2020 立方體燈紅色 LED 規格書 - 2.0x2.0x0.8mm - 2.3V - 0.115W - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

2020 立方體燈是一款高可靠性表面黏著元件 (SMD) LED，主要為嚴苛的汽車照明應用所設計。此元件屬於符合嚴格汽車產業標準（包括 AEC-Q102 認證）的產品系列。該元件採用緊湊的 2020 封裝尺寸 (2.0mm x 2.0mm)，並以發射紅光為特點，使其適用於車輛內部的各種信號燈、指示燈及內飾照明功能。其核心優勢包括適用於惡劣環境的堅固結構、符合環保法規 (RoHS、REACH、無鹵素)，以及在寬廣工作溫度範圍內保持一致的性能表現。

2. 技術參數分析

2.1 光學與電氣特性

此 LED 的關鍵性能指標定義於 50mA 順向電流 (IF) 及 25°C 焊墊溫度的典型工作條件下。典型光通量 (IV) 為 8 流明，最小值為 5 流明，最大值為 13 流明，測量公差為 8%。主波長 (λd) 典型值為 616 nm，位於紅光光譜範圍，波長範圍從 612 nm 到 627 nm (±1nm 公差)。該元件提供寬廣的 120° 視角 (φ)，公差為 ±5°，確保從偏軸位置仍具有良好的可見度。電氣特性方面，在 50mA 電流下，典型順向電壓 (VF) 為 2.3V，範圍從 1.75V 到 2.75V (±0.05V 公差)。

2.2 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。絕對最大順向電流 (IF) 為 75 mA。該元件可承受 ≤10 μs 脈衝寬度且極低工作週期 (D=0.005) 的 400 mA 突波電流 (IFM)。最大功耗 (Pd) 為 206.25 mW。接面溫度 (TJ) 不得超過 150°C。工作與儲存溫度範圍指定為 -40°C 至 +125°C，證實其適用於汽車環境。此 LED 並非為反向電壓操作而設計。其靜電放電 (ESD) 敏感度 (人體放電模式，HBM) 額定值為 2 kV。

2.3 熱特性

熱管理對於 LED 的性能與壽命至關重要。規格書指定了兩個從接面到焊點的熱阻值：一個是實際熱阻 (Rth JS real)，為 36 K/W (最大 42 K/W)；另一個是電氣熱阻 (Rth JS el)，為 25 K/W (最大 29 K/W)。差異可能源於測量方法。順向電流降額曲線清楚顯示，當焊墊溫度超過 25°C 時，必須降低最大允許順向電流，以防止超過最大接面溫度。

3. 分級系統說明

此 LED 根據三個關鍵參數進行分級，以確保生產批次的一致性並利於設計匹配。

3.1 光通量分級

光通量分級以代碼 E2 至 E5 標示。例如，E3 級涵蓋 6 流明至 8 流明的光通量，而 E4 級涵蓋 8 流明至 10 流明。這讓設計師能為其應用選擇具有特定亮度範圍的 LED。

3.2 順向電壓分級

電壓分級以代碼 1720、2022、2225 和 2527 表示，根據 LED 的順向電壓降進行分類。例如，2022 級包含 VF 介於 2.0V 至 2.25V 之間的 LED。這對於設計高效的驅動電路以及確保多 LED 陣列中的電流均勻分配至關重要。

3.3 主波長分級

波長分級以代碼 1215 至 2427 表示，根據 LED 特定的紅色色調進行分組。例如，1518 級包含主波長介於 615 nm 至 618 nm 之間的 LED。這確保了在需要精確色調匹配的應用中，顏色的一致性。

4. 性能曲線分析

規格書提供了數張圖表，詳細說明在不同條件下的性能表現。

4.1 IV 曲線與相對光通量

順向電流對順向電壓圖顯示了典型的 LED 非線性關係，電壓隨電流增加而上升。相對光通量對順向電流圖則表明，光輸出隨電流增加呈次線性增長，強調了在或接近建議測試電流 (50mA) 下操作以獲得最佳效率的重要性。

