PLCC-2 LED 67-11-IB0100L-AM 規格書 - 冰藍色 - 120度視角 - 3.1V - 10mA - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件詳述一款採用PLCC-2（塑膠引腳晶片載體）表面黏著封裝之高亮度冰藍色LED的規格。此元件專為嚴苛環境下的可靠性與效能而設計，具備寬廣的120度視角，並通過針對汽車元件之嚴格的AEC-Q101標準認證。其主要設計目的是為汽車內裝應用提供一致且鮮明的照明，同時確保在各種電氣與熱條件下的長壽命與穩定性。

1.1 核心優勢

• 高亮度效率：在標準順向電流10mA下，可提供典型值300毫燭光（mcd）的發光強度，確保明亮可見的輸出。
• 廣角照明：120度視角提供寬廣且均勻的光線分佈，非常適合背光面板與指示燈。
• 汽車級可靠性：AEC-Q101認證確認其適用於汽車電子中常見的嚴苛環境條件，包括大幅溫度波動與振動。
• 強固的ESD防護：可承受高達8kV（人體放電模型）的靜電放電，增強了處理與組裝的穩健性。
• 環保合規：本產品符合RoHS（有害物質限制指令）與REACH法規，支持全球環保標準。

1.2 目標市場與應用

此LED專門針對汽車電子市場。其主要應用領域包括：

• 汽車內裝照明：用於腳部空間、門把、杯架及一般車廂環境照明。
• 開關背光：為儀表板、中控台及方向盤上的按鈕與控制裝置提供清晰的視覺指示。
• 儀表板指示燈：用於駕駛儀表板內的警告燈、狀態指示燈及儀表背光。

2. 深入技術參數分析

2.1 光度與電氣特性

操作參數定義了LED在標準測試條件（Ts=25°C）下的性能。

• 順向電流（I_F）：建議操作電流為10mA，絕對最大額定值為20mA。最低操作電流需2mA。
• 發光強度（I_V）：在10mA下，強度典型值可達355 mcd，標準分級保證最小值為140 mcd，最大值為560 mcd。量測容差為±8%。
• 順向電壓（V_F）：在10mA下典型值為3.1V，範圍從最小值2.75V到最大值3.75V。順向電壓具有負溫度係數，會隨著接面溫度上升而下降。
• 視角（φ）：定義為強度降至峰值一半時的全角。此LED提供寬廣的120° ± 5°視角。
• 色度座標（CIE x, y）：典型色點為（0.18, 0.23），定義其冰藍色調。這些座標的容差為±0.005。

2.2 熱特性

熱管理對於LED壽命與性能穩定性至關重要。

• 熱阻（R_{th JS}）：接面至焊點熱阻指定有兩個數值：130 K/W（實際量測值）與100 K/W（電氣計算值）。此參數表示熱量從LED晶片傳導至PCB的效率。
• 接面溫度（T_J）：最大允許接面溫度為125°C。超過此限制可能導致永久性劣化。
• 操作與儲存溫度：元件額定連續操作溫度範圍為-40°C至+110°C，適用於全球汽車應用。

2.3 絕對最大額定值

這些是任何情況下均不得超過的應力極限，以防止永久損壞。

• 功率消耗（P_d）：最大75 mW。
• 突波電流（I_FM）：可承受持續時間≤10μs、低工作週期（D=0.005）的300mA脈衝。
• 逆向電壓（V_R）：此LED並非設計用於逆向偏壓操作。施加逆向電壓可能導致立即故障。
• 焊接溫度：可承受峰值溫度260°C、最長30秒的回流焊接，與標準無鉛焊接製程相容。

3. 性能曲線分析

3.1 順向電流 vs. 順向電壓（I-V曲線）

圖表顯示非線性關係。順向電壓隨電流增加，但呈現負溫度係數。設計限流電路時必須考慮此點，因為V_F會隨著LED在操作中升溫而下降。

3.2 相對發光強度 vs. 順向電流

在較低電流範圍內，光輸出與電流大致呈線性關係，但在電流接近最大額定值（20mA）時，可能出現效率下降（效能降低）的跡象。建議在典型值10mA或以下操作，以獲得最佳效率與壽命。

3.3 相對發光強度 vs. 接面溫度

發光強度隨接面溫度上升而降低。圖表顯示當T_J接近140°C時，輸出可能降至其室溫值約40%。這凸顯了有效的PCB熱設計（使用散熱孔、足夠的銅箔面積）對於維持亮度的重要性。

3.4 色度偏移

順向電流與接面溫度均會影響LED的色度座標。ΔCIE-x與ΔCIE-y的圖表顯示輕微偏移。雖然偏移範圍很小，但在需要不同操作條件下或使用多顆LED陣列時嚴格要求顏色一致性的應用中，應予以考慮。

