反向安裝 SMD LED 藍光 InGaN 規格書 - EIA 封裝 - 電壓 2.8-3.8V - 發光強度 28-180mcd - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件詳細說明一款高亮度、反向安裝的表面黏著裝置（SMD）發光二極體（LED）的規格。此元件採用 InGaN（氮化銦鎵）半導體晶片來產生藍光，並封裝於符合 EIA（電子工業聯盟）標準的水清透鏡封裝內。專為自動化組裝製程設計，可相容於紅外線迴焊。主要產品特色包括符合 RoHS 指令、歸類為綠色產品，以及具有高靜電放電（ESD）耐受閾值。

2. 深入技術參數分析

2.1 絕對最大額定值

元件的操作極限定義於環境溫度（Ta）為 25°C 時。超過這些額定值可能導致永久性損壞。

• 功率消耗（Pd）：76 mW。這是封裝能夠以熱能形式持續消散的最大功率。
• 峰值順向電流（I_FP）：100 mA。此電流僅允許在脈衝條件下使用，工作週期為 1/10，脈衝寬度為 0.1ms，以防止過熱。
• 連續順向電流（I_F）：20 mA。這是建議的最大直流工作電流，以確保可靠的長期性能。
• 靜電放電（ESD）耐受閾值：8000 V（人體放電模型）。此高額定值表示對處理過程中可能遭遇的靜電具有強大的防護能力。
• 操作溫度範圍（T_opr）：-20°C 至 +80°C。元件在此環境溫度範圍內可正常運作。
• 儲存溫度範圍（T_stg）：-30°C 至 +100°C。
• 紅外線迴焊條件：可承受峰值溫度 260°C 達 10 秒，適用於無鉛（Pb-free）組裝製程。

2.2 電氣與光學特性

典型性能測量條件為 Ta=25°C 且 I_F=20 mA，除非另有說明。

• 發光強度（I_V）：28.0 - 180.0 mcd（毫燭光）。使用經過 CIE 明視覺響應曲線濾波器校正的感測器進行測量。此寬廣範圍透過分級管理。
• 視角（2θ_1/2）：130 度。這是發光強度降至軸向（中心軸）值一半時的全角，表示具有寬廣的視角模式。
• 峰值發射波長（λ_P）：468 nm。這是光譜輸出最強時的特定波長。
• 主波長（λ_d）：465.0 - 475.0 nm。這是人眼感知用以定義顏色的單一波長，由 CIE 色度圖計算得出。
• 光譜線半寬度（Δλ）：25 nm。這是發射光譜在其最大強度一半處的頻寬（半高全寬 - FWHM）。
• 順向電壓（V_F）：2.80 - 3.80 V（於 I_F=20 mA 時）。LED 在導通電流時兩端的電壓降。
• 逆向電壓（V_R）：0.6 - 1.2 V（於 I_R=20 mA 時）。此僅為測試條件；元件並非設計用於逆向偏壓下操作。

3. 分級系統說明

為確保生產中的顏色與亮度一致性，元件會根據關鍵參數進行分級。料號通常包含指定其分級代碼。

3.1 順向電壓分級

單位為伏特（V），測量於 20 mA。每級公差為 ±0.1V。
分級 D7：2.80 - 3.00V
分級 D8：3.00 - 3.20V
分級 D9：3.20 - 3.40V
分級 D10：3.40 - 3.60V
分級 D11：3.60 - 3.80V

3.2 發光強度分級

單位為毫燭光（mcd），測量於 20 mA。每級公差為 ±15%。
分級 N：28.0 - 45.0 mcd
分級 P：45.0 - 71.0 mcd
分級 Q：71.0 - 112.0 mcd
分級 R：112.0 - 180.0 mcd

3.3 主波長分級

單位為奈米（nm），測量於 20 mA。每級公差為 ±1nm。
分級 AC：465.0 - 470.0 nm
分級 AD：470.0 - 475.0 nm

4. 性能曲線分析

規格書中參考了對設計至關重要的典型性能曲線。雖然具體圖表未以文字重現，但通常包括：

• 相對發光強度 vs. 順向電流（I_V/ I_F曲線）：顯示光輸出如何隨電流增加，通常為非線性關係，在高電流下會趨於飽和。
• 順向電壓 vs. 順向電流（V_F/ I_F曲線）：說明二極體的 I-V 特性，對於設計限流電路至關重要。
• 相對發光強度 vs. 環境溫度：展示當接面溫度升高時，光輸出會下降，這是熱管理的關鍵因素。
• 光譜分佈：顯示在不同波長下相對功率發射的圖表，以 468 nm 的峰值波長為中心，半高全寬為 25 nm。

