LED 3030 中功率LED規格書 - 尺寸3.0x3.0mm - 電壓3.1V - 功率0.5W - 冷白光6000K

1. 產品概述

本文件詳述一款採用環氧樹脂模封（EMC）封裝的3030規格中功率LED之技術規格。此產品旨在中功率領域內，提供光效（lm/W）與成本效益（lm/$）之間的最佳平衡。其設計用於需要可靠性能與高品質光輸出的應用。

1.1 核心優勢與目標市場

本LED系列的主要優勢包括其強化散熱的EMC封裝設計，可改善散熱與長期可靠性。它彌補了中功率與高功率應用之間的差距，最高可處理0.8W功率。其最大驅動電流為240mA，最小顯色指數（CRI）為70，適合要求良好色彩品質的應用。此元件相容於無鉛迴焊製程。一個關鍵的目標應用是日間行車燈（DRL）。

2. 技術參數分析

除非另有說明，所有量測值均在標準測試條件下指定：順向電流（IF）= 150mA、環境溫度（Ta）= 25°C、相對濕度（RH）= 60%。

2.1 光度與色彩特性

冷白光型號的相關色溫（CCT）範圍為5300K至6488K，典型值為6018K。最小顯色指數（Ra）為70，典型值為71.5。光通量輸出的量測容差為±7%，而CRI量測容差為±2。CCT源自CIE 1931色度圖。請注意，流明維持率表僅供參考。

2.2 電氣與熱參數

在150mA下，順向電壓（VF）典型值為3.1V，範圍從2.8V（最小）到3.4V（最大）。在反向電壓（VR）5V下，反向電流（IR）最大值為10 µA。視角（2θ½）定義為光強度為峰值強度一半時的離軸角度，典型值為120°。從接面到焊點的熱阻（Rth j-sp）典型值為11 °C/W。此元件具備2000V的靜電放電（ESD）耐受能力。

2.3 絕對最大額定值

超出這些限制操作可能導致永久性損壞。絕對最大額定值如下：連續順向電流（IF）：240 mA；脈衝順向電流（IFP）：300 mA（脈衝寬度 ≤ 100µs，工作週期 ≤ 1/10）；功率耗散（PD）：816 mW；反向電壓（VR）：5 V；操作溫度（Topr）：-40°C 至 +105°C；儲存溫度（Tstg）：-40°C 至 +105°C；接面溫度（Tj）：125 °C；焊接溫度（Tsld）：230°C 或 260°C 持續10秒。必須注意確保功率耗散不超過絕對最大額定值。

3. 性能曲線分析

3.1 光譜與角度分佈

相對光譜功率分佈（圖1）定義了冷白光LED的色彩特性。視角分佈（圖2）顯示了典型的120°光束模式，確認了此類封裝常見的朗伯或近朗伯發光分佈。

3.2 順向電流特性

順向電流與相對光通量之間的關係（圖3）顯示，光輸出隨電流增加而增加，但在較高電流下最終會因熱效應而飽和並衰減。順向電壓與順向電流曲線（圖4）展示了二極體的典型指數行為，VF隨IF對數增加。

3.3 溫度依賴性

CIE色度座標（x, y）隨環境溫度的變化（圖5）對於色彩關鍵應用至關重要，顯示了白點可能如何漂移。相對光通量隨環境溫度升高而降低（圖6），這是熱管理設計的關鍵考量。同樣地，順向電壓通常隨溫度升高而降低（圖7）。

3.4 降額與最大電流

圖8說明了兩種不同接面到環境熱阻（Rth j-a）值（30°C/W 和 35°C/W）下，最大允許順向電流隨環境溫度的變化關係。此圖表對於在給定熱環境中確定安全工作電流至關重要。例如，在環境溫度85°C且Rth j-a=35°C/W的情況下，最大電流相對於絕對最大值240mA有顯著的降額。

4. 色區結構

LED根據其色度座標被分選到不同的色區，以確保應用內的色彩一致性。圖9顯示了定義色區結構的CIE 1931色度圖。表5提供了色區代碼的詳細說明。色彩座標的量測不確定度為± 0.007。所有分選均在標準條件（IF=150mA，Ta=25°C）下進行。

