紅光LED 3.50x2.80x1.85mm PLCC4 - 順向電壓2.4V - 功率耗散196mW - 波長621nm - 技術規格

1. 產品概述

1.1 一般說明

本產品是一款高效能紅光發光二極體(LED)，採用AlGaInP磊晶層於基板上製成。封裝於標準PLCC-4封裝，尺寸為3.50 mm × 2.80 mm × 1.85 mm。元件專為表面貼焊(SMT)組裝設計，並通過車規等級(AEC-Q101)認證，適用於車內照明與開關等嚴苛應用。LED發出深紅色光，主波長中心約為621 nm，並提供極寬的120°視角。

1.2 特性

• PLCC-4封裝（3.50 mm × 2.80 mm × 1.85 mm）
• 極寬視角（120°）
• 適用於所有SMT組裝與焊接製程
• 提供編帶與捲盤包裝（2000顆/捲）
• 濕度敏感等級：Level 2（依據IPC/JEDEC J-STD-020）
• 符合RoHS與REACH指令
• 通過AEC-Q101應力測試認證，符合車規級分立半導體標準
• ESD耐受能力：2000 V（HBM），良率>90%

1.3 應用

• 車內照明（車頂燈、閱讀燈、氛圍燈）
• 開關與指示燈

2. 技術參數

2.1 電氣與光學特性（Ts = 25°C，IF = 50 mA）

下表總結了在順向電流50 mA下測量的關鍵電氣與光學參數（除非另有說明）：

順向電壓測量容差為±0.1 V，發光強度容差為±10%。色座標（主波長）容差為±0.5 nm。

2.2 絕對最大額定值

元件不得在下列絕對最大額定值之外操作。超過這些限制可能導致永久性損壞。

2.3 順向電壓、發光強度與主波長之分檔範圍

為確保一致的性能，LED在50 mA測試電流下分為以下類別：

• 順向電壓 (V_F) 分檔：C1 (2.0–2.1 V), C2 (2.1–2.2 V), D1 (2.2–2.3 V), D2 (2.3–2.4 V), E1 (2.4–2.5 V), E2 (2.5–2.6 V), F1 (2.6–2.7 V), F2 (2.7–2.8 V).
• 發光強度 (I_V) 分檔：N1 (1800–2300 mcd), N2 (2300–2800 mcd), O1 (2800–3500 mcd).
• 主波長 (λ_d) 分檔：D2 (617.5–620 nm), E1 (620–622.5 nm), E2 (622.5–625 nm).

2.4 熱特性

接點至焊點的熱阻 (R_{th J-S}) 最大值為130 °C/W。適當的熱管理對於將接面溫度保持在120 °C以下至關重要。在高溫下，順向電壓會降低，發光強度也會下降。設計人員必須確保足夠的散熱，特別是在接近最大額定電流（70 mA）操作時。

3. 性能曲線

以下圖示說明了典型的光學與電氣特性（詳細圖形請參閱規格書）：

• 順向電壓 vs. 順向電流 (圖1-7)：順向電壓隨電流非線性增加，從0 mA時約2.20 V到150 mA（脈衝條件）時2.60 V。在測試電流50 mA下，V_F典型值為2.4 V。
• 相對強度 vs. 順向電流 (圖1-8)：相對發光強度在順向電流達到70 mA前幾乎線性增加。在70 mA時，強度比20 mA時高出約80%。
• 焊接溫度 vs. 相對強度 (圖1-9)：當環境或焊點溫度從20 °C升至120 °C時，相對強度降低約15%。高溫操作需進行熱降額。
• 焊接溫度 vs. 順向電流 (圖1-10)：為避免超過最大接面溫度，順向電流必須隨著焊接溫度升高而降額。在100 °C時，最大允許電流約為40 mA。
• 順向電壓 vs. 焊接溫度 (圖1-11)：順向電壓隨溫度線性下降，速率約為–2 mV/°C。
• 輻射模式 (圖1-12)：元件呈現近似朗伯型輻射模式，具備寬廣的120°半強度角，提供均勻照明。
• 順向電流 vs. 主波長 (圖1-13)：隨著電流增加，主波長略微向長波長移動（紅移）。在70 mA時，相較於10 mA偏移約+2 nm。
• 光譜分佈 (圖1-14)：發射光譜峰值約為621 nm，半高全寬（FWHM）約20 nm。顏色為飽和紅色。

