LED元件技術規格書 - 生命週期修訂版2 - 發布日期2014-12-11 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本技術規格書提供LED元件的完整資訊，重點在於其生命週期管理與技術規格。文件結構旨在為工程師、設計師與採購專家提供將元件整合至電子系統、進行資格認證以及長期支援所需的核心資料。文件所呈現的核心資訊確立了其修訂狀態，並作為永久有效的參考依據。

本規格書的主要目的，是作為元件技術參數與生命週期資訊的權威來源。其設計旨在支援產品設計、製程規劃與供應鏈管理中的決策制定。文件內含的數據對於確保終端應用的相容性、可靠性與效能一致性至關重要。

2. 生命週期與文件管控資訊

文件管控章節對於理解所提供技術資料的有效性與權威性至關重要。

2.1 生命週期階段

該元件及其相關文件目前處於修訂階段。這表示產品設計與規格已趨於穩定、成熟，並處於量產階段。本文件的修訂編號為2，代表此為本技術規格書的第二版正式發布。修訂通常會根據持續的生產回饋或精進的測試方法，納入參數的修正、澄清或更新。

2.2 文件有效性

本文件的有效期限標示為永久有效。此標示意味著此特定修訂版的規格書，對於其所描述的元件版本，將無限期保持有效以供參考。除非發布新的修訂版予以取代，否則本文件不會過期或失效。這對於成熟、標準化元件的文件而言是常見的做法。

2.3 發布資訊

此修訂版（修訂版2）的正式發布日期為2014-12-11 18:36:47.0。此時間戳記明確記錄了此套特定規格定稿與發布的歷史時間點。此資訊對於版本控制與追溯元件規格歷史至關重要。

3. 技術參數深度客觀解讀

雖然提供的PDF摘錄聚焦於文件中繼資料，但一份完整的LED規格書應包含詳細的技術參數。以下章節解釋此類文件中常見的典型參數及其重要性。

3.1 光度特性

光度特性定義了LED的光輸出。關鍵參數包括光通量（以流明lm為單位），用於量化人眼感知的光功率。發光強度（以燭光cd為單位）描述特定方向的光輸出。相關色溫（CCT，以開爾文K為單位）定義白光呈現暖色、中性或冷色。對於彩色LED，則會指定主波長（以奈米nm為單位）。色度座標（例如在CIE 1931色度圖上）提供色點的準確定義。理解這些參數對於在應用中達到預期的亮度與色彩品質至關重要。

3.2 電氣參數

電氣參數對於電路設計至關重要。順向電壓（Vf）是LED在特定順向電流（If）下工作時的跨壓降。這對於決定電源供應需求至關重要。額定順向電流（If）是LED可承受的最大連續電流，直接影響光輸出與使用壽命。逆向電壓（Vr）指定了在不損壞元件的情況下可施加於逆向的最大電壓。這些參數確保LED在其安全工作區（SOA）內被驅動。

3.3 熱特性

LED的效能與壽命高度依賴於熱管理。接面溫度（Tj）是半導體晶片本身的溫度。熱阻（Rth j-s 或 Rth j-a，以攝氏度每瓦°C/W為單位）表示熱量從接面傳遞到焊點（s）或環境（a）的效率。較低的熱阻是理想的。絕不能超過最大接面溫度（Tj max），以防止加速劣化或災難性故障。適當的散熱設計需基於這些數值。

4. 分級系統說明

製造過程的變異會導致個別LED之間存在細微差異。分級是根據關鍵參數將LED分類到不同群組（級別）的過程，以確保一致性。

4.1 波長/色溫分級

LED根據其色度座標或CCT進行分級。對於白光LED，級別由CIE圖上的小四邊形或CCT範圍（例如3000K ± 100K）定義。對於單色LED，級別由主波長範圍（例如525nm ± 2nm）定義。這確保了同一批產品內的色彩均勻性。

4.2 光通量分級

LED根據其在標準測試電流下的光輸出進行分類。它們被分組到不同的光通量級別（例如，級別A：100-110 lm，級別B：90-100 lm）。這讓設計師可以選擇符合特定亮度要求的LED，並有助於維持產品整體亮度的一致性。

4.3 順向電壓分級

LED也會根據其在特定測試電流下的順向電壓（Vf）進行分級。常見的級別可能是Vf1：2.8V - 3.0V，Vf2：3.0V - 3.2V等。這對於設計高效的驅動電路非常重要，特別是在串聯多個LED時，可以最小化電流變異與功率損耗。

5. 性能曲線分析

圖形數據提供了在不同條件下LED行為的更深入見解。

5.1 電流-電壓（I-V）特性曲線

此曲線描繪了順向電流與順向電壓之間的關係。它是非線性的，顯示出一個臨界電壓，低於此電壓時幾乎沒有電流流動。在工作區域的曲線斜率與動態電阻有關。此圖對於理解驅動器相容性以及在電路模擬中預測電壓降至關重要。

5.2 溫度特性

數個圖表說明了溫度依賴性。光通量對接面溫度的曲線通常顯示輸出隨溫度升高而降低。順向電壓對接面溫度的曲線通常顯示負溫度係數（Vf隨Tj升高而降低）。這些曲線對於設計在預期工作溫度範圍內維持性能的系統至關重要。

5.3 光譜功率分佈（SPD）

SPD圖顯示了每個波長下發射光的相對強度。對於白光LED（通常是螢光粉轉換型），它顯示來自LED晶片的藍色峰值以及來自螢光粉的更寬廣的黃色/紅色峰值。此圖用於計算演色性指數（CRI）、CCT及其他色度特性。

