迷你頂視LED 65-11系列規格書 - 尺寸3.2x2.8x1.9mm - 電壓2.75-3.65V - 功率110mW - 白光 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

65-11系列代表一個迷你頂視表面黏著元件（SMD）LED產品家族。此產品設計為一個緊湊的光學指示元件，採用InGaN（氮化銦鎵）半導體晶片來產生純白光輸出。LED封裝於水清樹脂中，這有助於其光學性能。一個關鍵的設計特點是封裝內整合的內部反射器。此反射器優化了光提取與耦合效率，使得此LED特別適合應用於導光管或導光條，其中高效的方向性光傳輸至關重要。

1.1 核心優勢與目標市場

此LED系列的主要優勢源自其封裝設計與材料選擇。120度（典型值）的廣視角確保了從各個角度都能有高可見度，這對於消費性電子產品、汽車儀表板及工業控制面板上的狀態指示燈至關重要。SMT（表面黏著技術）封裝允許使用標準IR（紅外線）迴焊製程進行高速自動化組裝，與穿孔元件相比，顯著降低了製造成本並提高了可靠性。本產品被指定為無鉛且符合RoHS（有害物質限制）指令，滿足全球環保法規。目標市場廣泛，涵蓋LCD與鍵盤背光（特別是在行動裝置中）、一般指示功能，以及需要耦合到壓克力或聚碳酸酯導光條的專業照明應用。

2. 深入技術參數分析

本節對規格書中指定的關鍵電氣、光學及熱參數提供詳細、客觀的解讀。理解這些極限與特性是進行可靠電路設計的基礎。

2.1 絕對最大額定值

絕對最大額定值定義了可能導致元件永久損壞的應力極限。這些並非正常操作條件。

• 逆向電壓（V_R）：5V。在逆向偏壓方向上超過此電壓可能導致接面崩潰。
• 連續順向電流（I_F）：30mA。這是可連續施加的最大直流電流。
• 峰值順向電流（I_FP）：100mA。此脈衝電流額定值（在1/10工作週期及1kHz頻率下）允許短暫的過電流狀況，適用於多工或產生更亮的閃爍。
• 功率消耗（P_d）：110mW。這是封裝在環境溫度（T_a）為25°C時，能以熱形式消散的最大功率。超過此限制有熱失控的風險。
• 靜電放電（ESD）：2000V（人體放電模型）。此額定值表示具有中等程度的內建ESD保護，但仍建議使用標準ESD預防措施進行操作。
• 操作與儲存溫度：-40°C 至 +85°C / -40°C 至 +90°C。這些範圍定義了使用與非操作儲存的環境條件。
• 焊接溫度：本元件可承受峰值溫度為260°C、持續10秒的IR迴焊焊接，或350°C、持續3秒的手工焊接。

2.2 電光特性

這些參數是在標準測試條件下（T_a=25°C，I_F=20mA）測量的，定義了元件的性能。

• 發光強度（I_V）：715 至 1800 mcd（毫燭光）。這是LED亮度的主要度量。寬廣的範圍表示使用了分級系統（見第3節）。規格使用20mA的典型順向電流。
• 視角（2θ_1/2）：120度（典型值）。這是發光強度降至其峰值一半時的完整角度。廣角是頂視封裝與擴散透鏡/反射器設計的結果。
• 順向電壓（V_F）：2.75V 至 3.65V。這是當以20mA驅動時，LED兩端的電壓降。此變化是由於半導體製程公差所致，並通過電壓分級進行管理。

3. 分級系統說明

為確保量產的一致性，LED會根據性能分組或分級。本規格書定義了發光強度與順向電壓的分級。

3.1 發光強度分級

LED根據其在20mA下測得的發光強度分為四個等級（V1、V2、W1、W2）。例如，V1等級的LED強度介於715至900 mcd之間，而W2等級的LED則介於1420至1800 mcd之間。設計師在訂購時必須指定所需等級，以確保其應用達到最低亮度水準。

3.2 順向電壓分級

順向電壓在E分類下分為三組（E5、E6、E7）。例如，E5等級涵蓋V_F從2.75V至3.05V。在將多個LED並聯連接的設計中，選擇相同電壓等級的LED至關重要，因為這能確保更均勻的電流分配與亮度。

3.3 色度座標分級

白光的顏色由其於CIE 1931色度圖上的座標（x, y）定義。規格書顯示了四個主要等級（B3、B4、B5、B6），定義了此圖上的特定區域。每個等級都有一個定義的四邊形區域。例如，B3等級涵蓋x座標約從0.283至0.304，y座標約從0.295至0.330的區域。此分級確保白光的色點（相關色溫 - CCT）落在可接受的範圍內，防止陣列中LED之間出現明顯的顏色差異。這些座標的公差為±0.01。

