目錄
- 1. 產品概述
- 1.1 特點
- 1.2 應用
- 2. 技術規格
- 2.1 電氣與光學特性 (在 Ts=25°C，IF=150mA 下)
- 2.2 絕對最大額定值 (在 Ts=25°C 下)
- 3. 分檔系統
- 3.1 順向電壓分檔
- 3.2 光通量分檔
- 3.3 主波長分檔
- 4. 性能曲線分析
- 4.1 順向電壓 vs. 順向電流 (圖 1-6)
- 4.2 順向電流 vs. 相對光通量 (圖 1-7)
- 4.3 接點溫度 vs. 相對光通量 (圖 1-8)
- 4.4 焊點溫度 vs. 順向電流 (圖 1-9)
- 4.5 電壓偏移 vs. 接點溫度 (圖 1-10)
- 4.6 輻射圖 (圖 1-11)
- 4.7 主波長偏移 vs. 接點溫度 (圖 1-12)
- 4.8 光譜分佈 (圖 1-13)
- 5. 機械與包裝資訊
- 5.1 封裝尺寸
- 5.2 載帶與捲盤
- 5.3 標籤資訊
- 6. 焊接與組裝指南
- 6.1 SMT 迴焊焊接輪廓
- 6.2 修復與操作
- 7. 操作注意事項
- 8. 應用考量
- 9. 可靠性與品質保證
- 10. 工作原理
- 11. 與替代技術的比較
- 12. 常見問題
- 13. 實際設計範例
- 14. 產業趨勢
- LED規格術語詳解
- 一、光電性能核心指標
- 二、電氣參數
- 三、熱管理與可靠性
- 四、封裝與材料
- 五、質量控制與分檔
- 六、測試與認證
1. 產品概述
RF-A4E27-R15E-R4 是一款基於 AlGaInP 半導體技術的高效能紅色發光二極體 (LED)，採用基板製作。它封裝在緊湊的 EMC (環氧樹脂模塑化合物) 封裝中，尺寸為 2.7mm x 2.0mm x 0.6mm，專為表面貼裝技術 (SMT) 組裝而設計。此 LED 提供極寬的 120 度視角，非常適合需要均勻光線分佈的應用。它根據 AEC-Q102 應力測試指南獲得車用級離散半導體認證，確保在高要求環境下的可靠性。該產品符合 RoHS 標準，濕度敏感等級為 2 (MSL 2)。
1.1 特點
- EMC 封裝提供堅固的機械和熱性能
- 極寬的視角 (2θ"1/2"= 120°)
- 適用於所有 SMT 組裝和焊接製程
- 提供編帶與捲盤包裝，適用於自動化貼片
- 濕度敏感等級：Level 2
- 符合 RoHS 標準
- 通過 AEC-Q102 指南認證
1.2 應用
車內外照明應用，包括儀表板指示燈、禮儀燈、環境照明、尾燈及其他信號功能。
2. 技術規格
2.1 電氣與光學特性 (在 Ts=25°C，IF=150mA 下)
| 參數 | 符號 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|---|
| 順向電壓 | VF | 2.0 | — | 2.6 | V |
| 逆向電流 (VR=5V) | IR | — | — | 10 | µA |
| 光通量 | Φ | 24.2 | — | 37.0 | lm |
| 主波長 | λD | 612.5 | — | 625 | nm |
| 視角 (2θ"1/2") | — | — | 120 | — | deg |
| 熱阻 (接點至焊點) – 實數 (real) | Rth JS real | — | 40 | 55 | °C/W |
| 熱阻 (接點至焊點) – 電氣 (electrical) | Rth JS el | — | 23 | 31 | °C/W |
2.2 絕對最大額定值 (在 Ts=25°C 下)
| 參數 | 符號 | 額定值 | 單位 |
|---|---|---|---|
| 功率消耗 | PD | 520 | mW |
| 順向電流 | IF | 200 | mA |
| 峰值順向電流 (1/10 工作週期，10ms 脈衝) | IFP | 350 | mA |
| 逆向電壓 | VR | 5 | V |
| 靜電放電 (HBM) | ESD | 2000 | V |
| 工作溫度 | TOPR | -40 ~ +125 | °C |
