目錄
1. 產品概述
本文件詳述一款採用 PLCC-2 封裝的高性能表面黏著型紅色 LED 規格。此元件主要針對嚴苛的汽車內飾應用而設計，兼具高亮度輸出、寬廣視角與強固的可靠性。其核心優勢包括符合嚴格的汽車標準如 AEC-Q102、優異的抗硫性 (Class A1)，以及遵循 RoHS、REACH 與無鹵素等環保指令。目標市場為汽車電子，特別是內飾氛圍照明、開關背光以及其他在惡劣條件下可靠性和一致性表現至關重要的指示功能。
2. 深入技術參數分析
2.1 光學與電氣特性
LED 的關鍵性能指標定義於標準測試條件下。在順向電流 (IF) 為 50mA 時，典型順向電壓 (VF) 為 2.20V，指定範圍從 1.75V (最小值) 到 2.75V (最大值)。在相同的 50mA 條件下，發光強度 (IV) 額定典型值為 3550 毫燭光 (mcd)，最小值為 2800 mcd，最大值為 5600 mcd。主波長 (λd) 中心值為 615nm，定義其紅色色彩，容差為 ±1nm。此元件具備非常寬廣的 120 度視角 (φ)，確保從偏軸位置也能獲得良好的可見度。絕對最大順向電流為 70mA，此元件不設計用於反向電壓操作。
2.2 熱性能與可靠性規格
熱管理對於 LED 壽命至關重要。接面至焊點熱阻 (Rth JS) 有兩個數值：85 K/W (典型值，實際) 和 60 K/W (典型值，電氣)。最大允許接面溫度 (TJ) 為 125°C，而工作溫度範圍 (Topr) 則從 -40°C 到 +110°C。此元件可承受最高 260°C 的回流焊接溫度達 30 秒。對於靜電放電 (ESD) 防護，其額定值為 2kV (人體放電模型)。功率耗散 (Pd) 限制為 192 mW。
3. 分級系統說明
為確保生產中的色彩與亮度一致性，LED 會被分類到不同的分級區間。
3.1 發光強度分級
發光強度被分類到一個詳細的字母數字分級結構中。分級範圍從 L1 (11.2-14 mcd) 到高輸出分級如 GA (18000-22400 mcd)。本規格書涵蓋的特定元件，基於其 3550 mcd 的典型額定值，將歸屬於 CA 分級 (2800-3550 mcd)。此系統允許設計師為均勻照明應用選擇亮度等級嚴格控制的元件。
3.2 主波長分級
決定感知色彩的主波長也進行分級。分級由四位數代碼定義，代表以奈米為單位的最小和最大波長。例如，分級 '1215' 涵蓋從 612nm 到 615nm 的波長。此元件典型的 615nm 波長使其歸屬於 '1518' 分級 (615-618 nm) 或可能是 '1215' 分級，取決於特定的生產批次。這種精確的分級對於需要特定色點或混色的應用至關重要。
4. 性能曲線分析
4.1 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V 曲線)
提供的圖表顯示了在 25°C 下順向電流與順向電壓之間的關係。該曲線具有二極體的特性，顯示一旦順向電壓超過閾值 (此 LED 約為 1.7V)，電流便呈指數增長。此曲線對於設計限流電路以確保穩定運作至關重要。
4.2 熱特性
數個圖表說明了性能隨溫度的變化。相對發光強度 vs. 接面溫度圖表顯示光輸出隨著溫度升高而降低，這是 LED 的典型行為。相對順向電壓 vs. 接面溫度圖表顯示 VF具有負溫度係數，隨著溫度升高而線性下降。主波長 vs. 接面溫度和相對波長 vs. 接面溫度圖表顯示波長隨溫度有輕微偏移 (通常為幾奈米)，這對於色彩要求嚴格的應用很重要。
4.3 光譜分佈與輻射圖形
該相對光譜分佈圖表確認了單色紅光輸出，峰值約在 615nm，光譜其他部分幾乎沒有發射。輻射典型圖形特性(摘錄中未完全詳述) 通常會顯示光的空間分佈，說明強度降至峰值一半時的 120° 視角。
4.4 降額與脈衝處理能力
該順向電流降額曲線對於可靠性至關重要。它顯示了最大允許連續順向電流作為焊盤溫度 (TS) 的函數。例如，在 TS為 110°C 時，最大 IF需降額至 55mA。允許脈衝處理能力圖表定義了針對不同脈衝寬度 (tp) 和佔空比 (D) 的最大允許非重複性或重複性脈衝電流，這對於 PWM 調光或瞬態條件很有用。
5. 機械與封裝資訊
此 LED 採用標準的 PLCC-2 (塑膠引線晶片載體) 表面黏著封裝。雖然確切的機械尺寸 (長、寬、高) 在規格書第 7 節有提及但摘錄中未提供，此封裝類型被廣泛使用並允許自動化取放組裝。元件將有清晰的陽極和陰極標記，以確保正確的 PCB 方向。提供了建議的焊盤佈局，以確保在回流焊接過程中形成正確的焊點並進行散熱。
6. 焊接與組裝指南
此元件適用於回流焊接製程。指定的溫度曲線允許峰值溫度為 260°C，最長持續 30 秒。設計師必須遵守此溫度曲線，以防止對塑膠封裝或半導體晶片造成熱損傷。使用注意事項可能包括標準處理程序以避免對引腳施加機械應力、防潮保護 (MSL 等級 2) 以及避免過度靜電放電。適當的儲存條件應符合指定的儲存溫度範圍 -40°C 至 +110°C，並置於乾燥環境中。
