LED 燈珠 3294-15UBGC/S400-A6 規格書 - 超藍光 505nm - 3.5V - 20mA - 90° 視角 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

3294-15UBGC/S400-A6 是一款高亮度 LED 燈珠，專為需要卓越光輸出的應用而設計。此元件採用 InGaN/SiC 晶片材料，搭配水清透鏡以產生超藍光發射。其特點是可靠性高、結構堅固，並提供多種封裝選項，包括捲帶包裝。

1.1 核心優勢與目標市場

此 LED 系列的主要優勢在於其增強亮度，使其非常適合背光與指示燈應用，在這些應用中高可見度至關重要。主要的目標市場與應用包括電視機、電腦顯示器、電話以及一般運算設備，這些應用都需要一致且明亮的藍色照明。

2. 技術參數深度解析

本節根據規格書，對元件的關鍵電氣、光學及熱參數提供詳細且客觀的分析。

2.1 絕對最大額定值

絕對最大額定值定義了元件的應力極限，超過此極限可能導致永久性損壞。不建議在此條件下操作 LED。這些額定值是在環境溫度 (Ta) 為 25°C 時指定的。

• 連續順向電流 (IF)：25 mA。這是可以持續施加到 LED 的最大直流電流。
• 峰值順向電流 (IF(Peak))：100 mA。此額定值通常適用於短脈衝條件，不得超過。
• 逆向電壓 (VR)：5 V。施加超過此限制的逆向電壓可能導致接面崩潰。
• 功率消耗 (Pd)：120 mW。這是封裝可以消耗的最大功率，計算方式為順向電壓 (VF) * 順向電流 (IF)。
• 操作溫度 (Topr)：-40°C 至 +85°C。這是可靠操作的環境溫度範圍。
• 儲存溫度 (Tstg)：-40°C 至 +100°C。
• 靜電放電 (ESD)：1000 V (人體放電模型)。這表示具有中等程度的 ESD 敏感性；需要適當的處理程序。
• 焊接溫度 (Tsol)：260°C 持續 5 秒。這定義了迴流焊接溫度曲線的耐受度。

2.2 電光特性

電光特性是在標準測試電流 IF=20mA 及 Ta=25°C 下測量的，代表典型操作條件。

• 發光強度 (Iv)：400 (最小值) 至 800 (典型值) mcd。此寬廣的分級範圍表示生產變異；設計師應以最小值來考量最壞情況下的亮度。
• 視角 (2θ1/2)：90° (典型值)。此定義了發光強度降至其峰值一半時的全角，提供寬廣的發射模式。
• 峰值波長 (λp)：502 nm (典型值)。這是光譜發射最強的波長。
• 主波長 (λd)：505 nm (典型值)。這是人眼感知的單一波長，定義了顏色為超藍光。
• 光譜輻射頻寬 (Δλ)：30 nm (典型值)。這是半高全寬的光譜寬度。
• 順向電壓 (VF)：3.5 V (典型值)，在 20mA 時最大為 4.3 V。此參數對於驅動器設計和電源選擇至關重要。
• 逆向電流 (IR)：在 VR=5V 時最大為 50 μA。

測量公差：規格書註明了特定的不確定度：VF 為 ±0.1V，Iv 為 ±10%，λd 為 ±1.0nm。在精密應用中必須考慮這些公差。

3. 分級系統說明

本產品採用分級系統，根據關鍵光學和電氣參數對元件進行分類，確保同一批次內的一致性。標籤說明定義了這些分級：

• CAT：發光強度 (Iv) 的等級。對應 400-800 mcd 的範圍。
• HUE：主波長 (λd) 的等級。根據其特定的藍色色點（約 505nm）對 LED 進行分組。
• REF：順向電壓 (VF) 的等級。根據其壓降對 LED 進行分組，這對於串聯電路中的電流匹配很重要。

設計師應為其應用指定或了解所需的分級，以保持顏色和亮度的一致性。

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 相對強度 vs. 波長

此曲線顯示了光譜功率分佈，峰值約在 502nm，頻寬 (Δλ) 為 30nm，確認了單色藍光發射。

4.2 指向性圖案

極座標圖說明了 90° 視角，顯示出接近朗伯分佈的發射模式，其中強度隨視角的餘弦值而降低。

4.3 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V 曲線)

I-V 曲線呈指數關係，這是二極體的典型特性。在 20mA 的測試電流下，電壓通常為 3.5V。此曲線對於熱設計至關重要，因為 VF 具有負溫度係數。

4.4 相對強度 vs. 順向電流 (L-I 曲線)

