合EIA-481-1-L23規範。

10. 可靠性與認證測試

已對樣品批次進行了廣泛的可靠性測試。

10.1 測試條件與結果

每種條件下對22個樣品進行測試，報告零失效：

• 高/低/室溫操作壽命（各1000小時）。
• 高/低溫儲存壽命（500-1000小時）。
• 濕熱測試（85°C/85% RH，500小時）。
• 溫度循環（-40°C至100°C，100次循環）。
• 熱衝擊（-40°C至100°C，100次循環）。

10.2 失效判定標準

若測試後，在I_F=150mA下量測，超過以下任一限制，則判定元件失效：

• 順向電壓（V_f）> 其初始值的110%。
• 光通量<< 其初始值的70%。

11. 應用設計考量

11.1 驅動電路設計

由於紅光（較低V_f）與綠光/藍光（較高V_f）LED的順向電壓不同，典型的RGB驅動器將使用獨立的限流電路或具有獨立通道的定電流驅動器。每個顏色的最大連續電流為150mA。對於脈衝操作（例如，PWM調光），請確保脈衝參數保持在I_FP rating.

11.2 散熱管理

有效的散熱至關重要。圖5中的數據清楚顯示輸出隨溫度升高而下降。為維持亮度與壽命：

• 使用建議的焊墊佈局，並確保高導熱性。
• 設計PCB時，提供足夠的銅箔面積（散熱焊墊）連接至LED的熱路徑。
• 考慮使用散熱孔將熱量傳導至內層或電路板背面。
• 在最終應用中，若以高電流驅動或處於高環境溫度下，請確保有足夠的氣流或其他冷卻機制。
• 監控電路板溫度，避免超過85°C。

11.3 光學設計

120度的視角提供了寬廣且均勻的光束，適合一般照明與標誌應用。對於聚焦光束，則需要二次光學元件（透鏡或反射器）。設計師在創造白光或特定混色時，應考慮每種顏色的不同發光強度。

12. 比較與產品定位

LTPL-P033RGB定位為一款通用型高功率RGB LED，適用於需要混色或單色輸出的廣泛應用。其主要優勢包括標準化封裝、寬視角、清晰的分級結構以確保一致性，以及適用於可靠製造的穩健規格（迴焊相容性、捲帶包裝）。它被設計為取代舊技術的固態照明設計中的主力元件。

13. 常見問題（基於技術資料）

問：我可以用同一個定電壓源和電阻來驅動所有三種顏色（RGB）嗎？

答：並非最佳方式。紅光LED的順向電壓（約2.0V）顯著低於綠光/藍光LED（約3.2V）。使用單一電壓源將需要為每個通道使用不同的電阻值才能達到相同的150mA電流。建議使用獨立的定電流驅動器或PWM通道來進行控制與混色。

問：LED亮度隨時間衰減的主要原因為何？

答：主要原因是高接面溫度。在建議的溫度範圍（參見圖5）以上操作LED，會加速半導體材料與螢光粉（如有）的老化過程，導致光輸出永久性下降。適當的散熱管理是長期可靠性的最關鍵因素。

問：如何解讀光通量分級代碼？

答：印在包裝袋上的代碼（例如R3、G5、B2）告訴您該特定LED在150mA下保證的最小與最大光輸出範圍。這讓設計師可以選擇亮度匹配的LED，以在多LED燈具中獲得均勻的外觀，或保證其設計的最低光輸出。

問：此LED適合戶外使用嗎？

答：操作溫度範圍（-30°C至+85°C）以及成功通過濕熱測試（85°C/85% RH）表明其對環境因素具有穩健性。然而，對於長時間的戶外暴露，LED本身必須被妥善封裝或安裝在能提供防潮、防紫外線輻射及物理損壞保護的燈具內，因為LED封裝本身並不防水。

14. 實務設計範例：RGB情境燈

情境：設計一個基於微控制器的RGB情境燈，可調節顏色與亮度。

實作方式：

1. 驅動器：使用一個3通道定電流LED驅動IC，或三個由MCU的PWM輸出控制的獨立MOSFET。將每個通道的電流限制設定為150mA。

2. 電源供應：提供一個穩定的直流電壓，其值需足夠高以容納最高的V_f（藍光/綠光最高約3.8V）加上電流調節器的壓降。

3. 散熱管理：將LED安裝在具有實心銅箔鋪設並連接至散熱焊墊的PCB上。若使用高工作週期，可考慮在PCB背面添加小型散熱片。

4. 控制：MCU可以獨立調整每個顏色通道（紅、綠、藍）的PWM工作週期，從0%到100%。這允許透過以不同強度混合主要輸出，創造出數百萬種顏色。

5. 光學：在LED上方使用擴散透鏡或蓋板，將三個色點混合成單一均勻的光區域。

15. 技術背景與趨勢

發光二極體（LED）是一種當電流通過時會發光的半導體元件。光的顏色由所使用的半導體材料的能隙決定。LTPL-P033RGB使用獨立的晶片分別用於紅光（可能基於AlInGaP材料）以及綠光/藍光（基於InGaN材料），並封裝在單一封裝內。功率LED的趨勢持續朝向更高效率（每瓦更多流明）、更好的顯色性、更高的可靠性以及更低的成本發展。此元件代表了一個成熟且具成本效益的解決方案，適用於需要多功能色彩輸出但無需最新單色高功率LED極致效率的應用。