目錄
- 1. 產品概述
- 2. 深入技術參數分析
- 2.1 絕對最大額定值
- 2.2 電光特性
- 3. 分級系統說明
- 3.1 主波長分級 (A組)
- 3.2 發光強度分級
- 3.3 順向電壓分級 (B組)
- 4. 性能曲線分析
- 4.1 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V 曲線)
- 4.2 相對發光強度 vs. 順向電流
- 4.3 相對發光強度 vs. 環境溫度
- 4.4 順向電流降額曲線
- 4.5 光譜分佈
- 4.6 輻射圖案
- 5. 機械與封裝資訊
- 5.1 封裝外型尺寸
- 5.2 極性識別
- 5.3 捲帶包裝規格
- 5.4 防潮包裝
- 6. 焊接與組裝指南
- 6.1 迴流焊溫度曲線
- 6.2 手工焊接
- 6.3 儲存與操作注意事項
- 7. 應用說明與設計考量
- 7.1 典型應用場景
- 7.2 關鍵設計考量
- 8. 技術比較與差異化
- 9. 常見問題解答 (基於技術參數)
- 10. 實用設計範例
- 11. 工作原理
- 12. 技術趨勢
1. 產品概述
65-21 系列代表了一款緊湊型、表面黏著、頂視發光二極體 (LED) 家族。這些元件專為需要寬視角與高效光耦合的應用而設計。本文件描述的主要型號發射亮紅色光，這是透過使用封裝在透明樹脂中的 AlGaInP 半導體晶片實現的。其獨特的封裝設計採用頂部朝下的安裝方向，光線透過印刷電路板 (PCB) 發射，使其特別適合與導光管和波導一起使用。
此系列的關鍵優勢包括其適用於紅外線迴流焊等自動化組裝製程、提供捲帶包裝以利於大量生產，以及符合 RoHS 與無鉛環保標準。寬達 120 度的視角確保從各個角度都能獲得良好的可見度，這對於指示燈和背光應用至關重要。
2. 深入技術參數分析
2.1 絕對最大額定值
元件的操作限制定義於環境溫度 (Ta) 為 25°C 的條件下。超過這些額定值可能會造成永久性損壞。
- 逆向電壓 (VR):5 V。施加超過此限制的逆向電壓有導致接面崩潰的風險。
- 連續順向電流 (IF):50 mA。這是 LED 能夠連續處理的最大直流電流。
- 峰值順向電流 (IFP):100 mA。此脈衝電流額定值 (在 1/10 工作週期，1 kHz 下) 允許短暫的過電流狀況，適用於多工或亮度脈衝應用。
- 功率耗散 (Pd):110 mW。這是封裝能夠以熱能形式散發的最大功率，由順向電壓和電流計算得出。
- 靜電放電 (ESD) HBM:2000 V。此人體放電模型額定值表示中等程度的 ESD 敏感性；需要採取適當的操作預防措施。
- 操作溫度 (Topr):-40°C 至 +85°C。此元件額定適用於工業溫度範圍。
- 儲存溫度 (Tstg):-40°C 至 +90°C。
- 焊接溫度:對於迴流焊接，指定峰值溫度為 260°C，持續 10 秒。對於手工焊接，限制為 350°C，持續 3 秒。
2.2 電光特性
性能測量條件為 Ta=25°C 及標準測試電流 (IF) 20 mA。
- 發光強度 (Iv):範圍從最小值 72 mcd 到最大值 180 mcd，典型值在此範圍內。適用公差為 ±11%。
- 視角 (2θ1/2):120 度 (典型值)。這是發光強度降至其峰值一半時的全角。
- 峰值波長 (λp):632 nm (典型值)。這是光譜功率分佈達到最大值時的波長。
- 主波長 (λd):範圍從 616.5 nm 到 634.5 nm，公差為 ±1 nm。這定義了感知的顏色 (亮紅色)。
- 光譜頻寬 (Δλ):20 nm (典型值)。這是發射光譜在其最大功率一半處的寬度。
- 順向電壓 (VF):在 20mA 時，範圍從 1.75 V 到 2.35 V，公差為 ±0.1 V。
- 逆向電流 (IR):當施加 5V 逆向電壓時，最大值為 10 μA。
3. 分級系統說明
為確保生產中的顏色和亮度一致性，LED 會根據關鍵參數進行分級。
3.1 主波長分級 (A組)
這定義了色點。分級標記為 E4 到 E7，每個涵蓋 6 nm 的範圍 (例如，E4: 616.5-622.5 nm, E5: 620.5-626.5 nm)。這允許設計師為其應用選擇具有非常特定紅色調的 LED。
