LED元件規格書 - 生命週期修訂版2 - 技術文件

1. 產品概述

本技術文件提供發光二極體（LED）元件的完整規格與指南。本次修訂的主要重點在於記錄正式的生命週期階段，並更新技術參數以反映當前的製造標準與性能特性。LED是一種將電能轉換為可見光的半導體元件，因其高效率、長壽命與高可靠性，廣泛應用於指示燈、背光模組、一般照明乃至汽車照明等領域。

此元件的核心優勢在於其標準化設計，確保在大規模生產中性能一致。其設計與自動化表面黏著技術（SMT）組裝製程相容，適合整合至現代電子產品中。目標市場包括消費性電子產品、工業控制系統、汽車內裝以及需要可靠、低功耗照明的標誌應用。

2. 技術參數深度客觀解讀

儘管提供的PDF片段有限，一份詳細的LED元件技術規格書通常包含以下關鍵參數章節。以下數值代表常見中功率SMD LED封裝的業界標準範圍；具體數值將在完整的規格書中定義。

2.1 光度與色彩特性

光度特性定義了光輸出與品質。關鍵參數包括：

• 光通量（Φ_v）：光源發出的總可見光，以流明（lm）為單位。標準元件的典型值範圍可從20 lm到120 lm，具體取決於顏色與驅動電流。
• 主波長（λ_D）：光的感知顏色，以奈米（nm）為單位。對於白光LED，此參數由相關色溫（CCT）取代。
• 相關色溫（CCT）：對於白光LED，此參數描述光的顏色外觀，從暖白光（例如，2700K-3000K）到冷白光（例如，5000K-6500K）。
• 演色性指數（CRI）：衡量光源相較於自然光源，呈現物體顏色的準確程度。一般照明應用通常要求CRI達到80或更高。

2.2 電氣參數

電氣參數對於電路設計與確保可靠運作至關重要。

• 順向電壓（V_F）：LED在特定順向電流下發光時，兩端的電壓降。此值隨顏色與半導體材料而異（例如，紅色約2.0V，藍色/白色約3.2V）。白光LED的典型範圍為2.8V至3.4V。
• 順向電流（I_F）：建議的工作電流，針對不同封裝尺寸，通常為20mA、60mA或150mA。超過最大額定電流可能導致永久性損壞。
• 逆向電壓（V_R）：在不損壞LED的情況下，可施加於逆向方向的最大電壓，通常約為5V。

2.3 熱特性

LED的性能與壽命高度依賴於接面溫度。

• 熱阻（R_θJC或R_θJA）：熱量從LED接面流向外殼（JC）或環境空氣（JA）的阻力。數值越低表示散熱效果越好。SMD封裝的典型R_θJA可能為100-200 °C/W。
• 最高接面溫度（T_J）：半導體接面允許的最高溫度，通常為125°C或150°C。在此溫度以下運作對於長期可靠性至關重要。

3. 分級系統說明

為確保生產中的顏色與亮度一致性，LED會進行分級篩選。

• 波長/色溫分級：LED根據其主波長或CCT進行分組。白光LED的典型分級方案可能在一個CCT範圍內（例如，3000K、3200K、3500K）以100K或200K為級距。
• 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。分級由最小與最大流明值定義（例如，A級：80-90 lm，B級：90-100 lm）。
• 順向電壓分級：基於特定電流下的V_F進行分類，有助於設計高效的驅動電路，並在並聯串中實現均勻亮度。常見的分級級距可能為0.1V。

4. 性能曲線分析

圖形數據對於理解在不同條件下的性能至關重要。

• I-V（電流-電壓）曲線：此圖顯示順向電流與順向電壓之間的關係。它是非線性的，在電流快速增加之前會呈現一個門檻電壓。此曲線對於選擇限流電阻或設計恆流驅動器至關重要。
• 溫度特性：圖表通常顯示光通量與順向電壓如何隨接面溫度變化。光輸出通常隨溫度升高而降低（熱淬滅），而順向電壓則會略微下降。
• 光譜功率分佈（SPD）：顯示每個波長發射光相對強度的圖譜。對於白光LED（螢光粉轉換型），此圖顯示藍光激發LED的峰值以及更寬的螢光粉發射光譜。

5. 機械與封裝資訊

精確的機械數據確保正確的PCB設計與組裝。

• 封裝尺寸：包含關鍵尺寸（如長、寬、高及引腳間距）的詳細圖紙。常見的SMD封裝如2835，其標稱尺寸為2.8mm x 3.5mm。
• 焊墊佈局（Footprint）：PCB上建議用於焊接的銅焊墊圖案。這包括焊墊尺寸、形狀與間距，以確保形成正確的焊點並具備足夠的機械強度。
• 極性識別：LED封裝上的清晰標記（通常是陰極側的凹口、切角或綠色標記），用以指示陽極與陰極，確保正確的電氣連接。

