0402 紅光 LED RF-RU0402TS-BC-B1 - 1.0x0.5x0.4mm - 順向電壓 1.7-2.4V - 功耗 48mW - 繁體中文技術規格書

1. 產品概述

RF-RU0402TS-BC-B1 是一款微型紅光 SMD LED，封裝尺寸為 1.0mm x 0.5mm x 0.4mm，採用高效率紅光晶片製造。專為一般用途視覺指示設計，提供極寬的 140° 視角，適合需要從各角度都能看見的應用。該元件支援標準 SMT 組裝和迴流焊接製程，並符合 RoHS 規範，濕敏等級為 3。

主要特點包括低順向電壓範圍（5mA 時為 1.7V 至 2.4V）、最大順向電流 20mA 以及功耗 48mW。此 LED 發出主波長介於 625nm 至 640nm 的紅光，發光強度分檔範圍為 8 mcd 至 65 mcd。產品提供多種亮度與波長分檔，可在大型應用中精細調整以達到均勻性。

2. 技術參數分析

2.1 電氣與光學特性

在環境溫度 25°C、測試電流 5mA 條件下，此 LED 展現以下典型特性：

• 順向電壓 (VF)：順向電壓分為多個分組（A2 至 D2），涵蓋 1.7V 至 2.4V，每 0.1V 一級。量測容差為 ±0.1V。
• 主波長 (λD)：三個波長分檔（F00：625-630nm，G00：630-635nm，H00：635-640nm）可選擇精確的紅色色調。容差 ±2nm。
• 發光強度 (IV)：六個分檔（A00：8-12 mcd，B00：12-18 mcd，C00：18-28 mcd，D00：28-43 mcd，E00：43-65 mcd）涵蓋廣泛的亮度選項。容差 ±10%。
• 視角 (2θ1/2)：典型值 140°，確保廣泛散射。
• 逆向電流 (IR)：在 VR=5V 時小於 10 µA。
• 熱阻 (RTHJ-S)：450°C/W（接面至焊接點）。

2.2 絕對最大額定值

元件不可超過以下限制，以避免永久損壞：

• 功耗 (Pd)：48 mW
• 順向電流 (IF)：20 mA（直流）；脈衝峰值 60 mA（1/10 工作週期，0.1ms 寬度）
• ESD (HBM)：2000 V
• 工作溫度 (Topr)：-40°C 至 +85°C
• 儲存溫度 (Tstg)：-40°C 至 +85°C
• 接面溫度 (Tj)：95°C

2.3 熱特性

熱阻 450°C/W 表示適中的散熱能力。在 20mA 連續工作下，接面溫度相對於環境的上升約為 9°C（假設良好的熱管理）。必須注意將接面溫度保持在 95°C 限制以下，特別是在高密度應用中。典型光學性能降額曲線顯示，相對強度會隨著環境溫度升高而線性下降（參見第 3 節）。

3. 性能曲線分析

本規格書提供多種圖形關係，有助於電路設計：

3.1 順向電壓 vs. 順向電流

圖 1-6 顯示典型的指數二極體曲線。在順向電壓 2V 時，電流約為 5mA。曲線在 2V 以上變得更陡，在約 2.5V 時達到 20mA。此非線性特性強調了使用限流電阻的必要性。

3.2 相對強度 vs. 順向電流

相對強度隨著順向電流線性增加，最高至 20mA，然後略微飽和。在 5mA 時，相對強度約為 0.4（歸一化至 20mA）。此線性區域可透過 PWM 或類比電流控制輕鬆調節亮度。

3.3 溫度效應

圖 1-8 顯示當環境溫度從 25°C 上升至 85°C 時，相對強度約下降 15%。圖 1-9 顯示最大允許順向電流從 25°C 時的 20mA 下降到引腳溫度 100°C 時的約 8mA。這些降額曲線對於熱設計至關重要。

