PLCC-2 天藍色LED規格書 - 封裝尺寸3.2x2.8x1.9mm - 電壓3.1V - 功率0.075W - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件詳述一款採用PLCC-2（塑膠引腳晶片載體）表面黏著封裝的高亮度天藍色LED之規格。此元件專為嚴苛環境下的可靠性和效能而設計，具備寬廣的120度視角，以及在標準驅動電流10mA下，典型發光強度為200毫燭光（mcd）。其主要設計目標為汽車內裝應用，此類應用要求一致的色彩輸出、耐用性以及符合產業標準。本LED已通過適用於汽車級元件的AEC-Q101標準認證，並符合RoHS與REACH環保指令。

1.1 核心優勢

• 高可靠性：通過AEC-Q101汽車應用認證，確保在嚴苛溫度與振動條件下的效能。
• 色彩一致性：嚴格控制的色度座標（0.16, 0.08），確保各生產批次間天藍色外觀均勻一致。
• 寬廣視角：120度發光模式，非常適合需要從多角度觀看的區域照明與指示燈應用。
• 強健的ESD防護：8kV人體放電模型（HBM）ESD等級，增強了處理與組裝的穩健性。
• 環保合規性：符合RoHS與REACH要求，不含危害物質。

2. 深入技術參數分析

以下章節詳細解析LED的關鍵電氣、光學與熱特性。

2.1 光度與電氣特性

下表列出在標準測試條件（T_s=25°C, I_F=10mA，除非另有註明）下量測之關鍵參數的保證最小值、典型值與最大值。

• 順向電流（I_F）：建議工作電流為10mA，絕對最大額定值為20mA。運作所需最小電流為2mA。
• 發光強度（I_V）：典型輸出為200 mcd，指定範圍從112 mcd（最小值）到450 mcd（最大值）。實際輸出會進行分級，詳見第4節。
• 順向電壓（V_F）：典型值為3.1V，在10mA時範圍為2.75V至3.75V。此參數量測容差為±0.05V。
• 視角（2φ_1/2）：定義為強度降至峰值一半時的全角。本LED標稱視角為120度，容差為±5度。
• 色度座標（CIE x, y）：典型色點為x=0.16, y=0.08，具有±0.005的嚴格容差，以確保色彩一致性。

2.2 熱特性

有效的熱管理對於LED壽命與效能穩定性至關重要。

• 熱阻（R_thJS）：提供兩個數值：電氣量測值為100 K/W，實際（量測）值為130 K/W。進行精確熱設計時應使用較高的實際值。
• 功率耗散（P_d）：最大允許功率耗散為75 mW。
• 接面溫度（T_J）：最大允許接面溫度為125°C。
• 工作溫度範圍（T_opr）：本LED額定工作溫度範圍為-40°C至+110°C，適用於汽車環境。

3. 絕對最大額定值

超出這些限制的應力可能導致永久性損壞。本元件並非為逆向電壓操作而設計。

• 順向電流（I_F）： 20 mA（直流）
• 突波電流（I_FM）： 300 mA（t_p≤ 10μs, 工作週期 0.005）
• 逆向電壓（V_R）： 非為逆向操作設計
• 接面溫度（T_J）： 125°C
• 儲存溫度（T_stg）： -40°C 至 +110°C
• ESD敏感度（HBM）： 8 kV
• 迴焊溫度： 峰值260°C，最長30秒

4. 性能曲線分析

本規格書包含數張圖表，說明LED在不同條件下的行為。

4.1 光譜與輻射分佈

相對光譜分佈圖表顯示LED在藍色波長區域發光，中心波長約為470-490nm，定義了其天藍色。輻射特性典型圖直觀地確認了類似朗伯分佈的發光模式，從而產生120度視角。

4.2 順向電流 vs. 順向電壓（I-V曲線）

此圖顯示典型的二極體指數關係。順向電壓隨電流增加而增加。設計人員利用此圖計算串聯電阻值或驅動器需求，以達到所需的工作點（例如，~3.1V下的10mA）。

4.3 相對發光強度 vs. 順向電流

在0-20mA範圍內，光輸出與電流幾乎呈線性關係。以高於10mA的電流驅動LED可獲得按比例更高的亮度，但會增加功率耗散和接面溫度，必須加以管理。

4.4 溫度依賴性

兩張關鍵圖表說明了溫度效應：

• 相對發光強度 vs. 接面溫度：光輸出隨溫度升高而降低。在最大接面溫度125°C時，輸出約為25°C時值的40-50%。
• 相對順向電壓 vs. 接面溫度：順向電壓具有負溫度係數，約以2mV/°C遞減。在某些應用中可用於監測接面溫度。
• 色度偏移 vs. 接面溫度：色度座標（x, y）隨溫度略有偏移，但在工作範圍內變化極小，如圖上顯示的小Δ值所示。

