LED 發光體 3030 規格書 - 尺寸 3.0x3.0x2.53mm - 電壓 1.8-2.6V - 功率 1.3W - 730nm 紅外光

1. 產品概述

本章節提供紅外光 LED 發光體之完整概述，詳述其設計、關鍵特性以及在現代植物照明系統中的主要應用。

1.1 一般說明

本產品為採用環氧樹脂模壓封裝（EMC）之表面黏著器件（SMD）LED。此封裝技術提供更高的可靠性、優異的熱管理能力，並能在嚴苛環境中保持穩健的性能。其緊湊尺寸為長 3.00mm、寬 3.00mm、高 2.53mm，適合高密度 PCB 佈局。其主要功能為發射峰值波長 730 奈米（nm）的光線，屬於遠紅光譜範圍，此波段對於植物的光形態建成反應至關重要。

1.2 關鍵特性

• 尺寸緊湊：尺寸為 3.00mm x 3.00mm x 2.53mm。
• 特定波長：峰值發射波長（λp）為 730nm，針對光敏色素受體。
• 符合 RoHS 規範：製造過程不含鉛或其他受限制之有害物質。
• 可焊性：設計適用於無鉛迴流焊接製程。
• 濕度敏感度：濕度敏感等級（MSL）為 3 級，若暴露於環境中需進行適當處理與烘烤。
• 包裝方式：以捲帶包裝供貨，每捲標準數量為 3000 顆。
• 高可靠性：EMC 封裝確保在各種操作條件下性能穩定。

1.3 應用情境

此 LED 專為需要遠紅光的園藝及農業照明應用所設計。主要使用案例包括：

• 商業花卉生產：控制開花週期與植物形態。
• 組織培養實驗室：在無菌環境中促進特定生長階段。
• 垂直農場與植物工廠：整合進多光譜照明配方中，以優化全年作物生產。
• 溫室補光照明：延長光週期或提供特定光譜品質，以促進植物生長與發育。
• 採後保鮮：於冷藏中應用，可能影響產品新鮮度與保存期限，此為新興研究領域。

2. 深入技術參數分析

詳細檢視在標準測試條件（Ts=25°C）下定義之電氣、光學與熱特性。

2.1 電氣與光學特性

下表列出關鍵性能參數。大多數光學規格之測試電流為 350mA。

• 順向電壓（VF）：在 350mA 電流下，範圍從最低 1.8V 到最高 2.6V。未指定典型值，但此範圍表明元件預期的電壓降。
• 峰值波長（λp）：定義於 730nm 至 740nm 之間。嚴格的分檔確保了精準農業應用所需的光譜輸出一致性。
• 總輻射通量（Φe）：測量發射的總光功率，範圍從 180mW 到 480mW。此寬廣範圍要求應用設計時需進行仔細的分檔。
• 視角（2θ1/4）：約為 60 度，定義了發射光的角度分佈。
• 熱阻（R_THJ-S）：接面至焊點的熱阻為 14°C/W。此數值對於防止過熱的熱管理設計至關重要。
• 逆向電流（I_R）：在逆向電壓 5V 下，最大值為 10μA，顯示二極體的漏電流特性。

2.2 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能導致永久損壞的應力極限。不建議在此極限或接近極限的條件下操作。

• 功率耗散（P_D）：最大 1.3 瓦特。這是封裝可散逸的總功率。
• 順向電流（I_F）：最大連續直流電流為 500mA。脈衝電流額定值可能更高，但此處未指定。
• 逆向電壓（V_R）：最大值 5V。超過此值可能導致擊穿。
• 靜電放電（ESD）：耐受 2000V（人體放電模型），顯示其具有中等程度的處理穩健性。
• 溫度範圍：工作溫度 -40°C 至 +85°C；儲存溫度 -40°C 至 +100°C。
• 最高接面溫度（T_J）：絕對最大值 115°C。系統設計必須確保工作時接面溫度遠低於此限制。

3. 分檔系統說明

雖然文件中未明確提供正式的分檔代碼，但指定的參數範圍實際上構成了分檔結構。設計師在設計電路與光源引擎時必須考量這些差異。

• 波長分檔：730-740nm 的範圍對於遠紅光 LED 來說相對窄，確保了對植物光敏色素活化至關重要的光譜一致性。
• 輻射通量分檔：寬廣的輸出範圍（180-480mW）表明，對於需要均勻光強度的應用，可能需要由製造商或組裝廠將 LED 篩選或分為次級群組。
• 順向電壓分檔：1.8-2.6V 的範圍需要在驅動器設計中考量，特別是對於串聯陣列，以確保電流均勻性。

