反向安裝 SMD LED 藍光數據手冊 - EIA 封裝 - 5mA - 45mcd - 英文技術文件

1. 產品概述

本文件詳細說明一款採用氮化銦鎵（InGaN）半導體材料發射藍光的反向安裝、表面黏著裝置（SMD）發光二極體（LED）之規格。該元件配備透明透鏡，並以符合EIA標準的封裝格式提供。其設計適用於自動化組裝製程，包括取放設備與紅外線（IR）迴焊，適合大量生產。此LED歸類為綠色產品，符合RoHS（有害物質限制）指令。

1.1 核心優勢

• 反向安裝設計： 晶片以特定方向安裝，此方向針對特定PCB佈局與光線提取進行了優化。
• 自動化相容性： 以8毫米載帶供應於7英寸捲盤，完全相容於標準自動化貼裝與焊接設備。
• 高ESD耐受度： 具備8000V靜電放電（ESD）閾值（使用人體模型（HBM）測試），提供良好的操作穩健性。
• IC相容： 電氣特性允許直接由標準邏輯位準積體電路輸出驅動。
• 相容無鉛製程： 可承受無鉛組裝所需之紅外迴流焊接溫度曲線。

2. 深度技術參數分析

以下章節詳細解析裝置的絕對極限與操作特性。除非另有說明，所有參數均以環境溫度 (Ta) 25°C 為準。

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了壓力極限，超出此極限可能對裝置造成永久性損壞。不保證在低於或等於這些極限下操作。

• Power Dissipation (Pd): 76 mW。此為裝置能以熱能形式散發的最大總功率。
• 峰值順向電流 (I_FP): 100 mA。允許在脈衝條件下使用（1/10 工作週期，0.1ms 脈衝寬度）。
• DC Forward Current (I_F): 20 mA。可靠運作的最大連續順向電流。
• Operating Temperature Range (T_opr): -20°C 至 +80°C。
• 儲存溫度範圍 (T_stg): -30°C 至 +100°C。
• 紅外線焊接條件： 可承受260°C峰值溫度達10秒，符合典型無鉛迴焊製程要求。

2.2 Electrical & Optical Characteristics

這些是標準測試條件下的典型性能參數（I_F = 5 mA, Ta=25°C）。

• 發光強度（I_V): 範圍從最小值11.2 mcd到最大值45.0 mcd。典型值取決於特定的分檔（詳見第3節）。測量時使用符合CIE明視覺響應曲線的濾波感測器。
• 視角（2θ_1/2): 130度。這個寬廣的視角表示其為一種漫射、非聚焦的光線發射模式，適用於需要寬角度可見性的指示燈和背光應用。
• Peak Emission Wavelength (λ_P): 468 nm。這是光譜功率輸出達到最高的特定波長。
• 主波長 (λ_d): 465.0 nm 至 475.0 nm。這是人眼用以定義顏色的單一波長，其源自 CIE 色度圖。
• 譜線半寬 (Δλ): 25 nm。此參數表示發射光的光譜純度或頻寬，25nm 是標準藍光 InGaN LED 的典型值。
• 順向電壓 (V_F): 2.65 V 至 3.15 V。此為 LED 在 5 mA 驅動電流下的壓降。在電路設計中計算限流電阻時，必須考量此電壓範圍。
• 逆向電流 (I_R): 當施加 0.55V 逆向電壓 (V_R) 時，最大為 10 μA。 重要注意事項： 本裝置並非設計用於反向偏壓操作；此測試條件僅用於漏電流特性分析。

3. 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檔。這讓設計師能選用符合特定應用需求、色彩與亮度均勻性的元件。

3.1 順向電壓分級

分檔能確保LED具有相近的壓降，這可簡化並聯陣列中的電源設計。每檔容差為±0.1V。

• 分選區間1：2.65V - 2.75V
• 分選區間2：2.75V - 2.85V
• Bin 3: 2.85V - 2.95V
• Bin 4: 2.95V - 3.05V
• Bin 5: 3.05V - 3.15V

3.2 發光強度分選

此分級依據LED在5 mA電流下的亮度輸出進行分類。每級的容差為±15%。

• L1: 11.2 mcd - 14.0 mcd
• L2: 14.0 mcd - 18.0 mcd
• M1: 18.0 mcd - 22.4 mcd
• M2: 22.4 mcd - 28.0 mcd
• N1: 28.0 mcd - 35.5 mcd
• N2: 35.5 mcd - 45.0 mcd