3.4 波長穩定性

圖 1-10 指出主波長從 5mA 到 15mA 略微偏移（約 2nm），仍保持在分檔內。此穩定性對於大多數指示燈應用是可以接受的。

3.5 光譜分佈

光譜（圖 1-11）顯示出以 630nm 為中心的狹窄峰值，半高全寬（FWHM）約為 20nm，這是 AllnGaP 紅光 LED 的典型特徵。

3.6 輻射圖案

圖 1-12 呈現極座標圖，說明了接近朗伯（Lambertian）發射模式。在離軸約 70° 時，相對強度降至 50%，確認了 140° 的視角。

4. 分檔系統

RF-RU0402TS-BC-B1 採用多維分檔系統，涵蓋顏色、亮度及順向電壓：

• 波長分檔：F00（625-630nm）、G00（630-635nm）、H00（635-640nm）。每個分檔確保一致的顏色外觀。
• 發光強度分檔：A00 至 E00（8-65 mcd 範圍）。分檔不重疊，可精確匹配以實現均勻背光或矩陣顯示。
• 順向電壓分檔：A2 至 D2（1.7-2.4V，0.1V 步階）。電壓分組有助於在設計串/並聯電路時最小化電流變化。

這些分檔的組合編碼在料號標籤中（例如 BIN CODE 欄位）。客戶可針對大量生產要求特定分檔組合，以達到嚴格的均勻性。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

此 LED 採用超小型 0402 封裝 (1.0mm × 0.5mm × 0.4mm)。封裝有兩個端子，帶有陰極標記（參見圖 1-4）。底視圖顯示焊墊尺寸：焊墊 1 為陽極，焊墊 2 為陰極。建議的焊接圖案（圖 1-5）採用 0.6mm × 0.6mm 的焊墊，間距 0.5mm，可形成可靠的焊點。

5.2 極性與操作

極性透過頂面標記（陰極側）清楚標示。錯誤的極性可能導致逆向崩潰（最大 5V）並損壞 LED。封裝極小，建議使用真空鑷子或取放工具小心操作。

6. 焊接與組裝指南

6.1 迴流焊接曲線

建議的迴流曲線（圖 3-1）遵循 IPC/JEDEC 標準，峰值溫度為 260°C（最多 10 秒）。關鍵參數：

• 預熱：150°C 至 200°C，持續 60-120 秒
• 217°C 以上時間 (TL)：60-150 秒
• 峰值溫度 (TP)：260°C（最多 10 秒）
• 冷卻速率：≤6°C/s

不要超過兩次迴流循環。如果焊接操作間隔超過 24 小時，則需要烘烤。使用烙鐵手動焊接應限制在單側，溫度 ≤300°C，時間 ≤3 秒。

6.2 操作注意事項

此 LED 對濕氣敏感（MSL 等級 3）。未使用的元件必須存放在密封的防潮袋中，並附有乾燥劑。開封後，儲存時間限制為 168 小時，條件為 30°C/60% RH。如果濕度指示卡顯示濕氣過多，請在 60±5°C 下烘烤 ≥24 小時。

此外，有機矽封裝材質容易受到硫、溴、氯及 VOCs 的化學侵蝕。搭配材料必須含有少於 100PPM 的硫，<900PPM 的溴和氯（總共<1500PPM）。避免使用會釋出有機氣體的黏著劑。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 包裝型式

LED 以 8mm 寬承載帶供貨（每捲 4000 顆），捲盤直徑 178mm。承載帶具有極性方向指示及覆蓋帶保護。每捲標籤包含料號、規格號碼、批號、分檔代碼、數量及日期代碼。

7.2 儲存與保存期限

密封袋可在 ≤30°C/≤75% RH 條件下儲存，自製造日起最多一年。開封後，請遵循 MSL 等級 3 的車間壽命 168 小時。如果乾燥劑變色或時間已過，則必須進行烘烤。

8. 應用指南

8.1 典型應用

RF-RU0402TS-BC-B1 非常適合用於狀態指示燈、按鍵背光、符號照明以及消費性電子、穿戴式裝置、IoT 設備和汽車內裝照明中的一般用途視覺反饋。其微小封裝適合空間受限的電路板。

8.2 電路設計考量

務必使用串聯電阻限制電流。對於 3.3V 電源，150Ω 電阻可產生約 10mA 電流（假設順向壓降 1.8V）。在脈衝工作（例如 1/10 工作週期）下，允許峰值電流高達 60mA。對於並聯陣列，建議每個 LED 使用獨立電阻，以避免因電壓分檔變化導致的電流搶奪。