4.2 溫度相依性

相對順向電壓對接面溫度圖顯示，VF 隨溫度升高而線性下降（負溫度係數），此特性可用於估算接面溫度。相對光通量對接面溫度圖則顯示，光輸出隨溫度升高而減少，這是熱設計的關鍵因素。主波長偏移對接面溫度圖顯示，波長隨溫度升高而正向偏移（朝向更長波長）。

4.3 光譜分佈與脈衝處理能力

波長特性圖顯示在紅光區域 (~616 nm) 有一個單一、狹窄的峰值，證實其為單色光源。允許脈衝處理能力圖定義了針對不同脈衝寬度與工作週期的最大允許突波電流，這對於設計可能經歷暫態條件的電路至關重要。

5. 機械與封裝資訊

5.1 實體尺寸

機械圖標示了 LED 封裝尺寸。本體尺寸為 2.0mm x 2.0mm，典型高度為 0.8mm。除非另有說明，公差通常為 ±0.1mm。圖中包含透鏡形狀、散熱焊墊及電氣端子位置的詳細資訊。

5.2 建議焊墊佈局

另一張圖提供了 PCB 設計的最佳焊墊佈局。它詳細說明了陽極、陰極及中央散熱焊墊的尺寸。遵循此佈局對於實現可靠的焊接、良好的 PCB 熱傳導以及防止迴焊過程中的墓碑效應至關重要。

5.3 極性識別

雖然提供的文本中未明確詳述，但 SMD LED 通常會在封裝上或焊墊佈局圖中使用標記（例如圓點、凹口或不同的焊墊尺寸/形狀）來指示陰極。設計師必須查閱完整的機械圖以獲取此關鍵資訊。

6. 焊接與組裝指南

6.1 迴焊溫度曲線

此元件額定可承受 260°C 持續 30 秒的迴焊溫度。這指的是焊點處的峰值溫度。必須遵循包含預熱、均熱、迴焊和冷卻階段的適當迴焊曲線，以避免熱衝擊並確保可靠的焊點，同時不損壞 LED 晶片或封裝。

6.2 使用注意事項

一般注意事項包括避免對透鏡施加機械應力、防止污染，以及對 ESD 敏感元件使用適當的處理程序。儲存條件應符合工作溫度範圍 (-40°C 至 +125°C)，並處於低濕度環境。濕度敏感等級 (MSL) 為 Level 2，意味著封裝在需要於迴焊前進行烘烤之前，可在工廠環境條件下暴露長達一年。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 包裝資訊

LED 以捲帶包裝形式供應，適用於自動化組裝。完整的包裝資訊章節會詳細說明包裝細節（捲帶寬度、凹槽尺寸、捲盤尺寸、每捲數量），以確保與標準取放設備的相容性。

7.2 料號編碼系統

料號 2020-UR050DL-AM 的解碼方式如下：2020：產品系列/封裝尺寸。UR：顏色 (紅色)。050：測試電流 (50 mA)。D：導線架類型 (金 + 白膠)。L：亮度等級 (低)。AM：汽車應用。此系統允許精確識別元件的特定屬性。

8. 應用建議

8.1 典型應用場景

主要應用為汽車照明。這包括內飾應用，如儀表板指示燈、開關背光及氛圍照明。只要光學設計符合法規的光度要求，它也可能適用於外部信號功能，例如中央高位煞車燈 (CHMSL) 或其他需要紅色信號的非頭燈應用。

8.2 設計考量

驅動電路：必須使用恆流驅動器，以確保穩定的光輸出並防止熱失控。驅動器設計必須在絕對最大額定值內運作，並考慮高溫下的降額。
熱管理：PCB 必須設計成能有效地將熱量從 LED 的散熱焊墊導出。這可能涉及使用散熱孔、銅箔鋪設，或連接到更大的金屬核心或散熱片。
光學設計：可能需要二次光學元件（透鏡、導光條）來為特定應用塑造 120° 的光束。
靜電放電保護：雖然額定為 2kV HBM，但在 PCB 上加入基本的 ESD 保護是增強穩健性的良好做法。

9. 技術比較與差異化

與標準商用級 LED 相比，2020 立方體燈 AM 型號的區別在於其汽車級認證 (AEC-Q102)，這涉及對溫度循環、濕度、高溫操作及其他應力的嚴格測試。它還具備抗硫性 (Class A1)，這在含硫氣體可能腐蝕銀基元件的汽車環境中至關重要。寬廣的工作溫度範圍 (-40°C 至 +125°C) 及詳細的分級結構，進一步使其成為專為高可靠性、長壽命應用所設計的元件，在這些應用中，性能一致性至關重要。