發光強度隨電流超線性增加，在較高電流下可能達到飽和。在建議的 20mA 以上操作可能會增加輸出，但由於熱量增加，將降低效率並縮短使用壽命。

4.5 熱特性

相對強度 vs. 環境溫度：發光輸出隨著環境溫度升高而降低。這種降額對於高溫環境中的應用至關重要。
順向電流 vs. 環境溫度：對於恆壓驅動，由於 VF 降低，電流會隨溫度升高而增加。這凸顯了恆流驅動器對於穩定操作的重要性。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸圖

機械圖提供了 PCB 焊盤設計和組裝間隙的關鍵尺寸。重要註記包括：
1. 所有尺寸單位為毫米。
2. 凸緣高度必須小於 1.5mm (0.059")。
3. 除非另有說明，標準公差為 ±0.25mm。

5.2 極性識別

LED 具有陰極和陽極引腳。通常，較長的引腳是陽極 (+)，而透鏡上的平面或凸緣上的標記表示陰極 (-)。PCB 焊盤設計必須與此方向匹配。

6. 焊接與組裝指南

正確的處理對於維持 LED 性能和可靠性至關重要。

6.1 引腳成型

• 在距離環氧樹脂燈泡基座至少 3mm 處彎曲引腳。
• 在焊接前進行成型。
• 避免對封裝施加應力。PCB 孔位未對準導致引腳應力，可能使環氧樹脂劣化。
• 在室溫下剪斷引腳。

6.2 儲存條件

• 出貨後儲存於 ≤30°C 且 ≤70% 相對濕度環境中。保存期限為 3 個月。
• 如需更長時間儲存（最長 1 年），請使用帶有氮氣和乾燥劑的密封容器。
• 避免在潮濕環境中溫度劇烈變化，以防止凝結。

6.3 焊接製程

一般規則：保持焊點與環氧樹脂燈泡之間的最小距離為 3mm。
手工焊接：烙鐵頭最高溫度 300°C（最大功率 30W），焊接時間最長 3 秒。
波峰/浸焊：預熱最高 100°C（最長 60 秒）。焊錫槽最高 260°C，持續 5 秒。
溫度曲線：提供了建議的焊接溫度曲線圖，強調受控的升溫、峰值和冷卻階段。
重要注意事項：
- 在高溫階段避免對引腳施加應力。
- 不要焊接（浸焊/手工焊）超過一次。
- 在 LED 冷卻至室溫前，保護其免受衝擊/振動。
- 避免從峰值溫度快速冷卻。
- 使用能實現可靠焊點的最低可能溫度。

6.4 清潔

• 僅在室溫下使用異丙醇清潔，時間 ≤1 分鐘。
• 避免超音波清洗。如果絕對必要，請預先驗證製程以確保不會造成損壞。

6.5 熱管理

必須進行適當的熱設計。操作電流必須根據應用的環境溫度和安裝設置的熱阻進行適當降額。請參考降額曲線（雖然提供的摘錄中未明確顯示）以獲得指導。散熱不足將導致光輸出降低、色偏和加速劣化。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 包裝規格

LED 的包裝旨在防止運輸和儲存期間的損壞：
- 一級包裝：防靜電袋。
- 二級包裝：內盒，內含 4 袋。
- 三級包裝：外箱，內含 10 個內盒。
包裝數量：每袋最少 200 至 1000 顆。一個完整的外箱包含 40 袋（4 袋/內盒 * 10 個內盒）。

7.2 標籤說明

包裝上的標籤包含以下資訊，用於追溯和識別：CPN（客戶料號）、P/N（製造商料號：3294-15UBGC/S400-A6）、QTY（數量）、CAT/HUE/REF（分級代碼）以及 LOT No.（批次號碼，用於追溯）。

8. 應用建議

8.1 典型應用場景

此 LED 非常適合用於：
- 背光：用於需要藍色背光或作為 RGB 白光系統一部分的電視、顯示器和工業顯示器的 LCD 面板。
- 狀態指示燈：用於電信和運算設備中的高亮度電源、活動或模式指示燈。
- 裝飾照明：需要鮮豔藍色的重點照明。

8.2 設計考量

• 驅動器選擇：使用設定為 20mA（或更低以減少熱量/延長壽命）的恆流驅動器，以確保穩定的發光輸出和顏色。需考慮典型的 3.5V 順向壓降。
• 限流電阻：如果使用電壓源，請使用最大 VF (4.3V) 精確計算串聯電阻，以確保在最壞情況下電流絕不超過絕對最大額定值。
• 熱管理：設計 PCB 時提供足夠的銅箔面積或使用金屬核心 PCB (MCPCB) 來散熱，特別是在密閉空間或高環境溫度下。
• 光學設計：90° 視角適合廣域照明。如需聚焦光線，可能需要二次光學元件（透鏡）。
• ESD 防護：在輸入線路上實施 ESD 保護，並確保組裝人員使用適當的接地手環。

