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PLCC-2 紅光 LED 67-21-UR0200L-AM 規格書 - 120度視角 - 300mcd @ 20mA - 2.0V - 車規級 - 繁體中文技術文件

67-21-UR0200L-AM PLCC-2 封裝紅光 LED 完整技術規格書。特性包含典型發光強度 300mcd、120度視角、符合 AEC-Q101 車規認證及 RoHS/REACH 規範，適用於汽車內裝照明應用。
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目錄

1. 產品概述

本文件提供 67-21-UR0200L-AM 的完整技術規格，這是一款採用 PLCC-2 (塑膠引線晶片載體) 表面黏著封裝的高亮度紅光 LED。此元件主要為汽車產業設計，符合車輛應用所需的嚴格可靠性和性能標準。其核心功能是為儀表板指示燈、內裝照明及其他車艙內的狀態顯示提供高效、可靠的紅光照明。

此 LED 的主要優勢在於其性能與耐用性的結合。它在標準驅動電流 20 毫安培下，可提供 300 毫燭光的典型發光強度，確保了出色的可見度。此外，它具備 120 度的寬廣視角，適用於光源需要從多個角度觀看的應用。此元件通過 AEC-Q101 標準認證，這是汽車產業對分離式半導體元件的基準，確保其能夠承受汽車環境中典型的嚴苛條件（溫度、濕度、振動）。同時也確認符合 RoHS 和 REACH 法規。

1.1 目標市場與應用

此 LED 的主要目標市場是汽車電子領域。其具體應用聚焦於車輛內部，此處的可靠性和長期性能至關重要。

2. 深入技術參數分析

本節對規格書中定義的關鍵電氣、光學和熱參數提供詳細、客觀的解讀。理解這些數值對於正確的電路設計和確保長期可靠性至關重要。

2.1 光度學與光學特性

這些參數定義了 LED 的光輸出和顏色特性。

2.2 電氣特性

These parameters are critical for designing the driving circuit and ensuring the LED operates within its safe area.

2.3 熱特性

管理熱量對於 LED 的性能和壽命至關重要。過高的接面溫度會降低光輸出並可能導致早期失效。

3. 絕對最大額定值

這些是在任何情況下（即使是瞬間）都不得超過的應力極限。超過這些額定值運作可能導致永久損壞。

  • 突波電流 (IFM)：對於脈衝 ≤ 10 µs 且工作週期極低 (D=0.005) 的情況，為 100 mA。此額定值與承受短暫瞬變有關。
  • 逆向電壓 (VR)：此元件並非為逆向操作而設計。施加逆向電壓可能立即損壞 LED。若電路中可能出現逆向電壓，則需要保護措施（例如並聯一個二極體）。
  • 靜電放電 (ESD)：額定值為 2 kV（人體放電模型，HBM）。這是中等程度的 ESD 保護；組裝期間仍應遵循標準的 ESD 處理預防措施。
  • 迴焊溫度：在迴焊過程中，封裝可承受 260°C 的峰值溫度達 30 秒。

4. 性能曲線分析

規格書中的圖表說明了關鍵參數如何隨工作條件變化，為實際設計提供了必要的數據。

4.1 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V 曲線)

此基本圖表顯示了電流與電壓之間的指數關係。對於此 LED，在 20 mA 時，電壓通常為 2.0V。此曲線對於選擇合適的限流電阻或設計恆流驅動器至關重要。電壓隨電流非線性增加。

4.2 相對發光強度 vs. 順向電流

此圖表顯示光輸出隨電流增加，但並非完全線性，尤其是在較高電流時。它有助於在考慮效率的同時，確定達到所需亮度水平所需的驅動電流。

4.3 溫度相依性圖表

三個關鍵圖表顯示了接面溫度 (TJ) 的影響：

  • 相對發光強度 vs. TJ:光輸出隨溫度升高而降低。這是在汽車內裝等炎熱環境中應用時的一個關鍵考量。
  • 相對順向電壓 vs. TJ:順向電壓隨溫度升高而線性下降（紅光 LED 通常為 -2 mV/°C）。此特性有時可用於溫度感測。
  • 相對波長偏移 vs. TJ:主波長會隨溫度輕微偏移（通常為幾奈米），這在關鍵應用中可能影響顏色感知。

4.4 順向電流降額曲線

這是可靠性方面最重要的圖表之一。它顯示了最大允許連續順向電流與焊墊溫度 (TS) 的函數關係。隨著環境/焊墊溫度升高，最大安全電流會降低。例如，在最高焊墊溫度 110°C 時，最大允許連續電流為 30 mA。設計人員必須根據其應用最壞情況的溫度，確保工作電流低於此降額線。