4.5 降額與脈衝處理能力

順向電流降額曲線規定隨著焊墊溫度升高，必須降低最大允許連續順向電流。在最高環境/焊點溫度110°C時，電流必須限制在20mA。允許脈衝處理能力圖表顯示，在低工作週期下，對於極短的脈衝寬度（≤10μs），可以施加更高的峰值電流（高達300mA），這對於多工或閃光應用很有用。

5. 分級系統說明

為管理生產變異，LED會根據發光強度進行分級。

5.1 發光強度分級

本裝置使用字母數字分級代碼（例如R1、R2、S1）。每個分級涵蓋特定的最小至最大發光強度範圍，以毫燭光（mcd）為單位。對於本產品，可能的輸出分級已標示，範圍從R1（112-140 mcd）到T2（355-450 mcd）。典型值200 mcd落在S1（180-224 mcd）或S2（224-280 mcd）分級內。設計人員應指定所需的分級，或準備接受標示範圍內的強度變異。

5.2 色彩分級

參考標準的天藍色分級結構，確保所有單元都落在色度圖上指定的CIE（0.16, 0.08）±0.005容差框內。這種嚴格的控制對於需要多個LED色彩匹配的應用至關重要。

6. 機械與封裝資訊

6.1 封裝尺寸

LED封裝於標準的PLCC-2表面黏著封裝中。關鍵尺寸包括本體尺寸約為3.2mm x 2.8mm，高度為1.9mm。詳細的機械圖紙應參考以獲取精確容差和焊墊圖案設計。

6.2 極性識別

PLCC-2封裝具有內建的極性指示器，通常是陰極（-）側的凹口或切角。組裝時正確的方向至關重要。

6.3 建議焊墊佈局

提供焊墊圖案建議，以確保可靠的焊接和適當的機械穩定性。遵循此焊墊圖案對於在迴焊過程中形成良好的焊點並防止墓碑效應至關重要。

7. 焊接與組裝指南

7.1 迴焊溫度曲線

本LED相容於標準紅外線或對流迴焊製程。指定的溫度曲線包括峰值溫度260°C，最長30秒。高於220°C的時間應加以控制。遵循此曲線可防止對塑膠封裝和半導體晶粒造成熱損傷。

7.2 使用注意事項

• ESD處理：由於具有8kV HBM等級，在處理和組裝期間應使用標準ESD預防措施。
• 清潔：若焊接後需要清潔，請使用相容且不會損壞塑膠透鏡的溶劑。
• 電流限制：始終使用串聯電阻或恆流驅動器操作LED，以防止超過最大順向電流，特別是考慮到V_F.

8. 包裝與訂購資訊

LED以捲帶包裝供應，便於自動化組裝。使用標準捲盤數量（例如，每捲2000或4000顆）。料號67-11-SB0100L-AM編碼了關鍵屬性：可能包括封裝（67）、顏色（SB代表天藍色）和特定的效能分級。設計人員必須參考詳細的訂購資訊，為其應用選擇正確的發光強度分級。

9. 應用建議

9.1 典型應用場景

• 汽車內裝照明：儀表板背光、開關照明、腳部空間燈和氣氛照明。AEC-Q101認證和寬廣的溫度範圍使其成為理想選擇。
• 消費性電子產品：狀態指示燈、需要藍色指示燈的設備按鈕或面板背光。
• 工業指示燈：需要清晰明亮信號的機械面板燈或狀態指示燈。

9.2 設計考量

• 熱管理：使用實際熱阻（130 K/W）進行計算。確保PCB提供足夠的散熱，特別是在電流高於10mA或高環境溫度下驅動時。必須遵循降額曲線。
• 電流驅動：為獲得穩定的光輸出和長壽命，盡可能使用恆流驅動器而非簡單的電阻，特別是在電源電壓可能變化的汽車環境中。
• 光學設計：120度視角非常寬廣。對於聚焦照明，可能需要外部二次光學元件（透鏡）。
• 分級選擇：對於需要多個LED亮度均勻的應用，請指定嚴格的發光強度分級，或實施電子亮度校準。

