目錄
產品概述
3020 系列代表一款專為通用照明應用設計的中功率 LED 解決方案，在發光效率、成本效益與可靠性之間取得最佳平衡。此 LED 採用熱增強型環氧樹脂模塑料（EMC）封裝，設計旨在緊湊的 3.0mm x 2.0mm 尺寸內提供一致的性能。該系列的特點在於其高流明/瓦與高流明/成本比，使其成為對成本敏感但注重性能的照明設計之理想選擇。
此產品的核心定位在於改裝與新建的通用照明市場，包含室內與室外應用。其主要優勢來自 EMC 封裝材料，相較於傳統塑膠，其提供更優異的熱管理能力，允許更高的驅動電流並改善使用壽命。此 LED 的標稱功率額定為 0.5W，但在適當的熱條件下可驅動至 0.8W，提供設計靈活性。
目標市場涵蓋廣泛的照明領域：改裝專案中傳統白熾燈與螢光燈的直接替代品、住宅與商業通用照明的主要光源、標誌背光照明，以及色彩品質與可靠性至關重要的建築或裝飾照明。
深入技術參數分析
光學與色彩特性
電光性能是在 25°C 環境溫度、60% 相對濕度、80mA 驅動電流的標準測試條件下指定的。產品系列提供從暖白光（2725K）到冷白光（7040K）的相關色溫（CCT）選項，詳見產品選擇表。所有型號均維持最低 80 的顯色指數（CRI 或 Ra），確保通用照明具有良好的色彩保真度。典型光通量值在 80mA 下介於 54 流明至 66 流明之間，具體取決於 CCT 分級。必須注意所述的測量公差：光通量為 ±7%，CRI 為 ±2。CCT 源自 CIE 1931 色度圖。
電氣與熱參數
關鍵電氣參數定義了 LED 的工作範圍。在 80mA 下，典型順向電壓（VF）為 6.6V，公差為 ±0.1V。絕對最大順向電流為 120mA，脈衝電流（IFP）額定值為 200mA（脈衝 ≤100µs，工作週期 ≤1/10）。最大功耗（PD）指定為 816mW。反向電壓（VR）耐受能力為 5V。
熱性能對可靠性至關重要。從接面到焊點的熱阻（RθJ-SP）典型值為 21°C/W。此參數直接將工作接面溫度與電路板溫度聯繫起來。最大允許接面溫度（Tj）為 115°C。元件具有 110 度的寬視角（2θ1/2），提供寬廣、均勻的光分佈。靜電放電（ESD）防護符合人體放電模型（HBM），最高可達 1000V。
絕對最大額定值
遵守絕對最大額定值對於元件可靠性是無可妥協的。超過這些限制可能導致永久性損壞。額定值如下：順向電流（IF）：120mA；脈衝順向電流（IFP）：200mA；功耗（PD）：816mW；反向電壓（VR）：5V；工作溫度（Topr）：-40°C 至 +85°C；儲存溫度（Tstg）：-40°C 至 +85°C；接面溫度（Tj）：115°C；焊接溫度（Tsld）：230°C 或 260°C，持續 10 秒（取決於迴焊曲線）。
分級系統說明
色彩 / 色溫分級
LED 被分類到精確的色彩分級中，以確保照明燈具內的一致性。色座標的分級結構遵循 CIE 1931 色度圖上的橢圓系統。每個分級（例如 27M5、30M5）由中心點（x, y 座標）、長半軸（a）、短半軸（b）和旋轉角度（Φ）定義。該系統符合 Energy Star 計畫對 2600K 至 7000K 範圍的要求。色座標的測量不確定度為 ±0.007。這種嚴格的分級能最大限度地減少陣列中個別 LED 之間的可見色彩差異。
光通量分級
為了管理亮度均勻性，LED 也會根據其在 80mA 下的光通量輸出進行分級。光通量被分類為代碼（E7、E8、E9、F1），每個代表特定的流明範圍（例如，E8：58-62 lm，E9：62-66 lm，F1：66-70 lm）。特定 LED 適用的光通量分級取決於其色彩分級。這種二維分級（色彩和光通量）允許設計師選擇符合其應用色度和亮度要求的 LED。
順向電壓分級
順向電壓被分為三個等級，以協助驅動器設計和並聯串中的電流匹配。等級為：代碼 C（5.5V - 6.0V）、代碼 D（6.0V - 6.5V）和代碼 E（6.5V - 7.0V），在 80mA 下測量，公差為 ±0.1V。選擇來自相同電壓等級的 LED 有助於確保多 LED 系統中更均勻的電流分佈和熱性能。
性能曲線分析
規格書提供了幾個用於設計分析的關鍵圖表。相對光譜分佈圖顯示了發射光譜，這是螢光粉轉換白光 LED 的典型特徵，具有藍色泵浦峰值和寬廣的黃色螢光粉發射。視角分佈圖確認了具有 110 度半角的類朗伯發射模式。
順向電流特性至關重要。IF 與相對光通量曲線顯示，光輸出隨電流呈次線性增加，效率通常在較高電流下因熱量增加和效率下降而降低。順向電壓與順向電流（IV）曲線對於驅動器設計至關重要，顯示了二極體的指數 V-I 關係。
溫度特性對於實際性能至關重要。環境溫度（Ta）與相對光通量關係圖說明了隨著環境（以及隨之而來的接面）溫度升高，光輸出會衰減。Ta 與順向電壓關係圖顯示了 VF 的負溫度係數。繪製 Ta 與相對光通量和順向電壓關係的接面溫度圖進一步闡明了這些熱依賴性。也許最重要的是，最大順向電流與環境溫度降額曲線規定了在高環境溫度下的最大安全工作電流，以防止超過 115°C 的 Tj 最大值。
CIE 色度圖將色彩分級（27M5、30M5 等）視覺化地表示為黑體軌跡上的橢圓，為色彩選擇和分級邊界提供了清晰的參考。
機械與封裝資訊
