T20系列單色LED規格書 - 2016封裝 - 2.0x1.6x0.75mm - 40mA - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

T20系列是一系列專為通用照明應用設計的高性能、頂部發光單色發光二極體(LED)。本文件詳述的特定型號採用緊湊的2016表面黏著元件(SMD)封裝。此系列旨在透過適合自動化組裝製程的強化散熱封裝，提供可靠且高效的光輸出。

核心設計理念著重於平衡高光通量輸出與穩健的熱管理，即使在嚴苛條件下也能穩定運作。封裝針對無鉛迴流焊進行優化，符合現代環保與製造標準，並設計為符合RoHS指令。

2. 主要特性與應用

2.1 產品特性

• 頂部發光白光LED：光線垂直於安裝平面發射，適合直接照明。
• 強化散熱封裝設計：改善從LED晶片到PCB的熱傳導路徑，有助於管理接面溫度並維持效能與壽命。
• 高光通量輸出：以其緊湊尺寸提供明亮的光輸出，典型值依顏色而異（例如，綠色在40mA下為10流明，紅色為5.5流明）。
• 高電流驅動能力：額定順向電流(IF)為50 mA（連續），在特定條件下脈衝額定值(IFP)為75 mA。
• 緊湊封裝尺寸：2016封裝尺寸約為2.0mm x 1.6mm，允許高密度PCB佈局。
• 寬廣視角：典型視角(2θ1/2)為120度，提供寬廣、均勻的照明。
• 適用無鉛迴流焊：相容於使用無鉛焊料的標準SMT迴流焊製程。
• 符合RoHS規範：產品設計與製造符合有害物質限制指令。

2.2 目標應用

此LED系列用途廣泛，適用於各種照明場景，包括：

• 室內照明：整合至住宅、商業或工業室內空間的燈具中。
• 燈具改裝（替換）：作為現有燈具中老舊或低效光源的直接替換品。
• 通用照明：為廣泛產品提供主要或次要照明。
• 建築/裝飾照明：用於重點照明、標誌和需要特定單色的美學照明設計。

3. 技術規格詳解

3.1 電光與電氣特性

除非另有說明，所有測量均在接面溫度(Tj) 25°C、順向電流(IF) 40mA下指定。設計時必須考慮公差以保留餘裕。

3.1.1 電光特性

光通量輸出取決於顏色。提供典型值與最小值：

• 紅色 (RED)：典型值5.5流明，最小值2.0流明。
• 黃色 (YELLOW)：典型值5.0流明，最小值2.0流明。
• 藍色 (BLUE)：典型值2.3流明，最小值1.0流明。
• 綠色 (GREEN)：典型值10.0流明，最小值8.0流明。

光通量測量公差為±7%。

3.1.2 電氣特性

• 順向電壓 (VF)：依半導體材料而異。典型值範圍從紅色的2.1V到綠色的3.0V，最大限制達3.4V。公差為±0.1V。
• 逆向電流 (IR)：所有顏色在逆向電壓(VR) 5V下，最大為10 μA。
• 視角 (2θ1/2)：所有顏色典型值為120度，定義為光強度降至峰值一半時的離軸角度。
• 靜電放電 (ESD) 敏感度：所有顏色最低額定為1000V（人體放電模型，HBM），表示在標準處理預防措施下具有中等程度的ESD耐受性。

3.2 絕對最大額定值

超出這些限制的應力可能導致永久性損壞。為確保可靠性，操作條件應設計為遠低於這些額定值。

• 順向電流 (IF)：50 mA（連續直流）。
• 脈衝順向電流 (IFP)：75 mA（脈衝寬度≤100μs，工作週期≤1/10）。
• 逆向電壓 (VR)：5 V。
• 功率耗散 (PD)：紅/黃色：130 mW；藍/綠色：170 mW。
• 操作溫度 (Topr)：-40°C 至 +105°C。
• 儲存溫度 (Tstg)：-40°C 至 +85°C。
• 接面溫度 (Tj)：110°C（絕對最大值）。
• 焊接溫度 (Tsld)：迴流焊溫度曲線，峰值溫度為230°C或260°C，最長10秒。

注意：超過這些參數可能使LED特性偏離指定值。

4. 分級系統說明

為確保生產中的顏色與亮度一致性，LED會根據關鍵參數進行分級。

4.1 光通量分級

在IF=40mA、Tj=25°C條件下，光通量分為從AA到AG的代碼，並定義了最小與最大流明範圍。例如，代碼AF涵蓋10至14流明。這讓設計師能選擇符合其亮度需求的LED。

4.2 波長分級

主波長進行分級以控制色純度。為每種顏色指定範圍：

• 紅色：620-625 nm, 625-630 nm, 630-635 nm。
• 黃色：585-590 nm, 590-595 nm, 595-600 nm。
• 藍色：455-460 nm, 460-465 nm, 465-470 nm。
• 綠色：520-525 nm, 525-530 nm, 530-535 nm。

