CH2525-RGBY0401H-AM LED 規格書 - SMD 陶瓷封裝 - 紅光623nm 綠光527nm 藍光460nm 黃光590nm - 40mA - 車規等級

1. 產品概述

本文件提供CH2525-RGBY0401H-AM高效能多色表面黏著元件（SMD）LED的全面技術分析。此元件專為嚴苛環境下的可靠性和效能而設計，採用堅固的陶瓷封裝，並將四個獨立的發光晶片整合於單一元件中。其主要設計目標是滿足需要精準混色、高亮度及長期穩定性的應用。

此LED的核心優勢在於其整合性。透過將紅、綠、藍、黃（RGBY）四色晶片整合在一個緊湊的SMD封裝內，簡化了PCB設計、減少了元件數量，並能實現超越標準RGB色域的複雜色彩生成，特別能增強暖白光與琥珀色調的表現。此元件特別依據嚴格的AEC-Q101離散半導體標準進行認證，使其成為汽車電子領域的理想選擇，在惡劣條件下的運作可靠性至關重要。

主要目標市場為汽車產業，特別是儀表板背光、開關指示燈及車內情境氣氛照明等內裝照明系統。次要應用包括一般裝飾照明、標誌及消費性電子產品，這些應用皆追求多色功能與高可靠性。

2. 深入技術參數分析

電氣與光學特性定義了LED的運作邊界與性能預期。

2.1 光度與色彩特性

此LED發射四種不同顏色，每種顏色在標準測試電流40mA及焊墊溫度25°C下，均有定義的光學特性。發光強度（衡量特定方向上的感知亮度）因顏色而異：紅光典型輸出為1200毫燭光（mcd），綠光為2300 mcd，藍光為360 mcd，黃光為1300 mcd。請務必注意，發光強度的量測容差為±8%。

視角定義為發光強度降至峰值一半時的離軸角度，綠光與藍光發射器為150度，紅光與黃光發射器為140度，容差為±5度。這表示其具有非常寬廣的輻射模式，適合區域照明。

色彩由峰值波長（λp）與主波長（λd）共同定義。典型主波長為：紅光：623 nm、綠光：527 nm、藍光：460 nm、黃光：590 nm，主波長具有±1 nm的嚴格容差。光譜分佈圖顯示每種顏色皆有明顯且分離良好的峰值，這對於精準混色至關重要。

2.2 電氣參數

順向電流（I_F）的運作範圍為10 mA至80 mA，40 mA為典型測試條件。不建議在低於10 mA的電流下運作。由於半導體材料特性不同，在40 mA時，各顏色的順向電壓（V_F）亦不同：紅光典型值為2.00V，綠光為2.80V，藍光為3.00V，黃光為2.40V，量測容差為±0.05V。此元件不設計用於逆向偏壓操作。

2.3 熱與可靠性參數

熱管理對於LED性能與壽命至關重要。規格書提供了從接面到焊點的熱阻（Rth_JS）的實際值與電氣等效值。例如，紅光發射器的Rth_JS_real為33 K/W，Rth_JS_el為25 K/W。這些數值用於根據功耗計算接面溫升。

絕對最大額定值設定了硬性限制：紅光/黃光的功耗（P_d）為220 mW，綠光/藍光為280 mW。最高接面溫度（T_J）為125°C。運作溫度範圍（T_opr）為-40°C至+110°C，證實其符合車規等級適用性。此元件可承受高達8 kV（人體放電模型）的靜電放電（ESD）。

3. 分級系統說明

規格書包含一個發光強度分級結構，根據輸出對LED進行分類。分級以英數字代碼（L1, L2, M1... R1）標示，代表最小與最大發光強度的範圍。例如，L1級涵蓋強度從11.2 mcd到14 mcd的LED，而R1級則從112 mcd開始。此系統讓設計師能選擇亮度一致的元件，以確保陣列或系統中外觀的均勻性。所提供的表格似乎是通用範本，CH2525-RGBY0401H-AM各顏色的具體分級將在詳細的產品規格或訂購指南中定義。

