LED 3030 中功率LED規格書 - 3.0x3.0mm - 2.0-2.4V - 0.35W - 紅光/黃光 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

3030系列代表一款專為高效能與成本效益照明應用所設計的中功率LED解決方案。此產品家族採用EMC（環氧樹脂模塑封裝）技術，這使其具備優異的熱性能與可靠性。其主要設計目標是提供高流明輸出與光效（lm/W），同時維持具競爭力的每流明成本（lm/$），使其廣泛適用於汽車與通用照明領域。

1.1 特色與優勢

• 高流明輸出與光效：設計旨在提供卓越的光通量，實現更明亮且更節能的照明解決方案。
• 專為高電流操作設計：能夠在較高驅動電流下穩定運作，提供設計靈活性。
• 低熱阻：EMC封裝與高效的熱傳導路徑（Rth j-sp最低可達14 °C/W）確保有效的散熱，這對於維持LED壽命與色彩穩定性至關重要。
• 適用於無鉛迴焊製程：相容於標準無鉛迴焊製程，便於整合至自動化組裝產線。

1.2 主要應用

此LED系列因其色彩選項與性能特點，特別適合用於汽車信號燈與各種指示燈應用。

• 方向燈
• 中央高位煞車燈
• 煞車燈
• 信號燈
• 尾燈

2. 深入技術參數分析

除非另有說明，所有參數均以順向電流（IF）= 150 mA、環境溫度（Ta）= 25°C、相對濕度（RH）= 60%的測試條件為準。設計時必須考量測量公差以預留設計餘裕。

2.1 電光學特性

核心性能指標定義了在標準操作條件下的光輸出與基本電氣行為。

• 典型光通量：紅光與黃光型號在150 mA下均為19 lm。最低保證值為17 lm。請注意，光通量表僅供參考，實際測量值具有±7%的公差。
• 主波長（WD）：紅光：620-630 nm；黃光：585-595 nm。此定義了LED的感知顏色。
• 視角（2θ1/2）：典型值為120°，表示其具有適合區域照明與信號傳遞的寬光束模式。

2.2 電氣與熱參數

這些參數對於驅動器設計與熱管理至關重要。

• 順向電壓（VF）：紅光：典型值2.0V，最大值2.4V；黃光：典型值2.2V，最大值2.4V（於150 mA下）。公差為±0.08V。
• 逆向電流（IR）：在逆向電壓（VR）5V下，最大值為10 µA。
• 熱阻，接面至焊點（Rth j-sp）：紅光：14 °C/W；黃光：16 °C/W。此低數值是管理接面溫度的關鍵。
• 靜電放電（ESD）耐受度：可承受8000V（人體放電模型），顯示其具有良好的操作穩健性。

2.3 絕對最大額定值

超過這些限制可能會對元件造成永久性損壞。操作應始終保持在這些界限內。

• 順向電流（IF）：紅光：350 mA（直流）；黃光：240 mA（直流）。
• 脈衝順向電流（IFP）：紅光：400 mA；黃光：300 mA。條件：脈衝寬度 ≤ 100 µs，工作週期 ≤ 1/10。
• 功率耗散（PD）：紅光：840 mW；黃光：624 mW。
• 逆向電壓（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（最大值）。
• 焊接溫度（Tsld）：260°C 持續10秒（或230°C）。

重要注意事項：若操作超出指定參數範圍，LED特性可能會劣化。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

圖形數據提供了LED在不同條件下行為的深入見解，這對於穩健的系統設計至關重要。

3.1 相對光譜分佈

光譜圖（圖1）顯示了這些LED的窄頻發射特性。紅光LED峰值在620-630 nm範圍，而黃光LED峰值在585-595 nm範圍。此資訊對於色彩敏感的應用至關重要。

3.2 順向電流特性

光通量 vs. 電流（圖2）：相對光通量隨順向電流增加而增加，但最終會飽和。在建議電流或以下操作可確保最佳效率與壽命。

順向電壓 vs. 電流（圖3）：V-I曲線顯示了典型的二極體行為。電壓隨電流呈對數增加。此曲線對於設計恆流驅動器是必要的。

3.3 溫度相依特性

光通量 vs. 環境溫度（圖4）：光輸出隨環境溫度升高而降低。在熱設計中必須考慮此降額，以維持一致的光輸出。

順向電壓 vs. 環境溫度（圖5）：順向電壓通常隨溫度升高而降低（負溫度係數）。這可用於某些溫度感測電路。

最大順向電流 vs. 環境溫度（圖6）：此降額曲線對於可靠性而言或許是最關鍵的。它顯示了最大允許連續電流作為環境溫度的函數（假設接面至環境熱阻Rθj-a為40°C/W）。例如，紅光LED的電流必須從約81°C時的350 mA降低至105°C環境溫度時約104 mA。忽略此曲線有過熱與光通量快速衰減的風險。

