PLCC-2 白光 LED 規格書 - 3.5x2.75x1.1mm - 3.12V - 0.238W - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件提供一系列採用 PLCC-2（塑膠引腳晶片載體）表面黏著封裝之白光發光二極體（LED）的完整技術規格。這些 LED 採用藍光 LED 晶片結合螢光粉塗層以產生白光。其設計用於需要可靠性能且兼容標準自動化組裝製程之通用照明與指示應用。

1.1 核心特色與優勢

此 LED 系列的主要優勢源自其封裝設計與性能特點：

• 封裝：標準 PLCC-2 封裝確保與廣泛的 SMT 組裝線和焊接製程相容。
• 視角：具備極寬的 120 度（典型值）視角，提供均勻的光線分佈。
• 利於自動化：以捲帶包裝供貨，適用於高速取放組裝。
• 環保合規：產品符合 RoHS 規範，滿足國際環保標準。
• 濕度處理：濕度敏感等級（MSL）為第 3 級，需遵循包裝章節所述之特定處理程序。

1.2 目標應用與市場

這些 LED 適用於多種室內照明與指示用途。主要應用領域包括：

• 電子設備與控制面板上的光學狀態指示燈。
• 室內資訊顯示器與標誌的背光照明。
• 管狀燈應用中的一般照明。
• 需要白光之通用裝飾性或功能性照明。

重要注意事項：規格書明確指出，本產品不適用於軟性燈條應用。設計人員必須考量 PLCC-2 封裝的機械剛性。

2. 深入技術參數分析

本節提供在標準測試條件 Ts=25°C 下，LED 關鍵性能參數的詳細客觀分析。

2.1 電光特性

下表總結了產品不同相關色溫（CCT）型號的關鍵性能指標。所有數值均在正向電流（IF）為 60mA 時量測。

表格：電氣與光學特性（Ts=25°C）

• 正向電壓（VF）：範圍從 3.0V（最小值）到 3.4V（最大值），典型值為 3.12V。此參數對於驅動電路設計至關重要，以確保適當的電流調節。
• 光通量（Φ）：隨 CCT 分級略有不同。對於大多數白光分級（E40、E50、A57、E65），光通量為 26.5 lm（典型值），範圍為 26-28 lm。暖白光分級（E30）的典型輸出略低，為 25.5 lm（範圍 24-28 lm）。
• 視角（2θ1/2）：120 度（典型值）。此定義了發光強度降至峰值一半時的角寬度。
• 演色性指數（CRI）：最小值為 80，典型值為 81.5。這表示對於一般照明具有良好的色彩還原品質。
• 熱阻（RθJ-S）：55 °C/W（典型值）。這是從半導體接面到焊點的熱流阻力，是熱管理設計的關鍵參數。
• 反向電流（IR）：在反向電壓（VR）為 5V 時，最大值為 10 µA。

2.2 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能導致元件永久損壞的應力極限。不保證在或超過這些極限下操作。

• 功率消耗（PD）：238 mW。轉換為熱和光的總電功率不得超過此值。
• 正向電流（IF）：70 mA（連續）。
• 峰值正向電流（IFP）：140 mA。僅允許在脈衝條件下（1/10 工作週期，0.1ms 脈衝寬度）。
• 反向電壓（VR）：5 V。超過此值可能導致擊穿。
• 靜電放電（ESD）：2000 V（人體放電模型）。雖然在此等級下良率超過 90%，但在處理過程中仍需 ESD 防護。
• 溫度範圍：
  • 操作（TOPR）：-40°C 至 +85°C。
  • 儲存（TSTG）：-40°C 至 +100°C。
  • 接面（TJ）：110°C（最大值）。操作期間的實際接面溫度必須計算並保持低於此限制。

3. 分級系統說明

LED 根據關鍵參數進行分類（分級），以確保生產批次內的一致性。這使設計人員能夠選擇符合特定應用需求的元件。

3.1 正向電壓與光通量分級

在 IF=60mA 下，LED 根據正向電壓（VF）和光通量（Φ）進行分級。

• 正向電壓分級（H1、H2、I1、I2）：這些分別代表電壓範圍：3.0-3.1V、3.1-3.2V、3.2-3.3V 和 3.3-3.4V。
• 光通量分級（QIA）：此分級對應的光通量範圍為 26-28 流明。