3.3 主波長分選

這控制著藍光的感知顏色（色調）。每個分檔的容差為 ±1 nm。

• 分檔 AC：465.0 nm - 470.0 nm（略偏綠的藍色）
• 分檔 AD：470.0 nm - 475.0 nm（略偏純的藍色）

4. 性能曲線分析

雖然資料手冊中引用了特定的圖形曲線（例如，圖1、圖6），但其含義對設計至關重要。

4.1 發光強度 vs. 順向電流

光輸出 (I_V) 在工作範圍內大致與順向電流 (I_F) 成正比。將 LED 驅動電流提升至 5 mA 以上會增加亮度，但也會增加功耗和接面溫度，這可能影響使用壽命和波長。20 mA 的直流最大額定值，相對於 5 mA 的測試點提供了顯著的亮度餘裕。

4.2 順向電壓 vs. Forward Current & Temperature

二極體的 V_F 具有負溫度係數；它會隨著接面溫度升高而降低。此特性對於恆流驅動設計非常重要，因為若未適當限流，固定電壓源可能導致熱失控。必須將 25°C 下規定的 V_F 範圍作為指導原則，並理解其會隨工作溫度而偏移。

4.3 光譜分佈

參考光譜圖（圖1）將顯示一個以峰值波長468 nm為中心的高斯型分佈，其半高全寬（FWHM）為25 nm。此光譜寬度對於對特定波長敏感的應用（例如感測器或混色照明系統）具有重要意義。

5. Mechanical & Package Information

5.1 封裝尺寸與極性

該元件符合標準EIA封裝外形。"反向安裝"的標示對於PCB焊墊設計至關重要。陰極和陽極位於封裝的特定側面。機械圖提供了焊墊圖案設計的準確尺寸（單位：mm），包括焊墊尺寸與間距，以確保正確的焊接與對位。大多數尺寸的公差為±0.10 mm。

5.2 建議的銲接墊佈局

提供建議的PCB銲墊圖形（銲接墊幾何形狀），以確保迴銲過程中形成可靠的銲點。遵循此圖形有助於防止墓碑效應（元件立起）並確保適當的熱連接與電氣連接。

6. Soldering & Assembly Guidelines

6.1 IR 迴焊溫度曲線

本文包含針對無鉛製程的建議迴流焊溫度曲線。關鍵參數包括：

• 預熱： 150–200°C 範圍。
• 預熱時間： 最長 120 秒，以確保溫度穩定及助焊劑活化。
• 峰值溫度： 最高260°C。
• 液相線以上時間： 該裝置可承受峰值溫度最長10秒。迴焊最多應執行兩次。

注意： 必須針對特定的PCB組裝件進行溫度曲線特性分析，因為電路板厚度、元件密度和焊膏會影響熱傳遞。

6.2 手工焊接

若需進行手工焊接：

• 烙鐵溫度： 最高300°C。
• 焊接時間： 每引腳最多3秒。
• 頻率： 應僅執行一次以避免熱應力。

6.3 清潔

若需進行焊後清潔：

• 僅可使用指定溶劑：常溫下的乙醇或異丙醇。
• 浸泡時間應少於一分鐘。
• 未指定的化學物質可能會損壞LED封裝材料（環氧樹脂透鏡）。

7. Storage & Handling

7.1 ESD 防護措施

儘管具有8000V HBM等級，仍建議採取標準靜電防護措施：操作時請使用接地手腕帶、防靜電墊及正確接地的設備。

7.2 濕度敏感性

該元件的濕度敏感等級(MSL)為2a級。

• 密封袋： 儲存於≤30°C且≤90% RH的環境中。若儲存於原裝含乾燥劑的防潮袋中，保存期限為一年。
• 開封後： 儲存於≤30°C且≤60% RH環境下。元件在暴露於工廠環境條件後，應在672小時（28天）內進行IR迴焊。
• 延長儲存（已開封）： 儲存於帶有乾燥劑的密封容器或氮氣乾燥器中。
• 重新烘烤： 若暴露超過672小時，請在焊接前以約60°C烘烤至少20小時，以去除吸收的濕氣並防止迴焊時發生「爆米花」現象。

8. Packaging & Ordering

8.1 捲帶包裝規格

• 載帶寬度： 8 毫米。
• 捲盤直徑： 7 英吋。
• 每捲數量： 3000件。
• 最低訂購量（MOQ）： 剩餘數量最低訂購量為500件。
• 口袋覆蓋： 空置口袋以覆蓋膠帶密封。
• 缺件： 根據規格(ANSI/EIA 481)，最多允許連續缺失兩個LED。

9. Application Notes & 設計考量

9.1 典型應用場景

• 狀態指示器： 應用於消費性電子產品、家電及工業控制面板，受益於其寬廣的可視角。
• 背光： 適用於小型LCD顯示器、鍵盤或薄膜開關。
• 裝飾照明： 用於低功率重點照明或標誌。
• 感測器啟動： 作為光學感測器（接近感應、物體偵測）的光源。

