EHP-C04 LED 規格書 - 高功率白光LED - 160流明 @ 1000毫安 - 5700K色溫 - 2.04x1.64毫米封裝 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

EHP-C04/NT01A-P01/TR是一款專為嚴苛照明應用設計的高功率、表面黏著式白光LED。它採用InGaN晶片技術產生白光，兼具高光輸出與緊湊尺寸的優勢。此元件已歸類為量產等級，代表其成熟度與可靠性適合大量生產。

此LED的核心價值在於其在小尺寸封裝內實現的高效率。它專為空間受限但需要高光輸出的應用而設計。元件內建靜電放電（ESD）防護，增強了其在處理與組裝過程中的穩健性。

1.1 主要特性與應用

此LED具備多項定義其性能範圍的關鍵特性。在1000毫安順向電流驅動下，其典型光通量為160流明。在此驅動電流下，典型相關色溫（CCT）為5700開爾文，屬於冷白光光譜。相同條件下，其光效為每瓦45流明。

就可靠性而言，它提供高達8KV（人體放電模型）的ESD防護，並符合濕度敏感等級（MSL）第1級，這意味著在≤30°C/85% RH的條件下具有無限的車間壽命，且在標準條件下進行迴流焊前無需烘烤。此元件亦符合RoHS規範且為無鉛製程。

生產的主要分級參數為總光通量與色度座標，以確保光學性能的一致性。

目標應用：

• 行動裝置相機閃光燈：主要應用是作為手機及其他可攜式裝置的相機閃光燈或頻閃燈，需要高瞬時光輸出。
• 數位攝影機（DV）補光燈：用於錄影應用中的持續照明。
• 一般照明：適用於各種室內照明燈具。
• 建築與安全照明：可用於階梯、出口通道及其他標誌的導向指示燈。
• TFT背光：為顯示面板提供照明。
• 汽車照明：適用於汽車外部與內部照明，但需符合特定的汽車級認證要求。
• 裝飾與娛樂照明：用於重點照明與效果燈光。

2. 絕對最大額定值與熱特性

理解絕對最大額定值對於確保可靠運作並防止LED永久損壞至關重要。所有額定值均在焊盤溫度（T_焊盤）為25°C時指定。

2.1 電氣與熱極限

直流順向電流（I_F）：最大連續直流電流為350毫安。超過此限制有過熱和加速老化的風險。

峰值脈衝電流（I_脈衝）：對於脈衝操作，在特定條件下允許1500毫安的峰值電流：脈衝寬度為400毫秒導通和3600毫秒關斷。對於更短的脈衝，規格書規定峰值脈衝電流應以最大持續時間50毫安和最大工作週期10%施加。這對於閃光燈應用尤其重要。

功率耗散（P_d）：在脈衝模式下，最大允許功率耗散為6.5瓦。此額定值與熱管理密切相關。

接面溫度（T_J）：半導體接面處的最大允許溫度為125°C。當接近或超過此溫度時，元件的壽命和性能將顯著下降。

熱阻（R_θ）：從接面到引腳的熱阻指定為10 °C/W。此參數對於根據耗散功率（P_d= V_F* I_F）計算接面溫升至關重要。需要有效的散熱措施以將T_J維持在安全範圍內，特別是在較高電流下。

工作與儲存溫度：元件可在-40°C至+85°C的環境溫度下工作，並可在-40°C至+110°C的溫度下儲存。

焊接：LED可承受最高260°C的焊接溫度，並額定最多可承受2次迴流焊循環，這是SMD元件的標準。

2.2 關鍵設計注意事項

規格書包含幾項重要警告：

• 此LED並非設計用於反向偏壓操作。
• 為確保長期可靠性，應避免讓LED在其最高工作溫度下連續運作超過一小時。
• 所有規格均通過1000小時可靠性測試保證，順向電壓衰減保證小於30%。
• 在1500毫安下的可靠性測試是使用1.0公分 x 1.0公分的金屬核心印刷電路板（MCPCB）進行良好熱管理。在1000毫安下的測試則使用1.0公分 x 1.0公分的FR4 PCB。
• 在最大額定值下連續操作LED將導致永久損壞。不允許同時施加多個最大額定值參數。