5. 應用指南與設計考量

5.1 典型應用場景

由於其在效率、成本與品質間的平衡，此LED非常適合各種通用照明應用。規格書特別提到了日間行車燈（DRL）。其他潛在應用包括室內照明（燈泡、燈管、面板）、建築照明、標誌以及需要冷白色溫的顯示器背光。

5.2 熱管理

有效的熱管理對於實現額定性能與壽命至關重要。從接面到焊點的典型熱阻為11 °C/W，這意味著PCB設計必須提供一條低熱阻抗路徑到環境。對於高電流或高環境溫度操作，建議使用適當的散熱孔、銅箔面積，並可能使用金屬基板（MCPCB）。請務必參考降額曲線（圖8）來選擇適當的驅動電流。

5.3 電氣驅動考量

強烈建議使用恆流驅動器而非恆壓源，以確保穩定的光輸出並防止熱失控。應選擇在指定電流範圍內（最高240mA連續）操作的驅動器。驅動器的順應電壓必須考慮順向電壓的變化（2.8V至3.4V）。對於脈衝操作（IFP），必須嚴格遵守脈衝寬度（≤100µs）和工作週期（≤1/10）的限制。

5.4 焊接與操作

此元件相容於無鉛迴焊溫度曲線。最高焊接溫度為230°C或260°C持續10秒。應遵循IPC/JEDEC J-STD-020關於濕度敏感度與迴焊曲線的標準指南。在操作與組裝過程中必須遵守標準的ESD預防措施，因為此元件的額定值為2000V HBM。

6. 比較與差異化

與傳統塑膠封裝的中功率LED相比，EMC封裝提供更優異的熱性能與抗紫外線黃化能力，從而帶來更好的流明維持率與更長的使用壽命。3030封裝尺寸比更小的封裝（例如2835）提供更大的散熱焊盤，允許更高的功率耗散（最高0.8W），同時保持適中的外形尺寸。指定的CRI 70+比許多標準中功率LED提供更好的色彩品質，使其適合需要考慮色彩還原的應用。

7. 常見問題 (FAQ)

Q: What is the main advantage of the EMC package?
A: The EMC package provides enhanced thermal conductivity compared to standard PPA plastic, leading to lower junction temperature, higher maximum drive current capability, and improved long-term reliability and lumen maintenance.

Q: How do I interpret the derating curve (Fig. 8)?
A: The curve shows the maximum continuous current you can safely apply at a given ambient temperature for a specific thermal resistance (Rth j-a) of your system. You must know your system's effective Rth j-a to use the correct curve. Exceeding these limits risks overheating and premature failure.

Q: Can I drive this LED at 240mA continuously?
A: You can only drive it at 240mA if the junction temperature is kept at or below 125°C. In most practical applications, especially at higher ambient temperatures, the current will need to be derated according to Fig. 8 to stay within the Tj limit.

Q: What is the purpose of the color binning?
A: Manufacturing variations cause slight differences in chromaticity between individual LEDs. Binning groups LEDs with very similar color coordinates together. Using LEDs from the same or adjacent bins in a fixture ensures uniform white color appearance without visible color differences (color mismatch).

8. 運作原理與趨勢

8.1 基本運作原理

這是一種基於半導體二極體的固態光源。當施加超過二極體閾值的順向電壓時，電子與電洞在半導體晶片（對於藍光/白光LED通常基於InGaN）的主動區域內復合，以光子（光）的形式釋放能量。冷白光是由藍光LED晶片與螢光粉塗層的組合產生。來自晶片的藍光激發黃色（有時是紅/綠色）螢光粉，藍光與黃光的混合被感知為白光。

8.2 產業趨勢

中功率LED領域，特別是3030和2835等封裝，由於其優異的性價比，在通用照明中持續佔據主導地位。趨勢包括透過晶片與螢光粉技術進步持續提升光效（lm/W）、推動更高的CRI與更好的色彩一致性（更嚴格的色區分選），以及開發具有更低熱阻的封裝，以在相同封裝尺寸下實現更高的驅動電流與功率密度。從標準塑膠材料轉向EMC及其他高性能封裝材料，是提升嚴苛應用可靠性的明確趨勢。