3.2 相關色溫（CCT）分級

白光由其於 CIE 1931 色度圖上的色度座標定義。規格書提供了特定的分級及其各自的座標邊界（x1,y1 至 x4,y4），這些邊界在圖上形成一個四邊形。

• E30：暖白光（2780-3110K）
• E40：中性白光（3770-4330K）
• E50：冷白光（4660-5360K）
• A57：ANSI 冷白光（5350-6050K）
• E65：日光白光（6050-6950K）

色度座標的典型量測公差為 ±0.005。

4. 性能曲線分析

圖形數據提供了元件在不同條件下行為的深入見解。

4.1 正向電壓 vs. 正向電流（IV 曲線）

提供的曲線顯示了正向電壓（VF）與正向電流（IF）之間的關係。這是典型的二極體非線性曲線。電壓隨電流增加而增加，斜率代表 LED 的動態電阻。設計人員使用此曲線選擇適當的驅動電壓/電流，以在功率限制內達到所需亮度。

4.2 相對發光強度 vs. 正向電流

此曲線說明了光輸出（相對強度）如何隨施加的正向電流變化。通常，輸出隨電流增加而增加，但在極高電流下可能因熱效應和效率下降而飽和或效率降低。此圖對於確定效率和壽命的最佳工作電流至關重要。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸與圖面

LED 封裝於 PLCC-2 封裝內。關鍵尺寸（單位均為毫米，公差 ±0.05mm，除非另有說明）包括：

• 總長度：3.50 mm
• 總寬度：2.75 mm
• 總高度：1.10 mm
• 引腳尺寸：具體焊墊寬度和間距詳見焊接圖案圖（圖 1-5）。

5.2 極性識別與焊接圖案

清晰的極性標記對於正確安裝至關重要。陰極（C，負極）在封裝上有標識。規格書包含建議的 PCB 設計焊接墊圖案（圖 1-5），以確保迴焊過程中形成適當的焊點和機械穩定性。

6. 焊接與組裝指南

6.1 SMT 迴焊焊接說明

此 LED 適用於所有標準 SMT 組裝製程。然而，由於其 MSL 第 3 級評級，需要特定的預防措施：

• 濕度敏感性：密封防潮袋打開後，若儲存條件 ≤30°C/60% RH，元件必須在 168 小時（7 天）內完成安裝。
• 烘烤：若超過暴露時間，元件在使用前必須進行烘烤，以去除吸收的濕氣並防止迴焊過程中發生爆米花破裂。適用標準烘烤設定（例如，125°C 烘烤特定時間）。
• 迴焊設定：應使用標準無鉛（或有鉛）迴焊設定，其峰值溫度不得超過元件的最大額定值（參閱封裝和接面溫度限制）。必須考量 PCB 和元件的熱質量。

6.2 一般處理注意事項

• 避免對 LED 透鏡和引腳施加機械應力。
• 在處理和組裝過程中使用防靜電措施。
• 請勿用手直接觸摸透鏡，以避免污染。
• 使用前請儲存在原防潮包裝中。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 包裝規格

LED 以適用於自動化組裝的業界標準包裝供貨。

• 載帶：規定了容納單個 LED 的凸起載帶尺寸，包括口袋尺寸、間距和帶寬。
• 捲盤尺寸：載帶纏繞的捲盤規格，包括捲盤直徑和軸心尺寸。
• 標籤規格：捲盤標籤的格式，通常包含料號、數量、批號和日期碼。

7.2 防潮包裝與紙箱

捲盤包裝在密封的防潮袋中，內含乾燥劑和濕度指示卡，以維持 MSL 評級。這些袋子隨後裝入紙箱中運輸。

8. 應用設計考量

8.1 驅動電路設計

考慮到正向電壓特性（VF 典型值 3.12V，60mA 時最大值 3.4V），強烈建議使用恆流驅動器而非恆壓源。這可確保穩定的光輸出並保護 LED 免於熱失控。驅動器應設計為將最大電流限制在 70mA 連續。

8.2 熱管理

由於熱阻為 55 °C/W，有效的散熱非常重要，特別是在較高電流或較高環境溫度下操作時。PCB 佈局應提供足夠的銅面積（散熱墊）連接到 LED 的焊點以散熱。不得超過最大接面溫度（110°C）。實際接面溫度可使用公式估算：Tj = Ts + (RθJ-S * PD)，其中 Ts 是焊點溫度，PD 是功率消耗（VF * IF）。