3. 電氣-光學特性

這些特性定義了LED在正常工作條件下的預期性能，測量條件為T_焊盤= 25°C，且通常在50毫安脈衝條件下進行，以最小化自熱效應。

3.1 關鍵性能參數

光通量（Ф_v）：光輸出。最小值為140流明，典型值為160流明，摘要表中未指定最大值。測量公差為±10%。

順向電壓（V_F）：在指定電流下LED兩端的電壓降。在I_F=1000毫安時，V_F最小值為2.95伏特，最大值為4.35伏特，測量公差為±0.1伏特。主要表格中未說明典型值，但在分級範圍內定義。

相關色溫（CCT）：範圍從4500K到7000K，在1000毫安時典型值為5700K。

視角（2θ_1/2）：發光強度為峰值一半時的全角為120度，公差為±5度。輻射模式為朗伯分佈，意味著強度隨視角的餘弦值下降。

4. 分級系統說明

為管理生產變異並讓設計師能選擇性能一致的LED，元件會根據關鍵參數進行分級。

4.1 順向電壓（V_F）分級

LED在I_F=1000毫安時分為五個電壓級：

- 級別 2932：2.95伏特 至 3.25伏特

- 級別 3235：3.25伏特 至 3.55伏特

- 級別 3538：3.55伏特 至 3.85伏特

- 級別 3841：3.85伏特 至 4.15伏特

- 級別 4143：4.15伏特 至 4.35伏特

這使得在多個LED串聯使用時能更好地匹配電流，或預測電源供應需求。

4.2 光通量分級

光輸出在I_F=1000毫安時分為三個級別：

- 級別 J3：140流明 至 160流明

- 級別 J4：160流明 至 180流明

- 級別 J5：180流明 至 200流明

這有助於在陣列或應用中實現均勻的亮度。

4.3 顏色（白光）分級

色度座標（CIE x, y）根據其目標CCT和色度圖上的四邊形區域分為三個主要級別：

1. 顏色級別 (1) - 4550K：目標為4500K-5000K。由座標 (0.3738, 0.4378), (0.3524, 0.4061), (0.3440, 0.3420), (0.3620, 0.3720) 定義。

2. 顏色級別 (2) - 5057K：目標為5000K-5700K。由座標 (0.3300, 0.3200), (0.3300, 0.3730), (0.3440, 0.3420), (0.3524, 0.4061) 定義。

3. 顏色級別 (3) - 5770K：目標為5700K-7000K。由座標 (0.3030, 0.3330), (0.3300, 0.3730), (0.3300, 0.3200), (0.3110, 0.2920) 定義。

色度座標測量容差為±0.01。分級定義於I_F= 1000毫安、50毫安脈衝操作下。

5. 性能曲線分析

規格書提供了幾張圖表說明性能趨勢，所有測試均在優良的熱管理條件下使用1.0x1.0平方公分的MCPCB進行。

5.1 光譜分佈

相對光譜分佈曲線顯示了螢光粉轉換白光LED的寬廣發射光譜特徵，在藍光區域（來自InGaN晶片）有一個峰值，在黃綠光區域（來自螢光粉）有一個更寬的峰值。這種組合產生了白光。

5.2 順向電壓 vs. 電流

此曲線顯示了順向電壓（V_F）與順向電流（I_F）之間的非線性關係。V_F隨I_F增加而增加，但增加速率並非線性。此圖表對於驅動器設計至關重要，特別是對於恆流驅動器。

5.3 光通量 vs. 電流

相對光通量曲線顯示，在較低電流下，光輸出隨電流超線性增加，但在極高電流下，由於效率下降和熱效應，趨向於變得更線性甚至次線性。這凸顯了熱管理對於維持效率的重要性。

5.4 色溫 vs. 電流

相關色溫（CCT）vs. 順向電流圖表顯示了色溫如何隨驅動電流變化。通常，CCT可能隨電流增加而增加（光變得更冷），這是由於螢光粉轉換效率相對於藍光晶片發射的變化所致。

5.5 順向電流降額曲線

這是可靠設計中最關鍵的圖表之一。它顯示了最大允許順向電流作為焊盤溫度的函數。隨著焊盤溫度升高，最大安全電流顯著下降。例如，在焊盤溫度為100°C時，最大允許連續電流降額至約100毫安，以保持接面溫度低於125°C。此曲線要求在高電流操作時必須有有效的散熱措施。

