橘色SMD LED規格書 - 2.0x1.25x1.1mm - 2.5V - 75mW - AlInGaP技術 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件提供一款高亮度橘色表面黏著元件（SMD）LED的完整技術規格。此元件專為現代電子組裝製程設計，採用適合自動化貼裝設備的緊湊型EIA標準封裝。它利用AlInGaP（磷化鋁銦鎵）半導體技術，產生具有高發光效率的鮮明橘色光源。本產品符合綠色製造標準，並依據RoHS指令為無鉛產品。

1.1 核心優勢

• 自動化相容：以8mm寬捲帶包裝於7吋捲盤供應，針對高速取放機進行優化。
• 迴焊製程就緒：相容於紅外線（IR）與氣相迴焊製程，確保量產時焊點可靠。
• 高亮度：在標準驅動電流20mA下，典型發光強度可達900 mcd。
• 寬視角：具備110度視角（2θ1/2），提供良好的光線擴散。
• 堅固結構：設計可承受標準SMD組裝與清潔製程。

2. 深入技術參數分析

2.1 絕對最大額定值

以下額定值定義了可能導致元件永久損壞的極限。不保證在此條件下操作。

• 功率耗散（Pd）：在Ta=25°C時為75 mW。這是LED封裝能夠安全以熱形式散發的最大功率。
• 直流順向電流（IF）：連續30 mA。可施加的最大穩態電流。
• 峰值順向電流：80 mA，僅允許在脈衝條件下（1/10工作週期，0.1ms脈衝寬度）。
• 逆向電壓（VR）：5 V。在逆向偏壓下超過此電壓可能導致接面崩潰。
• 操作溫度範圍：-40°C 至 +85°C。可靠操作的環境溫度範圍。
• 儲存溫度範圍：-40°C 至 +100°C。
• 降額：當環境溫度超過35°C時，直流順向電流必須以每攝氏度0.46 mA的速率線性降額，以防止過熱。

2.2 電光特性

在Ta=25°C及指定測試條件下量測，這些參數定義了典型性能。

• 發光強度（Iv）：範圍從450 mcd（最小）到1120 mcd（最大），在IF=20mA時典型值為900 mcd。使用過濾至CIE明視覺響應曲線的感測器量測。
• 順向電壓（VF）：典型值為2.5V，在IF=20mA時範圍從1.7V到2.5V。在特定電壓分級內，容差為±0.1V。
• 峰值波長（λP）：611 nm。光譜發射最強的波長。
• 主波長（λd）：605 nm。人眼感知的單一波長，源自CIE色度圖。
• 光譜半高寬（Δλ）：15 nm。在峰值強度一半處的發射光譜寬度，表示色彩純度。
• 逆向電流（IR）：在VR=5V時最大為100 μA。
• 電容（C）：在VF=0V，f=1 MHz下量測，典型值為40 pF。

3. 分級系統說明

為確保應用中的一致性，LED會根據性能進行分級。兩個關鍵參數被分級：發光強度與順向電壓。

3.1 發光強度分級

單位：mcd @ IF=20mA。每個分級的容差為±15%。

• U1：450.0 – 560.0 mcd
• U2：560.0 – 710.0 mcd
• V1：710.0 – 900.0 mcd
• V2：900.0 – 1120.0 mcd

3.2 順向電壓分級

單位：V @ IF=20mA。每個分級的容差為±0.10V。

• 0：1.7 – 1.8 V
• 1：1.8 – 1.9 V
• 2：1.9 – 2.0 V
• 3：2.0 – 2.1 V
• 4：2.1 – 2.2 V
• 5：2.2 – 2.3 V
• 6：2.3 – 2.4 V
• 7：2.4 – 2.5 V

