PLCC-4 紅色 LED 規格書 - 封裝尺寸 3.5x2.8x1.9mm - 電壓 2.25V - 功率 112.5mW - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件詳述一款採用 PLCC-4（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內外照明環境所設計。其核心優勢包括：在標準驅動電流 50mA 下，具備高達 3550 毫燭光（mcd）的典型發光強度；120 度的寬廣視角，提供卓越的可視性；以及符合關鍵汽車與環境標準的堅固結構。

此 LED 通過 AEC-Q102 標準認證，確保了汽車電子元件的可靠性。它還具備硫磺耐受性（A1 級），可抵抗腐蝕性大氣，並符合 RoHS、REACH 及無鹵素指令。這種高輸出、高可靠性與法規遵循性的結合，使其成為現代車輛照明系統的理想選擇。

2. 深入技術參數分析

2.1 光度與電氣特性

關鍵操作參數在典型條件下（T_s=25°C，I_F=50mA）量測，定義了 LED 的性能範圍：

• 順向電流（I_F）：建議操作電流為 50mA，絕對最大額定值為 70mA。為確保正常運作，指定最小電流為 5mA。
• 發光強度（I_V）：典型值為 3550 mcd，在 50mA 下，最小值為 2240 mcd，最大值為 5600 mcd。光通量量測公差為 ±8%。
• 順向電壓（V_F）：典型值為 2.25V，在 50mA 下，範圍從最小值 1.75V 到最大值 2.75V，量測公差為 ±0.05V。
• 視角（2φ_½）：120 度，公差為 ±5 度。此為發光強度降至軸向峰值一半時的全角。
• 主波長（λ_d）：對於此紅色 LED，主波長範圍落在 612nm 至 627nm 之間，量測公差為 ±1nm。

2.2 熱特性

熱管理對於 LED 的性能與壽命至關重要。提供兩個熱阻值：

• 真實熱阻（R_{th JS real}）：典型值 70 K/W，最大值 95 K/W。此為直接從接面量測至焊點的熱阻。
• 電氣熱阻（R_{th JS el}）：典型值 50 K/W，最大值 67 K/W。此為用於特定計算模型的電氣推導值。
• 接面溫度（T_J）：最大允許接面溫度為 125°C。
• 操作溫度（T_opr）：操作環境溫度範圍為 -40°C 至 +110°C。

2.3 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能導致永久損壞的應力極限。在任何情況下均不得超過。

• 功率消耗（P_d）：192 mW。
• 突波電流（I_FM）：對於脈衝寬度 ≤10μs、工作週期（D）為 0.005 的脈衝，可承受 100 mA。
• 逆向電壓（V_R）：此元件並非設計用於逆向偏壓操作。
• 靜電放電敏感度（HBM）：2 kV，依據人體放電模型（R=1.5kΩ，C=100pF）測試。
• 焊接溫度：可承受 260°C 迴焊 30 秒。

3. 性能曲線分析

3.1 光譜與輻射特性

相對光譜分佈圖顯示 LED 主要在光譜的紅色區域發光，中心位於其主波長附近。典型輻射特性圖則說明了空間強度分佈，確認了強度降至軸向峰值 50% 時的 120 度視角。

3.2 電流對電壓與強度關係

順向電流對順向電壓（I-V）曲線呈現了二極體的典型指數關係。在 50mA 時，電壓約為 2.25V。相對發光強度對順向電流圖顯示光輸出隨電流增加而增加，但在較高電流下可能因熱效應而呈現次線性關係。

3.3 溫度相依性

數個圖表詳細說明了性能隨溫度的變化：

• 相對順向電壓對接面溫度：順向電壓隨接面溫度升高而線性下降，此特性可用於溫度感測。
• 相對發光強度對接面溫度：光輸出隨溫度升高而降低。維持低接面溫度對於保持亮度一致性至關重要。
• 主波長偏移對接面溫度：峰值發射波長隨溫度而偏移，這對於色彩要求嚴格的應用非常重要。
• 順向電流降額曲線：此關鍵圖表顯示，最大允許順向電流必須隨著焊墊溫度升高而降低。例如，在最高焊墊溫度 110°C 時，電流必須降額至 57mA。