重要免責聲明： 此LED適用於一般電子設備。對於故障可能危及生命或健康的安全關鍵應用（例如航空、醫療生命維持、交通控制），其未經評級或不建議使用。

9.2 電路設計考量

1. 電流限制： 務必使用串聯電阻或恆流驅動器。使用最大 V_F 從電源箱（例如3.15V）和最小供電電壓，確保即使在最惡劣的條件下，電流也絕不超過絕對最大額定值。
2. 熱管理： 雖然功耗較低，但若在接近最大電流或高環境溫度下運行，應確保PCB銅箔或散熱設計充足，以將接面溫度維持在限值內。
3. 反向電壓保護： 由於本元件並非針對反向偏壓設計，若LED在電路中可能遭受反向電壓暫態，建議並聯一個保護二極體（陰極對陽極）。

10. 常見問題 (FAQs)

10.1 什麼是「反向安裝」？

反向安裝指的是LED半導體晶片在封裝內的物理方向。在標準LED中，光線主要從頂部發出。在反向安裝設計中，晶片的方向經過優化，以增強從側面或透過PCB發光的效果，通常用於LED安裝在凹槽中或需要特定光路的情況。其PCB焊盤圖形會與標準的頂視LED不同。

10.2 我可以持續以 20 mA 驅動這個 LED 嗎？

是的，20 mA 是絕對最大連續直流順向電流額定值。為了達到最佳使用壽命和穩定性能，通常會以低於絕對最大值的電流驅動 LED，常見範圍為 10-15 mA。在高環境溫度下操作時，請務必參考降額曲線（若有提供）。

10.3 我該如何解讀發光強度值？

發光強度 (mcd) 是衡量特定方向（沿軸向）感知亮度的指標。130 度的視角意味著此亮度在一個非常寬的錐形範圍內得以維持。對於需要聚焦光束的應用，將需要二次光學元件（透鏡）。分檔系統 (L1 至 N2) 讓您可以為設計選擇最低亮度。

10.4 為何儲存條件如此重要？

SMD元件會吸收空氣中的濕氣。在高溫迴流焊接過程中，這些被截留的濕氣會迅速蒸發，導致內部層狀剝離、破裂或「爆米花」現象，從而損壞元件。MSL等級和烘烤說明對於組裝良率和可靠性至關重要。

11. Practical Design Example

情境： 為一個5V電路設計一個簡單的電源指示燈。

1. 選擇 Bin： 選擇一個強度 Bin（例如 M1 對應 18-22.4 mcd）和一個電壓 Bin（例如 Bin 3 對應 ~2.9V）進行計算。
2. 計算串聯電阻： 目標 I_F = 10 mA，以平衡亮度與使用壽命。
   R = (V_supply - V_F) / I_F = (5V - 2.9V) / 0.01A = 210 Ω.
   使用標準的 220 Ω 電阻。驗證額定功率：P_R = I²R = (0.01)² * 220 = 0.022W，因此使用1/10W或1/8W的電阻即可。
3. PCB佈局： 請依照datasheet建議的焊墊尺寸。根據封裝標記圖確保極性正確。
4. 組裝： 遵循建議的紅外線回流焊溫度曲線。若電路板在潮濕環境中組裝且未立即使用，且LED從密封包裝袋中取出超過28天，請考慮在組裝前對其進行烘烤。

12. 技術介紹

此LED基於InGaN（氮化銦鎵）半導體技術，於基板（通常為藍寶石或碳化矽）上生長而成。當施加正向電壓時，電子與電洞在主動量子井區域復合，以光子形式釋放能量。合金中銦與鎵的特定比例決定了能隙能量，從而影響發光峰值波長，本例中位於藍光譜區（約468奈米）。水晶環氧樹脂透鏡封裝晶片，提供機械保護、塑造光輸出（130度視角）並提升取光效率。

13. 產業趨勢

藍光LED的發展（此成就獲頒2014年諾貝爾物理學獎）是一項基礎性突破，實現了白光LED（透過螢光粉轉換）與全彩顯示器。當前此類SMD LED的產業趨勢聚焦於：

• 提升效率： 更高的發光效率（每瓦電能輸入產生更多的光輸出）。
• 微型化： 更小的封裝尺寸（例如0201、01005），適用於更高密度的電子產品。
• 色彩一致性提升： 更嚴格的主波長與強度分檔公差，對於顯示器背光等應用至關重要。
• 增強可靠性： 適用於汽車和工業應用的更高最高工作溫度與提升的防潮性能。
• 先進封裝： 將多個LED晶片（RGB、白光）整合至單一封裝內，或採用內建限流電阻或控制IC（「智慧型LED」）的封裝形式。