4.5 允許脈衝處理能力

此圖表定義了針對不同脈衝寬度 (tp) 和工作週期 (D) 所允許的峰值脈衝電流。只要不超過平均功率和接面溫度限制，它允許 LED 以短暫的高電流脈衝驅動，以實現非常高的瞬時亮度。

5. 分級系統說明

由於製造變異，LED 會被分類到不同的性能等級中。這讓客戶可以選擇具有特定特性的元件。

5.1 發光強度分級

LED 根據其在 20mA 下的最小發光強度進行分組。規格書列出了從 L1 (11.2-14 mcd) 到 GA (18000-22400 mcd) 的等級。對於 67-21-UR0200L-AM，典型等級集中在 300 mcd 左右，可能落在 T1 (280-355 mcd) 或 T2 (355-450 mcd) 等級內。文件中會標示可能的輸出等級，表示此料號可提供的特定強度範圍。

5.2 主波長分級

LED 也根據其主波長進行分級，以確保顏色一致性。等級以 3nm 或 4nm 為步長定義。對於典型波長 623 nm，相關的等級是 2124 (621-624 nm)、2427 (624-627 nm) 和 2730 (627-630 nm)。特定訂單的等級決定了確切的紅色色調。

6. 機械與封裝資訊

此元件採用標準的 PLCC-2 表面黏著封裝。此封裝有兩個引腳，通常包含一個模製塑膠透鏡。確切的尺寸，包括長度、寬度、高度和引腳間距，在機械圖（PDF 的第 7 節）中提供。建議的焊墊佈局（第 8 節）對於實現可靠的焊點和與 PCB 的良好熱連接至關重要。遵循這些尺寸有助於防止墓碑效應並確保良好的散熱。

7. 焊接與組裝指南

7.1 迴焊溫度曲線

規格書指定了峰值溫度為 260°C、持續 30 秒的迴焊曲線。這是標準的無鉛 (SnAgCu) 迴焊曲線。預熱、保溫、迴焊和冷卻速率應根據標準的 IPC/JEDEC 指南進行控制，以避免熱衝擊並確保焊點正確形成。

7.2 使用注意事項

一般處理和設計注意事項包括：

  • ESD 防護：在處理和組裝過程中使用標準的防靜電措施。
  • 電流控制：始終使用限流裝置（電阻或驅動器）操作 LED。請勿直接連接到電壓源。
  • 逆向電壓保護：如果電路中可能出現逆向偏壓，請實施電路保護。
  • 熱管理：設計 PCB 時應有足夠的銅面積或散熱孔來散熱，特別是在高電流或高環境溫度下運作時。
  • 清潔：使用與塑膠封裝相容的適當清潔溶劑。

8. 應用設計考量

8.1 驅動電路設計

最簡單的驅動方法是串聯一個電阻。電阻值 (R) 計算為 R = (V電源- VF) / IF。使用規格書中的最大 VF(2.75V) 來確保即使使用高 VF的元件，電流也不會超過所需水平。例如，使用 5V 電源且目標為 20 mA：R = (5V - 2.75V) / 0.020A = 112.5Ω（使用 110Ω 或 120Ω 標準值）。電阻的額定功率應至少為 P = I2* R。為了獲得更穩定的亮度和效率，尤其是在溫度變化時，建議使用恆流驅動器。

8.2 汽車環境中的熱設計

汽車內裝可能經歷極端溫度。必須仔細應用降額曲線。如果 LED 放置在熱源附近（例如，在陽光照射的儀表板後面），局部 PCB 溫度可能顯著高於車艙空氣溫度。建議進行熱模擬或量測。使用具有連接到 LED 散熱墊（如果有的話）的內部接地層的 PCB 可以大大改善散熱。

8.3 光學整合

120 度的視角適合廣域照明。對於聚焦的指示燈，可能需要二次光學元件（透鏡或導光管）。塑膠封裝材料可能具有特定的折射率特性，在設計相鄰的光管或擴散片時應予以考慮。

9. 技術比較與差異化

與通用的 PLCC-2 紅光 LED 相比，此元件的關鍵差異在於其AEC-Q101 認證和詳細的分級資訊。AEC-Q101 認證涉及一系列通用元件不會經歷的壓力測試（高溫工作壽命、溫度循環、耐濕性等）。這為汽車應用的長期可靠性提供了更高的信心。廣泛的分級允許在生產運行中對亮度和顏色一致性進行更嚴格的控制，這對於所有警示燈必須匹配的汽車儀表板至關重要。

10. 常見問題解答 (基於技術參數)