3.5 順向電流降額曲線

此關鍵圖表根據焊墊溫度（T_S）定義最大允許連續順向電流。隨著T_S上升，最大允許I_F必須降低，以保持接面溫度低於125°C。例如，在T_S為110°C時，最大I_F為20mA。此曲線對於確定最終應用中的安全操作條件至關重要。

3.6 允許脈衝處理能力

圖表顯示脈衝寬度（t_p）、工作週期（D）與允許峰值脈衝電流（I_FA）之間的關係。對於低工作週期（0.005）下的極短脈衝（例如10μs），LED可處理高達300mA的電流。這對於設計閃光或脈衝信號功能很有用。

3.7 光譜分佈

相對光譜分佈圖顯示冰藍色LED的峰值波長特性。尖銳的主峰確保了顏色純度。在紅色或綠色區域沒有顯著的次峰，確認了預期的顏色輸出。

4. 分級系統說明

為確保量產的一致性，LED會根據關鍵參數進行分級。

4.1 發光強度分級

LED根據在10mA下量測的發光強度分為多個等級（L1至GA）。每個等級涵蓋對數尺度上的特定範圍（例如，T1：280-355 mcd，T2：355-450 mcd）。規格書標示了此特定產品型號的可能輸出等級。設計師在下單時必須指定所需等級，以確保使用多顆LED的組件中亮度均勻。

4.2 顏色分級

標準冰藍色分級結構定義於CIE 1931色度圖內。提供的表格列出特定分級代碼（例如CM0、CL3）及其對應的CIE x與y座標邊界。這允許選擇色點幾乎相同的LED，對於像背光這類相鄰LED間顏色不匹配在視覺上無法接受的應用至關重要。

5. 機械與封裝資訊

5.1 機械尺寸

PLCC-2封裝是標準的表面黏著設計。尺寸圖（參閱PDF）提供關鍵尺寸，包括本體長度、寬度、高度、引腳間距與焊墊位置。遵守這些尺寸對於PCB焊墊設計與自動貼片組裝至關重要。

5.2 建議焊接焊墊佈局

提供建議的PCB焊墊圖案設計。此圖案針對回流焊接過程中形成可靠的焊點進行了優化，確保與PCB有適當的機械連接與熱傳導。遵循此建議有助於防止墓碑效應或不良焊接。

5.3 極性識別

PLCC-2封裝通常在元件本體一角有成型缺口或標記陰極。在PCB組裝過程中，正確的極性方向對於確保LED功能至關重要。禁止施加逆向電壓。

6. 焊接與組裝指南

6.1 回流焊接溫度曲線

元件與標準無鉛（SnAgCu）回流焊接製程相容。溫度曲線包括預熱、保溫、回流與冷卻階段，峰值溫度不超過260°C，最長30秒。高於217°C（液相線溫度）的時間應加以控制，以確保形成適當的焊點而不損壞LED封裝。

6.2 使用注意事項

• ESD注意事項：儘管額定為8kV HBM，在組裝過程中仍應遵循標準ESD處理程序（使用接地腕帶、工作站與導電容器）。
• 電流限制：始終使用恆流源或與電壓源串聯的限流電阻來驅動LED。直接連接到超過V_F的電壓源將導致過大電流與故障。
• 熱管理：實施適當的PCB熱設計。使用降額曲線根據預期的最高環境溫度與PCB熱性能來確定安全操作電流。
• 清潔：若焊接後需要清潔，請使用相容且不會損壞塑膠透鏡或環氧樹脂的溶劑。
• 儲存條件：在指定的-40°C至+110°C溫度範圍內，儲存於乾燥、防靜電的環境中。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 包裝資訊

LED以帶狀與捲盤形式供應，這是自動表面黏著組裝設備的標準包裝。提供捲盤規格（帶寬、口袋間距、捲盤直徑）以確保與組裝線送料器的相容性。

7.2 料號與訂購資訊

基礎料號為67-11-IB0100L-AM。此編號編碼了關鍵屬性：

• 67-11：可能表示封裝類型（PLCC-2）及/或系列。
• IB：表示冰藍色。
• 0100L：可能與亮度等級或產品代碼相關。
• AM：可能表示汽車級或特定修訂版。

8. 應用設計考量

8.1 驅動電路設計

為穩定操作，建議使用恆流驅動器而非簡單的電阻限壓源，特別是在供電電壓（例如12V電池）可能大幅變化的汽車環境中。驅動器應設計為在預期的輸入電壓範圍與溫度下提供所需電流（例如10mA）。

8.2 PCB上的熱設計

為維持性能與壽命：

• 使用具有足夠銅箔厚度的PCB。
• 採用連接到較大銅箔平面或內部接地層的散熱焊墊，並透過多個散熱孔連接。
• 遵循降額曲線。若焊點處的PCB溫度預計達到80°C，則必須從絕對最大值20mA相應降低最大連續電流。

