目錄
1. 產品概述
本文件詳述一款採用 PLCC-2 (塑膠引腳晶片載體) 封裝的高效能表面黏著紅色 LED 之規格。此元件主要針對嚴苛的汽車電子環境設計，結合了高亮度輸出、寬廣視角以及堅固的可靠性認證。
此元件的核心優勢包括其符合離散光電元件的 AEC-Q102 標準，確保其適用於汽車應用。其耐硫性等級為 A1，能抵抗腐蝕性大氣環境。此外，產品符合 RoHS、REACH 及無鹵素指令，與全球環保及安全法規一致。其主要目標市場為汽車內外照明系統，包括但不限於儀表板背光、指示燈及車內各種照明功能。
2. 深入技術參數分析
2.1 光度與光學特性
LED 的關鍵光度性能定義於典型順向電流 (IF) 為 20mA 的條件下。典型發光強度 (IV) 為 1400 毫燭光 (mcd)，根據分級選擇，其指定範圍從最小值 900 mcd 到最大值 2240 mcd。此高亮度是在維持 120 度極寬視角 (φ) 下實現的，該視角定義為發光強度降至峰值一半時的離軸角度。主波長 (λd) 位於紅色光譜範圍，介於 612 nm 至 627 nm 之間，決定了發射光線的感知顏色。
2.2 電氣與熱參數
電氣特性以 20mA 下的典型順向電壓 (VF) 2.00 伏特為中心，容許範圍介於 1.75V 至 2.75V 之間。絕對最大額定值定義了操作邊界：最大連續順向電流 (IF) 為 50 mA，最大功耗 (Pd) 為 137 mW，以及針對 ≤ 10 µs 脈衝的突波電流 (IFM) 能力為 100 mA。此元件並非設計用於反向偏壓操作。
熱管理對於 LED 的性能與壽命至關重要。從接面到焊點的熱阻透過兩種方法指定：實際量測 (Rth JS 實際) 典型值為 120 K/W (最大 160 K/W)，以及電氣量測 (Rth JS 電氣) 典型值為 100 K/W (最大 120 K/W)。最大允許接面溫度 (TJ) 為 125°C，操作溫度範圍 (T操作) 為 -40°C 至 +110°C。
3. 分級系統說明
為確保應用設計的一致性，LED 會根據關鍵參數進行分級。這讓設計師能選擇符合其電路特定公差要求的元件。
3.1 發光強度分級
發光強度分為四個主要等級：V2 (900-1120 mcd)、AA (1120-1400 mcd)、AB (1400-1800 mcd) 及 BA (1800-2240 mcd)。同時也提供對應的光通量範圍供參考，量測公差為 ±8%。
3.2 主波長分級
定義色座標的主波長以 3 奈米為間隔進行分級。等級標示為 1215 (612-615 nm)、1518 (615-618 nm)、1821 (618-621 nm)、2124 (621-624 nm) 及 2427 (624-627 nm)，量測公差為 ±1 nm。
3.3 順向電壓分級
順向電壓分為四個等級，以協助驅動器設計及多 LED 陣列中的電流匹配：1720 (1.75-2.00V)、2022 (2.00-2.25V)、2225 (2.25-2.50V) 及 2527 (2.50-2.75V)。量測公差為 ±0.05V。
4. 性能曲線分析
規格書提供了數個對於理解 LED 在不同操作條件下行為至關重要的圖表。
4.1 IV 曲線與相對強度
順向電流 vs. 順向電壓圖顯示了二極體典型的指數關係。相對發光強度 vs. 順向電流曲線顯示，在可能飽和之前，光輸出隨電流呈超線性增加，強調了恆流驅動的重要性。
4.2 溫度依存性
關鍵圖表說明了 LED 對溫度的敏感性。相對發光強度 vs. 接面溫度曲線顯示，隨著溫度升高，光輸出會降低。相反地，相對順向電壓 vs. 接面溫度圖顯示負溫度係數，其中 VF隨溫度升高而線性下降。此特性有時可用於溫度感測。主波長偏移 vs. 接面溫度圖顯示，隨著溫度升高，波長會向長波長方向偏移 (紅移)。
4.3 光譜分佈與降額
相對光譜分佈圖確認了單色紅光輸出，峰值約在 625 nm 區域。順向電流降額曲線對於熱設計至關重要，它顯示了最大允許連續電流與焊墊溫度的函數關係。例如，在最高焊墊溫度 110°C 時，順向電流必須降額至 34 mA。允許脈衝處理能力圖表則定義了不同工作週期下脈衝電流的安全操作區域。
5. 機械、封裝與組裝資訊
5.1 機械尺寸與極性
此元件採用標準 PLCC-2 表面黏著封裝。具體的機械圖 (由章節參考暗示) 將詳細說明長度、寬度、高度及引腳間距。料號中包含 "R" 表示反向極性配置；陰極通常由封裝上的凹口或標記角指示。設計師必須查閱詳細尺寸圖以獲取精確尺寸與焊盤佈局。
5.2 焊墊設計與迴焊曲線
提供了建議的焊墊佈局，以確保形成適當的焊點、提供熱緩解並保持機械穩定性。迴焊曲線指定峰值溫度為 260°C，持續 30 秒，這與標準無鉛焊接製程一致。必須遵守此曲線，以防止對 LED 封裝或晶片黏著造成熱損壞。
5.3 包裝與操作注意事項
此元件的濕度敏感等級為 2。這意味著在需要進行迴焊前烘烤之前，元件可在 ≤ 30°C / 60% 相對濕度下儲存長達一年。必須遵守標準的 ESD (靜電放電) 預防措施，因為此元件的額定值為 2 kV 人體放電模型。包裝資訊詳細說明了用於自動化組裝的捲帶與載帶規格。
6. 應用指南與設計考量
6.1 典型應用情境
此 LED 專為汽車應用設計：
內裝照明：儀表板背光、開關照明、氣氛燈及資訊娛樂系統指示燈。
外裝照明：中央高位煞車燈、側邊標示燈及其他受益於高亮度與寬視角的信號功能。
儀表板：警告燈、指示燈及儀表照明。
6.2 關鍵設計考量
- 電流驅動：務必使用恆流驅動器或限流電阻。典型操作點為 20mA，但設計必須確保在任何條件下電流絕不超過 50mA 的絕對最大值，並考慮溫度降額。
- 熱管理：熱阻路徑是透過焊墊。確保 PCB 有足夠的銅箔澆注或散熱孔以散熱，特別是在高環境溫度或高電流下操作時。
- ESD 防護：在操作與組裝過程中實施標準的 ESD 控制措施。雖然額定為 2kV HBM，但如果 LED 暴露於使用者可接觸的介面，PCB 上可能需要額外的保護。
- 光學設計：120 度視角提供了非常寬廣的光束。對於需要更聚焦光束的應用，將需要二次光學元件 (透鏡)。
7. 訂購資訊與料號解碼
料號遵循特定結構：67-21R-UR0201H-AM.