6. 焊接與組裝指南

正確的操作對於防止損壞至關重要。

• 迴焊溫度曲線：指定預熱、均熱、迴焊與冷卻階段的時間-溫度圖。峰值溫度不得超過LED的最大耐受度（通常為260°C數秒），以避免損壞塑膠透鏡或內部接合。
• 注意事項：避免對透鏡施加機械應力。使用低氯、免清洗助焊劑。焊接後請勿使用超音波方式清洗。若需手動焊接，請確保控制烙鐵頭溫度。
• 儲存條件：LED應儲存在乾燥、防靜電且溫濕度受控的環境中（例如，<40°C，<60% RH），以防止引腳吸濕與氧化。

7. 包裝與訂購資訊

物流與採購相關資訊。

• 包裝規格：通常以與自動貼片機相容的凸輪式載帶與捲盤供應。會指定捲盤尺寸（例如，7英寸、13英寸）及每捲數量（例如，2000顆、4000顆）。
• 標籤資訊：捲盤標籤包含料號、數量、批號、日期碼及分級資訊。
• 料號編碼規則：型號編碼了關鍵屬性，如封裝尺寸、顏色、CCT、光通量分級與電壓分級（例如，LED2835-W-50-80-C1）。

8. 應用建議

有效實施的指導方針。

• 典型應用電路：對於低壓直流電源，可串聯限流電阻使用；或由專用的恆流LED驅動器驅動，以獲得最佳性能與效率，特別是在多LED陣列或市電供電的應用中。
• 設計考量：確保PCB上有足夠的散熱措施（散熱孔、銅箔面積）以管理接面溫度。考慮光學設計（透鏡、擴散片）以獲得所需的光束分佈。設計並聯串時需考慮順向電壓的變異，以防止電流不平衡。

9. 技術比較

此元件作為標準化的SMD LED，透過其性能、成本與可靠性的平衡提供差異化。相較於插件式LED，它實現了小型化與自動化組裝。與舊款LED封裝相比，由於某些設計中採用了裸露的散熱焊墊，它通常提供更高的光效（每瓦流明數）與更好的熱管理。特定的生命週期修訂（修訂版：2）表示產品持續進行改良，可能相較於早期版本，在材料（例如，更堅固的矽膠透鏡）或半導體磊晶方面有所改進，以提高效率或改善顏色一致性。

10. 常見問題

基於典型技術參數查詢的回答。

• 問：我可以直接用5V電源驅動這個LED嗎？答：不行。您必須使用串聯的限流電阻或恆流驅動器。電阻值的計算公式為 R = (電源電壓 - V_F) / I_F。對於一個順向電壓3.2V、電流20mA的LED，使用5V電源時，R = (5 - 3.2) / 0.02 = 90 歐姆。
• 問：為什麼並聯的LED需要各自的電阻？答：由於V_F存在自然變異，直接並聯的LED將不均勻地分配電流。V_F稍低的LED會汲取更多電流，可能導致過熱與故障。各自的電阻有助於平衡電流。
• 問：生命週期階段：修訂版是什麼意思？答：這表示產品處於活躍且受支援的狀態，其文件與規格可能會更新，以反映在不改變產品外型、配合度或核心功能的前提下，進行的細微改進、澄清或製程變更。

11. 實際應用案例

案例：工業控制面板顯示器的背光。設計師需要為一個5英寸LCD提供均勻、可靠且持久的背光。他們選擇此LED元件的冷白光（6500K）型號。多顆LED以陣列方式排列在顯示器邊緣的軟性PCB條上，採用側發光或直下式背光光學設計。設計了一個恆流驅動器，為每串6顆LED（總V_F約19.2V）提供60mA電流。散熱孔將LED焊墊連接到主PCB上的大型接地層以利散熱。高CRI確保了顯示器上準確的色彩再現。修訂版2的狀態讓設計師對此元件在此長壽命工業應用中的成熟度與供應穩定性充滿信心。

12. 原理介紹

LED是一種固態半導體元件。它由一片摻雜雜質的半導體材料晶片構成，以形成一個p-n接面。當施加順向電壓時，來自n區的電子與來自p區的電洞在接面內復合，以光子的形式釋放能量。發射光的波長（顏色）由半導體材料的能隙決定。例如，氮化銦鎵（InGaN）用於藍光和綠光LED，而磷化鋁鎵銦（AlGaInP）用於紅光和琥珀光LED。白光LED通常是透過在藍光或紫外光LED晶片上塗覆螢光粉材料來製造，該材料吸收部分藍光並重新發射為黃光或更寬的光譜，組合後產生白光。

13. 發展趨勢

LED產業持續演進，有幾個明顯的趨勢。光效（每瓦流明數）穩步提升，降低了照明的能耗。業界高度重視改善色彩品質，包括更高的CRI值（90+）與更精確的顏色一致性（更嚴格的分級）。小型化持續發展，為超緊湊裝置開闢了新的應用領域。智慧與連網照明，將LED與感測器及控制器整合，是一個不斷成長的領域。此外，針對鈣鈦礦與量子點等新型材料的研究，旨在實現更高的效率、更好的演色性與更低的成本。趨勢還包括在更高驅動電流與工作溫度下增強可靠性和壽命。