4. 性能曲線分析

特性曲線圖提供了LED在不同條件下行為的重要見解。

4.1 IV曲線與發光效率

順向電流對順向電壓圖顯示了典型的二極體指數關係。每種顏色的曲線具有不同的膝點電壓。相對發光強度對順向電流圖顯示，輸出隨電流增加而增加，但可能並非完全線性，特別是在高電流下，因發熱導致效率下降。

4.2 溫度依存性

相對發光強度對接面溫度圖對於熱設計至關重要。它顯示發光輸出會隨著接面溫度升高而降低。降低的速率（熱淬滅）因半導體材料而異；例如，紅光與黃光LED通常對溫度的敏感度低於藍光與綠光LED。主波長對接面溫度圖顯示，隨著溫度上升，色彩會發生偏移（通常朝向較長波長），這在對色彩要求嚴格的應用中必須加以考慮。

順向電流降額曲線根據焊墊溫度規定了最大允許順向電流。為確保接面溫度保持在125°C以下，必須隨著環境/焊墊溫度升高而降低電流。圖表提供了針對顏色組（紅/黃、綠、藍）的特定降額線。

4.3 空間與光譜分佈

每種顏色的典型輻射特性圖（極座標圖）直觀地確認了寬廣的視角。相對光譜分佈圖將歸一化強度對應波長繪製出來，清晰地顯示了每個顏色晶片的主要發射峰值，這對於理解混色潛力與濾波要求至關重要。

5. 機械與封裝資訊

此LED採用表面黏著元件（SMD）陶瓷封裝。相較於塑膠封裝，陶瓷封裝提供更優異的導熱性與機械強度，這對於高功率或高可靠性應用非常有益。具體的機械尺寸，包括長度、寬度、高度及引腳/焊墊間距，詳見機械尺寸章節（參見第17頁）。提供了建議的焊接焊墊佈局（第18頁），以確保在迴焊製程與運作期間形成良好的焊點、熱傳導及機械穩定性。四個顏色通道的極性或引腳分配，以及任何共陰極/陽極配置，將在本節中定義。

6. 焊接與組裝指南

此元件適用於峰值溫度260°C、持續時間最長30秒的迴焊焊接，與標準無鉛（Pb-free）焊接製程相容。應參考詳細的迴焊焊接溫度曲線圖（第18頁），該圖通常顯示升溫、預熱、液相、峰值及冷卻階段。遵循此溫度曲線對於防止熱衝擊、焊接缺陷或損壞LED晶片及封裝是必要的。濕度敏感等級（MSL）為第2級，表示封裝在進行迴焊焊接前，可在工廠環境條件下暴露長達一年而無需烘烤。使用注意事項（第21頁）可能包括避免ESD的處理方式、儲存條件及清潔建議。

7. 包裝與訂購資訊

包裝資訊（第19頁）說明了LED的供應方式，通常以捲帶包裝提供，適用於自動化取放組裝。詳細資訊包括捲盤尺寸、料袋間距及方向。料號CH2525-RGBY0401H-AM遵循可能的內部編碼系統，其中CH2525可能表示封裝類型/尺寸，RGBY表示顏色，0401可能與性能分級或版本相關，而AM可能表示車規等級。訂購資訊（第16頁）將詳細說明如何指定不同的分級或變體。

8. 應用建議

主要聲明的應用為汽車內裝照明與情境照明。在汽車內裝中，此LED可用於儀表板、資訊娛樂系統控制鍵的多色背光，以及在車艙內創造可自訂的情境照明區域。對於情境照明，其RGBY能力相較於標準RGB LED，能夠產生更廣泛的色彩範圍，包括更飽和、更溫暖的白光。

設計考量：

• 驅動電路：需要一個能夠獨立控制四個通道的恆流驅動器。必須考慮不同的順向電壓，可能需要獨立的電流調節器或複雜的多通道LED驅動IC。
• 熱管理：功耗，特別是在同時驅動多個顏色時，需要足夠的PCB銅箔面積（散熱焊墊），並可能需要連接散熱器，以維持低接面溫度，從而實現最佳的光輸出、色彩穩定性及使用壽命。
• 光學：寬廣的視角可能需要二次光學元件（透鏡、擴散片）來為特定應用塑造光束。
• 混色與控制：要實現一致且理想的色彩，需要進行校準，並可能使用感測器進行閉環色彩回饋，因為每個通道的輸出會隨電流和溫度而變化。