67-21：產品系列。
R：反向極性。
UR：顏色代碼 (紅色)。
020：測試電流 (20 mA)。
1：引線框架類型。
H：亮度等級 (高)。其他等級包括 M (中) 及 L (低)。
AM：標示為汽車應用等級。
訂購時，可能需要指定發光強度、波長及順向電壓的特定分級代碼，以獲得所需的性能特性。
8. 技術比較與差異化
與標準商用級 PLCC-2 LED 相比，此元件的關鍵差異在於其汽車級認證。AEC-Q102 認證涉及針對溫度循環、濕度、高溫操作壽命及其他汽車環境特定條件的嚴格壓力測試。耐硫性 (A1 級) 是汽車應用的另一個關鍵特性，因為暴露於來自輪胎、燃料或大氣污染的含硫氣體可能腐蝕鍍銀元件並導致故障。寬廣的操作溫度範圍 (-40°C 至 +110°C) 也超過了典型的商用規格。
9. 常見問題 (FAQ)
問：此 LED 的最小順向電流是多少？
答：規格書指定最小順向電流為 5 mA。不建議在降額圖中低於此電流操作。
問：我可以在沒有電阻的情況下用 3.3V 電源驅動此 LED 嗎？
答：不行。其典型 VF為 2.0V，直接連接到 3.3V 會導致過大電流，很可能超過最大額定值並損壞 LED。始終需要串聯一個限流電阻或恆流驅動器。
問：發光強度如何隨溫度變化？
答：如性能圖所示，發光強度隨接面溫度升高而降低。在最高接面溫度 125°C 時，相對發光強度顯著低於 25°C 時。熱設計對於維持亮度至關重要。
問："MSL: 2" 對我的生產流程意味著什麼？
答：MSL 2 意味著元件包裝在帶有濕度指示卡的防潮袋中。一旦打開袋子，如果在 ≤ 30°C/60% RH 下儲存，元件必須在 1 年內完成焊接。如果暴露於較高濕度或超過車間壽命，則需要在迴焊前進行烘烤，以防止焊接過程中發生 "爆米花效應" 損壞。
10. 設計與使用案例研究
情境：設計高可靠性儀表板警告指示燈。
設計師需要一個紅色 "引擎檢查" 警告燈，要求從駕駛者多個位置都能清晰可見，在車輛 15 年壽命內可靠運作，並能在極端氣候下正常運作。
元件選擇：選擇此款符合 AEC-Q102 標準的 LED，因其可靠性高、120° 寬視角確保可見度，且結構堅固。
電路設計：LED 由車輛的 12V 系統透過設定為 20mA 的恆流驅動器 IC 驅動。該驅動器提供針對汽車電氣系統中常見的負載突降暫態及反極性事件的保護。
熱設計：PCB 設計包含連接到大面積銅平面的散熱焊墊，即使在炎熱的車廂環境中也能將焊墊溫度遠低於 110°C。
光學設計：在 LED 上方放置一個簡單的擴散透鏡，以柔化光點並將其美觀地整合到儀表板面板中。
此方法利用 LED 的關鍵規格，創造出符合汽車標準的耐用、高效能解決方案。
11. 工作原理簡介
此元件是一個發光二極體，一種半導體 p-n 接面二極體。當施加超過二極體閾值的順向電壓時，來自 n 型區域的電子與來自 p 型區域的電洞在主動層內復合。此復合過程以光子 (光) 的形式釋放能量。半導體的特定材料組成 (對於紅色 LED 通常基於磷化鋁鎵銦) 決定了發射光的波長，從而決定了顏色。PLCC-2 封裝容納半導體晶片，透過引線框架提供電氣連接，並包含一個模製環氧樹脂透鏡，用於塑造光輸出並保護晶片。
12. 技術趨勢與發展
汽車 LED 照明的趨勢持續朝向更高效率 (每瓦更多流明)、更高功率密度及更高整合度發展。雖然此元件是一個離散元件，但多晶片封裝及整合驅動電子和光學元件的 LED 模組的使用日益增加。此外，螢光粉技術及直接發光半導體的進步正在擴大色域並改善內裝氣氛照明的顯色性。對增強可靠性、更長壽命及在更高引擎蓋溫度下 (外裝應用) 性能的需求，持續推動汽車級 LED 的材料科學與封裝創新。
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。 |