目錄
- 1. 產品概述
- 1.1 核心優勢與目標市場
- 2. 深入技術參數分析
- 2.1 光度與光學特性
- 2.2 電氣特性
- 2.3 熱特性
- 3. 分級系統說明
- 3.1 發光強度分級
- 3.2 主波長分級
- 3.3 順向電壓分級
- 4. 效能曲線分析
- 4.1 IV 曲線與相對強度
- 4.2 溫度相依性
- 4.3 光譜分佈與降額
- 5. 機械與封裝資訊
- 5.1 實體尺寸
- 5.2 極性識別與焊墊設計
- 6. 焊接與組裝指南
- 6.1 迴焊溫度曲線
- 6.2 使用注意事項
- 7. 包裝與訂購資訊
- 7.1 包裝規格
- 7.2 料號編碼系統
- 8. 應用設計建議
- 8.1 典型電路設計
- 8.2 熱管理考量
- 8.3 光學整合
- 9. 技術比較與差異化
- 10. 常見問題（FAQ）
- 11. 設計導入案例研究範例
- 12. 工作原理簡介
- 13. 技術趨勢與背景
- LED規格術語詳解
- 一、光電性能核心指標
- 二、電氣參數
- 三、熱管理與可靠性
- 四、封裝與材料
- 五、質量控制與分檔
- 六、測試與認證
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超紅光發光二極體（LED）的規格。其設計核心聚焦於嚴苛汽車環境（內裝與外裝）的可靠性與效能。此元件在標準驅動電流 20mA 下，典型發光強度為 800 毫燭光（mcd），並具備 120 度的寬廣視角。
1.1 核心優勢與目標市場
此 LED 的核心優勢源自其汽車級認證與堅固結構。它通過 AEC-Q102 標準認證，確保了汽車電子元件的可靠性。同時具備硫化物耐受等級 A1，可在含硫氣體環境中防止腐蝕。符合 RoHS、REACH 及無鹵素指令，使其適用於具有嚴格環保法規的全球市場。主要目標市場為汽車照明，具體包括：
- 汽車內裝照明：儀表板背光、開關指示燈、氣氛燈及資訊娛樂系統指示燈。
- 汽車外裝照明：中央高位煞車燈（CHMSL）、側邊標示燈，以及其他需要高可見度與可靠性的信號燈應用。
2. 深入技術參數分析
2.1 光度與光學特性
關鍵的光學參數定義了 LED 的光輸出與顏色。在典型條件下（IF=20mA，Ts=25°C），發光強度（Iv）的標稱值為 800 mcd，根據生產分級，最小值為 560 mcd，最大值可達 1400 mcd。決定感知顏色的主波長（λd）範圍為 627 nm 至 639 nm，明確位於超紅光譜範圍。120 度的寬廣視角（半強度角）確保了在廣大區域內的良好可見度，這對於信號應用至關重要。
2.2 電氣特性
順向電壓（VF）是電路設計的關鍵參數。在 20mA 下，典型 VF 為 2.00V，範圍從 1.75V 到 2.75V。設計師在設計限流電路時必須考慮此變異，以確保一致的光輸出。連續操作下的絕對最大順向電流（IF）為 50 mA，脈衝（≤10μs）的突波電流（IFM）能力為 100 mA。此元件不設計用於反向偏壓操作。
2.3 熱特性
熱管理對於 LED 的壽命與效能穩定性至關重要。從接面到焊點的熱阻（Rth JS）提供兩個數值："實際"測量值為 120 K/W（最大 160 K/W），"電氣"測量值為 100 K/W（最大 120 K/W）。此參數表示熱量從半導體接面傳遞到 PCB 的效率，數值越低越好。最大允許接面溫度（Tj）為 125°C。工作溫度範圍為 -40°C 至 +110°C，適用於嚴苛的引擎室內或汽車外部環境。
3. 分級系統說明