3.2 發光強度分級
這定義了亮度輸出。分級為 Q1 (72-90 mcd)、Q2 (90-112 mcd)、R1 (112-140 mcd) 和 R2 (140-180 mcd)。較高的分級代碼表示較高的亮度。
3.3 順向電壓分級 (B組)
這根據電氣特性對 LED 進行分組。分級為 0 (1.75-1.95 V)、1 (1.95-2.15 V) 和 2 (2.15-2.35 V)。匹配的電壓分級可以簡化並聯電路中限流電阻的設計。
4. 性能曲線分析
規格書提供了幾條對設計至關重要的特性曲線。
4.1 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V 曲線)
該曲線顯示了二極體典型的指數關係。在建議的 20 mA 工作點，順向電壓落在 1.75V-2.35V 的分級範圍內。設計師必須使用串聯電阻或恆流驅動器來限制電流，因為電壓的微小增加可能導致電流大幅且可能具破壞性的增加。
4.2 相對發光強度 vs. 順向電流
此曲線顯示，光輸出隨著電流增加大致呈線性增長，直至達到最大額定連續電流。在 20mA 以上工作將產生更高的亮度，但也會增加功率耗散和接面溫度，從而影響使用壽命。
4.3 相對發光強度 vs. 環境溫度
發光強度隨著環境溫度升高而降低。該曲線顯示了降額情況，這對於在高溫環境中運行的應用至關重要。LED 的輸出是在 25°C 下指定的；在 85°C 時，輸出將顯著降低。
4.4 順向電流降額曲線
此圖表定義了最大允許連續順向電流與環境溫度的函數關係。隨著溫度升高，最大安全電流會降低以防止過熱。在 85°C 時，最大電流低於 25°C 時的 50mA 絕對最大額定值。
4.5 光譜分佈
光譜是一個以 632 nm (峰值) 為中心、頻寬為 20 nm 的窄高斯型曲線，證實了單色亮紅色的發射。
4.6 輻射圖案
極座標圖說明了 120 度的視角。強度分佈相對接近朗伯分佈 (餘弦型)，在寬視角錐體內提供均勻的外觀，這對於指示燈來說是理想的。
5. 機械與封裝資訊
5.1 封裝外型尺寸
SMD 封裝具有特定的長、寬、高尺寸 (以毫米為單位)，除非另有說明，典型公差為 ±0.1mm。圖紙詳細說明了頂視形狀、側面輪廓以及用於焊接的推薦 PCB 焊盤圖案 (佔位面積)。
5.2 極性識別
陰極通常有標記，通常是透過封裝底部的凹口、綠色標記或不同的焊盤尺寸來識別。在組裝過程中必須注意正確的極性。
5.3 捲帶包裝規格
元件以載帶形式供應，用於自動貼片機。關鍵尺寸包括口袋尺寸 (用於容納 LED)、帶寬、間距 (口袋之間的距離) 和捲盤直徑。標準捲盤包含 2000 個元件。
5.4 防潮包裝
捲盤密封在帶有乾燥劑的鋁箔防潮袋中，以防止吸濕，這對於防止在迴流焊接過程中發生 "爆米花效應" (封裝開裂) 至關重要。
6. 焊接與組裝指南
6.1 迴流焊溫度曲線
推薦的溫度曲線包括預熱階段、均熱區、峰值溫度不超過 260°C 持續 10 秒的迴流區，以及受控的冷卻階段。該曲線必須符合最大 Tsol 額定值。
6.2 手工焊接
如果需要手工焊接，烙鐵頭溫度不應超過 350°C，並且每個焊盤的接觸時間應限制在 3 秒內。如果可能，請使用散熱器。
6.3 儲存與操作注意事項
- ESD 防護:使用接地的工作站和腕帶。
- 濕度敏感性:在準備使用之前，請勿打開防潮袋。如果袋子已打開，請在指定的車間壽命內使用元件，或根據適當的程序重新烘烤。
- 儲存條件:將未開封的袋子儲存在 30°C 或以下，相對濕度 90% 或更低的環境中。
7. 應用說明與設計考量
7.1 典型應用場景
- 光學指示器:消費性電子產品、工業設備和汽車儀表板上的狀態指示燈。
- 導光管/導光條耦合:頂視、透過 PCB 發射的特性非常適合將光注入壓克力或聚碳酸酯導光條中，用於按鍵背光或面板照明。
- 背光:用於 LCD、鍵盤、開關和薄膜面板。
- 一般裝飾照明:用於標誌、重點照明和發光廣告。
- 汽車內飾照明:儀表板背光、開關照明等。
7.2 關鍵設計考量
- 必須進行電流限制:必須使用外部串聯限流電阻或恆流驅動器。順向電壓具有公差和負溫度係數，這意味著它會隨著接面溫度升高而降低。如果沒有電流限制，可能會發生熱失控，導致快速故障。