此 LED 採用表面黏著元件（SMD）封裝，尺寸約為長 3.0mm，寬 2.0mm。機械圖提供了詳細尺寸，包括焊盤間距、元件高度和焊盤幾何形狀。所有尺寸均以毫米為單位，未定義公差為 ±0.2mm。圖紙以 1:1 比例呈現以供準確參考。封裝具有兩個陽極和兩個陰極端子，有助於形成穩固的焊點並改善到 PCB 的熱傳導。極性在封裝本身上有明確標記，通常帶有陰極指示器，例如凹口或綠色標記。
焊接與組裝指南
此元件適用於無鉛迴焊焊接製程。最大焊接溫度指定為峰值 230°C 或 260°C，持續 10 秒，具體取決於所使用的特定迴焊曲線（例如，SnAgCu 焊料）。必須遵循建議的迴焊曲線，控制升溫和冷卻速率，以最大限度地減少熱衝擊並防止封裝破裂或分層。所提供的內容中未明確說明濕度敏感等級（MSL），但對於 EMC 封裝，通常建議在迴焊前將元件烘烤，如果它們長時間暴露在環境條件下，以避免爆米花現象。應在指定的 -40°C 至 +85°C 溫度範圍內的乾燥、受控環境中儲存。
應用建議
典型應用場景
- Retrofit Lamps: Ideal for LED bulbs and tubes designed to replace incandescent, halogen, or fluorescent lamps, leveraging its efficacy and cost structure.
- General Lighting: Suitable for downlights, panel lights, troffers, and other fixtures in residential, office, and commercial spaces.
- Signage and Backlighting: Effective for indoor and outdoor sign illumination due to its good color rendering and reliability.
- Architectural/Decorative Lighting: Can be used in coves, shelves, and accent lighting where consistent color and smooth beam are important.
設計考量
- Thermal Management: The 21°C/W thermal resistance necessitates an effective PCB thermal design. Use of metal-core PCBs (MCPCBs) or thermally enhanced FR4 with sufficient copper area is recommended to keep the solder point temperature low, thereby maintaining light output, color stability, and long-term reliability.
- Current Driving: While rated up to 120mA, operating at or below 80mA is typical for balancing efficacy, lifetime, and thermal load. Use a constant-current LED driver for stable operation.
- Optics: The 110-degree viewing angle is quite broad. Secondary optics (lenses, reflectors) may be required to achieve specific beam patterns.
- Binning Selection: For multi-LED fixtures, specify tight color and flux bins (e.g., within a single ellipse code) to ensure visual uniformity. Consider voltage binning if LEDs are placed in parallel strings.
技術比較與差異化
與傳統採用 PPA（聚鄰苯二甲醯胺）或 PCT（聚對苯二甲酸環己烷二甲醇酯）封裝的中功率 LED 相比，此 3020 EMC 系列的關鍵差異在於其優越的熱性能。EMC 材料具有更高的熱導率，並且可以承受更高的接面溫度而不會變黃或劣化。這使得：
- Higher Drive Capability: Ability to be driven at higher currents (up to 0.8W) while maintaining reliability.
- Improved Lumen Maintenance: Better resistance to lumen depreciation (L70, L90) over time due to reduced thermal stress on the phosphor and die.
- Longer Lifespan: The enhanced thermal path slows the rate of internal degradation mechanisms.
