紅光LED 3.0x3.0x0.55mm – 順向電壓2.3V – 功率1.09W – 主波長612.5-625nm – 技術規格書

1. 產品概述

RF-A4E31-R15H-S1是一款高效能紅色發光二極體（LED），專為嚴苛的車用內外照明應用設計。它採用先進的AlGaInP（鋁鎵銦磷）磊晶結構生長於基板上，提供卓越的亮度與可靠性。此元件封裝於緊湊的3.0 mm × 3.0 mm × 0.55 mm EMC（環氧樹脂模塑料）封裝中，提供優異的熱管理與堅固的機械強度。

此LED通過AEC-Q102汽車級分立半導體應力測試認證，適用於惡劣環境。它具有極寬的120°視角，確保均勻的光分佈。產品符合RoHS規範，濕度敏感等級為2（MSL-2）。以編帶與卷軸包裝（4000個/卷）供應，便於高效表面貼裝組裝。

2. 技術參數

2.1 電氣與光學特性（在Ts=25 °C、IF=350 mA下）

下表總結了在25 °C脈衝條件下測量的關鍵電氣與光學參數：

• 順向電壓（V_F)：最小值2.0 V，典型值2.3 V，最大值2.6 V，在IF=350 mA時（測量公差±0.1 V）。
• 逆向電流（I_R)：≤10 µA，在V_R=5 V時。
• 光通量（Φ）：最小值55.3 lm，最大值93.2 lm，在IF=350 mA時（公差±10%）。
• 主波長（λ_D)：最小值612.5 nm，最大值625 nm，在IF=350 mA時。
• 視角（2θ_1/2)：典型值120°。
• 熱阻（接面至焊點）：R_{th_JS_real}典型值12 °C/W（最大值19 °C/W）；R_{th_JS_el}典型值6 °C/W（最大值10 °C/W）– 在350 mA、25 °C下測量。

在25 °C時，光電轉換效率η_e為47%（脈衝模式）。最大功耗為1092 mW，最大順向電流為420 mA（峰值700 mA，1/10工作週期，10 ms脈衝寬度）。接面溫度不得超過150 °C。

2.2 絕對最大額定值

元件必須在以下限制內操作：

• 功耗（P_D）：1092 mW
• 順向電流（I_F）：420 mA
• 峰值順向電流（I_FP）：700 mA
• 逆向電壓（V_R）：5 V
• ESD（HBM）：2000 V
• 操作溫度（T_OPR）：−40 至 +125 °C
• 儲存溫度（T_STG）：−40 至 +125 °C
• 接面溫度（T_J）：150 °C

3. 分選系統

3.1 順向電壓與光通量分檔（IF=350 mA）

LED根據順向電壓（V_F）和光通量（Φ）進行分檔：

• V_F電壓分檔（V：C0（2.0–2.2）、D0（2.2–2.4）、E0（2.4–2.6）。
• 光通量分檔（lm）：PA（55.3–61.2）、PB（61.2–67.8）、QA（67.8–75.3）、QB（75.3–83.7）、RA（83.7–93.2）。
• 波長分檔（nm）：C2（612.5–615）、D1（615–617.5）、D2（617.5–620）、E1（620–622.5）、E2（622.5–625）。

客戶可指定所需的分檔組合，以確保應用中一致的性能。

4. 性能曲線

以下提供典型光學特性作為設計參考。除非另有說明，所有曲線均在25 °C下測量。

4.1 順向電壓與順向電流關係（圖1-6）

在低電流下，順向電壓從0 mA時約1.6 V急遽上升至50 mA時2.0 V；在100 mA以上，曲線趨近線性。350 mA時的典型順向電壓為2.3 V。

4.2 順向電流與相對光通量關係（圖1-7）

相對光通量在順向電流達350 mA之前幾乎線性增加，在350 mA時達到100%相對光通量。超過350 mA後，由於熱效應，斜率逐漸趨平。

4.3 接面溫度與相對光通量關係（圖1-8）

隨著接面溫度從−40 °C上升至150 °C，相對光通量下降約40%。在125 °C時，光通量降至25 °C時數值的約70%。

4.4 焊點溫度與順向電流關係（圖1-9）

為避免超過最大接面溫度，當焊點溫度超過25 °C時，必須降低順向電流。在125 °C焊點溫度下，最大允許電流約為150 mA。

4.5 電壓偏移與接面溫度關係（圖1-10）

順向電壓偏移（ΔV_F）與溫度近似線性：相對於25 °C，在150 °C時約−0.3 V，在−40 °C時約+0.3 V。

4.6 輻射圖（圖1-11）

LED發射光具有寬廣的類朗伯分佈。在±60°處的相對發光強度約為軸向強度的50%，對應半高全寬（FWHM）為120°。

4.7 主波長偏移與接面溫度關係（圖1-12）

主波長隨溫度升高而向長波長偏移。相對於25 °C，在150 °C時偏移約+8 nm；在−40 °C時偏移約−7 nm。

4.8 光譜分佈（圖1-13）

峰值發射波長約為620 nm，半高全寬（FWHM）約20 nm，較窄。光譜中無顯著二次峰值，確保純淨紅光。

5. 機械封裝資訊

5.1 封裝尺寸

此元件為3.0 mm × 3.0 mm表面貼裝封裝，總高度0.55 mm。頂面為光學透明矽膠，底部有金屬焊盤用於熱與電氣連接。極性由一角上的缺口標示（陰極）。

5.2 建議焊接焊盤佈局

為實現良好的熱與電氣性能，建議的PCB焊盤圖案為：陽極焊盤2.4 mm × 2.3 mm，陰極焊盤1.5 mm × 0.65 mm，間距0.55 mm。所有尺寸公差為±0.2 mm。