10. 技術比較與差異化

與通用藍色LED相比，本裝置為專業應用提供了明顯優勢：

• vs. 非汽車級LED：AEC-Q101認證涉及對熱衝擊、濕度和壽命的嚴格壓力測試，這是標準商用LED所不具備的。
• vs. 更寬視角LED：與窄視角裝置相比，120度視角提供了出色的離軸可見性，減少了區域照明所需的LED數量。
• vs. 寬鬆色彩容差LED：嚴格的±0.005 CIE容差確保了色彩一致性，這在色彩不匹配視覺上明顯的多LED陣列中至關重要。

11. 常見問題（基於技術參數）

問：我可以連續以20mA驅動此LED嗎？

答：可以，但前提是焊墊溫度保持在25°C或以下（根據降額曲線）。在實際應用中，若環境溫度較高，您必須降低電流。在最高工作溫度110°C時，電流不得超過20mA，這是絕對最大額定值。

問：對於12V電源，我應該使用多大的電阻值？

答：對於典型V_F在10mA時為3.1V：R = (12V - 3.1V) / 0.01A = 890歐姆。使用最接近的標準值（例如，910歐姆），並確保電阻功率額定值足夠：P = (12V-3.1V)*0.01A ≈ 0.089W（1/8W或1/4W電阻適用）。

問：溫度如何影響亮度？

答：亮度隨接面溫度升高而降低。請參考相對發光強度 vs. 接面溫度圖表。良好的熱設計對於維持穩定的光輸出至關重要。

問：此LED是否適用於汽車外部使用？

答：本規格書指定應用為汽車內裝照明。外部使用通常需要更高的防護等級（IP）、不同的色彩規格，以及通常不同的封裝結構以承受天氣、紫外線照射和更極端的溫度。請諮詢特定的外部級LED產品。

12. 實務設計案例研究

情境：設計一個具有5顆相同天藍色LED的汽車排檔桿照明面板。

設計步驟：

1. 電氣設計：假設來自車身控制模組的穩定5V電源軌。目標I_F= 10mA以平衡亮度與壽命。計算串聯電阻：R = (5V - 3.1V) / 0.01A = 190Ω。使用200Ω標準電阻。

2. 熱分析：每顆LED功率：P_d= V_F* I_F= 3.1V * 0.01A = 31mW。假設R_thJS=130 K/W，則ΔT_J= 0.031W * 130 K/W ≈ 4°C高於焊點的溫升。若面板PCB最高溫度達85°C，則T_J≈ 89°C，遠低於125°C的限制。

3. 光學/機械：將LED放置在擴散壓克力面板後方。120度視角確保面板表面照明均勻，無暗點。

4. 採購：指定所需的發光強度分級（例如S1或S2），以確保所有5顆LED亮度匹配。訂購捲帶包裝以便自動化組裝。

13. 工作原理簡介

這是一種半導體發光二極體（LED）。當施加超過其能隙電壓（對於此藍色LED約為3.1V）的順向電壓時，電子與電洞在半導體晶粒（通常基於InGaN材料以產生藍光）的主動區域中復合。此復合過程以光子（光）的形式釋放能量。半導體層的特定成分決定了發射光的波長（顏色）。塑膠PLCC封裝封裝了晶粒，提供機械保護，包含一個模製透鏡將光輸出塑造成120度模式，並容納用於電氣連接的引線框架。

14. 技術趨勢

此類LED的發展是光電領域更廣泛趨勢的一部分：

• 效率提升：持續的材料科學研究旨在提高藍色及其他顏色LED的發光效率（每瓦流明），以在相同光輸出下降低功耗。
• 微型化：雖然PLCC-2是標準封裝，但存在向更小的晶片級封裝（CSP）發展的趨勢，適用於高密度應用，儘管通常以犧牲熱性能和易於處理為代價。
• 可靠性增強：AEC-Q101等標準持續演進，推動汽車和工業市場在更極端條件下實現更長壽命和更佳性能。
• 整合解決方案：一個日益增長的趨勢是將LED晶粒、驅動IC和控制邏輯整合到單一的智慧模組化封裝中，簡化終端使用者的設計。