T3C 系列 3030 單色 LED 規格書 - 尺寸 3.0x3.0mm - 電壓 1.8-3.6V - 功率 1.04-1.44W - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

T3C 系列代表一系列專為通用及特殊照明應用設計的高性能單色發光二極體（LED）。本文件主要討論的型號為 3030 封裝版本，其特點在於緊湊的外形尺寸與穩健的熱管理設計。這些 LED 旨在提供高光通量輸出，同時在嚴苛條件下保持可靠運作。

本系列的核心優勢包括：強化散熱的封裝設計、允許更高亮度輸出的高電流驅動能力，以及確保光線均勻分佈的寬廣視角。本產品符合無鉛迴焊製程並遵循 RoHS 環保標準，適用於現代電子製造。

這些 LED 的目標市場廣泛，涵蓋室內照明解決方案、替換舊光源的改造專案、一般照明用途，以及需要特定單色光的建築或裝飾照明。

2. 技術參數深度解析

2.1 電光特性

電光性能規格係在接面溫度（Tj）為 25°C、順向電流（IF）為 350mA 的條件下定義。關鍵參數依顏色而異：

• 順向電壓（VF）：範圍從 1.8V（最小值，紅/黃色）到 3.6V（最大值，藍色）。典型值為：藍色 3.4V、綠色 3.0V、紅/黃色 2.2V。量測容差為 ±0.1V。
• 光通量：輸出依顏色差異顯著。典型值為：藍色 20 流明、綠色 82 流明、紅色與黃色 44 流明，量測容差為 ±7%。
• 400 mA（連續）。半強度角為 120 度，提供寬廣的光束模式。
• 熱阻（Rth j-sp）：此參數量測自 LED 接面至 MCPCB 上的焊點，藍色為 17 °C/W，綠色為 15 °C/W，紅/黃色為 10 °C/W。
• 靜電放電（ESD）：所有顏色的人體放電模型（HBM）等級均為 1000V，表示具備標準的 ESD 防護能力。

2.2 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能導致永久損壞的極限。所有數值均在 Tj=25°C 下指定。

• 順向電流（IF）： mA (continuous).
• 脈衝順向電流（IFP）：600 mA，條件為脈衝寬度 ≤100μs 且工作週期 ≤1/10。
• 功率消耗（PD）：依顏色而異：藍色 1440 mW、綠色 1360 mW、紅/黃色 1040 mW。
• 逆向電壓（VR）：5 V。
• 工作溫度（Topr）：-40°C 至 +105°C。
• 儲存溫度（Tstg）：-40°C 至 +85°C。
• 接面溫度（Tj）：110 °C（最大值）。
• 焊接溫度（Tsld）：指定在 230°C 或 260°C 下進行迴焊，時間為 10 秒。

操作時絕對不可超過這些額定值，因為在指定參數範圍之外，LED 特性可能會劣化。

3. 分級與分檔系統

3.1 波長 / 顏色分級

LED 在 IF=350mA 和 Tj=25°C 的條件下，被分級到特定的波長區間，量測容差為 ±1nm。

• 藍色：455-460 nm, 460-465 nm, 465-470 nm。
• 綠色：520-525 nm, 525-530 nm, 530-535 nm。
• 紅色：615-620 nm, 620-625 nm, 625-630 nm。
• 黃色：585-590 nm, 590-595 nm, 595-600 nm。

3.2 光通量分檔

光通量輸出按字母代碼標識的等級進行分類。量測條件為 IF=350mA，Tj=25°C，容差為 ±7%。

• 藍色：AH (18-22 lm), AJ (22-26 lm), AK (26-30 lm)。
• 綠色：AS (72-80 lm), AT (80-88 lm), AW (88-96 lm), AX (96-104 lm)。
• 紅/黃色：AM (37-44 lm), AN (44-51 lm), AP (51-58 lm)。

3.3 順向電壓分檔

順向電壓亦進行分檔，以確保電氣特性的一致性，容差為 ±0.1V。

• 藍/綠色：H3 (2.8-3.0V), J3 (3.0-3.2V), K3 (3.2-3.4V), L3 (3.4-3.6V)。
• 紅/黃色：C3 (1.8-2.0V), D3 (2.0-2.2V), E3 (2.2-2.4V), F3 (2.4-2.6V)。