由於製造變異，LED 會根據效能進行分級。這讓設計師能選擇特性一致的元件。
3.1 發光強度分級
LED 根據其在典型測試電流下的光輸出進行分組。分級範圍從 U2（560-710 mcd）到 AA（1120-1400 mcd）。料號後綴 "H" 表示此元件屬於 "高" 亮度分級，通常對應 V1、V2 或 AA 組別。
3.2 主波長分級
顏色（波長）以 3 奈米為間隔進行分級，從 2730（627-630 nm）到 3639（636-639 nm）。這確保了在生產批次內的顏色一致性，適用於外觀均勻性至關重要的應用。
3.3 順向電壓分級
順向電壓以約 0.25V 為間隔進行分級，從代碼 1720（1.75-2.00V）到 2527（2.50-2.75V）。從相同 VF 分級中選擇 LED 可以簡化電源供應設計，並確保並聯陣列中的電流分佈均勻。
4. 效能曲線分析
4.1 IV 曲線與相對強度
順向電流 vs. 順向電壓圖顯示了典型的二極體指數關係。相對發光強度 vs. 順向電流曲線呈次線性；將電流增加到 20mA 以上，光輸出的增益會遞減，同時產生更多熱量。
4.2 溫度相依性
效能圖表清楚顯示了溫度效應。相對發光強度 vs. 接面溫度曲線顯示光輸出隨溫度升高而降低，這是 LED 的典型行為。相對順向電壓 vs. 接面溫度具有負溫度係數，意味著 VF 隨溫度升高而下降，此特性可用於溫度感測。主波長也會隨溫度偏移，如圖所示，通常會向較長波長偏移（紅移）。
4.3 光譜分佈與降額
相對光譜分佈圖顯示在紅光區域（約 630nm）有一個窄峰。順向電流降額曲線對設計至關重要：隨著接面溫度升高，最大允許連續電流會降低。例如，在最高工作接面溫度 110°C 時，順向電流必須降額至約 34 mA。
5. 機械與封裝資訊
5.1 實體尺寸
此 LED 採用標準 PLCC-2 封裝。機械圖（由第 7 節暗示）將顯示關鍵尺寸，包括總長、寬、高、引腳間距，以及容納 LED 晶片的凹槽尺寸。此封裝專為自動化取放組裝而設計。
5.2 極性識別與焊墊設計
料號中的 "R" 表示反向極性。提供了建議的焊接焊墊佈局（第 8 節），以確保可靠的焊點以及與 PCB 的適當熱連接。正確的極性方向至關重要，通常由封裝上的標記或不對稱特徵來指示。
6. 焊接與組裝指南
6.1 迴焊溫度曲線
提供了建議的迴焊溫度曲線（第 9 節）。此 LED 可承受最高 260°C 的峰值焊接溫度長達 30 秒，與標準無鉛（SnAgCu）焊接製程相容。遵循此溫度曲線可防止對塑膠封裝和內部打線造成熱損傷。
6.2 使用注意事項
一般注意事項包括：避免操作超出絕對最大額定值、使用適當的靜電放電（ESD）處理程序（HBM 等級為 2kV），並確保元件儲存在其規定的溫濕度範圍內（MSL 2）。
7. 包裝與訂購資訊
7.1 包裝規格
包裝資訊（第 10 節）詳細說明了元件的供應方式，通常採用凸輪式載帶與捲盤包裝，適用於大量組裝。規定了捲盤尺寸、載帶寬度和元件方向，以與標準自動化設備相容。
7.2 料號編碼系統
料號 67-21R-SR0201H-AM 解碼如下：67-21= 產品系列；R= 反向極性；SR= 超紅光顏色；020= 20mA 測試電流；1= 導線架類型；H= 高亮度等級；AM= 汽車應用。
8. 應用設計建議
8.1 典型電路設計
為求穩定操作，建議使用恆流驅動器而非簡單的串聯電阻，特別是在電源電壓（例如 12V）可能大幅變動的汽車環境中。驅動器應根據所選分級中的最大 VF 來設計，將電流限制在所需值（例如 20mA），以確保沒有任何 LED 被過度驅動。
