側發光SMD LED 橘光5A - 超高亮度AlInGaP - 5V反向電壓 - 75mW功率 - 繁體中文技術規格書

1. 產品概述

本文件詳述一款高效能側發光表面黏著裝置（SMD）發光二極體（LED）的規格。此元件採用超高亮度磷化鋁銦鎵（AlInGaP）半導體晶片來產生橘光。其設計採用水清透鏡封裝，提供寬廣視角，適用於各種需要側向發光的指示器與背光應用。本產品符合RoHS（有害物質限制）指令，歸類為綠色產品。其設計相容於標準自動化取放設備與紅外線（IR）迴焊製程，非常適合大量生產。LED以8mm載帶包裝，捲裝於7英吋直徑的捲盤上，符合EIA（電子工業聯盟）標準包裝規範。

2. 深入技術參數分析

2.1 絕對最大額定值

絕對最大額定值定義了可能導致元件永久損壞的極限。這些數值是在環境溫度（Ta）為25°C下指定，在任何操作條件下均不得超過。

• 功率消耗（Pd）：75 mW。這是LED封裝在不影響效能或導致故障的情況下，所能散發的最大熱功率。
• 連續順向電流（IF）：30 mA DC。可連續施加的最大穩態電流。
• 峰值順向電流：80 mA。此電流僅允許在佔空比為1/10、脈衝寬度為0.1ms的脈衝條件下使用。在脈衝模式下超過直流額定電流可實現更高的瞬間亮度。
• 反向電壓（VR）：5 V。可施加於LED反向偏壓方向的最大電壓。超過此值可能導致接面崩潰。
• 靜電放電（ESD）閾值（HBM）：1000 V（人體放電模型）。這表示元件對靜電的敏感度；必須遵循適當的ESD處理程序。
• 操作溫度範圍：-30°C 至 +85°C。LED設計可正常運作的環境溫度範圍。
• 儲存溫度範圍：-40°C 至 +85°C。元件未通電時的安全儲存溫度範圍。
• 紅外線迴焊條件：峰值溫度260°C，最長持續10秒。此定義了封裝在組裝過程中可承受的熱曲線。

2.2 電氣-光學特性

這些參數在Ta=25°C下量測，定義了LED在正常操作條件下的典型效能。大多數光學參數的測試電流（IF）為5 mA。

• 發光強度（Iv）：在5 mA下，範圍從最小值11.2毫燭光（mcd）到典型值71.0 mcd。強度是使用濾波器匹配明視覺（人眼）反應曲線（CIE）的感測器進行量測。
• 視角（2θ1/2）：130度。這是發光強度降至中心軸量測值一半時的全角。寬廣視角是採用水清透鏡的側發光LED之特徵。
• 峰值發射波長（λP）：611奈米（nm）。這是LED光譜功率輸出達到最大值時的波長。
• 主波長（λd）：605 nm。此數值源自CIE色度圖，是代表人眼感知LED顏色（橘色）的最佳單一波長。
• 光譜線半高寬（Δλ）：17 nm。此參數表示發射光的光譜純度或頻寬，以最大強度一半處的全寬（FWHM）量測。
• 順向電壓（VF）：在IF=5mA時，介於1.6 V（最小）與2.3 V（最大）之間。這是LED導通電流時兩端的電壓降。
• 反向電流（IR）：當施加5V反向電壓（VR）時，最大為10微安培（μA）。低反向電流是理想的。

3. 分級系統說明

LED的發光強度可能因批次而異。為確保終端使用者的一致性，元件會根據在5 mA下量測的效能分級為強度等級。等級代碼定義了標示該代碼的LED所保證的最小與最大發光強度。每個等級內的容差為 +/- 15%。

• 等級代碼 L：11.2 mcd（最小）至 18.0 mcd（最大）
• 等級代碼 M：18.0 mcd（最小）至 28.0 mcd（最大）
• 等級代碼 N：28.0 mcd（最小）至 45.0 mcd（最大）
• 等級代碼 P：45.0 mcd（最小）至 71.0 mcd（最大）

此系統讓設計師能為其應用選擇已知亮度範圍的LED，有助於在多LED設計中實現均勻照明。

4. 性能曲線分析

雖然規格書中參考了特定的圖形曲線（例如，圖1為光譜分佈，圖6為視角），但其典型行為可根據半導體物理學和標準LED特性進行描述。

4.1 順向電流 vs. 順向電壓（I-V曲線）

AlInGaP材料在5mA下的特徵順向電壓通常介於1.6V至2.3V之間。I-V曲線呈指數關係；順向電壓的小幅增加會導致順向電流大幅增加。因此，強烈建議使用恆流源驅動LED，而非恆壓源，以防止熱失控並確保穩定的光輸出。