4. 性能曲線分析

典型特性曲線提供了元件在不同條件下行為的深入見解。

4.1 順向電壓 vs. 順向電流（IV 曲線）

曲線顯示了二極體典型的非線性關係。在建議操作電流 350mA 下，預期順向電壓接近 1.8-2.6V 範圍的中心點。此曲線有助於選擇適當的驅動器電壓容許範圍。

4.2 相對強度 vs. 順向電流

此曲線展示了光學輸出的飽和特性。強度隨電流增加而增加，但可能非線性，特別是在高電流下熱效應變得顯著時。在 350mA 附近操作似乎處於高效率區域。

4.3 相對強度 vs. 外殼溫度

輸出會隨著外殼溫度（T_s）升高而降低。此熱衰減效應對於需要長時間穩定光輸出的園藝應用至關重要。充足的散熱對於減輕輸出損失必不可少。

4.4 光譜分佈

光譜圖確認了在 730nm 處的顯著峰值，並具有基於 AlGaAs 的 LED 常見的半高全寬（FWHM）。其在可見光譜中的發射極少，使其成為純粹的遠紅光光源。

4.5 輻射模式

極座標圖顯示了類似朗伯分佈的發射模式，具有 60 度視角，可用於計算植物冠層上的空間輻照度分佈。

4.6 順向電流 vs. 外殼溫度

此降額曲線顯示最大允許順向電流會隨著環境或外殼溫度上升而降低。對於決定封閉式燈具內的安全操作條件而言，此圖表至關重要。

5. 機械與包裝資訊

5.1 封裝尺寸與佈局

詳細的機械圖面指定了確切的佔位面積。

• 頂部/底部視圖：顯示 3.00mm x 3.00mm 的外形。標示有陰極識別標記。
• 側視圖：確認總高度為 2.53mm，包括透鏡與接腳。
• 極性識別：陰極通常由封裝上的缺口、倒角或其他視覺標記指示。正確的方向對於 PCB 組裝至關重要。
• 焊接墊圖案：提供建議的 PCB 焊墊圖案尺寸，以確保在迴流焊接過程中形成可靠的焊點與正確的機械對位。
• 公差：所有未指定的尺寸公差為 ±0.2mm。

5.2 自動化組裝包裝

元件以捲帶包裝供貨，與標準 SMT 貼片設備相容。

• 載帶：指定了口袋尺寸、節距與帶寬，以確保與送料器系統的相容性。
• 捲盤尺寸：提供標準捲盤直徑、寬度與軸心尺寸細節，用於物流與機器設定。
• 包裝數量：每捲 3000 顆為標準包裝單位。

6. 焊接與組裝指引

6.1 SMT 迴流焊接說明

此 LED 適用於無鉛迴流焊接製程。必須遵循典型的迴流溫度曲線：

• 預熱階段：漸進加熱以活化助焊劑並減少熱衝擊。
• 均溫區：讓 PCB 整體溫度趨於穩定。
• 迴流區：峰值溫度不得超過封裝最大耐受值（通常為 260°C 數秒，但確切值應從完整的溫度曲線資料確認）。濕度敏感等級（MSL 3）規定，若包裝被打開，元件必須在 168 小時內使用或在迴流前進行烘烤。
• 冷卻：控制冷卻以形成可靠的焊點。

關鍵在於避免放置時過度的機械應力，並確保焊接溫度曲線不超過 LED 的熱極限，以防止透鏡破裂或內部層間分離。

7. 包裝與訂購資訊

根據指引省略了具體的料號，但包裝規格是明確的。

• 標準包裝：捲帶與捲盤。
• 每捲數量：3000 單位。
• 標籤：捲盤標籤通常包含料號、數量、批號與日期碼，以供追溯。
• 紙箱包裝：多捲盤包裝於紙箱中以便運輸與儲存，並提供箱體尺寸與包裝數量細節。

8. 應用建議與設計考量

電路設計：使用適合順向電壓範圍的恆流驅動器。對於串聯連接，確保驅動器電壓容許範圍涵蓋所有 LED 的最大 V_F總和加上餘裕。不建議在不附加電流平衡措施的情況下並聯連接。