5. 機械與封裝資訊

5.1 元件尺寸

此 LED 符合標準的 EIA 封裝外形。所有尺寸單位為毫米，標準公差為 ±0.10 mm，除非另有規定。封裝採用反向安裝設計，意味著主要光線是透過基板側發射，這會影響 PCB 焊墊佈局與光學設計。

5.2 建議焊接墊佈局

提供了建議的 PCB 焊墊圖案（佔位面積），以確保正確焊接、機械穩定性與散熱。遵循此圖案對於在迴焊過程中獲得可靠的焊點至關重要。

5.3 極性識別

與所有二極體一樣，LED 具有陽極（+）和陰極（-）。組裝時必須注意正確的極性。規格書中的封裝圖示標明了元件上的極性標記，必須與 PCB 佔位面積上的相應標記對齊。

6. 焊接與組裝指南

6.1 迴焊溫度曲線

提供了適用於無鉛製程的建議紅外線（IR）迴焊溫度曲線。關鍵參數包括：
- 預熱：150-200°C。
- 預熱時間：最長 120 秒，以逐漸加熱電路板與元件，活化助焊劑並減少熱衝擊。
- 峰值溫度：最高 260°C。
- 液相線以上時間：溫度曲線應確保錫膏正確熔化。元件可承受峰值溫度最長 10 秒，且迴焊最多應執行兩次。

注意：最佳溫度曲線取決於特定的 PCB 設計、錫膏與迴焊爐。建議針對特定應用進行特性分析。

6.2 手工焊接

若必須進行手工焊接（例如維修），請使用溫度不超過 300°C 的烙鐵。每個焊點的焊接時間應限制在最長 3 秒，且僅應執行一次，以防止封裝損壞。

6.3 儲存條件

正確的儲存對於防止吸濕至關重要，吸濕可能在迴焊過程中導致爆米花效應（封裝破裂）。
- 密封包裝：儲存於 ≤30°C 且 ≤90% 相對濕度（RH）的環境。請於一年內使用。
- 已開封包裝：對於從防潮袋中取出的元件，儲存環境不應超過 30°C 或 60% RH。建議在 672 小時（28 天，MSL 2a）內完成紅外線迴焊。
- 長期儲存（已開封）：儲存於帶有乾燥劑的密封容器或氮氣乾燥櫃中。
- 重新烘烤：若元件暴露時間超過 672 小時，請在焊接前以約 60°C 烘烤至少 20 小時。

6.4 清潔

請勿使用未指定的化學品。若焊接後需要清潔，請將 LED 浸入室溫下的乙醇或異丙醇中，時間少於一分鐘。強效溶劑可能損壞封裝材料或透鏡。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 載帶與捲盤規格

此元件以 8mm 寬的壓紋載帶包裝，捲繞在直徑 7 英吋（178mm）的捲盤上供應。這是自動貼片機的標準格式。
- 每捲數量： 3000.
- 最小包裝數量：剩餘數量最少 500 件。
- 上蓋帶：載帶上的空穴以頂部蓋帶密封。
- 缺件：根據捲盤規格，每捲最多允許連續兩個缺失的 LED（空穴）。
- 標準：包裝符合 ANSI/EIA-481 規範。

8. 應用說明與設計考量

8.1 預期用途

此 LED 專為普通電子設備應用而設計，包括辦公設備、通訊裝置與家用電器。未經事先諮詢與認證，不適用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、運輸安全系統）。

8.2 電路設計

必須使用外部限流電阻或恆流驅動電路。順向電壓具有一個範圍（2.8-3.8V），因此設計不應假設固定的 V_F。電路必須設計成在所有操作條件下（考慮電源變化與溫度效應）將 I_F限制在 20 mA 直流或更低。

8.3 熱管理

雖然封裝可消散 76 mW，但透過 PCB 焊墊進行有效的散熱對於維持低接面溫度至關重要。高接面溫度會降低光輸出（光衰）並縮短操作壽命。確保 PCB 佈局提供足夠的散熱孔與銅箔面積，特別是在高環境溫度或接近最大電流下操作時。