4. 分級系統說明

為確保生產中的色彩與亮度一致性，LED會被分類至不同的級別。設計者應指定所需的分級代碼。

4.1 波長（色彩）分級

主波長被分類至特定範圍（級別），測量公差為±1 nm。

• 紅光：級別1：620-625 nm；級別2：625-630 nm。
• 黃光：級別1：585-590 nm；級別2：590-595 nm。

4.2 光通量分級

LED根據其在150 mA下的光輸出進行分組，測量公差為±7%。

• 代碼AG：14 lm 至 18 lm
• 代碼AH：18 lm 至 22 lm
• 代碼AJ：22 lm 至 26 lm

19 lm的典型值落在AH級別內。

4.3 順向電壓分級

順向電壓亦進行分級，以協助驅動器設計，確保在多LED陣列中的電流分佈一致。測量公差為±0.08V。具體的電壓分級代碼與範圍（例如V1、V2）定義於完整的規格書表格（表7）中，將典型的2.0V-2.4V範圍進行分類。

5. 應用與設計指南

5.1 熱管理

有效的散熱是不可妥協的。使用熱阻（Rth j-sp）值來計算接面溫度（Tj）相對於焊點溫度的上升。公式為：ΔTj = PD * Rth j-sp。確保Tj始終低於125°C，為達最大壽命，建議更低。降額曲線（圖6）提供了基於環境溫度的電流限制直接指南。

5.2 電氣驅動

這些LED必須由恆流源驅動，而非恆壓源。驅動器應設計為提供所需電流（例如150 mA），同時適應順向電壓的分級範圍及其負溫度係數。考慮實施過溫保護，在系統過熱時降低電流。

5.3 焊接與操作

遵循建議的迴焊溫度曲線，峰值溫度260°C持續10秒。避免對封裝施加機械應力。在操作與組裝過程中，依照8000V HBM額定值所規定的標準ESD預防措施。

6. 技術比較與考量

3030 EMC封裝在成本較低但熱性能受限的PLCC封裝，與功率較高但更昂貴的陶瓷基封裝之間取得了平衡。其關鍵差異在於EMC材料相較於標準塑膠具有改善的熱性能，使得與傳統中功率LED相比，能夠承受更高的驅動電流並具有更好的光通量維持率。在選擇級別時，需考量更嚴格的色彩一致性（更窄的級別）與潛在成本/供貨能力之間的權衡。

7. 常見問題（基於技術參數）

7.1 我可以用300 mA驅動此LED嗎？

以300 mA驅動紅光LED超出了其350 mA的絕對最大直流電流額定值，但低於脈衝額定值。雖然初始可能會產生更多光，但這將顯著提高接面溫度，導致光通量快速衰減、色彩偏移並縮短壽命。不建議用於連續操作。請始終參考降額曲線（圖6），以了解在您特定環境溫度下的安全操作電流。

7.2 為何熱阻規格很重要？

熱阻（Rth j-sp）量化了熱從LED接面（熱點）傳導至電路板上焊點的難易程度。較低的數值（如14 °C/W）意味著散熱更有效率。這直接控制了接面溫度，而接面溫度是影響LED壽命、效率與色彩穩定性的主要因素。不良的熱管理是LED過早失效的最常見原因。

7.3 光通量±7%的公差對我的設計意味著什麼？

這意味著，即使LED被正確分級，來自AH級別（18-22 lm）的LED在您的系統中測量值可能低至16.7 lm（18 lm * 0.93）或高至23.5 lm（22 lm * 1.07）。因此，您的光學設計應有足夠的餘裕來容納此變異，以確保最終產品符合其亮度規格。

8. 工作原理與技術趨勢

8.1 基本工作原理

此LED是一種半導體二極體。當施加超過其特性閾值的順向電壓時，電子與電洞在半導體晶片的主動區域內復合，以光子（光）的形式釋放能量。半導體層的特定材料組成決定了發射光的波長（顏色）。EMC封裝用於保護精密的晶片，提供主透鏡來塑造光束，並提供穩固的熱傳導路徑來散熱。

8.2 產業趨勢

中功率LED領域持續朝著更高光效（lm/W）與在具競爭力成本下改善可靠性的方向發展。趨勢包括採用先進的螢光粉技術用於白光LED、進一步精煉EMC及其他封裝材料以獲得更好的耐熱與耐濕性，以及整合更一致的晶片級性能。照明模組小型化與更高密度的驅動力，也推動了封裝技術的發展，要求封裝能在更小的佔位面積下提供更多光輸出並具備優異的熱特性，3030等封裝正是此趨勢的例證。