- 熱管理:雖然封裝很小，但功率耗散 (高達 110mW) 會產生熱量。確保足夠的 PCB 銅箔面積 (散熱焊盤) 以導走熱量，特別是在高電流或高溫環境下工作時。
- 光學設計:對於導光管應用，必須優化 LED 與導光條入口點之間的距離以及導光條的幾何形狀，以最大化耦合效率。
- 分級以確保一致性:對於需要多個 LED 之間顏色和亮度均勻的應用，請指定嚴格的分級 (例如，單一的主波長分級和發光強度分級)。
8. 技術比較與差異化
65-21 系列透過其特定的屬性組合實現差異化:
- 與標準側視 LED 相比:頂視、透過 PCB 發射的特性對於導光管應用是一個明顯的優勢，因為它允許 LED 平貼安裝在導光條正下方的電路板上，簡化了機械設計。
- 與窄視角 LED 相比:120 度的視角提供了更寬廣的可見度，使其在觀看位置不固定的前面板指示燈應用中更為優越。
- 與非自動化封裝相比:SMT 封裝和捲帶包裝的可用性使其非常適合現代高速自動化組裝線，與通孔 LED 相比降低了製造成本。
9. 常見問題解答 (基於技術參數)
問：我可以直接用 3.3V 或 5V 邏輯電源驅動這個 LED 嗎？
答：不行。您必須始終使用一個串聯限流電阻。電阻值計算為 R = (V電源- VF) / IF。為進行保守設計，請使用規格書中的最大 VF值 (2.35V)，以確保電流不超過 20mA。
問：如果我在 30mA 而不是 20mA 下操作 LED 會發生什麼？
答：發光強度會更高，但功率耗散和接面溫度也會增加。您必須檢查降額曲線，以確保在您的最高環境溫度下 30mA 是安全的。長期可靠性可能會降低。
問：如何解讀訂購時的料號/代碼？
答：代碼 (例如，從標籤說明：CAT/HUE/REF) 指定了分級選擇。您將根據您所需的發光強度 (CAT)、主波長 (HUE) 和順向電壓 (REF) 分級進行訂購。
問：需要散熱器嗎？
答：對於單個 LED 在 20mA 下工作，通常不需要。但是，如果多個 LED 緊密放置在一起，或在高電流/高環境溫度下工作，則 PCB 上可能需要對集體產生的熱量進行熱管理。
10. 實用設計範例
場景:為一個由 5V 電源軌供電的設備設計一個狀態指示燈。LED 應以標準 20mA 驅動。
- 計算串聯電阻:使用典型的 VF值 2.0V 進行估算：R = (5V - 2.0V) / 0.020A = 150 Ω。為了應對 VF的變化，使用最小 VF值 (1.75V) 計算最大電流：Imax= (5V - 1.75V) / 150Ω ≈ 21.7mA，這是安全的。一個標準的 150Ω，1/10W 電阻是合適的。
- PCB 佈局:根據推薦的焊盤圖案放置 LED。在焊盤周圍留出一些銅箔區域以利散熱。確保絲印上的極性標記與 LED 的陰極指示器相匹配。
- 光學介面:如果使用導光管，請模擬距離和對準。小的空氣間隙或使用透明矽膠可以提高光耦合效率。
11. 工作原理
此 LED 基於 AlGaInP (磷化鋁鎵銦) 半導體晶片。當施加超過二極體接面電位的順向電壓時，電子和電洞被注入到主動區域，在那裡它們復合。在 AlGaInP 材料中，這種復合主要以可見光譜中紅色到琥珀色部分 (約 590-650 nm) 的光子形式釋放能量。AlGaInP 層的特定成分決定了主波長，對於此亮紅色型號為 632 nm。透明的環氧樹脂封裝材料保護晶片，提供機械穩定性，並塑造光輸出光束以實現寬達 120 度的視角。
12. 技術趨勢
像 65-21 系列這樣的微型頂視 SMD LED 是光電技術朝著微型化、更高效率以及與自動化製造更緊密整合的廣泛趨勢的一部分。影響此類元件的產業關鍵持續發展包括：
- 效率提升:持續的材料科學改進旨在從相同尺寸的晶片產生更多的流明每瓦 (更高的光效)，從而允許更亮的輸出或更低的功耗。
- 顏色一致性改善:磊晶生長和分級製程的進步不斷收緊主波長和發光強度的公差，為設計師提供更均勻的光源。
- 可靠性增強:對更好的封裝材料和封裝技術的研究，帶來了更長的操作壽命以及對熱循環、濕度和其他環境應力的更高抵抗力。
- 與驅動器整合:市場趨勢是將控制電路 (恆流驅動器、PWM 控制器) 直接整合到 LED 封裝中，從而簡化終端使用者的電路設計。
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。 |