| 儲存溫度 | TSTG | -40 ~ +125 | °C |
| 接點溫度 | TJ | 150 | °C |
備註：\n- 所有測量均在 Refond 的標準化條件下進行。\n- 最大電流應在測量封裝溫度後確定，以確保接點溫度不超過 150°C。\n- 在 25°C 下，脈衝模式測試的光電轉換效率 ηe = 45%。
3. 分檔系統
為確保一致的性能，每個 LED 根據順向電壓、光通量和主波長進行分檔。在 IF=150mA 和 Ts=25°C 下的分檔範圍如下：
3.1 順向電壓分檔
| 分檔代碼 | VF (V) |
|---|---|
| C0 | 2.0 – 2.2 |
| D0 | 2.2 – 2.4 |
| E0 | 2.4 – 2.6 |
3.2 光通量分檔
| 分檔代碼 | Φ (lm) |
|---|---|
| LA | 24.2 – 26.9 |
| LB | 26.9 – 30.0 |
| MA | 30.0 – 33.4 |
| MB | 33.4 – 37.0 |
3.3 主波長分檔
| 分檔代碼 | λD (nm) |
|---|---|
| C2 | 612.5 – 615 |
| D1 | 615 – 617.5 |
| D2 | 617.5 – 620 |
| E1 | 620 – 622.5 |
| E2 | 622.5 – 625 |
4. 性能曲線分析
數據表包括若干典型的光學和電氣特性曲線，除特別說明外，均在 25°C 下測量。理解這些曲線對於正確的電路設計和熱管理至關重要。
4.1 順向電壓 vs. 順向電流 (圖 1-6)
此曲線顯示 VF 與 IF 之間的指數關係。在 150mA 時，順向電壓通常約為 2.3V（分檔範圍的中點）。該曲線有助於預測因電壓變化引起的電流變化。
4.2 順向電流 vs. 相對光通量 (圖 1-7)
相對光通量隨順向電流增加而增加，但並非線性關係。在低電流時效率較高；曲線在 150mA 以上趨於飽和。這表明在額定電流附近工作可獲得良好的發光效率，同時保持在安全的熱限制內。
4.3 接點溫度 vs. 相對光通量 (圖 1-8)
隨著接點溫度升高，LED 的效率下降。在 Tj=125°C 時，相對光通量降至 25°C 時約 85%。這在高溫汽車環境中需要充分的散熱措施。
4.4 焊點溫度 vs. 順向電流 (圖 1-9)
此降額曲線顯示最大允許順向電流與焊點溫度的函數關係。例如，在 Ts=100°C 時，允許電流降至約 150mA。設計者必須確保實際工作點低於此曲線。
4.5 電壓偏移 vs. 接點溫度 (圖 1-10)
當溫度從 -40°C 升至 125°C 時，順向電壓下降約 0.2V。此負溫度係數需在恆流驅動器中加以考慮，以避免在高溫下電流增加。
4.6 輻射圖 (圖 1-11)
該 LED 具有寬廣的輻射模式，半強度角為 ±60°（總計 120°）。光束內的強度相對均勻，在某些情況下適用於無需二次光學件的大面積照明。
4.7 主波長偏移 vs. 接點溫度 (圖 1-12)
主波長隨溫度升高而向長波長方向偏移（紅移）。從 -40°C 到 125°C 的偏移約為 +8nm。在對顏色要求嚴格的應用中必須考慮此色移。
4.8 光譜分佈 (圖 1-13)
發射光譜峰值約在 620nm，半高全寬 (FWHM) 約為 20nm。純度很高，這是 AlGaInP 紅色 LED 的典型特徵。
5. 機械與包裝資訊
5.1 封裝尺寸
LED 封裝尺寸為 2.70mm（長）× 2.00mm（寬）× 0.60mm（高）。俯視圖顯示發光面積為 1.70mm × 2.40mm。底視圖顯示兩個陽極和兩個陰極焊盤，以實現最佳熱和電氣連接。建議的焊接圖案包括一個用於散熱的中央焊盤。
5.2 載帶與捲盤
LED 以 8mm 寬的載帶供應，間距 4mm，纏繞在直徑 180mm 的捲盤上。每盤包含 4000 個。載帶包括覆蓋帶，並密封在防潮袋中，附有乾燥劑和濕度指示卡。
5.3 標籤資訊
每個捲盤都貼有標籤，標明料號、規格號碼、批號、分檔代碼（光通量、色度、順向電壓、波長）、數量和製造日期。