4. 性能曲線分析

典型特性曲線提供了LED在非標準條件下行為的深入見解。

4.1 相對發光強度 vs. 順向電流

此曲線顯示光輸出與電流並非線性比例。雖然輸出隨電流增加而增加，但效率（每瓦流明）通常在較高電流下會因晶片內產熱增加而降低。長時間以超過建議的20mA驅動LED將減少其壽命，並可能導致顏色偏移。

4.2 順向電流降額曲線

這是熱管理的關鍵圖表。它顯示了最大允許連續順向電流作為環境溫度（T_a）的函數。隨著T_a升高，LED的散熱能力下降。因此，必須降低最大安全工作電流。例如，在環境溫度85°C時，最大連續電流顯著低於在25°C下指定的30mA絕對最大額定值。忽略此降額可能導致快速劣化。

3.3 相對發光強度 vs. 環境溫度

此曲線說明了光輸出的溫度依賴性。通常，基於InGaN的白光LED的發光強度會隨著接面溫度升高而降低。這對於在高溫環境下操作或LED被高強度驅動的應用來說是一個重要的考量，因為實際亮度將低於室溫規格。

4.4 順向電壓 vs. 順向電流與光譜分佈

V_Fvs. I_F曲線顯示了二極體的指數型I-V特性。光譜分佈圖顯示了在不同波長下發射的相對功率。對於使用帶有螢光粉塗層的藍光晶片的白光LED，其光譜將在藍色區域（來自晶片）有一個峰值，並在黃/綠/紅區域（來自螢光粉）有一個更寬的峰值。組合輸出被人眼感知為白光。

4.5 輻射圖

此極座標圖直觀地表示了視角與光的空間分佈。120度的視角在此得到確認，顯示了強度如何隨著遠離中心軸（0度）的角度而減弱。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

LED具有緊湊的SMD佔位面積。關鍵尺寸包括本體尺寸約為3.2mm（長）x 2.8mm（寬）x 1.9mm（高）。規格書提供了帶有公差的詳細圖紙，除非另有說明，公差通常為±0.1mm。這包括陽極與陰極焊墊的位置，這對於正確的PCB（印刷電路板）佈局以及自動取放組裝過程中的方向至關重要。

5.2 極性識別

封裝包含一個極性標記。通常，封裝上的凹口、圓點或切角表示陰極側。PCB佔位焊墊設計應反映此不對稱性，以防止錯誤放置。

6. 焊接與組裝指南

6.1 迴焊焊接參數

本元件與標準紅外線（IR）迴焊製程相容。建議的最大溫度曲線峰值為260°C，不應超過10秒。必須遵循受控的升溫與降溫曲線，以防止熱衝擊，熱衝擊可能導致樹脂封裝破裂或損壞內部打線。

6.2 手工焊接

如果需要手工焊接，應快速進行。建議使用350°C的烙鐵頭，每個引腳最多持續3秒。加熱時間過長會將過多熱量傳遞到LED晶片。

6.3 儲存條件

LED應儲存在其原始的防潮袋中，袋內放有乾燥劑，並置於受控環境中，通常低於30°C及60%相對濕度。如果袋子被打開，元件可能會吸收濕氣，這可能導致在迴焊焊接過程中因水氣快速膨脹而產生爆米花現象（封裝破裂）。開封後如需長期儲存，可能需要按照IPC/JEDEC標準進行烘烤程序。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 捲帶尺寸

LED以帶狀捲盤形式供應，用於自動化組裝。規格書提供了載帶、捲盤軸心及整體捲盤的尺寸。此資訊對於在SMT貼片機上設定送料機構是必要的。

7.2 標籤說明與型號編碼

捲盤或盒子上的產品標籤包含指定元件性能等級的代碼。關鍵代碼包括：
CAT：發光強度等級（例如：W1、V2）。
HUE：色度座標（例如：B4、B6）。
REF：順向電壓等級（例如：E5、E7）。
完整料號（例如：65-11/T2C-FV1W2E/2T）編碼了系列、封裝類型及可能的性能等級，允許精確識別與訂購。

8. 應用建議

8.1 典型應用場景

• 光學指示器：消費性電子產品、家電及汽車內飾中的電源狀態、模式選擇及警報指示燈。
• 耦合至導光條：廣視角與優化的反射器使此LED非常適合用於邊緣照明壓克力或聚碳酸酯導光管，常用於照亮符號、按鈕或創造均勻的背光面板。
• 背光：適用於小型LCD顯示器、手機鍵盤照明，以及背光薄膜開關或裝飾面板。
• 一般照明：可用於陣列，進行低亮度環境或重點照明。