4.2 發光強度 vs. 順向電流

在相當大的範圍內，光輸出（發光強度）大致與順向電流成正比。然而，在極高電流下，由於晶片內產生的熱量增加（效率下降效應），效率往往會降低。在建議的直流電流或以下操作可確保最佳效率與使用壽命。

4.3 溫度相依性

與所有半導體一樣，LED性能對溫度敏感。隨著接面溫度升高：

• 順向電壓（VF）：略微下降。
• 發光強度（Iv）：下降。AlInGaP LED的光輸出具有負溫度係數。
• 主波長（λd）：可能略微偏移，通常隨著溫度升高而移向較長波長（紅移）。

4.4 光譜分佈

光譜輸出曲線將顯示主峰約在611 nm（橘紅色）。17 nm的半高寬表示與白光或寬頻譜LED相比，其發射頻譜相對較窄，這是單色AlInGaP元件的典型特徵。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

規格書包含SMD封裝的詳細尺寸圖。主要特徵包括側發光透鏡幾何形狀、陰極與陽極端子的位置和尺寸，以及整體封裝佔位面積。所有尺寸均以毫米為單位提供，標準公差為±0.10 mm，除非另有說明。側視設計將光線導向平行於PCB的安裝平面。

5.2 極性識別與焊墊設計

LED具有陽極（+）和陰極（-）端子。規格書提供了PCB設計的建議焊接焊墊佈局（銲墊圖案）。此佈局針對可靠的焊接與機械穩定性進行了優化。它還標示了建議的焊接方向，以確保均勻的焊錫圓角並防止墓碑效應（一端在迴焊時翹離焊墊）。遵循這些指南對於高良率生產至關重要。

6. 焊接與組裝指南

6.1 迴焊溫度曲線

提供了適用於無鉛（Pb-free）焊接製程的建議紅外線（IR）迴焊溫度曲線。此曲線的關鍵參數包括：

• 預熱/均溫區：升溫至150-200°C以活化助焊劑並逐漸加熱組裝件，最大限度地減少熱衝擊。
• 迴焊區：溫度升至最高260°C的峰值。高於液相線（對於SnAgCu焊料通常約為~217°C）的時間以及處於峰值溫度±5°C內的時間對於焊點形成至關重要。
• 峰值溫度與時間：封裝溫度不得超過260°C超過10秒。此限制對於防止損壞LED的環氧樹脂透鏡和內部打線至關重要。
• 冷卻區：受控冷卻以正確固化焊點。

6.2 手工焊接

若必須進行手工焊接，請使用溫控烙鐵。烙鐵頭溫度不應超過300°C，每個引腳的焊接時間應限制在最多3秒。手工焊接應僅進行一次以避免熱應力。

6.3 清潔

若焊接後需要清潔，僅使用指定的溶劑。在常溫下將LED浸入乙醇或異丙醇中少於一分鐘是可接受的。請勿使用未指定的化學清潔劑，因為它們可能會損壞封裝材料或透鏡。

6.4 儲存與處理

• ESD預防措施：此元件對靜電放電（ESD）敏感。處理時務必使用靜電手環、防靜電墊和正確接地的設備。
• 濕度敏感性：雖然原始帶有乾燥劑的密封包裝可保護元件，但一旦開封，LED應儲存在溫度不超過30°C且相對濕度不超過60%的環境中。若需在原始包裝袋外長期儲存，請使用帶有乾燥劑的密封容器。若開封儲存超過一週，建議在迴焊前進行約60°C、至少20小時的烘烤，以去除吸收的水分並防止爆米花效應（封裝在迴焊時破裂）。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 載帶與捲盤規格

LED以壓紋載帶附保護蓋帶的形式供應。關鍵規格包括：

• 載帶寬度：8 mm。
• 捲盤直徑：7英吋。
• 每捲數量：4000顆（滿捲）。
• 最小包裝數量：剩餘數量為500顆。
• 凹槽密封：載帶上的空凹槽以蓋帶密封。
• 缺件：根據規格，最多允許連續兩個缺失的LED（空凹槽）。

8. 應用說明與設計考量

8.1 典型應用場景

此側發光橘光LED適用於各種需要寬廣側向發光模式的應用，包括：

• 狀態指示器：用於消費性電子產品、工業控制面板和網路設備，其中寬廣視角具有優勢。
• 背光：用於側光式面板、薄膜開關面板或需要橫向導光的標誌。
• 汽車內裝照明：用於儀表板或中控台照明（需符合特定汽車級認證）。
• 家電顯示：指示家用電器的電源、模式或功能。