4. 性能曲線分析

本規格書包含數個 LED 性能的圖形化表示。這些曲線對於理解元件在不同操作條件下的行為至關重要。

• 光譜圖：顯示每種 LED 顏色的光譜功率分佈，定義了其純度與主波長。
• 順向電流 vs. 相對強度：說明光輸出如何隨驅動電流增加而變化，通常在高電流下由於效率下降而呈現次線性關係。
• 順向電流 vs. 順向電壓（IV 曲線）：描繪電流與電壓之間的指數關係，對於設計正確的驅動電路至關重要。
• 視角分佈圖：顯示空間強度模式的極座標圖，確認 120 度的視角。
• 環境溫度 vs. 相對光通量：展示熱淬滅效應，即當環境（進而接面）溫度升高時，光輸出會下降。
• 環境溫度 vs. 相對順向電壓：顯示順向電壓如何隨溫度升高而下降，這是半導體接面的特性。
• 最大順向電流 vs. 環境溫度：一條降額曲線，指定在給定環境溫度下允許的最大連續電流，以防止超過最大接面溫度。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

本 LED 採用 3030 表面黏著元件（SMD）封裝。關鍵尺寸包括本體尺寸為 3.00 mm x 3.00 mm。封裝高度從電路板表面算起約為 1.43 mm。焊接墊（焊墊圖案）設計用於可靠安裝，陽極和陰極焊墊有特定尺寸以確保形成適當的焊錫圓角。極性標示清晰，通常在封裝底部有陰極指示標記。除非另有說明，尺寸容差為 ±0.1 mm。

6. 焊接與組裝指南

6.1 迴焊製程曲線

本 LED 相容於標準無鉛迴焊製程。提供詳細的製程曲線：

• 預熱：在 60-120 秒內從 150°C 升溫至 200°C。
• 升溫速率：從液相線溫度到峰值溫度，最大為每秒 3°C。
• 液相線溫度（TL）：217°C。
• 高於液相線時間（tL）：60-150 秒。
• 封裝本體峰值溫度（Tp）：最高 260°C。
• 峰值溫度 ±5°C 內時間（tp）：最長 30 秒。
• 降溫速率：從峰值溫度到液相線溫度，最大為每秒 6°C。
• 總循環時間：從 25°C 到峰值溫度，最長 8 分鐘。

嚴格遵循此製程曲線對於防止熱衝擊、焊點問題或損壞 LED 封裝與內部晶片黏著至關重要。

7. 應用說明與設計考量

7.1 典型應用情境

這些單色 LED 適用於需要特定色點而無需螢光粉轉換的應用。

• 室內照明：可用於重點照明、標誌或特定顏色的情境照明。
• 改造專案：直接替換現有燈具中的舊式單色光源。
• 一般照明：與其他顏色組合使用或用於陣列以產生彩色照明效果時。
• 建築/裝飾照明：建築立面照明、燈箱字體以及需要精確色彩控制的藝術裝置。

7.2 設計考量

• 熱管理：儘管採用強化散熱封裝，適當的散熱設計仍然至關重要，特別是在接近最大額定值操作時。應使用熱阻值來計算所需的散熱措施，以將接面溫度維持在 110°C 以下。
• 電流驅動：使用適合順向電壓分檔及所需亮度的恆流驅動器。必須遵循最大電流相對於環境溫度的降額曲線。
• 光學設計：寬廣的 120 度視角若需要更集中的光束，可能需要二次光學元件（透鏡、反射器）。
• ESD 預防措施：組裝過程中應遵循標準的 ESD 處理程序，因為 1000V HBM 等級僅為基礎防護。

8. 技術比較與差異化

雖然原始文件中未提供與其他產品的直接比較，但可從其規格推斷此 T3C 3030 系列的關鍵差異化特點：

• 高電流驅動能力：3030 封裝具備 400mA 連續額定值具有競爭力，能實現更高的光通量密度。
• 強化散熱設計：明確提及此功能，表明相較於標準封裝，其針對更好的熱量導出進行了優化，可能帶來更長的使用壽命和穩定的性能。
• 全面的分檔系統：針對波長、光通量和電壓的詳細分檔，可在多 LED 應用中實現緊密的色彩與亮度匹配，減少複雜校準的需求。
• 高溫操作能力：工作溫度範圍高達 +105°C 且接面溫度為 110°C，顯示其適用於嚴苛環境的穩健性。