8.2 設計考量

• 限流：務必使用串聯限流電阻或恆流驅動器。順向電壓會變化，因此不建議使用恆壓源驅動，因為這可能導致熱失控。
• 熱管理：對於需要高亮度或在溫暖環境中操作的設計，請確保足夠的PCB銅箔面積（散熱焊墊）以將熱量從LED焊點導出。
• 光學設計：當與導光管一起使用時，LED與導光管入口之間的距離與對準對於效率至關重要。建議進行光學模擬或製作原型。
• ESD保護：儘管本元件具有一些ESD保護，但在敏感線路上加入暫態電壓抑制或在組裝過程中使用ESD安全操作程序是良好的做法。

9. 技術比較與差異化

65-11系列透過其廣視角與針對導光條耦合優化的封裝之特定組合來實現差異化。與標準側視LED相比，頂視發光模式更適合LED垂直安裝於觀看表面的應用。與其他頂視LED相比，整合的內部反射器是一項旨在提高導光應用中光學效率的設計特點，在導光管系統中可能比沒有此特點的通用頂視LED提供更好的性能。

10. 常見問題（基於技術參數）

問：我可以連續以30mA驅動此LED嗎？
答：絕對最大額定值是在25°C環境溫度下的30mA。為了可靠的長期操作，建議在此最大值以下操作。指定的典型操作條件是20mA。此外，如果環境溫度高於25°C，則必須根據降額曲線降低電流。

問：為什麼發光強度範圍如此之大（715-1800 mcd）？
答：此範圍代表了所有生產等級的總分佈。個別LED被分選到更嚴格的等級中（V1、V2、W1、W2）。通過在訂購時指定所需的等級代碼，您可以確保收到具有一致且已知最低亮度的LED。

問：我如何選擇正確的限流電阻？
答：使用歐姆定律：R = (V_電源- V_F) / I_F。使用規格書中的最大V_F（或您指定的電壓等級），以確保在所有條件下電阻上有足夠的電壓降來正確限制電流。對於5V電源供應，在20mA時最大V_F為3.65V：R = (5 - 3.65) / 0.02 = 67.5Ω。一個標準的68Ω電阻將是合適的。同時務必計算電阻的額定功率：P = I²* R。

11. 實務設計與使用案例

案例：發光觸覺開關面板
一位設計師正在創建一個帶有多個需要背光的觸覺開關的控制面板。每個開關都有一個半透明蓋子和下方的導光條。選擇65-11 LED是因為其頂視發光與廣角能有效地將光耦合到導光條的基部。設計師選擇W1等級以獲得一致的中高亮度。LED被放置在PCB上，直接位於每個導光條下方。使用18mA的恆定電流（略低於20mA規格以增強壽命並減少熱量）。指定順向電壓等級E6，以確保當所有LED通過單一電壓軌並配備個別串聯電阻並聯供電時，亮度均勻。PCB佈局包括連接到接地層的小型散熱焊墊，以幫助散熱。

12. 工作原理介紹

此白光LED基於光致發光原理運作。核心是一個由InGaN製成的半導體晶片，當施加順向偏壓（電流）時，電子與電洞在其能隙處復合，從而發出藍光。此藍光並非直接發射。相反，它照射到沉積在晶片上或周圍的一層螢光粉塗層（通常是YAG:Ce - 摻雜鈰的釔鋁石榴石）。螢光粉吸收一部分藍色光子，並在黃色和紅色區域的更寬光譜範圍內重新發射光。人眼將剩餘的藍光與轉換後的黃/紅光的混合物感知為白光。白光的確切色調或相關色溫（CCT）由螢光粉層的成分與厚度決定。

13. 技術趨勢

像65-11系列這樣的SMD LED的總體趨勢是朝向更高效率（每瓦更多流明），這在相同光輸出的情況下降低了功耗與熱量產生。同時也致力於提高顯色指數（CRI），特別是對於照明應用，這涉及使用更複雜的多螢光粉系統。小型化持續進行，甚至更小的封裝尺寸也變得可用。此外，將控制電子元件（如恆流驅動器或PWM（脈衝寬度調變）控制器）直接整合到LED封裝中（智慧型LED）是一個日益增長的趨勢，為終端用戶簡化了電路設計。用於藍光晶片的底層InGaN技術已經成熟，目前的研究重點在於減少高電流下的效率下降，並提高在更高操作溫度下的壽命。