8.3 光學整合

120度視角適合廣域照明。對於需要更聚焦光線的應用，可能需要二次光學元件（透鏡、導光板）。設計導光板或擴散板時應考慮冰藍色座標，以達到所需的最終色彩效果。

9. 技術比較與差異化

與通用PLCC-2 LED相比，此元件為汽車應用提供顯著優勢：

• 可靠性：AEC-Q101認證涉及嚴格的壓力測試（高溫儲存、溫度循環、濕度等），這是商用級元件所不需要的。
• 擴展溫度範圍：環境溫度最高可操作至+110°C，超過商用LED典型的+85°C限制，這對於車輛中靠近熱源的位置是必要的。
• 受控分級：詳細的強度與顏色分級確保了一致性，這在低成本替代品中較不嚴格或不存在。
• ESD穩健性：8kV HBM ESD額定值提供了更高的安全餘裕，防止製造與處理過程中的靜電損壞。

10. 常見問題（FAQ）

10.1 建議的操作電流是多少？

典型操作電流為10mA。它可以在最低2mA至絕對最大值20mA之間操作，但在10mA下操作能提供亮度、效率與長期可靠性的最佳平衡。

10.2 如何選擇正確的限流電阻？

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（3.75V）進行最壞情況設計，以確保電流絕不超過期望值。對於12V電源與10mA目標：R = (12V - 3.75V) / 0.01A = 825Ω。使用下一個較高的標準值（例如820Ω或1kΩ），並計算電阻上的功率消耗（P = I²R）。

10.3 為何熱管理如此重要？

高接面溫度直接導致三個問題：1)發光輸出下降：光輸出降低。2)色偏：發射顏色可能改變。3)加速劣化：LED壽命呈指數級縮短。透過PCB進行適當的散熱對於維持指定性能是不可妥協的。

10.4 可以將多顆LED串聯或並聯嗎？

串聯連接通常是首選，因為所有LED承載相同電流，確保亮度均勻。電源電壓必須高於所有V_F values. 並聯連接不建議在沒有為每顆LED配備獨立限流電阻的情況下使用，因為V_F的微小變化可能導致顯著的電流不平衡，造成亮度不均並可能使某顆LED過度應力。

11. 實務設計案例研究

11.1 汽車儀表板開關背光

情境：為儀表板上的一排5個相同按鈕開關設計背光。

• 設計目標：所有按鈕均勻、冷藍色的照明。
• 實施：
  1. LED選擇：指定料號67-11-IB0100L-AM，並要求嚴格的顏色等級（例如CM2）與特定的發光強度等級（例如T1：280-355 mcd），以確保一致性。
  2. 電路：將所有5顆LED串聯，使用單一設定為10mA的恆流驅動器。假設典型V_F為3.1V，驅動器需要輸出順從電壓 > 15.5V（5 * 3.1V）。12V汽車電源不足，因此需要升壓轉換器或從穩壓的較高電壓（例如18V）操作的驅動器。
  3. PCB佈局：將每顆LED直接放置在其對應的開關擴散板後方。PCB焊墊設計嚴格按照建議的焊墊佈局。將每顆LED的散熱焊墊連接到板上的專用銅箔鋪設區域，並透過多個散熱孔連接到內部接地層以散熱。
  4. 驗證：組裝後，在高環境溫度室（例如+85°C）中操作時，量測靠近一顆LED的焊墊溫度。使用降額曲線驗證在量測到的T_S.

12. 工作原理

這是一種半導體發光二極體（LED）。當在陽極與陰極之間施加超過其能隙能量的順向電壓時，電子與電洞在半導體晶片（通常基於InGaN材料，用於藍色/白色/冰藍色）的主動區域中復合。此復合過程以光子（光）的形式釋放能量。半導體層的特定成分決定了發射光的波長（顏色）。塑膠PLCC封裝封裝了晶片，提供機械保護，並包含一個成型透鏡，以塑造光輸出，實現120度視角。

13. 技術趨勢

此類LED的發展受到汽車與一般照明產業幾個關鍵趨勢的推動：

• 效率提升（lm/W）：持續的材料科學改進旨在每單位電輸入功率（瓦特）產生更多光輸出（流明），從而降低能耗與熱負載。
• 更高可靠性與壽命：封裝材料、晶片貼裝技術與螢光粉技術（用於白光LED）的進步持續推高平均故障間隔時間（MTBF）數值，超過50,000小時。
• 微型化：對更小、更密集電子組件的需求推動了更小封裝形式（例如晶片級封裝）LED的發展，同時維持或改善光輸出。
• 智慧與適應性照明：與控制系統整合以實現動態照明效果、調光與色溫調整變得越來越普遍，儘管這通常涉及更複雜的LED驅動IC，而非LED元件本身。
• 嚴格的品質標準：採用如AEC-Q102（汽車應用中分離式光電半導體的更具體標準）等標準，代表著朝向更專業化且經過更嚴格測試的汽車用元件的趨勢。