9. 常見問題（基於技術參數）

問：光通量隨時間衰減的主要原因為何？
答：雖然本規格書未明確說明，但主要原因通常是高接面溫度和驅動電流。在指定的絕對最大額定值（特別是 Tj 和 IF）內操作，並實施有效的熱管理，對於最大化 LED 壽命至關重要。

問：我可以用恆壓源驅動此 LED 嗎？
答：不建議。LED 是電流驅動元件。其順向電壓具有負溫度係數，且不同分檔間存在差異。使用恆壓源可能導致熱失控或亮度不一致。請務必使用恆流驅動器。

問：如何解讀光通量的典型值和最小值？
答：典型值是在測試條件下的預期平均輸出。最小值是該光通量分檔的保證最小值。設計師應使用最小值進行最壞情況計算，以確保應用中有足夠的光輸出。

問：為何每種顏色的功率消耗不同？
答：功率消耗（PD）計算為順向電流（IF）乘以順向電壓（VF）。由於不同顏色的典型 VF 差異顯著（例如，在 350mA 下，藍色約 3.4V，紅色約 2.2V），因此產生的功率（以及產生的熱量）也不同。

10. 設計與使用案例研究

情境：設計一條彩色建築立面照明燈條。

1. 顏色選擇：設計師選擇 T3C 系列的綠色 LED 以獲得特定色調，並選擇 525-530 nm 波長分檔以確保一致性。
2. 亮度計算：針對特定照度目標，設計師採用保守設計，使用 AS 分檔的最小光通量值（350mA 下 72 lm）。他們計算每米所需的 LED 數量。
3. 熱設計：燈條將被封裝。設計師使用綠色的熱阻（Rth j-sp）15 °C/W 以及估計的環境溫度，計算 PCB 上所需的散熱墊或散熱片面積，以將 Tj 維持在 100°C 以下，確保長壽命。
4. 電氣設計：選擇一個能提供 350mA 的恆流驅動器。順向電壓分檔（例如 J3：3.0-3.2V）決定了驅動器的最低輸出電壓要求。LED 以適合驅動器的串聯/並聯組合方式排列。
5. 製造：組裝線遵循指定的迴焊製程曲線（峰值 260°C），以確保焊點可靠且不損壞 LED。

11. 運作原理

這些單色 LED 的光發射基於半導體晶片中的電致發光現象。當施加超過晶片能隙能量的順向電壓時，電子和電洞被注入活性區域並在此復合。復合過程中釋放的能量以光子（光）的形式發射出來。發射光的特定波長（顏色）——藍、綠、紅或黃——由構成晶片的半導體材料的能隙能量決定（例如，藍/綠色使用 InGaN，紅/黃色使用 AlInGaP）。3030 封裝容納此半導體晶粒，透過陽極和陰極提供電氣連接，並包含一個主要光學元件（通常是矽膠透鏡），用以塑造光輸出並提供寬廣的視角。

12. 技術趨勢

如 T3C 系列這類單色 LED 的發展受到幾個持續進行的產業趨勢影響：

• 效率提升（lm/W）：內部量子效率（IQE）和光提取效率的持續改進，驅動相同電輸入下更高的光輸出，從而降低能耗。
• 色彩純度與一致性改善：磊晶生長和製造控制的進步，導致更緊密的波長分檔以及批次間更一致的色點。
• 可靠性與壽命增強：對材料（例如更穩固的封裝材料）和封裝技術的研究，旨在減少流明衰減並增加操作壽命，特別是在高溫和高電流條件下。
• 高功率小型化：將更多光輸出塞進更小封裝的趨勢持續發展，這要求如本文提及的強化散熱封裝等更優異的熱管理解決方案。
• 色域擴展：雖然本規格書涵蓋標準顏色，但更廣泛的市場正在開發具有新穎波長（例如更深的紅色、青色）的 LED，用於園藝照明、顯示器背光和特殊感測等應用。