XI3030P SMD 中功率LED規格書 - 3.0x3.0mm - 2.9V最大 - 65mA - 白光 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

XI3030P是一款採用PLCC-2（塑膠引線晶片載體）封裝的表面黏著元件（SMD）中功率LED。其設計為頂部發光的白光LED，兼具高光效、優異的顯色性與緊湊的外形尺寸。其主要設計目標是為廣泛的照明應用提供高能源效率與可靠的性能。

1.1 核心優勢

此LED封裝的主要優勢包括：

• 高光效：在65mA與5000K色溫下，典型光效為225 lm/W，有助於降低能源消耗。
• 高顯色指數（CRI）：提供最低80（Ra）的CRI，並有高達90的選項，確保準確且悅目的色彩還原。
• 廣視角：典型的120度視角（2θ1/2）可提供均勻且廣泛的照明。
• 緊湊外形：小巧的3.0mm x 3.0mm佔位面積，允許靈活且密集的PCB佈局設計。
• 環保合規：產品為無鉛設計，符合RoHS、歐盟REACH及無鹵素標準（Br<900ppm, Cl<900ppm, Br+Cl<1500ppm）。

1.2 目標市場與應用

此LED是各種需要平衡性能、效率與成本的照明應用的理想解決方案。主要應用領域包括：

• 一般照明：適用於住宅、商業及工業環境照明燈具。
• 裝飾與娛樂照明：因其良好的色彩品質，可用於重點照明、建築照明及舞台照明。
• 指示器與背光照明：適用於背光模組、標誌及狀態指示燈。
• 開關指示燈：可整合至發光開關及控制面板中。

2. 深入技術參數分析

本節針對規格書中定義的關鍵技術參數，提供詳細且客觀的解讀。

2.1 電光特性

主要性能指標定義於標準測試條件下（焊接點溫度 = 25°C，順向電流 IF = 65mA）。

• 光通量（Φ）：最小光通量依產品型號而異，範圍從37 lm到39 lm，取決於相關色溫（CCT）。適用±11%的公差。
• 順向電壓（VF）：最大順向電壓規定為2.9V，典型公差為±0.1V。較低的VF有助於提高系統效率。
• 顯色指數（CRI/Ra）：標準系列的最低Ra為80，公差嚴格控制在±2，確保不同生產批次間的色彩品質一致。
• 視角（2θ1/2）：典型值為120度，屬於廣視角，適用於需要漫射光分佈的應用。
• 光效：典型發光效率為225 lm/W，於65mA及5000K CCT下量測。這是衡量能源效率的關鍵指標。
• 逆向電流（IR）：在逆向電壓（VR）5V下，最大逆向電流為50 µA，顯示了二極體的漏電特性。

2.2 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能導致元件永久損壞的極限。操作應始終維持在這些極限內。

• 順向電流（IF）：180 mA（連續）。
• 峰值順向電流（IFP）：300 mA，僅允許在脈衝條件下（工作週期1/10，脈衝寬度10ms）。
• 功耗（Pd）：580 mW。
• 工作與儲存溫度：-40°C 至 +85°C（工作），-40°C 至 +100°C（儲存）。
• 熱阻（RθJ-S）：接面至焊接點的熱阻為21 °C/W。此參數對於熱管理設計至關重要。
• 接面溫度（Tj）：最大允許接面溫度為115°C。
• 焊接溫度：迴流焊接：最高260°C，持續10秒。手工焊接：最高350°C，持續3秒。

重要注意事項：本元件對靜電放電（ESD）敏感。在組裝與處理過程中必須遵守適當的ESD防護措施。

3. 分級系統說明

本產品採用全面的分級系統以確保電氣與光學特性的一致性。產品編號解釋了分級代碼。

3.1 產品編號解碼

範例：XI3030P/KKX-5M403929U6/2T

• XI3030P：封裝系列與尺寸（3.0mm x 3.0mm）。
• KKX-5M：內部系列代碼。
• 第一個'XX'（40）：代表相關色溫（CCT）。'40' = 4000K。
• 第二個'XX'（39）：代表最小光通量分級代碼。'39' = 39 lm（最小值）。
• 第三個'XX'（29）：代表最大順向電壓分級代碼。'29'對應VF最大值為2.9V。
• U6：順向電流索引，表示工作電流為65mA。
• 2T：附加產品變體代碼。

3.2 顯色指數（CRI）分級

規格書提供了一個將單字母符號映射到最小CRI值的表格：

• M: CRI 60, N: 65, L: 70, Q: 75, K: 80, P: 85, H: 90。

標準量產清單以CRI 80（符號K）的變體為特色。

3.3 光通量分級

光通量根據CCT進行分級。例如：

• 3000K：分級代碼 37L2 (37-39 lm), 39L2 (39-41 lm), 41L2 (41-43 lm)。
• 4000K/5000K/5700K：分級代碼 39L2 (39-41 lm), 41L2 (41-43 lm), 43L2 (43-45 lm)。
• 6500K：分級代碼 38L2 (38-40 lm), 40L2 (40-42 lm), 42L2 (42-44 lm)。