熱管理：14°C/W 的熱阻需要一條有效的熱路徑。使用具有足夠散熱孔洞的 PCB，並在需要時搭配外部散熱器。監控焊點溫度以確保 T_J保持低於 115°C，為求壽命長久，最好更低。

光學整合：60 度視角在光束擴散與強度間提供了良好的平衡。對於聚焦型應用，可能需要二次光學元件。考量目標植物的光譜需求；730nm 常與紅光（660nm）及藍光 LED 結合使用，構成全光譜配方。

9. 技術比較與差異化

與標準可見光 LED 或舊型封裝相比，此元件提供了特定優勢：

• 相較於塑膠封裝 LED：EMC 封裝提供更優異的抗濕度與熱應力能力，在溫室環境中帶來更長的使用壽命與穩定的輸出。
• 相較於更寬光譜的 LED：窄小的 730nm 峰值提供針對性的光生物作用，不會浪費能量於無用的波長，從而提升系統效率（μmol/J）。
• 相較於較大封裝：3030 佔位面積允許更高密度的陣列，能在植物冠層上實現更均勻的光分佈。

10. 常見問題（基於技術參數）

問：典型操作電流為何？

答：雖然絕對最大值為 500mA，但電氣/光學特性是在 350mA 下測試的，這很可能是為了獲得最佳性能與壽命的推薦操作點。

問：如何解讀寬廣的輻射通量範圍（180-480mW）？

答：這顯示了製造上的自然差異。為了在燈具中獲得一致的光輸出，請向供應商諮詢通量分檔選項，或在系統中實施光學回饋控制。

問：此 LED 可用於脈衝操作嗎？

答：資料表中未指定脈衝額定值。對於脈衝驅動（例如用於光合作用研究），瞬時電流可能更高，但平均功率與接面溫度不得超過最大額定值。建議進行特定測試。

問：730nm 波長對植物有多關鍵？

答：它是非常特定的。光敏色素是植物的關鍵光受體，以兩種可互相轉換的形式（Pr 和 Pfr）存在。730nm 光主要將 Pfr 轉換為 Pr，影響如避陰反應、開花啟動與種子發芽等過程。

11. 實際使用案例與實施範例

案例研究 1：垂直農場生菜生產

在多層垂直農場中，將這些 730nm LED 陣列與 660nm 紅光及 450nm 藍光 LED 結合使用。遠紅光在最終生長階段用於促進葉片擴展並減少徒長，從而產出更緊實、更具商品價值的生菜頭。3030 封裝尺寸允許在線性模組上密集排列，確保均勻的光照覆蓋。

案例研究 2：溫室草莓開花控制

在傳統溫室中，安裝這些 LED 作為補光照明。透過在每日結束時（日終補光）提供低強度的 730nm 光照，種植者可操控光敏色素平衡，以誘導並同步草莓植株的開花，從而獲得更可預測且更高產量的收穫。

12. 運作原理簡介

這是一種半導體發光二極體。當順向電壓施加於陽極與陰極之間時，電子與電洞在半導體晶片的活性區域內復合（針對此波長，通常基於砷化鋁鎵 - AlGaAs）。此復合過程以光子的形式釋放能量。半導體材料的特定能隙能量決定了發射光的波長。對於 730nm，能隙能量約為 1.7 電子伏特（eV）。EMC 封裝的作用是保護精密的半導體晶粒，提供主要的光學透鏡來塑造光束，並協助將熱量從晶片導出。

13. 植物照明 LED 發展趨勢

植物照明 LED 市場正快速演進。與本產品相關的主要趨勢包括：

• 效率提升：持續的研發旨在提高遠紅光 LED 的電光轉換效率（每電瓦的輻射通量），以降低植物生長燈的運營成本。
• 可靠性增強：進一步改進 EMC 及其他封裝材料，以耐受更高的溫度與濕度，實現更長的使用壽命（通常目標超過 50,000 小時）。
• 光譜調諧：雖然這是單色發光體，但市場對多晶片封裝或新型螢光粉的興趣日益增長，這些技術可將多種波長（例如深紅光與遠紅光）結合於單一封裝中，簡化系統設計。
• 智慧與動態照明：整合感測器與控制系統，根據即時植物需求、作物生長階段或環境條件提供可變的光譜與強度。像此 730nm LED 這樣的元件其一致性表現，是此類精準農業系統的基礎。
• 標準化：發展產業標準，用於量測與報告與園藝相關的指標，例如光合光子通量密度（PPFD）範圍內的光子通量，以及針對遠紅光輻射的特定光子通量。