8.3 熱管理

儘管功耗低，但當多個 LED 密集使用時，建議進行適當的熱設計。保持焊墊溫度低於 85°C；使用熱導通孔和銅皮散熱。在高環境溫度環境下，請降低順向電流（參見圖 1-9 的降額曲線）。

9. 競爭比較

與其他廠商的標準 0402 LED 相比，RF-RU0402TS-BC-B1 提供更寬的視角（140° vs 典型 120°）以及更嚴格的篩選選項（0.1V 電壓分檔，2nm 波長分檔）。最大額定順向電流 20mA 略高於某些競爭產品（通常為 18mA），可在需要時提供更亮的輸出。ESD 額定值 2kV (HBM) 與業界常規相當。一個獨特的優勢是針對材料相容性（硫、鹵素限制）提供明確指導，以防止 LED 劣化，這在競爭對手的規格書中很少提供。

10. 常見技術問題

問：為獲得最長壽命，建議的工作電流是多少？答：對於一般應用，在 10mA 下工作可提供亮度與壽命之間的良好平衡。接面溫度上升極小，LED 可持續使用超過 50,000 小時。

問：我可以直接從 3.3V 邏輯引腳驅動此 LED 嗎？答：可以，但必須使用適當的串聯電阻。150Ω 電阻可將電流限制在約 10mA（假設 VF=1.8V）。許多邏輯引腳可提供 20mA 電流，但請查閱微控制器規格書。

問：焊接後應如何清潔電路板？答：使用異丙醇（IPA），避免使用可能侵蝕有機矽的強溶劑。除非經過相容性測試，否則不建議使用超音波清潔。

問：ESD 敏感度等級為何？答：Class 1C (2000V HBM)。在操作和組裝過程中應採取標準 ESD 預防措施（接地工作台、防靜電袋、手腕帶）。

11. 設計案例研究

案例：配備 4 顆狀態 LED 的穿戴式健身追蹤器

設計需求：四顆紅光 LED（心率、藍牙、活動、警示）必須在陽光直射下可見，且總功耗不超過 200mW。使用 C00 亮度分檔（18-28 mcd）的 RF-RU0402TS-BC-B1，每顆 LED 透過 2.0V 電源（升壓轉換器）在 8mA 下工作。順向電壓約為 1.8V，因此使用 25Ω 電阻。總功耗：4 × 1.8V × 8mA = 57.6mW，遠低於預算。寬廣的 140° 視角確保在手錶傾斜角度下仍可見。ESD 保護整合在軟性電路板上。該元件的可靠性測試數據（5mA 下 1000 小時壽命測試）為 2 年產品保固提供了信心。

12. 工作原理

此 LED 使用發出紅光的 AllnGaP（鋁銦鎵磷）半導體晶片。當施加順向偏壓時，電子與電洞在主動區複合，釋放出能量對應於能隙（≈1.95 eV，635nm）的光子。晶片安裝在導線架上，並以環氧樹脂或有機矽封裝，形成表面黏著封裝。微小的透鏡形狀（平頂）有助於寬廣的發射角度。熱量透過背面的端子傳導至電路板。

13. 技術趨勢

隨著 IoT 和穿戴式裝置持續小型化，對像 0402 這樣的超微型 LED 的需求將會增長。趨勢包括：

• 更高效率：晶片設計的改進將提升 mcd/mA，從而在較低電流下實現相同亮度，節省電池電量。
• 更嚴格的篩選：客戶越來越需要嚴格的顏色和電壓分組，以實現均勻陣列。此處提供的 0.1V 和 2nm 分檔已具有競爭力。
• 增強可靠性：持續關注耐硫/鹵素性能及延長壽命測試（10,000 小時以上）。
• 整合：多色 0402 封裝（RGB）正在出現，但單獨的紅光仍然是狀態和安全指示燈的主力。

RF-RU0402TS-BC-B1 憑藉其全面的分檔、穩健的設計和清晰的應用指南，完全有能力滿足這些趨勢。