8.4 ESD 預防措施

儘管具有高達 8000V HBM 的額定值，仍應始終遵循標準的 ESD 處理預防措施。處理這些元件時，請使用接地腕帶、防靜電墊與正確接地的設備。

9. 技術比較與差異化

此元件在其類別中提供了幾個顯著優勢：
1. 反向安裝設計：允許獨特的光學整合，光線從貼裝於 PCB 的側面發出，實現更薄的產品設計或特定的導光耦合。
2. 高亮度（最高 180 mcd）：從小封裝中提供高發光強度，適用於需要高可見度的指示燈應用。
3. 寬視角（130°）：提供寬廣、均勻的照明，非常適合從多個角度觀看的背光面板或狀態指示燈。
4. 穩健的 ESD 防護：8000V HBM 額定值超過典型的業界水準，提供更強的處理與應用穩健性。
5. 無鉛迴焊相容性：通過認證，適用於峰值溫度額定值為 260°C 的標準無鉛組裝製程。

10. 常見問題（FAQ）

問：峰值波長與主波長有何不同？
答：峰值波長（λ_P=468 nm）是光譜發射最高的物理點。主波長（λ_d=465-475 nm）是基於人眼顏色感知（CIE 圖表）的計算值，它定義了您所看到的藍色。

問：我可以在沒有電阻的情況下用 3.3V 電源驅動此 LED 嗎？
答：不行。順向電壓在 2.8V 至 3.8V 之間變化。如果 V_F低於 3.3V，直接連接到 3.3V 可能導致過大電流，從而可能損壞 LED。請務必使用限流機制。

問：儲存章節中的MSL 2a是什麼意思？
答：濕度敏感等級（MSL）2a 表示元件在需要進行迴焊前烘烤之前，可以暴露在工廠車間條件（≤30°C/60% RH）下 4 週（672 小時）。

問：此 LED 適合在 20 mA 下連續運作嗎？
答：是的，20 mA 是額定的連續直流順向電流。然而，透過 PCB 進行熱管理對於將接面溫度維持在安全限度內以確保長期可靠性至關重要。

11. 設計與使用案例研究

情境：薄膜開關面板的背光
一位設計師需要為一個大型、彎曲的薄膜開關面板提供均勻的藍色背光照明。此 LED 的反向安裝設計非常理想。LED 被放置在軟性電路板（軟板）上，發光面朝下對準導光層。130 度的視角確保光線均勻地散佈在導光層上。設計師從較高的發光強度範圍（例如，分級 Q 或 R）中選擇分級以達到所需的亮度，並指定嚴格的主波長分級（例如，AC 或 AD）以確保整個面板的顏色一致性。自動化的載帶與捲盤包裝允許組裝機進行快速、可靠的貼裝。高 ESD 額定值在處理軟板時提供了保護。

12. 技術原理介紹

此 LED 基於 InGaN 半導體技術。在發光二極體中，光是透過稱為電致發光的過程產生的。當順向電壓施加在半導體（InGaN）的 p-n 接面上時，來自 n 型區域的電子和來自 p 型區域的電洞被注入到主動區域。當這些電子和電洞復合時，它們以光子（光）的形式釋放能量。光的特定波長（顏色）由半導體材料的能隙決定。InGaN 具有適合產生光譜中藍色和綠色區域光線的能隙。水清透鏡通常由環氧樹脂或矽膠製成，旨在有效地提取半導體晶片內部產生的光。

13. 產業趨勢與發展

SMD LED 市場持續朝著更高效率、更小封裝與更高整合度的方向發展。與此類元件相關的趨勢包括：
1. 效率提升（lm/W）：磊晶生長與晶片設計的持續改進，使得每單位電功率能產生更多的光輸出，從而降低能耗與熱負載。
2. 微型化：對更小終端產品的追求推動了 LED 封裝佔位面積不斷縮小，同時保持或增加光輸出。
3. 顏色一致性改善：製造控制的進步與更細緻的分級策略，使得生產批次中的顏色公差更嚴格，這對於多 LED 陣列非常重要。
4. 可靠性增強：封裝材料（例如高溫矽膠）與晶粒貼裝技術的改進，帶來更長的操作壽命與在惡劣環境條件下更好的性能。
5. 智慧整合：雖然這是一個分離式元件，但更廣泛的趨勢是朝向整合模組發展，將 LED 與驅動器、控制器和感測器結合在單一封裝中。