3.4 脈衝操作

允許脈衝處理能力圖表定義了脈衝電流的安全操作區域。它顯示對於極短的脈衝寬度（t_p），根據工作週期（D），可允許較高的峰值電流（I_F）。

4. 分級系統說明

為確保生產一致性，LED 會根據關鍵參數進行分級。

4.1 發光強度分級

LED 根據其在典型電流下量測的發光強度進行分組。分級範圍從 BB（2240-2800 mcd）到 CB（3550-4500 mcd）。典型元件（3550 mcd）屬於 CA 級（2800-3550 mcd）。提供對應的流明值以供參考。

4.2 主波長分級

主波長以 3nm 為間隔進行分級，從 1215（612-615nm）到 2427（624-627nm）。這允許選擇具有非常特定色點的 LED。

4.3 順向電壓分級

順向電壓以 0.25V 為間隔進行分級，從代碼 1720（1.75-2.00V）到 2527（2.50-2.75V）。匹配 V_F分級有助於設計平衡的並聯 LED 串。

5. 機械與封裝資訊

5.1 機械尺寸

此 LED 採用標準 PLCC-4 表面黏著封裝。典型尺寸約為長 3.5mm、寬 2.8mm、高 1.9mm（包含透鏡）。詳細的尺寸圖與公差可在完整規格書的專屬機械圖面章節中找到。

5.2 極性識別

PLCC-4 封裝有一個切角或缺口，用以指示陰極（負極）引腳。正確的方向對於電路運作至關重要。

5.3 建議焊墊佈局

建議使用焊墊圖案設計，以確保焊接可靠性、適當的散熱以及在迴焊過程中的對準。此圖案通常包括四個電氣引腳的焊墊和一個用於散熱的中央熱焊墊。

6. 焊接與組裝指南

6.1 迴焊溫度曲線

此元件相容於標準紅外線或對流迴焊製程。指定的溫度曲線包括預熱區、均溫區、峰值溫度不超過 260°C 持續 30 秒的迴焊區，以及受控的冷卻區。遵循此曲線可防止熱衝擊並確保焊點完整性。

6.2 使用注意事項

• 靜電放電防護：儘管額定為 2kV HBM，組裝期間仍應遵守標準的 ESD 處理預防措施。
• 電流限制：務必使用串聯電阻或恆流驅動器將順向電流限制在所需值，切勿直接連接到電壓源。
• 熱設計：實施足夠的 PCB 銅箔面積或散熱措施，特別是在高電流或高環境溫度下操作時，以將接面溫度保持在限制範圍內。
• 清潔：使用相容的清潔溶劑，避免損壞塑膠封裝或透鏡。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 料號解碼

料號67-41-UR050 1H-AM結構如下：
67-41：產品系列。
UR：顏色（紅色）。
050：測試電流（50mA）。
1：導線架類型（1=金）。
H：亮度等級（高）。
AM：標示汽車應用。

7.2 標準包裝

LED 通常以凸輪式載帶和捲盤供應，以相容於自動化取放組裝設備。標準捲盤數量為業界標準，例如每捲 2000 或 4000 顆。

8. 應用建議

8.1 典型應用場景

• 汽車外部照明：日間行車燈（DRL）、側邊標示燈、中央高位煞車燈（CHMSL），以及廠徽或裝飾的內部照明。
• 汽車內部照明：儀表板背光、開關照明、腳部空間照明及氣氛照明。
• 通用指示燈應用：工業設備、消費性電子產品或需要高亮度與可靠性的標誌中的狀態指示燈。