9. 技術比較與差異化

與標準塑膠SMD RGB LED相比，此元件的關鍵差異在於其陶瓷封裝（提供更好的散熱與可靠性）以及增加了專用的黃光發射器。黃光晶片顯著提高了所生成白光的演色性指數（CRI），並允許直接產生琥珀色，而無需混合紅光與綠光，後者通常效率較低且可能產生混濁的顏色。AEC-Q101認證是汽車應用的主要差異化因素，因為它驗證了元件在溫度、濕度及運作壽命測試下的性能，這是標準商用級LED所不具備的。

10. 常見問題（基於技術參數）

問：為何在相同的40mA電流下，藍光發射器的發光強度（360 mcd）遠低於綠光（2300 mcd）？

答：這主要是由於人眼的明視覺靈敏度曲線（V(λ)）。人眼對綠光（約555 nm）最敏感，對藍光（約460 nm）較不敏感。因此，對於相同的輻射功率（光學瓦特），綠光在光度單位（流明、燭光）上會顯得明亮得多。半導體材料的內部量子效率差異也扮演了一定角色。

問：我可以用恆壓源驅動此LED嗎？

答：強烈不建議。LED是電流驅動元件。其順向電壓具有容差且隨溫度變化。恆壓源可能導致過大電流、過熱及快速失效。請務必使用恆流驅動器或限流電路。

問：熱阻參數中提到的Rth_JS_real與Rth_JS_el有何區別？

答：Rth_JS_real是從半導體接面到焊點的實際量測熱阻。Rth_JS_el是一個電氣等效值，通常由對溫度敏感的順向電壓參數推導而來。設計師通常使用Rth_JS_real進行熱模擬，而Rth_JS_el可能用於電路內接面溫度估算技術。

11. 實務設計與使用範例

範例1：汽車情境照明控制器：一個模組使用四顆此類LED，分別安裝於汽車腳踏板的四個角落。一個具有PWM輸出的微控制器驅動一個四通道恆流驅動器。韌體允許使用者從預設顏色（例如：冷白光、暖白光、藍色、橙色）中選擇，或透過調整每個通道的佔空比來創建自訂顏色。陶瓷封裝確保了可靠性，儘管車輛地板附近可能會有較高的環境溫度。

範例2：建築用可調色崁燈：在一個崁入式崁燈中，將此類LED陣列安裝在金屬基板PCB上以利散熱。使用具有色彩校準與溫度補償功能的高階驅動器。該系統可以動態地將色溫從早晨清爽、提神的冷白光（高藍/綠混合）轉換到傍晚溫暖、放鬆的暖白光（高紅/黃混合），同時保持高演色性。

12. 運作原理

此元件基於半導體材料中的電致發光原理運作。當施加超過二極體能隙能量的順向偏壓時，電子與電洞在半導體的主動區複合，以光子（光）的形式釋放能量。發射光的特定波長（顏色）由每個晶片所用半導體材料的能隙能量決定：採用不同的化合物半導體（例如：紅光/黃光使用AlInGaP，綠光/藍光使用InGaN）來實現所需的顏色。四個晶片被封裝在單一的陶瓷封裝內，並具有獨立的電氣連接以供獨立控制。

13. 技術趨勢與背景

將多個顏色發射器（超越RGB）整合到單一封裝中是一個日益增長的趨勢，這是由汽車、專業照明及顯示應用中對更高品質光線與更靈活色彩控制的需求所驅動。加入專用的白光或琥珀光發射器，或如本例中的黃光，能改善特定色彩的演色性與效率。同時，業界持續推動更高的功率密度與效率（每瓦更多流明），這更加強調了熱管理的重要性，使得陶瓷及其他先進封裝材料更為普及。此外，將控制電子元件（例如驅動IC）直接與LED封裝整合，是簡化系統設計的新興趨勢。