6. 焊接與組裝指南
6.1 SMT 迴焊焊接輪廓
該 LED 設計可承受兩次迴焊循環，峰值溫度為 260°C（峰值最多 10 秒）。建議的迴焊輪廓如下：
- 預熱：150°C 至 200°C，持續 60–120 秒
- 溫度超過 217°C 的時間：最多 60 秒
- 峰值溫度：260°C
- 冷卻速率：最大 6°C/s
- 從 25°C 到峰值的總時間：最多 8 分鐘
不要進行超過兩次迴焊循環。如果兩次循環間隔超過 24 小時，LED 可能吸收水分，需要烘烤。
6.2 修復與操作
不建議修復已焊接的 LED。如果無法避免，請使用雙頭烙鐵。焊接過程中或焊接後，避免對矽膠封裝施加機械應力。避免 PCB 快速冷卻和翹曲。
7. 操作注意事項
- 硫和鹵素控制：環境和配合材料中的硫含量必須低於 100ppm，溴或氯含量各低於 900ppm，且 Br+Cl 總和小於 1500ppm。
- 排氣：揮發性有機化合物可能滲入矽膠透鏡並導致變色。請使用不會釋放有機蒸氣的黏合劑。
- 機械操作：用鑷子夾持側面。請勿觸摸或按壓矽膠透鏡，以免損壞內部電路。
- ESD 防護：此 LED 對靜電放電敏感（HBM 2000V）。請使用適當的接地和防靜電措施。
- 散熱設計：務必確保接點溫度不超過 150°C。使用熱模擬或測量來驗證散熱是否適當。
- 清潔：如果需要清潔，請使用異丙醇。請勿使用超音波清潔，以免損壞 LED。
- 儲存：未開封的袋子：<30°C,<75% 濕度，一年內使用。開封後，在<30°C 和<60% 濕度下 24 小時內使用。若超過，請在使用前在 60±5°C 下烘烤至少 24 小時。
8. 應用考量
在使用 RF-A4E27-R15E-R4 進行設計時，請注意以下幾點：
- 電流調節：使用恆流驅動器以避免熱失控。順向電壓變化範圍 (2.0V 至 2.6V) 需要能適應該範圍的驅動器。
- 熱管理：LED 的熱阻（Rth JS real 典型值 40°C/W）意味著在 150mA、順向電壓 2.3V 時，功率消耗約為 345mW，導致接點至焊點的溫度上升約 13.8°C。在 85°C 環境下，接點溫度約為 99°C，屬於安全範圍。然而，如果多個 LED 緊密排列，則需要額外的散熱措施。
- 光學設計：寬廣的 120° 視角可能有利於一般照明，但對於聚光光束，應考慮使用外部光學件，如透鏡或反射鏡。光譜中不含紫外線或紅外線成分，因此無需特殊濾光。
- 車用符合性：AEC-Q102 認證涵蓋應力測試，如熱衝擊、壽命測試和高濕度測試。然而，設計者仍必須在具體的燈具環境中驗證 LED，特別是在振動和化學暴露方面。
9. 可靠性與品質保證
產品認證測試計劃遵循 AEC-Q102 指南。可靠性測試包括：
- 迴焊 (260°C, 10s, 2 循環)：允許 0/1 失敗
- MSL 2 (85°C/60%RH, 168h)：0/1 失敗
- 熱衝擊 (-40°C 至 125°C, 1000 循環)：0/1 失敗
- 壽命測試 (Ta=105°C, IF=150mA, 1000h)：0/1 失敗
- 高溫高濕 (85°C/85%RH, IF=150mA, 1000h)：0/1 失敗
失效標準：順向電壓 > 1.1×USL，逆向電流 > 2×USL，光通量<0.7×LSL。
請注意，這些測試是在良好的散熱條件下對單個 LED 進行的。在陣列應用中，可能需要降額使用。
10. 工作原理
該 LED 採用 AlGaInP（鋁鎵銦磷）多量子阱結構，生長在 GaAs 基板上。此材料系統在紅色至琥珀色光譜範圍內以高效率著稱。EMC 封裝提供機械剛性和良好的導熱性，使 LED 能夠在比傳統環氧樹脂封裝更高的電流下工作。寬廣的視角是透過封裝形狀和晶片設計實現的。
11. 與替代技術的比較
與傳統的插件式紅色 LED 相比，RF-A4E27-R15E-R4 具有更小的佔位面積、更薄的外形以及與自動化 SMT 組裝的兼容性。其 EMC 封裝提供更好的防潮性和更高的熱循環可靠性。AEC-Q102 認證使其適用於汽車應用，而普通 LED 通常不具備此認證。然而，每流明的成本可能高於某些大量消費類 LED，但對於關鍵任務應用來說是合理的。