9. 技術比較與差異化

雖然規格書中沒有直接的競爭對手比較，但可以推斷此 LED 的主要差異化特點：
- 高亮度分級：在 20mA 下典型強度為 800mcd，對於標準 3mm 或 5mm LED 燈珠封裝提供了高發光效率。
- 特定色點：505nm 的超藍光是一種獨特的色調，可能與寶藍色 (~450nm) 或純藍色 (~470nm) LED 不同。
- 堅固結構：強調可靠性和無鉛結構，符合現代環保和耐用性標準。
- 完整文件：詳細的處理、焊接和儲存指南降低了應用風險。

10. 常見問題解答（基於技術參數）

Q1：我可以連續以 25mA 驅動此 LED 嗎？
A1：雖然絕對最大額定值為 25mA，但電光特性是在 20mA 下指定的。為了可靠的長期操作並考慮熱效應，強烈建議在 20mA 或以下操作。僅將最大額定值視為應力極限，而非操作點。

Q2：為什麼發光強度範圍如此寬廣 (400-800 mcd)？
A2：這是由於半導體磊晶和晶片製造過程中的生產變異。元件在生產後進行分級（CAT 代碼）。為了在陣列中獲得均勻亮度，請指定嚴格的分級或使用同一生產批次的 LED。

Q3：如何解讀規格書中的典型值？
A3：典型代表生產中的平均值或最常見值。設計應基於最小值以保證性能（例如，使用 400 mcd 作為最壞情況亮度），並基於最大值進行應力計算（例如，使用 4.3V 計算電阻）。

Q4：是否需要散熱片？
A4：對於在中等環境溫度（<50°C）下以 20mA 操作，內部功耗 (~70mW) 可能可以通過引腳和標準 PCB 銅箔來管理。對於更高的環境溫度、更高的電流或密閉式燈具，額外的熱管理（例如，更多銅箔、MCPCB）對於防止過熱和過早失效至關重要。

11. 實際使用案例

情境：為機架式網路交換器設計狀態指示燈面板。
1. 需求：一個明亮的藍色連線活動中指示燈，從數米外可見。
2. 選擇：選擇 3294-15UBGC/S400-A6，因為其高亮度（典型 800mcd）和適當的視角（90°）。
3. 電路設計：系統使用 5V 電源軌。計算串聯電阻：R = (V_電源 - VF_最大值) / IF = (5V - 4.3V) / 0.020A = 35 歐姆。選擇標準 36 歐姆電阻，在 VF_典型值下將電流限制在約 19.4mA，這是安全的並提供足夠亮度。
4. PCB 佈局：LED 焊盤放置時，將一小塊銅箔連接到陰極引腳以進行少量散熱。面板設計包括導光管以引導和擴散光線。
5. 組裝：使用設定為 280°C 的溫控烙鐵手工焊接 LED，焊點距離本體 >3mm，並在 2 秒內完成。

12. 技術原理介紹

此 LED 基於半導體異質結構。有源區使用在碳化矽 (SiC) 基板上生長的氮化銦鎵 (InGaN)。當施加順向電壓時，電子和電洞被注入有源區，在那裡它們復合，以光子（光）的形式釋放能量。InGaN 合金的特定成分決定了能隙能量，進而決定了發射光的波長——在本例中約為 505nm（藍色）。水清環氧樹脂透鏡封裝晶片，提供機械保護並塑造光輸出光束（90° 視角）。

13. 技術發展趨勢

像此類元件的 LED 技術發展遵循幾個關鍵趨勢：
1. 效率提升：持續的材料科學和晶片設計改進旨在產生每瓦更多流明 (lm/W)，在相同光輸出下降低功耗。
2. 色彩精確度與一致性：磊晶生長和分級製程的進步導致更緊密的波長和強度分佈，提高了陣列中的顏色均勻性。
3. 增強可靠性與壽命：更好的封裝材料、熱介面和驅動器整合有助於在惡劣條件下延長操作壽命。
4. 小型化與整合：雖然分立式燈珠仍然流行，但趨勢是朝向表面黏著元件 (SMD) 封裝和整合模組，以實現更高密度和自動化組裝。
5. 擴展色域：開發具有特定、窄波長峰值（如此 505nm 藍光）的 LED，當與紅色和綠色 LED 結合時，可在顯示應用中實現更寬廣的色域。