8.2 電路設計考量

• 限流：務必使用串聯限流電阻或專用的恆流LED驅動器。電阻值可使用歐姆定律計算：R = (電源電壓 - VF) / IF。確保電阻的額定功率足夠（P = IF² * R）。
• 反向電壓保護：雖然LED可承受5V反向電壓，但良好的做法是避免施加任何反向偏壓。在交流或雙極性電路中，可考慮添加反向並聯二極體進行保護。
• 熱管理：若在最大直流電流或接近該值下操作，請確保PCB提供足夠的散熱。將LED焊墊連接到鋪銅區域有助於散熱。
• 調光：對於亮度控制，脈衝寬度調變（PWM）是比類比電流降低更優選的方法，因為它能保持一致的色溫。

9. 技術比較與差異化

此AlInGaP橘光LED提供特定優勢：

• 相較於傳統橘光LED（例如GaAsP）：AlInGaP技術提供顯著更高的發光效率與亮度、更好的溫度穩定性以及更長的操作壽命。
• 相較於螢光粉轉換橘光LED：作為直接發射的半導體，與螢光粉轉換類型較寬的頻譜相比，它提供更飽和、純淨的橘色（主波長約605 nm的窄頻譜）。它通常也具有更快的響應時間。
• 側發光 vs. 頂視封裝：主要區別在於發光方向。此封裝專門設計為平行於PCB發光，解決了垂直空間有限或需要照亮側面的設計挑戰。

10. 常見問題（FAQ）

10.1 峰值波長與主波長有何不同？

峰值波長（λP）是LED發射最多光功率的物理波長。主波長（λd）是基於人眼色彩感知（CIE圖表）的計算值，最能代表我們看到的顏色。對於像此橘光LED的單色LED，兩者通常接近但不完全相同。

10.2 我可以連續以20 mA驅動此LED嗎？

可以。絕對最大連續順向電流為30 mA。以20 mA操作在規格範圍內。請記住根據20 mA時的順向電壓（可能略高於5 mA時）重新計算所需的限流電阻值。

10.3 為何建議使用恆流驅動器？

LED的順向電壓具有負溫度係數，且可能因元件而異。帶有串聯電阻的恆壓源提供基本的限流，但電流仍可能隨溫度漂移。恆流源可確保穩定的光輸出，並保護LED免於過流狀況，無論VF如何變化。

10.4 訂購時應如何解讀等級代碼？

等級代碼（例如L、M、N、P）指定了在5 mA下保證的發光強度範圍。對於需要均勻亮度的應用，請指定並使用相同等級代碼的LED。對於要求不高的應用，混合使用可能是可接受的。

11. 設計與使用案例研究

情境：醫療設備面板上凸起觸覺按鈕的背光。按鈕蓋為不透明，帶有半透明圖標，位於PCB上方2mm處。頂視LED會向上發光，浪費光線。安裝在按鈕旁邊的側發光LED可將其130度光束側向導向按鈕蓋的邊緣，從內部有效地照亮圖標。寬廣的視角確保了圖標上的均勻照明。橘色提供了清晰的待機或警告指示。SMD封裝允許緊湊、低高度的組裝，相容於醫療設備所需的自動化生產與清潔製程。

12. 技術原理介紹

此LED基於在基板上磊晶生長的磷化鋁銦鎵（AlInGaP）半導體材料。當施加順向電壓時，電子和電洞被注入主動區，在那裡它們復合，以光子（光）的形式釋放能量。晶格中鋁、銦和鎵的特定比例決定了能隙能量，這直接定義了發射光的波長（顏色）——在此例中為橘色（約605-611 nm）。超高亮度特性是透過先進的晶片設計和從半導體材料到封裝的高效光提取實現的。側發光效果是由特定的模塑透鏡幾何形狀所創造，該形狀利用內部反射和折射將光線從頂部發射晶片重新導向封裝側面。

13. 產業趨勢與發展

指示器與信號LED的趨勢持續朝向更高效率、更小封裝和更高可靠性發展。AlInGaP技術已成熟，但在每瓦流明輸出方面持續看到漸進式改進。對於需要色彩一致性的應用，如全彩顯示器或汽車儀表板，也越來越強調精確的色彩分級和更嚴格的公差。隨著電子產品的小型化，側發光和直角封裝的採用正在增加，為空間受限的設計提供了創新的背光和狀態指示解決方案。此外，與板上控制器（智慧型LED）的整合以及與高溫焊接製程的改進相容性，是為了滿足先進汽車和工業應用需求而持續發展的領域。