問：我可以連續以 30 mA 驅動此 LED 嗎？

答：根據降額曲線，只有在焊墊溫度 (TS) 等於或低於 30°C 時，您才能連續以 30 mA 驅動。在更現實的汽車內裝溫度 85°C 下，最大連續電流降額至約 22-24 mA。請務必根據您應用的特定溫度查閱降額圖。

問：典型發光強度和分級發光強度有何不同？

答：典型值 (300 mcd) 是規格書中的統計平均值。當您下單時，您會收到來自特定等級（例如 T1: 280-355 mcd）的元件。您訂單中的所有 LED 都將具有該等級範圍內的最小強度，確保一致性。典型值落在等級範圍內。

問：為什麼熱阻給出了兩個不同的值？

答：實際值 (160 K/W) 是直接量測的。電氣值 (125 K/W) 是根據順向電壓的溫度相依性計算得出的。為了進行保守的熱設計，請始終使用較高的實際值。

問：需要散熱片嗎？

答：在溫和環境（環境溫度約 25°C）下以 20 mA 連續工作時，功率耗散約為 40 mW (20mA * 2.0V)，低於 82 mW 的最大值。基本的 PCB 焊墊通常足夠。然而，在高溫汽車環境（例如 85°C）或更高電流下，有必要透過在 PCB 上使用更大的銅墊或散熱孔來改善熱路徑，以將接面溫度保持在 125°C 以下。

11. 實務設計案例研究

情境：為汽車儀表板設計一個紅色的車門未關指示燈。LED 將由車輛的 12V 系統（標稱值，但範圍可從 9V 到 16V）驅動。儀表板位置預期的最高 PCB 溫度為 85°C。

設計步驟：

  1. 電流選擇：在 TS= 85°C 時檢查降額曲線。最大連續電流約為 22 mA。為了提供餘裕並確保長壽命，選擇 15 mA 的驅動電流。
  2. 驅動電路：為簡單起見，使用串聯電阻。使用最大 VF(2.75V) 和最小電源電壓（引擎啟動時為 9V）進行最壞情況電流計算。R = (9V - 2.75V) / 0.015A = 416.7Ω。使用標準 430Ω 電阻。驗證最大電源電壓 (16V) 下的電流：I = (16V - 1.75V最小 VF) / 430Ω = 33.1 mA。這超過了絕對最大額定值！因此，對於如此寬的電壓範圍，簡單的電阻是不安全的。
  3. 修改設計：需要一個線性恆流穩壓器或一個小型開關式 LED 驅動器，以在 9V-16V 輸入範圍內維持穩定的 15 mA。這確保了亮度一致並保護 LED。
  4. 熱設計：LED 在 15 mA 時的功率耗散約為 30 mW。即使在 85°C 下，這也遠在限制之內。熱設計的重點轉移到電流穩壓器上。
  5. 等級選擇：指定一個發光強度等級（例如 T1），以確保不同車輛中的所有車門未關指示燈具有相似的亮度。

12. 工作原理

這是一種半導體發光二極體 (LED)。當施加超過其特性閾值（紅光約為 1.8V）的順向電壓時，電子和電洞在半導體的有源區（對於紅光，通常由磷化鋁銦鎵，AlInGaP 製成）內復合。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 封裝封裝了半導體晶片，提供機械保護，並包含一個模製透鏡，該透鏡塑造光輸出以實現 120 度的視角。

13. 技術趨勢

汽車 LED 的趨勢是朝向更高的效率（每瓦更多流明），這降低了功耗和熱負載。這允許更亮的顯示或更低的能源使用。同時，在保持或增加光輸出的同時，封裝也朝向小型化發展。此外，隨著汽車顯示器變得更加精密和高級，對更嚴格的顏色和亮度一致性（更窄的分級）的需求正在增加。將驅動電子和多個 LED 晶片整合到單一的智慧模組中是另一個持續的趨勢，簡化了汽車製造商的設計。

LED規格術語詳解

LED技術術語完整解釋

一、光電性能核心指標

術語 單位/表示 通俗解釋 為什麼重要
光效（Luminous Efficacy） lm/W（流明/瓦） 每瓦電能發出的光通量，越高越節能。 直接決定燈具的能效等級與電費成本。
光通量（Luminous Flux） lm（流明） 光源發出的總光量，俗稱"亮度"。 決定燈具夠不夠亮。
發光角度（Viewing Angle） °（度），如120° 光強降至一半時的角度，決定光束寬窄。 影響光照範圍與均勻度。
色溫（CCT） K（開爾文），如2700K/6500K 光的顏色冷暖，低值偏黃/暖，高值偏白/冷。 決定照明氛圍與適用場景。
顯色指數（CRI / Ra） 無單位，0–100 光源還原物體真實顏色的能力，Ra≥80為佳。 影響色彩真實性，用於商場、美術館等高要求場所。
色容差（SDCM） 麥克亞當橢圓步數，如"5-step" 顏色一致性的量化指標，步數越小顏色越一致。 保證同一批燈具顏色無差異。
主波長（Dominant Wavelength） nm（奈米），如620nm（紅） 彩色LED顏色對應的波長值。 決定紅、黃、綠等單色LED的色相。
光譜分佈（Spectral Distribution） 波長 vs. 強度曲線 顯示LED發出的光在各波長的強度分佈。 影響顯色性與顏色品質。