12. 常見問題
問：此 LED 能否使用恆壓電源？
答：建議使用恆流驅動器，因為順向電壓會變化。如果電壓處於分檔的高端，恆壓可能導致電流超過最大值。
問：在 150mA 下的典型壽命是多少？
答：雖然本規格書中未提供具體的 L70/B10 數據，但 AEC-Q102 在 105°C 下進行 1000 小時的壽命測試未出現故障，這表明其具有良好的使用壽命。對於汽車內部應用，在適當的熱管理下，預期使用壽命 >10,000 小時。
問：我可以並聯使用這些 LED 嗎？
答：可以並聯，但必須使用電流平衡電阻或共用恆流源，以避免因 VF 變化而導致電流搶奪。
問：這些 LED 與無鉛焊接相容嗎？
答：是的，峰值溫度 260°C 與典型的無鉛輪廓相容。
問：如果防潮袋開封時間過長，應如何烘烤 LED？
答：在 60±5°C 下烘烤至少 24 小時。不要超過 48 小時，以免損壞。
13. 實際設計範例
考慮一個日行燈 (DRL) 模組，每個單元需要 50lm。使用最高分檔 (MB: 33.4-37.0lm)，兩顆 LED 串聯在 150mA 下可實現約 70lm。每顆 LED 的典型 VF 為 2.3V，總順向電壓為 4.6V。可使用升壓型恆流驅動器，輸入為 12V 汽車匯流排，有效驅動此串聯電路。PCB 應包含連接至金屬核心板的散熱焊盤，以在引擎蓋下環境（環境溫度高達 85°C）中保持接點溫度低於 100°C。根據輻射圖進行的光學模擬顯示，簡單的擴散器即可達到所需的光度模式，無需二次反射器。
14. 產業趨勢
汽車照明產業持續轉向全半導體解決方案，紅色 LED 正取代鹵素燈泡用於煞車燈、尾燈和方向燈。AEC-Q102 認證正成為基本要求。未來的發展包括更高的發光效率（紅色目標 > 150 lm/W）以及與智慧驅動器的整合以實現自適應照明。RF-A4E27-R15E-R4 是一款成熟可靠的選擇，以優異的性能和易於組裝滿足當前汽車需求。
LED規格術語詳解
LED技術術語完整解釋
一、光電性能核心指標
| 術語 | 單位/表示 | 通俗解釋 | 為什麼重要 |
|---|---|---|---|
| 光效（Luminous Efficacy） | lm/W（流明/瓦） | 每瓦電能發出的光通量，越高越節能。 | 直接決定燈具的能效等級與電費成本。 |
| 光通量（Luminous Flux） | lm（流明） | 光源發出的總光量，俗稱"亮度"。 | 決定燈具夠不夠亮。 |
| 發光角度（Viewing Angle） | °（度），如120° | 光強降至一半時的角度，決定光束寬窄。 | 影響光照範圍與均勻度。 |
| 色溫（CCT） | K（開爾文），如2700K/6500K | 光的顏色冷暖，低值偏黃/暖，高值偏白/冷。 | 決定照明氛圍與適用場景。 |
| 顯色指數（CRI / Ra） | 無單位，0–100 | 光源還原物體真實顏色的能力，Ra≥80為佳。 | 影響色彩真實性，用於商場、美術館等高要求場所。 |
| 色容差（SDCM） | 麥克亞當橢圓步數，如"5-step" | 顏色一致性的量化指標，步數越小顏色越一致。 | 保證同一批燈具顏色無差異。 |
| 主波長（Dominant Wavelength） | nm（奈米），如620nm（紅） | 彩色LED顏色對應的波長值。 | 決定紅、黃、綠等單色LED的色相。 |
| 光譜分佈（Spectral Distribution） | 波長 vs. 強度曲線 | 顯示LED發出的光在各波長的強度分佈。 | 影響顯色性與顏色品質。 |
二、電氣參數
| 術語 | 符號 | 通俗解釋 | 設計注意事項 |
|---|---|---|---|
| 順向電壓（Forward Voltage） | Vf | LED點亮所需的最小電壓，類似"啟動門檻"。 | 驅動電源電壓需≥Vf，多個LED串聯時電壓累加。 |
| 順向電流（Forward Current） | If | 使LED正常發光的電流值。 | 常採用恆流驅動，電流決定亮度與壽命。 |