6. 機械與封裝資訊

6.1 封裝尺寸

LED採用緊湊的表面黏著封裝。圖紙中的關鍵尺寸包括：

- 整體封裝尺寸：長度約2.04毫米，寬度約1.64毫米。

- 標示了晶片位置與光學中心。

- 陽極和陰極焊盤有清晰標記以供極性識別。

- 尺寸單位為毫米，除非另有說明，標準公差為±0.1毫米。

頂視圖顯示了陽極和陰極焊盤，這對於正確的PCB佈局和焊接至關重要。光學中心偏離幾何中心，這對於像相機閃光燈等需要精確光學設計的應用可能很重要。

7. 焊接、組裝與處理指南

7.1 濕度敏感度與迴流焊

作為MSL第1級元件，它在≤30°C/85% RH條件下具有無限的車間壽命。如果需要，標準的迴流焊浸泡條件為85°C/85% RH下168小時（+5/-0）。元件可承受標準迴流焊曲線下最高260°C的峰值焊接溫度，並額定最多可承受2次迴流焊循環。

7.2 儲存與處理

應在指定的-40°C至+110°C溫度範圍內儲存。儘管具有8KV ESD防護，在處理過程中仍應遵守標準的ESD預防措施，以防止潛在的潛在損壞。

8. 包裝與訂購資訊

8.1 標籤說明

包裝標籤包含幾個對可追溯性和選擇至關重要的代碼：

- CPN：客戶產品編號。

- P/N：製造商產品編號（例如，EHP-C04/NT01A-P01/TR）。

- LOT NO：製造批號，用於追溯。

- QTY：包裝內元件數量。

- CAT：光通量（亮度）分級代碼（例如，J3, J4, J5）。

- HUE：顏色分級代碼（例如，1, 2, 3）。

- REF：順向電壓分級代碼（例如，2932, 3235）。

- MSL-X：濕度敏感等級。

9. 應用設計考量

9.1 熱管理

這是確保可靠運作和性能最關鍵的因素。降額曲線清楚地顯示了保持焊盤溫度低的必要性。設計師必須：

1. 使用具有足夠導熱性的PCB（例如，對於像閃光燈這樣的高電流應用，使用MCPCB，如可靠性測試中所用）。

2. 確保從LED焊盤到散熱器或環境的熱阻路徑較低。

3. 考慮工作環境溫度。

4. 對於脈衝操作（如相機閃光燈），系統的熱容量和工作週期將決定平均溫升。

9.2 電氣驅動

LED必須由恆流源驅動，而非恆壓源，以確保穩定的光輸出並防止熱失控。驅動器應設計為：

- 提供所需的電流（例如，1000毫安以獲得全亮度）。

- 適應順向電壓分級範圍（2.95伏特至4.35伏特），以確保所有單元都能正確進行電流調節。

- 對於閃光燈應用，提供高峰值電流（在指定的脈衝條件下高達1500毫安），並適當控制脈衝寬度與工作週期。

9.3 光學整合

朗伯輻射模式和120度視角使其適合需要寬廣照明的應用。對於聚焦光束（例如，手電筒），則需要二次光學元件（透鏡或反射器）。在精確的光學對準中，必須考慮光學中心與封裝幾何中心的偏移。

10. 比較與選擇指南

選擇此LED時，應將其關鍵參數與應用需求進行比較：

- 光通量與效率：1安培下160流明和每瓦45流明，在其封裝尺寸和規格書發布年代具有競爭力。較新的LED可能提供更高的光效。

- 色溫：典型CCT為5700K，是標準的冷白光。提供從4500K到7000K的分級，提供了靈活性。

- 封裝尺寸：2.04x1.64毫米的佔位面積緊湊，適合像手機這樣空間受限的設計。

- 驅動電流：其性能特徵是在1000毫安下定義的，這是高功率閃光LED常見的驅動電流。能夠處理1500毫安脈衝是其相對於僅額定較低電流的LED在閃光應用中的關鍵優勢。

- 熱性能：10 °C/W的接面到引腳熱阻需要謹慎的熱設計。將此值與替代方案進行比較；數值越低表示封裝的散熱能力越好。

11. 常見問題（基於技術參數）

問：我可以用3.3伏特電源驅動此LED嗎？

答：這取決於您特定LED的順向電壓分級以及所需電流。對於1000毫安的驅動，V_F範圍從2.95伏特到4.35伏特。3.3伏特電源僅對較低V_F分級的LED（例如，2932）足夠，並且需要一個壓降非常低的恆流驅動器。使用帶有電流調節器的較高電壓電源（例如，5伏特）更為可靠。