- Cost-Effectiveness: Provides a performance level closer to high-power LEDs but at a mid-power price point and with simpler drive requirements.
常見問題（基於技術參數）
Q: What is the actual power consumption at the typical operating point?
A: At the test condition of 80mA and a typical VF of 6.6V, the power consumption is 0.528W (80mA * 6.6V).
Q: How does light output change with temperature?
A: Luminous flux decreases as junction temperature increases. The derating curve (Fig. 6) quantifies this relationship. Proper heatsinking is essential to minimize output loss in warm environments.
Q: Can I drive this LED at 120mA continuously?
A: While 120mA is the absolute maximum rating, continuous operation at this current requires exceptional thermal management to keep the junction temperature below 115°C. For most designs, operating at or below 80-100mA is recommended for optimal lifetime and efficacy.
Q: What is the difference between the "Typ." and "Min." luminous flux values?
A: The "Typical" value represents the average or expected output for that bin. The "Minimum" value is the lowest output guaranteed for LEDs sorted into that specific flux bin code (e.g., E9). Designers should use the minimum value for conservative system lumen calculations.
Q: How do I interpret the color bin code, e.g., '30M5'?
A: The code defines a specific ellipse on the CIE chart. The first two digits often relate to the CCT (e.g., '30' approximates 3000K nominal), while the letter and number define the ellipse size and position relative to the black-body locus. Refer to Table 5 for the exact center coordinates and ellipse parameters.
設計與使用案例研究
Scenario: Designing a 1200lm LED Panel Light for Office Use.
A designer targets a 600mm x 600mm panel light with a neutral white color (4000K, CRI >80) and an efficacy of 100 lm/W. Using the 3020 LED from the 40M5 color bin with a typical flux of 66 lm at 80mA (0.528W), the single-LED efficacy is approximately 125 lm/W. To achieve 1200lm, approximately 19 LEDs are needed (1200 lm / 66 lm per LED). Allowing for system losses (optics, thermal), 24 LEDs might be used in a 6x4 array.
LED 將安裝在鋁基 MCPCB 上。系統總功率約為 24 * 0.528W = ~12.7W。將選擇一個輸出 80mA、電壓範圍涵蓋 24 個串聯 LED（24 * ~6.6V = ~158V）的恆流驅動器。將進行熱模擬，以確保 MCPCB 設計使 LED 焊點溫度足夠低，從而在燈具的額定工作溫度下維持 >90% 的初始流明輸出。通過指定所有 LED 來自 40M5 色彩分級和單一光通量分級（例如 F1），將實現整個面板出色的色彩和亮度均勻性。
工作原理介紹
這是一款螢光粉轉換白光 LED。基本工作原理涉及一個半導體晶片，通常由氮化銦鎵（InGaN）製成，當施加順向偏壓時會發出藍光（電致發光）。這部分藍光被沉積在晶片上的摻鈰釔鋁石榴石（YAG:Ce）螢光粉層部分吸收。螢光粉將一部分藍色光子下轉換為寬頻譜的黃光。剩餘的藍光與發射的黃光結合，產生白光的感知。確切的相關色溫（CCT）通過改變螢光粉成分和厚度來控制。EMC 封裝用於保護精密的半導體晶粒和螢光粉，提供機械結構，最重要的是，提供從接面到焊盤和印刷電路板的主要熱傳導路徑。
技術趨勢
中功率 LED 領域，特別是採用 EMC 封裝的產品，持續發展。在此產品及更廣泛市場中可觀察到的關鍵趨勢包括：
- Increased Efficacy: Ongoing improvements in internal quantum efficiency of the blue die and phosphor conversion efficiency drive higher lm/W outputs.
- Enhanced Color Quality: Beyond CRI (Ra), there is a focus on improving metrics like R9 (saturated red) and TM-30 (Rf, Rg) for better color rendition, especially in retail and museum lighting.
- Higher Power Density: Packages like the 3020 are being driven harder (e.g., 0.8W) while maintaining reliability, blurring the line between mid-power and high-power segments.
- Improved Thermal Materials: Development of EMC compounds with even higher thermal conductivity and better resistance to harsh environments (UV, humidity).
- Miniaturization and Integration: The drive for smaller, denser light sources for applications like automotive lighting and ultra-slim fixtures.
- Smart and Tunable Lighting: While this is a static white LED, the industry is moving towards LEDs that can dynamically adjust CCT and intensity, often requiring more complex multi-chip or phosphor designs.
3020 EMC LED 穩固地處於這些趨勢之中，為當前一代通用照明解決方案提供了一個熱穩健、高效且具成本效益的平台。
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。 |