所有分級在標稱光通量值上均有±11%的公差。

3.4 順向電壓分級

順向電壓在代碼'2629'下分組，包含三個子分級：

• 26A: 2.6V - 2.7V
• 27A: 2.7V - 2.8V
• 28A: 2.8V - 2.9V（最大值）

分級界限適用±0.1V的公差。

3.5 色度分級（麥克亞當橢圓）

LED的色點（色度座標）被控制在CIE 1931圖表上定義的橢圓內，以確保色彩一致性。

• 麥克亞當3階：更嚴格的色彩控制，意味著在標準條件下，位於3階橢圓內的LED色彩對人眼幾乎無法區分。
• 麥克亞當5階：標準色彩控制，適用於大多數可接受輕微色彩變化的一般照明應用。

規格書提供了3000K、4000K、5000K、5700K及6500K色溫下，針對3階與5階分級的中心座標（Cx, Cy）及橢圓參數（a, b, theta）。色度座標的公差為±0.01。

4. 性能曲線分析

典型曲線提供了LED在不同操作條件下行為的深入見解。

4.1 順向電壓 vs. 接面溫度（圖1）

順向電壓（VF）具有負溫度係數。當接面溫度（Tj）從25°C上升到115°C時，VF線性下降約0.2V。此特性對於定電流驅動器設計與熱補償考量非常重要。

4.2 相對發光強度 vs. 順向電流（圖2）

發光輸出與電流呈次線性關係。雖然輸出隨電流增加而增加，但由於熱效應與效率下降，光效（每瓦流明）通常在較高電流下會降低。在建議的65mA下操作可確保最佳光效與使用壽命。

4.3 相對光通量 vs. 接面溫度（圖3）

發光輸出隨接面溫度升高而降低。曲線顯示在Tj為100°C時，相對光通量約為其在25°C時值的85%。有效的熱管理（低RθJ-A）對於維持光輸出與壽命至關重要。

4.4 順向電流 vs. 順向電壓（IV曲線）（圖4）

此圖表顯示了二極體電流與電壓之間典型的指數關係。對於選擇適當的驅動方式（LED必須使用定電流驅動）至關重要。

4.5 最大驅動電流 vs. 焊接溫度（圖5）

此降額曲線顯示，最大允許順向電流隨著焊接點溫度的升高而降低。這是確保LED在所有環境條件下均在其安全工作區（SOA）內運行的關鍵設計規則。

4.6 輻射模式（圖6）

極座標圖確認了其寬廣、類似朗伯體的發射模式，具有典型的120°視角。在寬廣的中心區域內，強度相當均勻。

4.7 光譜分佈

光譜功率分佈圖（文中未詳細說明但已引用）將顯示一個寬廣的藍光激發LED峰值和一個更寬廣的螢光粉轉換黃光發射峰值，這是白光螢光粉轉換LED的特徵。確切的形狀決定了CCT和CRI。

5. 焊接與組裝指南

5.1 迴流焊接參數

此LED相容於標準紅外線或對流迴流製程。關鍵參數是峰值焊接溫度，不得超過260°C超過10秒。建議使用標準無鉛迴流溫度曲線（例如JEDEC J-STD-020）。需要精確控制以避免對塑膠封裝及內部晶片黏著造成熱損傷。

5.2 手工焊接

若需手工焊接，烙鐵頭溫度應控制在最高350°C，且與每個焊墊的接觸時間必須限制在3秒或更短，以防止過熱。

5.3 儲存條件

LED應儲存在其原始的防潮袋中（若歸類為濕度敏感元件），環境溫度介於-40°C至+100°C之間且濕度低。若適用，請遵循標準IPC/JEDEC指南處理濕度敏感元件（MSD）。

6. 應用設計考量

6.1 驅動器選擇

定電流驅動器是必需的。建議工作電流為65mA。應根據所需的串聯電壓（LED VF總和）選擇驅動器，且必須包含適當的保護功能，如過電流、過電壓及開路/短路保護。在某些精密應用中，驅動器的回授迴路設計應考慮負的VF溫度係數。

6.2 熱管理

由於接面至焊接點的熱阻（RθJ-S）為21°C/W，有效的散熱是必要的，特別是在接近或達到最大額定值操作時。PCB應有足夠的散熱孔和銅箔面積連接到LED的散熱焊墊（若封裝腳位有此設計），以散發熱量。最大接面溫度115°C不應被超過。使用公式：Tj = Ts + (RθJ-S * Pd)，其中Ts是焊接點溫度，Pd是功耗（VF * IF）。

6.3 光學設計

120°的廣視角使此LED適用於需要漫射、均勻照明而無需二次光學元件的應用。對於聚焦光束，必須考慮LED的發射模式與物理尺寸，設計適當的一次光學元件（透鏡或反射器）。