8.2 設計考量

• 驅動器選擇：對於汽車應用，請考慮能夠處理負載突降、逆向電池保護以及必要時 PWM 調光的驅動器。
• 光學設計：寬廣的視角可能需要二次光學元件（透鏡、導光板）來塑形光束，以適用於如 DRL 等特定應用。
• 串聯/並聯配置：連接多個 LED 時，請考慮並聯串的電壓分級，並確保驅動器能夠提供所需的總電流和電壓。

9. 技術比較與差異化

與標準的非汽車級 PLCC-4 LED 相比，此元件提供關鍵優勢：

• 汽車級認證（AEC-Q102）：經過溫度循環、濕度及操作壽命等嚴格的應力測試，確保在嚴苛汽車環境下的可靠性。
• 硫磺耐受性（A1 級）：材料與結構可抵抗含硫大氣的腐蝕，此情況在某些地理區域常見。
• 擴展溫度範圍：額定操作溫度範圍為 -40°C 至 +110°C，超越典型商業級 LED 的範圍。
• 高發光強度：在 50mA 下 3550 mcd 的典型輸出高於許多標準紅色 PLCC-4 LED，在給定電流下提供更多光線。

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 50mA。它可以在 5mA 至絕對最大值 70mA 之間操作，但性能參數（強度、電壓）是在 50mA 下指定的。若在高環境溫度下操作，請務必參考降額曲線。

10.2 如何計算串聯電阻值？

使用歐姆定律：R = (V_電源- V_F) / I_F。對於 12V 汽車電源，並使用 50mA 下典型的 V_F值 2.25V：R = (12V - 2.25V) / 0.05A = 195 歐姆。選擇最接近的標準值（例如 200 歐姆），並確保電阻的功率額定值足夠（P = I²R = 0.5W）。

10.3 此 LED 可用於 PWM 調光嗎？

可以，LED 非常適合 PWM 調光。確保 PWM 頻率足夠高以避免可見閃爍（通常 >200Hz）。驅動器必須能夠在所選頻率下切換所需的電流。

10.4 為何熱管理很重要？

過高的接面溫度會降低光輸出（流明衰減）、縮短操作壽命，並可能導致主波長偏移。適當的散熱措施可維持性能與可靠性。

11. 實務設計與使用案例

11.1 設計案例：汽車中央高位煞車燈（CHMSL）

對於需要高亮度和快速反應的 CHMSL，可將多個 LED 排列成一行。使用額定於汽車電壓範圍的恆流驅動器，可確保無論電池電壓如何波動，亮度都能保持一致。120 度的寬廣視角提供了從車輛後方各種角度的卓越可視性。AEC-Q102 認證確保了這些燈在所有氣候條件下，於車輛的整個使用壽命期間都能可靠運作。

11.2 設計案例：工業狀態指示燈面板

在工業控制面板中，這些 LED 可作為高亮度狀態或故障指示燈。其硫磺耐受性使其適合可能接觸化學物質的環境。PLCC-4 封裝允許在 PCB 上進行緊湊的表面黏著設計。設計師可以選擇特定的波長分級，以保持面板上所有指示燈一致的紅色。

12. 工作原理介紹

此元件為發光二極體（LED）。其運作基於半導體材料中的電致發光原理。當順向電壓施加於 p-n 接面時，電子與電洞重新結合，以光子（光）的形式釋放能量。所使用的特定半導體材料決定了發射光的顏色；在此案例中，是產生主波長介於 612-627nm 之間紅光的材料。塑膠封裝包含一個模製的環氧樹脂透鏡，用於塑形光輸出並提供環境保護。

13. 技術趨勢

汽車與高可靠性 LED 的趨勢持續朝向更高光效（每瓦電輸入產生更多光輸出）、改善熱性能以允許在更小封裝中使用更高驅動電流，以及增強色彩一致性和飽和度發展。同時也著重於開發便於更好光學控制及與二次光學元件整合的封裝。微型化的驅動力持續存在，同時也需要能簡化終端設計師熱管理的封裝，例如具有裸露熱焊墊或先進基板材料的封裝。