| 最大脈衝電流（Pulse Current） | Ifp | 短時間內可承受的峰值電流，用於調光或閃光。 | 脈衝寬度與佔空比需嚴格控制，否則過熱損壞。 |
| 反向電壓（Reverse Voltage） | Vr | LED能承受的最大反向電壓，超過則可能擊穿。 | 電路中需防止反接或電壓衝擊。 |
| 熱阻（Thermal Resistance） | Rth（°C/W） | 熱量從晶片傳到焊點的阻力，值越低散熱越好。 | 高熱阻需更強散熱設計，否則結溫升高。 |
| 靜電放電耐受（ESD Immunity） | V（HBM），如1000V | 抗靜電打擊能力，值越高越不易被靜電損壞。 | 生產中需做好防靜電措施，尤其高靈敏度LED。 |
三、熱管理與可靠性
| 術語 | 關鍵指標 | 通俗解釋 | 影響 |
|---|---|---|---|
| 結溫（Junction Temperature） | Tj（°C） | LED晶片內部的實際工作溫度。 | 每降低10°C，壽命可能延長一倍；過高導致光衰、色漂移。 |
| 光衰（Lumen Depreciation） | L70 / L80（小時） | 亮度降至初始值70%或80%所需時間。 | 直接定義LED的"使用壽命"。 |
| 流明維持率（Lumen Maintenance） | %（如70%） | 使用一段時間後剩餘亮度的百分比。 | 表徵長期使用後的亮度保持能力。 |
| 色漂移（Color Shift） | Δu′v′ 或 麥克亞當橢圓 | 使用過程中顏色的變化程度。 | 影響照明場景的顏色一致性。 |
| 熱老化（Thermal Aging） | 材料性能下降 | 因長期高溫導致的封裝材料劣化。 | 可能導致亮度下降、顏色變化或開路失效。 |
四、封裝與材料
| 術語 | 常見類型 | 通俗解釋 | 特點與應用 |
|---|---|---|---|
| 封裝類型 | EMC、PPA、陶瓷 | 保護晶片並提供光學、熱學介面的外殼材料。 | EMC耐熱好、成本低；陶瓷散熱優、壽命長。 |
| 晶片結構 | 正裝、倒裝（Flip Chip） | 晶片電極佈置方式。 | 倒裝散熱更好、光效更高，適用於高功率。 |
| 螢光粉塗層 | YAG、矽酸鹽、氮化物 | 覆蓋在藍光晶片上，部分轉化為黃/紅光，混合成白光。 | 不同螢光粉影響光效、色溫與顯色性。 |
| 透鏡/光學設計 | 平面、微透鏡、全反射 | 封裝表面的光學結構，控制光線分佈。 | 決定發光角度與配光曲線。 |
五、質量控制與分檔
| 術語 | 分檔內容 | 通俗解釋 | 目的 |
|---|---|---|---|
| 光通量分檔 | 代碼如 2G、2H | 按亮度高低分組，每組有最小/最大流明值。 | 確保同一批產品亮度一致。 |
| 電壓分檔 | 代碼如 6W、6X | 按順向電壓範圍分組。 | 便於驅動電源匹配，提高系統效率。 |
| 色區分檔 | 5-step MacAdam橢圓 | 按顏色坐標分組，確保顏色落在極小範圍內。 | 保證顏色一致性，避免同一燈具內顏色不均。 |
| 色溫分檔 | 2700K、3000K等 | 按色溫分組，每組有對應的坐標範圍。 | 滿足不同場景的色溫需求。 |
六、測試與認證
| 術語 | 標準/測試 | 通俗解釋 | 意義 |
|---|---|---|---|
| LM-80 | 流明維持測試 | 在恆溫條件下長期點亮，記錄亮度衰減數據。 | 用於推算LED壽命（結合TM-21）。 |
| TM-21 | 壽命推演標準 | 基於LM-80數據推算實際使用條件下的壽命。 | 提供科學的壽命預測。 |
| IESNA標準 | 照明工程學會標準 | 涵蓋光學、電氣、熱學測試方法。 | 行業公認的測試依據。 |
| RoHS / REACH | 環保認證 | 確保產品不含有害物質（如鉛、汞）。 | 進入國際市場的准入條件。 |
| ENERGY STAR / DLC | 能效認證 | 針對照明產品的能效與性能認證。 | 常用於政府採購、補貼項目，提升市場競爭力。 |