8.2 熱管理考量
為維持效能與壽命，請確保有足夠的 PCB 銅箔面積（散熱焊墊）連接到 LED 的散熱焊墊以散熱。使用熱阻（Rth JS）和功耗（Pd = VF * IF）來計算預期的溫升。將接面溫度保持在遠低於 125°C 的最大值，理想情況下低於 85°C 以獲得長壽命。
8.3 光學整合
120 度的視角對於需要聚焦光束或特定光型的應用，可能需要二次光學元件（透鏡、導光板）。超紅光顏色因其高視覺衝擊力和法規符合性，是煞車燈和警告信號的理想選擇。
9. 技術比較與差異化
與標準商用級 LED 相比，此元件的關鍵差異在於其AEC-Q102 認證以及硫化物耐受性。這些特性通常在消費級元件中不會測試或保證。其寬廣的工作溫度範圍（-40°C 至 +110°C）也超過了常見的 LED。與更小的晶片級封裝或更大的穿孔式設計相比，PLCC-2 封裝在尺寸、可焊性與熱性能之間提供了良好的平衡。
10. 常見問題（FAQ）
問："實際"熱阻與"電氣"熱阻有何不同？
答："實際"熱阻是使用實體溫度感測器測量的。"電氣"熱阻是透過測量順向電壓隨功率的變化，利用 LED 固有的溫度敏感參數計算得出的。電氣方法常用於規格制定。
問：我可以連續以 50mA 驅動此 LED 嗎？
答：雖然絕對最大額定值為 50mA，但在此電流下連續操作會產生大量熱量（Pd ~ 100mW）。您必須使用降額曲線和熱計算來確保接面溫度不超過 125°C。為了可靠的長期運作，建議以典型 20mA 或更低電流驅動。
問：MSL 2 是什麼意思？
答：濕度敏感等級 2。該元件在需要進行迴焊前烘烤之前，可以在工廠環境（≤30°C/60% RH）中儲存長達一年。
11. 設計導入案例研究範例
情境：設計一個需要高亮度與可靠性的中央高位煞車燈（CHMSL）。
選型：選擇此款屬於 "H"（高）亮度分級的超紅光 LED，因其強度與汽車級可靠性。
電路：設計一個 LED 陣列，搭配一個恆流降壓驅動器 IC，設定為每個 LED 提供 20mA。驅動器輸入端處理車輛的 12V 標稱電壓（並抑制負載突降暫態）。
熱管理：PCB 使用 2 盎司銅層，並在每個 LED 焊墊下方佈滿散熱孔，將熱量擴散到更大的電路板區域，使計算出的 Tj 在最熱的環境條件下保持在 90°C 以下。
光學：在陣列上方放置一個帶有特定稜鏡圖案的紅色聚碳酸酯透鏡，以滿足煞車燈所需的光度分佈要求。
12. 工作原理簡介
LED 是一種半導體 p-n 接面二極體。當施加順向電壓時，來自 n 型區域的電子和來自 p 型區域的電洞在接面的主動區域復合。這種復合以光子（光）的形式釋放能量。發射光的波長（顏色）由所用半導體材料的能隙決定（例如，用於紅/橙/琥珀色的 AlInGaP）。PLCC 封裝封裝了微小的半導體晶片，提供機械保護，內含反射杯以導引光線，並包含一個模製環氧樹脂透鏡，該透鏡也作為主要光學元件。
13. 技術趨勢與背景
汽車照明的趨勢是朝向更高效率、更高整合度與更智慧的功能發展。雖然這是一個分立式 LED，但其基礎技術是根本。業界持續追求更高的發光效率（每瓦電能輸入產生更多光輸出），以降低能耗與熱負載。對於紅光，AlInGaP 技術已成熟且高效。小型化的推動仍在繼續，但 PLCC-2 封裝因其在許多應用中性能、成本與可製造性的絕佳平衡而保持流行。將 LED 與驅動器 IC 和感測器整合到模組化 "光引擎" 單元中，是先進照明系統日益增長的趨勢。
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。 |