8.3 光學設計

120 度的視角使這些 LED 適用於需要寬廣、漫射照明而非聚焦光束的應用。對於需要更多定向光的應用，則需要二次光學元件（透鏡）。

9. 技術比較與差異化

雖然市場上存在許多 PLCC-2 白光 LED，但此系列透過以下參數組合實現差異化：

• 平衡的性能：它在標準 60mA 驅動電流下，提供了光通量（26-28 lm）、演色性（>80）和寬視角之間的良好平衡。
• 全面的分級：詳細的電壓、光通量和多 CCT 分級為設計人員提供了選擇適用於色彩和亮度關鍵應用的元件的靈活性。
• 清晰的應用指引：明確警告不適用於軟性燈條，這是一個關鍵的差異化因素，可防止因機械應力導致的現場故障。

10. 常見問題解答（基於技術參數）

10.1 建議的工作電流是多少？

規格書以 IF=60mA 來表徵 LED，這是一個典型的工作點。絕對最大連續電流為 70mA。為了獲得最佳壽命和效率，建議在 60mA 或以下操作。應參考性能與電流曲線以滿足特定的亮度要求。

10.2 如何選擇正確的 CCT 分級？

根據應用所需的白光顏色——從較暖（偏黃）到較冷（偏藍）——選擇 CCT 分級（E30、E40、E50、A57、E65）。色度座標分級確保了所選組別內的色彩一致性。

10.3 我可以用 3.3V 電源驅動此 LED 嗎？

直接連接到 3.3V 電源是有風險的。典型正向電壓為 3.12V，但可能高達 3.4V。3.3V 電源可能無法可靠地開啟所有單元，尤其是那些處於較高 VF 分級的單元，從而導致亮度不一致。恆流驅動電路是正確的解決方案。

10.4 超過濕度暴露時間會有什麼後果？

如果超過 MSL 第 3 級暴露限制（168 小時）而未進行適當烘烤，吸收的濕氣在高溫迴焊焊接過程中可能迅速汽化。這可能導致塑膠封裝內部剝離或爆米花破裂，從而引發立即或潛在的故障。

11. 實務設計與使用案例

案例：設計狀態指示燈面板

一位工程師正在設計一個需要多個明亮、均勻的白光狀態指示燈的控制面板。該面板在室溫下的室內環境中運行。

• 元件選擇：選擇此 PLCC-2 LED 是因為其寬視角（確保從各個角度可見）、SMT 相容性（簡化組裝）以及良好的亮度。
• 電路設計：使用與穩壓器串聯的限流電阻設計一個簡單的恆流電路。電阻值基於電源電壓（例如 5V）、目標電流（60mA）和預期最大 VF（3.4V）計算：R = (Vsupply - VF_max) / IF = (5 - 3.4) / 0.06 ≈ 26.7Ω。選擇一個 27Ω 的電阻。
• 熱管理：由於面板在低工作週期和環境溫度下運行，且每個 LED 的功率較低（約 0.2W），標準的 PCB 鋪銅足以散熱。經驗證，接面溫度遠低於限制值。
• 結果：最終產品具有可靠、亮度一致的指示燈，易於大量生產。

12. 工作原理

此白光 LED 基於螢光粉轉換原理運作。核心元件是一個半導體晶片，當電流通過時會發出藍光（電致發光）。然後，此藍光被引導到封裝內部沉積的一層螢光粉材料上。螢光粉吸收一部分藍光，並以較長波長的光（黃光、紅光）重新發射。剩餘的藍光與轉換後的黃/紅光組合，被人眼感知為白光。螢光粉的特定混合決定了所發射白光的相關色溫（CCT）和演色性指數（CRI）。

13. 技術趨勢

SMD LED 技術（包括此類 PLCC-2 型元件）的總體趨勢持續聚焦於幾個關鍵領域：

• 提高效率（lm/W）：晶片設計、螢光粉效率和封裝架構的持續改進，旨在以相同的電輸入功率（瓦特）提供更多的光輸出（流明）。
• 改善色彩品質與一致性：螢光粉技術的進步和更嚴格的分級製程，帶來更高的 CRI 值和更精確的色點控制，滿足高品質照明應用的需求。
• 增強可靠性與壽命：對更好的封裝材料、晶片貼裝方法和熱管理的研究，延長了操作壽命並維持了隨時間的光輸出（流明維持率）。
• 微型化與整合：雖然 PLCC-2 仍然是標準，但對於空間受限的應用，存在朝向更小封裝佔位面積和晶片級封裝（CSP）的趨勢，以及整合多個 LED 和驅動器的模組。