6. 組裝與焊接指南

6.1 回流焊接曲線

此LED相容標準SMT回流焊接。最多允許兩次回流循環。建議的曲線參數如下：

• 預熱：150 °C → 200 °C，60–120秒
• 溫度高於217 °C的時間（T_L）：最大值60秒
• 峰值溫度（T_P）：260 °C，停留時間≤10秒（峰值5 °C範圍內，最多30秒）
• 升溫速率：≤3 °C/s（從T_Smax到T_P)
• 冷卻速率：≤6 °C/s
• 從25 °C到T的總時間_P：≤8分鐘

如果兩次回流之間間隔超過24小時，LED必須重新烘乾以防止濕氣損壞。

6.2 操作與清潔

矽膠封裝柔軟；避免對透鏡施加機械壓力。僅可使用異丙醇清潔。不建議超音波清洗。請勿使用會釋放有機蒸氣的黏著劑，因為可能使矽膠變色。

7. 包裝與訂購資訊

LED包裝於防靜電防潮袋中。每卷包含4000個。載帶（8 mm寬）尺寸：A₀= 3.30 mm，B₀= 3.50 mm，K₀= 0.90 mm。卷軸直徑為180 mm。標籤包含料號、批號、分檔代碼、數量及日期。開袋前儲存條件：≤30 °C 且 ≤75% RH，最長1年。開袋後，請在24小時內使用，或在60±5 °C下烘烤≥24小時。

8. 應用說明

8.1 典型應用

此紅光LED非常適合車內照明（儀表組、氛圍燈）和外部照明（尾燈、剎車燈、方向燈）。其高亮度與寬視角也適用於對紅色純度要求嚴格的通用指示燈與標誌應用。

8.2 熱管理

由於LED的光輸出與波長取決於接面溫度，適當的散熱至關重要。PCB及任何額外散熱片的熱阻必須設計為使T_J在最差操作條件下低於150 °C。焊盤應連接至大面積銅區域。

8.3 電流降額

在較高環境溫度下操作時，必須根據焊點溫度與順向電流曲線降低順向電流。例如，在T_s= 100 °C時，最大允許順向電流約為200 mA。

9. 技術比較

與基於AlGaAs或GaAsP的標準紅光LED相比，此元件採用的AlGaInP技術提供更高的發光效率和更好的溫度穩定性。寬廣的120°視角明顯大於許多同類3.0 mm × 3.0 mm紅光LED（通常具有90°–100°半角）。AEC-Q102認證提供了更高的車用可靠性，其應力測試比商用級產品更嚴格。

10. 常見問題

Q1：此LED能否用於超過420 mA的電流？
不行。順向電流的絕對最大額定值為420 mA（峰值700 mA，需搭配工作週期）。超過此限制操作將導致永久損壞。

Q2：此LED的典型壽命為何？
雖然規格書中未直接指定，但通過AEC-Q102認證的LED在額定範圍內並搭配適當熱管理時，通常具有非常長的壽命（>50,000小時）。

Q3：如何處理ESD敏感度？
此元件額定為2 kV HBM。請使用標準ESD預防措施：接地腕帶、導電工作檯面及防靜電包裝。

Q4：我可以在同一應用中混合不同光通量分檔嗎？
混合分檔可能導致可察覺的亮度差異。建議使用單一分檔以實現均勻外觀，除非應用允許變異。

11. 設計案例研究

汽車後組合燈（RCL）
一位客戶使用6顆RF-A4E31-R15H-S1設計了一個剎車燈用紅光LED模組。LED以3串2並（3S2P）方式排列以相容12 V。每串由專用恆流驅動器驅動，總電流350 mA（每顆LED 175 mA）。採用銅基PCB（1.6 mm厚，2 oz銅）以保持焊點溫度低於85 °C。該模組通過了熱衝擊（−40 °C至125 °C，1000次循環）和濕度測試（85 °C/85% RH，1000小時）而無故障。

12. 工作原理

此LED基於在透明基板（GaAs）上生長的雙異質結構AlGaInP活性層。當施加順向偏壓時，電子與電洞在活性區輻射複合，發射能量對應於材料能隙（約2.0 eV，產生約620 nm紅光）的光子。EMC封裝包覆晶片並提供透鏡以高效提取光。熱量通過大面積底部焊盤和PCB銅箔路徑散發。

13. 技術趨勢與展望

AlGaInP技術在效率與熱穩定性方面持續進步。未來趨勢包括透過改良磊晶成長與更好的晶片設計（例如圖案化基板）來實現更高光通量分檔。對於汽車應用，採用AEC-Q102認證已成為常態，此LED已符合該標準。小型化（例如2.0 mm × 2.0 mm封裝）是持續的趨勢，但3.0 mm × 3.0 mm仍受高功率紅光LED歡迎，因為它在功率處理與光提取面積之間取得平衡。