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 (Rth JS real) 可能是在接面上使用直接溫度感測方法測量而得。電氣熱阻 (Rth JS el) 通常是利用順向電壓隨溫度的變化（K 因子法）計算得出。電氣法得出的數值通常較低，因為它可能未涵蓋所有熱路徑。為了進行保守的熱設計，應使用較高的實際值。

問：我可以用恆壓源驅動此 LED 嗎？
答：強烈不建議。LED 是電流驅動元件。順向電壓的微小變化（由於溫度或分級差異）在恆壓源下會導致電流大幅變化，可能導致過電流、過熱和故障。請務必使用恆流驅動器，或在嚴格穩壓的電源供應下使用限流電阻。

問：為什麼降額曲線上會有請勿使用低於 5mA 的電流的註記？
答：在極低電流下，LED 的光輸出會變得極度非線性且不穩定。指定的光度與色度參數（光通量、主波長）僅在測試電流 50mA 或接近該值時得到保證。在 5mA 以下操作可能產生不可預測且不一致的性能。

問：訂購時應如何解讀分級代碼？
答：您在捲帶上收到的光通量分級（例如 E4）、電壓分級（例如 2022）和波長分級（例如 1518）的特定組合，是由製造商的生產分佈所決定。對於關鍵的色彩或亮度匹配應用，您可能需要指定緊密分級或匹配分級要求，這可能會影響供貨情況與成本。

11. 設計導入案例研究

情境：為汽車內飾門把氛圍燈設計一個多 LED 陣列。
需求：均勻的紅色輝光，在 -40°C 至 85°C 的車廂溫度下亮度穩定，使用壽命 10 年。
設計流程：
1. LED 選擇：選擇 2020-UR050DL-AM，因其符合 AEC-Q102、具抗硫性且工作溫度範圍寬廣。
2. 分級：為確保顏色與亮度均勻性，要求使用相同或相鄰光通量與波長分級的 LED（例如，全部來自光通量分級 E3/E4 和波長分級 1518）。
3. 電路設計：使用單一恆流驅動器 IC 以串聯方式驅動所有 LED。串聯配置保證流經每個 LED 的電流相同，有助於亮度均勻。驅動器電流設定為 50mA（典型值）或略低（例如 45mA），以延長壽命並提供熱餘裕。
4. 熱設計：PCB 為雙層板，頂層有大面積銅箔鋪設，透過多個散熱孔連接到每個 LED 的散熱焊墊，並導熱至底層，底層作為散熱片。
5. 驗證：在 25°C、85°C 和 -30°C 下測試組裝體的光輸出均勻性。執行溫度循環測試以驗證焊點與元件的可靠性。

12. 工作原理

此 LED 是一種基於 p-n 接面的半導體元件。當施加超過接面內建電位（對此紅光 LED 約為 1.75-2.75V）的順向電壓時，來自 n 型區域的電子和來自 p 型區域的電洞會注入接面。當這些電荷載子在半導體材料（紅光 LED 通常基於磷化鋁鎵銦 - AlGaInP）的主動區域復合時，能量以光子（光）的形式釋放。半導體層的特定成分決定了發射光的波長（顏色）。環氧樹脂透鏡封裝晶片，提供機械保護，並塑造光輸出光束。

13. 技術趨勢

像 2020 立方體燈這類汽車 SMD LED 的趨勢是朝向更高效率（每瓦更多流明）發展，從而降低功耗並減少熱負載。改善色彩一致性與更緊密的分級是美學應用的持續優先事項。同時也致力於在日益嚴苛的操作條件下（包括更高的接面溫度額定值）實現更高的可靠性和更長的使用壽命。此外，與智慧控制（用於調光的脈衝寬度調變、可定址 LED）的整合也變得越來越普遍。基礎的半導體材料與封裝技術持續演進以滿足這些需求，包括晶片設計、螢光粉技術（用於白光及其他顏色）以及先進的模塑化合物等方面的進步，以實現更好的熱性能與環境性能。