設計人員應選擇適當的分級代碼，以符合其應用對亮度和電壓一致性的要求，特別是在多顆LED並聯使用時。

4. 性能曲線分析

雖然規格書中參考了特定的圖形曲線（圖1、圖6），但其含義對設計至關重要。

4.1 發光強度 vs. 順向電流

在建議的操作範圍內，光輸出（Iv）大致與順向電流（IF）成正比。將LED驅動至20mA以上會增加亮度，但也會產生更多熱量，需要謹慎的熱管理並遵守絕對最大額定值。

4.2 順向電壓 vs. 順向電流

V-I特性是非線性的。順向電壓具有正溫度係數，這意味著在給定電流下，它會隨著接面溫度升高而略微下降。

4.3 光譜分佈

發射光譜以611 nm（峰值）為中心，具有相對較窄的15 nm半高寬，這是AlInGaP技術的特點，提供飽和的橘色光。

4.4 熱考量

超過35°C時，每攝氏度0.46 mA的降額因子對可靠性至關重要。在高環境溫度環境或PCB設計不良的情況下，必須降低最大允許連續電流，以防止超過接面溫度限制並加速流明衰減。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

此LED符合業界標準的SMD封裝外形。關鍵尺寸（以毫米為單位）定義了其佔位面積：長度約2.0mm，寬度約1.25mm，高度約1.1mm。詳細圖紙指定了焊盤間距、元件高度和透鏡幾何形狀。

5.2 極性識別

陰極有明確標記。組裝時的正確方向至關重要。提供了建議的PCB焊盤佈局，以確保迴焊過程中正確的焊接和機械穩定性。

5.3 捲帶包裝

• 捲帶：元件裝載於8mm寬的凸起載帶中。
• 捲盤：載帶纏繞在標準7吋（178mm）直徑的捲盤上。
• 數量：每滿盤4000顆。
• 包裝：符合EIA-481-1-B規範。最多允許連續兩個缺失元件（空穴）。

6. 焊接與組裝指南

6.1 迴焊溫度曲線

建議採用符合J-STD-020B的無鉛迴焊溫度曲線。

• 預熱：120–150°C，最長120秒。
• 峰值溫度：最高260°C。
• 液相線以上時間：在峰值溫度區域內最長30秒。
• 需要控制升溫和冷卻速率以防止熱衝擊。

6.2 手工焊接

若需手工焊接：

• 烙鐵溫度：最高300°C。
• 焊接時間：每引腳最長3秒。
• 此操作應僅執行一次，以避免損壞塑膠封裝。

6.3 清潔

應僅使用指定的清潔劑。將LED在室溫下浸入乙醇或異丙醇中少於一分鐘是可接受的。未指定的化學品可能會損壞環氧樹脂透鏡或封裝。

6.4 濕度敏感性與儲存

根據JEDEC J-STD-020，本產品被歸類為濕度敏感性等級（MSL）3。

• 密封袋：儲存於≤30°C且≤90% RH。在袋子密封日期後一年內使用。
• 已開封袋：儲存於≤30°C且≤60% RH。必須在暴露於工廠環境條件後的168小時（7天）內完成焊接。
• 烘烤：如果濕度指示卡變為粉紅色（≥10% RH）或超過168小時使用期限，請在使用前以60°C烘烤至少48小時。未使用的零件應使用新的乾燥劑重新密封。

7. 應用設計建議

7.1 驅動電路設計

LED是電流驅動元件。為確保性能一致：

• 限流電阻：即使由恆流源驅動，也應始終為每個LED使用一個串聯電阻來設定工作電流。這有助於補償個別LED順向電壓的微小變化（Vf分級範圍）。
• 避免直接並聯：不建議將多個LED直接並聯而沒有各自的限流（規格書中的電路模型B）。順向電壓特性的微小差異可能導致顯著的電流不平衡，造成亮度不均，並可能使具有最低Vf的LED承受過度應力。
• 推薦電路（模型A）：使用一個電壓源（Vcc）、一個設定電流的電阻（R = (Vcc - Vf_LED) / I_LED）以及串聯的LED。對於每個並聯的LED分支重複此電路。