波長測量公差為±1nm。

4.3 順向電壓分級

順向電壓也進行分級，以輔助電流調節的電路設計。針對較低電壓顏色（紅/黃：1.8-2.6V，分階）和較高電壓顏色（藍/綠：2.6-3.4V，分階）提供不同的代碼範圍。公差為±0.1V。

4.4 料號編碼系統

料號結構（例如：T20**011F-*****）編碼了特定屬性，允許精確識別與訂購。關鍵元素包括類型代碼（20代表2016封裝）、色溫/顏色代碼、演色性指數（針對白光）、串聯/並聯晶片數量，以及定義性能標準的顏色代碼（例如，F代表ERP標準，M代表ANSI標準）。

5. 性能曲線分析

本規格書參考了兩個關鍵的性能圖形表示。

5.1 光譜圖

圖1. 光譜圖：此圖表通常顯示每種LED顏色（紅、黃、藍、綠）在Tj=25°C下的相對輻射功率與波長的關係。它直觀地定義了光譜純度與峰值波長，這直接關係到感知的顏色。窄光譜表示高色彩飽和度，這是單色LED的典型特徵。

5.2 視角分佈圖

圖2. 視角分佈圖：此極座標圖說明了LED的空間輻射模式。對於具有120度寬視角的頂部發光LED，曲線會顯示一個寬廣、類似朗伯分佈的圖形，其中強度在0度（垂直於LED表面）最高，並向邊緣平滑遞減。此模式對於設計光學元件和理解照明均勻性至關重要。

6. 機械與封裝資訊

6.1 封裝尺寸

2016 SMD封裝的標稱尺寸為長2.0mm、寬1.6mm、高0.75mm。底部視圖顯示了焊墊佈局和極性標記。陽極和陰極焊墊清晰標識，陰極通常由封裝上的標記或切角表示。除非另有規定，尺寸公差為±0.1mm。

6.2 極性識別

正確的極性至關重要。封裝包含一個視覺標記（例如點、線或切角）來識別陰極端子。焊墊圖案是不對稱的，以防止組裝過程中的錯誤放置。

7. 焊接與組裝指南

7.1 迴流焊溫度曲線

提供了適用於無鉛焊接製程的詳細迴流焊溫度曲線。關鍵參數包括：

• 預熱：在60-120秒內從150°C升至200°C。
• 升溫速率：升至峰值溫度的最大速率為3°C/秒。
• 液相線以上時間 (T_L=217°C)：60-150秒。
• 封裝體峰值溫度 (T_P)：最高260°C。
• 在T_P:±5°C內的時間：
• 最大30秒。降溫速率：
• 最大6°C/秒。總循環時間：

從25°C升至峰值溫度，最長8分鐘。

1. 7.2 重要注意事項迴流焊次數限制：
2. 建議不要對LED進行超過兩次的迴流焊。若第一次焊接後超過24小時才進行第二次迴流焊，LED可能會損壞。焊接後維修：
3. LED經過迴流焊後，不應在其上進行維修（例如使用烙鐵），因為局部熱量可能造成損壞。功率耗散：

必須注意應用的熱設計，確保功率耗散不超過絕對最大額定值，因為這直接影響接面溫度與使用壽命。

8. 包裝與訂購資訊

8.1 載帶與捲盤包裝

• 為配合自動化取放組裝，LED以凸輪式載帶和捲盤供應。載帶尺寸：
• 有明確規格以確保與送料器設備相容。捲盤容量：
• 每捲最多5000顆。累積公差：

每10個間距的累積公差為±0.2mm。

8.2 外箱包裝

• 捲盤進一步裝箱以便運輸和儲存。箱裝容量：
• 標準配置為每箱10捲，亦可選擇每箱30或60捲。標籤：

外箱和內袋標示關鍵資訊，包括料號、製造日期代碼、批號、數量及產品參數。防潮袋內含乾燥劑以保護元件。

9. 應用設計考量

9.1 LED驅動

LED是電流驅動元件。強烈建議使用恆流源而非恆壓源，以確保穩定的光輸出並防止熱失控。驅動器應設計為提供所需的工作電流（例如，標稱規格為40mA），同時保持在絕對最大額定值內。順向電壓分級資訊有助於計算驅動器所需的電壓餘裕。

9.2 熱管理

儘管採用了強化散熱封裝，有效的散熱對於效能與壽命仍至關重要。PCB佈局應使用足夠的銅箔面積（散熱焊墊）連接到LED的焊墊，以將熱量從接面導出。在最大額定電流或接近該值下運作會產生更多熱量，需要更積極的熱設計以保持接面溫度(Tj)遠低於其110°C的最大限制。

9.3 光學整合

120度的寬廣視角使這些LED適合需要寬廣、漫射照明而無需二次光學元件的應用。對於聚焦光束，則需要主光學元件（透鏡）或反射器。2016封裝的小光源尺寸有利於光學控制。