二、電氣參數

術語 符號 通俗解釋 設計注意事項
順向電壓（Forward Voltage） Vf LED點亮所需的最小電壓，類似"啟動門檻"。 驅動電源電壓需≥Vf，多個LED串聯時電壓累加。
順向電流（Forward Current） If 使LED正常發光的電流值。 常採用恆流驅動，電流決定亮度與壽命。
最大脈衝電流（Pulse Current） Ifp 短時間內可承受的峰值電流，用於調光或閃光。 脈衝寬度與佔空比需嚴格控制，否則過熱損壞。
反向電壓（Reverse Voltage） Vr LED能承受的最大反向電壓，超過則可能擊穿。 電路中需防止反接或電壓衝擊。
熱阻（Thermal Resistance） Rth（°C/W） 熱量從晶片傳到焊點的阻力，值越低散熱越好。 高熱阻需更強散熱設計，否則結溫升高。
靜電放電耐受（ESD Immunity） V（HBM），如1000V 抗靜電打擊能力，值越高越不易被靜電損壞。 生產中需做好防靜電措施，尤其高靈敏度LED。

三、熱管理與可靠性

術語 關鍵指標 通俗解釋 影響
結溫（Junction Temperature） Tj（°C） LED晶片內部的實際工作溫度。 每降低10°C，壽命可能延長一倍；過高導致光衰、色漂移。
光衰（Lumen Depreciation） L70 / L80（小時） 亮度降至初始值70%或80%所需時間。 直接定義LED的"使用壽命"。
流明維持率（Lumen Maintenance） %（如70%） 使用一段時間後剩餘亮度的百分比。 表徵長期使用後的亮度保持能力。
色漂移（Color Shift） Δu′v′ 或 麥克亞當橢圓 使用過程中顏色的變化程度。 影響照明場景的顏色一致性。
熱老化（Thermal Aging） 材料性能下降 因長期高溫導致的封裝材料劣化。 可能導致亮度下降、顏色變化或開路失效。

四、封裝與材料

術語 常見類型 通俗解釋 特點與應用
封裝類型 EMC、PPA、陶瓷 保護晶片並提供光學、熱學介面的外殼材料。 EMC耐熱好、成本低；陶瓷散熱優、壽命長。
晶片結構 正裝、倒裝（Flip Chip） 晶片電極佈置方式。 倒裝散熱更好、光效更高，適用於高功率。
螢光粉塗層 YAG、矽酸鹽、氮化物 覆蓋在藍光晶片上，部分轉化為黃/紅光，混合成白光。 不同螢光粉影響光效、色溫與顯色性。
透鏡/光學設計 平面、微透鏡、全反射 封裝表面的光學結構，控制光線分佈。 決定發光角度與配光曲線。

五、質量控制與分檔

術語 分檔內容 通俗解釋 目的
光通量分檔 代碼如 2G、2H 按亮度高低分組，每組有最小/最大流明值。 確保同一批產品亮度一致。
電壓分檔 代碼如 6W、6X 按順向電壓範圍分組。 便於驅動電源匹配，提高系統效率。
色區分檔 5-step MacAdam橢圓 按顏色坐標分組，確保顏色落在極小範圍內。 保證顏色一致性，避免同一燈具內顏色不均。
色溫分檔 2700K、3000K等 按色溫分組，每組有對應的坐標範圍。 滿足不同場景的色溫需求。

六、測試與認證

術語 標準/測試 通俗解釋 意義
LM-80 流明維持測試 在恆溫條件下長期點亮，記錄亮度衰減數據。 用於推算LED壽命（結合TM-21）。
TM-21 壽命推演標準 基於LM-80數據推算實際使用條件下的壽命。 提供科學的壽命預測。
IESNA標準 照明工程學會標準 涵蓋光學、電氣、熱學測試方法。 行業公認的測試依據。
RoHS / REACH 環保認證 確保產品不含有害物質（如鉛、汞）。 進入國際市場的准入條件。
ENERGY STAR / DLC 能效認證 針對照明產品的能效與性能認證。 常用於政府採購、補貼項目，提升市場競爭力。