7.2 靜電放電（ESD）防護

LED對靜電放電敏感。在處理和組裝過程中必須採取預防措施：

• 操作人員必須佩戴接地腕帶或防靜電手套。
• 所有工作站、設備和儲存設施必須妥善接地。
• 使用離子風扇來中和可能積聚在塑膠透鏡上的靜電荷。
• 遵循ANSI/ESD S20.20標準的ESD控制程序。

7.3 熱管理

儘管功率耗散較低，但適當的PCB設計可延長使用壽命：

• 在PCB上使用足夠的銅箔面積連接至LED的散熱焊盤（陰極和陽極），以作為散熱片。
• 確保LED未放置在靠近其他顯著熱源的位置。
• 在高溫應用中嚴格遵守電流降額曲線。

8. 典型應用場景

此橘色LED適用於需要緊湊、明亮且可靠指示燈或光源的廣泛應用，包括但不限於：

• 狀態指示燈：消費性電子產品、家電和工業控制面板中的電源開啟、待機、充電和故障指示燈。
• 背光：小型LCD顯示器的側光、鍵盤照明以及緊湊裝置中的裝飾照明。
• 汽車內飾照明：儀表板指示燈、開關照明和氛圍照明（需符合特定汽車標準認證）。
• 標誌與裝飾：裝飾陣列中的點光源和簡單標誌。
• 感測器系統：作為光學感測器和遮斷偵測器中的光源。

9. 常見問題（FAQ）

9.1 我可以直接用3.3V或5V邏輯輸出驅動這顆LED嗎？

不行，不能直接驅動。您必須始終使用一個串聯的限流電阻。例如，要從5V電源以20mA驅動，典型Vf為2.5V：R = (5V - 2.5V) / 0.020A = 125歐姆。使用120歐姆或130歐姆的電阻是合適的。沒有電阻，過大的電流將流過，可能損壞LED。

9.2 為什麼電壓和強度需要分級系統？

製造過程會導致半導體特性自然變化。分級將LED分類為性能相近的組別。對於需要多個LED看起來亮度均勻的應用（例如陣列），指定相同的強度分級（例如V1）至關重要。同樣地，在並聯電路中使用相同電壓分級的LED可以簡化電流設定電阻的計算。

9.3 峰值波長與主波長有何不同？

峰值波長（λP）是LED發射最大光功率的物理波長。主波長（λd）是基於人類色彩感知（CIE圖表）的計算值；它是與我們實際看到的顏色最匹配的單一波長。對於像這種橘色的單色LED，它們通常接近但不完全相同。

9.4 打開防潮袋後的168小時使用期限有多關鍵？

對於MSL 3等級的元件非常關鍵。超過此時間的暴露會讓濕氣吸收到塑膠封裝中。在迴焊過程中，這些濕氣會迅速膨脹成蒸汽，導致內部分層、破裂（"爆米花效應"）或焊線失效。如果超過時間，必須進行烘烤以驅除濕氣。

10. 技術介紹與趨勢

10.1 AlInGaP技術

此LED基於生長在透明基板上的磷化鋁銦鎵（AlInGaP）半導體材料。這項技術在紅、橘、琥珀和黃色波長區域特別高效，與舊技術如磷化砷化鎵（GaAsP）相比，提供了更高的亮度和更好的溫度穩定性。使用透明基板允許更多光線從晶片中逸出，提高了外部量子效率。

10.2 產業趨勢

SMD LED的總體趨勢朝向：

• 效率提升：每瓦特產生更多流明或毫燭光，降低功耗和熱負載。
• 微型化：更小的封裝尺寸（例如0402、0201），適用於高密度PCB設計，同時保持或改善光輸出。
• 更高可靠性：改進材料和封裝技術以延長操作壽命，特別是在高溫和高濕度條件下。
• 更嚴格的分級：更精確的分類，為設計人員提供色彩和亮度極度一致的元件，這對於全彩顯示器和汽車照明等應用至關重要。
• 整合化：將驅動IC、保護元件和光學元件整合到單一封裝中的LED模組日益增長，簡化了終端產品設計。