7. 包裝與訂購資訊
此元件的料號為 57-21R-UR0501H-AM。訂購資訊和包裝細節 (例如，編帶和捲盤規格、每捲數量) 在規格書的第 6 和第 10 節涵蓋。料號結構可能編碼了資訊，例如顏色 (R 代表紅色)、封裝類型以及可能的分級代碼，從而能夠精確訂購所需的性能等級。
8. 應用建議
8.1 典型應用場景
主要應用是汽車內飾照明。這包括儀表板背光、腳部空間氛圍照明、控制按鈕和開關的背光，以及中控台上的狀態指示燈。其 AEC-Q102 認證和抗硫性使其特別適合車輛內部的惡劣環境，這可能涉及高溫、熱循環以及暴露於腐蝕性氣體。
8.2 設計考量
使用此 LED 進行設計時，工程師必須考慮以下幾個因素：
1. 電流驅動：建議使用恆流驅動器以維持穩定的光輸出，因為 LED 亮度是電流的函數，而非電壓。電路必須將 IF限制在 50mA 以進行典型操作，且絕不能超過 70mA。
2. 熱管理：PCB 佈局必須促進從焊盤散熱，以防止接面溫度超過 125°C，特別是在高環境溫度環境中。建議使用建議的焊盤佈局，並可能使用散熱過孔。
3. ESD 防護：儘管額定值為 2kV HBM，在輸入線路上實施基本的 ESD 防護是良好的做法，特別是在處理和組裝過程中。
4. 光學設計：120° 視角提供了寬廣的發射角度。如需聚焦光線，可能需要二次光學元件 (透鏡)。
9. 技術比較與差異化
與標準商用級 LED 相比，此元件的關鍵差異在於其車規級的可靠性認證。AEC-Q102 認證涉及一系列針對高溫操作、熱衝擊、耐濕性和壽命的嚴格測試。Class A1 抗硫性等級表示對含硫氣氛具有優異的抵抗能力，這是由於某些橡膠和潤滑劑化合物而在汽車環境中常見的失效模式。寬廣的工作溫度範圍 (-40°C 至 +110°C) 超過了典型的消費級 LED，確保了在車輛可能遇到的所有氣候條件下的功能性。
10. 常見問題 (基於技術參數)
問：我可以直接用 3.3V 電源驅動這個 LED 嗎？
答：不行。典型順向電壓為 2.2V，但它可能低至 1.75V。將其直接連接到 3.3V 電源而不使用限流電阻或驅動器，將導致過大的電流流過，可能超過 70mA 的絕對最大額定值並損壞 LED。必須使用串聯電阻或恆流驅動器。
問：如果我用 30mA 而不是 50mA 驅動它，光輸出會如何變化？
答：參考相對發光強度 vs. 順向電流圖表，輸出與電流並非線性比例關係。在 30mA 時，相對強度約為其在 50mA 時值的 0.6 (或 60%)。因此，發光強度大約為 2130 mcd (0.6 * 3550 mcd)。
問：這個 LED 適合 PWM 調光嗎？
答：是的，LED 非常適合 PWM 調光。應參考允許脈衝處理能力圖表，以確保選擇的峰值電流、脈衝寬度和佔空比在安全操作範圍內。通常，對於高於 100Hz 的調光頻率，圖表允許的脈衝電流可以高於直流最大值，但仍必須管理平均功率。
11. 實務設計與使用案例
案例：設計汽車開關背光。設計師需要照亮中控台上的一排 5 個按鈕開關。每個開關需要均勻、低亮度的紅色照明。設計師選擇此 LED 是因其可靠性。使用 12V 汽車電源，設計了一個電路，其中每個 LED 由一個設定為 50mA 的專用恆流穩壓器驅動。LED 被放置在導光板後面的 PCB 上，以將 120° 光束均勻分佈在開關圖標上。熱分析確認，在最壞情況的車廂溫度 85°C 下，焊盤溫度保持在 100°C 以下，使順向電流保持在圖表中的降額限制內，從而確保長期可靠性。
12. 工作原理簡介
發光二極體 (LED) 是一種透過電致發光發光的半導體元件。當順向電壓施加於 p-n 接面時，來自 n 型材料的電子在主動區與來自 p 型材料的電洞復合。此復合過程以光子 (光) 的形式釋放能量。發射光的特定波長 (顏色) 由構成 LED 晶片的半導體材料的能隙決定。在此紅色 LED 中，通常使用如砷化鋁鎵 (AlGaAs) 或類似化合物等材料來產生波長約為 615nm 的光子，人眼感知為紅色。
13. 技術趨勢與發展
汽車 LED 照明的趨勢是朝向更高效率 (每瓦更多流明)，以降低功耗和熱負載。同時也朝向更小的封裝尺寸和更高的功率密度發展，實現更緊湊和時尚的設計。此外，將控制電子元件 (例如，LED 驅動器、保護電路) 直接整合到 LED 封裝中變得越來越普遍，簡化了工程師的系統設計。對於內飾氛圍照明，對更寬廣色域和更高顯色指數 (CRI) 的需求也推動了螢光粉技術和多晶片設計的進步，儘管此特定元件是單色紅色 LED。可靠性標準持續演進，對更長壽命的要求以及對新環境應力因素的測試也在不斷發展。
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。 |