4. 機械封裝

4.1 封裝尺寸

LED封裝於3.50 mm × 2.80 mm × 1.85 mm的PLCC-4封裝中。俯視圖顯示矩形形狀，頂部有透明矽膠透鏡。底部視圖透過倒角（陰極）和定位標記指示陰極與陽極。所有尺寸單位為毫米，除非另有說明，公差為±0.2 mm。

4.2 焊接模式（建議焊盤佈局）

提供建議的PCB焊盤佈局以確保適當的焊點形成與散熱。該佈局包含兩個矩形焊盤（2.40 mm × 1.60 mm），間距4.60 mm。應最大化總銅面積以改善熱性能。

4.3 極性識別

陰極由封裝底部視圖上的一個小缺口或倒角指示。接腳配置為：一側為Pin 1（陽極）和Pin 2（陰極），另一側為Pin 3（陽極）和Pin 4（陰極）。確切方向請參閱規格書。

5. 組裝與焊接

5.1 回流焊接曲線

LED設計可承受以下回流焊接曲線（基於JEDEC J-STD-020）：

回流焊接不得超過兩次。若兩次焊接循環間隔超過24小時，LED需進行烘烤（60 °C，24小時）以防止濕氣損壞。

5.2 手工焊接

如需手工焊接，請使用溫度低於300 °C的烙鐵，停留時間少於3秒。僅允許一次手工焊接操作。

5.3 搬運與處理注意事項

• 請勿對矽膠透鏡施加過大壓力。請使用專為矽膠封裝LED設計的取放吸嘴。
• 避免將LED安裝在彎曲或非共面的PCB區域。
• 焊接後，讓電路板自然冷卻；請勿以空氣或液體強制冷卻。
• 焊接後請勿彎曲或扭曲PCB。
• 僅使用建議的清潔溶劑（異丙醇）。不建議使用超音波清潔，因為可能損壞LED。

6. 包裝與儲存

6.1 包裝規格

LED以編帶與捲盤包裝供應，詳細資訊如下：

• 數量：每捲2000顆。
• 載帶：寬度8 mm，口袋間距4.0 mm，附覆蓋帶。
• 捲盤：直徑330 mm，輪轂直徑100 mm，軸孔13 mm。

6.2 標籤資訊

每個捲盤附有標籤，標示料號、規格編號、批號、分檔代碼（VF、IV、波長）、數量與日期代碼。

6.3 防潮袋與儲存條件

LED密封於防潮袋（MBB）中，內含乾燥劑。儲存條件：

7. 可靠性測試

7.1 測試項目與條件

LED已根據所列標準進行以下可靠性測試。每項測試使用20個樣本，允收標準為0失效（0/1）。

7.2 失效判定

若測試後元件超出以下限制，則視為失效：

• 順向電壓（50 mA）：> 1.1 × 規格上限（U.S.L.）
• 逆向電流（5 V）：> 2.0 × U.S.L.
• 發光通量（50 mA）：<< 0.7 × 規格下限（L.S.L.）

8. 應用設計考量

為達到最佳性能與可靠性，應遵循以下設計指南：

• 限流：必須使用串聯電阻限制順向電流不超過70 mA。由於IV曲線陡峭，即使電源電壓微小變化也可能導致電流大幅變動。
• 逆向電壓保護：LED的最大逆向電壓僅5 V。請確保電路在操作或開關暫態期間不會施加逆向偏壓。
• 熱管理：在50 mA時，功率耗散約為120 mW（典型V_F2.4 V）。熱阻為130 °C/W時，接面溫度上升為焊點以上15.6 °C。對於高環境溫度，請相應降額電流。
• ESD保護：雖然LED可承受2000 V HBM，但若系統易受靜電放電影響，建議在電路中使用ESD保護元件（例如稽納二極體）。
• 化學相容性：避免使用含有硫、溴、氯或揮發性有機化合物（VOCs）的材料，這些物質可能釋氣並侵蝕矽膠封裝。環境中硫濃度不應超過100 ppm，鹵素（Br、Cl）單獨低於900 ppm，總量低於1500 ppm。
• 清潔：若焊接後需要清潔，請使用異丙醇。請勿使用超音波清潔，因為可能導致銲線損壞。