6. 機械與封裝資訊

物理規格確保在印刷電路板（PCB）上的正確安裝與功能。

6.1 尺寸輪廓圖

詳細的機械圖提供了所有關鍵尺寸：長、寬、高、引腳間距與元件公差。此圖用於建立PCB封裝圖形以及檢查組裝時的間隙。

6.2 焊墊佈局設計

提供了建議的PCB焊墊圖形（焊墊幾何形狀與尺寸），以確保在迴焊過程中形成可靠的焊點。它考慮了元件公差與焊錫圓角形成。

6.3 極性識別

明確標示了識別陽極與陰極的方法，通常是透過元件本體上的標記（例如凹口、圓點或切角）或透過不對稱的引腳形狀。正確的極性對於電路運作至關重要。

7. 焊接與組裝指南

這些指示旨在製造過程中保護LED的完整性。

7.1 迴焊溫度曲線

提供了建議的迴焊溫度曲線，包括預熱、恆溫、迴焊（峰值溫度）與冷卻速率。指定了最高溫度限制與液相線以上時間，以防止對LED封裝或內部晶片造成熱損傷。

7.2 注意事項與操作

指南包括警告勿對LED透鏡施加機械應力、使用適當的靜電放電（ESD）防護措施，以及避免光學表面污染。也可能指定與封裝材料相容的清潔方法。

7.3 儲存條件

提供了建議的儲存溫度與濕度範圍，以防止元件在使用前劣化，例如吸濕可能導致在迴焊過程中發生\"爆米花\"效應。

8. 包裝與訂購資訊

本章節詳細說明產品的供應方式。

8.1 包裝規格

針對自動貼裝設備，指定了載帶與捲盤尺寸、口袋尺寸與方向。並說明了每捲或每管的數量。

8.2 標籤資訊

描述了包裝標籤的內容，通常包括料號、數量、批號/批次代碼、日期代碼與分級資訊。

8.3 料號編碼系統

解釋了型號命名規則，說明料號如何編碼關鍵屬性，如顏色、光通量級別、電壓級別、封裝類型，有時還包括特殊功能。

9. 應用建議

有效實施元件的指導方針。

9.1 典型應用電路

通常包含基本驅動電路的示意圖，例如用於恆壓電源的簡單串聯電阻電路，或使用恆流驅動器的建議。並討論串聯/並聯連接的考量。

9.2 設計考量

關鍵設計建議包括熱管理的重要性（PCB銅箔面積、散熱孔）、光學設計（透鏡選擇、間距）與電氣設計（突波電流保護、調光相容性）。

10. 技術比較與差異化

雖然單一規格書中不一定明確陳述，但參數定義了元件的定位。其優勢可能包括高發光效率（每瓦流明數）、出色的色彩一致性（嚴格分級）、穩健的可靠性數據（高L70/L90壽命等級），或是緊湊的外形尺寸，實現高密度設計。

11. 常見問題（FAQ）

解答基於技術參數的常見疑問。

問：我可以用電壓源驅動此LED嗎？

答：雖然可以透過串聯限流電阻實現，但強烈建議使用恆流驅動器以獲得穩定的光輸出與長期可靠性，因為LED的順向電壓會隨溫度與級別而變化。

問：是什麼導致光輸出隨時間下降？

答：半導體材料與螢光粉（如果有的話）的逐漸劣化導致流明衰減。在額定電流或以下操作LED，並透過有效的散熱維持低接面溫度，是最大化使用壽命的主要方法。

問：熱阻值有多重要？

答：極其重要。它是計算在給定功耗下，LED接面溫度相對於環境或電路板溫度的溫升之關鍵指標。超過Tj max會急劇縮短壽命。

12. 實際應用案例

案例1：建築線性照明：對於連續安裝的LED燈條，選擇來自單一、嚴格的光通量與色彩級別的LED至關重要，以避免沿著長度方向出現可見的亮度或色彩偏移。高可靠性與定義的使用壽命支援已安裝燈具的長期維護規劃。

案例2：汽車內飾照明：用於儀表板背光或氛圍照明的LED必須在寬廣的溫度範圍（-40°C至+85°C或更高）內可靠運作。規格書中光通量與順向電壓的溫度降額曲線，用於設計補償這些變化的電路，確保一致的外觀。

13. 工作原理簡介

LED是一種半導體二極體。當施加順向電壓時，來自n型半導體的電子與來自p型半導體的電洞在主動區複合，以光子（光）的形式釋放能量。發射光的波長（顏色）由所用半導體材料的能隙決定（例如，藍/綠光用InGaN，紅/琥珀光用AlInGaP）。白光LED通常是透過在藍光LED晶片上塗覆黃色螢光粉製成；藍光與黃光的混合光在人眼看來呈現白色。

14. 技術趨勢

LED產業持續演進。關鍵趨勢包括發光效率的不斷提升，降低特定光輸出下的能耗。業界高度重視改善色彩品質，例如實現更高的演色性指數（CRI）與更精準的色彩調校。微型化持續發展，使直視式顯示器的像素間距越來越小。此外，整合智慧功能（如內建驅動器或色彩控制電路）也變得越來越普遍。針對新型材料（如用於次世代顯示器與照明的鈣鈦礦）的研究也是一個活躍的發展領域。