問：如何在應用中達到額定的160流明？

答：您必須以1000毫安直流或等效的脈衝電流驅動LED，同時將焊盤溫度維持在或接近25°C。在實際應用中，若環境溫度較高且散熱有限，由於熱降額和效率下降，光輸出將會降低。

問：1000毫安和1500毫安測試條件有何不同？

答：1000毫安條件用於表徵典型性能（光通量、V_F、CCT）。1500毫安額定值適用於短持續時間脈衝（最大50毫安，10%工作週期），這是相機閃光燈操作的典型情況。可靠性測試以不同方式進行：1500毫安測試使用MCPCB以獲得更好的冷卻效果，而1000毫安測試使用FR4。

問：為什麼視角公差是±5度？

答：此公差考慮了製造過程中晶片放置、螢光粉塗層和透鏡幾何形狀的微小變化，這些變化可能會略微改變輻射模式。

12. 設計與使用案例範例

12.1 手機相機閃光燈

情境：為智慧型手機相機設計單LED閃光燈。

實作：

1. 驅動電路：使用專用的LED閃光驅動器IC，能夠提供1500毫安脈衝，並嚴格控制脈衝寬度（例如，靜態照片輔助光最大400毫安）。驅動器應具有高壓升壓轉換器以產生足夠的電壓（例如，>5伏特）來覆蓋最高的V_F bin.

2. 熱管理：LED應安裝在PCB上的專用散熱焊盤上，並連接到內部接地層或金屬中框以散熱。必須透過軟體限制閃光燈的工作週期以防止過熱。

3. 光學：在LED上方放置塑膠透鏡或導光板以擴散光線並減少熱點，使偏移的光學中心與透鏡軸線對齊。

12.2 可攜式攝影燈

情境：用於數位攝影機的常亮補光燈。

實作：

1. 驅動電路：設定為350毫安（最大直流額定值）或更低的恆流驅動器，以優先考慮效率和壽命。可以使用簡單的線性穩壓器或開關轉換器。

2. 熱管理：在LED後方的PCB區域附上一個小型鋁製散熱片。外殼必須允許一些空氣流通。

3. 光學：使用淺反射器或磨砂透鏡產生寬廣、均勻的泛光光束，適合影片照明。

13. 技術原理

EHP-C04是一款螢光粉轉換白光LED。基本原理涉及一個由氮化銦鎵（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摻鈰釔鋁石榴石（YAG:Ce）螢光粉層吸收。螢光粉將部分藍光光子下轉換為較長的波長，主要在黃光區域。剩餘的藍光與發射的黃光混合，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和厚度控制，決定了相關色溫（CCT）。緊湊的封裝整合了晶粒、螢光粉和一個塑造初始輻射模式的初級矽膠透鏡。

14. 產業背景與趨勢

這份發布日期為2015年的規格書，代表了成熟一代的高功率白光LED。當時，在1安培驅動電流下每瓦45流明的光效在其封裝等級中具有競爭力。自那時以來，設計師在為新設計評估此元件時應考慮的關鍵產業趨勢包括：

- 光效提升：現代高功率白光LED可超過150-200流明/瓦，顯著降低了相同光輸出下的功耗和熱負載。

- 色彩品質改善：較新的LED通常提供更高的顯色指數（CRI）值，並且在不同分級間有更一致的色點控制。

- 先進封裝：趨勢包括無引線框架的晶片級封裝（CSP），可提供更好的熱性能和更小的尺寸。此外，還有專為更高電流密度和更好光提取而設計的封裝。

- 整合解決方案：對於像相機閃光燈這樣的應用，LED越來越多地與驅動器、感測器和光學元件整合成完整的模組。

- 可靠性與壽命：雖然此LED保證1000小時後流明衰減小於30%，但較新的產品通常在特定條件下引用L70或L90壽命（光輸出降至初始值70%或90%的時間）為數萬小時。

在選擇元件時，工程師必須權衡像EHP-C04這樣成熟元件的可靠性和成本與新一代元件的性能優勢，同時考慮其產品的具體要求和生命週期。