10. 技術比較與差異化

• 在單色SMD LED領域中，T20/2016系列憑藉以下特定優勢定位：相較於更小封裝（例如0603、0402）：
• 由於尺寸較大，提供顯著更高的光輸出和更好的熱性能，使其適用於更高功率的通用照明任務，而不僅是指示燈功能。相較於更大封裝（例如5050、7070）：
• 為空間受限的設計提供更緊湊的佔位面積，同時仍能提供可觀的光通量，在尺寸與性能之間取得平衡。強化散熱：
• 明確提及強化散熱封裝設計是與許多標準LED封裝的關鍵區別，意味著在連續運作下具有更好的可靠性。全面分級：

針對光通量、波長和電壓的詳細分級為設計師提供了高一致性應用所需的工具，這在其他LED系列中可能沒有如此嚴格的定義。

11. 常見問題 (FAQ)

11.1 "典型值"與"最小值"光通量有何不同？

"典型值"代表在測試條件下生產的平均或最常見輸出。"最小值"是保證的下限；任何符合規格的LED性能將達到或高於此水平。設計師應使用"最小值"進行最壞情況計算，以確保其應用滿足最低亮度要求。

11.2 我可以持續以最大電流50mA驅動此LED嗎？

雖然絕對最大額定值為50mA，但在此水平下連續運作將產生最大熱量，並可能將接面溫度推向其極限，除非採用卓越的熱管理。為獲得最佳壽命和穩定性能，建議在測試電流40mA或以下運作，或仔細模擬在50mA下的熱性能。

11.3 如何解讀料號以訂購正確的LED？

您必須參考料號編碼系統表格。您需要根據需求定義每個佔位符（X1到X10）：封裝類型（20代表2016）、所需顏色/波長、所需光通量分級、電壓分級以及特定的顏色代碼（例如，F代表ERP標準）。請向供應商提供完整構建的料號以進行精確訂購。

11.4 為何超過24小時後不建議進行第二次迴流焊？

這可能與濕氣敏感性有關。SMD封裝會從大氣中吸收濕氣。在快速迴流焊過程中，這些被困住的濕氣會汽化並導致內部分層或破裂（"爆米花效應"）。如果元件從其防潮袋中取出後未在特定時間內焊接，或暴露時間過長，則在第二次迴流焊前可能需要烘烤製程以去除濕氣。此注意事項簡化了這一點，建議除非遵循特定的處理程序，否則完全避免此做法。

12. 實際應用範例

1. 情境：設計一款裝飾性RGB洗牆燈。元件選擇：
2. 工程師從T20系列中選擇紅、綠、藍色LED。他們選擇特定的波長分級（例如，625-630nm紅、525-530nm綠、465-470nm藍）以達到所需的色域。他們也選擇中階光通量分級（例如代碼AC或AD）以獲得平衡的亮度。電路設計：
3. 設計三個獨立的恆流驅動器，每個顏色通道一個，設定為40mA。驅動器輸出電壓餘裕是根據規格書中的最大VF（例如，綠/藍色為3.4V）加上一些餘裕來計算的。PCB佈局：
4. 將LED放置在PCB上，並有充足的銅箔連接到其散熱焊墊。佈局遵循尺寸圖中推薦的焊墊圖案，以確保正確的焊接和對齊。熱分析：
5. 考慮到封閉式燈具，工程師計算了從接面到環境的預期熱阻。他們確保即使多個LED同時點亮，估計的Tj也能保持在85°C以下以獲得長壽命。組裝：

PCB組裝嚴格遵循指定的迴流焊溫度曲線。LED在袋子打開後於建議的時間內使用，以避免濕氣問題。

13. 工作原理簡介

發光二極體(LED)是一種當電流通過時會發光的半導體元件。此現象稱為電致發光。在T20系列這樣的單色LED中，一個半導體晶片（通常由AlInGaP（紅/黃）或InGaN（藍/綠）等材料製成）被封裝在內部。當施加超過晶片能隙電壓的順向電壓時，電子和電洞在半導體的主動區域復合，以光子（光）的形式釋放能量。半導體的特定材料組成和結構決定了發射光的波長（顏色）。封裝用於保護晶片、提供電氣連接，並包含螢光粉（用於白光LED）或透明圓頂/透鏡以塑造光輸出。2016封裝的設計重點在於有效提取此光線並管理由非輻射復合和電阻產生的熱量。

14. 技術趨勢

• 像T20系列這樣的SMD LED發展遵循幾個關鍵產業趨勢：效率提升 (lm/W)：
• 持續的材料科學和晶片設計改進不斷推動更高的發光效率，意味著每單位消耗的電能產生更多的光輸出。小型化與高功率：
• 趨勢是將更高的光輸出塞進更小的封裝中，正如2016的後繼者（如1010或更小的晶片）所見。這使得產品設計更為精巧。增強可靠性與熱管理：
• 隨著功率密度增加，採用先進的封裝材料（例如陶瓷基板、高導熱性模塑化合物）以更好地管理接面溫度，這是影響LED壽命的主要因素。標準化與分級：
• 產業趨向更精確和標準化的分級系統，為設計師提供可預測的性能，這對於需要數千個元件間顏色和亮度一致性的應用至關重要。智慧與整合型LED：