7. 技術比較與差異化

雖然規格書中未提供與其他產品的直接並排比較，但根據其規格，XI3030P的關鍵差異化特點包括：

• 光效與CRI的平衡：在CRI 80下達到225 lm/W的典型光效，提供了良好的平衡，而某些競爭對手可能在較低CRI下提供更高光效，反之亦然。
• 全面的分級系統：針對光通量、電壓及色度（3階/5階麥克亞當橢圓）的詳細分級，相較於分級較寬鬆的產品，允許更嚴謹的系統設計，並在多LED燈具中實現更好的色彩一致性。
• 穩健的最大額定值：相對較高的最大接面溫度（115°C）與功耗（580mW），在熱挑戰性環境中提供了更寬的安全邊際與設計靈活性。
• 環保合規：完全符合現代環保標準（RoHS、REACH、無鹵素）是基本要求，但此處明確列為一項特點。

8. 常見問題解答（基於技術參數）

Q1：我可以用150mA驅動此LED以獲得更高輸出嗎？

A：不建議。絕對最大連續順向電流為180mA，但建議工作條件是65mA。以150mA操作將顯著增加接面溫度、降低光效、加速光衰，並可能使保固失效。請始終依據建議電流進行設計。

Q2：3階與5階麥克亞當橢圓分級有何不同？

A：3階橢圓代表更嚴格的色彩控制，其中的LED色彩對大多數觀察者而言幾乎無法區分。5階橢圓允許稍多的色彩變化，在並排比較時可能被察覺，但對許多應用是可接受的。選擇取決於最終產品對色彩均勻性的要求。

Q3：如何計算所需的散熱片？

A：您需要確定目標焊接點溫度（Ts）。使用公式 Tj = Ts + (RθJ-S * Pd)，將Tj設定在低於115°C的安全值（例如105°C）。計算Pd為 VF * IF（例如 2.9V * 0.065A = 0.1885W）。然後，Ts_max = Tj_max - (21°C/W * 0.1885W) ≈ 105°C - 4°C ≈ 101°C。PCB與系統的熱設計必須確保焊接點溫度低於此計算出的Ts_max。

Q4：定電壓電源是否適用？

A：不適用。LED是電流驅動元件。順向電壓的微小變化（由於溫度或分級差異）在使用定電壓源時會導致電流大幅變化，可能引發熱失控與故障。請始終使用定電流驅動器或限流電路。

9. 設計與使用案例研究

情境：設計用於辦公室環境照明的線性LED燈具。

• 需求：中性白光（4000K）、良好顯色性（CRI >80）、高效率，以及在2公尺長度上均勻照明。
• 元件選擇：選擇XI3030P/KKX-5M403929U6/2T，因其4000K CCT、CRI 80及高光效。
• 熱設計：燈具使用導熱係數為1-2 W/mK的鋁基板（MCPCB）。計算每顆LED功耗約0.19W。將100顆LED均勻排列在作為散熱器的2公尺鋁型材上，熱模擬確認在25°C環境溫度下，接面溫度保持在90°C以下。
• 電氣設計：LED以20顆為一串串聯（總VF最大值約58V）。選擇輸出為65mA且電壓範圍涵蓋58V的定電流驅動器。包含過電壓保護。
• 光學設計：LED的120°廣光束角，結合在計算距離處放置的乳白色聚碳酸酯擴散板，實現了所需的均勻照明，無可見光斑，符合辦公室照明標準。

10. 技術原理介紹

XI3030P是一款螢光粉轉換白光LED。基本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）。此藍光部分被沉積在晶片上或周圍的螢光粉層（例如YAG:Ce）吸收。螢光粉將一部分藍光光子降頻轉換為跨越黃光與紅光區域的寬廣光譜光子。剩餘的藍光與螢光粉發出的黃/紅光混合，被人眼感知為白光。藍光與黃光的確切比例以及螢光粉成分決定了所發出白光的相關色溫（CCT）與顯色指數（CRI）。

11. 產業趨勢

以XI3030P等封裝為代表的中功率LED領域持續演進。客觀的產業趨勢包括：

• 光效提升：藍光晶片的內部量子效率（IQE）、螢光粉轉換效率以及封裝的光提取效率不斷改進，推動光效持續提高。
• 色彩品質增強：對更高CRI（90+）與改善色彩一致性（更嚴格的麥克亞當橢圓）的需求正在增長，特別是在商業與零售照明領域。
• 可靠性與壽命改善：封裝材料（模封膠、基板）與製造工藝的進步，旨在減少光衰並增加操作壽命（L90）。
• 微型化與整合：雖然3030是標準尺寸，但趨勢是朝向更小封裝且具有相當或更好性能，以及整合多顆LED與驅動器的模組。
• 智慧與可調光照明：LED與控制電子元件的整合日益增加，以實現調光、色溫調節（CCT可調）及物聯網照明系統的連線功能。

XI3030P以其平衡的性能與合規性，定位於此朝向更高效、可靠與智慧化固態照明解決方案的廣泛趨勢之中。