9. 比較優勢

與類似封裝尺寸的標準紅光LED相比，本元件具有以下幾項明顯優勢：

• 寬視角：120°（相較於典型的60°–90°）使其非常適合均勻的車內照明。
• 高亮度：在50 mA下可達3500 mcd，可用於日光下可視的應用。
• 車規認證：符合AEC-Q101確保在嚴苛車用條件（極端溫度、振動、高濕度）下的穩固性。
• 低熱阻：對於塑膠封裝而言，130 °C/W具有競爭力，搭配適當散熱可允許更高電流操作。
• 窄波長容差：分檔至2.5 nm的區間確保開關指示燈的顏色一致性。

10. 常見問題 (FAQ)

1. 問：最大連續順向電流是多少？答：絕對最大值為70 mA。為確保長期可靠操作，建議在高溫環境中保持在60 mA以下。
2. 問：我可以不使用電阻驅動LED嗎？答：不行。限流電阻對於防止熱失控至關重要。即使恆定電壓源也不建議，因為V_F隨溫度變化。
3. 問：應如何儲存未使用的LED？答：將其保存在未開封的防潮袋中，溫度≤30 °C，濕度≤75% RH。開封後，請在24小時內使用或在使用前烘烤。
4. 問：主波長與峰值波長有何不同？答：主波長是人眼感知的顏色（對於紅光LED，通常接近峰值）。主波長根據CIE標準測量；本產品的主波長範圍為617.5至625 nm。
5. 問：我可以將此LED用於汽車外部照明嗎？答：本元件指定用於車內應用。若用於外部（例如尾燈），可能需要額外的環境測試（UV、進水）。
6. 問：為什麼矽膠透鏡是軟的？答：選擇矽膠是因為其優異的透光性與高溫穩定性。但它比環氧樹脂軟；請避免用尖銳物體觸碰透鏡。

11. 實際應用案例

案例1：車內頂燈

單一LED可取代頂燈中的傳統白熾燈泡。在50 mA驅動下，LED提供約2.9 cd，足以照亮小型車內空間。寬視角確保光線均勻分佈。假設典型V_F為2.4 V，則使用18 Ω電阻（適用12 V電源）將電流限制在約50 mA。LED可安裝在鋁基PCB（MCPCB）上以利散熱。

案例2：開關背光

對於按鈕開關，LED可置於半透明按鈕後方。使用較低的驅動電流（20 mA）時，強度（約1.5 cd）足以作為環境指示。這降低了功耗與熱量產生。小巧的PLCC-4封裝非常適合標準FR4 PCB。

12. 工作原理

LED是基於AlGaInP（磷化鋁鎵銦）材料系統的半導體光源。當pn結施加順向偏壓時，n側的電子與p側的電洞在主動區域復合。此復合以光子（光）形式釋放能量，波長由AlGaInP化合物的能隙決定。透過精確控制組成，發射光譜可調整至紅光部分（約621 nm）。PLCC-4封裝使用透明矽膠透鏡以增強光萃取並提供寬廣的輻射模式。

13. 發展趨勢

車內照明的趨勢朝向更高效率、更小封裝以及更好的顏色一致性。未來發展可能包括：

- 將多個LED整合於單一封裝中，用於RGB或可調白光解決方案。

- 透過先進封裝設計（例如使用金屬引腳框架或陶瓷基板）改善熱阻。

- 更高的亮度等級以支援日光可讀顯示器。

- 適應性照明系統要求的更嚴格分檔容差。

- 在人類中心照明（HCL）中增加LED的使用，以進行氛圍控制。

本產品憑藉AEC-Q101認證與廣角發射特性，已為新一代車內照明做好準備。